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多气体测量技术
发布时间:2017-02-16

1. 背景

气体质量流量控制器所使用气体种类繁多,不同客户所用气体需求不同,并且半导体行业中很多气体为有毒或易燃易爆气体,在对流量控制器进行标定时,为简化生产和保证可实施性、安都性,不可能都部使用实际气体进行标定。

因此,根据气体的压缩特性建立一个可以提供多种基本气体(N2,H2,He,SF6等)的气体标定平台是非常必要的。其他气体可以在这些基本的气体的测量基础上,采用转换系数的方式得至实际流量。多采用的是N2作为代替气体并乘以转换系数(标定的目标气体和氮气之间的转换系数可通过试验的方法测得)的方法进行标定。

2. 气体转换基本原理

  气体的流量转换系数理论上取决于该气体在标准状态下的密度和比热, 以及气体的分子构成系数。常用的单组份气体,其转换系数可在厂家产品技术说明书中查得;如果知道该气体的密度和比热,也可以用下面的基本公式计算出来。

  气体质量流量转换系数C的基本公式:

  C=0.3106 N /ρ(Cp)

  其中: ρ——为气体的密度

  CP——为气体的定压比热

  N ——为气体分子构成系数(跟该气体分子构成的组份有合, 见下表)

表1 气体分子构成系数表

气体分子构成

N 取 值

单原子分子

Ar         He

1.01

双原子分子

CO         N2

1.00

三原子分子

CO2 NO2

0.94

多原子分子

NH3 C4H8

0.88

  如果是多组份混合气体(假定由n种气体组成),按下列公式计算其转换系数C:


0.3106 [N1 (ω1/ωT )+N2 (ω2/ωT ) + ··· + Nn (ωn/ωT )]

C = ————————————————————————————

ρ1Cp1 (ω1/ωT )+ ρ2Cp2 (ω2/ωT )+ ··· + ρnCpn (ωn/ωT)

其中 :

ω1 …ωn

——为相应气体的流量


ωT

——为混合气体的流量


ρ1…ρn

——为相应气体的密度 (数值见产品技术说明书)


CP1…CPn

——为相应气体的定压比热 (数值见产品技术说明书)


N1 … Nn

——为相应气体的分子构成系数

注意: 如果混合气体的混合比例不固定,将无法计算出转算系数。

3. 气体系数应用

采用气体系数的方法可以大幅度降低多气体产品的标定使用难度,同时结合数字产品技术,可以使一台产品具备各种不同气体的使用能力,解决了半导体行业气体使用种类繁多的问题,同时也大大降低客户的库存量和治理难度。


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