mass flow controllers

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Masurarea debitului masic de gaz si controlul acestuia


Masurarea debitului masic de gaz si controlul acestuia


Masurarea masei gazului care intra in o incinta de vid este critica pentru controlul proceselor din plasma Unitatea reala pentru debitul masic Qm (kg/s) nu este des folosita , nefiind palpabila; Unitatea pentru debitul volumic Qv (l/s sau cm3/s) este mult mai intuitiva dar nu ofera informatii complete deoarece, datorita compresibilitatii, masa de gaz din 1cm3 depine de temperatura si presiune.


DECI:Unitatile de curgere volumice (cm3/s) pot fi folosite pentru masurarea

curgerii masei de gazdoar daca se specifica

presiunea si temperatura gazului.


Unitati de masura: S.C.C.M, S.C.C.LIn timp s-a stabilit un sistem de unitati practice bazat pe curgerea volumica de gaz in conditii STANDARD de temperatura si presiune

STP: t= 0OC, p = 1 atmCele mai folosite sunt : sccm= standard cubic cm / minute slm= standard l/min


S.C.C.M, S.C.C.LAcest sistem de unitati se bazeaza pe faptul ca un mol al unui gaz ideal ocupa 22,414 litri in coditii standard de presiune si temperatura.6,023 10 23 molecule pe minut 2,69 *1019 molecule pe minut 1sccm 22414

Astfel, se poate calcula Debitul volumicDebitul molarDeditul masicExemplu: 500 sccm de N2 = 0.5 slm de N2 = 0.5 slm/22.4 litri standard pe mol = 0.0223 moli pe minut de N2 = 0.0223 moli pe min X 28 grame pe mol de N2= 0.624 grame pe minut


Dispozitive de masurare a curgerii gazelorSe cunosc trei metode, bazate pe: Momentul de inertie al fluidului (flow metre de tip Coriolis, folosite in special pentru lichide; pentru gaze se folosesc in special la presiuni mari) Modularea curgerii fluidului (pentru debite mari de gaze, de ordinul a 100kg/h); se bazeaza pe modularea vitezei gazului cu un oscilator mecanic, curgerea fiind determinata din constanta de amortizare a oscilatiilor Transferul caldurii de la un corp incalzit la fluid; se folosesc in principal pentru gaze si uneori pentru lichide.


MFM termice calorimetriceSe bazeaza pe masurarea variatiei de temperatura T a unei mase M de fluid cand acesteia ii este transferata caldura Q generata de un incalzitor electric.

,

Cp este capacitatea calorica a gazului.


Senzorul termic de curgere a fluidelortub capilar din inox este incalzit cu rezistenta H (Heater) iar temperatura peretilor este masurata cu 2 senzori (R1 si R2) montati simetric (amonte si aval) fata de H ; Daca gazul nu curge, T21= T2 T1 = 0; Profilul distributiei temperaturii in lungul tubului este simetric; Daca gazul curge, caldura este transferata atat prin peretele tubului cat si prin gaz, rezultand asimetrizarea profilului termic, datorita cresterii lui T2 (aval) si scaderii lui T1(amonte) R1 si R2 sunt montate intr-o punte Wheastone, tensiune ei de dezechilibru indicand T21, implicit fluxul de gaz. UnGas in

R1

R2


Raspunsul senzorului este

Unde: Pel este puterea electrica disipata de incalzitor; const include propietatile termale si geometrice ale senzorului Rezultate experimentale obtinute pentru N2 comparativ cu cele teoretice; Se observa o buna liniaritate doar pentru curgei mici ale gazului. Liniaritatea tipica a unui senzor este de 3-10% din FS, avand un timp de raspuns intre 0,5-5s.

Copiat din Sensors, a Comprehensive Survey, Vol.4,Edited by J. Scholtz and T. Ricolfi, p.327, 1989

! MFM tip MKS de 10sccm Ar din dotare este mult mai lent! ??????


Elementele principale ale MFM si MFCSenzor+Bridge+Amplifier= MFM MFM+Comparator+Control Valve = MFC Semnalul electric generat de puntea Wheastone (V~R~T21~QV) este amplificat, conditionat, si liniarizat cu un amplificator complex, care poate sa mareasca si timpul de raspuns; liniaritatea este imbunatatita pana la 0,5% FS pentru curgeri de pana la 5 20 sccm (contradictie cu graficul anterior) Pentru rate mai mari de curgere, in paralel cu senzorul de temperatura se monteaza un Bypass cu curgere laminara astfel incat un procent fix de gaz este deviat de la senzor (asemanator cu rezistentele de shunt care se monteaza paralel pe un microampermetru pentru a-i mari curentul de lucru). Se ating astfel curgeri de pana la 100slm

A 1A


Valve de control- elemente de executie proportionale (nu On/OFF)

Valva electromagnetica: Normal inchisa (fara tensiune de comanda, este inchisa)

Valva Piezoelecrica: Normal deschisa (fara tensiune de comanda, este deschisa)


MFM/MFC-Analog versus digitalAnalog

Digital

Acuratetea unui MFC/MFM analogic este % din FS; De aceea ceste aparate e bine sa fie operate aproape de curgerea maxima (FS) Etalonarea MFC/MFM digital in mai multe puncte (11 la Advanced Energy face ca acuratetea sa fie % din SetPoint)

Reprodus din: Digital Mass Flow Controllers, (Advanced Energy Tech Doc)


Etalonarea unui MFM; Factori de conversie*Producatorii de MFM/MFC le etaloneaza de obicei folosind N2 (DE CE?) Pentru a masura curgerea altor gaze, fiecare producator genereaza tabele cu factori de conversie (FC); in acest mod evita lucrul cu gaze periculoase, inlocuindu-le cu gaze surogat (aceeasi dependenta a lui Cp de T si P ca a gazului de lucru)

FC

Indicatia MFM pentru gazul de test Indicatia MFM pentru curgerea echivalenta de N 2

Curgere echivalenta se refera la trecerea prin MFM a aceluiasi numar de moli (molecule); In o incinta de vid, 2 curgeri echivalente ar crea aceeasi presiune pornind de la aceeasi presiune de baza in general factorii de conversie de la diversi producatori sunt apropiati pentru gazele mono si biatomice (deoarece Cp depinde foarte putin de T si P,