SFC4000
— 高精度质量流量控制器（精度为设定值0.8%）— CMOSens®专利技术卓越的性价比
— 响应时间快（设定值2%范围内<0.1秒）
— 模拟输入输出接口（标准0-5V ）
吹管系数— 单极电源供电（+14-24V DC）
— 连接尺寸与其它的标准质量流量控制器兼容
— NIST 可追踪标定
CMOSens SFC4000 产品概述
SFC4000 CMOSens®质量流量控制器能够在较宽的量程范围内快速而精确的控制气体流量。其性能由Sensirion卓越的CMOSens® 传感器技术支持，将高精度的传感元件和A/D转换放大电路连接在同一个CMOS 芯片上。经过数字化标定和温度补偿传感器信号可直接在芯片上转换成PWM信号，用快速模拟控制电路来控制阀门动作。因此，SFC4000的精度高，响应速度快，量程比宽（>1:1000）。CMOSens® 传感器由不锈钢真空封装，有坚固的铝制外壳。在很多领域有广泛的应用，例如，过程控制中的质量流量控制，医疗器械，燃料电池，以及气体流量计量等。 电位器旋钮SFC4000提供输入输出信号（0—5V）模拟电气接口，所需供电电压是+14—24VDC标准电源电压。可在10 bar (145psi)输入压力下操作。SFC4000 是Sensirion PC1 流量控制器的优化产品。SFC4000 与PC1 高度兼容并能提供更好的性能规范和更简便的供电模式。
Downmount fittings
Swagelok fittings
Controlled Mass
Flow φ
Input pressure P 1
(max. ambient Setpoint (0-5Vdc)Measured Mass Flow (0-5Vdc)
Figure 1: CMOSens ®
SFC4000 流量控制器原理框图.
Introductory Description
质量流量控制器的性能主要受所使用的质量流量传感器影响。SFC4000控制器的核心技术由Sensirion CMOSens ®传感器技术支持，性能好，精度高，性价比高。
CMOSens ®流量传感器，由微型膜片上的传感元件，以及硅芯片上的线性和温度补偿的信号处理电路构成，标准CMOS 过程生产。
膜片上两个对称分布的温度传感器，一个用于温度补偿的额外的温度传感器，以及集成在同一芯片上的A/D 转换和放大电路使控制器具有良好的重复性和较高的精度。
此外，由于膜片所采用的特殊技术，能感应到最小的热质量，使得热传感器响应时间只有1.7 ms 。由于放大电路、A/D 转换、数字化线性和温度补偿电路的整体设计是和传感器速度相匹配的，每0.7 ms 就传输一个经过完全校准的流量测量数值。
CMOSens ® 技术关键的优势就是，快速、稳定、精确的流量控制，使用可靠的控制算法。
CMOSens ® 技术的另一个优势就是抵抗电磁干扰。传感器采用锈钢真空封装，外壳铝制包装，这使得SFC4000应用范围广泛。
SFC4000设备控制的是实际的质量流量，而不受周围温度和压力变化的影响。您只须将所要控制的气体连接到控制器上即可，通过模拟接口设定流量值，通过模拟输出信号获得反馈。标准模拟接口使得与SFC4000装置连接比较简单。
标准标定的气体是氮气，或者空气。其他标定气体，例如O 2, He, H 2 可以直接标定。SF 6, C 4F 8及其他气体我们可以为需求量大的OEM 直接标定。
1 CMOSens® PerformanceLine气体质量流量控制器的性能
Table 1: CMOSens® SFC4000 流量控制器规格表。
无特殊注明，所有数据的校准条件为：20℃，N2，相对大气2.0 bar 压降（出口，1.0 bar；入口，3.0 bar），水平安装位置，直进口VCR inlet fitting (length min. 5 x ∅) 或者 down-mount.
规格条件数值单位
范围:
产品型号 SFC4100 SFC4200
流量范围
(Air equivalent)
0.05 0.5 2 , 5 20 l n/min 性能:
精度1, 210 - 100% FS30.8 0.8 0.8 1 %
s.p.4
<10% FS 0.08 0.08 0.08 0.1 % FS
重复性210-100% FS 0.1 0.1 0.1 0.2 % s.p. <10% FS 0.01 0.01 0.01 0.02 % FS
典型设置时间510-100% FS < 100 < 100 < 100 < 250 ms
偏移6< 0.08 < 0.08 < 0.08 < 0.1 % FS
标准标定气体7N2 Air
其他气体参看后面的订购选型表
控制范围>=
1:1'000
工作温度
(环境及气体)
0 – 50 / 32 – 122 °C / °F
零刻度时温度系数0.005 % FS / °C
满量程时温度系数0.04 % s.p. / °C
位置灵敏校正吸收on
request %
FS 压力系数< -0.15 / 1 bar % s.p.
满量程压降p abs. = 1 bar
gas: air
<0.5 / 22 <2.0 / 29 <2.0 / 29 <3.0 / 43 bar / psig
最大输入压力10 / 145 10 / 145 10 / 145 10 / 145 bar / psig
最大压降 5 / 73 5 / 73 5 / 73 4 / 58 bar / psig
MFC 外部泄漏率 1 x 10 e-6 mbar
l/s
He
阀关时的泄漏率 1 x 10 e-6 mbar
l/s
He
接触材料Si, Si3N4, SiOx, Viton®, SSL316L, Glob Top, Glass, Al,
Brass
预热时间 5 sec.
1包括偏移，非线性，磁滞
2对于 0.05ln/min的规格，表中参数在满量程的20%—100%范围内有效.
3 in % of full scale (FS)
4 in % of setpoint (s.p.) = measured value (m.v.) = of rate = of reading
5表中在从满量程的 10%到100%范围内进行设定时，达到设定点±2%以内的时间，指的是3.0bar 输入压力, 1.0bar 周围/输
出压力. 气体类型: N2., （具体设定时间依据气体类型不同， 30-300 ms不等).
6在0.00V设定点的输出
7其他大批量应用的气体类型根据要求而定
1.1 精度
图2将一个传统的MFC 和CMOSens ®
图2.与传统控制器精度比较
1.2 重复性
图3: CMOSens ® SFC4000 与其他流量控制器(MFC).重复性对比
图3中，SFC4000与传统的质量流量控制器的重复性进行了对比，更加突出了其优良 能。
1.3 响应时间
CMOSens ® SFC4000 响应时间只有
100ms . 表4是PerformanceLine MFC 与使用传统传感器技术的MFC 之间响应时间的对比。
图4: SFC4000响应时间
2CMOSens®气体流量控制器工作原理
2.1质量流量测量的热量原理
CMOSens® SFC4000利用热传递的热量原理，测量气体质量的流量。热绝缘膜片上的加热元件，其温度始终高于周围温度。当有气体流量时，气流上下游的温度分布受到干扰。这种非对称性即可被检测到。整个执行过程在一个标准CMOS硅芯片上完成。由于膜片的最小热质量和对称排列以及精确的
温度测量，即达到了SFC4000革命性的卓越性能。
CMOSens® 芯片上的排列使得传感器通道的横截面积达到0.8×1.2 mm，比传统类型（0.3×0.5 mm）要大得多。这样的设计就降低了受污染分子和受潮气体的稳定性。
水力模块图7是传感器在其不锈钢包装内的横截面图片。
(详细说明见2.4).
2.2CMOSens®传感器技术
CMOSens®技术是所有Sensirion多传感器模块和传感器系统的技术基础。半导体芯片和传感器技术的统一成为了高精密和高可靠性的高积分系统解决方法。芯片上的传感元件同一个放大器、A/D转换电路，共同构成了一个集成整体。由于单芯片多集成模块设计，CMOSens® 的传感器可以抵抗电磁干扰。这是传感器技术的另一重要优势。因此，CMOSens® 的传感器模块精度高，反应时间快，动态测量范围宽。
除了流量传感器之外，CMOSens®芯片也集成了一个温度传感器，可以持续测量芯片的温度，并且由于热质量较小，也可测量气体的温度。这个温度信息直接用于温度补偿。
水箅
硬件加密设备
图 5: CMOSens®芯片图
2.3信号处理
MFC的CMOSens®芯片可以直接和一个外部EEPROM连接。
结合了芯片智能技术，芯片输出信号已经过线性化，温度经过补偿，并利用EEPROM存储标定数据。CMOSens® 芯片生成的PWM输出信号继而传到控制器电路，用于控制调节阀，即控制质量流量。
CMOSens®内部的时钟频率几百kHz，能够快速而准确的测量流量。芯片产生的流量信号经过芯片上的A/D转换电路，线性化电路处理，并计算出温度补偿数据。CMOSens® 传感器芯片最终的PWM信号准备就绪，直接用于阀门的控制电路。对CMOSens® 流量芯片严格的规划设计是为了使每个元件
的性能达到最佳，使各个元件之间快速而有效的互动。这就保证了高精度和高速度下信号的最优处理。
因为产生PWM信号的速度极快，利用保守而可靠的控制运算原则可到达精确的流量控制。
藻井式吊顶
基于CMOSens® 芯片的高集成度，传感器达到很高的精度，使SFC4000达到高性能，而价格低廉。
图6是CMOSens®流量芯片的温度和流量信号路径，当然同样适用于SFC4000 系列
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