چگونه  یک  کنترل کننده جریان جرمی یا MFC انتخاب کنیم؟

این مقاله در خصوص چگونگی انتخاب، خرید و فروش MFC برای کاربران و فروشندگان می باشد که توسط شرکت energyproducts تدوین شده است.

چکیده

برای انتخاب یک کنترل کننده جریان جرم حرارتی (MFC) برای برنامه خود ، چهار ملاحظه اصلی برای ارزیابی وجود دارد.

1-محدوده جریان جرمی گاز

2- شرایط گاز مانند نوع گاز و دما، فشار

3- دقت مطلوب مورد نظر

4- ارتباطات

همچنین پنج ملاحظات اضافی نیز وجود دارد که عبارتند از:

1-پرداخت کاری های داخلی برای کاربردهای خلوص بالا و بسیار بالا

2- مواد مورد استفاده در مسیر جریان

3- محیط نصب مانند نصب در نزدیکی کوره ها

4- نحوه نصب مانند جریان عمودی بالا

5- قابلیت سرویس دهی

MFC یا همان کنترل کننده جریان جرمی برای اندازه گیری و کنترل جریان گاز در فرایندها استفاده می شود. بنابراین فروش MFC در کاربردهای آزمایشگاهی، پالایشگاهی، پتروشیمی، صنایع شیر و صنایع دیگری که کنترل جریان سیال برایشان مهم و بسیار مهم است امکان پذیر خواهد بود.

واحدهای اندازه گیری مورد استفاده برای MFC در فرایندهایی که جریان گاز کم است سانتیمتر مکعب استاندارد بر دقیقه (SCCM) می باشد. همچنین برای جریان گازی بالاتر نیز از لیتر استاندارد بر دقیقه ( SLPM) یا فوت مکعب استاندارد بر دقیقه (SCFM) استفاده می شود.

بسیاری از تولید کنندگان کنترل کننده جریان جرمی هایی (MFC)  را ساخته اند که می توانند جریان هایی از 200SCCM تا 30SLPM را اندازه گیری و کنترل نمایند. بنابراین برای فروش MFC یا خرید MFC بازه نسبتا وسیعی ای را در اختیار دارید.

اما نکته جالب این است که ابعاد MFCها برای این ابعاد وسیع یکسان است و تنها ساختار و عملکرد داخلی شان متفاوت خواهد بود.

میزان دقت MFC: 

دقت معمول در MFCها 1% دبی حداکثر یک MFC است. همچنین یک MFC معمولی می تواند بین 100% تا 2% حداکثر دبی جریانش را نشان بدهد به عبارتی اگر دبی جریان حداکثریک MFC 100 لیتر بر دقیقه باشد می تواند تا 2 لیتر بر دقیقه را نشان بدهد. اما خطای آ« یک لیتر بر دقیقه برای تمام بازه ها خواهد بود یعنی برای 100 لیتر بر دقیقه 1 لیتر بر دقیقه و برای 2 لیتر بر دقیقه نیز 1 لیتر بر دقیقه خطا دارد.

اما بعضی از MFCها خاص که برای شرکت های معتبری مانند Brooks و Bronkhorst هستند خطایشان 1% دبی جریان لحظه ای در بازه دبی 100% تا 30% حداکثر دبی جریان است. یعنی اگر دبی جریان 100 لیتر بر دقیقه باشد، 1 لیتر بر دقیقه خطا دارد و اگر دبی جریان 30 لیتر بر دقیقه باشد 3/0 لیتر بر دقیقه خطا دارد. در جریان های کمتر از 30% حداکثر دبی جریان خطا ها 1% دبی 30% خواهد بود. یعنی اگر دبی لحظه ای جریان 10 لیتر بر دقیقه باشد خطا همان 3/0 لیتر بر دقیقه ثابت می ماند.

دقت مورد نیاز برای اندازه گیری:

در مورد دقت جریان گاز، بسیاری از واکنش ها به دقیق ترین سیستم موجود احتیاج دارند. با این حال برخی از فرایندها دقیق نیستند و می توان از وسیله ای با دقت کمتر استفاده کرد.  بعضی اوقات میزان دقت به اندازه تکرارپذیری فرایند مهم نیست. بنابراین ابتدا برای فروش MFC یا خرید MFC باید تفاوت بین میزان دقت نشان داده شده و صحت عدد گزارش شده در هر بار تکرار آزمایش فرایند را درک کنید. 

  نوع گاز ورودی:

نوع گاز ورودی به MFC نیز مهم است. اگر فروشMFC یا خرید MFC مدنظرتان است حتما باید بدانید چه گازی از MFC عبور می کند.  آیا شما یکی از گازهای رایج و معمولی مانند هوا ، اکسیژن ، نیتروژن ، هلیوم ، هیدروژن ، آرگون ، CO یا CO2 را جریان می دهید؟ در این صورت می توان از یک مدل ساده از MFC استفاده کرد. اما اگر گاز ورودی به MFC بسیار خطرناک است ، ممکن است لازم باشد که از MFC متفاوتی استفاده نمائید. اگر گاز ورودی مستعد آلودگی باشد ، مانند واکنش با رطوبت ، فضای داخلی MFC ممکن است صیقل داده شود و اتصالات از اتصالات پیچ خورده یا فشرده شده به اتصالات از نوع خلوص بالاتر مانند VCR یا VCO که از مهر و موم های فلزی استفاده می کنند ، ساخته شود. اگر این روند با فشار مثبت انجام شود ، طراحی MFC به گونه ای است که می تواند آن فشار را تحمل کند. برخی از MFC ها محدود به فشار حداکثر 100 PSI یا 500 PSI هستند MFC های صنعتی معمولاً برای فشار 1500 PSI (100 BAR)  هستند و می توانند در برابر فشار 4500 PSI (300 BAR) که گاهی در تحقیقات کاتالیزور ، هیدروژنه کردن مواد غذایی یا داروها یا بسیاری از فرآیندهای پتروشیمی یافت می شود ، مقاومت کنند. از طرف دیگر ، اگر فرآیند شما تحت شرایط خلاء کار کند ، باید طراحی MFC را مطابق با آن تنظیم کرد. گازها در فشارهای بالای اتنسفر، از آنچه در زیر خلاء انجام می شود متفاوت رفتار می کنند و کالیبراسیون یک MFC برای سرویس خلاء یک فرایند دقیق است. 

دمای گاز ورودی:

در کالیبراسیون MFC و مشاوره برای فروش MFC دمای گازها باید در نظر گرفته می شود. معمولاً در صورت نیاز به درجه حرارت بالا ، گازها در دماهای نسبتاً معتدل اندازه گیری و کنترل می شوند. به دلیل فناوری اندازه گیری در داخل MFC ، محدودیت دما وجود دارد. این محدودیت به این دلیل است که در MFC ها از خواص حرارتی گاز برای تعیین جریان استفاده می کند.  بنابراین ، به طور معمول ، 140تا160 درجه فارنهایت ( 60 تا 70 درجه سانتیگراد) محدودیت کار برای گازهای موجود در MFC  است.

 ارتباطات:

برقراری ارتباط برق با MFC از چند طریق قابل انجام است. قدیمی ترین و اساسی ترین استفاده از سیگنال آنالوگ با ولتاژ 0-5 ولت است.  در صفر ولت جریان وجود ندارد و 5 ولت حداکثر جریان را نشان می دهد. برای تعیین اینکه حداکثر جریان برای MFC خاص شما چیست یا گاهی اوقات بر روی بدنه MFC چاپ می شود ، باید داده های کالیبراسیون را جستجو کنید. هر ولتاژ بین 0 و 5 ولت می تواند جریان متناسب را در جایی بین صفر و حداکثر جریان نشان دهد. سیگنال های 0-5 ولت سالها پیش بسیار محبوب بودند و امروزه هنوز به عنوان روشی اقتصادی برای برقراری ارتباط با MFC مورد استفاده قرار می گیرند. آگاه باشید ، سیگنال های 0-5 ولت در مسافت های طولانی به خوبی عمل نمی کنند. معمول است که آنها را تا حداکثر 3 تا 6 متر محدود کنید. یکی دیگر از سیگنال های ارتباطی آنالوگ که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد 4-20 میلی آمپر است. جریان 4 میلی آمپر در سیستم 24 ولت جریان صفر را نشان می دهد. هر چیزی کمتر از 4 میلی آمپر غیر طبیعی است و می تواند برای زنگ خطر استفاده شود. جریان 20 میلی آمپر جریان کامل را نشان می دهد و 12 میلی آمپر 50٪ است. هر جریان دیگری بین 4 و 20 میلی آمپر می تواند متناسب با دبی جریان جرمی گاز باشد. هر دو سیگنال جریان و ولتاژ هنوز به دلیل سادگی و اقتصادی در حال استفاده هستند. هنگامی که یک برد مدار دیجیتال برای MFC ساخته می شود ، شما در راه ارتباطات گزینه های زیادی دارید. پروتکل اساسی RS485 توسط بسیاری از نرم افزارهای شخص ثالث قابل استفاده است . DEVICENET ، PROFIBUS و FOUNDATION FIELDBUS سیستمهای ارتباطی بسیار قدرتمندی هستند که به کاربر اجازه می دهند نه تنها کنترل و خواندن جریان را انجام دهد ، بلکه بسیاری از زیرگروه های تشخیصی و زنگ خطر را همزمان با کنترل و خواندن جریان گاز انجام می دهد.

در قلب دقیق ترین MFC ها یک سنسور Hastelloy®  برای محافظت در برابر گازهای تهاجمی قرار دارد. همچنین  یک خصیصه دیگر به نام  MultiFlo™ وجود دارد که بر محدودیت های طولانی در MFC های حرارتی غلبه می کند. هنگامی که نوع گاز تغییر می کند،  یک فاکتور تصحیح ساده مانند نسبت ظرفیت های حرارتی بین گاز کالیبراسیون و گاز جدید ، نمی تواند دقت را نشان دهد زیرا چگالی و ویسکوزیته گازهای کالیبره شده و جدید نیز متفاوت است. بانک اطلاعاتی MultiFlo™   متعلق به شرکت Brooks بر پایه هزاران گاز طبیعی و اصلی ساخته شده است تا عملکردهای تصحیحی را برای اختلافهای حرارتی و هم فیزیکی گازها محاسبه نماید. بر همین اساس شرکت BROOKS سری GF را  ساخته است که در بین دقیق ترین و انعطاف پذیر ترین MFC / MFM های موجود امروز قرار می گیرد. فروش  MFC  سری GF برای مشتریانی  است که نیاز به تغییر نوع گاز دارند و به طور مکرر گاز ورودی را تغییر می دهند یا نیاز به عوض کردن بازه دبی جریان دارند در شرایطی که اندازه گیری گاز و دقت کنترل نیز باید حفظ شود.