Quin és el rang “utilitzable” d’un regulador de cabal màssic? És el mateix «rang útil» que «relació de reducció»?

 

Abans de respondre aquestes preguntes, ens assegurarem que tots coneixem els conceptes bàsics, com què és un controlador de cabal màssic (MFC) i on s’utilitza.

Els controladors de cabal màssic combinen un sensor de cabal, una vàlvula de control i un sistema electrònic de control integrat en un paquet integrat relativament petit capaç de mesurar i controlar automàticament el cabal d‟un fluid determinat fins al cabal especificat per l‟usuari (veure vídeo sobre la teoria de funcionament). Els controladors de cabal de gas s’utilitzen en diverses indústries i aplicacions, com ara la fabricació de xips semiconductors, la investigació de processos químics, el recobriment de vidre i metall, la fabricació de cèl·lules solars i fibra òptica, el processament d’aliments i els processos biotecnològics.

Què entenem per gamma útil ia qui li hauria d’importar?

Permeteu-me començar amb una analogia. Si es vol comprar un cotxe i el venedor indica que té una velocitat màxima de 250 milles/hora (402 quilòmetres/hora), quina és l’autonomia útil d’aquesta capacitat? Podeu dependre de si estem conduint per l’autopista o per una ciutat. Però tots estem dacord que tenir la capacitat danar tan ràpid i poder aprofitarla són coses molt diferents. És possible que els conductors la ciutat mai arribin a circular a més de 80 km/h, per la qual cosa tota la gamma de 80 a 402 km/h no seria utilitzable, i tenir aquesta capacitat no aporta cap avantatge real. De la mateixa manera, tenir un regulador de cabal màssic amb una àmplia reducció pot semblar molt bé, però realment es pot aprofitar aquesta capacitat? La resposta és que depèn de laplicació específica. Les necessitats d‟una aplicació de recerca de processos químics són molt diferents de les d‟una aplicació d‟aliments i begudes o d‟una aplicació de deposició de pel·lícules fines.

Tornem als controladors de flux de gas i als elements que influeixen en el rang utilitzable. Quan diem rang utilitzable, ens referim al rang que va des del cabal màxim mesurable del dispositiu, també conegut com a rang d’escala completa del dispositiu fins al mínim que proporciona bons resultats significatius per al procés. El mínim sol estar limitat per la capacitat del sensor de cabal per proporcionar un senyal net, estable i precís, o per la capacitat de la vàlvula de control per mantenir un control estable del cabal tant a cabals alts com baixos.

La taula següent mostra algunes especificacions de precisió dels controladors de cabal màssic típics, així com un cabalímetre d’àrea variable com a comparació. La taula mostra diversos punts a tot el rang disponible del dispositiu i destaca les àrees en què el dispositiu pot no ser utilitzable en algunes aplicacions.

Quan l’error del dispositiu a un cabal determinat és igual o superior al 100% del cabal, se sol dir que el dispositiu és inutilitzable en aquest interval. En el cas del cabalímetre dàrea variable, quan la reducció és superior a 10:1, lerror en % del cabal supera el 100% del cabal. Aquesta zona apareix ressaltada en vermell. El mateix passa amb les altres columnes que representen les especificacions de precisió típiques dels reguladors de cabal de gas. Depenent de l’especificació de precisió, el rang utilitzable pot arribar a 250:1, com és el cas dels controladors de cabal màssic de la sèrie SLA5800 de Brooks Instrument.

La vàlvula de control marca la diferència

La següent consideració que cal tenir en compte és la capacitat de la vàlvula per mantenir un control estable amb cabals baixos i grans reduccions. El dispositiu només pot controlar fins al cabal de fugida màxim més enllà de la vàlvula. Com que es tracta de vàlvules de control, NO de vàlvules de tancament, la capacitat de la vàlvula per controlar cabals molt baixos depèn que la vàlvula sigui gairebé tan bona com una vàlvula de tancament. Això depèn del tipus de vàlvula de control, el material del seient de la vàlvula, el rang d’escala completa del dispositiu i com es configura el dispositiu per a la resposta dinàmica. Si teniu un dispositiu de 100 sccm (un bon cabal a escala completa) amb una reducció de 1000:1, aquesta vàlvula necessita “tancar-se” a menys de 0,1 sccm. Si teniu una vàlvula amb un ampli rang de control, seient d’elastòmer i un temps de resposta raonable (relativament lent), aquest tipus de “tancament” / reducció és possible. Però en aplicacions més exigents en què el seient de la vàlvula és de metall o PTFE, o la pressió de la línia és alta (rang de control de la vàlvula reduït), o la resposta dinàmica està ajustada per ser dacció ràpida, la capacitat daquesta vàlvula de control per “tancar” es veurà compromesa. Encara que el full d’especificacions d’un dispositiu pugui afirmar que té una àmplia reducció, assegureu-vos de comprendre les limitacions pràctiques d’aquesta vàlvula i la capacitat per “tancar-se”.

Per què és important el “abast útil

Aleshores, A qui importa l’abast útil i per què? A la majoria dels usuaris de dispositius de mesurament i control de cabal els importa la reducció i, el que és més important, el rang utilitzable. En alguns casos, l’usuari pot reduir el nombre de controladors de cabal màssic necessaris en un sistema, o els recanvis necessaris a l’inventari, aprofitant un ampli rang utilitzable.

A les aplicacions de deposició de pel·lícules fines (semiconductors, cèl·lules solars, fibra òptica, recobriment de metalls i vidre), hi pot haver múltiples passos en el procés, alguns amb cabals alts i altres amb cabals baixos. Disposar d’un dispositiu amb una àmplia gamma utilitzable podria reduir el nombre de controladors de cabal de gas necessaris al sistema per cobrir tota la gamma de cabals requerits. En aquestes aplicacions se sol determinar el punt de consigna que proporciona els resultats desitjats i confia en la repetibilitat del dispositiu per obtenir el resultat desitjat.

A les aplicacions de recerca química i petroquímica, com més ampli sigui el rang utilitzable, més flexibilitat obtindran els usuaris del dispositiu. No obstant això, en aquestes aplicacions se sol fer un balanç de masses de totes les entrades i sortides de productes i residus, per la qual cosa la precisió tendeix a ser molt important. Amb el desig duna alta precisió, el rang utilitzable pot ser limitat.

Per a aplicacions biotecnològiques, alguns processos requereixen cabals d’oxigen extremadament baixos durant l’arrencada, però aquests cabals augmenten ràpidament. De manera similar a l’aplicació de pel·lícula fina descrita anteriorment, l’usuari pot reduir el nombre de controladors de flux màssic necessaris a la línia d’oxigen si la MFC és capaç d’oferir bons resultats consistents amb una baixa relació senyal/soroll i temps de resposta raonables.

En resum, l‟abast utilitzable de qualsevol instrument depèn dels límits pràctics de l‟instrument, així com dels requisits de l‟aplicació. Com més estrictes siguin els requisits de precisió, més limitat serà labast utilitzable. Assegureu-vos de comprendre els requisits de laplicació, així com els límits pràctics reals dels dispositius que es consideren en les condicions de funcionament reals.

Poseu-vos en contacte amb Gometrics per obtenir més informació sobre el nostre paquet SLA Biotech amb tancament de vàlvula millorat, àmplia reducció, materials millorats, certificacions i aprovacions. O no dubteu a preguntar als experts de Gometrics si necessita assistència en qualsevol aplicació de mesurament i control de cabal o pressió.

 

Font principal:
Bloc Brooks instrument