Hvordan vælger du den rigtige mass flow controller?

ABSTRAKT

Der er fire hovedovervejelser, der skal vurderes for at specificere en termisk mass flow controller (MFC) til din applikation. Flowområde, gasforhold, ønsket nøjagtighed og kommunikation er alle vigtige begrænsninger. Der er yderligere fem overvejelser, herunder indvendig finish til applikationer med høj og ultra høj renhed, materialer, der anvendes i strømningsvejen, miljøet såsom installationer i nærheden af ovne eller en slags NEMA-klassificering, monteringsforhold såsom vertikalt flow up og servicevenlighed.

INTRODUKTION

MFC'er bruges til at måle og kontrollere strømmen af gasser i en proces. Den samlede flow-hastighed er en vigtig overvejelse. Nogle processer kræver meget små flow, normalt angivet i standard kubikcentimeter pr. minut (SCCM). Højere flow er typisk angivet i standard liter per minut (SLPM) eller standard kubikfod per minut (SCFM). Mange producenter fremstiller enheder i stand til at måle flow på 200 sccm op til 30 slpm. Den samme kropsstørrelse kan bruges til denne brede vifte af flows; dog er de interne komponenter ændret for at give et mere præcist flowområde. Typisk, når du vælger et maksimalt flow, er du i stand til at måle og styre en vis mængde derfra. At have en 10 til 1 turndown er almindeligt. At være i stand til at styre til en 50:1 eller endda 100:1 er tilgængelig fra nogle af de førende producenter. At indstille det maksimale flow til noget meget lille som 10 sccm eller endda 3 sccm og så være i stand til at måle og kontrollere fra det punkt ned til 2% er bemærkelsesværdigt, men er standard for nogle. Når først det ønskede flow er mere end 30 slpm (eller 1 scfm), ændres den fysiske størrelse af MFC-kroppen en smule. Dette tillader større flow, da der er større passager inde i enheden. Strømninger til 100 slpm eller 200 slpm er typiske i dette arrangement. Når flowet først bliver højere end det, springer kropsstørrelsen virkelig, og dette gør det muligt at kontrollere flows op til 2500 slpm eller måle 9000 slpm flows (uden en kontrolventil).

Gassen i sig selv er en vigtig overvejelse. Flyder du en af de simple, almindelige gasser som luft, oxygen, nitrogen, helium, brint, argon, CO eller CO2? Hvis det er tilfældet, kan et simpelt design af MFC'en bruges. Hvis din gas er meget farlig, kan du blive bedt om at behandle den anderledes. Hvis det er modtageligt for forurening, såsom at reagere med fugt, kan det indvendige af MFC'en poleres, og forbindelserne ændres fra skruede eller komprimerede fittings til forbindelser med højere renhedstype, såsom VCR eller VCO, som bruger metaltætninger og overvejes, når de er høje og komprimerede. gasser med ultra høj renhed bliver brugt. Hvis processen køres ved et positivt tryk, er designet af MFC'en sådan, at den kan indeholde dette tryk. Nogle MFC'er er begrænset til 100 psi eller 500 psi maksimale arbejdstryk. Industrielle MFC'er er normalt standard ved 1500 psi (100 bar) og kan fremstilles til at modstå 4500 psi (300 bar) tryk, som nogle gange findes i katalysatorforskning, hydrogenering af fødevarer eller lægemidler eller mange petrokemiske processer. På den anden side, hvis din proces fungerer under vakuum, skal MFC'ens design justeres i overensstemmelse hermed. Gasser opfører sig anderledes ved positivt tryk, end de gør under højvakuum, og kalibrering af en MFC til vakuumservice er en præcis proces. Gassernes temperaturer skal tages i betragtning. Normalt måles og kontrolleres gasserne ved relativt milde temperaturer og forhøjes efter MFC'en, hvis der kræves høje temperaturer i processen. Der er temperaturgrænser inde i en MFC på grund af måleteknologien, som udnytter gassens termiske egenskaber til at bestemme flowet. Så typisk er 60-71,1°C arbejdsgrænsen for gasser i MFC'er.

Når man bliver spurgt om nøjagtighed, kræver mange applikationer det mest nøjagtige system, der findes. Nogle processer er dog ikke præcise, og en mindre præcis enhed kan bruges. Nogle gange er nøjagtighed ikke så vigtig som repeterbarhed. Du skal først forstå forskellen mellem procent af fuldskala-nøjagtighedserklæringer og procent af ratenøjagtighedserklæringer. De betyder kun det samme, når enheden kører med 100 procent af dens nominelle kapacitet. Hvis du beder MFC'en om at styre gasstrømmen til et lavere sætpunkt, varierer mængden af fejl i forskellige MFC-designs. Ældre, analoge MFC'er har typisk nøjagtighedsangivelser såsom +/- 1 % af fuld skala. Dette betyder, at en 100 sccm MFC ville have en acceptabel fejl på 1 sccm ved ethvert flow. Hvis flowet skulle indstilles til 50 %, ville en 1 % FS-fejl faktisk være 2 % af denne hastighed. Hvis flowet var på 20%, ville den samme 1 sccm afvigelse nu være en 5% fejl. Enheder med fejlsætninger angivet i % fs er ikke så nøjagtige som dem, der er angivet i % rate. Lad os se på en enhed med en angivet nøjagtighed på +/- 1 % af hastigheden fra 100 % flow ned til 20 % flow og +/- 0,2 % af fuld skala under 20 % flow. Ved at bruge det samme eksempel, hvis 100 sccm MFC'en flyder med 50 %, ville den maksimale fejl være ½ sccm eller 1 % af hastigheden. Hvis flowet blev sat til 20 %, ville fejlen være 0,2 sccm eller 1 % af denne sats. Se venligst figur 1, som viser fejlbåndene for % full scale og % af rate.

Figur 1: Nøjagtighedssammenligning: % fuld scale vs. % rate.

At kommunikere elektrisk med en MFC kan gøres på flere måder. Det ældste og mest basale ville være at bruge et analogt signal på 0-5 volt DC. 0 volt angiver ingen flow og 5 volt angiver det maksimale flow. Du skal enten søge i kalibreringsdataene for at bestemme, hvad det maksimale flow er for netop din MFC, eller nogle gange er det trykt på MFC'ens krop. Enhver spænding mellem 0 og 5 volt ville indikere et proportionalt flow et sted mellem nul og det maksimale flow. 0-5 volt signaler var meget populære for år siden og bruges stadig i dag som en økonomisk måde at kommunikere med en MFC på. Vær opmærksom på, at 0-5 volt-signaler ikke passerer godt over lange afstande. Det er almindeligt at begrænse dem til 10 eller 20 fod maksimalt. Et andet analogt kommunikationssignal, der almindeligvis anvendes, er 4-20 milliampere. En strøm på 4 mA på et 24 volt system indikerer nul flow. Alt mindre end 4 mA ville være unormalt og kunne bruges til at alarmere. En strøm på 20 mA indikerer fuld flow, og 12 mA ville være 50%. Enhver anden strøm mellem 4 og 20 mA ville være proportional med flowet. Både strøm- og spændingssignaler er stadig i brug i dag for enkelhed og økonomi. Når først et digitalt printkort er indbygget i MFC'en, har du mange muligheder for kommunikation. Den grundlæggende RS485-protokol kan bruges af mange tredjepartssoftware. DeviceNet, ProfiBus og Foundation FieldBus er meget kraftfulde kommunikationssystemer, der giver brugeren mulighed for ikke kun at kontrollere og aflæse flowet, men at udføre mange diagnostiske og alarm-subrutiner hele tiden, mens de kontrollerer og aflæser gassens flow.

I hjertet af de mest nøjagtige MFC'er er en Hastelloy®-sensor til beskyttelse mod aggressive gasser. Du vil også finde en funktion kaldet MultiFlo™, som overvinder en langvarig begrænsning af mange termiske MFC'er - når du skifter gastype, kan en simpel korrektionsfaktor, såsom forholdet mellem varmekapaciteten mellem kalibreringsgassen og ny gas, ikke tage højde for nøjagtigheden -Robering viskositet og tæthed forskelle. Brooks MultiFlo™-databasen er bygget på tusindvis af native gaskørsler for at etablere korrektionsfunktioner, der tager højde for både termiske og fysiske forskelle mellem gasser, hvilket gør GF-serien blandt de mest nøjagtige og fleksible MFC'er/MFM'er, der er tilgængelige i dag. Denne type MFC er det perfekte valg for kunder, der bruger termiske mass flow controller eller termiske mass flow målere på en række forskellige gasser, som har behov for at skifte gastype ofte, eller som har brug for at ændre rækkevidde, samtidig med at gasmålings- og kontrolnøjagtigheden bevares.

Nogle eksempler:

• OEM'er vil reducere antallet af gas- og seriespecifikke MFC'er, som de lagerfører.
• Solenergi, bioteknologi, CVD, plasma, glas, webcoating, nanoteknologi, vakuumbehandling og lignende store brugere af mass flow målere og mass flow controllere vil i høj grad reducere deres gas- og rækkespecifikke reservedele.
• R&D, forskning og laboratoriebrugere kan hurtigt ændre eksperimentets betingelser og opnå meget bedre faktisk procesgasnøjagtighed sammenlignet med traditionelle mass flow controllere.
  MultiFlo™-programmering er enkel og hurtig – en ny gas og rækkevidde kan programmeres under 60 sekunder, plus enheden kan programmeres uden at tage den ud af drift eller afbryde enheden fra noget proces- eller værktøjskontrolsystem.

RESUMÉ

Sammenfattende kan en mass flow måler eller mass flow controller være en meget enkel enhed til at måle og kontrollere flowet af en gas, eller den kan bruges i de mest krævende applikationer; men kun hvis du behandler de fire hovedovervejelser beskrevet ovenfor (flowområde, gasforhold, ønsket nøjagtighed og kommunikation).

Links:

• Vores kategori med Mass Flow Controller / MFC
• Vores kategori med mass flow måler / meter
• Mass flow-instrumenter til biotech fra Brooks Instruments

Kontakt Linda eller Danni for at høre mere: