Bronkhorst

Druck- und Temperaturkompensation zur Optimierung der Durchflussregelung

16. März 2021 Vincent Hengeveld
Druck- und Temperaturkompensation

Verschiedene externe Faktoren können Einfluss auf die Messgenauigkeit und Regelstabilität von Massendurchflussreglern haben. Doch was sind die häufigsten Herausforderungen bei der Druckregelung und Temperaturregelung? Und wie können Sie diese beheben? Druck- und Temperaturkompensation in Echtzeit kann die Antwort sein. Als Gas Flow Technology Manager bei Bronkhorst weiß ich, dass Effizienz und Ergebnis in einem Prozess einen stabilen Gasfluss erfordern. Dieser Gasfluss kann mit einem thermischen Massendurchflussregler gemessen und geregelt werden.

In diesem Blog erläutere ich die Herausforderungen, die bei der Druckregelung und Temperaturregelung auftreten können, und gebe Ihnen einige Tipps, wie Sie Ihre Durchflussregelung durch den Einsatz von Druckregelung und Temperaturkompensation in Echtzeit optimieren können.
 

Herausforderungen in der Druck- und Temperaturkompensation

Beispiele von externen Faktoren sind z.B.:

  • 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 Cross-Talk versteht man die gegenseitige Beeinflussung (Interferenz) von Instrumenten. 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 Durchflussregler 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.
 

Was ist der Unterschied zwischen statischer und dynamischer 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. Massendurchflussregelung 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. 

Druckunempfindliche Kompensation
Dynamische Druckkompensation, unempfindlich gegenüber Druckschwankungen

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. 

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 100 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.

Druck- und Temperaturkompensation EL-FLOW Prestige
Einfacherer Aufbau mit einem Massendurchflussmesser, der "Druck-unempfindlich" ist

Druckunempfindliche Gasmassendurchflussregler

Benötigen Sie einen druckunempfindlichen Gasmassendurchflussregler für niedrige Durchflüsse? Bitte besuchen Sie unsere Gas-Produktseite und erfahren Sie mehr über den EL-FLOW Prestige Pressure Insensitive.
 

Unsere druckunempfindlichen Durchflussregler
EL-FLOW Prestige PI (druckunempfindlich)
Neuer EL-FLOW Prestige PI (Druck unempfindlich) jetzt erhältlich

Vorteile bei Verwendung der Echtzeit-Druck- und Temperaturkompensation

  1. Optimierte und konstante Prozessbedingungen: aufgrund der verbesserten und akkuraten Durchflussmessung und Durchflussregelung resultieren in deutlichen Verbesserungen der Prozessstabilität.
  2. Einfache 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.

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