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          低气体流量如何测量与控制?

          来源: 作者: 发布日期:2020-10-23

          介绍

          流量计有几种基本的测量技术,例如:
          除了上述提到的以外,还有一些鲜为人知的独特类型的流量计技术,这些技术通常为单个应用提供解决方案。没有“非常佳流量计”,这完全取决于应用程序以及用户对设备的期望。
           
          在本文中,您将了解气体流量相对较低的测量仪器,例如 ,从几cc / min到500或1000 ln / min。在这一应用领域中,非常常见的仪表是带有热旁路概念的气体质量流量计。有气体 质量流量计(MFM) 和 质量流量控制器(MFC)。非常终,流量计将配备一个控制阀,您可以提供一个确定所产生的气体流量的设定值。MFC是这些工具的参考。
           
          测量概念
                 在热旁路概念中,大多数测得的气体流经旁路。在旁路中是一个产生非常小压降的元件。结果,少量气体流经传感器,该传感器平行于旁路运行。该传感器测量气体流量,该气体流量代表所监视气体的总量。每个仪器都针对特定的气体和特定的测量范围而构建。
          热旁路
           
                 质量流量计(MFM)和质量流量控制器(MFC)的名称不言而喻:这些仪器测量和调节气体流量,例如以kg / hr为单位。测量值也可以以标准化体积为单位表示,例如ln / min(每分钟标准升)或SCFH(每小时标准立方英尺)。在SCFH(每小时标准立方英尺)中,“ S”是指20°C和1个大气压,而NCCM(标准立方厘米/分钟)是在0°C和1个大气压的参考条件下表示的。毕竟,气体的质量单位与归一化体积(密度)之间存在固定的关系。
           
                 基于毛细管传感器的MFC 与带有MEMS(微机电系统)传感器的仪器 之间存在区别 。两种传感器技术都有优点和局限性。由于没有可怕的测量仪器,在此特意避免使用“ cons”一词。该应用程序可以驱动首选示例,例如 保时捷911 是一款出色的汽车,但您不应在撒哈拉沙漠中使用它。
           
          什么是毛细管流量传感器?
                毛细管传感器由一根细钢管(外径为0.2至1毫米)组成,并用两根细铂金丝包裹。的铂丝用作电阻和是惠斯通电桥的一部分。铂丝的电阻值取决于温度。这些导线中有电流通过,从而将它们加热。在零流量时,电阻是相同的,但是当流量通过传感器时,电子设备会检测到温度差。
           
                  MFC中的层流元件(LFE)在旁路中配有毛细管传感器。该LFE会产生层流行为,就像在传感器内部一样。LFE意味着通过传感器的流量与通过旁路的流量之间的关系在测量范围内几乎是线性的。由于这种线性关系,可以用廉价的纯净气体(如空气)校准该MFC并使用已知因素使仪表适合其他异国,爆炸,有毒或易燃气体。如果应用所谓的K因子,则会有更多不确定性。在知名制造商的用户手册中,据报告指示性误差还超过2%。诸如粘度,压力和温度之类的参数会影响K因子的准确性。重要的是要注意这种传统的校准方法,该方法会产生不确定性,而这些不确定性在文档中很少提及。
           
                  此类MFM / MFC必须使用应用中使用的实际气体进行校准。优点是仪器因此更加精确。对于某些奇特的气体,可能会产生相关性,尽管重复性仍然很低,但准确性会受到影响。
           
          什么是MEMS流量传感器?
                 基于MEMS的MFM / MFC没有LFE,而是有规律的旁路。其功能是确保流过传感器的总气体的定义百分比。传感器的孔径大得多,因此,例如,压降相对较低,并且传感器对污染的敏感性低于毛细管。MEMS传感器的灵敏度也高得多,这是因为可以获得1000:1的调节比(毛细管传感器的调节比是50:1)。
           
                  然而,MEMS传感器的非常大优点是没有(可测量的)漂移。漂移是零的缓慢偏移,因此给定流量下的测量值会影响精度。
           
          MEMS传感器测量原理
          MEMS质量流量计的传感器
          利弊
           
                 毛细管传感器在铂丝上表现出机械应力和热应力以及绝缘材料的老化。毛细管传感器必须在加热柜中接受“老化”,以加速老化过程。老化的毛细管传感器显示的漂移小于,但仍然存在。制造商有时会使用低流量截止选项来隐藏这种效果。在特定值下,测试信号被强制为零,从而掩盖了小的漂移。
           
                 MEMS传感器由两个或三个温度传感器和一个加热器组成,该加热器气相沉积为薄膜上的微观分子层。从概念上讲,MEMS是低能量的传感器,并且由于膜的热和应力隔离,这确保MEMS传感器不受任何机械应力和热应力的影响。另外一个要点:传感器是全部安装在MEMS上的电子电路的一部分。被测信号立即在MEMS传感器本身上数字化。没有不良的连接,没有EMC使信号失真。这些是MEMS传感器不漂移并保持长期精度,可重复性和可靠性的主要原因。
           
                 传感器的另一个优点是速度非常快:响应时间为50毫秒。接通电源后,一秒钟内即可使用设备,而毛细管概念需要15分钟。仪器不需要定期进行调零(对于毛细管MFC,这是标准程序)。基于MEMS的MFC显着提高了被测流量和调节流量的可靠性。
           
                 非常后,不应提及MEMS确实需要进行适当的温度补偿。更先进的制造商总是在两个不同的温度下校准他们的MEMS单元。在运行期间,它们测量气体温度并补偿MFM / MFC读数。这也有助于气体测量/控制的准确性和可重复性。
           
          概要
                 这两个概念都有其强项和弱项。所述毛细管传感器,结合所述LFE导致通过传感器和旁路流之间的合理的线性关系。因此,可以使用所谓的K因子,即两种气体之间的乘数。对于腐蚀性气体,毛细管传感器可以使用安全气体(如空气)进行校准,并使用此K系数。这样,这些单元就可以用腐蚀性气体测量出合理的校正值。
           
                 但是,K因子校准并不总是准确的,有些MFC比其他的要好,尽管大多数毛细管制造商都没有这样做,但非常好还是用实际气体进行校准。其他优点还包括高压版本的可用性以及腐蚀性应用材料的选择。
           
                 对于基于MEMS的MFC,我们在准确性,响应时间和量程比方面有更好的规格。MEMS传感器无法使用K因子,因此MFC需要使用实际气体进行校准。限制是这些MFC不适合每种气体。一些MEMS制造商为补偿其器件的温度做了很长的路要走。这样可以在更宽的温度范围内提供更高的精度。
           
                 基于MEMS的MFC的关键优势在于传感器的零漂移。这样可以提高长期精度,可重复性和可靠性。
           
          4质量流量控制器模块化类型
          客户特定解决方案中的四个质量流量控制器
           
          质量流量控制器的典型应用
          • PVD-以及半导体行业的其他流程
          • 生物反应器中空气,氧气,氮气和二氧化碳的剂量
          • 空气注入冰淇淋,获得乳脂状产品和非常佳口味
          • 啤酒发酵过程中使用的空气/氧气剂量
          • 在食品包装应用中为食品加气的气体混合(MAP:气调包装)
          • 实验室应用,例如分析和催化剂研究<
          • 泄漏测量和渗透率研究
          • 玻璃燃烧器的气体控制(氧气和燃料)质量和成本降低
          • 使用流量/压力法进行组件测试
          • 金属处理工艺
          • 分析仪中的流量控制
          • 冲洗/冲气
          • 一栋建筑/工业综合体中多个部门的耗气量测量
          • 液态金属净化中的气体计量
          • 还有更多您可以考虑的……

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