Precise gas flow control is vital in a wide range of industries — from semiconductor manufacturing and chemical processing to food production, environmental monitoring, and fuel cell research. Among the technologies used to manage and monitor gas flow, termal kütle akış kontrolörleri (MFC'ler) doğrulukları, güvenilirlikleri ve kütle akış hızlarının kapalı döngü kontrolünü sağlama yetenekleriyle öne çıkmaktadır.
Bu blog yazısı termal kütlesel akış ölçümünün ne olduğunu, nasıl çalıştığını, kullanılan sensör türlerini ve bir termal kütlesel akış ölçümünü diğerlerinden ayıran özellikleri açıklamaktadır. termal kütle akış kontrolörü bir termal kütle akış ölçer. Ayrıca temel faydaları, uygulamaları ve termal MFC seçerken göz önünde bulundurulması gereken faktörleri de inceleyeceğiz.
Termal Kütle Akış Ölçümü Nedir?
Termal kütle akış ölçümü bir Bir gazın kütle akış hızını ölçmek için doğrudan yöntem termal özelliklerine göre ölçer. Bir gazın ne kadar yer kapladığını ölçen (basınç ve sıcaklığa göre değişebilen) hacimsel akış ölçümünün aksine, termal kütle akışı gaz moleküllerinin gerçek kütlesi Bir sistem içinde hareket eden gazın sadece hacminin değil, miktarının da hassas bir şekilde kontrol edilmesinin gerekli olduğu uygulamalarda kritik bir ayrımdır.
Temel Prensip
Termal kütlesel akış ölçümünün temel çalışma prensibi aşağıdakilere dayanır ısı transferi: gaz ısıtılmış bir elemanın yanından akarken ısıyı uzaklaştırır. Isı kaybının oranı, ısı kaybına neden olan sıcaklıkla doğru orantılıdır. kütle akış hızı gazın. Akış ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla ısı taşınır.
Bu, termal kütle akış cihazlarının aşağıdakileri sunmasına olanak tanır gerçek kütle akış okumalarıtipik olarak aşağıdaki gibi birimlerle ölçülür dakika başına standart litre (SLPM) veya saat başına kilogram (kg/h)Harici sıcaklık veya basınç kompanzasyonuna ihtiyaç duymadan.
Termal Kütle Akış Ölçümünde Ana Sensör Tipleri
Termal kütle akış cihazlarında iki temel sensör tasarımı kullanılır:
1. Kılcal Sensör Tasarımı
Bu tasarım genellikle düşük akışlı uygulamalarda kullanılır ve şunlardan oluşur:
- A küçük çaplı kılcal boru içinden gazın bir kısmının yönlendirildiği.
- İki sıcaklık sensörü yerleştirildi yukarı ve aşağı akış küçük bir ısıtıcı.
- Gaz akarken, ısıyı yukarı akıştan aşağı akış sensörüne aktararak ölçülebilir bir sıcaklık farkı yaratır.
Kılcal tasarımlar şunları sunar yüksek hassasiyet ve hızlı tepki ve aşağıdakiler için idealdir temiz, kuru gazlar düşük akış hızlarında (tipik olarak birkaç sccm'den birkaç slpm'ye kadar).
2. Inline veya Bypass Sensör Tasarımı (MEMS veya CTA)
Bunlar ya kullanır:
- A MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) akış yoluna entegre edilmiş sensör.
- A Sabit Sıcaklık Anemometrisi (CTA) Cihazın ısıtılmış bir sensörü ortama göre sabit bir sıcaklıkta tuttuğu sensör kurulumu.
Inline termal sensörler aşağıdakiler için uygundur daha yüksek akış hızları ve daha büyük boru çaplarıgenellikle endüstriyel veya çevresel sistemlerde kullanılır.
Termal Kütle Akış Kontrol Cihazı (MFC) nedir?
A termal kütle akış kontrolörü (MFC) sadece bir cihaz değil önlemler bir gazın kütle akışının yanı sıra düzenler Kullanıcı veya kontrol sistemi tarafından tanımlanan bir ayar noktasına.
Üç ana bileşenden oluşmaktadır:
- Termal Akış Sensörü: Gazın gerçek kütle akış hızını gerçek zamanlı olarak ölçer.
- Kontrol Vanası (tipik olarak solenoid tabanlı veya piezoelektrik): Sensörden gelen geri bildirime göre açarak veya kapatarak gaz akışını modüle eder.
- PID Kontrol Elektroniği: Ölçülen akışı ayar noktasıyla karşılaştırır ve sabit akışı korumak için vana konumunu buna göre ayarlar.
Bir MFC'nin Temel Özellikleri:
- Ayar Noktası Girişi: İstenen akış hızını belirten bir analog sinyali (örn. 0-5V, 0-10V, 4-20mA) veya dijital komutu kabul eder.
- Akış Çıkışı: ile orantılı bir analog sinyal (örn. 0-5V, 4-20mA) sağlar. gerçek ölçülen akış hızı.
- Valf Tahrik Çıkışı: Kontrol vanası aktüatörüne gönderilen sinyal.
- Kontrol Algoritması: Tipik olarak, aşım olmadan hızlı, kararlı ve doğru kontrol için optimize edilmiş bir PID (Oransal-İntegral-Türev) algoritması.
- Kalibrasyon: Tanımlanmış giriş basınçları ve sıcaklıklarında belirli gazlar veya gaz karışımları için fabrikada kalibre edilmiştir. Doğruluk her şeyden önemlidir.
Termal Kütle Akış Ölçer vs. Akış Kontrolörü: Aradaki Fark Nedir?
Her iki cihaz da aynı temel termal prensibi kullanırken ölçümamaçları ve işlevleri farklıdır:
| Özellik | Termal Kütle Akış Ölçer (MFM) | Termal Kütle Akış Kontrolörü (MFC) |
|---|---|---|
| Birincil İşlev | Ölçü bir gazın kütle akış hızı. | Ölçün VE Kontrol Edin bir gazın kütle akış hızı. |
| Temel Bileşenler | Termal Sensör, Elektronik, Akış Çıkışı. | Termal Sensör, Kontrol Vanası, Kapalı Döngü Elektroniği, Ayar Noktası Girişi, Akış Çıkışı. |
| Çıktı | ile orantılı sinyal ölçülen akış. | ile orantılı sinyal ölçülen akış VE Valf Tahrik Sinyali ayar noktasına ulaşmak için. |
| Giriş | Güç, Gaz Akışı. | Güç, Gaz Akışı, Ayar Noktası Komutu. |
| Valf mi? | Hayır. | Evet. Aktif düzenleme için gereklidir. |
| Kontrol Döngüsü? | Açık döngü. Sadece raporlar akar. | Kapalı Döngü. Hataya göre valfi aktif olarak ayarlar. |
| Analoji | Tıpkı bir hız göstergesi bir arabada. | Gibi hız sabitleyici (hız göstergesi + gaz kelebeği kontrolü). |
| Kullanım Örneği | Gaz tüketiminin izlenmesi, kaçak tespiti, proses gözlemi. | Reaktiflerin hassas dozajlanması, biriktirme için sabit akışın sağlanması, püskürtme, karıştırma oranları, analitik enstrümantasyon. |
| Karmaşıklık ve Maliyet | Genellikle daha basit ve daha düşük maliyetlidir. | Vana ve kontrol döngüsü nedeniyle daha karmaşık; daha yüksek maliyet. |
Kısacası: termal kütle akış ölçer size ne kadar gaz akışı olduğunu söylerise termal kütle akış kontrolörü gazın belirli bir hızda akmasını sağlar.
Metlan Instruments olarak, her biri yüksek doğruluk, güvenilirlik ve özelleştirme için tasarlanmış çok çeşitli termal kütlesel akış ölçerler ve kontrolörler sunuyoruz. İster yeni bir proses hattı tasarlıyor ister bir laboratuvar kurulumunu optimize ediyor olun, akış kontrol ihtiyaçlarınız için en iyi çözümü bulmanıza yardımcı olmak için buradayız.
Termal Kütle Akış Kontrol Cihazı / Metre:
- Ölçüm Aralığı: 2SCCM～6000SLM
- Doğruluk: ± 0,5% F.S; ± 1% F.S
- Çevirme Oranı: Kontrolör: 50:1 | Metre: 100:1
- Çalışma sıcaklığı: 0～50℃
- Maks. çalışma basıncı: 10MPa
- Konektör: φ8，φ10，φ12， flanş montajı
- Sızdırmazlık malzemesi: Vilton, Neopren, NBR, metal
- Patlamaya dayanıklılık sınıfı: Ex db IIC T6 Gb / Ex tb IIIC T80°CDb.
- Ölçüm Aralığı: 0,1 Nm/s ile 250 Nm/s arasında
- Doğruluk: Standart: ± (1,5% RD + 0,3% FS), Opsiyonel: ±1% RD
- kısma Oranı: 2500:1
- Orta Sıcaklık Aralığı: -40 ila 80°C
- Maks. Proses Basıncı: 63 bar
- Tam dijital sinyal işleme, daha yüksek doğruluk, uzun vadeli kararlılık.
Termal Kütle Akış Kontrolörlerinin Avantajları
Termal MFC'ler birkaç iyi nedenden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır:
1. Doğrudan Kütle Akış Ölçümü
Ayrı basınç ve sıcaklık sensörlerine veya kompanzasyon algoritmalarına olan ihtiyacı ortadan kaldırırlar.
2. Yüksek Doğruluk
Modern termal MFC'ler, kalibrasyon ve gaz türüne bağlı olarak tam ölçekte ±1% veya daha iyi doğruluk seviyeleri sunabilir.
3. Geniş Çevirme Oranları
Birçok MFC, aşağıdakilerden gelen akışları doğru bir şekilde kontrol edebilir 2% ila 100% (50:1 veya daha fazla kısma).
4. Hızlı Yanıt Süresi
Termal MFC'ler akış talebindeki veya kontrol sinyallerindeki değişikliklere hızlı tepki vererek onları dinamik prosesler için ideal hale getirir.
5. Temiz ve Özel Gazlarla Uyumluluk
Termal teknoloji özellikle araştırma, yarı iletkenler ve farmasötiklerde kullanılan saf veya özel gazlar için uygundur.
Termal Kütle Akış Kontrolörlerinin Uygulamaları
Hassasiyetleri ve esneklikleri nedeniyle termal MFC'ler çok çeşitli endüstrilerde ve sistemlerde kullanılmaktadır:
- Yarı İletken Üretimi: CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme), Aşındırma, Epitaksi, İyon İmplantasyonu ve Püskürtme için kritiktir. Katkı gazlarının, öncüllerin ve aşındırıcıların hassas kontrolü film kalınlığını, homojenliğini ve cihaz performansını doğrudan etkiler.
- İlaç ve Biyoteknoloji: Fermantasyon kontrolü (O₂, CO₂, N₂), biyoreaktör serpme, katalizör araştırması, kontrollü atmosfer sistemleri (inkübatörler), ilaç sentezi ve formülasyonunda hassas dozajlama.
- Analitik Cihazlar: GC (Gaz Kromatografisi), MS (Kütle Spektrometrisi), FTIR ve ultra kararlı akış gerektiren diğer laboratuvar ekipmanları için taşıyıcı gaz, reaktif gazlar ve tamamlayıcı gazların kalibrasyonu ve tedariki.
- Yakıt Pili ve Batarya Araştırması: Test ve çalışma sırasında reaktan gazların (H₂, O₂) ve temizleme gazlarının (N₂) kontrol edilmesi.
- Çevre ve Emisyon İzleme: Gaz analizörlerinin kalibrasyonu, numune alma sistemleri için seyreltme oranlarının kontrolü.
- Katmanlı Üretim (3D Baskı): DMLS/SLM gibi metal baskı işlemlerinde koruyucu gazların (Ar, N₂) ve reaktif gazların kontrolü.
- Lazer Kesim ve Kaynak: Kesim kalitesini ve hızını optimize etmek için yardımcı gazların (O₂, N₂, Ar) hassas kontrolü.
- Yanma ve Süreç Optimizasyonu: Maksimum verimlilik ve minimum emisyon için brülörlerdeki yakıt-hava oranlarının (örn. doğal gaz, biyogaz) ayarlanması.
Termal MFC'ler için Temel Seçim Kriterleri
Bir termal kütle akış kontrolörü seçerken aşağıdaki faktörleri göz önünde bulundurun:
1. Gaz Tipi
Her MFC belirli bir gaz için kalibre edilmiştir. Farklı bir gazla kullanılması düzeltme faktörleri veya yeniden kalibrasyon gerektirir.
2. Akış Aralığı
Gerekli minimum ve maksimum akış hızlarını tanımlayın. Optimum doğruluk için 50-100% aralığı idealdir.
3. Doğruluk ve Tekrarlanabilirlik
Daha yüksek hassasiyetli uygulamalar (örn. laboratuvar veya Ar-Ge) genel endüstriyel uygulamalardan daha iyi özellikler gerektirir.
4. Basınç ve Sıcaklık Koşulları
Kontrol cihazının, özellikle basınçlı gaz dağıtım sistemleri için çalışma koşullarınıza uygun olduğundan emin olun.
5. Kontrol Arayüzü
Analog (0-5V, 4-20mA) veya dijital (RS-485, Modbus, Profibus, EtherCAT) - kontrol sisteminizle entegre olanı seçin.
6. Valf Tipi
Solenoid valfler standarttır, ancak piezoelektrik valfler bazı uygulamalarda daha iyi çözünürlük ve daha düşük güç tüketimi sunar.
