Thermal Mass Flow Sensor สำหรับก๊าซ – Inline Principle
Thermal Mass Flow Sensor สำหรับก๊าซทำงานอย่างไร?
Thermal Flow Sensor อาศัยคุณสมบัติทางความร้อนของก๊าซในการวัดอัตราการไหลเชิงมวล (Mass Flow Rate) โดยระบบจะถ่ายเทความร้อนเข้าสู่ก๊าซที่กำลังไหล และ Sensor จะตรวจวัดปริมาณความร้อนที่ถูกดูดซับไปจากระบบ
โดยทั่วไป การวัดอัตราการไหลของก๊าซในย่านต่ำอย่างแม่นยำ มักใช้ Mass Flow Meter แบบ bypass principle อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานที่ต้องการลดผล
กระทบจากความชื้นหรือการปนเปื้อน รวมถึงรองรับการวัดทั้ง Gas และ Liquids หลักการแบบ Inline ถือเป็นทางเลือกที่เหมาะสมมากกว่า
หลักการทำงานแบบ Constant Temperature Anemometry (CTA)
หลักการแบบ Inline นี้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า CTA (Constant Temperature Anemometry) ซึ่งบางครั้งเรียกว่า Direct Through-flow Measurement และตามชื่อของระบบแบบ Inline นั้น หมายถึงการวัดที่ไม่มีการแยกการไหลแบบ Bypass
หลักการทำงานของ CTA Sensor
Gas Flow Sensor แบบ Constant Temperature Anemometry (CTA) ประกอบด้วยหัวเซนเซอร์สเตนเลส 2 ตัว (Stainless Steel Probes) ซึ่งติดตั้งอยู่ภายในช่องทางการไหลหลักของก๊าซ (Main Flow Channel) โดยตรง เพื่อให้ก๊าซไหลผ่านหัวเซนเซอร์ทั้งสองตำแหน่ง
Probes ตัวแรกทำหน้าที่เป็นตัวให้ความร้อน (Heater) ส่วนอีกตัวทำหน้าที่เป็น Sensor สำหรับตรวจวัดอุณหภูมิ โดยระบบจะสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิ (Delta-T หรือ ΔT) ระหว่างหัวเซนเซอร์ทั้งสองตำแหน่ง
การวัดอัตราการไหลด้วยหลักการ CTA
ไม่ว่าอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ระบบ CTA จะพยายามรักษาค่าความแตกต่างของอุณหภูมิ (ΔT) ระหว่างทั้งสองให้คงที่อยู่เสมอ
พลังงานความร้อนที่ต้องใช้เพื่อรักษาค่า ΔT นี้ จะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซ จึงสามารถนำมาใช้ในการคำนวณ Mass Flow Rate ได้
ค่าความสัมพันธ์ดังกล่าวขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางความร้อนของก๊าซ เช่น:
- ค่าการนำความร้อน (Thermal Conductivity)
- ค่าความจุความร้อนจำเพาะ (Specific Heat Capacity)
- ค่าความหนืดเชิงพลวัต (Dynamic Viscosity)
ยิ่งอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซ (Gas Mass Flow Rate) สูงขึ้น ระบบก็ยิ่งต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อรักษาค่าความแตกต่างของอุณหภูมิ (ΔT) ให้คงที่
อัตราการไหลเชิงมวลที่แท้จริงจะถูกคำนวณจากปริมาณพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งจำเป็นต่อการรักษาอุณหภูมิให้คงที่ ขณะที่ก๊าซไหลผ่านเซนเซอร์
หลักการนี้มีจุดเริ่มต้นมาตั้งแต่กว่าหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา โดย Louis Vessot King นักฟิสิกส์ชาวแคนาดา และผู้คิดค้น Hot-wire Anemometer ได้เสนอทฤษฎีที่ภายหลังถูกเรียกว่า King’s Law ซึ่งอธิบายการสูญเสียความร้อนของลวดที่ถูกให้ความร้อน เมื่อมีก๊าซหรือของเหลวไหลผ่าน
ในบรรดาเทคนิคการวัดการไหลหลากหลายรูปแบบ เทคโนโลยี Thermal Mass Flow Measurement ที่อาศัยหลักการ Constant Temperature Anemometry (CTA) ถือเป็นหนึ่งในวิธีที่สามารถใช้งานได้ทั้งกับก๊าซและของเหลว
Mass Flow Meter ที่ใช้หลักการ CTA จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในงานวัดและควบคุมการไหล ครอบคลุมการใช้งานในแทบทุกภาคอุตสาหกรรม
Bronkhorst Inline Thermal Mass Flow Meter สำหรับก๊าซ
สำหรับการใช้งานกับก๊าซที่มีความชื้นเล็กน้อย (Humidity) หรือกระบวนการที่ให้ความสำคัญกับ ความสามารถในการทำซ้ำ (Repeatability) และ ความทนทานของระบบ (Robustness) มากกว่าค่าความแม่นยำสูงสุด อุปกรณ์ที่ใช้ Inline Sensor ถือเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม
อุปกรณ์ตระกูล MASS-STREAM และ MASS-VIEW ได้รับการออกแบบด้วย Sensor แบบ Inline ร่วมกับช่องทางการไหลแบบตรง (Straight Flow Channel) ที่มีโครงสร้างแข็งแรงและรองรับการใช้งานได้อย่างเสถียร
ด้วยการออกแบบที่ไม่มีช่องทางการไหลขนาดเล็ก จึงช่วยลดความเสี่ยงในการอุดตันจากอนุภาคปนเปื้อน (Particles) และสามารถรองรับการใช้งานกับก๊าซได้หลากหลายประเภท
ตัวอย่างการใช้งาน Inline Mass Flow Meter และ Controller
♦ การเติมอากาศในระบบเพาะเลี้ยงปลา – ตัวแทนจำหน่าย Bronkhorst ในประเทศนอร์เวย์ ได้สนับสนุนลูกค้ารายหนึ่งในการพัฒนาระบบเติมออกซิเจนสำหรับการเลี้ยงปลาแซลมอนในกระชังเปิด (Open Fish Farming Cages) โดยใช้อุปกรณ์ MASS-STREAM Mass Flow Controller
โซลูชันดังกล่าวเป็นระบบเติมอากาศ (Aeration Solution) ที่มาพร้อมระบบควบคุมการไหลของอากาศแบบอัตโนมัติ และสามารถควบคุมจากระยะไกลได้ ช่วยให้การเติมออกซิเจนภายในระบบเพาะเลี้ยงมีความแม่นยำและสม่ำเสมอมากยิ่งขึ้น
ผลลัพธ์ที่ได้ คือช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมคุณภาพน้ำ และส่งเสริมสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเลี้ยงปลาแซลมอน อ่านบทความเพิ่มเติม…
♦ การสอบเทียบเครื่องเก็บตัวอย่างอากาศ (Air Sampler Calibration) – สำหรับการตรวจติดตามคุณภาพอากาศทางจุลชีววิทยา (Microbiological Monitoring) ภายใน Isolator ซึ่งเป็นระบบปิดที่ทำงานภายใต้สภาวะสะอาดและปลอดเชื้อสำหรับกระบวนการผลิตทางเภสัชกรรม จำเป็นต้องมีการสอบเทียบอัตราการไหลของอากาศอย่างสม่ำเสมอ
Bronkhorst จึงนำอุปกรณ์ MASS-STREAM Mass Flow Meter มาใช้สำหรับการสอบเทียบดังกล่าว เพื่อให้สามารถตรวจวัดและควบคุมอัตราการไหลของอากาศได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้
ผลลัพธ์ที่ได้ คือช่วยสนับสนุนมาตรฐานด้านความสะอาดและความปลอดภัยในกระบวนการผลิตทางเภสัชกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ อ่านบทความเพิ่มเติม…
♦ ระบบกรองเมมเบรน (Membrane Filtration) – Bronkhorst IN-FLOW Thermal Mass Flow Meter ถูกนำมาใช้ในการตรวจวัดอัตราการไหลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) อย่างแม่นยำ เพื่อควบคุมค่า pH ในกระบวนการปรับสมดุลแร่ธาตุ (Re-mineralisation) ภายในระบบผลิตน้ำจืดด้วยเทคโนโลยีเมมเบรนแบบรีเวิร์สออสโมซิส (Reverse Osmosis Desalination Plant)
การควบคุมอัตราการจ่ายก๊าซ CO₂ อย่างแม่นยำ ช่วยให้กระบวนการปรับคุณภาพน้ำมีความเสถียร และสามารถควบคุมคุณสมบัติของน้ำได้ตามต้องการอย่างมีประสิทธิภาพ อ่านบทความเพิ่มเติม…
♦ การผลิตเบียร์ (Beer brewing) – ในกระบวนการผลิตเบียร์ มีการใช้อุปกรณ์ Bronkhorst MASS-STREAM Mass Flow Controller เพื่อควบคุมและจ่ายก๊าซออกซิเจนในปริมาณที่เหมาะสมเข้าสู่ถังหมักเบียร์อย่างแม่นยำ
การเติมออกซิเจนในขั้นตอนนี้มีบทบาทสำคัญต่อการเพิ่มจำนวนของเซลล์ยีสต์ (Yeast Cell Reproduction) ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการหมักและคุณภาพของผลิตภัณฑ์เบียร์ในขั้นตอนถัดไป
ผลลัพธ์ที่ได้ คือช่วยให้กระบวนการหมักมีความเสถียร พร้อมสนับสนุนคุณภาพและความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อ่านบทความเพิ่มเติม…
Flow Controller สำหรับระบบเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ (Fish Farming)
MASS-STREAM D-6310 & D-6410 MFM
- Min. flow 0,01…0,2 ln/min
Max. flow 0,1…2 ln/min - Pressure rating up to 20 bar
- Rugged sensor and housing (IP65)
- Optional integrated TFT display
MASS-STREAM D-6340 & D-6440 MFM
- Min. flow 0,14…7 ln/min
Max. flow 0,5…50 ln/min - Pressure rating up to 20 bar
- Rugged sensor and housing (IP65)
- Optional integrated TFT display
MASS-STREAM D-6390 & D-6490 MFM
- Min. flow 40…2000 ln/min
Max. 100…10000 ln/min - Pressure rating up to 20 bar
- Rugged sensor and housing (IP65)
- Optional integrated TFT display
MASS-VIEW® MV-104
- Min. flow 0,04…2 ln/min
Max. flow 0,2…20 ln/min - Pressure rating 10 bar
- Bright, graphical OLED display
- 10 pre-installed gases