1. 背景
氣體質量流量控制器所使用氣體種類繁多，不同客戶所用氣體需求不同，并且半導體行業中很多氣體為有毒或易燃易爆氣體，在對流量控制器進行標定時，為簡化生產和保證可實施性、安全性，不可能全部使用實際氣體進行標定。
因此，根據氣體的壓縮特性建立一個可以提供多種基本氣體(N2，H2，He，SF6等)的氣體標定平臺是非常必要的。其他氣體可以在這些基本的氣體的測量基礎上，采用轉換系數的方式得到實際流量。最多采用的是N2作為代替氣體并乘以轉換系數(標定的目標氣體和氮氣之間的轉換系數可通過試驗的方法測得)的方法進行標定。
2. 氣體轉換基本原理
氣體的流量轉換系數理論上取決于該氣體在標準狀態下的密度和比熱, 以及氣體的分子構成系數。常用的單組份氣體，其轉換系數可在廠家產品技術說明書中查得；如果知道該氣體的密度和比熱,也可以用下面的基本公式計算出來。
氣體質量流量轉換系數C的基本公式：
C=0.3106 N /ρ(Cp)
其中：ρ——為氣體的密度
CP——為氣體的定壓比熱
N ——為氣體分子構成系數(與該氣體分子構成的組份有關, 見下表)
表1 氣體分子構成系數表
氣體分子構成
舉 例
N 取 值
單原子分子
Ar He
1.01
雙原子分子
CO N2
1.00
三原子分子
CO2 NO2
0.94
多原子分子
NH3 C4H8
0.88
如果是多組份混合氣體(假定由n種氣體組成)，按下列公式計算其轉換系數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
——為相應氣體的流量
ωT
——為混合氣體的流量
ρ1…ρn
——為相應氣體的密度 (數值見產品技術說明書)
CP1…CPn
——為相應氣體的定壓比熱 (數值見產品技術說明書)
N1 … Nn
——為相應氣體的分子構成系數
注意: 如果混合氣體的混合比例不固定,將無法計算出轉算系數。
3. 氣體系數應用
采用氣體系數的方法可以大幅度降低多氣體產品的標定使用難度，同時結合數字產品技術，可以使一臺產品具備各種不同氣體的使用能力，解決了半導體行業氣體使用種類繁多的問題，同時也大大降低客戶的庫存量和管理難度。