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質(zhì)量流量控制器的技術(shù)原理

來源：青島芯笙微納電子科技有限公司 2025年08月21日 11:21

質(zhì)量流量控制器（MFC）是一種用于精確測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)，通過測量、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)會帶走熱量，導(dǎo)致傳感器溫度變化。

溫度傳感器測量這一變化，并通過電橋電路將其轉(zhuǎn)換為電信號。電信號強(qiáng)度與氣體質(zhì)量流量成正比，從而實(shí)現(xiàn)對流量的測量。

質(zhì)量守恒定律：

MFC基于質(zhì)量守恒原理，直接測量介質(zhì)的質(zhì)量流量，而非體積流量。因此，其測量結(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)量流量控制器通過層流元件將湍流整流為層流狀態(tài)，利用壓差傳感器檢測層流元件兩端的壓差信號。

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

信號轉(zhuǎn)換與比較：

傳感器將測量到的流量信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器放大后與設(shè)定電壓進(jìn)行比較。

差值信號被送入控制電路，通過數(shù)字PID算法計(jì)算控制量，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥門動(dòng)作。

閥門調(diào)節(jié)與反饋：

調(diào)節(jié)閥門根據(jù)控制信號調(diào)整開度，改變通道橫截面積，從而控制氣體流量。

流量變化通過傳感器實(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)控制信號精確調(diào)節(jié)開度。

閥門設(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：

集成信號處理、比較控制及驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)流量信號的轉(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)測介質(zhì)溫度與壓力，通過軟件算法對氣體密度進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。

消除環(huán)境波動(dòng)對測量結(jié)果的影響，提高流量控制的準(zhǔn)確性。

四、技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用

高精度與穩(wěn)定性：

測量誤差低至±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景。

響應(yīng)時(shí)間≤700ms，壓差信號毫秒級采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

多參數(shù)監(jiān)測與智能控制：

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，支持混合氣體編輯功能，無需人工輸入轉(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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