SEMI F101-1105气体分配系统中压力调节器性能测定的试验方法中文版

SEMIF101-1105

气体分配系统中压力调节器性能测定的试验方法

1.目的

1.1本文件的目的是确定一种用于测试正在考虑安装到气体系统

中的压力调节器的方法。应用这种测试方法，预计将产生可比较的数

据，监管机构之间的测试资格的目的。

1.2本文件建立了一种量化调节器性能特征的测试方法。

2.范围

2.1本试验方法适用于压力调节器。测量这些特性的测试程序将

按照下面给出的顺序依次执行。本文件指定的测试方法将允许调整器

制造商或用户确定以下特性的调整器性能：

・粒子数

•泄漏

•蟠变/锁定

•供应压力的影响

•分辨率

•压力与流量曲线、滞回曲线和工作滞回值

•可重复性

•设定压力稳定

•阶跃函数瞬态响应

•共振

•流量系数

•超压

•耐力

2.2本测试方法为制造商和用户之间的沟通提供了一个共同的基

础。

3.局限性

3.1由于在所有可能的操作条件组合下评价性能是不现实的，因

此本试验方法应在实验室条件下进行。其目的是收集足够的数据，以

形成对正在测试的调节器的现场性能的判断。

4.参考标准和文件

4.1半标准和安全指南

SEMIFl.高纯度气体管道系统和部件的泄漏完整性规范.

SEMIF32-高纯度关闭阀流量系数测定的试验方法。

4.2CGA标准

CGAE4-气体压力调节器标准

4.3.半导体制造技术联盟文件

SEMASPEC93021510ASTD-气体分配系统中调节器颗粒贡献测定

的试验方法。

5.术语

图1典型的压力调节器流量曲线

Outlet

Pressure

Shutoff

―►1min

Time-

图2锁定和缓变压力

5.1缩略语和词顶词

5.1.1cda-清洁干燥空气

5.1.2DUT-被测器件

5.1.3kpi-1000牛顿每平方米

5.1.4MIRP-最大进口额定压力(由制造商指定)

5.1.5MORP.最大出口额定压力(由制造商指定)

5.1.6psi・磅/平方英寸

5.1.7psia-绝对磅/平方英寸

5.1.8psid-磅/平方英寸差

5.1.9psig■磅/平方英寸

5.1.10Seem-标准立方厘米/分钟(101.3kPa,0.0℃[14.73psia,

320F°])

5.1.11Sefm-标准立方英尺/分钟(101.3kPa,0.0℃[14.73psia,

320F°])

5.1.12Slpm-标准升/分钟(101.3kPa,0.0℃[14.73psia,32F°])

5.1.13SPE-供应压力的效果

5.2定义

521creep..调整器的阀座作用的测量。

5.2.1.1讨论一缓变是下游流量关闭后，由于阀座内部泄漏引起的

压力持续上升，一段时间内的缓变是在此期间出口压力高于锁紧压力

的增加，如图2所示。典型的缓变是指在锁定压力以上1小时后测量

的最小压力。

5.2.2droop-两股流体之间的压降（如图1所示）。

5.2.3flowcoefficient,CV■在流体处理系统中，通过孔或阀门或其

他部件的流量。

5.2.3.1讨论-当某一部件处于全开位置时，通常会出现该部件的

最大Cv值。一般来说，如果一个调节阀处于全开状态，那么它就不

是一个调节阀，而是一个阀门。在调整调节阀的通径时，必须注意只

使用流量系数。建议将流量曲线用作调整器大小的主要来源。

5.2.4差值■流量从规定的最小值增加到规定的最大值时的读数之

间的压力差，流量减小到规定的最小值时的压力差。

524.1讨论一滞回值是给定流量下增加和减少流量曲线观察到

的最大差异，如图1所示。

5.2.5lockup-流量关闭后，出口压力高于设定压力的情况。

5.2.5.1讨论锁定典型情况为关断后1分钟测得的高于设定压力

的压力升高，如图2所示。

526最大额定流量■制造商规定的推荐流量。

5.2.6.1讨论-此值通常在调节器的控制范围内（见图l）o

5.2.7重复性-调整器在流量终止和重新启动后返回相同压力的能

力。

5.2.8分辨率•在无流量条件下调节调节螺钉时出口压力的变化。

5.2.9共振•内部调节器振荡确定为一个脉动出口压力，或一个可

听到的噪音明显高于典型的调节器声级。

5.2.10设定压力-根据用户设定的给定流量所需的压力水平。

5.2.11设定压敏度.可在调节器上反复设定的最小压力增量。

5.2.12设定压力稳定性-在稳态条件下，在调节器的控制范围内发

生的出口压力变化。参见图3。

5.2.13在两种不同流量快速切换时，阶跃函数瞬态响应-出口压力

随时间的变化。

.5.2.14供应压力效应(SPE).入口压力变化对调节器出口压力的影

响。

5.2.14.1讨论■通常情况下，供应压力效应报告为出口压力每

lOOpsi进口压力的变化。

5.2.15涓流■少量的气体流量，用于设置测试调节阀出口压力(约。

200seem)

6试验装置及条件

6.1测试条件

6.1.1试验压力逐渐增加，直至调节阀的最大进口额定压力

(MIRP)o

6.1.2试验应在室温18c(64F°)至26c(78F°)之间进行。在此范

围内的环境温度波动预计不会对测试结果产生任何可测量的影响。

6.1.3检验气体-氮或CDA,用0.05微米的额定孔径过滤器过滤，

最小。

6.1.4除程序中另有规定外，所有流量设置应在规定值的±5%以

内。

6.1.5在标准条件下，应补偿所有的压力和温度。

6.1.6数据采集必须能够以50毫秒或更快的速度采样和记录压力

(P)和时间⑴。

6.1.7压力测量装置的准确度应达到读数的2%或更高。

6.2测试设置

N2

或

Cda

图4测试设置，标准功能测试

6.2.1对于本文档指定的每个标准功能测试，使用图4所示的示

意图来组装测试设备。对于次大气试验和阶跃函数瞬态响应试验，请

使用相应部分中指定的试验装置。

6.2.2设置的标准试验应由（串联）几个部分组成:电源调节阀、电源

关闭阀VI（推荐）、压力监测装置、试验调节阀、压力监测装置、关闭

（或节流）阀V2、流量控制器（或流量测量装置）。注:所有的流量都应该

补偿进入标准状态的压力。

6.2.3对于％英寸（或更小）的部件，被测设备的出口（DUT）和下游隔

离阀的进口（阀门术语随测试设置的不同而不同）之间的总容积（包括

仪表和配件）应小于25cco对于大于4英寸的构件，其等效最大容积

可以通过构件的横截面积乘以25cc的体积，再除以14英寸的横截面

积来确定。

6.2.4公式如下:下游容积二（25cc/横截面积14英寸）x组件尺寸的

横截面积。

6.2.4.1英寸部件示例:下游流量=25cc/（0.25英寸产x（0.5英寸）2

625供应调节阀必须能够维持远远超过测试调节阀要求的流量。

6.2.6试验调节阀的进口和出口压力由安装在试件上游和下游的

压力装置测量。压力测量装置的准确度应达到读数的2%或更高。流

量测量装置应为满量程的±2%,从满量程流量的5%到100%。

7.粒子数

7.1根据SEMASPEC93021510A-STD对DUT进行粒子计数测试。

8.泄漏试验

8.1根据SEMIFl对被测件进行泄漏试验，除非省略了内联阀座试

验。

9锁定/蠕变试验

9.1将DUT组装到测试仪器中，如图4所示。

9.2在200sccm流量下，将入口测试压力设置为100psig(±lpsig)

或791kPa(±6.8kPa)。

9.3在流动200seem时，将试验稳压器的出口压力设置为30

psig(±lpsig)或308kPa(±6.8kPa)或50%MORP(以较大的值为准)。

9.4减少流量至零，开始计时。

9.5记录1分钟和1小时的出口压力。1分钟高于设定压力的记

录值为锁定，1小时高于锁定压力的记录值为蠕变

9.6在入口压力为2000psig或13891kPa或MIRP的情况下，重

复9.2至9.5。

10供应压力效应试验

10.1如图4所示，将DUT组装到测试仪器中。

10.2施加入口压力PI为2000psig或13891kPa或MIRP,两者以

较低者为准。

10.3施加入口压力PI为2000psig或13891kPa或MIRP,两者以

较低者为准。

10.4缓慢降低人口压力Pio

10.5记录入口和出口压力的变化。供应压力效应(SPE)定义为出口

压力的变化除以进口压力的变化。

11分辨率测试

11.1如图4所示，将DUT组装到测试仪器中。

11.2将2000psig或13891kPa入口压力或MIRP（以两者中较低者

为准）应用于处于关闭位置的调节阀入口。

11.3缓慢调整手轮（手动调节器）或阀盖压力（阀盖负载调节器），

直到观察到一个小的出口压力（＜5psig或136kPa）o

11.4对于手动调压器，以转数增量调整调整手柄，并记录出口压

力。对于穹顶负荷调节器，以10%的增量调整穹顶压力并记录出口压

力。记录每一个（P2压力升高）。

11.5重复11.4直到获得MORPo分辨率是11.4中记录的每一出

口压力增量的平均值

12流量曲线、滞回曲线、运行滞回值试验

12.1额定功率大于500psig或3549kPaMIIRP的稳压器的测试程

序。

12.1.2当DUT关闭时,将进气测试压力设置为2000±50psig

或13891±3401^2或乂旧「，两者以较低者为准。

12.1.3在不流动时,将DUT的出口压力设置为MORP的75%。记

录压力（P2）。

将计量阀打开至初始流量

12.1.4500sccmo

12.1.5记录下游压力（P2）。

12.1.6重复12.1.5随着MRF的10%的增量逐渐增加，直到达到

MRFo注5:如果需要，还可以对MRF以外的流量进行额外的测试。

12.1.7通过调节阀V2,以MRF的10%为增量，逐渐减少从MRF

到最终流量500sccm的流量。每一步变化后记录出口压力(P2)。将结

果记录为DUT的滞后数据。

12.L8绘制得到的流动曲线

12.1.9重复〃12,1.2至12.1.8,最大流量为5slpm%

12.1.10重复12.L2至I」22.L9,入口压力设置为500±50psig或

3549±3401^3或乂旧「，两者以较低者为准。

12.1.11绘制以下参数的出口压力与流量曲线:

NO入口出口流量范围

psig或kpapsig或kpaslpm

12000-1389175%0.5-MRF

22000-1389175%0.5-5

3500-354975%0.5-MRF

4500-354975%0.5-5

12.2额定等于或小于500psig或3549kPaMIRP的稳压器的测试

程序

12.2.1额定等于或小于500psig或3549kPaMIRP的稳压器的测

试程序

12.2.2当DUT关闭时，将入口测试压力设置为100±1psig或791

kPa±6.8kPa或MIRP,以较小的值为准。

12.2.3在无流量时，将试验调节器的出口压力设置为MORP的

75%o

12.2.4将计量阀打开至初始流量500sccmo

12.2.5记录下游压力(P2)。

12.2.6重复12.2.5随着MRF的10%的增量逐渐增加,直到达到

MRFo

12.2.7重复12.2.5随着MRF的10%的增量逐渐增加,直到达到

MRFo

12.2.8绘制得到的流动曲线。

重复至最大流量为

12.2.912.2.212.2.8,5slpmo

12.2.10重复12.2.2至IJ12.2.9,在入口压力为30和15psig或308

和2051^或乂呼时，以较低的为准。

12211绘制以下参数的出口压力与流量曲线

NO入口出口流量范围

psig或kpapsig或kpaslpm

1100/79175%0.5-MRF

2100/79175%0.5-5

330/30875%0.5-MRF

430/30875%0.5-5

515/20575%0.5-MRF

615/20575%0.5-5

12.3大气下运行稳压器的试验程序

12.3大气下运行稳压器的试验程序

图5Sub-Atmospheric测试设置

12.3.3当DUT关闭时，将入口测试压力设置为2±0.1psig或115

±0.68kPao关闭计量阀VI。

12.3.4在无流量时，将DUT的出口压力设置为400torr绝对压力。

12.3.5打开计量阀VI至初始流量500sccmo

12.3.6记录来自下游测压装置(P2)的压力。

12.3.7重复12.3.6随着MRF的10%的增量逐渐增加,直到达到

MRFo

12.3.8通过调节阀V2,以MRF的10%为增量，逐渐减少从MRF

到最终流量500sccm的流量。每一步变化后记录出口压力(P2)。将结

果记录为DUT的滞后数据

12.3.9绘制以卜参数的出口压力与流量曲线:

NO入口出口流量范围

psig或kpatorrslpm

12/1154000.5-MRF

13重复性测试

13.1测试程序

13.1.1如图4所示,将DUT组装到测试仪器中。

13.1.2将供应压力设置为50psig(+1psig)或446kPa(±6.8kPa)或

10%MIRP(以较大值为准),DUT关闭。

13.1.3将供应压力设置为50psig(+1psig)或446kPa(±6.8kPa)或

10%MIRP(以较大值为准),DUT关闭。

13.1.4打开阀门V2,通过调节阀建立10slpm的流量,并记录出

口压力(P2)。

13.1.5关闭VI阀门10秒，然后重新打开VI阀门。记录每次流

量时的压力读数。

13.1.6重复13.1.5(4)次。

13.1.7从13.1.6的最高读数中减去最低读数，以确定被测出口压

力的范围。

13.1.8重复13.1.1至13.1.7在入口压力为1000和2000psig或

6996和13891kPa或50%和100%MIRP的情况下，以较少者为准。

13.2可重复性是为每个入口压力设置计算的中间范围的平均值。

可重复性=([Range@Pl=100%MIRP]+[range@pl=500%mirp]+

[[range@pl=1000%mirpi]/3

14集压稳定性试验

14.1测试程序

14.1.1将DUT组装到如图4所示的测试仪器中。

14.1.2将供应压力设置为50psig(±lpsig)或446kPa(±6.8kPa)或

10%MIRP(以较大值为准),DUT关闭。

14.1.3将DUT的出口压力设置为10psig(±lpsig)170kpa(±6.8kPa)

或10%MORP(以较大值为准)，同时关闭出口阀V2。

14.1.4打开阀门V2并设置流量为500seemo

14.1.5记录出口压力5分钟。

14.1.6记录这段时间内观测到的最高和最低气压。通过将最大出

口压力变化值除以2来计算该入口压力的中间压力稳定值。

14.1.7重复14.1.3至14.1.6,供应压力为2000±1psig或13891+6.8

kPa或MIRP,两者以较低者为准。

14.1.8设定值稳定性是计算出的两个中间值的平均值。

设定值稳定性=(SS@10%MIRP+SS@MIRP)/2

15功能瞬态响应测试

15.1应用程序

15.1.1本测试程序仅适用于额定等于或小于250psig或1825kPa

MIRP的稳压器。

Pt5

压力

图6典型阶跃函数瞬态响应

15.2定义

1521瞬态下降■压力的下降与流量的突然增加有关。Droop=与

图6相关的Ptl-Pi2o

15.2.2瞬态超调一一流量突然增加后的最低压力和流量突然增加

后的最高压力之间的差异。例如，如果流量从0seem循环至500seem,

超调就是流量增加到500seem后立即出现的最低压力和流量增加到

500seem后立即出现的最高压力之间的差值。Overshoot二图6中的

Pt3-Pt2o

15.2.3瞬态蠕变■有流动和无流动时的稳态压力差。蠕变=图6中

Pt5-P14o

15.3设置

1531原理图如图7所示。

15.3.1.1设置的试验装置应包括（串联）:供应调节阀、压力监测装

置、试验调节阀、压力监测装置、关断（或节流）阀、流量控制器（或流

量测量装置）、下游关断阀

图7测试设置，阶跃函数瞬态响应

15.3.2体积限制

15.3.2.1对于4英寸（或更小）的部件，调节阀低压侧与阀门V2（包

括仪表、传感器、连接件等）之间的下游总容积应小于25cco对于大

于14英寸的部件，下游的体积可以通过将部件的横截面积乘以25cc

的体积，再除以4英寸的横截面积来确定。

15.4测试程序

15.4.1将DUT组装到测试仪器中，如图7所示。

15.4.2将进口压力设置为75psia或517kPa。

15.4.3在流量为500seem（N2）时，将测试调整器压力设置为45

psia或310kPa。

15.4.4在时间=0秒时，关闭阀VI和阀V2o将流量控制器F设置

为0seem。

15.4.5从时间=28・29秒开始，取P2输出的平均值来确定Ptlo

15.4.6在时间=29秒时打开阀门VI和V2o

15.4.7在时间二30秒时，将流量控制器F设置为500seem。

15.4.7在时间=30秒时，将流量控制器F设置为500seem。

Pt2开启流量后的最小压力。

Pt3■开启流量后的最大压力。

P14——平均时间压力=39-40秒。

15.4.9在时间二40秒时，关闭阀门VI和V2,将流量控制器F设

定值降低到0seem

15.4.10从时间二64-65秒开始，求P2输出的平均值来确定Pt5o

15.4.11重复试验15.4.3,,流量设置为50seem(N2)。

15.4.12将结果绘制在曲线上，如图6所示。

16共振测试

16.1测试程序

16.1.1如图4所示，将DUT组装到测试仪器中。

16.1.2将供应压力设置为2000psig或13891kPa或MIRP,两者

以较低者为准。

16.1.3开启阀门Vlo

16.1.4将试验调节阀的出口压力设置为MORP的75%。

16.1.5缓慢开启阀门V2至100%MRF,同时监测出口压力表。共

振是指出口压力的波动，或一个可听到的噪音大于典型的调节器声

级。记录发生共振时的流速。

16.1.6尝试通过快速开启和关闭阀V2诱导共振。监测出口压力

的波动。

16.1.7重复16.1.3至16.1.6步骤，以40%的MORPo

16.1.8如果观察到出口压力波动，或听到可听到的噪音(调节器流

动时高于环境噪音)，则调节器的谐振值为正，否则为负。

17流动系数(C)试验

17.1测试程序

17.1.1如图4所示，将DUT组装到测试仪器中。

17.1.2开启调整器至全开位置。在此位置，调节阀被锁定开启，

不能调节压力注13:此设置不是MRF;这是全开的位置，控制旋钮在最

大的旋转。例如，入口压力设置应小于MORP,以确保全开位置。

17.1.3使用DUT作为SEMIF32测试方法中指定的阀门测试单元,

确定每个SEMIF32的流量系数。

18超压试验

18.1验证试验

18.1.1根据CGAE-47.3.1进行验证试验。

18.2爆破试验

18.2.1按照CGAE-4进行爆破试验7.3.2o

18.3安全测试

18.3.1按照CGAE-47.3.3进行安全试验。

19耐力测试

19.1循环耐久性试验

19.1.1按照CGAE-4-19947.4进行循环耐力测试，但以下情况除

外：

•17.4.2:对循环寿命的要求(按第4.6条)被取消。

・7.46删除;泄漏测试是按照制造商的推荐做法进行的。

19.2流动耐久性试验程序

19.2.1参见图8。

19.3应用程序

19.3.1流动耐久试验与循环耐久试验的区别主要在于入口压力变

化和流量变化。流量耐久测试的目的是演示低流量调节器在进口和出

口压力保持相对恒定的情况下进行大量流量循环的能力。本测试程序

仅适用于额定等于或小于100psig或791kPa(±6.8kPa)MIRP的稳压

器。

19.3.1.1在循环测试前，根据生产规范组装和功能测试每个单元。

记录结果。

图8测试设置，流动耐力

表1流动耐久性试验参数

监管机构