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    MFC在動態(tài)氣體配氣儀上的應用原理

    來源:蘇州愛拓利電子設備有限公司   2025年07月04日 09:34  

    1. 動態(tài)氣體配氣儀的基本原理

    動態(tài)氣體配氣儀(Dynamic Gas Blender)是一種通過精確控制多種氣體流量并按比例混合,以制備特定濃度標準氣體或混合氣體的裝置。其核心部件是質量流量控制器(MFC, Mass Flow Controller),負責精確調節(jié)氣體流量,確保混合比例穩(wěn)定。

    2. MFC的工作原理

    MFC主要由三部分組成:

    流量傳感器(熱式或壓差式)

    測量氣體實際流量(通常基于熱傳導原理)。

    比例控制閥(電磁閥或壓電閥)

    根據設定值調節(jié)閥門開度,控制氣體流量。

    控制電路(PID算法)

    對比設定值與實際流量,調整閥門開度,實現閉環(huán)控制。

    工作流程:

    用戶設定目標流量(如100 sccm)。

    流量傳感器實時檢測實際流量。

    控制電路計算偏差(設定值 - 實測值)。

    PID算法調節(jié)閥門開度,使流量穩(wěn)定在設定值。

    3. MFC在動態(tài)配氣儀中的核心作用

    (1) 多通道氣體流量控制

    每個MFC獨立控制一路氣體(如N?、O?、CO?等)。

    通過調節(jié)不同MFC的流量,實現精確配比(如5% CO? + 95% N?)。

    (2) 動態(tài)濃度調節(jié)

    通過改變MFC的設定值,實時調整混合比例(如從1% CO?逐步升至10%)。

    適用于氣體濃度梯度實驗或傳感器標定。

    (3) 流量穩(wěn)定性保證

    MFC采用閉環(huán)控制,抗壓力波動(如氣源壓力變化)。

    確保輸出流量不受后端壓力波動影響(如配氣儀出口壓力變化)。

    (4) 快速響應

    現代MFC響應時間可達毫秒級,適用于快速切換氣體濃度的應用(如半導體工藝)。

    4. 典型配氣模式

    (1) 比例混合模式

    設定各氣體MFC的流量比例,如:

    MFC?(N?):900 sccm

    MFC?(CO?):100 sccm

    最終混合氣體為10% CO? + 90% N?

    (2) 稀釋模式

    使用兩個MFC:一路高濃度氣體,一路稀釋氣體(如N?)。

    通過調節(jié)稀釋氣體流量,降低目標氣體濃度(如從1000 ppm稀釋至100 ppm)。

    (3) 動態(tài)梯度模式

    通過計算機控制MFC,使氣體濃度隨時間變化(如線性增加、脈沖變化等)。

    適用于傳感器動態(tài)響應測試或化學反應動力學研究。

    5. 關鍵技術指標

    參數典型值影響

    流量范圍0.1 sccm ~ 1000 slm決定配氣儀的適用場景

    控制精度±0.5%~1.5% FS影響混合氣體的準確度

    響應時間1~2秒(90%設定值)影響動態(tài)配氣的速度

    重復性±0.2% FS影響長期穩(wěn)定性

    通信接口RS485/Modbus/EtherCAT決定自動化控制能力

    6. 應用案例

    環(huán)境監(jiān)測:生成不同濃度的NOx/SO?標準氣體,用于校準氣體分析儀。

    半導體制造:精確控制SiH?/H?混合比例,用于CVD沉積。

    生物醫(yī)藥:調節(jié)O?/CO?比例,模擬細胞培養(yǎng)環(huán)境。

    燃料電池研究:動態(tài)調整H?/O?比例,測試電堆性能。

    7. 總結

    MFC在動態(tài)氣體配氣儀中的核心作用是精確控制氣體流量,實現穩(wěn)定、快速的混合氣體配比。其閉環(huán)控制、高精度和快速響應特性,使其成為氣體混合、稀釋、動態(tài)濃度調節(jié)的關鍵部件。未來,隨著數字化MFC和AI優(yōu)化控制算法的發(fā)展,動態(tài)配氣儀的精度和智能化水平將進一步提升。

    蘇州愛拓利電子設備有限公司是一家專注微小氣體精準測控的研發(fā)生產銷售一體的單位。


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