质量流量计简述

1.什么是质量流量计？什么是质量流量控制器？ 质量流量计，即Mass Flow Meter(MFM), 是一种精确测量气体流量的仪表，其测量值不因温度或压力的波动而失准，不需要温度压力补偿。     质量流量控制器, 即Mass Flow Controller (MFC), 不但具有质量流量计的功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。简单地说,质量流量控制器就是一个稳流装置,是一个可以手动设定或与计算机联接自动控制的气体稳流装置。 2.  怎么理解质量流量计/质量流量控制器的流量单位？      气体质量流量单位一般以SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute,每分钟标准毫升)和SLM(Standard Liter per Minute,每分钟标准升)来表示。这意味着，这种仪表在不同的使用条件下，指示的流量均是标准状态下的流量。这是这种仪表和其它流量计的重要区别，也是SCCM﹑SLM 不同于mL/min﹑L/min 之处。      对多数用户而言，体积流量的表示方法很符合习惯﹑便于使用，但也有用户需要知道单位 时间内流过介质的质量(如g/min),这个要求是很容易实现的。因为标准状态下的气体密度是一个常数,  可以方便地查到，因而简单地做一个乘法(以密度乘以若干SLM)即可实现。所以说,在标准状态下的体积流量就等同于质量流量。 3.  什么情况下用质量流量计,什么情况下用质量流量控制器 ?      一般而言，仅对流量进行计量或监测时，用质量流量计；需要对流量进行控制时，用质量流量控制器。某些测量场合，用二者皆可，但质量流量控制器更好用。例如，后面讲到的测量小孔直径﹑阀门泄漏量﹑工件(如毛细管)流通量等。 4.  质量流量计/质量流量控制器的主要优点是什么？ 4.1 流量的测量和控制不因温度或压力的波动而失准。 对于多数流量测控系统而言，很难避免系统的压力波动及环境和介质的温度变化。对于普通的流量计，压力及温度的波动将导致较大的误差；对于质量流量计/质量流量控制器，则一般可以忽略不计。 4.2 测量控制的自动化 质量流量计/质量流量控制器可以将流量测量值以标准电信号输出。这样很容易实现对流量的数字显示﹑累积流量自动计量﹑数据自动记录﹑计算机管理等。对质量流量控制器而言，还可以实现流量的自动控制。通常,  模拟的MFC/MFM 输入输出信号为0~+5V 或4~20mA, 数字式MFC/MFM 还配有RS232 或RS485 数字串行通讯口, 能非常方便地与计算机连接,  进行自动控制。 4.3 精确地定量控制流量 质量流量控制器可以精确地控制气体的给定量，这对很多工艺过程的流量控制﹑对于不同气体的比例控制等特别有用。 4.4 适用范围宽  有很宽的工作压力范围，我们的产品可以从真空直到10MPa;  可以适用于多种气体介质(包括一些腐蚀性气体，如HCL)；有很宽的流量范围，我们的产品最小流量范围可达0～5 SCCM，最大流量范围可达0～300SLM。最新的D07-60A/D07-60D 型质量流量计产品的流量量程可达 2000 SLM。流量显示的分辨率可达满量程的0.1%, 流量控制范围是满量程的2~100% (量程比为-- 50:1), 因此在很多领域得到应用。 4.5 准确度高﹑重复性好        我们的产品准确度可达±2%F.S.或±1%F.S.，重复性为±0.2%F.S. 。 4.6 体积小巧﹑安装方便﹑操作简单 4.7 技术先进，符合发展潮流 5. 质量流量计/质量流量控制器的主要缺点有哪些？ 5.1  价格较高。  对于用惯了转子流量计的用户来说，质量流量计的确显得贵一些。 5.2 维护费用较高  原则上讲，对于计量产品应当定期标定；产品的故障率尽管不同品牌不尽相同，但出现故障的可能都存在，因而一般是需要一些标定﹑维修费用的。由于各生产厂家收费政策不同﹑用户使用情况不同﹑产品故障率也不一样，因而用户的维护费支出可能有差别。 5.3 生产难度较大 质量流量计/质量流量控制器是高技术产品，其生产难度是相当大的，这也是多年来我国 尝试开发者很多﹑真正成功者极少的原因之一。由于其生产难度大，品质保证难度也大，因而用户在选购时要小心谨慎，避免带来无尽的烦恼。 5.4  某些情况下可能造成气路堵塞 当质量流量控制器出现某些故障，或气源不洁导致传感器或分流器堵塞，或因操作失误，均有可能造成气路堵塞。对有的用户而言，应当特别给以注意，既要选择合适的型号，又要正确进行系统设计和正确使用。有关问我们在以下会给出进一步的回答。 6. 选择产品和订货时应当注意什么？ 这一点关系到用户的切身利益，涉及的问题也比较多，因而我们尽可能地给以祥尽﹑客观的回答。 6.1 注意选择正确的品牌 一般应当全面衡量生产厂家的产品质量﹑销售价格﹑售后服务﹑技术水平﹑产品特点﹑生产规模﹑企业信誉等因素。 6.2  注意选择正确的量程  A. 将您需要的流量换算成标准状态下的流量(质量流量)。  B. 根据厂家提供的质量流量转换系数表，将您所用气体的质量流量值换算成与氮气(标定气体)等价的质量流量值。如果您希望按您实际使用的气体标定，请向厂家说明。有关质量流量转换系数的问题，以下还有进一步解答。  C. 确定所需标准量程。厂家一般有自己的各种规格的标准量程，您实际使用的流量最大值应接低于某个标准量程值。标准量程的选取要避免过大或过小。质量流量的误差指标是按满量程值的百分比规定的，如果实际流量较小而量程值选取过大，则测量值的相对误差较大。 6.3  注意选择正确的工作压力指标 不同的产品工作压力指标可能不同，注意选择适合自己的产品。 质量流量控制器(MFC)除最大工作压力之外，还有另一项工作压力指标：工作压差，即 MFC 进气端和出气端之间的压差，选型时要注意，使用时也要注意。 6.4  注意产品内部的分流器形式 分流器形式并不是一项技术指标，但在这里作为用户注意事项，是因为我们发现在实际使用中出现过一些因为分流器而造成的使用故障。常见的分流器有管状﹑锥体和粉末冶金三种，各有自己的特点。比较而言，第一种不容易堵塞因而使用寿命最长，最后一种则相对容易发生堵塞。     我们发现过几例这样的情况：用户使用一种著名的进口MFC(粉末冶金分流器)，在气源经过严格过滤的情况下，还是很快发生堵塞；而换上我们的产品后，则一直正常工作。问题显然出在分流器上。据分析，可能是使用的气体附着力较强，导致粉末冶金分流器堵塞。 当然，粉末冶金分流器也有其优点，其它分流器也有其不足。用户应根据自己的使用条件来考虑。 6.5  注意选择合适的精度指标 准确度﹑线性﹑重复精度是比较重要的几项指标，其中重复精度在很多应用场合尤为重要。指标不一定追求最高，应考虑自己的实际需要。如果对厂家给出的指标不放心，有条件的用户也可以自己标定一下。标定的方法参见下面的有关内容。 6.6  注意选择合适的响应时间指标 有的应用系统对MFC 的响应时间有较高的要求，用户应根据自己的情况加以考虑。在考虑响应时间指标的同时，还应注意其响应过程及动态特性。 6.7  注意对安装位置有无要求 有的厂家的产品要求必须水平位置安装。 6.8      注意产品的动态响应特性 某些系统对流量的动态响应特性有较高的要求，在这种情况下，用户应当深入了解具体产品的响应特性。 6.9  注意零点的稳定性 对于计量产品而言，零点的稳定性是非常重要的，也是较难保证的。不同的产品零点稳定性可能是不一样的。 6.10  注意适用范围 MFM/MFC   对使用的环境及介质温度﹑气源压力﹑介质(特别是使用对腐蚀性气体)情况等均有一定适用范围，请注意阅读说明书或向厂家咨询。 6.11 订货应注明：产品名称、型号、流量规格、标定气体、使用气体(特别是腐蚀性气体)、接头形式和数量。 7. 你们的产品是自己生产的还是组装的？ 我们销售的D07 系列产品完全是自己生产的。众所周知，现在很多国产产品质量也相当不错。 另外CS200系列产品是由我公司和美国权威技术团队合作研制生产的, 拥有自主知识产权，关键部件均采用进口产品配套。 8. 你们的D07 系列产品是仿制国外产品，还是自主开发？有没有知识产权的问题？  我们在产品开发上已倾注了20 多年的心血。我们并没有简单地仿制国外产品，因为很多东西靠仿制是无法解决的，而且我国的用户特点﹑需求以及使用条件和国外的情况也不完全相同，因而我们坚持走有自己特色的道路。我们的产品中凝结着中国人的聪明才智。我们的产品不同于其他任何一家的产品，但同时我们可以做到和国外主流产品完全兼容。我们对自己的产品拥有完全的知识产权，并且我们的技术受到国家和地方权威部门的严格保护。 9. 和国外产品相比，你们的产品如何？ 首先我们承认差距。从总体上看，国外的产品要胜出我们一筹。国外产品在消除内部的气体滞留区方面下了很多功夫，这些是我们所不及的。但是，我们我们也不妄自菲薄。由于在很多年中，国内唯有我们能够规模生产，国内用户 绝大部分采用我们的产品，使得我们的产品覆盖面非常广泛，在各个领域经受了考验，在这个过程中，我们不断对产品进行改进，结合我国用户的实际情况，发展了多种型号，以适合不同的需要。和国外具体生产厂家相比，我们的产品也是有自己的特色的。 10. 和国内其它产品相比，你们的产品如何？ 这种比较，还是由用户们自己来作为好。 11. 你们的标定能力怎么样？ 我们拥有自美国进口的精密标定设备。我们所有的标定装置均接受技术监督部门的定期检查。 12. 你们的传感器是什么样的绕组？     这是一个过于专业的问题，用户一般不必过问。     本类产品的传感器是由一段不锈钢毛细管上缠绕若干组热敏电阻丝构成。常见的传感器一 般由两组或三组热敏电阻丝构成。我们早期的产品采用三绕组的结构。目前国外产品多采用两绕组方式，也有采用三绕组的，还有其它形式的。各种方式均有所长所短。我们认为，对于传感器或者MFM/MFC 的品质，不可以单从绕制方式上来衡量，它涉及多种因素特别是工艺技术水平。我们的传感器具有自己独特的技术，不简单地等同于哪种产品。 13. 价格能不能再便宜一点？     事实上我们已经考虑了很多用户的难处，保持着比较低的价位,  这一点，用户一比较就知道。多年来我们的价格总水平不但没有上涨，反而有所下降。一方面，随着产品的不断进步，生产成本有可能增加；另一方面，随着我们国内外的销量越来越多，有可能消化掉一部分成本。我们的宗旨是：产品优质,  价格实惠。如果有朋友发现市场上有同类产品，比我们的又好又便宜,  请您告诉我们。 14. 买质量流量计 / 质量流量控制器时，还需要买其它配套产品吗？     一般需要流量显示仪与之配套使用。流量显示仪为MFM/MFC 提供工作电源，进行流量显示，对MFC 进行流量设定操作。如果将MFM/MFC 直接和计算机测控系统相连，视情况也可以不配流量显示仪。另外根据系统的需要可以选购截止阀﹑过滤器﹑干燥器﹑单向阀﹑管接头﹑减压器﹑背压阀等。 15. 怎样选择流量显示仪？     我们的流量显示仪非常丰富，可供用户选择的余地很大。     我们有单通道(配接一台MFM/MFC)和多通道(配接多台MFM/MFC)产品；多通道产品中又有共用显示和分别显示之分(前者体积较小，价格稍便宜，但显示需切换；后者体积较大，但显示直观)；有台式﹑仪表式﹑和上架机箱式；有输入输出只能是电压信号的，也有电压和电流信号都行的；多数产品使用交流220V  电源，也有产品可使用交流110V 电源；有MFC 和MFM 都能配的，也有单配MFM 的。还有流量积算仪可进行瞬时流量和累积流量的显示。将流量显示仪安装在机柜上的用户，请注意安装的开孔尺寸。 16. 我可以自行设计流量显示仪吗？     原则上可以，但建议尽量采用我们的产品，因为我们发现用户自行设计的流量显示仪出现 问题的机率比较高，结果给用户自己造成很多麻烦。 17. 怎样选择流量显示单位？     我们的流量显示仪一般提供三种流量显示单位，即百分比﹑SCCM﹑SLM。出厂前根据用户的要求设定。按百分比显示的方式，即是将 MFM/MFC的流量测量值按其占满量程的百分比来显示，例如，规格为50SCCM 的MFM/MFC，当显示值为80%时，实际的流量为40SCCM。 对任何一种规格的MFM/MFC，满量程值都显示为100%。这种方式通用性好，可配不同量程的MFM/MFC，但不直观，有的用户不习惯。按 SCCM 或 SLM 显示，出厂时对流量显示范围与相应的MFM/MFC 的量程进行匹配，使用时显示值即是流量值，很直观，符合习惯，为多数用户所采用。 匹配好后，原则上也能接其它量程的MFM/MFC 使用，只是显示值需要修正，见下述有关问题。 18. 有流量显示精度更高一些的流量显示仪吗？     我们的多数显示仪使用三位半数字表头，对多数用户来说，显示精度是够用的。也有用户确实需要显示分辨率更高一些，我们可以解决，可以改为四位半数字表头显示。 19. 一定要按实际使用气体标定显示吗？     不一定。按实际使用气体标定显示，显示的是实际气体的流量,                        比较直观。但在很多的实际应用场合，只需要找到一个合适的流量参数并保证测量和控制的重复性，至于该气体的实际质量流量是多少，用户并不是特别关心。在这种情况下，您直接使用厂家的标准出厂产品(氮气标定显示)也可以。当然，如前面所提到的，您在选定流量规格时，需要换算一下，以选择合适的量程。对于某些用户，同一个产品有时可能会通不同的气体，这种情况下，直接使用氮气标定出厂的产品更方便。 20. 可以用于多组分气体吗？     对于固定比例的多组分气体是没有问题的，但对于比例不定的多组分气体则不一定好用。 21. 怎样进行不同气体的质量流量换算？     产品出厂一般是按氮气标定﹑按氮气流量确定流量规格。用同一规格的MFM/MFC 测量不同的气体，当流量值相同时，实际的流量值可能不同。我们在说明书中给出了不同气体相对于标定气体(氮气)的质量流量转换系数。如果您使用的产品是标准出厂产品(按氮气标定显示)，而需要知道实际使用气体的质量流量时，先在产品使用手册中找到实际使用气体的转换系数。在测量过程中，以此系数乘以流量显示值即是实际使用气体的质量流量；反之，在确定所购产品的量程时，以实际使用气体的最大期望流量值除以转换系数，即是相应的氮气标定产品的流量值。空气、O2﹑H2﹑CO﹑HCL、HF 等气体，其转换系数约为1.0 ,  一般可直接用按氮气标定显示的产品，不必换算。    对于多组分气体，其流量转换系数问题请根据我厂产品使用手册中提供的计算公式计算, 或向厂家进行技术咨询。 22.  MFC 怎样和计算机相连接？     计算机可以直接和MFC 相连，也可以通过流量显示仪和MFC 相连。 对于模拟的MFC,一般需要在计算机上配A/D﹑D/A 转换板,  模拟/数字转换用于接收流量测量值,  数字/模拟转换用于给出0-5VDC 流量设定信号，这种转换板在工业控制产品市场上很容易买到；如果是MFC 直接与计算机连接，需要用户自己提供±15V  电源(要求电源抗干扰能力要强)；将“设定”线接计算机D/A 输出；将“流量检测”线接计算机A/D 输入端；MFC 信号地与计算机信号线连结即可。     如果MFC 通过流量显示仪与计算机连接，将流量显示仪的“外设”线接计算机D/A 输出；将“流量检测”线接计算机A/D 输入端；显示仪的信号地与计算机信号线连结即可。 当然,  同时还需要配相应的软件。     另外,  我们已经推出的数字化产品，可以和计算机进行串行通讯，这将使用户非常方便地实现与计算机的连接。     现在,  有两种类型的数字化产品可供用户选择: 一种是数字化的流量显示仪和流量积算仪,  如D08-1G、D08-1GM、D08-8C、D08-8CM, 它们都配置有RS232/RS485 串行通讯口,  这些数字化的显示仪和积算仪可与模拟的MFC/MFM 连接工作, 并可直接与上位计算机进行通讯, 实现自动控制。另一种是CS200系列数字化质量流量控制器,  数字化的MFC/MFM 本身设计有串行通讯口,  可以直接与计算机进行通讯和控制,  。 23.  MFM/MFC 的使用方面有什么注意事项？ 23.1 注意阅读产品说明书及有关资料 23.2 注意系统设计     用户购买MFM/MFC 后，往往要组建一个系统。建议在系统设计时，不要仅仅考虑功能的实现，还要考虑系统的可靠性﹑安全性﹑易操作性﹑易维护性﹑易扩充性等因素。以下给出几点具体建议：  A. 对于反应系统，建议在MFC 的出气端加装单向阀，以防止异常情况下反应物倒流损坏 MFC 。  B. 对于高压系统，应在MFC  的下游加装背压阀(或其它节流装置)及压力表，以便于保证MFC的工作压差。  C. 注意加装过滤器，以净化气源，延长MFM/MFC 的使用寿命。  D. 对于硅烷这样的遇空气易形成结晶的气体，应特别注意系统的密闭性(检漏时不要忽视减压器)，必要时设计吹洗旁路，随时进行氮气吹洗或正压保持。  E. 有高频源的系统应注意屏蔽并特别注意处理好接地问题，例如采用单点接地。  F. 对于高真空系统，注意气路接头尽量减少并采用VCR 等接头。  G. MFM/MFC 的安装位置应易于装卸﹑检测﹑调零，并安全可靠。  H. 对可靠性要求极高的系统，应注意冗余设计。 23.3 注意正确使用操作  对于比较复杂的系统或使用特殊气体的系统，应当建立自己的操作规程。 23.4 注意轻拿轻放妥善保管     MFM/MFC 非常精密，应避免受到撞击和振动。产品不用时注意放在较好的环境中妥善保管。 23.5 注意定期标定     原则上应当定期标定。 23.6 注意使用气体与流量计的密封材料相适应     我厂生产的流量计通常采用的密封材料是氟橡胶，能适合大多数气体的使用，包括HCL 这样的强腐蚀性气体。但对于氨气，必须使用耐氨橡胶；对于有机溶剂类气体，如丙酮、甲苯等，必须使用硅橡胶；对于使用三氯化硼、三溴化硼等强腐蚀性介质，必须使用四氟密封或金属密封的流量计。用户在订货和使用中必须特别注意。 23.7 注意保证MFC 的工作压差     即保证MFC 进气端和出气端的压力差在其指标范围之内。常压系统好保证，一般只要使用减压器即可；高压系统中一般要通过减压器和背压阀的结合使用来保证。 24. 怎样安装连接?    MFM/MFC 和气路的连接，一般是用金属管连接,  用我们随机带的双卡套和螺母进行密封锁紧，请看说明书。使用软管的用户，可以用一段金属管过渡，或使用我们提供的专用接头。MFM/MFC 和流量显示仪的连接，直接用我们提供的连接线连通即可。注意多通道流量显示仪的各通道要和相应 MFM/MFC一一对应，不要接错。 我们的MFM/MFC 与流量显示仪的连接线，标准出厂长度是两米，如果要其它长度,  请在订货时注明。 25. 有其它形式或其它尺寸的MFM/MFC 接头吗？    有，视情况也可以根据您的需要单独加工。我们鼓励用户尽量采用标准产品，但我们也会考虑具体用户的特殊需要。 26. 出现故障时怎么办？ 26.1 首先判断故障是否来自MFM/MFC本身。     在一个系统当中，如果流量测量或控制出现异常状况，应当先仔细判断故障出现在哪一部分，不要简单地归咎于MFM/MFC。我们发现过很多这样的情况：故障的原因并不是来自于 MFM/MFC自身，而是其它方面的问题使之不能正常工作，用户在我们判断故障时，可以参阅我们在技术说明书中提供的有关故障判断和处理的内容。 26.2 和生产厂家联系。     一般不要自行维修，除非您确实有把握。如果不是我们的产品，而您和该产品的生产厂家 不好联系，也可以找我们帮您看看。您可以直接把产品寄给我们。 27. 零点变化了怎么办？     如果零点的变化是一个比较固定的偏差，您可以自行调整零点(见说明书), 视情况也可以重新标定或不予理会;  如果零点总是不稳或长时间漂移,  应当送厂家修理。注意:除调零电位器外, 其它电位器用户不能调整, 以免影响产品精度。 28. 自行标定时应当注意什么？     有的用户用皂膜流量计检验MFM/MFC 的准确性，这时候应注意测量当时的大气压力及环境温度，并根据标准状态方程将流量测量值换算成标准状态下的流量，如果被测气体不是出厂标定的气体，还要进行质量流量系数修正。自行标定时测试值可作为参考，如果对检测结果有疑问应先和生产厂家取得联系，勿自行对MFM/MFC 随意调整。 29. 我能不能自己改MFM/MFC 的量程？     如果您觉得量程没选好，或因情况变化需要调整量程，可参看产品使用手册,按手册的说明进行调整, 或者与厂家联系。注意: 我公司2002 年以前生产的老产品,  用户一般不能自行调整。 30. 改量程应注意什么？    改量程时注意您的流量显示仪是否也要调整。如果流量是按百分比方式显示的，则显示仪不用改动；如果流量是按SCCM 或SLM 显示的，则一般需对流量显示仪进行调整，以适应新的流量量程。也可以不调整流量显示仪，只对流量显示值乘以一个修正系数进行修正， 修正系数=新满量程值 /原满量程值。改流量显示仪的问题，请和厂家联系。 31. 我能不能委托你们进行系统设计和加工？        可以。实际上有很多用户就是这样做的，这样您很省心。 32. 我对产品能不能提一些特殊要求？    可以。对我们的所有产品，您如果发现标准产品不完全能满足要求，可以把您的需要告诉我们，我们将给予认真考虑。 33. 我打算用MFM/MFC 测量工件的泄漏量(小孔直径﹑流通能力﹑一致性等)，可以吗？    可以。您可以购买我们生产的专用装置，也可以自建装置。自建装置一般只要有质量流量控制器﹑流量显示仪﹑压力表等即可。 34. 进口的产品出现故障，可以帮我们修吗？    我们曾帮很多用户解决过进口产品的修理﹑标定问题，不过也有一些故障解决不了。但我们愿意帮您看看。 35. 可以用你们的产品替代进口产品使用吗？     原则上可以，要看具体情况。我们的D07-11C、D07-12A、 D07-16、D07-18、D07-18A、D07-19A 等几个型号的产品和世界上的主流产品兼容，一般可直接替换使用，其它型号的产品也可经接头转换后替代使用。我们的流量显示仪也可以配多数进口的MFM/MFC。实际上，国内很多用户多年前已经在用我们的产品替代国外产品，效果很好。我们的产品多年前即被国家有关部门确定为替代进口产品。 36. 数字化质量流量控制器的发展情况如何?  有些什么特点?     数字化质量流量控制器起源于上世纪八十年代末期,  现在在国外,  有逐步普及的趋势。在国内, 2004 年中法合资的七星弗洛尔公司已有AFC 系列数字化MFC/MFM 批量投产。数字化质量流量控制器有两种类型,  一种是数字模拟兼容产品, 一种是全数字化产品。数字模拟兼容类产品采用与模拟流量计一样的±15V  电源,  输入输出信号除了有模拟的+5VDC 信号外,  还具有RS232/RS485  串行通讯口。数字模拟兼容的MFC 当设置为模拟式时,  可以直接替 换模拟式MFC,无需做其它更改。全数字化类型产品通常采用24VDC 单电源,没有模拟输入输出信号,只有现场总线通讯信号。     数字化质量流量控制器内置MCU 多功能微处理器,  可以对采集到的流量信号进行数字化处理,  进行温度线性校正,具有比模拟式产品更高的精度和线性性能。数字化的PID 控制功能, 能提高稳定性和智能化地改变响应特性。串行通讯,  使MFC 更便于进行计算机系统控制。数字化智能化的MFC 逐步替代全模拟的MFC,这是技术发展的必然潮流