Instrumenten voor debietregeling begrijpen

Flow Controllers; een introductie

Flowregeling is onmisbaar bij biologische en chemische processen, bij voedselverwerking, bij productieprocessen en voor analysedoeleinden. In deze procestoepassingen moet een medium (gas, vloeistof of damp) uiteraard op een gecontroleerde manier toegevoerd worden – dat is immers waar het bij flowregeling om gaat. Wordt de flow nauwkeurig geregeld, dan leidt dit tot betere kwaliteit van het eindproduct, beter inzicht in processen door het onderzoeken van verschillende procesflows, en mogelijk tot snellere processtappen. Uiteindelijk wordt met de flowregeling bespaard op processen. Hiervoor worden ‘flow controllers’ gebruikt.

Wat is een flow controller?
Hoe werkt een flow controller?
Welke soorten flow controllers bestaan er?
Voorbeelden van het gebruik van flow controllers in toepassingen van klanten

Thermische mass flow controller

Wat is een Flow Controller?

Een flow controller voegt één of meer chemische verbindingen in gas-, damp- of vloeibare vorm toe aan een proces door het flowbereik van de verbinding te regelen. Dit is ofwel een massflowbereik, uitgedrukt in gram verbinding per minuut, of een volumetrisch flowbereik, uitgedrukt in liter per uur.

Mass flow bereik en volumetrisch flow bereik hangen met elkaar samen via de temperatuur- en drukafhankelijke dichtheid van de verbinding en kunnen dus in elkaar worden omgerekend. In onderzoeks- en productieprocessen wordt vaker gebruikgemaakt van massflowbereik dan van volumetrisch flowbereik, omdat massa en niet volume de belangrijke variabele is. Veel gebruikers denken en werken echter in eenheden van volume, en in dat geval komen volumetrische flow controllers van pas.

Hoe werkt een Flow Controller?

Een flow controller is een flowmeter in combinatie met een regelventiel en control firmware. De flowmeter meet het flowbereik van de verbinding die aan het proces wordt toegevoerd. Als deze gemeten waarde afwijkt van de ingestelde waarde – het gewenste flowbereik van de verbinding die wordt toegevoegd – dan wordt het regelventiel geopend of gesloten voor zover nodig is om het feitelijke (gemeten) flowbereik op het peil te brengen van de ingestelde waarde.

Om uit te leggen hoe een flow controller werkt, worden in de figuur hieronder de belangrijkste componenten van een Bronkhorst EL-FLOW mass flow controller getoond. Het laminaire flowelement in de body leidt een deel van de mediumflow naar de sensor die het flowbereik meet. Het regelventiel, in serie geplaatst met dit onderdeel van het apparaat dat de flow meet, verandert de mate van doorstroming door open of dicht te gaan en zo de feitelijke flow aan te passen aan de ingestelde waarde. De software voor regeling en terugkoppeling tussen flowmeter en ventiel bevindt zich op de printplaat in de behuizing.

Welke soorten Flow Controllers bestaan er?

Het type sensor bepaalt in grote mate welke soorten debietregelaars beschikbaar zijn.

Flow controllers gebaseerd op het thermische principle
Flowregelaars die werken volgens het thermische principe maken gebruik van de warmtecapaciteit van gassen of vloeistoffen om hun massastroom te regelen. Bronkhorst heeft verschillende van deze thermische massflowregelaars beschikbaar, elk met hun eigen sensortechniek.
Flow controllers volgens het Coriolis principle
Debietregelaars die werken volgens het Coriolis-principe (zoals de Bronkhorst mini CORI-FLOW serie) maken gebruik van een directe relatie tussen vloeistofmassastroom en massatraagheid. Ze werken vloeistofonafhankelijk, wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt voor variërende en onbekende mengsels. Bovendien is er bij deze op Coriolis gebaseerde debietregelaars geen conversie nodig als het apparaat voor andere vloeistoffen wordt gebruikt.
Flow controllers met ultrasone principe
Bronkhorst ES-FLOW debietregelaars regelen volumetrische vloeistofdebieten via ultrageluid. Hun sensoren meten de stroomsnelheid en vermenigvuldigd met de buisdoorsnede in het apparaat resulteert dit in volumetrische vloeistofdebieten.