Real-time druk- en temperatuurcompensatie voor het optimaliseren van flowregeling

Diverse externe factoren kunnen van invloed zijn op de meetnauwkeurigheid en de regelstabiliteit van massflowregelaars. Maar wat zijn de meest voorkomende uitdagingen bij druk- en temperatuurregeling? En hoe kunt u deze oplossen? Real-time druk- en temperatuurcompensatie kan het antwoord zijn. Als Gas Flow Technology Manager bij Bronkhorst weet ik dat efficiëntie en rendement in een proces een stabiele gasflow vereisen. Deze gasflow kan gemeten en geregeld worden door een thermische massflowregelaar.

In deze blog leg ik uit welke uitdagingen je kunt tegenkomen bij druk- en temperatuurregeling en deel ik enkele tips over hoe je je flowregeling kunt optimaliseren door gebruik te maken van real-time druk- en temperatuurcompensatie.

Uitdagingen bij temperatuur- en drukcompensatie

Bekende voorbeelden van externe factoren zijn:

Fluctuaties in temperatuur
Fluctuaties van ingangsdruk

Deze fluctuaties kunnen optreden als gevolg van teruglopende druk in een gasfles of als gevolg van crosstalk tussen meerdere flowregelaars. Hoe lost Bronkhorst deze problemen op en welke oplossingen bieden wij aan?

Crosstalk bij mass flow controllers

Wat is crosstalk? Crosstalk treedt meestal op wanneer meerdere massflowregelaars dicht bij elkaar in dezelfde lijn worden geplaatst of op dezelfde rail of frame worden geïnstalleerd. De druk voor een gasregelaar wordt beïnvloed door de flowvraag van de flowregelaar. Als het flow-instrument zijn setpoint verandert, heeft dit invloed op de lijndruk. Als gevolg van deze drukwijziging wordt de flowmeetsectie in een conventionele flowregelaar beïnvloed, wat wijst op een onjuiste debietmeting die niet de werkelijke flow door een MFC weergeeft.

Hoe kleiner de nominale flow van de flowregelaar, hoe groter het effect zal zijn van een setpoint wijziging van een grotere, parallel geïnstalleerde MFC.

Wat is het verschil tussen statische en dynamische drukcompensatie?

Statische drukcompensatie is de compensatie voor geleidelijke drukveranderingen, bijvoorbeeld de langzaam teruglopende druk van een gasfles. Door een druksensor te integreren met de massflowregelaarin combinatie met het on-board conversiealgoritme, kunnen real-time de daadwerkelijke floweigenschappen worden berekend. Voor semi-calorische metingen worden de dichtheid, viscositeit, thermische geleidbaarheid en warmtecapaciteit gebruikt in deze berekening. Onder invloed van druk en temperatuur veranderen deze waarden. De werkelijke temperatuur en druk worden gemeten en verwerkt, wat zorgt voor een nauwkeurige flowmeting en regelstabiliteit.

Dynamisch drukcompensatie, ongevoelig voor drukveranderingen

Dynamische drukcompensatie is de compensatie voor snelle drukveranderingen. Dit kan gebeuren wanneer een massflowregelaar met een hogere flow, op dezelfde lijn het setpoint verandert; een ongewenst effect dat ook wel 'crosstalk' wordt genoemd. Op het moment dat deze snelle drukveranderingen worden herkend door de druksensor, wordt de klepbesturing aangepast zodat de flow stabiel blijft.

Stabiele flowregeling met ingebouwde conversie

De opgeslagen gekalibreerde flow kan worden omgezet in een van de 100 ingebouwde gassen middels een ingebouwd conversie-algoritme (multi-fluid multi-range-functionaliteit). De daadwerkelijk gemeten temperatuur en druk worden gebruikt in het ingebouwde conversiemodel om fluctuaties in procesomstandigheden te compenseren. Dit leidt tot een meer betrouwbare en nauwkeurige conversie en een stabiele regeling.

Eenvoudigere setup met een massflowregelaar met ’pressure insensitive’

Druk- en temperatuur compensatie met EL-FLOW Prestige (pressure insensitive)

Voordelen bij gebruik van real-time druk- en temperatuurcompensatie

Ten eerste is, dankzij de verbeterde en nauwkeurige flowmeting en -regeling, een geoptimaliseerd en constanter proces mogelijk, wat zorgt voor een hoger rendement van het proces.
Ten tweede resulteert dit in meer installatiegemak, omdat het niet nodig is om de aangegeven ingangsdruk exact aan te leggen.
Tot slot, omdat de aangevoerde lijndruk minder belangrijk wordt voor de nauwkeurigheid en regelstabiliteit van het instrument, zijn minder nauwkeurige componenten of zelfs minder componenten in de toevoerleiding nodig. Hiermee bespaar je dus kosten op bijvoorbeeld een drukregelaar.