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HORIBA 的緊湊型質(zhì)量流量計(jì)控制器(Mass Flow Controller,簡(jiǎn)稱(chēng) MFC)結(jié)合了質(zhì)量流量測(cè)量和精密控制功能,其核心工作原理是基于熱式測(cè)量和閉環(huán)反饋控制。由于搜索結(jié)果中相關(guān)信息較少,我會(huì)根據(jù)已知信息為你梳理了它的工作原理、關(guān)鍵部件和技術(shù)特點(diǎn)。
HORIBA 緊湊型 MFC 的核心工作是準(zhǔn)確測(cè)量氣體流量,并快速調(diào)整使其穩(wěn)定在所需的設(shè)定值。它基于熱式質(zhì)量流量測(cè)量原理,并采用閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。
其工作流程可以概括為:
氣體分流與感知:氣體從入口進(jìn)入后,絕大部分流經(jīng) Bypass(旁路) 通道,一小部分流經(jīng)傳感器毛細(xì)管。Bypass 的設(shè)計(jì)保證了流經(jīng)傳感器部分氣體的流動(dòng)狀態(tài)是穩(wěn)定和線性的,這是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)。
熱式測(cè)量與信號(hào)轉(zhuǎn)換:傳感器毛細(xì)管上有精密的加熱元件和溫度傳感器(上游 Tu 和下游 Td)。當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí),會(huì)破壞溫度場(chǎng)的平衡,產(chǎn)生溫差(ΔT)。這個(gè)溫差與氣體的質(zhì)量流量成正比。傳感器將此溫差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
信號(hào)處理與比較:產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和校正電路處理,形成一個(gè)代表實(shí)際流量的線性電壓輸出信號(hào)(通常是0-5V或0-10V)。同時(shí),這個(gè)實(shí)際流量信號(hào)會(huì)送入比較控制電路,與來(lái)自外部的設(shè)定流量信號(hào)(Setpoint)進(jìn)行比較,計(jì)算出兩者之間的差值(誤差信號(hào))。
閉環(huán)控制與閥門(mén)調(diào)節(jié):比較產(chǎn)生的誤差信號(hào)被發(fā)送到閥門(mén)驅(qū)動(dòng)電路。該電路會(huì)驅(qū)動(dòng)控制閥(如響應(yīng)速度極快的壓電閥)動(dòng)作,調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度。目標(biāo)是使誤差信號(hào)趨于零,即讓實(shí)際流量值無(wú)限接近設(shè)定流量值。
達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài):這個(gè)測(cè)量 → 比較 → 調(diào)節(jié)的過(guò)程不斷重復(fù),形成一個(gè)高精度的閉環(huán)反饋控制,從而確保流量能快速穩(wěn)定在設(shè)定值,并抵抗入口壓力波動(dòng)等外部干擾。
一臺(tái)好用的 MFC 離不開(kāi)其內(nèi)部精密部件的協(xié)同工作,以及由此帶來(lái)的優(yōu)異性能。
部件名稱(chēng) | 功能描述 | 備注 |
---|---|---|
傳感器 | 核心檢測(cè)部件,通常包含加熱器和溫度傳感器,基于熱原理測(cè)量流經(jīng)毛細(xì)管的氣體質(zhì)量流量。 | 其輸出的電信號(hào)與質(zhì)量流量成正比。 |
Bypass (旁路) | 使大部分氣體平穩(wěn)流過(guò),確保一小部分氣體以層流狀態(tài)流經(jīng)傳感器,是保證測(cè)量準(zhǔn)確性和重復(fù)性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。 | |
控制閥 | 根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)開(kāi)度以控制流量。HORIBA 常采用壓電閥,具有響應(yīng)速度快、功耗低、不生熱的特點(diǎn)。 | 特別適合低沸點(diǎn)液體的流量控制。 |
比較控制電路 | MFC 的“大腦",接收流量設(shè)定信號(hào)和傳感器反饋信號(hào),進(jìn)行比較計(jì)算,并輸出指令驅(qū)動(dòng)控制閥動(dòng)作。 | 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 |
HORIBA 的緊湊型 MFC 之所以被廣泛應(yīng)用,得益于其一系列突出特點(diǎn):
高精度與快速響應(yīng):許多型號(hào)能在 1秒內(nèi) 達(dá)到設(shè)定流量值(T98響應(yīng)),精度可達(dá) ±1.0% F.S.(滿(mǎn)量程),線性度 ±0.5% F.S.,重復(fù)性 ±0.5% F.S.。
直接測(cè)量質(zhì)量流量:直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量(單位如 SCCM, SLM),因此不受環(huán)境溫度、壓力變化的影響,無(wú)需額外補(bǔ)償。
自動(dòng)調(diào)零功能:部分型號(hào)(如 SEC-E 系列)具備自動(dòng)調(diào)零功能,可自動(dòng)修正因環(huán)境變化或長(zhǎng)期使用可能產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移,保持長(zhǎng)期精度和可靠性。
緊湊設(shè)計(jì):“緊湊型"設(shè)計(jì)意味著它體積小、重量輕,易于集成到空間有限的系統(tǒng)或設(shè)備中。
豐富型號(hào)與適用性:HORIBA 提供多種型號(hào)的 MFC,涵蓋不同氣體類(lèi)型、流量范圍(從 sccm 到 slm)和接口尺寸。
選擇和使用 HORIBA 緊湊型 MFC 時(shí),以下幾點(diǎn)需要特別留意:
氣體兼容性:務(wù)必確認(rèn) MFC 的接液部件材質(zhì)(如 SUS316L、氟橡膠、PTFE 等)是否能兼容你所測(cè)量的氣體,尤其是腐蝕性、毒性或高純度氣體。
流量范圍:選擇時(shí),正常操作流量最好在 MFC 量程的 10% ~ 90% 之間,避免長(zhǎng)時(shí)間在滿(mǎn)量程或極低流量下使用,以保證最佳精度和壽命。
安裝方向:部分緊湊型 MFC(如 S48 模擬產(chǎn)品)對(duì)安裝角度不敏感,可以任意角度安裝而幾乎不影響性能,這為用戶(hù)帶來(lái)了極大便利。
定期校準(zhǔn):為保證長(zhǎng)期準(zhǔn)確性,建議根據(jù)使用情況定期對(duì) MFC 進(jìn)行零點(diǎn)和大跨度校準(zhǔn)。
HORIBA 緊湊型質(zhì)量流量計(jì)控制器通過(guò)熱式測(cè)量原理感知流量,并借助精密的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)快速調(diào)整閥門(mén),從而實(shí)現(xiàn)流量的高精度、穩(wěn)定控制。
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