CN103728991A - 气体质量流量控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体质量流量控制***，包括：气体质量流量控制器，其与一气体管路连接，用于计量或控制流经气体管路的气体质量或流量；能量捕获装置，用于捕获气体质量流量控制***周围环境中的机械能量；以及，能量存储装置，其一端连接能量捕获装置，用于存储捕获的机械能量，其另一端与气体质量流量控制器连接，用于向气体质量流量控制器供电。其不需外部电源供电，简化了***、有利于降低设备故障率；且节约了能源、低碳环保，便于在行业内推广应用。

Description

气体质量流量控制***

技术领域

本发明涉及气体流量控制技术领域，更具体地说，涉及一种气体质量流量控制***。

背景技术

气体质量流量控制器（Mass Flow Controller，简称MFC）用于对气体质量流量进行精密测量及控制，主要应用于半导体集成电路工艺、特种材料、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多种领域的科研和生产中。现有技术提供的一气体质量流量控制器由分流器、传感器、电磁流量调节阀以及CPU、驱动、控制电路板组成，图1示出该气体质量流量控制器的模块图。

气体流经分流器100，再经接有调节阀109的气体管道输出，其中，分流器100与传感器配合使用，传感器通常包括一个与分流器连接的传感管101与两传感丝绕组1021、1022，传感管101为分流器100的一支管或旁路分管，两个传感丝绕组1021、1022与两个外部电阻1031、1032组成一个电桥，由恒流源104供电，输出信号经过放大器105至A/D转换器106被CPU107处理，CPU107还可与外部接口进行数据通讯，并通过驱动部件108控制调节阀109的开/合动作。工作时一小部分气体通过传感管101流过，随流过流量的不同而在传感管101产生不同范围的温度变化，传感丝绕组1021、1022感测到温度的变化，转换为电阻的变化，电桥供电后，A/D转换器106输出端输出相应的电信号，计算出相应的气体流量，以及供后续电路，例如CPU107处理。

其中，外部电阻1031、1032，恒流源104、放大器105、A/D转换器106、以及CPU107、驱动部件108可设置于同一块电路板11上。该电路板还提供电源110，其连接外部电源，以分别向上述各部件提供工作电压。

一方面，上述气体质量流量控制器工作时需要消耗一定的电能，从而需要由外部电源供电，在一些场合中使用起来很不方便。如果供电电源发生故障或者电源掉电、***停电那么气体质量流量控制器就无法工作，甚至造成灾难性的后果。此外，在一些特殊的场合，引入外部供电电源和电缆会使***变得相对复杂，气体质量流量控制器因供电而产生的故障机率成几何级增加。

如果气体质量流量控制器本身不需要外部电源供电，那么对于气体质量流量控制器来说，只需要一根通信线即可实现与气体质量流量控制器的信息交互，气体质量流量控制器根据用户的相应指令进行相应的控制操作。这样既节约了能源、低碳环保，又简化了***、降低了设备的故障率。

另一方面，在自然界中，存在着各种形式的能量，如太阳能、温差能、振动能、风能、水流能、电磁能和生物能等。而对于机械元器件或结构来说，其振动能量可通过能量捕捉装置进行捕获，将之转换为电能，存储起来供小型用电设备使用。

本领域技术人员理解，气体质量流量控制器工作环境中的噪声或振动几乎无处不在，例如汽车经过引起的强烈振动、工厂机床工作引起周围环境不停的振动。气体质量流量控制器在工作时，气体流过控制器以及与之相连的气体管路，都会不停的振动。气体质量流量控制器在不工作时，由于周围环境的振动影响，控制器也会做一定频率的振动。在运输过程中，控制器本身随着运输设备的运动也在不停的振动。若将这些振动能量捕捉、转换与存储，并供给控制器本身使用，即可脱离依靠外部电源的工作模式。

因此，业内期望获得一种不需外部电源供电，从而简化***、降低设备故障率的气体质量流量控制***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需外部电源供电的气体质量流量控制***。

为实现上述目的，本发明一技术方案如下：

一种气体质量流量控制***，包括：气体质量流量控制器，其与一气体管路连接，用于计量或控制流经气体管路的气体质量或流量；能量捕获装置，用于捕获气体质量流量控制***周围环境中的机械能量；以及，能量存储装置，其一端连接能量捕获装置，用于存储捕获的机械能量，其另一端与气体质量流量控制器连接，用于向气体质量流量控制器供电。

优选地，能量捕获装置为静电式捕能装置、电磁式捕能装置或压电式捕能装置中的任一种。

优选地，能量捕获装置为一压电式捕能装置，其包括一支架和多组弹性梁，各弹性梁垂直固定于支架上，弹性梁至少一侧面敷设有压电材料，各弹性梁的压电材料分别通过线路与能量存储装置连接。

优选地，各弹性梁远离所述支架的一端分别固定有一质量块。

优选地，能量存储装置为一组蓄电池或一组可充电锂电池。

本发明提供的气体质量流量控制***，不需外部电源供电，而是通过能量捕捉装置捕获周围环境中的振动能量，将之转换为电能，存储起来供***使用，从而简化了***、有利于降低设备故障率；且节约了能源、低碳环保，便于在行业内推广应用。

附图说明

图1示出现有技术中一气体质量流量控制器结构示意图；

图2示出本发明第一实施例提供的气体质量流量控制***结构示意图；

图3示出本发明一实施例提供的能量捕获装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图2所示，本发明第一实施例提供的气体质量流量控制***包括：气体质量流量控制器、能量捕获装置302与能量存储装置301。其中，气体质量流量控制器与一气体管路连接，用于计量或控制流经气体管路的气体质量或流量；能量捕获装置302用于捕获气体质量流量控制***周围环境中的机械能量；能量存储装置301，其一端连接能量捕获装置302，用于存储捕获的机械能量，其另一端与气体质量流量控制器连接，用于向气体质量流量控制器供电。

具体地，气体质量流量控制器包括：气体分流器200，其接入气体管道前段；用于感测气体管道中气体流量的传感器，其包括传感管201，其为分流器200的一支管或旁路分管，两个传感丝绕组2021、2022与两个外部电阻2031、2032组成一个电桥，由恒流源204供电；传感器感测气体流量，相应地输出模拟信号，经过放大器205至A/D转换器206被CPU207处理，CPU207还可与外部接口进行数据通讯，并通过驱动部件208控制调节阀209的动作，以调节气体流量。该气体质量流量控制器中各部件的性能与用途可与现有技术方案中类似。

其中，气体质量流量控制器中的耗电部件，即：外部电阻2031、2032、恒流源204、放大器205、A/D转换器206、以及CPU207、驱动部件208，可共同设置于同一块控制电路板21上。气体质量流量控制器的传感器、调节阀209邻近于气体管道设置，便于测量以及控制气体流量。

该控制电路板21不需由外部电源供电，而由能量存储装置301提供电源，能量存储装置301存储能量捕获装置302输出的电能，以供控制电路板21正常工作所需。

能量捕获装置可为静电式捕能装置、电磁式捕能装置或压电式捕能装置中的任一种。

根据本发明上述实施例的优选实施方式，能量捕获装置为一压电式捕能装置，其包括一支架40和多组弹性梁41，如图3所示，各弹性梁41垂直固定于支架40上，弹性梁41至少一侧面敷设有压电材料411，各弹性梁41的压电材料411分别通过线路与能量存储装置301连接。

当环境振动传到弹性梁41时，引起弹性梁41振动。弹性梁41在振动时，压电材料411受到拉压等物理作用，产生电能，向能量存储装置301输出。由于弹性梁41有很多组，因此可以充分捕获环境中的振动能量。无论是在工作中产生的振动能还是运输中产生的振动能量，均被能量捕获装置302捕获，从而在任何环境中均可产生电能。尤其是运输中捕获的大量能量，可通过能量存储装置301储存作富余积累，留待控制电路板21上各耗电部件工作时使用。

进一步地，压电材料为压电陶瓷或PZT压电薄膜。

该实施例中采用的能量存储装置可为一组蓄电池或一组可充电锂电池。进一步地，其还包括一外部充电接口，用于由外部电源向其充电。

根据上述实施例的进一步改进，各弹性梁41远离支架40的一端分别固定有一质量块412，参见图3所示，各弹性梁41上的质量块412可各不相同，其用于改变不同的振动频率，以实现部分弹性梁41与外界环境中振动源的共振，以提高对振动能量捕获的效率。

可以理解，气体质量流量控制器、能量捕获装置与能量存储装置可成一体性结构。或者，气体质量流量控制器、能量捕获装置与能量存储装置分别单独设置，能量捕获装置设置于气体管路上或外部振动源上。

本发明上述实施例提供的气体质量流量控制***通过自身携带的能量捕获装置和能量存储装置，捕获外界环境中的机械振动能量，供给气体质量流量控制的耗电部件使用，使质量流量控制器成为一个无源工作***。该质量流量控制***仅需要一条通信线路即可实现与外部用户的数据交互，***结构简化、从而有利于降低设备故障率；且节约能源、低碳环保，便于在行业内推广应用。

可以理解，根据本发明的思想，支架40上可均匀分布多个弹性梁41，弹性梁41可固接于支架40的一个面或两个面，各弹性梁41的尺寸可相同、也可存在差异，各质量块的质量可相同、也可存在差异，只要采用压电原理将振动能量转换为电能，供气体质量流量控制器的耗电部件使用，均能实现本发明的意图，因此，应落入本发明的范围。

可以理解，上述实施例仅为能量捕获装置的一种具体实现方式，能量捕获装置不应局限于上述压电式捕能装置，而可为包括静电式捕能装置或电磁式捕能装置在内的其他捕能装置。以其他装置捕获外径环境中的物理能量，并供给气体质量流量控制器的耗电部件使用，均应视为本发明的简单变形设计。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体质量流量控制***，包括：

气体质量流量控制器，其与一气体管路连接，用于计量或控制流经所述气体管路的气体质量或流量；

能量捕获装置，用于捕获所述气体质量流量控制***周围环境中的机械能量；以及，

能量存储装置，其一端连接所述能量捕获装置，用于存储所述捕获的机械能量，其另一端与所述气体质量流量控制器连接，用于向所述气体质量流量控制器供电。

2.如权利要求1所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述能量捕获装置为静电式捕能装置、电磁式捕能装置或压电式捕能装置中的任一种。

3.如权利要求2所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述能量捕获装置为一压电式捕能装置，其包括一支架和多组弹性梁，各所述弹性梁垂直固定于所述支架上，所述弹性梁至少一侧面敷设有压电材料，各所述弹性梁的压电材料分别通过线路与所述能量存储装置连接。

4.如权利要求3所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述压电材料为压电陶瓷或PZT压电薄膜。

5.如权利要求3所述的气体质量流量控制***，其特征在于，各所述弹性梁远离所述支架的一端分别固定有一质量块。

6.如权利要求1所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述能量存储装置为一组蓄电池或一组可充电锂电池。

7.如权利要求6所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述能量存储装置还包括一外部充电接口，用于由外部电源向其充电。

8.如权利要求1至7中任一项所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述气体质量流量控制器包括：连接于所述气体管路前段的一分流器、形成为分流器的一旁路分管的传感管、绕经所述传感管的两传感丝绕组、与所述两传感丝绕组组成一电桥的两外部电阻、用于向所述电桥供电的一恒流源、一放大器、一A/D转换器以及一CPU、一驱动部件、连接于所述气体管路后段的一调节阀，其中，所述传感管感测流经所述气体管路的气体流量，所述传感丝绕组输出对应于所述气体流量的模拟信号，经过所述放大器放大，再经所述A/D转换器转换为数字信号，所述CPU处理所述数字信号，并通过所述驱动部件控制所述调节阀，以调节所述气体管路中的气体流量。

9.如权利要求8所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述气体质量流量控制器、能量捕获装置与能量存储装置成一体性结构。

10.如权利要求8所述的气体质量流量控制***，其特征在于，所述气体质量流量控制器、能量捕获装置与能量存储装置分别单独设置，所述能量捕获装置设置于所述气体管路上或外部振动源上。

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