在现有技术中，广泛熟知的是使用液压的或气动的阀，在两个或更多 位置之间控制和引导流体流动。考虑多于两个位置的时候，通常通过至少 两个不同的或自动或手动操作的传动机构控制多级阀，这些传动机构控制 各自的级。
此外，由于自动传动机构的使用，其作用通常只有关闭-开启类型的 配置。为了得到或是比例的(连续的或递增的)关闭或开启操作或是精确 的控制操作，需要来自传动机构的高精确度以及不同阀部件的精密加工， 这样显著提高了这种阀的成本。此外，高精密度的阀通常需要大量零件的 装配，这进一步增加了阀的成本。此外，由于大量零件，这种阀的调节和 校准通常是复杂的，且需要由高技能技术员来进行。
当这种阀操作相对低压的流体时，甚至需要更高的精密度。
因此，需要一种改进的具有简单结构的多级比例阀。
发明概述
因此，本发明的一般目的是提供一种改进的比例阀。
本发明的一个优点在于此种比例阀相对简单的使用单独按钮控制；此 相同的控制按钮被用于通过增加、降低或保持不变容器内的流体压力或可 扩大容器的容积来控制。
本发明的另一个优点在于比例阀的相对简单的构成易于生产。
本发明的又一个优点在于比例阀允许对容器内流体压力控制在相对 宽的比例范围内操作。
本发明的再一个优点在于比例阀可用于低压或高压流体。
本发明的另一个优点在于比例阀易于校准和调节。
本发明仍旧另一个优点在于，通过实质上减少压力震动或任何的阀震 动(后冲)的发生，比例阀提供通过并在两个不同操作级之间的平稳的操 作，其中这是由于隔膜式传动机构的大小和结构。后者通过数量级大于实 际操作阀所需的力的压力来驱动，传动机构的位移包括阀的操作。
根据本发明的一个方面，提供了用于控制容器内的流体压力的比例 阀，所述流体压力在第一和第二流体压力水平之间，第二压力水平大于第 一压力水平，容器具有伸入其内部容积的开口，此种比例阀包括：一个具 有排气口的流体流出通路，流出通路与容器内部容积流体连通；一个具有 进气口的可驱动的流体流入通路；一个选择性的关闭所述排气口的可驱动 的排气罩；流体流出通路、可驱动的流体流入通路和可驱动的排气罩是 互相连接和配置以使：
随着移动力到达第一预定临界点，可驱动排气罩从第一罩位置被移动 到第二罩位置，在第一罩位置的排气罩与排气口相分离以允许流体从容器 内部容积通过此处排放，在第二罩位置的所述排气罩关闭所述排气口以阻 止流体从容器内部容积排放；以及
随着移动力到达第二预定临界点，可驱动的流体流入通路从第一流入 通路位置被移动到第二流入通路的位置，在第一流入通路位置关闭所述流 体流入通路以防止流体在流体流入通路和容器内部容积之间流动，在第二 流入通路位置的流体流入通路与流体流出通路流体连通以允许流体在流 体流入通路和容器内部容积之间流动。
通常，通过第一和第二罩位置之间的罩位移量移动排气罩，且其中通 过第一和第二流入通路位置之间的流入通路位移量移动流体流入通路。
通常，所述阀还包括连接到排气罩和流体流入通路的传动机构部件， 此传动机构部件通过罩和流入通路位移量，分别为排气罩和流体流入通路 的移动提供移动力。
在一个实施方案中，传动机构部件可操作为第一和第二传动机构位 移结构，第一传动机构位移结构对应于分别在第二罩位置和第一流入通路 位置中的排气罩和流体流入通路，第二传动机构位移结构对应于分别在第 二罩位置和第二流入通路位置中的排气罩和流体流入通路。
通常传动机构部件是随着驱动力可操作的，诱导当到达第一和第二预 定力水平时，此驱动力分别诱导第一和第二传动机构位移结构。
通常，第一和第二预定力水平大于移动力大约一个和大约四个数量级 之间，优选地，大于移动力大约两个数量级。
在一个实施方案中，流体流出通路通过安装于容器上并围绕其开口的 阀基座延伸，其中流体流入通路通过可移动连接到进气体的阀基座延伸， 可驱动的排气罩可移动的安装在进气体上。
通常，进气体包括推动进气体到第一流入通路位置的壳体偏置装置。
通常，此壳体偏置装置以预定的偏置力推动进气体到第一流入通路位 置，此预定偏置力在第一和第二预定临界点力之间。
在一个实施方案中，传动机构部件包括连接到排气罩和进气体的第一 和第二传动机构元件，驱动力将第一和第二元件彼此相对的移动到分别对 应于罩和流入通路位移量的第一和第二传动机构位移结构。
通常，第一和第二传动机构元件分别是第一和第二弹性板部件，第一 和第二板部件以面对面的结构于外周密封地彼此连接，第一和第二板部件 分别定义了各自的中心部分和他们之间的传动机构内部容积，此传动机构 内部容积选择性的与增压流体源流体连通，以便选择性移动中心部分使其 彼此分离进入第一和第二传动机构位移结构。
通常，当中心部分置于彼此分离的位置，第一和第二板部件形成传动 机构偏置弹簧，其相对于彼此推动中心部分进入到空载的传动机构结构， 此结构对应于分别在第一罩和第一流入通路位置中的排气罩和流体流入 通路。通常，中心部分连接到排气罩和进气体。
在一个实施方案中，流体流入通路通常是直线的并通常定义了纵向相 对的第一和第二流入通路端部以及纵向流入通路轴，第一和第二流入通路 端部通常分别位于靠近阀基座和与阀基座分离的位置，当在第一和第二流 入通路位置的时候，第一流入通路端部分别与阀基座相接触和相分离。
通常，壳体偏置装置包括通过流体流入通路和压缩弹簧纵向延伸的拉 长活塞部件，此活塞部件具有连接到阀基座的第一纵向活塞端部，和通常 是对置的第二纵向活塞端部，其通过压缩弹簧在第一和第二流入通路端部 中间的位置连接到流体流入通路，压缩弹簧推动第一流入通路端部与阀基 座接触以关闭在第一流入通路位置中的第一流入通路。优选地，此压缩弹 簧是螺旋状的弹簧。
在一个实施方案中，可驱动的排气罩安装在第一板部件上以相对于靠 近第一流入通路端部的进气体轴向运动。
通常，传动机构内部容积与可变增压流体源流体连通以便选择性的调 节此处的流体压力，如此传动机构部件在空载传动机构结构以及第一和第 二传动机构位移结构之间是可调节的。
在一个实施方案中，第一和第二板部件之一的中心部分包括在此处延 伸的传动机构开口，此传动机构开口允许传动机构内部容积与可变增压流 体源流体连通。
通常，第一和第二板部件的中心部分分别与靠近第一流入通路端部的 并分别在第一和第二流入通路端部中间位置的流入通路相接触。
通常，排气罩包括局部的通常可弯曲的元件以接触并密封性的关闭第 二罩位置中的排气口。
在一个实施方案中，排气和进气口分别可连接到在第一和第二压力水 平下的流体。
通常，第二预定临界点的力大于第一预定临界点力。
本发明的其它目的和优点通过仔细的阅读本文提供的详细说明并适 当结合附图将更加清楚。
附图简要说明
本发明的另外的方面和优点，参考结合下述附图的说明将变得更加清 楚，其中：
图1是根据本发明的用于控制容器内流体压力的比例阀的一个实施 方案的顶部透视图；
图2是图1的实施方案的底部透视图，其显示用于连通容器的流体流 出通路；
图3是沿着图1的线3-3的截面图，其显示了在空载传动机构结构和 第一传动机构位移结构之间的关闭结构的比例阀。
图3a是图3的中心区域的局部分解放大的截面图，显示了在关闭的 空载和第一传动机构位移结构之间的关闭结构的比例阀。
图4是沿着图1的线4-4的局部放大截面图，其显示了中间结构或第 一传动机构位移结构的比例阀，并带有在第一罩位置的排气罩和在第一流 入通路位置的进气体，并且显示了隔膜式传动机构的传动机构开口，用于 将传动机构连接到控制流体的源；以及
图5是类似于图3a的局部放大截面图，显示了打开结构或第二传动 机构位移结构的比例阀，其带有在第二罩位置的排气罩和在第二流入通路 位置的进气体。
优选实施方案描述
参考附图，本发明的优选实施方案将于这里描述，用于说明的目的， 决不作为限制。
参考图1，示意性的显示了根据本发明的通过常规的螺栓紧固件18 安全地连接到容器12的比例阀10的实施方案。容器12通常具有伸入其 容器内部容积16的容器开口14(见图3)。阀10通常用于控制充注容器 内部容积16的流体的压力，此压力在第一和第二流体压力水平之间。明 显的，当压力在此处保持基本恒定的时候，通过控制流体的流入和流出， 阀10还可以用于控制容器内部容积16的大小。第二压力水平通常是大于 第一压力水平的正压力，此第一压力水平通常是周围环境空气压力。
比例阀10包括安装于容器12上的并环绕容器开口14的阀基座20。 阀基座20具有通过此处延伸的流体流出通路22。流体流出通路22具有排 气口24并且与容器内部容积16流体连通。排气口通常如此定位以连通流 体将要排放到的所述外部或周围环境。流体流出通路22通常具有部分地 被通过此处径向延伸的连接棒26阻挡的圆形横截面，如图2所示。
更加详细的如图3至图5中所示，容器12表现为一个中空柱，且其 开口14是其自身的一个开放的端部。开放的端部通常由通过常规的柔韧 性基座28与容器开口14的外周边缘接触的阀基座20关闭。
可驱动的排气罩30用于选择性的关闭排气口24。近似如图3中所示 的第一罩位置，其中排气罩30与排气口24通过他们之间的第一缝隙G1 而空间隔离，以允许流体从容器内部容积16(见图3中黑色箭头)排放 于此，以及如图4和5所示出的第二罩位置，其中排气罩30关闭排气口 24以阻止流体从容器内部容积16排放，排气罩30在所述两位置之间是可 驱动的。可驱动排气罩30通过罩位移量而移动，随着驱动力到达第一预 定临界点从第一罩位置到第二罩位置。
一个可驱动进气体36连接到阀基座20的连接棒26，其具有在此处延 伸的流体流入通路38。如图3和4所示的第一流入通路位置，其中流体流 入通路38被关闭以阻止流体在流体流入通路38和容器内部容积16之间 流动，和如图5所示的第二流入通路位置，其中流体流入通路38与连接 棒26通过他们之间的第二缝隙G2而空间分离，以与流体流出通路22流 体连通以允许增压流体在流体流入通路38和容器内部容积16之间流动 (见图5中黑色箭头)，流体流入通路38在所述两位置之间是可驱动的。 通过流入通路位移量，随着驱动力到达第二预定临界点，可驱动流体流入 通路38从第一流入通路位置移动到第二流入通路位置。通常的，第二预 定临界点的力大于第一预定临界点的力，如此排气罩30在流体流入通路 38之前是可驱动的。
流体流入通路38是基本上直线的并通常定义为纵向相对于第一和第 二流入通路端部40、42以及在他们之间延伸的纵向流入通路轴44。第一 流入通路端部40通常位于靠近阀基座20的位置。流体流入通路38具有 可连接到正压力流体源的进气口46。进气口46通常位于靠近第二流入通 路端部42且通常是离开阀基座20的位置。
进气体36包括壳体偏置装置48，其用通常在第一和第二预定临界点 力中间的预定偏置力推动进气体36到第一流入通路位置中。壳体偏置装 置48通常包括纵向延伸的诸如螺钉50等拉长活塞部件，其通常是同轴的 通过流体流入通路38和诸如压缩螺旋弹簧52等的压缩弹簧。
活塞部件50具有第一纵向活塞端部54(通常是螺钉带螺纹的端部) 使用诸如螺母56等的紧固件啮合螺纹以连接到阀基座20的连接杆26。通 常相反的第二纵向活塞端部58(通常螺钉的顶部)通过压缩弹簧52在第 一和第二流入通路端部40、42中间的位置连接到流体流入通路38。压缩 弹簧52在位于第一和第二流入通路端部40、42中间位置的流体流入通路 38内部的台肩60，和位于靠近第二流入通路端部42的位置的螺钉50的 顶部58之间延伸。在这个位置，压缩弹簧52促使第二纵向活塞端部58 (螺钉顶部)离开阀基座20，且促使大体上邻接接触连接杆26的第一流 入通路端部40关闭在第一流入通路位置中的流体流入通路38。当在第二 流入通路位置时，第一流入通路端部40通过第二缝隙G2与阀基座20空 间上分离。
第二流入通路端部42具有装配开口62以便流体流入通路38内的壳 体偏置装置48使用螺母56装配到连接杆26。装配开口62通常通过使用 常规的螺钉紧固件66由装配罩64来关闭。
通常，可驱动的排气罩30纵向可移动的连接到靠近第一流入通路端 部40的进气体36。排气罩30包括局部的通常是柔韧性的部件32，其位 于靠近进气体36的第一流入通路端部40的位置。柔韧性部件32通常由 诸如橡胶等可压缩材料制成，以确保当在如图4和5所示的第二罩位置的 时候，排气口24的关闭，其是在其局部的外周通常为密封的气密接触。 明显的，用于排气罩30的材料更特别的用于柔韧性部件32的材料非必要 是柔韧性的，只要在排气罩30和阀基座20之间的接触面局部的提供气密 接触。金属-金属交界面可以最终认为没有背离本发明的保护范围。
通常，阀10还包括连接到排气罩30和流体流入通路38的传动机构 部件68。传动机构68通过提供所需的驱动力而通常相继的移动排气罩30 和流体流入通路38各自的罩和流入通路位移量。
传动机构68可操作为空载的传动机构结构以及第一和第二传动机构 位移结构。近似的如图3和3a中所示的空载的传动机构结构对应于分别 在第一罩和第一流入通路位置的排气罩30和流体流入通路38。图4中的 第一传动机构位移结构对应于分别在第二罩位置和第一流入通路位置的 排气罩30和流体流入通路38。如图5中所示的第二传动机构位移结构对 应于分别在第二罩位置和第二流入通路位置的排气罩30和流体流入通路 38。
如图3a、4和5中双箭头所代表的传动机构68随着驱动力是可操作 的，当分别达到第一和第二预定力水平的时候，其产生第一和第二传动机 构位移结构。
优选的，隔膜式传动机构68包括通常为基本上可弯曲的刚性板70、 72的第一和第二传动机构部件，其连接到排气罩30和进气体36。第一和 第二板70、72优选的在空载传动机构结构以及第一和第二传动机构位移 结构之间相对于彼此是连续可移动的。
通常优选的具有圆盘形状的，且在空载传动机构结构中(未示出)通 常为平面的的第一和第二板70、72，使用多个均匀分离的常规螺栓74以 面对面的结构密封的在外周彼此连接。第一和第二板70、72分别定义了 各自的中心部分76、78以及他们之间传动机构内部容积80。更详细的如 图4所示，板70、72之一，优选的是板72，由于其可接近性而包括通过 其中心部分78延伸的传动机构开口82。传动机构开口82允许传动机构内 部容积80选择性的与增压流体源流体连通，以选择性的将彼此分开的第 一和第二中心部分76、78从空载传动机构结构向第二传动机构位移结构 移动。即使本文没有示出，在具有传动机构内部容积80之内的零压力的 空载传动机构结构中、第一和第二板70、72可以具有类似于如图3a所示 的轻微凹陷形状，而不脱离本发明的范围。
通常，增压流体源具有的压力优选地是可变的以选择性调节传动机构 内部容积80内的流体压力，如此传动机构68在空载传动机构、在第一和 第二传动机构位移结构以及在他们之间任何位置是可调节的操作。
第一和第二板70、72通常由弹性可变形的刚性材料制成，在相对的 高压力水平这种材料将会变形，如此当中心部分76、78位于彼此分离的 位置时，两个板70、72形成了偏置弹簧，其在空载传动机构结构中朝向 彼此推动中心部分76、78。隔膜偏置弹簧还促使排气罩30在第一第罩位 置中，因为排气罩30使用任何常规的粘合剂34等粘合到第一板70的中 心部分76上。
对于本领域技术人员显而易见的是在排气罩30和阀基座20之间的诸 如压缩弹簧等的罩偏置装置可用于偏置第一罩位置中的排气罩30，这并 不背离本发明的范围。而且，本领域技术人员将认识到的是阀10将在不 带有任何罩偏置装置或粘合剂34的情况下工作，容器内部容积16和流体 流出通路22内的流体的压力推动排气罩30离开第二罩位置。相似的，当 阀用于翻转颠倒(up-side-down)结构时候重力将轻易的推动排气罩30 离开第二罩位置，结构如整个附图所示。
因此，移动如图4和5分别所示的在第一和第二传动机构位移结构中 的彼此分离的第一和第二板70、72所需要的第一和第二预定力水平都通 常大于操作阀10所需的移动力大约一个(10倍)和大约四个(10000倍) 数量级之间。优选的，第一和第二预定力水平大于移动力大约两个数量级 (100倍)。
在驱动力和移动力之间的数量差异允许阀10的精密和精确控制，其 是由通常的控制分开中心部分76、78的实际距离直到大约万分之一英寸 (0.0001in)或两个半微米(2.5μm)，该距离相继的决定了第一和第二缝 隙G1、G2的大小以有效的控制分别穿过排气和进气口24、46的流体流 量。
通常，第一和第二板70、72的中心部分76、78具有在通过处延伸的 中心孔84、86。第一和第二板70、72的中心孔84、86通常由进气体36啮 合。因此，第一和第二中心部分76、78通常邻接接触导向汽缸88，其轴 向滑动安装到进气体36上靠近第一流入通路端部40，并且进气体36的外 部的台肩90位于第一和第二流入通路端部40、42的中间位置。
虽然上文没有详细的披露，但是对本领域技术人员显而易见的是在各 部件之间的接触面通常是气密密封的以防止于此处的任何空气泄漏。
操作
本发明的多级比例阀10由操作人员通过单独的控制按钮(未示出) 而易于操作，所述按钮控制隔膜式传动机构68的内部容积80内的流体压 力。依赖于特定应用，使用此安装于容器12上的阀10，当内部容积16 基本恒定的时候，操作人员控制容器12内的流体压力，或者当此处的压 力基本恒定的时候，控制内部容积16的大小。
在关闭的、空载的、第一阀结构中，阀10通常允许容器12内的流体 通过流体流出通路22排放到环境中，所述流体流出通路22带有在第一罩 位置和在第一流入通路位置的排气罩30和流体流入通路38。
通过激活控制按钮，操作人员允许隔膜内部容积80内的流体压力在 此处逐渐增加压力(图3a中单股双箭头所示)，这样移动了第一板70的 中心部分76以迫使导向汽缸88沿着进气体36逐渐滑动。通过移动第一 板70的中心部分76，传动机构68还逐渐的从第一罩位置向第二罩位置移 动结合于其上的排气罩30以逐渐减少第一缝隙G1或排气口24的开口， 如图3和3a所示。最终，操作人员控制排气口24逐渐关闭以控制从容器 12逸出的流体的排放流率。
当隔膜式传动机构68提供的压力或驱动力等同于第一预定力水平， 其对应于第一传动机构位移结构，阀10上的移动力到达第一预定临界点 力施加于排气罩30上以移动后者，如此通过邻接依靠在阀基座20上，此 移动力充分关闭排气口24。在这一点，阀10处于中间的第二阀结构，以 保持容器12内的流体压力恒定，排气罩30位于第二罩位置，流体流入通 路38仍旧在第一流入通路位置。
通过进一步激活控制钮，操作人员允许隔膜内部容积80内的流体压 力进一步逐渐增加直到隔膜式传动机构68提供压力(图4中双股箭头所 示)以在第一和第二传动机构位移结构之间操作。而传动机构68促使在 第一和第二预定临界点力之间的移动力施加到排气罩30之上，其将后者 在第一板70和阀基座20之间挤压，进气体36仍然处于第一流入通路位 置，如图4所示。
当促使的移动力达到第二预定临界点力的时候，第二板72的中心部 分78开始从第一流入通路位置向第二流入通路位置推动进气体36，离开 阀基座20，通过压缩可压缩弹簧52抵制壳体偏置装置48的偏置力。进气 体36从这个点的进一步的渐进的位移逐渐增加第二缝隙G2以控制从进 气口46进入容器12的进气高压流体的进气流率。
通过进一步激活控制钮，操作人员允许隔膜内部容积80内的流体压 力进一步逐渐增加直到隔膜式传动机构68提供的压力(如图5中三股双 箭头所示)等同于第二预定力水平，其对应于第二传动机构位移结构以充 分打开阀10。在这一点上，阀10是打开的第三阀结构以允许进入的高压 流体充分到达容器的内部容积16并增加此处的流体压力，并且排气罩30 仍旧处于第二罩位置，流体流入通路38处于第二流入通路位置，如图5 所示。
为了相继的返回到第二和第一阀结构，操作人员逐渐的释放控制按 钮。明显的，本领域技术人员将认识到通过在第一和第二阀结构之间，或 在第二和第三阀结构之间变换，操作人员可以控制阀10，这依赖于特定 应用的需要。
即使并不需要，连接到进气口46的流体源通常是在低压水平的高流 量流体源(高CFMs(立方英尺每分钟))以确保流体压力不引发在阀基 座20上的足以超过压缩弹簧52的偏置力并打开阀10的力。类似的，连 接到控制传动机构开口82的流体源通常是在低压水平的小流量流体源 (低CFMs)，由于隔膜板70、72的大小使压力水平极大的大于足以抵 消所选的压力弹簧52的偏置力。
可选方案
如上文详细描述的，排气和进气口42、46通常分别可连接到在正压 或环境压力水平的流体。明显的，本领域技术人员将认识到可以考虑相反 的结构而没有脱离本发明的范围。
此外，对于本领域技术人员显而易见的在于在阀基座20、排气罩30 和进气体36之间的相互联系可以改变，如此阀10将在空载的打开的第一 结构，并可驱动到中间的第二和关闭的第三结构，而没有偏离本发明的范 围。
此外，本发明不限于隔膜式传动机构42，还有其他类型的传动机构 可以被认为没有偏离本发明的范围，诸如电子分级马达(未示出)连接到 蜗杆螺钉(未示出)以驱动排气罩30以及连接到进气体36。
此外，即使本发明的实施方案10已经被描述为用于空气流，对于本 领域技术人员显而易见的在于任何其他的或是气态的或是液态的流体，都 可以认为没有背离本发明的范围，只要适合和广泛熟知的机械的(压力， 疲劳等等)、材料的(类型、兼容性等等)以及化学的(腐蚀、环境等等) 因素被考虑。
即使本发明的多级比例阀已经被描述为具有某种程度的特殊性，但 是应当理解的是本公开仅以举例的方式，且本发明不限制于本文所描述和 图示的实施方案的特征，但是包括如后文所要求的发明的范围和主旨内的 各种变化和改变。