低氣體流量如何測量與控制？

上海自動化儀表有限公司介紹流量計有幾種基本的測量技術(shù)，例如：

電磁流量計

熱質(zhì)量流量計

科里奧利質(zhì)量流量計

差壓流量計

渦街流量計

位置位移流量計（PD流量計）

渦輪流量計

可變面積流量計

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

在本文中，您將了解氣體流量相對較低的測量儀器，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。有氣體 質(zhì)量流量計（MFM） 和 質(zhì)量流量控制器（MFC）。非常終，流量計將配備一個控制閥，您可以提供一個確定所產(chǎn)生的氣體流量的設(shè)定值。MFC是這些工具的參考。

測量概念

在熱旁路概念中，大多數(shù)測得的氣體流經(jīng)旁路。在旁路中是一個產(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行。該傳感器測量氣體流量，該氣體流量代表所監(jiān)視氣體的總量。每個儀器都針對特定的氣體和特定的測量范圍而構(gòu)建。

熱旁路

質(zhì)量流量計（MFM）和質(zhì)量流量控制器（MFC）的名稱不言而喻：這些儀器測量和調(diào)節(jié)氣體流量，例如以kg / hr為單位。測量值也可以以標準化體積為單位表示，例如ln / min（每分鐘標準升）或SCFH（每小時標準立方英尺）。在SCFH（每小時標準立方英尺）中，“ S”是指20°C和1個大氣壓，而NCCM（標準立方厘米/分鐘）是在0°C和1個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。

基于毛細管傳感器的MFC 與帶有MEMS（微機電系統(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)點和局限性。由于沒有可怕的測量儀器，在此特意避免使用“ cons”一詞。該應(yīng)用程序可以驅(qū)動首選示例，例如 保時捷911 是一款出色的汽車，但您不應(yīng)在撒哈拉沙漠中使用它。

什么是毛細管流量傳感器？

毛細管傳感器由一根細鋼管（外徑為0.2至1毫米）組成，并用兩根細鉑金絲包裹。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。這些導線中有電流通過，從而將它們加熱。在零流量時，電阻是相同的，但是當流量通過傳感器時，電子設(shè)備會檢測到溫度差。

MFC中的層流元件（LFE）在旁路中配有毛細管傳感器。該LFE會產(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，可以用廉價的純凈氣體（如空氣）校準該MFC并使用已知因素使儀表適合其他異國，爆炸，有毒或易燃氣體。如果應(yīng)用所謂的K因子，則會有更多不確定性。在知名制造商的用戶手冊中，據(jù)報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)會影響K因子的準確性。重要的是要注意這種傳統(tǒng)的校準方法，該方法會產(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)用中使用的實際氣體進行校準。優(yōu)點是儀器因此更加精確。對于某些奇特的氣體，可能會產(chǎn)生相關(guān)性，盡管重復性仍然很低，但準確性會受到影響。

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，壓降相對較低，并且傳感器對污染的敏感性低于毛細管。MEMS傳感器的靈敏度也高得多，這是因為可以獲得1000：1的調(diào)節(jié)比（毛細管傳感器的調(diào)節(jié)比是50：1）。然而，MEMS傳感器的非常大優(yōu)點是沒有（可測量的）漂移。漂移是零的緩慢偏移，因此給定流量下的測量值會影響精度。

MEMS傳感器測量原理

MEMS質(zhì)量流量計的傳感器

利弊

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

MEMS傳感器由兩個或三個溫度傳感器和一個加熱器組成，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傳感器不受任何機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的影響。另外一個要點：傳感器是全部安裝在MEMS上的電子電路的一部分。被測信號立即在MEMS傳感器本身上數(shù)字化。沒有不良的連接，沒有EMC使信號失真。這些是MEMS傳感器不漂移并保持長期精度，可重復性和可靠性的主要原因。

傳感器的另一個優(yōu)點是速度非常快：響應(yīng)時間為50毫秒。接通電源后，一秒鐘內(nèi)即可使用設(shè)備，而毛細管概念需要15分鐘。儀器不需要定期進行調(diào)零（對于毛細管MFC，這是標準程序）?；贛EMS的MFC顯著提高了被測流量和調(diào)節(jié)流量的可靠性。

非常后，不應(yīng)提及MEMS確實需要進行適當?shù)臏囟妊a償。更先進的制造商總是在兩個不同的溫度下校準他們的MEMS單元。在運行期間，它們測量氣體溫度并補償MFM / MFC讀數(shù)。這也有助于氣體測量/控制的準確性和可重復性。

概要

這兩個概念都有其強項和弱項。所述毛細管傳感器，結(jié)合所述LFE導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)。對于腐蝕性氣體，毛細管傳感器可以使用安全氣體（如空氣）進行校準，并使用此K系數(shù)。這樣，這些單元就可以用腐蝕性氣體測量出合理的校正值。但是，K因子校準并不總是準確的，有些MFC比其他的要好，盡管大多數(shù)毛細管制造商都沒有這樣做，但非常好還是用

實際氣體進行校準。其他優(yōu)點還包括高壓版本的可用性以及腐蝕性應(yīng)用材料的選擇。

上海自動化儀表有限公司對于基于MEMS的MFC，我們在準確性，響應(yīng)時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需要使用實際氣體進行校準。限制是這些MFC不適合每種氣體。一些MEMS制造商為補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-以及半導體行業(yè)的其他流程

生物反應(yīng)器中空氣，氧氣，氮氣和二氧化碳的劑量

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）

實驗室應(yīng)用，例如分析和催化劑研究<泄漏測量和滲透率研究

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/壓力法進行組件測試

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)綜合體中多個部門的耗氣量測量

液態(tài)金屬凈化中的氣體計量

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