一种集成式的磁悬浮流量控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种集成式的磁悬浮流量控制器。底座、腔筒和上盖紧密装配并合围形成主腔体，主腔体内部装有超洁净浮子；主腔体外周布置驱动磁路，驱动磁路上下方布置悬浮磁路；驱动磁路中，驱动电机在上盖，驱动电机输出轴和丝杠连接，丝杠外经T型滑套和连接支架连接，连接支架下装外永磁体和悬浮磁路；悬浮磁路包括外永磁体上下方的悬浮组件；悬浮组件包括电路板、悬浮线圈绕组组成的悬浮线圈组和霍尔传感器组。本发明专利技术浮子本身作为执行控制阀进行流量控制，以浮子在来流冲击下相对外磁体的位移差作为流量反馈信号实现流量的闭环控制，减少了体积，保障了流体的洁净度，解决了传统浮子流量计因径向附壁摩擦而产生的起始检测流量过大的问题。过大的问题。过大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式的磁悬浮流量控制器


[0001]本专利技术涉及流量计量及控制
的一种流量控制器及控制方法，具体涉及一种适用于超洁净场合的集成式磁悬浮流量控制器及控制方法。

技术介绍

[0002]半导体、生物医药、电子级化工等领域对颗粒物、离子等污染物十分敏感，对于生产工艺所需的液体或气体提出了非常高的洁净度要求，达到一定洁净度标准的材料或工艺称为超洁净材料或超洁净工艺。输送超洁净流体介质的流控元件，须做到严格杜绝内部介质与外界相通，要安全可靠耐腐蚀，同时流控元件本身的传感、调控过程中不能产生磨损和颗粒物。
[0003]在需要超洁净流体或腐蚀性流体输控的领域，常使用的超洁净流量控制器一般为超洁净流量计和超洁净阀的串联，由于需要满足不产生磨损和颗粒物，且要严格杜绝内部介质与外界相通，所以选用的超洁净流量计一般为全封闭式无运动部件的超声波流量计或文丘里流量计，其结构较复杂；而超洁净的控制阀一般选用隔膜阀，以超洁净树脂材料加工成柔性隔膜来控制阀口开度，在长期的调节致动中，隔膜会面临因长期高周疲劳而破裂的风险，而隔膜破裂带来的介质外泄漏后果是十分严重的。此外，在这些实例中，作为反馈传感器件的流量计与作为执行器件的控制阀是彼此独立分开的，这增大了其整体空间体积，限制了其在小空间场合(如狭小空间的半导体机台设备中)的应用。
[0004]另一方面，传统的浮子流量计具有结构紧凑，体积小，易于标定等优点；但传统浮子流量计中，浮子会面临避免碰撞、摩擦等问题，由此而产生的颗粒物会污染超纯的液体介质，同时，附壁摩擦会使小流量时的始动流量提高，降低传感器的分辨率。而传统的锥阀具有结构紧凑，疲劳性能可靠，流量控制线性度好等优点；但锥阀致动组件与壁面摩擦产生的颗粒脱落，以及因阀杆等致动件伸入阀腔时留有密封狭隙带来的外泄漏风险，严重制约了锥阀在超洁净流控领域的应用。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种集成式的磁悬浮流量控制器，可用于半导体、生物医药、电子级化工等领域的超洁净流体输控。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术包括底座、腔筒、上盖、超洁净浮子、驱动磁路和悬浮磁路；超洁净材料的底座、腔筒和上盖紧密装配并合围形成超洁净的主腔体，主腔体内部装有超洁净浮子；主腔体外周布置驱动磁路，驱动磁路的上下方布置悬浮磁路。
[0008]所述的腔筒下端口安装底座，腔筒上端口安装上盖，腔筒内安装超洁净浮子。
[0009]所述的主腔体具有与外部环境连通的入口流道和出口流道，入口流道开设在底座外侧面的一侧，入口流道经底座内部管道和腔筒内的底座上端面开设的孔连通，出口流道开设在上盖外侧面的另一侧，出口流道经上盖内部管道和腔筒内的上盖下端面开设的孔连
通。
[0010]所述的入口流道和出口流道分别在主腔体的两侧布置。
[0011]所述的驱动磁路主要由驱动电机、丝杠、连接台、T型滑套、连接支架、外永磁体组成，驱动电机固定安装在上盖上，驱动电机输出轴朝上和丝杠同轴连接，丝杠外通过螺纹套装有T型滑套，T型滑套通过连接台和连接支架的上端固定连接，连接支架下端固定安装有环形的外永磁体和悬浮磁路，外永磁体套装在腔筒外周围和主腔体内的超洁净浮子形成磁性吸附关系。
[0012]所述的上盖上设置有用于连接驱动电机的驱动电机插线口。
[0013]所述的T型滑套通过螺栓和连接台上的螺纹孔固定连接，连接台的周面开设凹槽，凹槽和连接支架顶部开孔孔壁的凸起相互嵌装形成轴向移动。
[0014]所述的外永磁体为halbach阵列磁体。
[0015]所述的悬浮磁路包括两组分别在外永磁体上方和下方的悬浮组件；每个悬浮组件包括了一个环形的电路板以及电路板上的一个悬浮线圈组和两个霍尔传感器组，悬浮线圈组均包括了沿环形的电路板周向间隔布置的四个悬浮线圈绕组，每个悬浮线圈绕组的轴向、每个霍尔传感器组的探测方向均朝向主腔体的径向布置，两个霍尔传感器组探测方向相互垂直布置。
[0016]所用霍尔传感器组包含但不仅限于霍尔传感器、LDC传感器(电感传感器)、电涡流传感器、超声波位置传感器等。
[0017]所述的外永磁体上方和下方的悬浮组件结构相同，以外永磁体的中心对称布置，形成互补关系。
[0018]所述的超洁净浮子包括上部的浮子主体和下部的浮子密封头，浮子主体下端经连接臂固定连接浮子密封头，浮子主体中心开设用于超洁净液体流通的通流孔，通流孔周围的浮子主体内部开设环形内腔，环形内腔中安装内嵌永磁体，内嵌永磁体外包覆超洁净材料隔离层。
[0019]所述的内嵌永磁体在注塑过程中嵌入超洁净材料，或以超洁净材料涂层、裹覆其表面，形成超洁净浮子，为保障超洁净特性，该流量控制器中所有与流体接触的壁面均使用超洁净材料。
[0020]所述的超洁净材料为含氟塑料，包括过氟烷氧基、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯，或其任意组合。
[0021]所述流量控制所需要的传感元件、控制元件不分别设置流量传感器与执行阀，而是采用集成式设置，依靠超洁净浮子配合其位置检测与位置控制，同时实现流量计量与控制。
[0022]通过两个或多个径向悬浮磁路控制使得超洁净浮子在工作中是悬浮的、无摩擦的，对小流量兼具有高的计量精度。
[0023]需对多个外永磁体位置下超洁净浮子相对偏移量与流量的关系进行标定，形成“外永磁体位置
‑
浮子偏移量
‑
流量”的二维表格。
[0024]针对传统浮子流量计与传统锥阀在特殊超洁净流控应用场景下的局限性：
[0025]首先，改进了浮子流量计，将永磁体内嵌入浮子，同时其外表被超洁净材料层覆盖，形成可以被非接触式传感检测、驱动控制的超洁净浮子，并依靠霍尔传感与悬浮绕组，
实现了超洁净浮子的径向悬浮，依靠来流冲击下浮子产生的位移差来传感流量，解决了普通浮子流量计附壁摩擦带来的颗粒脱落污染超洁净介质、始动流量过大对小流量传感精度不足等问题；
[0026]其次，改进了传统锥阀，采用内嵌永磁体的阀芯，通过拖动外部永磁体来非接触式地调节开度，使阀腔完全封闭，彻底规避了因阀杆等致动件伸入阀腔时留有密封狭隙带来的外泄漏风险，同时避免了如隔膜阀等存在易损坏的部件而带来的疲劳寿命问题；
[0027]最后，将作为传感器的浮子流量计与作为执行器的锥阀结构上结合，采用集成式的设计，使反馈闭环系统中的传感元件和执行元件同时集成于超洁净浮子，不再独立串联设置传感元件和执行元件，大幅减小了流量控制器的整体体积，使其更适合用于小空间、高精度的超纯介质流控场合。
[0028]本专利技术的有益效果和优势是：
[0029]对于传统流量控制器，通常需要一个流量计作为传感元件，串联作为执行元件的控制阀，实现流量反馈控制，在上述系统中，传感器与执行器是分离的，这增大了系统的体积。本专利技术将传感元件与执行元件集成为一体，相对传统流量控制器，大幅减少了体积，其完全封闭式的特点，有力保障了流体的洁净度，特别适用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式的磁悬浮流量控制器，其特征在于：包括底座(1)、腔筒(4)、上盖(10)、超洁净浮子(3)、驱动磁路和悬浮磁路；底座(1)、腔筒(4)和上盖(10)紧密装配并合围形成主腔体(17)，主腔体(17)内部装有超洁净浮子(3)；主腔体(17)外周布置驱动磁路，驱动磁路的上下方布置悬浮磁路。2.根据权利要求1所述的一种集成式的磁悬浮流量控制器，其特征在于：所述的腔筒(4)下端口安装底座(1)，腔筒(4)上端口安装上盖(10)，腔筒(4)内安装超洁净浮子(3)。3.根据权利要求1所述的一种集成式的磁悬浮流量控制器，其特征在于：所述的主腔体(17)具有与外部环境连通的入口流道(2)和出口流道(9)，入口流道(2)开设在底座(1)外侧面的一侧，入口流道(2)经底座(1)内部管道和腔筒(4)内的底座(1)上端面开设的孔连通，出口流道(9)开设在上盖(10)外侧面的另一侧，出口流道(9)经上盖(10)内部管道和腔筒(4)内的上盖(10)下端面开设的孔连通。4.根据权利要求1所述的一种集成式的磁悬浮流量控制器，其特征在于：所述的入口流道(2)和出口流道(9)分别在主腔体(17)的两侧布置。5.根据权利要求1所述的一种集成式的磁悬浮流量控制器，其特征在于：所述的驱动磁路主要由驱动电机(11)、丝杠(12)、连接台(13)、T型滑套(14)、连接支架(8)、外永磁体(6)组成，驱动电机(11)固定安装在上盖(10)上，驱动电机(11)输出轴朝上和丝杠(12)同轴连接，丝杠(12)外通过螺纹套装有T型滑套(14)，T型滑套(14)通过连接台(13)和连接支架(8)的上端固定连接，连接支架(8)下端固定安装有环形的外永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡亮，刘明潇，阳东，龚轩，肖奇，阮晓东，苏芮，付新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：