质量流量控制器技术说明书.doc

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1、 质量流量控制器和质量流量计使 用 说 明 书1、 特点及应用领域质量流量控制器（Mass Flow Controller缩写为MFC）用于对气体的质量流量进行精密测量和控制。质量流量计（Mass Flow Meter缩写为MFM），用于对气体的质量流量进行精密测量。S49系列质量流量控制器和质量流量计特点：R*采用主体不锈钢（316L）结构，与气体接触部分采用铁素体高耐腐蚀软磁不锈钢、VITON 、聚四氟乙烯等*适用于各种腐蚀性气体*气体流量不因温度、压力的变化而失准*高精度 *重复性好 *响应速度快、软启动、稳定可靠*低压降*工作压力范围宽（可以在高压或真空条件下工作）。*操作使用方便，可

2、任意位置安装*便于与计算机连接实现自动控制。S49系列质量流量控制器和质量流量计主要应用领域：*半导体制造行业的气体流量控制*分析仪器设备的气体计量与控制*各种形式的真空镀膜设备*环境检测与分析设备*化工、石化、食品行业气体流量监测和控制*特种材料表面处理装置与燃烧控制*混气配气系统和泄漏探测系统等2S49系列质量流量控制器和质量流量计型号 本产品采用中华人民共和国电子行业标准SJ/T10583-94以及SJ37所规定的通用技术条件及命名方法。其中：S49-33/MT型为高精度质量流量控制器 S49-33A/MT型高精度质量流量计。 S49-33M/MT型为普通型质量流量控制器 S49-33B

3、M/MT型普通型质量流量计。质量流量计主要精确测量气体流量，质量流量控制器不但具有质量流量计的功能还具备自动控制气体流量的功能。执行Q/XCHBY001-2003企业标准3主要技术指标质量流量计和质量流量控制器出厂通常用氮气（N2）标定。质量流量的单位规定为: SCCM (标准毫升/分);SLM (标准升/分)标准状态规定为: 温度 - 273.15K ( 0 ); 气压 101325 Pa (760mm Hg)F.S (Full Scale): 表示满量程值表1 S49-33/MT型S49-33M/MT型质量流量控制器技术指标编号项 目S49-33/MTS49-33M/MT1流量规格( 05

4、,10,20,30,50,100,200,300,500) SCCM( 01,2,3,5,10,15,20,30) SLM2调节阀类型电磁调节阀3调节阀静止位置常闭4准确度 1 % F.S （5sccm10slm） 2 % F.S5线性 (0.51.5) % F.S6重复精度 0.2 %F.S7响应时间(1 10) sec8工作压差范围(0.05 0.4) Mpa 1030L(0.10.4) Mpa9耐压3 Mpa 10 Mpa10工作环境温度5 45 11材料不锈钢316L12标准密封材料VitonEPDM, 或其他13漏率210-9mbar.1/s He14接头6mm, 1/4Swagel

5、ok, 1/4VCR, 或其他15输入输出信号0 V +5.00 V(输入阻抗大于100K, 输出电流不大于3mA)16电源+15 V 50 mA-15V 200 mA17外形尺寸 mm1341343818重量 kg1.2表2. S49-33A/MT S49-33BM/MT型质量流量计技术指标编号项 目S49-33A/MTS49-33BM/MT1流量规格( 05,10,20,30,50,100,200,300,500) SCCM ( 01,2,3,5,10,15,20,30) SLM2准确度1 % F.S2 % F.S3线性 (0.51.5) % F.S4重复精度 0.2 %F.S5响应时间1

6、4 sec6气压降0.01 MPa7耐压3 MPa 10 MPa8工作环境温度5 45 11材料不锈钢316L12标准密封材料VitonEPDM, 或其他13漏率210-9mbar.1/s He14接头6mm, 1/4Swagelok, 1/4VCR, 或其他电源+15 V 50 mA -15 V 50 mA11外形尺寸 mm134134381341343812重量 kg11注意： S49系列质量流量控制器，质量流量计分不同的流量范围，供用户选择，也可根据用户提出流量定制。4. 工作原理图一 热式质量流量计的工作原理图质量流量计由流量传感器, 分流器通道和流量放大电路等部件组成；在质量流量计的

7、基础上，再加上调节阀门和PID控制电路就构成了质量流量控制器。流量控制器利用流动流体传递热量改变测量毛细管壁温度分布的热传导分布效应而制成，即热分布式流量计（Thermal Profile Flowmeter）。采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量，可以不受温度和压力的影响。将传感器测得的流量信号进行放大，然后与设定的电压进行比较，用所得的差值信号去驱动控制调节阀门，闭环控制流过通道的流量使之与设定的流量相等。分流器在主通道和毛细管间产生层流，控制器输出的流量检测电压与流过通道的质量流量成正比,满量程(F.S)流量检测输出电压为+5V。质量流量控制器的流量控制范围是(5100)%F.

8、S（量程比为50:1）, 流量分辨率是0.1%F.S。控制操作一般在MT-50系列流量显示仪上进行。当设定与“内”设相连时，由流量显示仪上的设定电位器控制流量。当与“外”设相连时，由用户提供的外部0+5V电压控制流量。在流量显示仪的显示面板上设置有三位阀门控制开关，当置于“阀控”时，则按设定电位器的数值自动控制流量，当置“关闭”位时，阀门关闭；当置“清洗”位时，阀门开到最大，以便气路清洗，或作为流量计使用。在做流量计使用时，流量检测电压的输出值最大可能达到+10V以上，不过要注意，当流量超过满量程（+5V）后，流量检测电压与通过的实际流量不成线性对应关系。清洗时，流量显示不准确，还可能出现流量

9、增大显示反而减小的异常现象，但不会对流量计本身造成损伤。（参考流量显示仪的使用说明书）5.安装和接线5.1 S49系列质量流量控制器外形及安装尺寸如图二所示 图二 S49系列质量流量控制器外形及安装尺寸5.2入口和出口气路接头形式可以根据用户的不同需求，选用两种类型：1. 双卡套（Swagelok）；a. 6mm； b. 3； c. 1/4；d.或其他2.VCR a. 1/4； b. 3/8连接方法如图三，图四所示 图三 双卡套接头的连接方法注意：按上图所示安装接管时，在装上前卡套、后卡套、螺母后，先用手将螺母与接头拧紧，再用板手拧紧，以保证不漏气。注意应使用双扳手操作，用一只扳手卡住接头不动

10、，用另一只扳手旋转螺母。特别是在拆卸时必须使用双扳手操作，否则会引起接头松动，影响密封。图四 VCR 接头的连接方法5.3质量流量控制器连接电缆接口S49系列质量流量控制器的电缆接线插头，主要采用DB-15-pin针型接口和DB-15- hole孔型接口两种。其接线方法见图所示。设定(0+5.00V)空脚-15V+15V0电平外调零清洗流量检测（0+5V）-15V+15V+15V-15V空脚关闭电源地（GND）阀控空脚大地（Earth）空脚空脚OV（EO）815714613512411310291 图五 DB-15-pin针型接口配线图192103114125136147158外调零设定(0+

11、5.00V)流量检测（0+5V）大地（Earth）0电平阀控0V（EO）电源地（GND）+15V-15V-15V+15V清洗-15V关闭-15V+15V空脚空脚空脚 图六DB-15- hole孔型接口配线图注意：S49系列质量流量计接线与上述接线只是少了“阀控”和“设定”两根线其它完全相同。5.4 与计算机的连接方法a. 通过流量显示仪与计算机(或其它外部信号)的连接方法, 见图7。图七 通过流量显示仪与计算机的连接质量流量控制器或质量流量计流量显示仪连接电缆流量检测外设零电平阀控A/D转换输入信号地D/A转换输出信号地+15V关闭-15V清洗计算机或PLC( 注意: 质量流量计无阀控线和设定

12、线 )内设设定阀控制若要检测流量输出信号(0V+5V)时, 将线引至显示仪外控信号插座的“流量检测”和“0电平”线上即可，也可直接与计算机的模数(A/D)转换器连接，+5.00V输出电压对应MFC满量程额定流量值。流量检测输出电流3mA。b. 流量计直接与计算机连接的接线方法，见图8。图八 直接与计算机连接的接线方法质量流量控制器或质量流量计流量检测设定零电平阀控A/D转换输入信号地D/A转换输出信号地+15V关闭-15V清洗计算机或PLC( 注意: 质量流量计无阀控线和设定线 )阀控+15V-15V0V0V(E0)+15V-15V电源COM0+5.00V 0+5VMFC/MFM直接与计算机连

13、接，需要用户自己提供15V电源（如用于复杂电气环境，要求电源抗干扰能力要强）；具体连接方法：* 将“设定流量”线与D/A端子相连*将“流量输出”线与A/D端子相连* 将“信号零线”与A/D，D/A卡中的信号地相连* 地（GND），0V(E0)分别引线，与15V电源的地相连* 15V线分别连接到电源的+15V，-15V端子上* 阀开关接到控制阀门开继电器的一端，控制阀门开的继电器另一端接到电源的+15V上；* 阀开关接到控制阀门关继电器的一端，控制阀门关的继电器另一端接到电源的-15V上注意：如采用特殊接线，两个继电器同时动作时，可能导致电源短路，损坏设备，因此，要注意不能两个继电器同时动作。5

14、.5 零点的调节 用户在使用的过程当中，有可能发生零点偏移，可进行零点偏移的调节。零点的调节可以两种方式进行调节。*。当与我公司生产的显示仪配套使用时，可通过显示仪面板上的调零电位器调零,叫做外调零。但要注意外调零的调节范围比较小。* 一种可以从流量控制器上的调零孔进行调节，叫做内调零。调零孔、调零电位器的位置如图九所示线性增益内调零 调零图九 调零电位器位置示意图注意： * 调零时流量控制器中不得通气。* 调零必须在开机预热15分钟以后进行，以待流量计零点的稳定，方可进行。* 除调零电位器外，不得轻易调整其它电位器。* 若遇到较大的零点偏移，必需用内调零，才能解决。6.使用方法和操作步骤S4

15、9-33/MT质量流量控制器的使用方法和操作步骤（结合MT-50系列流量显示仪）6.1 开机前的准备工作 6.1.1 用我公司提供的电缆线将质量流量控制器(计)和流量显示仪连接。6.1.2 选择设定信号的来源，信号的来源可选择内部和外部，选择设定信号来源的接口设在流量显示仪的后面板上，如果将设定端子与内设相连时，从流量显示仪上获得设定信号。如果从其他设备上得到设定信号，则由外部信号设定流量。6.2 开机操作 接通电源后，先预热15分钟，待零点稳定后再通气工作。最佳操作方法：通电后，将阀开关置“关闭”位并将设定电位器调到零，再开气。待零点稳定后，将阀开关转置“阀控”位，然后再将设定流量调到您需要

16、的值，实际流量跟踪设定值而改变。 6.3 清洗与关闭功能 欲用气体吹洗管路，可将阀开关置为“清洗”位，清洗时的流量可达该控制器额定满量程流量的几倍至几十倍。如果不通气，也可根据需要抽真空以排除MFC内部及其上游残存气体。然后将阀关闭，再开气，并转到“阀控”位工作。注意“清洗”后，不得直接转置“阀控”位。6.4 流量检测和与计算机A/D转换器的连接 若用户检测流量输出信号（0+5V）时，将线引至外控信号插座的“流量检测”和“0电平”线上即可，也可直接与计算机的模数转换器连接，+5.00V输出电压对应MFC满量程额定流量值。参考图8，9。注意，流量检测输出电流不大于3mA。6.5 阀控功能 当阀开

17、关置于阀控位时，用户也可通过外控信号插座上的“阀控制”线控制阀门，当阀控线接+15V时，阀门关闭；当阀控线接-15V时，处于清洗状态；当阀控线悬空时，阀门处于自动控制状态。参见MT-50流量显示仪的使用说明书。6.6 关机 断电源后，流量自动载止。推荐先关气，后断电源。7 注意事项7.1 使用气体必须净化，无尘液体和油污。必要时须在气路中加装过滤器、干燥器等。7.2 使用腐蚀性气体问题 控制器通道采用的材料为：SUS 316L(00Cr17Ni14Mo2),Viton,氟橡胶等耐蚀材料。在用户系统无水汽、无尘、勤清洗、使用得当的条件下，可以用于控制一般的腐蚀性气体。使用强腐蚀性气体和有机溶剂气

18、体时（如NH3，BBr3）等，应在定货时声明，所有密封材料都要作相应改变。7.3 安装位置问题 本控制器安装时最好保持安装面水平，但对位置并不特别敏感，可以任意位置安装，非水平位安装时若发现零点偏移，可调整零点后再工作。如果用户订货时注明安装位置，我厂也可根据用户的安装位置进行标定后出厂。7.4 注意工作压差要特别注意工作介质的气压，应注意使控制器进出气口两端的工作压差保持在指标范围之内。特别是在高压下工作时，气压差过大，流量将无法关闭或调小。在使用大流量的质量流量控制器时，要注意适当加粗管道和减小气源内阻，若工作压差小于要求值，有可能流量达不到满量程值。7.5阀口密封问题 质量流量控制器的电

19、磁阀是调节阀，不是截止阀，不能当截止阀用，用户应另配截止阀。特别是用户如果使用的是腐蚀性气体，通常应该在质量流量控制器进出气口各加装一个截止阀，以保证安全。7.6标定和不同气体的换算本控制器出厂用氮气(N2)标定，用户使用其它气体时，需在订货时特别申明或也可以通过附录一的转换系数进行换算，将质量控制器显示出的流量读数，与某使用气体的转换系数相乘，即得该被测气体在标准状态下的质量流量。如果用户使用混合气体，可以通过附录二介绍的方法，计算出混合气体的转换系数。8.故障判断和处理表4故障判断和处理一览表序号故障现象故障可能原因处理方法1开机后，无气流流过1.1气源未开，气路不通接通气源，开通气路1.

20、2阀控开关关闭将阀开关置于“阀控”位或“清洗”位1.3无设定信号检查设定电位器和“内外”设定开关的状态等1.4过滤器堵塞*更换过滤器1.5调节阀故障检查阀线包是否断，*清洗调节阀1.6电路故障*维修电路2开机不通气的情况下，流量检测不正常2.1零点偏差调整调零电位器2.2电源故障*检查15V电源等2.3传感器故障*更换传感器2.4运放或其他电路故障*更换运放，维修电路3在阀门关闭的情况下，仍有较大的流量流过3.1入口气压过高，进出气口之间的压差超过额定值适当降低输入气压，减小气压差3.2 阀门污染清洗阀门，更换密封件3.3 调节阀故障重新调整调节阀4流量显示不能达到满量程度4.1 气压降低于额

21、定值提高入口气压4.2 通道堵塞*清洗FMC通道4.3 设定电压低于5.00V检查设定电压4.4 其它电路故障维修电路续表4故障判断和处理一览表5气流控制不稳定5.1 气源压强太低或不稳提高气源气压，稳定气源压强5.2 气源内阻过大降低气源内阻（大流量时要注意开大阀门，加粗管道，以至并联气瓶。提高气源供气能力）5.3 电路或调节阀故障*维修调整6使用高频源时流量控制器受干扰6.1 供电系统的地线和零线连接或机壳接地有问题检查接地系统，注意一点接地6.2 信号参考端连接问题检查信号连接线6.3 空间干扰适当屏蔽，远离干扰源，选用屏蔽线7实际流量与显示流量不一致7.1 显示器量程或单位与控制器不匹

22、配*重调显示器7.2 控制器通道被污染，引起流量精度发生偏差*对控制器进行清洗标定7.3 流量计零点*更换传感器，维修电路8设定为零时仍有流量流过8.1 调节阀漏气*维修调节阀8.2 流量计零点偏负将流量计零点为零或偏正9通道有很大气流流过，而输出无流量显示9.1 传感器堵塞*维修更换传感器气源有粉尘，应在通道前加装过滤器。若使用硅烷等特殊气体，应注意管路的密封性和气源干燥。9.2 电路故障*维修电路10不通气时，发现零点不稳，或零点长时间慢漂移10.1 传感器故障*更换传感器注意 标*号的处理项目，应由专业维修人员修理，或送回本公司修理。9、气体质量流量转换系数 附录一. 气体质量流量转换系

23、数：气 体比热(卡/克)密度(克/升0)转换系数 空气 Air 0.2400 1.2930 1.006 氩气 Ar 0.1250 1.7837 1.415 砷烷 AsH3 0.1168 3.4780 0.673 三溴化硼 BBr3 0.0647 11.1800 0.378 三氯化硼 BCl3 0.1217 5.2270 0.430 三氟化硼 BF3 0.1779 3.0250 0.508 硼 烷 B2H6 0.5020 1.2350 0.441 四氯化碳 CCl4 0.1297 6.8600 0.307 四氟化碳 CF4 0.1659 3.9636 0.428 甲烷 CH4 0.5318 0.

24、7150 0.719 乙炔 C2H2 0.4049 1.1620 0.581 乙烯 C2H4 0.3658 1.2510 0.598 乙烷 C2H6 0.4241 1.3420 0.481 丙炔 C3H4 0.3633 1.7870 0.421 丙烯 C3H6 0.3659 1.8770 0.398 丙烷 C3H8 0.3990 1.9670 0.348 丁炔 C4H6 0.3515 2.4130 0.322 丁烯 C4H8 0.3723 2.5030 0.294 丁烷 C4H10 0.4130 2.5930 0.255 戊烷 C5H12 0.3916 3.2190 0.217 甲醇 CH3O

25、H 0.3277 1.4300 0.584 乙醇 C2H6O 0.3398 2.0550 0.392 三氯乙烷 C2H3Cl3 0.1654 5.9500 0.278 一氧化碳 CO 0.2488 1.2500 1.000 二氧化碳 CO2 0.2017 1.9640 0.737 氰气 C2N2 0.2608 2.3220 0.452 氯气 Cl2 0.1145 3.1630 0.858 氘气 D2 1.7325 0.1798 0.998 氟气 F2 0.1970 1.6950 0.931 四氯化锗 GeCl4 0.1072 9.5650 0.267 续表1. 气体质量流量转换系数表气 体比热

26、(卡/克)密度(克/升0)转换系数 锗烷 GeH4 0.1405 3.4180 0.569 氢气 H2 3.4224 0.0899 1.010 溴化氢 HBr 0.0861 3.6100 1.000 氯化氢 HCl 0.1911 1.6270 1.000 氟化氢 HF 0.3482 0.8930 1.000 碘化氢 HI 0.0545 5.707 0.999 硫化氢 H2S 0.2278 1.5200 0.844 氦气 He 1.2418 0.1786 1.415 氪气 Kr 0.0593 3.7390 1.415 氮气 N2 0.2486 1.2500 1.000 氖气 Ne 0.2464

27、0.9000 1.415 氨气 NH3 0.5005 0.7600 0.719 一氧化氮 NO 0.2378 1.3390 0.976 二氧化氮 NO2 0.1923 2.0520 0.741 一氧化二氮 N2O 0.2098 1.9640 0.709 氧气 O2 0.2196 1.4270 0.992 三氯化磷 PCl3 0.1247 6.1270 0.358 磷烷 PH3 0.2610 1.5170 0.691 五氟化磷 PF5 0.1611 5.6200 0.302 三氯氧磷 POCl3 0.1324 6.8450 0.302 四氯化硅 SiCl4 0.1270 7.5847 0.284

28、 四氟化硅 SiF4 0.1692 4.6430 0.348 硅烷 SiH4 0.3189 1.4330 0.599 二氯氢硅 SiH2Cl2 0.1472 4.5060 0.412 三氯氢硅 SiHCl3 0.1332 6.0430 0.340 六氟化硫 SF6 0.1588 6.5160 0.264 二氧化硫 SO2 0.14890 2.8580 0.687 四氯化钛 TiCl4 0.1572 8.4650 0.206 六氟化钨 WF6 0.0956 13.2900 0.215 氙气 Xe 0.0379 5.8580 1.415 附录二 气体质量流量转换系数使用说明质量流量控制器/质量流量

29、计出厂时一般用N2标定，实际使用中如果是其它气体，必要时可进行读数修正。方法是以流量显示仪的流量乘以流量转换系数。如是单组份气体，其转换系数可在我厂产品技术说明书查得；如果多组份气体（假定由n种气体组成），请按下列公式计算其转换系数C：基本公式：C=0.3106N/p（Cp）其中：p为气体的密度Cp为气体的定压比热N为一固定系数（与该气体的组份有关）对于混合气体：N=N1(1/T)+N2(2/T)+Nn(n/T)导出公式：其中：1n 为相应气体的流量T 为混合气体的流量1n为相应气体的密度（数值见附录一）C1Cn为相应气体的定压比热（数值见附录一）N1Nn为相应气体的分子构成系数,取值见下表.

30、气体分子构成举例N取值单原子分子Ar He1.01双原子分子CO N21.00三原子分子CO2 NO20.94多原子分子NH3 C4H80.88说明：配合MT-50系列流量显示仪，实现对气体的测量及控制。配合MT-60系列流量积算仪，对气体的瞬时流量和累积流量进行计量。配合MT-51系列数字式流量显示控制仪，可以实现RS-232C,RS-485与计算机的连接，同时，还可以实现计算机对流量计的自动控制，实现网络化的自动控制。目 录1、特点及应用领域12、S49系列质量流量控制器和质量流量计型号23、主要技术原理24、工作原理55、安装和接线66、使用方法和操作步骤147、注意事项158、故障判断和处理179、附录：气体质量流量转换系数19