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0引言
    許多梯度薄膜制備的實(shí)驗(yàn)和工藝中都需要能靈活，精確控制的氣體流量。目前精確控制氣體流量的主流設(shè)備是MKS公司生產(chǎn)的247C/D Four-Channel Readout 和Mass Flow Controller(MFC)。此設(shè)備具有流量控制精度高并且控制穩(wěn)定的特點(diǎn)，不足之處是必須進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)控制流量。若使用此設(shè)備進(jìn)行流量自動(dòng)調(diào)節(jié)，還需購(gòu)買其配套控制界面產(chǎn)品。原有控制界面產(chǎn)品232INTRFACE已經(jīng)停產(chǎn)，新改進(jìn)的控制界面產(chǎn)品價(jià)格頗高。本文分析了247的工作原理，發(fā)現(xiàn)只需外加一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和I/O接口測(cè)試程序就可對(duì)其氣體流量自由控制，線路連接簡(jiǎn)單，花費(fèi)甚低。目前打印機(jī)一般都有USB接口，PC機(jī)并口處于閑置狀態(tài)，為充分利用資源，筆者采用并口數(shù)據(jù)地址口輸出數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的流量自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1  質(zhì)量流量計(jì)工作原理和工作曲線
1.1工作原理

    首先在247C面板設(shè)定目的流量值。247C根據(jù)目的流量值發(fā)出設(shè)定值信號(hào)到MFC，MFC比較氣體流量信號(hào)和設(shè)定值信號(hào)后產(chǎn)生一修正電壓，修正電壓經(jīng)MFC內(nèi)部運(yùn)算放大器多級(jí)反饋到設(shè)定值信號(hào)，使流量值信號(hào)和設(shè)定值信號(hào)維持平衡。調(diào)整后的流量值信號(hào)送到247C顯示面板進(jìn)行流量顯示。原理圖見(jiàn)左圖1。

1.2系統(tǒng)工作曲線

    在247C產(chǎn)品說(shuō)明書中可找到MFC接受247C發(fā)出的0～5V的設(shè)定值電壓信號(hào)。為得到設(shè)定值信號(hào)電壓和氣體流量之間的關(guān)系，用電壓表和可調(diào)直流電壓源進(jìn)行系統(tǒng)工作曲線的測(cè)量。曲線的測(cè)量環(huán)境是：維持MFC兩   端有一定氣壓差以確保有足夠的工作氣體進(jìn)行真實(shí)工作環(huán)境的模擬，工作氣體選擇N2 氣，所選MFC滿量程為100sccm。圖2是手動(dòng)設(shè)定調(diào)節(jié)和外路電壓設(shè)定調(diào)節(jié)時(shí)顯示面板（Monitor）和流量電壓值（Flowout）的關(guān)系，圖3是外路電壓
（Setinput）和247 C面板顯示（Monitor）之關(guān)系。      圖1.質(zhì)量流量計(jì)工作原理圖  從中可以看出各信號(hào)之間都是線性關(guān)系。

    手動(dòng)設(shè)置和利用外路電壓控制完全一致。其中
      Monitor＝Flowout…………….(1)      Setinput＝50Monitor……….....(2)

      圖2.顯示面板和流量電壓值關(guān)系           圖3.外路電壓和面板顯示之關(guān)系
    對(duì)于滿量程50sccm的MFC,5V對(duì)應(yīng)50sccm;滿量程20sccm的MFC,5V對(duì)應(yīng)20sccm ，并且都是線性關(guān)系。

2接口電路連接
2.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器件的選取
    實(shí)驗(yàn)要求氣體流量精確到0.1sccm,由（2）式可得設(shè)定值電壓的輸出電壓誤差必須≤ 2.5mv ，即數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出誤差必須≤ 2.5mv,對(duì)于最高輸出電壓為5v，十二        位電壓輸出，±1LSB線性誤差度的器件可以滿足要求。和PC機(jī)串口連接，要選用接受串行輸入的器件。和PC機(jī)并口連接，要選用接受并行輸入的器件。本電路選用接受十二位并行輸入，±1/2LSB線性誤差電壓信號(hào)輸出的AD667。

2.2接口連接方式
    具體接口管腳連接見(jiàn)圖4。微機(jī)并口數(shù)據(jù)位2~9位按順序依次連接到AD667的19~26數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位17，18接地以防干擾噪聲，27，28根據(jù)所需流量范圍固定接邏輯1或邏輯0。詳情見(jiàn)附表。圖4接法AD667輸出0~1.25V,流量在0～25sccm范圍可調(diào)。其中R為100歐姆的可調(diào)電阻，C1, C2分別為20pF和0.1uF的電容。

       圖4.接口與管腳連接圖                      圖5.并口信號(hào)發(fā)生器界面

3軟件控制
    控制軟件采用梁盛先生編制的并口開(kāi)發(fā)調(diào)試工具中的并口測(cè)試信號(hào)發(fā)生器。可以從http://liangs99.yeah.netxiazai 免費(fèi)下載，在Win9X,2000,XP都可以運(yùn)行。其操作界面如圖5所示。

  示例：控制氣體流量是7sccm,10sccm,13sccm,26sccm，通氣時(shí)間分別是2分鐘，3分鐘，4分鐘，5分鐘。

1.計(jì)算流量所需輸入數(shù)值
    按圖4接法，電壓輸出Setinput和數(shù)值之關(guān)系為
       Setinput / 5000 = date / 512……………………………………  .(3)
    再由（1）和（2）式可得 
       Flowout / 100 = date / 512………………………………………..(4)
    可得  7sccm 對(duì)應(yīng)date為36，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)為24（H）
         10sccm 對(duì)應(yīng)date為51，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)為33（H）
         13sccm 對(duì)應(yīng)date為67，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)為43（H）
         16sccm 對(duì)應(yīng)date為82，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)為52（H）

2.設(shè)定發(fā)送間隔時(shí)間
    2，3，4，5，6的最大約數(shù)為1，間隔時(shí)間設(shè)為1分鐘=60000毫秒。

3.在界面依次輸入24,24,33,33,33,43,43,43,43,52,52,52,52,52,如需循環(huán)輸出，則選中循環(huán)發(fā)送選框即可看到氣體流量按以上規(guī)律變化。

總論：本文首先論述了247C的對(duì)質(zhì)量流量計(jì)(MFC)的控制原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)看到外路電壓控制和手動(dòng)設(shè)置控制流量輸出一致，并得出設(shè)定信號(hào)、流量信號(hào)和面板顯示之間的函數(shù)關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上利用一數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD667和并口測(cè)試信號(hào)發(fā)生器來(lái)輸出設(shè)定信號(hào)到247C外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)了氣體流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制狀態(tài)良好。

    附表1.AD667JN的27，28邏輯位與流量調(diào)節(jié)范圍之關(guān)系：