In de procestechnologie zijn druk en flow rate twee relevante grootheden - analoog aan spanning en stroom in de elektrotechniek. De druk van een vloeistof, gas of damp is de kracht die dit medium uitoefent op zijn omgeving, en over het algemeen is deze druk een drijvende kracht voor het medium om te stromen. De druk in de gemeentelijke watervoorziening zorgt er bijvoorbeeld voor dat er water uit de kraan in je huis stroomt wanneer je die opent.
Hoewel Bronkhorst bekend staat om het meten en regelen van vloeistof-, gas- en dampstromen, is drukregeling een andere pijler van het bedrijf. Laten we eens in deze wereld van drukregeling duiken, met een veelzijdige Bronkhorst drukregelaar als voorbeeld.
Bronkhorst EL-PRESS drukregelaar als voorbeeld
Een drukregelaar wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de procesdruk een vooraf gedefinieerd setpoint niet overschrijdt. In dit opzicht kan de Bronkhorst EL-PRESS digitale elektronische drukregelaar de druk van vloeistoffen of gassen regelen. Het is een apparaat dat bestaat uit een druksensor, een aangrenzend ventiel en besturingssoftware.
De druksensor meet continu de actuele druk van het stromende medium. Slimme PID-regelsoftware vergelijkt deze werkelijke waarde met een gewenste setpointwaarde en stuurt vervolgens de klep aan. Door deze klep (verder) te openen of te sluiten zal het gas/vloeistof sneller of langzamer stromen, waardoor de actuele druk van het medium de insteldruk zal bereiken en zo dicht mogelijk bij deze waarde zal blijven. Dit is een continu proces.
In de druksensor oefent de vloeistof- of gas flow druk uit op een flexibel roestvrijstalen membraan. Een tussenliggend volume olie brengt deze druk over naar het oppervlak van een op piëzo gebaseerde chip - de 'echte sensor' - die de druk omzet in een elektrisch spanningssignaal voor verdere verwerking. De dikte van het chipoppervlak bepaalt het drukbereik - enkele millibar tot enkele honderden bar.
Het ventiel van de EL-PRESS is een proportioneel, elektromagnetisch regelventiel met extreem snelle en soepele regelkarakteristieken. Een drukregelaar zonder het regelventiel is 'gewoon' een drukmeter.
Doorsnedetekening van een druksensor
Schematische voordrukregeling, tegendrukregeling en verschildrukregeling (ΔP)
Soorten drukregeling
De positie van de drukregelcomponenten bepaalt in grote mate het type drukregeling. Bij voorwaartse drukregeling om de stroom neerwaartse druk te regelen, wordt de sensor stroomafwaarts van de klep geplaatst, bijvoorbeeld om een constante druk te verkrijgen van een gasstroom die een branderstraal ingaat. Bij tegendrukregeling om de stroomopwaartse druk te regelen, wordt de sensor stroomopwaarts van de klep geplaatst, bijvoorbeeld om de druk van een chemisch reactievat gecontroleerd te verlagen. In deze configuraties bevindt de druksensor zich altijd het dichtst bij de kamer of het vat waarvan de druk moet worden geregeld.
Bij drukverschilregeling wordt het drukverschil tussen twee (gas)leidingen geregeld. Er wordt een drukmeter tussen beide leidingen geplaatst en een regelklep wordt inline in een van de twee leidingen geplaatst. Dit kan bijvoorbeeld gedaan worden bij membraantesten om een constant drukverschil over het membraan te verkrijgen.
Bij procesdrukregeling wordt de druk in gesloten vaten met één vloeistofaansluiting geregeld, waarbij één druksensor wordt gecombineerd met een drukregeling met twee kleppen voor inlaat en ontlasting.
Bronkhorst drukregelaars
De volgende Bronkhorst apparaten bevatten een druksensor en kunnen daarom deel uitmaken van een drukregelinstallatie:
- De veelzijdige EL-PRESS digitale elektronische drukregelaar/meter voor gassen en vloeistoffen kan meten in het bereik van 2 mbar tot 400 bar, zowel voor voorwaartse als tegenwaartse drukregeling. EL-PRESS Metal Sealed apparaten zijn voor hoogzuivere gastoepassingen tot 64 bar, zoals voor de halfgeleidermarkt.
- De robuusteN-PRESS digitale elektronische drukregelaar/meter voor gassen en vloeistoffen werkt ook in het bereik van 2 mbar - 400 bar en is uitgerust met een robuuste pc-boardbehuizing in 'industriële stijl' (IP65) voor gebruik in industriële omgevingen.
- De compacte IQ+FLOW digitale drukregelaar/meter voor gassen ('de gele') kan meten in het bereik tussen 0,01 en 10 bar op een kleine footprint (0,75").
- De uiterst compacte chipgebaseerde FLEXI-FLOW Compact massflowregelaar/meter voor gassen bevat twee druksensoren, één aan de inlaat en één aan de uitlaat, om de stroomopwaartse en stroomafwaartse druk te meten.
- De EL-FLOW Prestige massastroomregelaar/meter voor gassen met de optie 'Drukongevoelig' bevat een ingebouwde druksensor om variaties in de inlaatdruk te compenseren.
Een EL-FLOW massadebietmeter in serie gecombineerd met een EL-PRESS voorwaartse drukregelaar in een brandertesttoepassing
Gecombineerde massastroom - drukregeling ('een specialiteit van Bronkhorst')
Voor een optimale regeling van procesomstandigheden zoals debiet en druk wordt een drukmeter of -regelaar vaak gecombineerd met een flow controler of -meter. Met deze combinatie kan de gebruiker de flow regelen en de druk meten, of de druk regelen en de flow meten.
Met deze configuraties wordt bijvoorbeeld de gewenste procesdruk in een chemisch reactievat constant gehouden, terwijl de inkomende vereiste reactiegasstroom op een constant flow wordt gehouden. In de voorbeelden links worden deze combinaties vaak toegepast.
Drukregeltoepassingen
Typische toepassingen voor drukregelaars zijn in lektestbanken, in hogedruk- of vacuümtestbanken voor chemische reacties, in permeabiliteitstests voor gesteente of sediment en in membraanpermeabiliteits-/scheidingstests. Concrete toepassingen zijn:
- Bronkhorst EL-PRESS digitale elektronische tegendrukregelaars worden toegepast om de vereiste constante waarde van de lage druk in de plasmakamer te garanderen voor de productie van high-quality lab-grown diamonds door middel van CVD.
- In een lithium-ion battery manufacturing process wordt de druk van het elektrolytvat op een constante waarde gehouden door een Bronkhorst EL-PRESS drukregelaar voor het vullen van de batterijcellen.
- In een testbank voor de humidification of fuel cells voor automobieltoepassingen worden de absolute druk en het drukverschil geregeld door Bronkhorst IN-PRESS instrumenten.
Vond u deze blog interessant? Misschien vindt u dit ook interessant.
Wat is een flowmeter
Theorie van CEM dampflowregeling
Thermische mass flow meters