Bộ điều khiển lưu lượng khối lượng khí MFC

Một phòng thí nghiệm vật liệu cần cấp chính xác 50 mL/min argon vào lò ống trong suốt 6 giờ. Một dây chuyền phủ màng chân không cần giữ ổn định tỷ lệ khí công nghệ dù áp suất nguồn dao động. Một xưởng pin lithium cần duy trì khí quyển nitơ trong lò sấy, lò nung. Những bài toán này không chỉ cần đo mà phải điều khiển lưu lượng khí bám sát điểm đặt. Đó là nhiệm vụ của bộ điều khiển lưu lượng khối lượng khí (MFC – Mass Flow Controller). Bài viết giải thích nguyên lý, các ứng dụng điển hình và cách chọn giữa sáu model MFC của AP EURO.

MFC là gì và khác lưu lượng kế ở điểm nào?

Bộ điều khiển lưu lượng khối lượng khí kiểu nhiệt là thiết bị chính xác dựa trên nguyên lý khuếch tán nhiệt: đo trực tiếp lưu lượng khối lượng khí ở điều kiện tiêu chuẩn và tự động điều chỉnh để dòng khí ra ổn định theo điểm đặt. Một MFC gồm ba khối chính:

Cảm biến lưu lượng kiểu nhiệt (chip MEMS hoặc cảm biến ống mao dẫn), thường đặt trên một nhánh rẽ (bypass) để dòng khí qua cảm biến ở chế độ dòng tầng, giúp phép đo ổn định.
Van điều khiển, thường là van tỷ lệ điện từ, đóng mở liên tục để thay đổi lưu lượng.
Mạch điều khiển so sánh giá trị đo với điểm đặt và điều chỉnh van theo thuật toán (thường là PID).

Điểm đặt có thể đưa vào bằng tín hiệu analog (0–5 V, 4–20 mA…), qua truyền thông số (RS485, RS232, EtherCAT, Profibus tùy model) hoặc bằng phím bấm trên thiết bị. So với tổ hợp “lưu lượng kế + van tay”, MFC giữ lưu lượng ổn định khi áp suất nguồn thay đổi, lặp lại chính xác giữa các mẻ và ghi được số liệu cho truy xuất.

Ứng dụng điển hình

Phòng thí nghiệm, viện nghiên cứu, trường đại học

Cấp khí cho lò ống, thiết bị phân tích, buồng phản ứng, thí nghiệm xúc tác, pha chế khí chuẩn. Yêu cầu chính: dải nhỏ (mL/min), độ lặp lại tốt, điều khiển qua máy tính.

Phủ màng, quá trình chân không

Phún xạ, bay hơi, PECVD, phủ màng trang trí, phủ quang học đều cần cấp khí công nghệ (argon, nitơ, oxy…) với lưu lượng ổn định vào buồng chân không. Lưu lượng khí kết hợp với tốc độ hút của bơm quyết định áp suất làm việc trong buồng, và áp suất này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp phủ. Trong các hệ này, ngoài MFC nên có thêm đồng hồ đo chân không để theo dõi áp suất buồng: đồng hồ chân không Pirani kết hợp AGP3000 đo áp suất tuyệt đối 0,05 Pa – 120 kPa, cổng KF16, màn hình TFT màu, ngõ ra 0–10 V và RS485 Modbus-RTU, thời gian đáp ứng ≤50 ms – phù hợp giám sát vùng chân không thấp và trung bình.

Sản xuất pin lithium, lò ủ, lò nhiệt luyện

Lò sấy điện cực, lò nung vật liệu, lò ủ kim loại thường cần khí bảo vệ (N₂, Ar) hoặc khí khử với lưu lượng ổn định theo từng giai đoạn của chu trình nhiệt. MFC điều khiển theo công thức từ PLC giúp tiết kiệm khí ở giai đoạn giữ nhiệt và đảm bảo đủ khí ở giai đoạn quan trọng.

Phối trộn khí

Dùng hai hoặc nhiều MFC, mỗi bộ điều khiển một khí thành phần, có thể tạo hỗn hợp với tỷ lệ chính xác (khí hàn, khí đóng gói, khí thử nghiệm). Tỷ lệ được đặt bằng phần mềm, thay đổi nhanh mà không cần thay thiết bị.

Sáu model MFC của AP EURO

MG620FC – MFC MEMS có màn hình, dễ dùng

Bộ điều khiển lưu lượng khối lượng khí MG620FC dùng chip MEMS, nhánh rẽ tạo dòng tầng và van tỷ lệ điện từ thường đóng. Độ chính xác điều khiển ±1,0% S.P, tỷ lệ dải 1:100, dải điều khiển 1–100% F.S, dải đo theo mã từ 0,001–0,1 đến 3–300 L/min. Áp suất làm việc tối đa ≤1,1 MPa, chênh áp tối đa ≤0,6 MPa, nguồn DC24 V/2,5 W, ngõ ra 4–20 mA (hoặc 1–5 V), RS485 Modbus-RTU, điều khiển bằng phím, Modbus hoặc 4–20 mA. Màn hình LCD hiển thị lưu lượng tức thời và tổng. Theo hướng dẫn sử dụng, khí có thể chọn gồm không khí, N₂, O₂, CH₄, Ar, CO₂, He, H₂, C₃H₈; nhiệt độ điều kiện chuẩn chọn 0/20/25 °C.

MGE6100FC – nhỏ gọn cho thiết bị phân tích

MFC nhỏ gọn MGE6100FC có độ chính xác 0,8% F.S hoặc 1,0% S.P (lấy giá trị lớn hơn), độ lặp lại ≤±0,2% F.S, tỷ lệ 1:100, dải 0–20 mL/min đến 0–20 L/min. Áp suất tối đa 9,8 bar, điều khiển analog 0–5 V, số RS485 hoặc RS232, đáp ứng ≤1 s, độ rò ≤1×10⁻⁹ Pa·m³/s He. Vật liệu tiếp xúc khí inox 316L, Viton.

MGX690FC – giao tiếp EtherCAT cho hệ thống tự động

MFC EtherCAT MGX690FC có độ chính xác ±0,3% F.S (≤30% F.S) và ±1,0% S.P (>30% F.S), tỷ lệ 1:50, áp suất tối đa 10 bar, tín hiệu 0–5 V hoặc 4–20 mA, truyền thông RS485 và EtherCAT, đầu nối ống 1/4″. Đường khí đánh bóng tinh, có tùy chọn làm kín toàn kim loại – phù hợp thiết bị phủ màng, bán dẫn dùng mạng EtherCAT.

MGX695FC – màn hình cảm ứng, đáp ứng nhanh

MFC màn hình cảm ứng MGX695FC cũng đạt ±0,3% F.S (≤30% F.S) / ±1,0% S.P (>30% F.S), nhưng tỷ lệ dải rộng hơn 1:100, đáp ứng ≤0,5 s, áp suất tối đa 9,8 bar, 0–5 V hoặc 4–20 mA, RS485 hoặc RS232. Đường khí sụt áp thấp, có thuật toán bù nhiệt tích hợp và tùy chọn màn hình cảm ứng để thao tác tại chỗ.

MGJX680FC – chống tắc, chịu áp 3 MPa

MFC chống tắc MGJX680FC dùng cấu trúc nhánh rẽ dạng ống, hạn chế tắc nghẽn. Độ chính xác ±1,0% F.S, độ lặp lại ±0,2% F.S, tỷ lệ 1:50, áp suất tối đa 3 MPa, chênh áp làm việc 0,1–0,5 MPa, đáp ứng <0,2 s, tín hiệu 0–5 V/1–5 V/4–20 mA và RS485/RS232. Dải từ 0–100 mL/min đến 0–3000 L/min, đầu nối điện DB15.

MGJX690FC – PID tích hợp, độ chính xác ±0,5% F.S

MFC tích hợp PID MGJX690FC có độ chính xác ±0,5% F.S, độ lặp lại ±0,2% F.S, hệ số nhiệt độ ±0,025% F.S/°C, tỷ lệ 1:50, áp suất tối đa 3 MPa/10 MPa, đáp ứng <0,2 s, dùng được sau 30 s và tối ưu sau 5 phút. Truyền thông RS232/485 Modbus và Profibus, dải tới 0–6000 L/min – phù hợp cấp khí lò, buồng phản ứng lưu lượng lớn, áp cao.

Bảng chọn nhanh MFC

Model	Độ chính xác	Tỷ lệ dải	Áp suất tối đa	Đáp ứng	Truyền thông	Phù hợp nhất
MG620FC	±1,0% S.P	1:100	≤1,1 MPa	≤1 s	RS485 Modbus-RTU	Phòng thí nghiệm, cấp khí định lượng, cần màn hình
MGE6100FC	0,8% F.S hoặc 1,0% S.P	1:100	9,8 bar	≤1 s	RS485 / RS232	Tích hợp vào thiết bị phân tích, dải mL/min
MGX690FC	±0,3% F.S / ±1,0% S.P	1:50	10 bar	≤1 s	RS485, EtherCAT	Phủ màng, bán dẫn, hệ EtherCAT
MGX695FC	±0,3% F.S / ±1,0% S.P	1:100	9,8 bar	≤0,5 s	RS485 / RS232	Cần đáp ứng nhanh, thao tác cảm ứng
MGJX680FC	±1,0% F.S	1:50	3 MPa	<0,2 s	RS485 / RS232	Công nghiệp, áp cao, chống tắc
MGJX690FC	±0,5% F.S	1:50	3 / 10 MPa	<0,2 s	RS232/485 Modbus, Profibus	Lưu lượng lớn tới 6000 L/min, Profibus

Cách đọc độ chính xác: “% S.P” tính theo giá trị điểm đặt, “% F.S” tính theo toàn thang. Khi thường xuyên vận hành ở phần thấp của dải, sai số theo S.P hoặc kiểu “±0,3% F.S dưới 30% F.S” có lợi hơn so với sai số thuần % F.S.

Lưu ý lắp đặt và vận hành

Khí sạch, khô, không ăn mòn là điều kiện chung của các MFC kiểu nhiệt. Lắp lọc phía trước, đặc biệt với khí từ chai, đường ống mới thi công.
Chênh áp qua MFC phải nằm trong khoảng cho phép (ví dụ MGJX680FC, MGJX690FC: 0,1–0,5 MPa; MG620FC: chênh áp tối đa ≤0,6 MPa). Chênh áp quá thấp thì van mở hết vẫn không đạt điểm đặt; quá cao thì điều khiển kém ổn định.
Cài đúng loại khí hoặc hệ số chuyển đổi; khi đổi khí phải cập nhật lại cấu hình.
Thời gian khởi động: chờ thiết bị ổn định trước khi bắt đầu mẻ (MGJX690FC tối ưu sau 5 phút).
Kiểm tra rò rỉ mối nối sau lắp đặt, nhất là với quá trình chân không – rò khí từ ngoài vào buồng làm sai lệch thành phần khí và áp suất.
Nguồn cấp ổn định, đúng điện áp (DC24 V; MGJX680FC có tùy chọn ±15 V); dùng cáp chống nhiễu cho tín hiệu analog.
Van thường đóng (MG620FC): khi mất nguồn, van đóng lại – cần tính đến điều này trong kịch bản an toàn của quá trình.

Câu hỏi thường gặp

Khi nào dùng MFC thay vì lưu lượng kế cộng van tay?

Khi cần lưu lượng ổn định dù áp nguồn thay đổi, cần đổi điểm đặt theo công thức hoặc theo chương trình PLC, và cần lặp lại chính xác giữa các mẻ.

MFC có điều khiển được áp suất buồng chân không không?

MFC điều khiển lưu lượng khí vào. Áp suất buồng là kết quả cân bằng giữa lưu lượng vào và tốc độ hút của bơm; nên dùng đồng hồ chân không như AGP3000 để giám sát và, nếu cần, đưa tín hiệu về bộ điều khiển để hiệu chỉnh điểm đặt MFC.

Dùng MFC cho khí bẩn hoặc có hơi ẩm được không?

Không khuyến nghị. Các model trong bài dành cho khí sạch, khô, không ăn mòn. MGJX680FC có cấu trúc chống tắc nhưng vẫn cần lọc khí phía trước.

Có thể kết nối MFC với PLC qua mạng công nghiệp không?

Có: RS485 Modbus ở hầu hết các model, EtherCAT ở MGX690FC, Profibus ở MGJX690FC.

Kết luận

Chọn MFC cần cân nhắc đồng thời dải lưu lượng, độ chính xác ở phần dải hay dùng, áp suất làm việc, tốc độ đáp ứng và chuẩn truyền thông của hệ điều khiển. Với ứng dụng chỉ cần đo không cần điều khiển, xem bài https://apeuro.net/luu-luong-ke-mems-cho-khi-n2-o2-co2-argon/; nếu quá trình đổi nhiều loại khí, tham khảo công nghệ chênh áp dòng tầng trong bài https://apeuro.net/luu-luong-ke-chenh-ap-dong-chay-tang-va-mems/.

Liên hệ AP EURO – Hotline/Zalo 0908 507 021 để được tư vấn chọn model và báo giá.

Bộ điều khiển lưu lượng khối lượng khí MFC

Bộ điều khiển lưu lượng khối lượng khí MFC

MFC là gì và khác lưu lượng kế ở điểm nào?

Ứng dụng điển hình

Phòng thí nghiệm, viện nghiên cứu, trường đại học

Phủ màng, quá trình chân không

Sản xuất pin lithium, lò ủ, lò nhiệt luyện

Phối trộn khí

Sáu model MFC của AP EURO

MG620FC – MFC MEMS có màn hình, dễ dùng

MGE6100FC – nhỏ gọn cho thiết bị phân tích

MGX690FC – giao tiếp EtherCAT cho hệ thống tự động

MGX695FC – màn hình cảm ứng, đáp ứng nhanh

MGJX680FC – chống tắc, chịu áp 3 MPa

MGJX690FC – PID tích hợp, độ chính xác ±0,5% F.S

Bảng chọn nhanh MFC

Lưu ý lắp đặt và vận hành

Câu hỏi thường gặp

Khi nào dùng MFC thay vì lưu lượng kế cộng van tay?

MFC có điều khiển được áp suất buồng chân không không?

Dùng MFC cho khí bẩn hoặc có hơi ẩm được không?

Có thể kết nối MFC với PLC qua mạng công nghiệp không?

Kết luận

Sản phẩm AP EURO liên quan

Liên Hệ Ngay