質量流量控制器及其操作方法
2023-05-10 18:14:06 2
專利名稱：質量流量控制器及其操作方法
技術領域：
本發明總體上涉及質量流量控制器。具體而非限制地，本發明涉及質量流量控制器熱傳感器及其操作方法。
背景技術：
典型的質量流量控制器(MFC)是被配置成且適於控制流體傳輸的裝置。用戶可以按照例如每分鐘從MFC傳輸的流體的立方釐米或者克來設置流體的指定傳輸速率。為了控制從MFC傳輸的流體的流率，典型的MFC生成表示MFC的實際流率的輸出信號。將該實際流率與用戶指定的流率進行比較，並且如果需要調節控制閥以修改流量以使得以指定的傳輸速率釋放從MFC釋放的流體的流量。
發明內容
將附圖中示出的本發明示例性實施例總結如下。在具體實施方式
部分中更完整地描述了這些和其它實施例。然而應理解的是，並非旨在將本發明限於在發明內容或者具體實施方式
中描述的形式。本領域的普通技術人員能夠意識到，存在落入在權利要求中表示的本發明的精神和範圍內的各種變型、等同物和替代構造。
本發明的實施例提供質量流量控制器相關的裝置及其操作方法。例如，一個實施例包括質量流量控制器熱傳感器。所述熱傳感器包括毛細管、第一對感測元件以及第二對感測元件。將一個毛細管耦合到橫跨質量流量控制器旁路的主流體管路(flow line)。將第一對感測元件耦合到毛細管的上遊部分並且將第二對感測元件耦合到毛細管的下遊部分，其中第二對感測元件通常與第一對相對。而且，在一個實施例中，上遊部分和下遊部分通常平行，這兩部分之間的距離不大於這兩部分的長度的一半。
本發明的另一示意實施例是一種操作質量流量控制器熱傳感器的方法。在一種方法中，沿至少一個熱感測元件的第一方向接收流體。也沿第二熱感測元件的第二方向接收流體。然後從外部熱源在第一和第二感測元件上引起縱向溫度梯度和正交溫度梯度並且從熱傳感器輸出質量流率信號。所述輸出不受所述縱向熱梯度和正交熱梯度的影響。
本發明的其它實施例包括質量流量控制器。在一個實施例中，所述質量流量控制器包括主管路、熱傳感器以及差分放大器。所述熱傳感器包括耦合到所述主管路的u形毛細管以及耦合到所述管的至少一個感測元件。所述至少一個熱感測元件適於輸出具有通常與所述元件的溫度成比例的電壓的信號。所述差分放大器適於(i)接收所述至少一個熱感測元件輸出信號，並且(ii)輸出差分放大器信號，所述差分放大器信號包括通常與流經所述質量流量控制器的流體的所述流率成比例的電壓。而且，所述差分放大器輸出的所述電壓不受正交和縱向溫度梯度的影響。
這裡進一步詳細描述這些和其它實施例。
通過參考下面結合附圖的具體實施例方式和所附權利要求，本發明的各種目的和優點以及更加透徹的理解將變得顯而易見並且更加容易體會，其中 圖1是根據本發明示意性實施例的包括耦合到主管路的熱傳感器的質量流量控制器的部分視圖； 圖2是根據本發明示意性實施例的包括具有兩對相對的熱感測元件的熱傳感器的另一質量流量控制器的部分視圖，所述熱傳感器耦合到主管路。
圖3是根據本發明示意性實施例的包括具有熱電堆感測元件的熱傳感器的再一質量流量控制器的部分視圖，所述熱傳感器耦合到主管路。
圖4是根據本發明示意性實施例的操作質量流量控制器熱傳感器的方法的流程圖。
圖5是根據本發明示意性實施例的質量流量控制器橋電路的示意性表示。
圖6A和圖6B分別是根據本發明一個實施例的(i)質量流量控制器熱傳感器的部分，以及(ii)熱溫度梯度的示意性表示。
圖7是根據本發明示意性實施例的MFC的示意性表示。
具體實施例方式現在參考附圖，在適當的時候在所有圖中使用相同的附圖標記指代相同或者類似的元件，尤其參考圖1，其示出了根據本發明示意性實施例的質量流量控制器熱傳感器 100。熱傳感器100的一個實施例包括毛細管102以及一個或者多個熱感測元件116、118。 一個實施例可以包括上遊熱感測元件116和下遊熱感測元件118。此外，毛細管102可以具有上遊部分106、下遊部分108和管彎曲部分110。
在一個實施例中，在流體流經質量流量控制器(MFC)時，流體朝向旁路114流經主管路112。在進入旁路114之前，流體的一部分進入毛細管102。在一個實施例中，毛細管 102中的流體沿第一方向流經上遊管部分106，至管彎曲部分110，沿通常與第一方向相反的第二方向流經下遊管部分108，並且返回到主管路112，在旁路114的下遊重新進入主管路 112。
熱傳感器100的一個或者多個變體適於輸出用於確定流經質量流量控制器的流體的流率的一個或者多個信號(圖1中未示出)。為了確定流體流率，將來自一個或者多個上遊感測元件116的輸出電壓與來自一個或者多個下遊感測元件118的輸出電壓進行比較。在元件116、118的溫度波動時，輸出電壓也波動。因此，則經過毛細管102的流體攜帶從上遊感測元件116的熱量至下遊感測元件118時，由元件116、118產生不同的電壓。以傳感器116、118之間的電壓差為基礎，可以獲得經過MFC的流體的流率。然後可以使用熱傳感器100輸出的該流體流率來調節控制閥104以增加或者減小實際的流體流率，以便實際的流體流率等於用戶設置的預定流體流率。
在熱傳感器100測量的流體的流率取決於熱感測元件116、118的溫度變化時，任何外部熱源可能影響感測元件116、118輸出的電壓電平。因此，外部熱源可能使質量流量控制器熱傳感器100輸出不正確的流體流率。如圖6A和6B所示，外部熱源產生包括縱向梯度680和正交梯度690的溫度梯度。縱向梯度680包括與管部分106、108中的流體流量平行的溫度梯度部分。另一方面，正交梯度690包括與流體流量垂直的溫度梯度部分。也可以將正交梯度690稱為橫向梯度。
本發明的一個實施例使得溫度梯度680、690對熱傳感器100的輸出的影響最小化。例如，在一個實施例中，將上遊管部分106和下遊管部分108之間的距離120設置為適於基本上消除縱向溫度梯度680的影響的長度。基本上相對的上遊感測元件116和下遊感測元件118生成基本上類似的上遊管部分106和下遊管部分108。在上遊管部分106和下遊管部分108之間以適當距離120組合的類似管部分106、108用於消除縱向梯度680的影響。而且，將上遊感測元件116放置為基本上與下遊感測元件118相對使得任何正交梯度 690的影響最小化。
如圖6A和6B所示，上遊感測元件116可以包括第一對感測元件616，和616」並且下遊感測元件118可以包括第二對感測元件618』和618」。應該意識到，可以將第一感測元件對616』、616」和第二感測元件對618』、618」併入到圖1所示的上遊感測元件116和下遊感測元件118中。可以將上遊感測元件A 616』和B 616」稱為第一對熱感測元件並且可以將下遊感測元件C 618』和D 618」稱為第二對熱感測元件。第二熱感測元件618』、618」 可以基本上與第一熱感測元件616』、616」相對。
在一個實施例中，上遊管部分106和下遊管部分108之間的距離120不大於上遊管部分106和下遊管部分108的長度122的一半。然而，在其它實施例中，距離120應該儘可能地小。在至少一個實施例中，如圖6A和6B所示，距離120可以基本上等於第一對感測元件616，、616 」和第二對感測元件618，、618 」之間的距離。
如圖1所示，上遊管部分106和下遊管部分108的長度122可以包括從第一溫度屏障126的邊緣到第二溫度屏障124的邊緣測量的上遊管部分主段和下遊管部分主段。溫度屏障126、124可以由適於將溫度維持為基本上等於環境溫度的材料構成。因此，溫度屏障126、124可以適於基本上將毛細管102的部分維持在環境溫度處。在一個實施例中，可以將上遊管部分入口段128、下遊管部分出口段130和管彎曲部分110基本上維持在環境溫度。溫度屏障124、126也可以適於將毛細管段保持在除了環境溫度之外的溫度處。確保彎曲部分110的溫度基本上等於上遊管部分入口段128和下遊管部分出口段130基本上防止了熱傳感器100中的熱虹吸。
上遊管部分106和下遊管部分108可以基本上是直的、平行的，並且具有基本上相等的長度122。還應意識到上遊部分106和下遊部分108的一個或者多個段可以不是基本上直的，但是可以基本上是平行的和對稱的。此外，應該意識到，也可以將上遊管部分106 和下遊管部分108之間的距離120稱為相對的上遊感測元件116和下遊感測元件118或者元件對616』和616」、618』和618」之間的距離120。在一個實施例中，上遊管部分和下遊管部分長度122可以從大約15mm到大約30mm，並且兩個部分106、108之間的距離120可以從大約3mm到大約10mm。
如圖6A所示，在一個實施例中，最小化上遊管部分606和下遊管部分608之間的距離620能夠使上遊熱感測元件616』、616」由於縱向溫度梯度680引起的溫度變化基本上等於下遊熱感測元件618』、618」由於縱向溫度梯度680引起的溫度變化。距離120能夠使基本上類似的縱向溫度梯度680影響每一個熱感測元件616』、616」、618』、618」並且允許縱向溫度梯度680的影響消除。例如，在圖6A中，縱向溫度梯度680的方向基本上與上遊管部分606中的流體流向類似，使得上遊感測元件B 616」的溫度以熱梯度680增加。沿著下遊管部分108，縱向溫度梯度680與流體流相對。因此，溫度梯度680使傳感器C 618』的溫度升高。縱向溫度梯度680沿著管106、108為恆定不是必要的。然而，對於兩個管部分 106、108，梯度680應該相同，這通過最小化管部分106、108之間的距離120實現。
在一個實施例中，傳感器C 618』的溫度由於縱向溫度梯度680的增加基本上等於傳感器B 616」中溫度的增加。為了消除縱向溫度梯度680對傳感器616」、618』的影響，從傳感器616」、618』的一個中的溫度增加減去傳感器616」、618』的另一個中的溫度增加。在一個實施例中，通過處理每一個傳感器616」、618』輸出的電壓信號來執行溫度的消除。例如，可以通過諸如但不限於圖5所示的橋電路M2的橋電路542消除這些電壓。
圖1中描述的示例性實施例的變體也適於以類似的方式消除橫向溫度梯度690的影響。然而，與只要對上遊管部分106和下遊管部分108的影響類似就會波動的縱向溫度梯度680不同，正交溫度梯度690不應該沿著上遊管部分106和下遊管部分108波動。例如，溫度梯度690沿著管部分106、108的溫度波動能夠使傳感器116、118產生錯誤的電壓， 這可以解釋為不精確的流體流量讀取。
再次參考圖6，由上遊感測元件A 616』和B 616」表示圖1的上遊熱傳感器116， 並且將圖1的下遊熱傳感器118表示為下遊感測元件C 618』和618」。基本上恆定的正交溫度梯度690將以第一方式影響上遊熱感測元件616』、616」並且以第二方式影響下遊熱感測元件618，、618」。圖6B所示的熱梯度690沿著通常從下遊管部分608到上遊管部分606 的方向行進。因此，每一個上遊元件616』、616」的溫度將以基本上相同的量增加。與圖6A 所示的元件B 616」和C 618』由於縱向溫度梯度680引起的溫度增加類似，為了消除橫向溫度梯度690對元件A 616，和B 616」的影響，熱傳感器100適於從元件616，、616」的一個中的溫度增加減去元件616』、616」的另一個中的溫度增加。在一個實施例中，可以通過諸如但不限於圖5所示的橋電路M2的橋電路542消除每一個元件616』、616」輸出的電壓的增加。
如圖2所示，熱傳感器200可以包括上遊熱感測元件216，所述上遊熱感測元件 216包括第一上遊電阻熱量計元件216』、上遊加熱器234以及第二上遊電阻熱量計元件 216」。下遊感測元件118可以包括第一下遊電阻熱量計元件218』、下遊加熱器232以及第二下遊電阻熱量計感測元件218」。上遊加熱器234可以耦合到第一上遊電阻熱量計元件 216』和第二上遊電阻熱量計元件216」之間的上遊管部分206，下遊加熱器232可以耦合到第一下遊電阻熱量計元件218』和第二下遊電阻熱量計元件218」之間的下遊管部分208。 在其它實施例中，一個或者多個感測元件216』、216」、218』、218」可以適於用作加熱器234、 232。加熱器/元件可以適於加熱流經毛細管202的流體。在再一實施例中，加熱器232、 234可以不是加熱器而是可以包括冷卻裝置。在這樣的實施例中，熱傳感器100可以按照與適於加熱流經毛細管202的流體的熱傳感器100相同的方式操作，並且因此輸出與感測元件216，、216」、218，，218」溫度的增加成比例的改變的感測元件216』、216」、218』、218」電壓。然而，在使用冷卻裝置代替加熱器232、234時，可以冷卻流體並且感測元件216』、216」、 218』、218」電壓可以通常與感測元件216』、216」、218』、218」溫度的降低成比例。
進一步如圖3所示，上遊傳感器116和下遊傳感器118可以包括熱電堆傳感器 336。熱電堆傳感器136可以包括第一輸出338和第二輸出340。然而，與如圖1和圖2所示的熱傳感器100不同，一個熱電堆傳感器136可以適於產生針對由於縱向溫度梯度680和正交溫度梯度690的溫度增加和降低進行調節的信號。通過本領域中公知的熱電偶測量原理執行該調節。因此，可以直接使用傳感器輸出338、340處的信號以確定實際流體流率。
在一個實施例中，熱電堆傳感器336耦合到上遊管部分306的位置數量等於熱電堆傳感器336耦合到下遊管部分308的位置數量。此外，熱電堆傳感器336耦合到第一上遊象限380的位置數量等於熱電堆傳感器336耦合到第二下遊象限395的位置數量，並且熱電堆傳感器336耦合到第一下遊象限(quadrant) 390的位置數量等於熱電堆傳感器336 耦合到第二上遊象限385的位置數量。在一個實施例中，熱電堆傳感器336可以以相同的位置數量耦合到全部四個象限380、385、390、395。此外，熱電堆傳感器336可以耦合到位於「熱」耦合位置的第一上遊象限380以及第一下遊下限390，並且熱電堆傳感器336可以耦合到位於「冷」耦合位置的第二上遊象限385和第二下遊象限395。
如圖5所示，在實施例使用橋542時，橋可以向差分放大器544發送一個或者多個信號M6548。橋542可以適於用作公知的惠特斯通橋。在一個實施例中，差分放大器討4 可以適於修改輸出差分放大器信號陽0的一個或者多個信號M6548，所述差分放大器信號550的電壓基本上與流體流量成比例。
開始於圖4中的400，示出了操作質量流量控制器熱傳感器100的方法。在405 處，一種方法包括接收沿在至少一個第一熱感測元件的第一方向上流動的流體。例如，如圖 1所示，流體可以從主管路112到毛細管102的上遊部分106中，朝向管彎曲部分110，在耦合到上遊管部分106的上遊熱感測元件116上流動。同樣地，在410處，沿至少一個第二熱感測元件的第二方向接收流體，這可以通過流體從管彎曲部分110，經過下遊管部分108， 穿過耦合到下遊管部分108的下遊感測元件118，並且到達主管路112的流動來實現。
在圖4的415和420處，通過外部熱源在至少一個第一熱感測元件和第二熱感測元件上可以引起分別諸如圖6A和6B的縱向熱梯度680和正交熱梯度690的溫度梯度。例如，梯度680、690可以在圖1中的上遊元件116和下遊118上行進。而且，在425處，可以由熱傳感器100輸出質量流率信號，該質量流率信號(圖1中未示出)包括通常與流經MFC 的質量流率成比例的電壓。通過利用熱感測元件116、118輸出的電壓可以獲得一個質量流率信號。熱感測元件116、118的輸出電壓可以通常與元件116、118的溫度成比例。在包括第一對感測元件616』、616」和第二對感測元件618』、618」的一個實施例中，每一個元件 616』、616」、618』、618」的電壓基本上與每一個元件的溫度成比例。熱傳感器100輸出的一個質量流率信號不受縱向溫度梯度680和正交溫度梯度690影響。該方法結束於430。
在一種方法中，由於梯度680對於感測元件116、118中的一個的至少一部分所具有的溫度變化被梯度680對於感測元件116、118中的另一個的至少一部分所具有的溫度變化消除，因此質量流率輸出信號不受縱向溫度梯度680影響。在一種方法中，由於距離120 不大於上遊管部分106或者下遊管部分108的長度122的一半，每一個感測元件116、118 的至少一部分的溫度變化可以基本上相等。
在另一種方法中，如圖6B所示，第一熱感測元件116和第二熱感測元件118包括上遊熱感測元件對和下遊熱感測元件對616』、616」、618』和618」。正交熱梯度690引起在第一上遊熱感測元件616』和第二下遊熱感測元件618」之間的差異溫度幅度。在一種方法中，差異溫度幅度包括第一上遊熱感測元件616』與第二下遊熱感測元件618」相比較的溫度增加。類似地，正交熱梯度690引起在第二上遊熱感測元件616」和第一下遊熱感測元件618』之間的差異溫度幅度。該差異溫度幅度可以包括第二上遊熱感測元件616」與第一下遊熱感測元件618』相比較的溫度增加。
在一種方法中，熱傳感器100適於利用第二上遊熱感測元件616」的溫度變化來消除第一上遊熱元件616』的溫度變化。為此，可以從第二下遊熱元件618」的溫度變化減去第一上遊熱元件616』的溫度變化以獲得第一正交梯度溫度變化。而且，可以從第二上遊熱感測元件616」的溫度變化減去第一下遊感測元件618』的溫度變化以生成第二正交梯度溫度變化。因此，與第一正交梯度溫度變化相比較，第二正交溫度變化具有基本上相等的絕對值，但是具有不同的符號。結果，由於兩個正交梯度溫度變化的值彼此消除，因此組合兩個正交溫度變化生成基本上可忽略的溫度變化。
可以通過組合每一個傳感器616』、616」、618』、618」輸出信號來執行組合上述溫度變化。可以通過電路橋並且執行信號修改來執行信號的這樣組合。例如，可以使用圖5所示的橋542和差分放大器544。為此，可以根據由熱感測元件516』、516」、518』、518」產生的電壓由橋電路542生成第一信號546和第二信號548。可以由差分放大器544接收信號 546、548，放大器544然後可以生成具有通常與經過MFC的流體的流率成比例的電壓的差分放大器信號550。
圖7示出了本發明的再一實施例。圖7是包括主管路712、熱傳感器700和差分放大器744的質量流量控制器752的表示。MFC 752還可以包括橋電路742，所述橋電路742 包括感測元件716』、716」、718』、718」以及控制模塊770。控制模塊可以適於產生控制閥信號755。在一個實施例中，熱傳感器700包括具有u形橫截面的毛細管702。毛細管702可以包括耦合到主管路712的上遊管部分706以及耦合到主管路712的基本上平行的下遊管部分708。下遊管部分708與上遊管部分706的距離為第一距離720。距離720是位於熱傳感器700內側的毛細管702的上遊部分706和下遊部分708之間的距離。上遊管部分入口段128和下遊管部分出口段130之間的距離可以基本上與距離720不同。一個實施例中的第一距離720也能夠使差分放大器信號750基本上不受圖6B所示的縱向溫度梯度680 的影響。
此外，MFC 752包括耦合到毛細管702的至少一個感測元件。所述至少一個感測元件可以包括上遊感測元件對716』、716」以及通常與上遊感測元件對716』、716」相對的下遊感測元件對718』、718」。每一個元件可以產生適於由橋電路742接收的信號，並且所述橋電路可以適於輸出一對信號746、748，所述一對信號746、748適於由差分放大器744接收。 在另一實施例中，MFC 752可以包括如圖3所示的熱電堆傳感器336或者如圖2所示的一對通常相對的加熱器232、234，所述加熱器分別耦合到上遊管部分706和下遊管部分708。
MFC 752的一個實施例還可以包括適於輸出差分放大器信號750的差分放大器 744。在一個實施例中，差分放大器信號750包括通常與流經質量流量控制器752的流體的流率成比例的電壓。此外，差分放大器信號752基本上不受如圖6A和6B所示的正交溫度梯度680和縱向溫度梯度690的影響。
在MFC 752的許多變體中，由如圖6B所示的正交溫度梯度690引起的熱感測元件 116,118中的至少一個的第一溫度變化可以由熱感測元件116、118中的另一個的第二溫度變化消除。應該意識到，熱感測元件116、118可以包括如圖6B所示的元件A 616，、B616」、 C 618，和D 618」。此外，以MFC 752消除由正交溫度梯度690引起的溫度變化的能力為基礎，差分放大器信號750不受正交溫度梯度690的影響。
權利要求
1.一種質量流量控制器熱傳感器，包括具有上遊管部分、管彎曲部分和下遊管部分的毛細管，其中， 所述上遊管部分包括上遊部分長度，所述下遊管部分包括下遊部分長度，所述下遊部分長度基本上與所述上遊部分長度相等並且所述下遊管部分基本上與所述上遊部分平行，所述上遊管部分和所述下遊管部分之間的距離不大於所述上遊部分和下遊部分長度的一半；耦合到所述上遊管部分的第一對熱感測元件；以及耦合到所述下遊管部分的第二對感測元件，所述第二對感測元件通常與所述第一對感測元件相對。
2.如權利要求1所述的質量流量控制器熱傳感器，其中，所述上遊管部分(i)耦合到所述管彎曲部分的第一端部，並且(ii)適於沿第一方向接收氣流；並且所述下遊管部分(i)耦合到所述管彎曲部分的第二端部，並且(ii)適於沿第二方向接收氣流，所述第二方向通常與所述第一方向相反；並且所述毛細管通常包括U形。
3.如權利要求1所述的質量流量控制器熱傳感器，其中， 所述上遊管部分還包括入口段和上遊管部分主段； 所述下遊管部分還包括出口段和下遊管部分主段；所述管彎曲部分、所述入口段和所述出口段的溫度等於第一溫度，所述第一溫度通常是恆定的；並且所述上遊管部分主段和所述下遊管部分主段的溫度包括第二溫度，所述第二溫度與所述第一溫度不同。
4.如權利要求3所述的質量流量控制器熱傳感器，其中，所述第一溫度通常等於環境溫度。
5.如權利要求1所述的質量流量控制器熱傳感器，還包括第一加熱器，所述第一加熱器耦合到所述第一對感測元件之間的所述上遊管部分；以及第二加熱器，所述第二加熱器耦合到所述下遊管部分並且通常與所述第一加熱器相對。
6.如權利要求1所述的質量流量控制器熱傳感器，還包括差分放大器，其中所述差分放大器適於(i)從所述第一對感測元件和所述第二對感測元件接收至少一個信號，並且 (ii)輸出差分放大器信號，所述差分放大器信號包括通常與流經所述毛細管的流體的流率成比例的電壓。
7.如權利要求6所述的質量流量控制器熱傳感器，其中，所述差分放大器輸出的所述質量流率信號基本上不受所述感測元件上的正交溫度梯度和縱向溫度梯度的影響。
8.一種操作質量流量控制器的方法，包括沿至少一個第一熱感測元件的第一方向接收流體的流量； 沿至少一個第二熱感測元件的第二方向接收流體的流量；接收至少一個第一熱感測元件和第二熱感測元件上的縱向熱梯度；接收至少一個第一熱感測元件和第二熱感測元件上的正交熱梯度；以及輸出質量流率信號，所述質量流率信號基本上不受所述縱向熱梯度和正交熱梯度的影響。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述縱向熱梯度引起所述至少一個第一熱感測元件上的溫度變化； 所述縱向熱梯度引起所述至少一個第二熱感測元件上的溫度變化，所述至少一個第二熱感測元件上的溫度變化基本上等於所述至少一個第一熱感測元件上的溫度變化；並且還包括，利用所述至少一個第二熱感測元件的溫度的增加和降低中的一個來消除所述至少一個第一熱感測元件的溫度的增加和降低中的另一個，所述溫度的增加和降低由所述縱向熱梯度引起。
10.如權利要求8所述的方法，其中，所述至少一個第一熱感測元件和第二熱感測元件均包括一對熱感測元件； 所述正交熱梯度引起在第一上遊熱感測元件和第二下遊熱感測元件之間的差異溫度幅度；並且所述正交熱梯度引起在第二上遊熱感測元件和第一下遊熱感測元件之間差異溫度幅度。
11.如權利要求10所述的方法，還包括消除所述第一上遊熱感測元件和第二上遊熱感測元件與所述第一下遊熱感測元件和第二下遊熱感測元件之間的所述差異溫度幅度，所述消除包括(i)將所述第一上遊熱感測元件的溫度變化與所述第二下遊熱感測元件的溫度變化進行相加和相減中的一個，以獲得正的第一正交梯度溫度變化和負的第一正交梯度溫度變化中的一個，(ii)將所述第一下遊熱感測元件的溫度變化與所述第二上遊熱感測元件的溫度變化進行相加和相減中的另一個，以生成正的第二正交梯度溫度變化和負的第二正交梯度溫度變化中的另一個，並且 (iii)組合所述第一正交梯度溫度變化和所述第二正交梯度溫度變化。
12.如權利要求8所述的方法，還包括生成第一信號，所述第一信號由所述至少一個第一熱感測元件生成； 生成第二信號，所述第二信號由所述至少一個第二熱感測元件生成；以及由所述差分放大器接收所述第一信號和第二信號。
13.一種質量流量控制器，包括 主管路；熱傳感器，包括，具有u形橫截面的毛細管，所述毛細管包括耦合到所述主管路的上遊管部分以及耦合到所述主管路的基本上平行的下遊管部分，其中，所述下遊管部分距離所述上遊管部分第一距離，耦合到所述毛細管的至少一個感測元件，所述至少一個感測元件適於輸出至少一個信號，所述至少一個信號包括通常與所述至少一個感測元件的溫度成比例的感測元件電壓； 以及差分放大器，所述差分放大器適於(i)接收所述至少一個信號，以及(ii)輸出差分放大器信號，所述差分放大器信號包括通常與流經所述質量流量控制器的流體的流率成比例的電壓，其中所述差分放大器信號不受正交溫度梯度和縱向溫度梯度的影響。
14.如權利要求13所述的質量流量控制器，其中，所述至少一個感測元件包括熱電堆傳感器。
15.如權利要求13所述的質量流量控制器，其中，所述第一距離還使得所述差分放大器信號能夠不受所述縱向溫度梯度的影響。
16.如權利要求13所述的質量流量控制器，其中，所述至少一個感測元件包括相對的兩對感測元件，耦合到所述上遊管部分的第一感測元件對以及相對地耦合到所述下遊管部分的第二感測元件對，設置所述相對的兩對感測元件以使得所述差分放大器信號能夠不受所述正交溫度梯度的影響。
17.如權利要求16所述的質量流量控制器，還包括一對加熱器，其中第一加熱器耦合到所述第一感測元件對之間的所述上遊管部分，第二加熱器相對地耦合到位於所述第二感測元件對之間的所述下遊管部分。
18.如權利要求13所述的質量流量控制器，其中，所述至少一個感測元件包括至少兩個感測元件；所述至少兩個感測元件中的一個測量的所述正交溫度梯度引起的第一溫度變化由所述至少兩個感測元件中的另一個測量的第二溫度變化來消除。
19.如權利要求13所述的質量流量控制器，其中，所述至少一個感測元件包括第一對感測元件和第二對感測元件，所述第一對感測元件耦合到所述上遊管部分並且所述第二對感測元件相對地耦合到所述下遊管部分；所述第二對感測元件被設置成消除由所述第一對感測元件記錄的任何溫度變化，所述溫度變化是由縱向溫度梯度引起的；第一下遊感測元件被設置成消除由第二上遊感測元件記錄的任何溫度變化，所述溫度變化是由正交溫度梯度引起的；並且第二下遊感測元件被設置成消除由第一上遊感測元件記錄的任何溫度變化，所述溫度變化是由正交溫度梯度引起的。
20.如權利要求13所述的質量流量控制器，還包括適於將所述質量流量控制器的至少一部分的溫度設置為大約等於環境溫度的裝置。
全文摘要
本發明的一個實施例涉及一種熱傳感器及其使用方法。一種熱傳感器適於輸出不受外部縱向熱梯度和正交熱梯度的影響的信號。在一個實施例中，所述質量流量控制器熱傳感器包括具有上遊管部分、管彎曲部分和下遊管部分的毛細管，所述下遊部分基本上與所述上遊部分平行。在一個實施例中，所述上遊管部分和所述下遊管部分之間的距離不大於所述上遊部分和下遊部分長度的一半，第一對熱感測元件耦合到所述上遊管部分並且第二對熱感測元件耦合到所述下遊管部分。
文檔編號G01F1/684GK102187183SQ200980140801
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月13日 優先權日2008年10月13日
發明者A·斯米爾諾夫, M·麥克唐納, J·莫克 申請人:先進能源工業公司