質(zhì)量流量控制器(MFC)是一種用于精確測(cè)量和控制氣體或液體質(zhì)量流量的設(shè)備,其技術(shù)原理融合了熱傳導(dǎo)、質(zhì)量守恒定律、流體力學(xué)及精密傳感技術(shù),通過(guò)測(cè)量、反饋與調(diào)節(jié)機(jī)制實(shí)現(xiàn)流量的精準(zhǔn)控制。以下是其核心原理的詳細(xì)介紹:
一、核心測(cè)量原理
熱傳導(dǎo)原理:
傳感器部分包含加熱元件和溫度傳感器。當(dāng)氣體流過(guò)傳感器時(shí),加熱元件將氣體加熱至固定溫度,氣體流動(dòng)會(huì)帶走熱量,導(dǎo)致傳感器溫度變化。
溫度傳感器測(cè)量這一變化,并通過(guò)電橋電路將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)強(qiáng)度與氣體質(zhì)量流量成正比,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。
質(zhì)量守恒定律:
MFC基于質(zhì)量守恒原理,直接測(cè)量介質(zhì)的質(zhì)量流量,而非體積流量。因此,其測(cè)量結(jié)果不受溫度、壓力等外部條件變化的影響,確保了流量控制的準(zhǔn)確性。
流體力學(xué)原理:
層流質(zhì)量流量控制器通過(guò)層流元件將湍流整流為層流狀態(tài),利用壓差傳感器檢測(cè)層流元件兩端的壓差信號(hào)。
結(jié)合哈根-泊肅葉定律(在層流狀態(tài)下,體積流量與壓差呈線性關(guān)系),計(jì)算體積流量,并通過(guò)溫度、壓力傳感器實(shí)時(shí)采集工況數(shù)據(jù),動(dòng)態(tài)修正氣體密度,將工況流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量。
二、閉環(huán)控制機(jī)制
信號(hào)轉(zhuǎn)換與比較:
傳感器將測(cè)量到的流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)放大器放大后與設(shè)定電壓進(jìn)行比較。
差值信號(hào)被送入控制電路,通過(guò)數(shù)字PID算法計(jì)算控制量,驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)動(dòng)作。
閥門(mén)調(diào)節(jié)與反饋:
調(diào)節(jié)閥門(mén)根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整開(kāi)度,改變通道橫截面積,從而控制氣體流量。
流量變化通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)反饋至控制電路,形成閉環(huán)控制系統(tǒng),確保實(shí)際流量與設(shè)定值一致。
三、關(guān)鍵技術(shù)組件
流量傳感器:
采用毛細(xì)管傳熱溫差量熱法或科里奧利力原理測(cè)量質(zhì)量流量。
傳感器需具備高精度、高穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力,以適應(yīng)不同工況需求。
控制閥:
精密比例調(diào)節(jié)閥或電磁閥,根據(jù)控制信號(hào)精確調(diào)節(jié)開(kāi)度。
閥門(mén)設(shè)計(jì)需考慮零點(diǎn)漂移、量程誤差及耐磨、耐腐蝕性能。
控制器:
集成信號(hào)處理、比較控制及驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)流量信號(hào)的轉(zhuǎn)換、比較與調(diào)節(jié)。
配備數(shù)字顯示、通訊接口及安全保護(hù)功能,支持手動(dòng)設(shè)定或與計(jì)算機(jī)聯(lián)接自動(dòng)控制。
溫度與壓力傳感器:
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)介質(zhì)溫度與壓力,通過(guò)軟件算法對(duì)氣體密度進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。
消除環(huán)境波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,提高流量控制的準(zhǔn)確性。
四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用
高精度與穩(wěn)定性:
測(cè)量誤差低至±0.5%讀數(shù),重復(fù)性±0.1%,滿足半導(dǎo)體工藝等嚴(yán)苛場(chǎng)景需求。
閉環(huán)控制系統(tǒng)確保流量穩(wěn)定,即使系統(tǒng)壓力或環(huán)境溫度波動(dòng),也能保持設(shè)定值。
寬量程與快速響應(yīng):
量程覆蓋0.1sccm至20000slpm,支持微小流量到高流速場(chǎng)景。
響應(yīng)時(shí)間≤700ms,壓差信號(hào)毫秒級(jí)采集,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。
多參數(shù)監(jiān)測(cè)與智能控制:
實(shí)時(shí)顯示溫度、壓力、標(biāo)況/工況流量等參數(shù),支持RS485/Profibus通訊協(xié)議遠(yuǎn)程操作。
內(nèi)置70余種氣體數(shù)據(jù)庫(kù),支持混合氣體編輯功能,無(wú)需人工輸入轉(zhuǎn)換系數(shù)即可一鍵切換氣體類型。
廣泛應(yīng)用領(lǐng)域:
石油化工、制藥、電子制造、氣體流量控制、化學(xué)制品加工、半導(dǎo)體生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)保設(shè)備等。
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