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低氣體流量如何測(cè)量與控制?

來源:上海自動(dòng)化儀表有限公司作者:上海自動(dòng)化儀表有限公司網(wǎng)址:http://mphtx.cn

上海自動(dòng)化儀表有限公司介紹流量計(jì)有幾種基本的測(cè)量技術(shù),例如:


電磁流量計(jì)


熱質(zhì)量流量計(jì)


科里奧利質(zhì)量流量計(jì)


差壓流量計(jì)


渦街流量計(jì)


位置位移流量計(jì)(PD流量計(jì))


渦輪流量計(jì)


可變面積流量計(jì)


除了上述提到的以外,還有一些鮮為人知的獨(dú)特類型的流量計(jì)技術(shù),這些技術(shù)通常為單個(gè)應(yīng)用提供解決方案。沒有“非常佳流量計(jì)”,這完全取決于應(yīng)用程序以及用戶對(duì)設(shè)備的期望。


在本文中,您將了解氣體流量相對(duì)較低的測(cè)量儀器,例如 ,從幾cc / min到500或1000 ln / min。在這一應(yīng)用領(lǐng)域中,非常常見的儀表是帶有熱旁路概念的氣體質(zhì)量流量計(jì)。有氣體 質(zhì)量流量計(jì)(MFM) 和 質(zhì)量流量控制器(MFC)。非常終,流量計(jì)將配備一個(gè)控制閥,您可以提供一個(gè)確定所產(chǎn)生的氣體流量的設(shè)定值。MFC是這些工具的參考。


測(cè)量概念

在熱旁路概念中,大多數(shù)測(cè)得的氣體流經(jīng)旁路。在旁路中是一個(gè)產(chǎn)生非常小壓降的元件。結(jié)果,少量氣體流經(jīng)傳感器,該傳感器平行于旁路運(yùn)行。該傳感器測(cè)量氣體流量,該氣體流量代表所監(jiān)視氣體的總量。每個(gè)儀器都針對(duì)特定的氣體和特定的測(cè)量范圍而構(gòu)建。


熱旁路

質(zhì)量流量計(jì)(MFM)和質(zhì)量流量控制器(MFC)的名稱不言而喻:這些儀器測(cè)量和調(diào)節(jié)氣體流量,例如以kg / hr為單位。測(cè)量值也可以以標(biāo)準(zhǔn)化體積為單位表示,例如ln / min(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升)或SCFH(每小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)。在SCFH(每小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)中,“ S”是指20°C和1個(gè)大氣壓,而NCCM(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)是在0°C和1個(gè)大氣壓的參考條件下表示的。畢竟,氣體的質(zhì)量單位與歸一化體積(密度)之間存在固定的關(guān)系。


基于毛細(xì)管傳感器的MFC 與帶有MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器的儀器 之間存在區(qū)別 。兩種傳感器技術(shù)都有優(yōu)點(diǎn)和局限性。由于沒有可怕的測(cè)量儀器,在此特意避免使用“ cons”一詞。該應(yīng)用程序可以驅(qū)動(dòng)首選示例,例如 保時(shí)捷911 是一款出色的汽車,但您不應(yīng)在撒哈拉沙漠中使用它。


什么是毛細(xì)管流量傳感器?

毛細(xì)管傳感器由一根細(xì)鋼管(外徑為0.2至1毫米)組成,并用兩根細(xì)鉑金絲包裹。的鉑絲用作電阻和是惠斯通電橋的一部分。鉑絲的電阻值取決于溫度。這些導(dǎo)線中有電流通過,從而將它們加熱。在零流量時(shí),電阻是相同的,但是當(dāng)流量通過傳感器時(shí),電子設(shè)備會(huì)檢測(cè)到溫度差。


MFC中的層流元件(LFE)在旁路中配有毛細(xì)管傳感器。該LFE會(huì)產(chǎn)生層流行為,就像在傳感器內(nèi)部一樣。LFE意味著通過傳感器的流量與通過旁路的流量之間的關(guān)系在測(cè)量范圍內(nèi)幾乎是線性的。由于這種線性關(guān)系,可以用廉價(jià)的純凈氣體(如空氣)校準(zhǔn)該MFC并使用已知因素使儀表適合其他異國,爆炸,有毒或易燃?xì)怏w。如果應(yīng)用所謂的K因子,則會(huì)有更多不確定性。在知名制造商的用戶手冊(cè)中,據(jù)報(bào)告指示性誤差還超過2%。諸如粘度,壓力和溫度之類的參數(shù)會(huì)影響K因子的準(zhǔn)確性。重要的是要注意這種傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法,該方法會(huì)產(chǎn)生不確定性,而這些不確定性在文檔中很少提及。此類MFM / MFC必須使用應(yīng)用中使用的實(shí)際氣體進(jìn)行校準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)是儀器因此更加精確。對(duì)于某些奇特的氣體,可能會(huì)產(chǎn)生相關(guān)性,盡管重復(fù)性仍然很低,但準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。


什么是MEMS流量傳感器?

基于MEMS的MFM / MFC沒有LFE,而是有規(guī)律的旁路。其功能是確保流過傳感器的總氣體的定義百分比。傳感器的孔徑大得多,因此,例如,壓降相對(duì)較低,并且傳感器對(duì)污染的敏感性低于毛細(xì)管。MEMS傳感器的靈敏度也高得多,這是因?yàn)榭梢垣@得1000:1的調(diào)節(jié)比(毛細(xì)管傳感器的調(diào)節(jié)比是50:1)。然而,MEMS傳感器的非常大優(yōu)點(diǎn)是沒有(可測(cè)量的)漂移。漂移是零的緩慢偏移,因此給定流量下的測(cè)量值會(huì)影響精度。


MEMS傳感器測(cè)量原理


MEMS質(zhì)量流量計(jì)的傳感器


利弊

毛細(xì)管傳感器在鉑絲上表現(xiàn)出機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力以及絕緣材料的老化。毛細(xì)管傳感器必須在加熱柜中接受“老化”,以加速老化過程。老化的毛細(xì)管傳感器顯示的漂移小于,但仍然存在。制造商有時(shí)會(huì)使用低流量截止選項(xiàng)來隱藏這種效果。在特定值下,測(cè)試信號(hào)被強(qiáng)制為零,從而掩蓋了小的漂移。


MEMS傳感器由兩個(gè)或三個(gè)溫度傳感器和一個(gè)加熱器組成,該加熱器氣相沉積為薄膜上的微觀分子層。從概念上講,MEMS是低能量的傳感器,并且由于膜的熱和應(yīng)力隔離,這確保MEMS傳感器不受任何機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的影響。另外一個(gè)要點(diǎn):傳感器是全部安裝在MEMS上的電子電路的一部分。被測(cè)信號(hào)立即在MEMS傳感器本身上數(shù)字化。沒有不良的連接,沒有EMC使信號(hào)失真。這些是MEMS傳感器不漂移并保持長期精度,可重復(fù)性和可靠性的主要原因。


傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是速度非常快:響應(yīng)時(shí)間為50毫秒。接通電源后,一秒鐘內(nèi)即可使用設(shè)備,而毛細(xì)管概念需要15分鐘。儀器不需要定期進(jìn)行調(diào)零(對(duì)于毛細(xì)管MFC,這是標(biāo)準(zhǔn)程序)。基于MEMS的MFC顯著提高了被測(cè)流量和調(diào)節(jié)流量的可靠性。


非常后,不應(yīng)提及MEMS確實(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償。更先進(jìn)的制造商總是在兩個(gè)不同的溫度下校準(zhǔn)他們的MEMS單元。在運(yùn)行期間,它們測(cè)量氣體溫度并補(bǔ)償MFM / MFC讀數(shù)。這也有助于氣體測(cè)量/控制的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。


概要

這兩個(gè)概念都有其強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)。所述毛細(xì)管傳感器,結(jié)合所述LFE導(dǎo)致通過傳感器和旁路流之間的合理的線性關(guān)系。因此,可以使用所謂的K因子,即兩種氣體之間的乘數(shù)。對(duì)于腐蝕性氣體,毛細(xì)管傳感器可以使用安全氣體(如空氣)進(jìn)行校準(zhǔn),并使用此K系數(shù)。這樣,這些單元就可以用腐蝕性氣體測(cè)量出合理的校正值。但是,K因子校準(zhǔn)并不總是準(zhǔn)確的,有些MFC比其他的要好,盡管大多數(shù)毛細(xì)管制造商都沒有這樣做,但非常好還是用

實(shí)際氣體進(jìn)行校準(zhǔn)。其他優(yōu)點(diǎn)還包括高壓版本的可用性以及腐蝕性應(yīng)用材料的選擇。


上海自動(dòng)化儀表有限公司對(duì)于基于MEMS的MFC,我們?cè)跍?zhǔn)確性,響應(yīng)時(shí)間和量程比方面有更好的規(guī)格。MEMS傳感器無法使用K因子,因此MFC需要使用實(shí)際氣體進(jìn)行校準(zhǔn)。限制是這些MFC不適合每種氣體。一些MEMS制造商為補(bǔ)償其器件的溫度做了很長的路要走。這樣可以在更寬的溫度范圍內(nèi)提供更高的精度。


基于MEMS的MFC的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于傳感器的零漂移



質(zhì)量流量控制器的典型應(yīng)用


PVD-以及半導(dǎo)體行業(yè)的其他流程


生物反應(yīng)器中空氣,氧氣,氮?dú)夂投趸嫉膭┝?/span>


空氣注入冰淇淋,獲得乳脂狀產(chǎn)品和非常佳口味


啤酒發(fā)酵過程中使用的空氣/氧氣劑量


在食品包裝應(yīng)用中為食品加氣的氣體混合(MAP:氣調(diào)包裝)


實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用,例如分析和催化劑研究<泄漏測(cè)量和滲透率研究


玻璃燃燒器的氣體控制(氧氣和燃料)質(zhì)量和成本降低


使用流量/壓力法進(jìn)行組件測(cè)試


金屬處理工藝


分析儀中的流量控制


沖洗/沖氣


一棟建筑/工業(yè)綜合體中多個(gè)部門的耗氣量測(cè)量


液態(tài)金屬凈化中的氣體計(jì)量


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