数字式气体质量流量控制器

[color=#990000]摘要：对标美国MKS公司的148J、248A和154A 系列上游流量控制阀以及244、250、946和651系列控制器，介绍了相应的国产化替代产品电子针阀和多功能高精度控制器，并介绍了国产化替代产品的相应特点和技术指标 。[/color][color=#990000][/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#990000]一、MKS公司上游流量控制阀[/color][/size] MKS上游流量控制阀是一类真空型电磁比例阀，如图1所示，主要有以下三个系列产品： （1）148J全金属流量控制阀：金属密封，流量范围0.01~20L/mim。 （2）154B大流量控制阀：橡胶密封，流量范围20~200L/mim。 （3）248D通用型流量控制阀：橡胶密封，流量范围0.01~50L/mim。[align=center][color=#990000][img=MKS上游气体流量控制阀,690,259]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112012251024178_4191_3384_3.png!w690x259.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 MKS公司上游流量控制阀[/color][/align][size=18px][color=#990000]二、MKS公司流量/压力控制器[/color][/size] MKS公司的流量/压力控制器是一类PID控制器，如图2所示，主要有以下4个系列产品： （1）244系列：手动PID控制，单通道控制，适配多种传感器，0~10VDC输入信号，手动/自动/外部控制模式，精度为满量程的0.25%，多个设定点（3或4），控制偏差指针显示。此型号系列控制器现已停产。 （2）250系列：手动PID控制，单通道控制，适配多种真空传感器，0~10VDC输入信号 ，手动/自动/外部控制模式，精度为满量程的0.25%，最多4个设定点，外部编程设定，数码显示测量值和控制偏差值。此型号系列控制器现已停产。[align=center][color=#990000][img=MKS流量压力控制器,690,102]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112012251398451_7424_3384_3.png!w690x102.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 MKS公司流量/压力控制器[/color][/align] （3）946系列：自动PID控制，16位A/D采集，6通道控制，适配多种真空传感器，最多可同时监测6路传感器信号，0~10VDC输入/输出信号 ， 手动/自动/外部控制模式，内部编程设定，数字显示测量值和控制偏差值，12路继电器输出，RS232/485通讯。 （4）651系列：自调节快速PID控制，16位A/D采集，单通道控制，适配多种真空传感器，0~10VDC输入/ 输出信号 ， 手动/自动/外部控制模式，重复性为满量程的±0.1%，外部编程设定，数字显示测量值， 多路I/O接口，RS232/485通讯。[size=18px][color=#990000]三、国产化电子针阀替代MKS电磁控制阀[/color][/size] MKS公司的上游流量控制阀是一种传统的电磁阀，电磁阀最大的问题是磁滞比较大，会明显的影响线性度和控制精度。这些控制阀的整体价格较高，也没有相应的国产品牌。 为了实现上游流量控制阀的国产化替代并提高性价比，我们在针阀技术上采用数控步进电机来代替电磁阀，开发了一些列不同流量的电子针阀，如图3和图4所示，完全实现了国产化替代。[align=center][color=#990000][img=电子针阀,500,428]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112012252026101_430_3384_3.gif!w599x513.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 国产NCNV系列电子针阀[/color][/align][align=center][img=电子针型阀技术指标,690,452]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112012252322209_7636_3384_3.png!w690x452.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图4 国产NCNV系列电子针阀技术参数[/color][/align][align=left][size=18px][color=#990000]四、国产化高精度PID控制器替代MKS控制器[/color][/size][/align] MKS公司的气体流量/压力控制属于专用控制器，只能满足真空领域内的气体流量和压力控制，尽管功能十分强大，但价格较贵。国产化替代的PID控制器，采用了更高精度的24位A/D采集器，控制器更趋于通用性，可实现温度和真空压力的同时控制，如图5所示。[align=center][color=#990000][img=VPC-2021系列控制器,690,358]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112012252599268_5639_3384_3.png!w690x358.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图5 国产VPC-2021系列温度/压力控制器[/color][/align] 国产高精度多功能PID控制器主要特点如下： （1）高精度：±0.05%满量程，24位A/D采集，16位D/A输出。 （2）多通道：独立的1通道和2通道。 （3）多功能：47种（热电偶、热电阻、直流电压）输入信号，可实现不同参量的同时测试、显示和控制，可进行正反向控制（双向控制模式）。 （4）PID控制：改进型PID算法，支持PV微分和微分先行控制。20组分组PID，分组输出限幅功能。 （5）双传感器切换：每一个通道都可支持温度高低温和高低真空度的双传感器切换，两通道可形成总共接入四只传感器的控制组合。 （6）程序控制：支持20条工艺曲线，每条50段，支持段内循环和曲线循环。[hr/]

[align=center][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font] [font=Times New Roman]—— [/font][font=宋体]电子流量控制器中的流量传感器 [/font][font=Times New Roman]—— [/font][font=宋体]质量流量计[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的电子流量控制单元的流量测量原理和常见流量传感器（质量流量计）的原理[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]质量流量计[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]工业监控中常见的容积式、叶轮式、涡街式流量计都被用来直接测定流体的体积流量（压差式流量计可以通过流体参数的转化计算获得质量流量），质量流量计与其不同，可以用来直接测定流体的质量流量，而不受流体密度、温度或者压力的影响。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]质量流量计的压力损失较低、流量测量范围较大。内部无可动部件，可靠性和精度较好，可以用于较低气体流量的测量和控制。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]质量流量计可以分成科里奥利质量流量计和热式质量流量计两类，可以用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url][/font][/font][font=宋体]的电子流量控制器[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]中气体流量测定的是热式流量计（[/font]Thermal Mass Flowmeters[font=宋体]，[/font][font=Times New Roman]TMF[/font][font=宋体]）。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热式质量流量计利用流体流过外热源加热的管路时产生的温度场变化来测量流体的质量流量；或者利用加热流体时流体温度上升某一数值所需能量与流体质量之间的关系来测定流体质量流量。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热式[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]质量流量[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]计利用[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]传导原理测定气体的质量流量，即气体的放热量或者吸热量与该气体的质量成正比[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]被测定[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体流过[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]对称排布的两个或者多个温度传感器[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]表面[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]在不同的质量流速下，温度传感器表面温度会发生不同变化。在一定的流量范围之内，温度变化与气体质量流量存在确定的对应关系，可以利用此原理来进行流量测定，其基本结构如图[/font]1[font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,352,249]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011513235212_6069_1604036_3.jpg!w624x442.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]1 [font=宋体]质量流量计结构示意图[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]如图[/font]1-a[font=宋体]所示，在气体流经的管路中安装有加热器[/font][font=Times New Roman]Heater[/font][font=宋体]，在其前后对称的位置，各安装一个温度传感器[/font][font=Times New Roman]TS[/font][/font][sub][font='Times New Roman']1[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]和[/font]TS[/font][sub][font='Times New Roman']2[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]当气体流速为[/font]0[font=宋体]时，由于温度场分布是对称于加热器[/font][font=Times New Roman]Heater[/font][font=宋体]，那么两个传感器的[/font][/font][font=宋体]测定[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]温度相同，均为[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']0[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体]当[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体质量流量[/font][/font][font=宋体]逐渐增加时[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]气体将逐渐[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]携带[/font][/font][font=宋体][font=宋体]加热器[/font][font=Times New Roman]Heater[/font][font=宋体]表面的[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]部分热量，[/font][/font][font=宋体]流量计内部[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]温度场[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]对称性被破坏，温度传感器[/font]TS[/font][sub][font='Times New Roman']1[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]表面温度下降[/font][/font][font=宋体][font=宋体]，由[/font][font=Times New Roman]T[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]0[/font][/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]变成[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']1[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]温度传感器[/font][font='Times New Roman']TS[/font][sub][font='Times New Roman']2[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]表面温度上升[/font][/font][font=宋体][font=宋体]，由[/font][font=Times New Roman]T[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]0[/font][/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]变为[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']2[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]在一定的[/font][/font][font=宋体]气体[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量范围内，两个温度传感器的温度差[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']T[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]（[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']T[/font][font=宋体] [font=Times New Roman]= [/font][/font][font='Times New Roman']T2[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']-[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']T1[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]与流体的质量流量有确定定量关系[/font][/font][font=宋体]。[/font][font=宋体]两个温度传感器温度差[/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']T[/font][font=宋体]会随着质量流量的增加而增加，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]当气体的质量流量趋向于无穷大时，两个温度传感器接触到的几乎都是未被加热的气体，温差[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']T[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]也趋向于[/font]0[font=宋体]，如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,372,166]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011513338640_4809_1604036_3.jpg!w690x307.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2 [/font][font=宋体]温差与质量流量的关系特性[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]由温差[/font][font=宋体]——质量流量关系特性曲线可知，[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热式[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]质量流量[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]计[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]不适合分析[/font][/font][font=宋体]过高[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的气体流速。[/font][/font][font=宋体]测量微小气体流量由于信号微弱，也存在测量精度较低的问题。[/font][font=宋体]质量流量计测定的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体的质量流量[/font]F[/font][sub][font='Times New Roman']m[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]与两个温度传感器的温度差[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']T[/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]关系式为：[/font][/font][align=center][img=,143,52]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011513409949_3356_1604036_3.jpg!w690x138.jpg[/img][font='Times New Roman'] [font=宋体]（[/font]1-1[font=宋体]）[/font][/font][/align][font='Times New Roman'] [font=宋体]公式[/font]1-1[font=宋体]中：[/font][/font][font='Times New Roman'] F[/font][sub][font='Times New Roman']m[/font][/sub][font='Times New Roman'] [font=Times New Roman]—— [/font][font=宋体]气体的质量流量[/font][/font][font='Times New Roman'] E —— [font=宋体]加热器的功率值[/font][/font][font='Times New Roman'] Cp —— [font=宋体]气体的比热容[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']T[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'] [font=Times New Roman]—— [/font][font=宋体]温度差[/font][/font][font=宋体][font=宋体]随着现代微电子[/font][font=Times New Roman]-[/font][font=宋体]微机械技术的发展，出现了微型热分布式质量流量计，外观尺寸可以缩小到[/font][font=Times New Roman]cm[/font][font=宋体]级别，可以作为一个单独的电子元件，方便的安装在色谱仪电子流量控制器的线路板上，并且可以成功解决测定微小气体流量的问题。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]其基本原理与热式质量流量计相同，但是加热部件和温度传感器部件的排布方式有所不同，其结构原理如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示[/font][/font][align=center][img=,338,104]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011513483717_5810_1604036_3.jpg!w690x213.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]3 [/font][font=宋体]热分布式质量流量计结构图[/font][/font][/align][font=宋体]流量计的温度传感器在内部电气线路设计方面被连接成电桥方式，可以感知极微弱的温度差异，并且由于总体部件尺寸的缩小，微型热分布式质量流量计可以测定微小的气体流量。与热式流量计相似，热分布式质量流量计不太适合直接测定过高的气体流量。当需要测定较大流量时，需要配备有分流部件，可以较大范围扩展其测量范围。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]质量流量计的特点和[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]使用注意事项[/font][/font][/align][font=宋体]质量流量计具有较高的流量测定精度，比较适合测定微小的气体流量，测量灵敏度较高，使用性能稳定可靠。可以安装在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的进样口载气电子流量控制器中。[/font][font=宋体][font=宋体]比较差压式流量计，质量流量计的惯性较大，不容易实现迅速的流量控制；[/font][font=宋体]’气体的温度和压力变化对流量计的测量准确性影响较小。[/font][/font][font=宋体]质量流量计的使用注意事项：[/font][font='Times New Roman']1 [font=宋体]气体[/font][/font][font=宋体]的类型设置[/font][font=宋体][font=宋体]对于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，不同的载气具有不同的比热容，会对流量计的温度[/font][font=宋体]——流量响应关系带来一定的影响[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体]在设定[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]分析方法时，需要在色谱仪硬件和色谱数据工作站软件中设置正确的载气类型。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman']2 [/font][font=宋体]质量[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量[/font][/font][font=宋体]——压力[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]校准[/font][/font][font=宋体][font=宋体]与差压式流量计相同，配置有质量流量计的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]随着运行时间的增长，电气部件性能会发生逐渐变化，流量计内的管路散热情况也会因为堵塞、污染等问题产生差异，都会影响流量计的温度[/font][font=宋体]——质量流量关系，从而影响流量测定的准确性。[/font][/font][font='Times New Roman']3 [font=宋体]气源的要求[/font][/font][font=宋体]气源要求洁净、不含有油污、水分或者固体颗粒物，尽量避免气源压力和流量的瞬间剧烈变化造成流量计的损坏。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]小结[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]本文简单[/font][/font][font=宋体]介绍[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]电子流量控制器内置质量流量计的基本原理和使用[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]注意事项。[/font][/font]

[align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]流量控制原理与维护[/font][/align][align=center][font=宋体] [font=宋体]（一）[/font] [font=宋体]进样口手工流量控制器原理[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体][font=宋体]以分流[/font]/[font=宋体]不分流进样口为例，讲述[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]进样口手工流量控制的基本原理。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]分流不分流进样口的流量工作原理[/font][/align][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]分析中使用的各类进样口中，最为常见的是分流[/font]/[font=宋体]不分流（[/font][font=Calibri]Split/Spliless[/font][font=宋体]）进样口。进样口流量控制方式有手工流量控制和电子流量控制两种，手工流量控制方式的色谱仪价格较为低廉，抗污染能力强，运行与维护成本较低，目前仍旧在普通化工分析等行业中使用。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]常见的手工流量控制方式[/font][/align][font=宋体]进样口手工流量控制器大致分流两类，压力控制方式和总流量控制方式。[/font][font=宋体][font=宋体]图[/font]1[font=宋体]所示为压力控制方式，载气由压力控制器调节到适合压力，即为柱前压。[/font][/font][font=宋体]隔垫吹扫流量和分流流量分别由对应的针型阀控制，调节到合适的流量。[/font][font=宋体]柱流量由色谱柱来确定。[/font][font=宋体]压力控制器调节速度较快，适合气体阀进样或者样品气化体积较大的场合。分流流量、隔垫吹扫流量、柱流量各自独立，需要单独测定各流路流量，调节工作量较大。[/font][align=center][img=,690,457]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009010003569364_7168_1604036_3.png!w690x457.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font]1 [font=宋体]压力控制方式原理[/font][/font][/align][align=center][img=,690,453]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009010004036078_273_1604036_3.png!w690x453.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font]2 [font=宋体]总流量控制方式原理[/font][/font][/align][font=宋体]载气由总流量控制器调节，输入进样口固定的流量，进样口压力缓慢上升，当压力达到设定值后，分流控制器开启，使得进样口压力恒定于设定值。[/font][font=宋体]分流控制器一般是背压阀，当输入压力达到设定值时才能开启。进样口的压力最终由分流控制进行调节。[/font][font=宋体]总流量控制方式，进样口流量调节工作量较小，总流量和进样口压力之间有相互影响，系统的调节惯性较大。样品气化气体较大或者气体进样阀进样时一般可能会观测到相对较长时间的压力流量扰动。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体][font=宋体]分流[/font]/ [font=宋体]不分流进样口常见控制方式的原理和性能比较。[/font][/font][font=宋体][font=宋体][/font][/font][font=宋体][font=宋体][/font][/font][font=宋体][font=宋体][/font][/font][font=宋体][font=宋体][/font][/font][font=宋体][font=宋体][/font][/font]------------------[font=宋体][font=宋体][/font][/font][align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]流量控制原理与维护[/font][/align][align=center][font=宋体] （二） 进样口电子流量控制器原理[/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体]以分流/不分流进样口为例，讲述[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]进样口电子流量控制的基本原理。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]分流不分流进样口的流量工作原理[/font][/align][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]分析中使用的各类进样口中，最为常见的是分流/不分流（[font=Calibri]Split/Spliless[/font]）进样口。目前较多使用电子流量控制器，不同仪器厂家对于电子流量控制命名不同，如[font=Calibri]AFC[/font]、[font=Calibri]EPC[/font]、[font=Calibri]EFC[/font]等，其大致原理比较接近，都是采用了基于电磁阀通断气流结合流量控制器和压力计来实现进样口的流量（压力）控制。[/font][font=宋体]图1为常见的分流[font=Calibri]/[/font]不分流进样口电子流量控制器的结构框图，当[font=Calibri]GC[/font]系统开启后，总流量控制器向进样口注入设定的流量，压力计测定的进样口压力会逐渐上升，在分流控制器的调解下，进样口压力达到设定值，进样口的流量状态达到就绪。[/font][font=宋体]隔垫吹扫流量值较低，受进样口压力的限制。[/font][font=宋体]色谱柱流量为计算值，电子流量控制器实际上只控制进样口压力。色谱柱是否安装正确，色谱柱是否堵塞，色谱柱是否断开，实际上进样口并不能感知到。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体] [img=,690,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/09/202009010005202895_1475_1604036_3.png!w690x419.jpg[/img][/font][/align][align=center][font=宋体]图1 分流[font=Calibri]/[/font]不分流进样口结构原理[/font][/align][font=宋体]在分流工作方式下，进样口的总流量等于分流流量、隔垫吹扫流量和柱流量之和。[/font][font=宋体]当由于某种原因，进样口压力发生增大现象，此时GC系统会控制分流控制器增加分流出口流量，以降低进样口压力，使得进样口压力恢复设定值；反之亦然。在进样较大体积的液体或者气体样品时，一般会观察到进样口压力（流量）的瞬间变化。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]在不分流进样状态下，进样瞬间分流控制器将分流流量关闭，此时进样口总流量等于柱流量和隔垫吹扫流量之和。[/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体] [/font][font=宋体]电子流量控制器，实际上只控制进样口的输入总流量和压力。[/font]

[align=center][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font][/font][font=宋体] [font=宋体]—— 电子流量控制器中的流量传感器 —— 差压式流量计[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的[/font][/font][font=宋体]电子[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量控制[/font][/font][font=宋体]单元的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量测量[/font][/font][font=宋体]原理[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]和[/font][/font][font=宋体]常见流量传感器[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的原理[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]差压式流量计（节流式流量计）[/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体] 采用电子流量控制方式[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，[/font][/font][font=宋体]进样口、检测器或者其他辅助部件单元中，均安装有[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]电子流量控制[/font][/font][font=宋体]单元[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]可以给进样口、色谱柱、检测器以及特殊部件提供准确和稳定的气体流量。[/font][font=宋体] 气体流量的大小可以由流量控制单元内置的流量计予以测定，流量计的具体形式较多，其中[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]比较常见的为差压式流量计。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体] 差压式流量计是工业生产中[/font][/font][font=宋体]用以测定[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体、液体和蒸汽流量的[/font][/font][font=宋体]较为常见[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的[/font][/font][font=宋体]一类[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量计[/font][/font][font=宋体]，包括节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计等。其中使用最多的是节流装置和差压计组成的节流式流量计[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体] 节流式流量计具有结构简单、工作可靠、成本低、易标准化的优点，在工业生产中应用较为广泛。其[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]基本原理如图[/font]1[font=宋体]所示，管路中如果存在截面积小于管路的[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman']R[font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]当[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流体通过[/font][/font][font=宋体]该节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]时，在[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的前后[/font][/font][font=宋体]两端[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]将产生一定的压力差。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体] 在一定的流体参数条件之下（[/font][/font][font=宋体]节流装置的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]尺寸、压力测量位置、[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]前后的管路状况），[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]前后的压力差[/font][/font][font='Times New Roman']Δ[/font][font='Times New Roman']p[/font][font=宋体]与流体[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量[/font]F[/font][sub][font='Times New Roman']v[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]之间有[/font][/font][font=宋体]确[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]定的函数关系。因此可以通过测量[/font][/font][font=宋体]节流装置[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]前后的差压来确定流体的流量。[/font][/font][align=center][img=,298,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010911348571_4335_1604036_3.jpg!w684x403.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]1 [/font][font=宋体]差压式流量计结构示意图[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体] 对于可压缩流体（[/font][/font][font=宋体]例如[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]气体），体积流量[/font]F[/font][sub][font='Times New Roman']v[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]与[/font][/font][font=宋体]节流装置两端[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]压力差[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流量关系式为：[/font][/font][align=center][img=,170,52]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010913553235_7720_1604036_3.jpg!w559x133.jpg[/img][font=宋体] [font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]1-1[/font][font=宋体]）[/font][/font][/align][font=宋体] [font=宋体]公式[/font][font=Times New Roman]1-1[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]中[/font][/font][font=宋体]：[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']Α[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]—— [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流体的流量系数[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']ε[/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [font=宋体]—— [/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]可膨胀性系数[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']A[/font][sub][font='Times New Roman']0[/font][/sub][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [font=宋体]—— [/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]管路截面积[/font][/font][font='Times New Roman'] ρ [/font][font=宋体] [font=宋体]—— [/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]流体密度[/font][/font][font='Times New Roman'] Δ[/font][font='Times New Roman']p[/font][font=宋体] [font=宋体]—— 节流装置两端的压力差[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman] F[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]v [/font][/font][/sub][font=宋体]—— 流体的体积流量[/font][font=宋体] 该公式中流量系数、可膨胀系数与流体的粘度、可压缩性、温度均有关。[/font][font=宋体] 差压式流量计适用于性质和状态均匀的牛顿流体的流量测量，一般不适用于流体脉动较大的场合。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]差压式流量传感器[/font][/align][font=宋体][font=宋体] 随着微电子[/font][font=宋体]——微机械系统的发展，差压式流量计目前可以被制作成体积较小的单个电子元件——流量传感器，可以安装于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的进样口流量控制单元或者系统辅助流量控制单元中，其结构原理如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][font=宋体] 流量传感器内置有微气体阻尼器，代替经典差压式流量计的节流装置，阻尼器的两端集成两个微压力传感器，测定阻尼器两端的压力差。[/font][font=宋体] [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]系统根据实际工作过程中使用的气体种类（不同的气体粘度和可压缩系数）、环境温度等参数，对阻尼器压力差进行计算和修正，获得正确的气体流量。[/font][align=center][img=,389,98]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010911232086_5053_1604036_3.jpg!w690x204.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2 [/font][font=宋体]流量传感器原理示意图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]流量传感器一般安装在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的进样口电子流量控制单元或辅助流量控制单元内部，与微电磁阀等部件构成负反馈控制系统，在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统的指令协调下多个部件联合工作，用以提供流量准确、重现性良好的气体，如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,526,177]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209010911470920_3574_1604036_3.jpg!w690x232.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]3 [/font][font=宋体]流量传感器在流量控制单元中的位置[/font][/font][/align][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]差压式流量计的特点和使用注意事项[/font][/align][font=宋体][font=宋体] 与传统的机械阀方式调节流量控制器相比较，电子流量控制器有更高的精密度和重现性，在保留时间要求较高的分析应用场合下（例如复杂样品的[/font][font=Times New Roman]PONA[/font][font=宋体]分析，多阀多柱的复杂[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]分析系统等），有更好的应用表现。[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 差压式流量计组成元件较少，结构比较简单，长期运行的可靠性较高，装配差压式电子流量计的电子流量控制器的故障率较低。通过良好的电气[/font][font=Times New Roman]-[/font][font=宋体]气流控制设计，差压式流量计可以获得较好的惯性，压力[/font][font=Times New Roman]-[/font][font=宋体]流量调节速度较快。差压式流量计的流量测量范围较大，适用色谱分析方法的范围较广。[/font][/font][font=宋体] 使用带有电子流量传感器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，需要注意以下几个方面的问题：[/font][font=宋体][font=Times New Roman] 1 [/font][font=宋体]气体类型的配置信息必须准确[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 由公式[/font][font=Times New Roman]1-1[/font][font=宋体]可知，气体流量与节流装置（阻尼器）两端的压力差与气体种类、环境温度等参数有关，使用不同种类的气体，流量——压力差的特性不同。[/font][/font][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的硬件[/font][font=Times New Roman]/[/font][font=宋体]软件配置需要正确指定正确的气体类型，否则最终测定的气体流量数值不正确。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman] 2 [/font][font=宋体]流量——压力需要进行校准[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 色谱系统在长时间运行之后，有可能存在电子元件电气性能变化，从而造成流量传感器测定的阻尼两端的压力值的偏差，进而导致流量值测定发生错误，在必要的情况下需要运行压力[/font][font=宋体]——流量的校准。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman] 3 [/font][font=宋体]气源的要求[/font][/font][font=宋体][font=宋体] 流量传感器要求气源洁净，操作时尽可能去除气体中的水分、[/font] [font=宋体]油污等有机物杂质和固体颗粒物，以避免损坏压力传感器和堵塞阻尼，造成流量测量产生一定误差。[/font][/font][font=宋体]避免气源或管路气流压力、流量的瞬间剧烈变化，可能对流量计造成较大的压力和流量冲击。[/font][font=宋体]气源压力不可超出色谱系统允许输入压力，避免损坏流量计中的压力传感器。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]小结[/font][/font][/align][font=宋体]本文简单介绍压差式流量测量的原理，和压差式流量传感器的原理和使用注意事项。[/font][font='Times New Roman'] [/font]

[align=center][font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font] [font=Times New Roman]—— [/font][font=宋体]电子流量控制器[/font][/font][font=宋体]中的比例电磁阀[/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font=宋体]装备有电子流量控制器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，执行流量控制时的常用核心部件是比例电磁阀，其原理类似于气体流路中的可调节阻尼。工作过程中，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]系统通过改变比例电磁阀的开度来调节其阻尼，进而控制气体流量。[/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量的调控方式[/font][/align][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]一、机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制方式[/font][align=center][img=,388,253]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647096104_6103_1604036_3.jpg!w690x450.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]1 [/font][font=宋体]机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制方式[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]传统的机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]调控气体流量的方法主要有三种，如图[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]方式[/font][font=Times New Roman]a[/font][font=宋体]，气体流路中按顺序安装稳压阀和针型阀，稳压阀提供恒定压力，通过调节针型阀的阀针，改变其阻尼，实现流量的调节。实际情况下，由于针型阀本身阻尼范围有限，针型阀并不单独使用，一般需要在针型阀之后再串联阻尼器，使流量调节更加容易。[/font][/font][font=宋体]此种方式仪器硬件结构较为简单，针型阀惯性小，流量调节速度快。[/font][font=宋体][font=宋体]方式[/font][font=Times New Roman]b[/font][font=宋体]，气体流路中按顺序安装稳压阀和稳流阀，稳压阀提供恒定压力，通过调节恒流阀的阀针，改变其输出流量。[/font][/font][font=宋体]此种方式仪器硬件成本略高，由于恒流阀一般具有较大的惯性，流量调节速度相对较慢，一般常见于填充柱进样口的流量控制器，实现色谱柱的恒流量控制。[/font][font=宋体][font=宋体]方式[/font][font=Times New Roman]c[/font][font=宋体]，气体通道中安装稳压阀和阻尼器，通过调节稳压阀的不同输出压力实现流量的调节。[/font][/font][font=宋体]此种方式结构更加简单，硬件成本低，调节速度快，对稳压阀要求较高。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]二、[/font][font=宋体]电子流量控制器流量控制方式[/font][font=宋体][font=宋体]装备有电子流量控制器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]，一般采用比例电磁阀为核心的流量控制系统来控制气体流量和压力，其结构原理如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。控制系统的输入端气源压力需要保持恒定。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][img=,392,75]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647174276_6168_1604036_3.jpg!w690x132.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]比例电磁阀控制系统原理[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]比例电磁阀与普通电磁阀不同，可以通过调节其输入电压或者电流，获得阀不同的开度，改变电磁阀阻尼[/font][font=宋体]——类似图[/font][font=Times New Roman]1-a[/font][font=宋体]中的针型阀，从而实现气体流量的调节。[/font][/font][font=宋体]流量控制系统在负反馈方式下工作，如果输出气体流量（或压力）小于设定值，流量计（或压力计）检测到此异常反馈给控制器，系统发出命令增大阀的开度，使气体流量重新稳定于设定值。反之，如果输出气体流量（或压力）大于设定值，系统发出命令较小阀开度，使气体流量稳定。[/font][font=宋体][font=宋体]三、阀开度的控制[/font][font=宋体]——占空比[/font][/font][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统一般通过调节比例电磁阀的供电方波电压的占空比来调节阀开度，方波电压占空比的意义如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示，。[/font][/font][align=center][img=,260,135]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647241020_6000_1604036_3.jpg!w500x260.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]3 [/font][font=宋体]占空比原理图示[/font][/font][/align][font=宋体]一般情况下色谱系统采用较高的恒频率方波电压控制比例阀，方波的高电平状态下电磁阀开启，低电平状态下电磁阀关闭。[/font][font=宋体][font=宋体]高电平工作的时间与方波周期的比例为方波电压的占空比（[/font][font=Times New Roman]T[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]/T[/font][font=宋体]），方波电压的占空比越高，电磁阀在工作过程中开启的比例越高——即开度越大，比例电磁阀的阻尼越小。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]当系统输出气体流量大于设定值时，色谱系统减小比例电磁阀供电方波电压的占空比，此时比例电磁阀开度减小，阀阻尼增大，系统输出气体流量降低恢复到设定值。如图[/font][font=Times New Roman]4[/font][font=宋体]所示：[/font][/font][align=center][img=,313,64]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647306013_696_1604036_3.jpg!w690x141.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]4 [/font][font=宋体]占空比减小[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]当系统输出气体流量小于设定值时，色谱系统增大比例电磁阀供电方波电压的占空比，此时比例电磁阀开度增大，阀阻尼减小，系统输出气体流量升高恢复到设定值。如图[/font][font=Times New Roman]5[/font][font=宋体]所示：[/font][/font][align=center][img=,319,76]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647379254_2500_1604036_3.jpg!w690x164.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]5 [/font][font=宋体]占空比增加[/font][/font][/align][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体]附：[/font][font='Times New Roman'][color=#666666]KOFLOC[/color][/font][font=宋体][font=宋体]公司的电磁阀外观照片，可以在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的[/font][font=宋体]EPC/AFC/EFC部件中看到。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][img=,114,114]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209021647431813_8832_1604036_3.jpg!w420x420.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]小结[/font][/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]本文简单[/font][/font][font=宋体]介绍[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]电子流量控制器中比例电磁阀的基本原理[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font]

[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]分流不分流进样口 手工流量控制器的结构原理 [align=center]概述[/align][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]分流/不分流进样口手工流量控制原理简介，各部件介绍和控制方式的特点。[align=center]简介[/align]分流/不分流进样口是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的重要部件，其气流控制的稳定性、精确度会显著影响[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]分析的结果的重复性、样品的真实性。随着电子技术的发展、手工流量控制器再现性较差，调整不方便等原因，进样口配备有电子流量控制器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]逐渐成为实验室仪器的主流配置。但是手工流量控制因其安装和维护成本低廉、性能可靠等优点，目前仍然在较多的实验室具有一定的存量。尤其是对于色谱行业的初学者，有机会使用手工流量控制类型的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]，将会有助于较快的学习和领会到[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的基本结构和原理。[align=center]手工流量控制模式[/align]目前实验室常见的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]分流/不分流进样口的手工流量控制模式大致有两种，压力控制模式和流量控制模式。1.1压力控制模式其结构原理如图1所示，色谱仪通过恒压阀的调节，提供进样口的柱前压力（即控制柱流量）；通过分流流路和隔垫吹扫流路针型阀的调节，实现分流流量和隔垫吹扫流量的控制。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903058201_1362_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图1 压力控制模式基本原理图[/align]下面以较为经典的Shimadzu的GC-2014为例予以说明，其调节阀结构如图2所示。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903059080_3480_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图2 进样口压力控制模式阀结构图[/align]载气首先经由两级稳压阀的一级减压和二级减压，输送进入进样口，提供稳定的柱前压力，根据色谱柱尺寸、载气种类和操作温度，调节合适的压力。流出进样口的载气流量分成三部分，柱流量、分流流量和隔垫吹扫流量，其中分流流量和隔垫吹扫流量的具体调节都通过针型阀来实现。隔垫吹扫流路和分流流路均存在捕集阱，一般填充活性炭、硅胶之类的吸附剂，用以吸附流经气体中的高沸点杂质，用以保护针型阀和分流电磁阀，避免过多的杂质凝结在阀中造成堵塞和开关失效。在分流流路中设计有电磁阀，当进样口需要工作在不分流状态之下时，通过电磁阀的通断操作，实现分流流路的切断和恢复。1.2 压力控制模式的优点和缺点采用控制柱前压力的方法来实现色谱柱流量的控制，执行部件使用了恒压阀，恒压阀的调节速度较快。色谱进样时，由于液体样品的受热迅速膨胀或者进样阀造成的流路瞬间切断，会导致进样口压力变化。采用压力控制方案（即使用恒压阀控制），进样口的压力会快速恢复。恒压阀和针型阀各自独立工作，互相不存在干扰和反馈的问题。其缺陷是结构较为复杂，分析方法开发时，调节不太方便。例如更换不同色谱柱之后，进样口压力、分流流量和隔垫吹扫流量均需要进行调节。此外如果进样口存在一定程度泄漏时，系统并不会有明显的异常。在色谱柱安装之后，一定要仔细检查泄漏。2.1流量控制模式其结构原理如图3所示，色谱仪通过总流量控制器（恒流阀）的调节，向进样口提供正确的进样口载气流量，由分流控制器（背压阀）提供正确的柱前压，同时提供正确的分流比。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903059959_5598_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图3 流量控制模式原理[/align]其阀结构如图4所示，[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903060554_1498_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图4 进样口流量控制模式阀结构图[/align]载气首先经由稳压阀进行减压，输送给恒流阀，向进样口提供稳定的载气流量。流出进样口的载气流量分成三部分，柱流量、分流流量和隔垫吹扫流量，其中隔垫吹扫流量的调节通过针型阀来实现。分流流量通过背压阀来调节，背压阀的工作特性是可以使阀输入的压力保持稳定不变。利用这个特点背压阀可以同时调节进样口压力。通过三通电磁阀的状态切换，实现进样口分流和不分流状态的调整，如图5所示。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903062977_9863_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图5 分流和不分流状态阀结构图[/align]流量控制模式结构简单，背压阀的调节较为重要，调节速度和进样口压力扰动的恢复速度比压力模式要低。另外还有一类采用混合控制模式的手工流量控制器，将进样口入口侧的恒流阀改换成恒压阀，进样口压力控制速度得到改善。但是进行方法开发时，稳压阀和背压阀会互相影响，流量调节就会比较耗费时间。

[font='Times New Roman'][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]流量控制原理与维护[/font] [font=Times New Roman]—— [/font][/font][font=宋体]稳流阀和电子流量控制器[/font][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font=宋体]载气和辅助气体流量的稳定，对于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]至关重要。载气和辅助气体的量如果发生不稳定，会对定性与定量分析结果、基线稳定性、阀切换准确性带来不良影响。[/font][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]一般采用稳流阀或者电子流量控制器调节和稳定气体流量，下文简述稳流阀和电子稳流控制器的基本工作原理和使用注意事项。[/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]稳流阀原理简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体]机械式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]填充柱进样口的载气流量控制器或者某些型号的分流[/font][font=Times New Roman]/[/font][font=宋体]不分流进样口载气控制器均安装有稳流阀，为色谱柱或者进样口提供流量稳定不变的载气。某些情况下，在检测器气体控制或者阀切换系统中也可以见到稳流阀的安装。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]稳流阀（恒流阀）在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统中的常见安装位置，如图[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][img=,527,258]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210172218523975_3668_1604036_3.jpg!w690x337.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]1 [/font][font=宋体]稳流阀在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的安装位置[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]较为常见的是膜片反馈式稳流阀，由针型阀和压力反馈部件组成，其结构原理如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]载气经过稳压阀稳定压力之后，由输入端进入稳流阀，并充满腔体[/font][font=Times New Roman]A[/font][font=宋体]，其内部压力为[/font][font=Times New Roman]P1[/font][font=宋体]。如果此时针型阀处于关闭状态，腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]内压力较低，膜片在压力作用下移动，封闭稳流阀出口。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]当调节阀针使稳流阀开启，输入端的气体充满针型阀阻尼充满腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]，使腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]压力升高为[/font][font=Times New Roman]P2[/font][font=宋体]，当腔体[/font][font=Times New Roman]A[/font][font=宋体]压力[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]、膜片弹簧力[/font][font=Times New Roman]F[/font][font=宋体]和腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]压力[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]达到平衡时，稳流阀可以有稳定的流量输出，输出端的压力为[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]3[/font][/font][/sub][font=宋体]。[/font][font=宋体]稳流阀的静态平衡式为：[/font][font=宋体][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]A = P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]A + F[/font][/font][font=宋体][font=宋体]其中，[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]为阀输入压力（腔体[/font][font=Times New Roman]A[/font][font=宋体]压力），[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]为腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]压力、[/font][font=Times New Roman]A[/font][font=宋体]为膜片工作面积，[/font][font=Times New Roman]F[/font][font=宋体]为弹簧压力。[/font][/font][align=center][img=,406,286]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210172219014946_6417_1604036_3.jpg!w690x486.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体]稳流阀[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]结构图[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]稳流阀流量调节的原理[/font][/align][font=宋体]可以通过调节针型阀的开度来调节针型阀的输出流量。[/font][font=宋体][font=宋体]当调节针型阀使其开度增大，腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]压力上升，[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]A + F [/font][font=宋体]＞ [/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]A[/font][font=宋体]，此时膜片向上移动，更多气体流出稳流阀，系统达到新的平衡状态，稳流阀输出流量增大并达到稳定。档调节针型阀使其开度减小，腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]压力下降，[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]A + F [/font][font=宋体]＜ [/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]A[/font][font=宋体]，此时膜片向下移动，更少气体流出稳流阀，系统达到新平衡状态，稳流阀的输出流量减小并达到稳定。[/font][/font][align=center][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体]稳流的工作原理[/font][/align][font=宋体]稳流阀内部反馈系统和针型阀协同工作，通过维持针型阀输出输入端固定压力差的方法，实现阀输出流量的恒定。[/font][font=宋体][font=宋体]当稳流阀输出端的阻尼增大（例如柱温升高造成载气粘度增大、色谱柱长度变长等、增加阻尼器等），此时阀输出端压力[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]3[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]增大，阀输出流量[/font][font=Times New Roman]F[/font][font=宋体]降低，此时[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]上升，导致膜片位置上升，更多气体流出腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]，使得[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]下降恢复至[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]-P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]为恒定值，并使阀输出流量[/font][font=Times New Roman]F[/font][font=宋体]恢复至设定值。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]当稳流阀输出端阻尼减小（例如柱温降低造成载气粘度减小、色谱柱长度变短、减小阻尼器等），此时阀输出压力[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]3[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]减小，阀输出流量增加，造成[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]下降，导致膜片位置下降，较少气体流出腔体[/font][font=Times New Roman]B[/font][font=宋体]，使得[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]上升恢复至[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]-P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]位恒定值，并使阀输出流量[/font][font=Times New Roman]F[/font][font=宋体]恢复至设定值。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]由针型阀的气体流量方程可知，当针型阀的开度一定时，即针型阀的流通面积一定时，对于确定的同种流体，只要维持[/font][font=Times New Roman]P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]1 [/font][/font][/sub][font=宋体][font=Times New Roman]- P[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][/sub][font=宋体]压力差[/font][font=宋体]值不变，就可以实现输出稳定的流量。[/font][img=,142,72]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210172219095525_1260_1604036_3.jpg!w683x153.jpg[/img][font=宋体] [/font][font=宋体]需要注意：[/font][font=宋体][font=宋体]稳流阀输入端一般需要连接稳压阀的输出端，保证[/font][font=Times New Roman]P1[/font][font=宋体]压力的稳定，否则难以保证稳定工作。如果[/font][font=Times New Roman]P1[/font][font=宋体]发生变化，那么稳流阀将不能输出恒定气体流量。[/font][/font][font=宋体]稳流阀工作时的输入和输出端不可以接反，否则无法正常工作。[/font][font=宋体]稳流阀不可以作为开关阀使用，并且避免将阀针过分拧紧，否则会造成阀针的机械损伤。建议在气路通气之前首先开启稳流阀，然后缓慢调节阀针，按从大到小的顺序调节稳流阀输出流量。[/font][font=宋体]稳流阀的输出端可以空载，即不连接色谱柱或者阻尼，直接放空。稳流阀输出端不可以封闭，此时输入端压力将与输出端压力相同。[/font][font=宋体][font=宋体]由于反馈系统和针型阀阻尼的特性，此外还包含阀出口连接色谱柱阻尼或者其他系统的影响，稳流阀的[/font][font=宋体]“惯性”较大——稳流阀调节时的滞后现象较为明显。色谱柱或者稳流阀输出连接部件的阻力越大，此滞后现象越明显。使用稳流阀调节流量时，需要控制阀旋钮的运行速度和幅度，在观察色谱柱压力和输出流量计的同时，缓慢调节阀旋钮。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]稳流阀最终控制的是阀输出流体的绝对量，即质量流量。色谱分析中需要控制的柱后流量稳定，即质量流量稳定。当色谱柱因温度变化等原因产生阻尼增加现象时，必须使稳流阀输出压力[/font][font=Times New Roman]P3[/font][font=宋体]增大，才可以保证流过色谱柱的流体质量不变，反之亦然。在程序升温的场合下，尤其是使用填充柱的情况下，柱温升高，柱前压力随之增大。[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]电子稳流器原理[/font][/align][font=宋体]电子式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]一般安装电子稳流器，给填充柱进样口或者分流不分流进样口提供稳定可靠的流量，其流量精度较高、重现性好、调节滞后性较好，目前在实验室中得到了更广泛的应用。[/font][font=宋体][font=宋体]电子稳流器一般由比例电磁阀、流量传感器和控制线路组成，各个部件在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]计算机控制下，构成负反馈系统，以稳定流路的输出流量，其原理结构如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]所示。[/font][/font][align=center][img=,452,165]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210172219179636_8164_1604036_3.jpg!w679x248.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]3 [/font][font=宋体]电子流量控制器系统框图[/font][/font][/align][font=宋体]电子流量控制器工作时，系统内部的流量计（常见的为压差式流量计和质量流量计）不断测定系统输出流量，然后反馈至比例阀的输入端，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统不断比较实际输出流量与系统预设流量之间的偏差，然后给予比例电磁阀合适的控制电压（或电流）。[/font][font=宋体]电子流量控制器的实际输出流量增大，流量计可以感知此流量的变化并反馈至[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]总控制器，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统比较输出真实流量与预设流量的偏差大小（并给予一定的延迟、放大、积分或微分等数据处理），然后发出指令改变比例电磁阀的供电电压占空比，使比例电磁阀的开度减小合适的数值，以期望降低输出流量，最终达到输出流量稳定。[/font][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]系统还可以不改变系统的硬件，仅仅通过方便内部软件控制，实现恒定柱后流量、恒定线速度、恒定柱压力等不同的进样口气体程序控制。[/font][font='Times New Roman'] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]简述稳流阀和电子流量控制器的基本原理是使用注意事项。[/font]

[size=14px][color=#ff0000]摘要：本文将针对CVD和MPCVD工艺设备中存在的问题，介绍一种国产的两通道24位高精度多变量PID控制器，此一台控制器可对温度和真空度同时进行控制，大大缩小了仪表占用空间和造价。两通道可一次共接入4个传感器，每个通道可以连接备用的温度和真空度传感器，由此可保障长时间钻石生长的安全性又可满足宽量程测控的需要，同时还可用来进行差值和平均值监测。[/color][/size][align=center][size=14px][color=#ff0000][img=CVD工艺生长宝石,450,295]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291558344977_8369_3384_3.png!w690x453.jpg[/img][/color][/size][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]1. 问题的提出[/color][/size][size=14px]　　目前，高等级钻石生长的首选工艺是采用化学[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]沉积（CVD）和微波等离子体CVD（MPCVD）技术，另外CVD和MPCVD工艺还可用于在钻石以外的基材上进行钻石沉积，这为许多行业带来了技术上的进步，如光学、计算机科学和工具生产。在CVD工艺中，通过采用气体原料（氢气、甲烷）在低于1个大气压和800~1200℃的温度下，采用外延生长的方式获得完全透明无色大尺寸金刚石单晶，其成分、硬度和密度等与天然钻石基本一致，而价格远远低于天然钻石。[/size][size=14px]　　在采用CVD和MPCVD工艺进行钻石生长过程中，需要严格调节和控制CVD工艺的温度、真空压力和气体成分，这三个变量中的任何一个变化或波动都会影响钻石的生长速度、纯度和颜色。这三个变量在实际工艺中分别代表了温度、真空压力和工作气体的质量流量，即在CVD工艺中一般是在进气口处采用气体质量流量计控制氢气和甲烷以达到设定的混合气体成分，通过温度传感器和加热装置来调节和控制工作腔室内的温度，最后在出气口处通过真空计和电动阀门来调节和控制工作腔室内的真空压力。[/size][size=14px]　　目前这三个变量的同时控制，在国内的CVD工艺设备上还存在以下几方面问题：[/size][size=14px]　　（1）在气体质量流量和温度这两个变量的测控方面，国内仪表已经非常成熟和可靠，但在真空压力的测控方面，普遍还在使用测量精度较差的皮拉尼真空计及相应的控制器，这会严重影响腔室内工作气压的测控精度，而对钻石质量带来影响。[/size][size=14px]　　（2）在CVD工艺设备中，上述三个变量都需要独立的传感器和控制器进行独立操作和控制，由此造成一方面的所占空间比较大，另一方面是设计操作复杂且成本无法进一步降低。[/size][size=14px]　　（3）部分CVD工艺设备在真空度测控中采用了成熟的国外产品，但价格昂贵且功能单一，只能进行真空度的测控，同时还需要准确的控制算法来适应温度突变情况下的真空度稳定控制，而且还需配套国产的气体质量流量计和温度控制仪表。[/size][size=14px]　　总之，国内的钻石生长市场在近几年发展快速，据统计，2018年，国内自主生产供应的宝石级培育钻石约37.5亿元，相比2016年的0.4亿元，呈现了几何级的增长。然而国内掌握CVD技术，特别是MPCVD技术的厂家并不多，目前依旧是欧美厂家占主导，国内很多大厂家都已经涉足该领域，但量产一直是难点，而量产这一难点的根源在于CVD和MPCVD在真空环境下的控制很难。[/size][size=14px]　　本文将针对CVD和MPCVD工艺设备中存在的问题，介绍一种国产的2通道24位高精度多变量PID控制器，此一台控制器可对温度和真空度同时进行控制，大大缩小了所占空间和造价。2通道可一次共接入4个传感器，每个通道可以连接备份用的温度和真空度传感器，由此可保障长时间钻石生长的安全性又可满足宽量程测控的需要，同时还可用来进行差值和平均值监测。[/size][size=18px][color=#ff0000]2. 真空压力上游和下游控制模式的选择[/color][/size][size=14px]　　在如图2-1所示的工作腔体内部真空压力控制过程中，一般有上游和下游两种控制模式。上游控制是一中保持下游真空泵抽速恒定而调节上游进气流量的方式，下游控制是一种保持上游进气流量恒定而调节下游真空泵抽速的方式。[/size][align=center][img=典型CVD工艺设备框图,690,366]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291600257733_6411_3384_3.png!w690x366.jpg[/img][/align][size=14px][/size][align=center][color=#ff0000]图2-1 CVD工艺设备典型结构示意图[/color][/align][size=14px]　　针对CVD和MPCVD工艺设备中的真空压力控制，国内外普遍都采用下游控制模式，也有个别国外公司推荐使用上游控制模式，这里将详细分析上下游两种控制模式的特点和选择依据：[/size][size=16px][color=#ff0000]2.1. 下游控制模式[/color][/size][size=14px]　　（1）在采用CVD和MPCVD工艺进行宝石生长过程中，对气体成分有严格的规定并需要精确控制。因此在CVD和MPCVD工艺设备中，通常会在工作腔体进气端采用气体质量流量控制器对充入腔体内的每种工作气体流量进行准确控制，也就是说对进气端调节控制的是气体流量，而且至少是两种工作气体。[/size][size=14px]　　（2）在进气端实现对工作气体成分准确控制后，还需要对工作腔体内的真空压力进行控制。下游控制可通过调节真空泵的抽速快速实现真空压力的准确控制，而且在控制过程中并不会影响工作腔室内的气体成分比例。[/size][size=14px]　　（3）在CVD和MPCVD工艺过程中，温度变化会对腔体内的真空压力会给真空压力带来很大影响，由此要求真空压力控制具有较快的响应速度，使腔体内的真空压力随温度变化始终恒定控制在设定值上，因此采用下游控制模式会快速消除温度变化对真空压力恒定控制的影响。[/size][size=14px]　　（4）在CVD和MPCVD工艺过程中，工作腔体内的真空压力一般在几千帕左右这样低真空的范围内进行定点控制。对于这种低真空（接近一个大气压）范围内的真空压力控制，较快速有效和经济环保的控制方式是下游控制，在进气流量恒定的前提下，只需较小的抽速就能快速实现真空压力的准确控制，排出的工作气体较少。[/size][size=16px][color=#ff0000]2.2. 上游控制模式[/color][/size][size=14px]　　（1）上游控制模式普遍适用于高真空（真空压力小于100Pa）控制，即真空泵需要全速抽气，通过调节上游进气的微小变化，即可实现高真空准确控制。[/size][size=14px]　　（2）采用上游控制模式对低真空进行控制，在真空泵全速抽气条件下，就需要增大上游进气量，增大进气量一方面会造成恒定控制精度差和响应速度慢之外，另一方面会带来大量的废气排出。因此，在这种低真空的上游控制模式中，一般还需在下游端增加手动节流阀来减小真空泵的抽速。[/size][size=14px]　　（3）在真空压力控制中，一般在流量和压力之间选择其中一个参量进行独立控制，也就是说控制了流量则不能保证压力恒定，而控制了压力则不能保证流量恒定，因此在一般真空压力控制中，上游控制模式在一定范围内比较适用。但在CVD和MPCVD工艺过程中，如果在进气端进行流量调节来实现进气成分比例和真空压力的同时恒定，而且还要针对温度变化做出相应的调整，这种上游控制方式的难度非常大，如果不在下游增加节流阀调节，这种上游控制方式几乎完全不能满足工艺过程要求。[/size][size=14px]　　（4）有些国外机构推荐在CVD和MPCVD工艺设备中使用上游控制模式，一方面是这些机构本身就是气体质量流量控制器生产厂家，并不生产下游控制的各种电动阀门，因此他们在气体质量流量控制器中集成了真空传感器，这种集成真空计的气体质量流量控制器确实是能够用来独立控制进气流量或腔室内的真空压力，但要同时控制流量和压力则几乎不太可能，还需下游节流阀的配合才行。另一方面，这些生产气体质量流量控制器的机构，选择使用上游控制模式的重要理由是下游控制模式中采用电动阀门的成本较高，情况也确实如此，国外主要电动阀门的成本几乎是气体质量流量控制器的好几倍，但目前国产的电动阀门的价格已经只是气体质量流量控制器的四分之一左右。[/size][size=18px][color=#ff0000]3. 成分、温度和真空压力三参量同时控制方案[/color][/size][size=14px]　　在宝石生长专用的CVD和MPCVD工艺设备中，针对气体成分、温度和真空压力这三个控制参数，本文推荐一种全新的控制方案，方案如图3-1所示。[/size][align=center][img=双通道控制器同时控制温度和真空压力示意图,690,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291601353557_9929_3384_3.png!w690x348.jpg[/img][/align][size=14px][/size][align=center][color=#ff0000]图3-1 CVD工艺设备中三变量控制结构示意图[/color][/align][size=14px]　　控制方案主要包括以下几方面的内容：[/size][size=14px]　　（1）进气端采用气体质量流量控制器进行控制，每一路进气配备一个质量流量控制器，由此实现进气成分的精确控制。[/size][size=14px]　　（2）采用双通道24位高精度PID控制器对温度和真空压力控制进行同步控制，其中一个通道用于温度控制，另一个通道用于真空压力控制，由此在保证精度的前提下，可大幅度减小控制装置的空间占用和降低成本。[/size][size=14px]　　（3）温度控制通道连接温度传感器输入信号和固态继电器或可控硅执行机构，可按照设定点或设定程序曲线进行温度控制，PID控制参数可通过自整定方式进行优化。[/size][size=14px]　　（4）真空压力控制通道连接真空计输入信号和电动阀门，同样可按照设定点或设定程序曲线进行真空压力控制，PID控制参数可通过自整定方式进行优化。为了保证真空度测控的准确性，强烈建议采用薄膜电容式真空计，其精度一般为0.25%，远高于皮拉尼计。最重要的是薄膜电容式真空计内部不带电加热装置，在氢气环境下更具有安全性。[/size][size=14px]　　（5）双通道控制器除了具有两路控制信号主输入端之外，还有两路配套的辅助输入端，这两路配套的辅助输入端可用来连接温度或真空压力测控的备用传感器，在主输入端传感器发生故障时能自动切换到辅助输入端传感器继续进行测量和控制，这对较长时间的CVD和MPCVD工艺过程尤为重要。[/size][size=14px]　　（6）双通道控制器可连接4个外部信号源，在进行两路独立变量的控制过程中，4个外部信号源的组态形式可为控制和监测带来极大的便利，除上述备用传感器功能之外，还可以用来进行差值和平均值的监测等。[/size][align=center]=======================================================================[/align] [align=center][img=CVD和MPCVD工艺生长钻石,690,269]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107291602272138_6714_3384_3.jpg!w690x269.jpg[/img][/align]