质量流量控制器原理及选型教程.docx

1. 什么是质量流量计？什么是质量流量控制器?质量流量计，即Mass Flow Meter （缩写为MFM）,是一种精确测量气体流量的仪 表，其测量值不因温度或压力的波动而失准，不需要温度压力补偿质量流量控制器，即Mass Flow Controller （缩写为MFC）,不但具有质量流量计的 功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC 自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏 离设定值简单地说，质量流量控制器就是一个稳流装置，是一个可以手动设定或与计算 机联接自动控制的气体稳流装置2. 质量流量控制器的原理是什么？质量流量控制器由流量传感器、分流器通道、流量调节阀门和放大控制器等部分组 成质量流量控制器的剖面结构图见图1气体流量传感器采用毛细管传热温差量热法 原理测量气体的质量流量（无需温度压力补偿）将传感器加热电桥测得的流量信号送入 放大器放大，放大后的流量检测电压与设定电压进行比较，再将差值信号放大后去控制 调节阀门，闭环控制流过通道的流量使之与设定的流量相等分流器决定主通道的流量 与质量流量控制器配套的流量显示仪上设置有稳压电源，数字电压表，设定电位器，外 设、内设转换和三位阀控开关等。

气体质量流量控制器与流量显示仪连接后的工作原理 如图2所示图2.质量流量控制器原理图100.0流量显示A>-电源图1.质量流量控制器结构图3. 怎么理解质量流量计/质量流量控制器的流量单位？气体质量流量单位一般以sccm（ Standard Cubic Centimeter per Minute，每分钟标准 毫升）和slm（Standard Liter per Minute，每分钟标准升）来表示这意味着，这种仪表 在不同的使用条件下，指示的流量均是标准状态下的流量标准状态规定为 气压 —101325Pa （760mm Hg）;温度一0°C （273.15K）这是这种仪表和其它流量计的重要区 另也是 sccm、slm 不同于 mL/min、L/min 之处对多数用户而言，体积流量的表示方法很符合习惯、便于使用，但也有用户需要知 道单位时间内流过介质的质量（如g/min），这个要求是很容易实现的因为标准状态下的气体密度是一个常数，可以方便地查到，因而简单地做一个乘法(以密度乘以若干 slm)即可实现所以说，在标准状态下的体积流量就等同于质量流量的局部如图3所示需要注意的是，被全世界质量流量控制器厂商共同采用的sccm/slm这种质量流量 单位，不符合国内计量标准的常用的质量流量的国际单位(Kg/min),但是它符合国际 半导体协会制定的SEMI国际标准。

有关标准的详细情况见：SEMI E12-96”，标准文件SEMI E12-96STANDARD FOR STANDARD PRESSURE, TEMPERATURE, DENSITY, AND FLOW UNITS USED IN MASS FLOW METERS AND MASS FLOW CONTROLLERSNOTE; Thi*i cnliiv diKumcnt was revised in 1 俱成1 Purpose8 UhltKI.. L 血（1k pLiit uu-iilubicii hai in the Milner of&l LhiU* tbr sliiaidiukl flow Ltbuy bestandard ternpciaturc und Mtandard pressure when 耕xsiismlarJ 若u■卜ir 成nlime付rr per minuR hetmK ^laiHku tlflow expressed in Fandard" volumetric uniih. Toliters per* mmuir 队Iel ■sELiiiduril cl山化 d心5iTi

某些测量场合，用二者皆可，如对毛细管流通能力的测量当定压测流的时候，用质量流量计；当定流测压时，需要用质量流量控制器注意，当质量流量 控制器处于清洗状态时，也可以当质量流量计使用，只不过气压降要比普通质量流量计大一些5. 质量流量计/质量流量控制器的主要优点是什么？(1) 流量的测量和控制不因温度或压力的波动而失准对于多数流量测控系统而言，很难避免系统的压力波动及环境和介质的温度变化 对于普通的流量计，压力及温度的波动将导致较大的误差；对于质量流量计/质量流 量控制器，则一般可以忽略不计2) 测量控制的自动化质量流量计/质量流量控制器可以将流量测量值以输出标准电信号输出这样很 容易实现对流量的数字显示、累积流量自动计量、数据自动记录、计算机管理等对质 量流量控制器而言，还可以实现流量的自动控制通常，模拟的MFC/MFM输入输出信 号为0〜+5V或4〜20mA，数字式MFC/MFM还配有RS232或RS485数字串行通讯口，能 非常方便地与计算机连接，进行自动控制3) 精确地定量控制流量质量流量控制器可以精确地控制气体的给定量，这对很多工艺过程的流量控制、对 于不同气体的比例控制等特别有用。

4)适用范围宽有很宽的工作压力范围，我们的产品可以从真空直到10MPa;可以适用于多种气体 介质(包括一些腐蚀性气体，如HCL)；有很宽的流量范围，我们的产品最小流量范 围可达0〜5 sccm,最大流量范围可达0〜200 slm流量显示的分辨率可达满量程的0.1%, 流量控制范围是满量程的2〜100% (量程比为--50:1),因此在很多领域得到广泛应用6. 质量流量计的缺点是什么？使用质量流量控制器最害怕什么？相对廉价的转子流量计来说，质量流量计的主要缺点就是价格比较昂贵使用质量流量控制器有四怕：第一怕粉尘，若粉尘进入流量计会堵塞传感器和分流器，造成测量误差，要求在进 气口前加装过滤器；第二怕液体和油污进入MFC,会造成失控，如果MFC的出口接有液体罐，需要在 MFC出口加上单向阀，防止液体回流；第三怕使用潮湿的腐蚀性气体，潮湿的腐蚀性气体会使不锈钢生锈，造成MFC通 道损坏，因此要求在使用腐蚀性气体前，要对气体和MFC管路系统进行干燥处理；第四怕在使用强腐蚀性、易燃易爆、有毒等危害性气体时不按安全规则操作，有可 能造成产品损坏和其它更严重的损失正确使用，安全操作，对每个用户都是最重要的。

7, 质量流量控制器的工作压差范围是个什么概念？质量流量控制器(MFC)中设置有一个气体流量调节阀门，阀门能使通过控制器的流 量从零调节到测量的满量程，在工作的过程当中，控制器的入口和出口之间会产生一个 气压降，即压差MFC的工作压差范围通常为0.1〜0.3MPa，若压差低于最低值(0.1 MPa)， 有可能控制达不到满量程值；若高于最高值(0.3MPa)，有可能关闭时流量不能小于 2%F.S用户使用MFC时，无论用户工作的反应室是真空还是高压，应做到使MFC进 出气两端的压差保持在所要求压差范围之内，并且要求气压要相对稳定8. 质量流量控制器在高压条件下如何使用？质量流量控制器的工作压差范围通常比较小，要在高压条件下正常使用需要特别 注意三点：第一，是要选择耐压符合要求的MFC;第二，是要挑选工作压差范围大的产 品型号；第三，要在MFC气路前面加减压阀，稳定入口气压，在MFC下游加背压阀， 稳定反应室和MFC出口的气压，适当调节减压阀和背压阀，要保证MFC的工作压差不 会超过规定的范围(见图4的高压工作示意图)只要做到以上三点，MFC就能够在高 压条件下稳定工作图4. MFC高压工作管路示意图9, 使用挥发性液体蒸发汽，气压很低，如何定制质量流量控制器的低压降产品？部分用户使用挥发性液体蒸发汽做气源(如用丙酮等)，气压很低，用普通MFC，不 能正常工作。

这时用户需要向供货商特别声明，定制低压降的质量流量控制器通常可 以定制工作压差低于0.01MPa的MFC，这时MFC的工作压差范围，也会变小注意使用挥发性液体蒸发汽时，不能让汽化物在MFC中结露，结露会影响MFC的 正常工作为了防止结露，可以对管路和MFC适当加温，但MFC的工作环境温度通常 不得超过50°C如果用户要MFC的工作环境温度超过65^以上，需要特殊购买高温 MFC产品10. 质量流量控制器能用于控制腐蚀性气体和特殊气体吗？如何选择密封材料？质量流量控制器可以用于控制各种气体，包括腐蚀性气体和特殊气体，但是要注意, 对于使用腐蚀性气体和特殊气体，需要恰当选择型号和密封材料用户在订货时，需要 向供货厂商特殊声明使用气体，以免因为选型或选择密封材料错误，造成严重损失通常气体质量流量控制器接触工作气体的湿材料为316L不锈钢、聚四氟乙烯和密 封材料等，密封材料又分为金属密封和橡胶密封两大类金属密封的材料一般为不锈 钢、金或镍等耐腐蚀材料采用金属密封的MFC原则上可以用于任何气体，包括各种 腐蚀性气体和特种气体对于三漠化硼、三氯化硼、氟化氢等强腐蚀性气体和MOCVD 使用的金属氧化物气体建议最好采用金属密封的MFC。

由于金属密封的MFC价格较高，通常要求不高的场合，均采用橡胶密封的MFC 如果不特殊声明，MFC都采用氟橡胶密封，可以用于大多数酸性和碱性腐蚀性气体，例 如可以用于氯化氢等卤族干燥气体其它一些特殊腐蚀性气体需要采用特种橡胶氨 气一一需要采用耐氨橡胶，如乙丙橡胶、氯丁橡胶或丁晴橡胶；有机溶剂汽氛(丙酮、甲 苯等)一一需要采用硅橡胶；三漠化硼、三氯化硼、氟化氢一一需要采用全氟橡胶11. 选择产品和订货时应当注意什么？这一点关系到用户的切身利益，涉及的问题也比较多，因而我们尽可能地给以祥尽 、客观的回答1) 注意选择正确的品牌一般应当全面衡量生产厂家的产品质量、销售价格、售后服务、技术水平、产品 特点、生产规模、企业信誉等因素2) 注意选择正确的量程A. 将您需要的流量换算成标准状态下的流量(质量流量)B. 根据厂家提供的质量流量转换系数表，将您所用气体的质量流量值换算成与氮 气(标定气体)等价的质量流量值如果您希望按您实际使用的气体标定，请向厂家说 明有关质量流量转换系数的问题，以下还有进一步解答C. 确定所需标准量程厂家一般有自己的各种规格的标准量程，您实际使用的流 量最大值应接低于某个标准量程值。

标准量程的选取要避免过大或过小质量流量的误 差指标是按满量程值的百分比规定的，如果实际流量较小而量程值选取过大，则测量值 的相对误差较大3) 注意选择正确的工作压力指标不同的产品工作压力指标可能不同，注意选择适合自己的产品质量流量控制器(MFC)除最大工作压力之外，还有另一项工作压力指标：工作 压差，即MFC进气端和出气端之间的压差，选型时要注意，使用时也要注意4) 注意选择合适的精度指标准。