你不知道的层流压差质量流量计
小德喵喵 2021-2-25原创 仪器仪表
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流体测控技术是一项比较前沿的技术,本文带你了解“你不知道的层流压差质量流量计”。
关键词
质量流量计流体测控层流

一、什么是层流压差质量流量计?

层流压差质量流量计是基于哈根泊肃叶定律设计的,该定律描述了在温度、管径等参数一定的情况下,圆管内的不可压缩流体是层流运动状态时,体积流量与压降线性相关。通过读取层流元件两端的压差信号,计算出体积流量,再对该体积流量进行压力和温度修正,从而获得标准体积流量和质量流量。

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二、层流压差质量流量计的应用

由于层流压差质量流量计可以应用于低压气体以及低压液体的测量和控制,性能比较突出,因此在高端制造业中应用非常广泛。

1、半导体行业

用于扩散、氧化、外延、等离子刻蚀、溅射、气相沉积等工艺设备中,测量和控制工艺气体流量。

2、食品、生物行业

用于生产过程中的灭菌工艺、配料、配气、排气检测及生物反应器等流量测控。

3、分析仪器采样器测量

用于气相色谱仪和环境保护等分析仪器气体取样量或大气采集量的精密测量。

4、精密部件的密封性测试和尺寸精密测量

用于阀门等机械构件气密性指标的气体泄漏量精密测量,以及小孔尺寸和过滤材料透气性等的测量。

5、化工石油等流程工业

用于微型反映试验装置中微小气体流量的测量和控制。

6、表面处理

用于真空镀膜、汽车玻璃镀膜、自动化喷漆、等离子体喷涂中气体的精密测量和控制。

三、层流压差质量流量计的优势

1、多气体任意切换

层流压差质量流量计最突出的功能是可以多气体任意切换,且不需要转换系数,为什么层流压差质量流量计能够实现这个功能呢?根据哈根泊肃叶定律我们知道,在温度,管径相同的情况下,气体的体积流量和压差以及气体的粘性线性相关,因此,只要我们知道了需要测控气体的粘性,就能得出气体的体积流量,而不需要转换系数。

2、快速响应

层流压差质量流量计的响应时间关键在于层流元件两端压差信号的获取速度,而这个时间取决于压力波的传播速度(压力波是声波的一种),因此层流压差质量流量计的响应时间非常快。

3、高精度

层流压差质量流量计通过压差测出气体的体积流量,根据哈根泊肃叶定律我们知道气体的体积流量和压差是一个趋近于线性相关的关系。物理特性越趋近于线性,准确度就越高,因此层流压差质量流量计的精度非常高。

4、重复性高

层流压差质量流量计的重复性取决于流态的稳定,常规环境中气体是呈湍流状态运动,而层流压差质量流量计的核心就是通过层流元件让气体做层流运动,层流气体的流态是最稳定的,因此层流压差质量流量计的重复性非常高。

四、层流压差质量流量计的劣势

1、不能测量高压气体

测量高压气体精度下降比较快,因此主要测量低压气体。

2、需要知道气体的主份

前面我们提到过,根据哈根泊肃叶定律体积流量和压差以及气体的粘性有关,因此层流压差质量质量流量计必须知道气体的主份,得到气体对应的粘性系数。

五、层流压差质量流量计的发展趋势

    大家都知道,随着高端制造业的发展,流体测控已经是各个制造工艺流程中比较核心的一项技术了。特别是在低压气体测控行业,每年的需求增长率在30%以上,特别是在中美贸易战后,像半导体、新能源、医疗科技等高端制造业开始快速发展,各个研究机构、行业领头人都开始了各类关键技术以及装备的研发,这也将推动国内流体测控技术的发展。这里,还有另外一个问题,提到质量流量计,提到半导体,我们想到的都是BronkHorst、Brooks、Horiba等国外著名品牌。曾经在展会上遇到过一个做质量流量计的客户,在提到层流压差质量流量计时,他摆了摆手说,“层流压差质量流量计应用太窄,做不了半导体。”不管是我们上面提到的国外的BronkHorst、Horiba,还是国内的七星华创,他们最初走的确实是热式原理的技术路线。所以很多人就想当然认为,层流压差质量流量计在半导体等高端制造领域无法应用。但是真的就是这样吗?我们先从做质量流量计的厂家开始看,热式质量流量计的厂家包括Brooks、MKS、Horiba、Bronkhost、vogtlin、Burkert、kofloc、Fujikin、北京七星华创、厚礼博,层流压差质量流量计目前的生产厂家就只有Alicat和陕西易度,确实这样从市场占有率上来看,热式质量流量计占有率是非常高的,不能否认的是,这些国外热式质量流量计厂家向我们国家出口的质量流量计确实是热式原理的。但很少人知道Horiba推出的D500系列,就是一款压差原理的质量流量计,而他的升级版DZ500系列质量流量控制器,虽然我们看不到技术资料,但官网上提到了“层流”这个词,这表明热式质量流量计的厂家早已经开始研发层流压差原理的质量流量计了,但是就如Horiba,他的D500,DZ500系列产品是没有在国内市场出现的,而这两款质量流量计就是大量用于半导体设备上。热式流量计的的发展已经有很长一段时间了,这导致热式质量流量计已经发展到一个极限,要想做出突破已经很难了,而层流压差质量流量计是一条全新的技术路线,在部分性能上较热式质量流量计也有很明显的优势,所以层流压差质量流量计的发展未来可期,肯定会借乘半导体以及新能源技术的快速发展而迅速崛起!


来自:仪器与装备 / 仪器仪表
 
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