Vincent Hengeveld
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Stabile und reproduzierbare Durchflüsse sind die Basis eines erfolgreichen Produktionsprozesses. Dieser Gasdurchfluss ist messbar und kontrollierbar mittels eines thermischen Massendurchflussreglers. Als Produktmanager bei Bronkhorst High-Tech sehe ich immer wieder, wie unterschiedliche äußere Faktoren die Messgenauigkeit und die Stabilität der Regelung durch die Massendurchflussregler beeinflussen können (MFCs).

wichtige Einflussgrößen sind:

  • Temperaturschwankungen
  • Schwankungen im Leitungsdruck

Diese Schwankungen können entstehen aufgrund eines stetig sinkenden Druckes in einer Gasversorgung (Druckgasflasche) oder aufgrund gegenseitiger Beeinflussung mehrerer Durchflussregler oder anderer Stellglieder in einem System. Um diese Einflüsse zu kompensieren hat Bronkhorst den neuen EL-FLOW Prestige PI (PI = Pressure Insensitive) entwickelt.

Cross-Talk bei Massendurchflussreglern

Was ist Cross-Talk? Unter Crosstalk versteht man die gegenseitige Beeinflussung (Interferenz) von Instumenten. Solche Interferenzen entstehen typischerweise, wenn z.B. mehrere Durchflussregler nahe beieinander in derselben Leitung positioniert oder auf derselben Schiene installiert sind. Der Leitungsdruck in so einem Set-up wird von den verschiedenen Komponenten wie Durchflussmessern und Durchflussreglern beeinflusst. Wird der Sollwert eines Massendurchflussreglers geändert, so ändert sich auch der Fließdruck, weil nun entweder mehr oder weniger Gas fließt. Da Durchflussmesser und – regler auf einen bestimmten Druck kalibriert sind, weicht der reale Durchfluss vom angezeigten ein wenig ab. Je nachdem, wie groß die Druckschwankung ausfällt, können auch die Abweichungen beliebig groß ausfallen.

Statische und dynamische Druckkompensation

Unter Statischer Druckkompensation verstehen wir eine Kompensationsmethode für langsame Änderungen im Druck, z.B. dem langsam abfallenden Druck einer Druckgasflasche. Wir kombinieren eine Druckmessung mit einem Konversionsalgorithmus on-board direkt im Massendurchflussregler. Das ermöglicht eine Echtzeitberechnung der tatsächlichen Fluideigenschaften. Bei der thermischen Massendurchflussmessung bzw. -regelung werden Dichte, Viskosität, Wärmeleitung und Wärmekapazität zur Kalkulation des Massenstromes genutzt. Diese Eigenschaften verändern sich unter dem Einfluss von Druck und Temperatur. Die Berücksichtigung der tatsächlichen Temperaturen und Drücke führen zu einer noch akkurateren Messung des Durchflusses und einer stabileren Regelung.

Unter Dynamischer Druckkompensation verstehen wir eine Kompensationsmethode für schnelle Änderungen im Druck. Diese Druckänderungen treten z.B. auf, wenn ein Durchflussregler mit höherem Durchfluss auf derselben Versorgungsleitung seinen Sollwert ändert. Dies erzeugt starke Fluktuationen im Fließdruck. Dieser unerwünschte Effekt, auch bekannt als Cross-Talk, kann einen Prozess immens stören. Sobald der im EL-FLOW Prestige PI integrierte Drucksensor diese schnellen Druckänderungen erkennt, wird die Ventilregelung entsprechend justiert und der Durchfluss stabililisiert.

Dynamische Druckkompensation

Bild 1: Dynamische Kompensation, unempfindlich für Druckänderungen

Stabile Durchflussregelung mit integrierter Konversion

Der neue EL-FLOW Prestige PI kombiniert die bereits etablierte Temperaturkompensation mit einer neuartigen Druckkompensation. Darüberhinaus ermöglicht der integrierte Algorithmus den gemessenen Durchfluss in ein anderes Fluid oder auf andere Prozessbedingungen umzurechnen, die in der integrierten Datenbank hinterlegt sind (Multi-Fluid Multi-Range-Funktion: mit bis zu 25 Gasen und daraus erzeugbaren Gemischen). Die tatsächlich gemessene Temperatur und der reale Druck werden in diesem Konversionsmodell genutzt, um die unter Prozessbedingungen auftretenden Schwankungen zu kompensieren. Dies führt zu einer noch verlässlicheren Konversion und Stabilität in der Regelung.

Ihre Vorteile als Anwender:

  1. Optimierte und konstante Prozessbedingungen, aufgrund der verbesserter und akkurater Durchflussmessung und -regelung resultieren in deutlichen Verbesserungen der Prozessstabilität.

  2. Enfache Installation: es ist nicht mehr erforderlich, die genauen Prozessanforderungen, für die das Instrument gebaut wurde, exakt einzuhalten. Eine genaue Abstimmung des Prozessaufbaus entfällt damit.

  3. Verzicht auf Hilfskomponenten: Der zur Verfügung stehende Leitungsdruck ist für die Genauigkeit und Regelungsstabilität des Instruments weniger wichtig. Es kann auf zusätzliche Regelkomponenten verzichtet werden, die bisher z.B. die Druckstabilität gewährleistet haben. Dadurch lassen sich Kosten wie z.B. für einen Druckregler einsparen.

Setup druckkompensation

Bild 2: herkömmliches Setup mit Druckregler und Durchflussregler und der neue EL-FLOW Prestige PI

EL-FLOW Prestige PI