Thermal Mass Flow Sensor สำหรับก๊าซ
Bypass Principle
หลักการทำงานของ Mass Flow Sensor แบบ Bypass
Thermal Mass Flow Sensor ทำงานอย่างไร?
โดยทั่วไป เมื่อกล่าวถึง Thermal Mass Flow Instrument หลายคนมักนึกถึงอุปกรณ์ที่ใช้หลักการแบบ Bypass ซึ่งเป็นรูปแบบที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลาย โดยหลักการทำงานแสดงไว้ในรูปที่ 1
ในโครงสร้างนี้ การวัดอัตราการไหลเชิงมวลจะเกิดขึ้นในช่องทาง Bypass (หรือ Sensor Channel) แทนที่จะวัดในช่องทางการไหลหลัก (Main Flow Channel) โดยตรง และ Sensor จะทำงานภายใต้สภาวะการไหลแบบลามินาร์ (Laminar Flow)
Bypass อยู่ในรูปของท่อแคปิลลารี (Capillary Tube) ที่มีผนังโลหะบาง และมีลวดโลหะพันอยู่รอบท่อในสองตำแหน่ง ซึ่งสามารถให้ความร้อนแก่ท่อ และทำหน้าที่ตรวจวัดอุณหภูมิ (Sense) ได้ในเวลาเดียวกัน
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กของท่อแคปิลลารี ช่วยให้ตอบสนองได้รวดเร็ว และใช้พลังงานต่ำ เนื่องจากมีปริมาตรที่ต้องให้ความร้อนเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการติดตั้ง Filter ก่อนเข้าสู่อุปกรณ์ เพื่อป้องกันการอุดตันของท่อแคปิลลารี
Mass Flow Sensor สำหรับก๊าซ ; Bypass Principle
ก๊าซที่ไหลผ่าน Sensor จะถูกให้ความร้อนด้วยตัวให้ความร้อน 2 จุด (RHT1 และ RHT2 ตามที่แสดงในรูปที่ 1) โดยตำแหน่งเดียวกันนี้ยังใช้สำหรับวัดอุณหภูมิของท่ออีกด้วย ดังนั้น Heater ทั้งสองจุดจึงทำหน้าที่เป็น Sensor ไปพร้อมกัน
ในกรณีที่ไม่มีการไหล (No Flow) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองจุดใน Bypass จะมีค่าเป็นศูนย์
เมื่อเริ่มมีการไหล อุณหภูมิที่จุดวัดแรก (RHT1) จะลดลง เนื่องจากของไหลพาความร้อนออกไป ขณะเดียวกัน อุณหภูมิที่จุดวัดที่สอง (RHT2) จะสูงขึ้น เนื่องจากของไหลพาความร้อนมายังตำแหน่งนี้
เมื่ออัตราการไหลเพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองจุดก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย โดยค่าความแตกต่างนี้มีความสัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการไหลเชิงมวล (Mass Flow Rate)
Laminar Flow Element คืออะไร?
Laminar Flow Element คือส่วนประกอบภายในอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวจำกัดการไหล (Flow Obstruction) ในช่องทางการไหลหลัก (Main Flow Channel) โดยมีบทบาทสำคัญในการแบ่งสัดส่วนการไหลของของไหล องค์ประกอบนี้จะช่วยให้ของไหลบางส่วนไหลผ่านไปยัง Bypass (หรือ Sensor Channel) ในสัดส่วนที่สัมพันธ์กับการไหลหลัก (Proportional Flow) และไหลขนานไปกับช่องทางหลักของอุปกรณ์
Laminar Flow Element (หรือที่เรียกว่า Flow Splitter) มักประกอบด้วยแผ่นสแตนเลสหลายชั้นที่ซ้อนกัน โดยมีการกัดลายช่องทางการไหลด้วยความแม่นยำสูง (High-precision Etched Flow Channels) ซึ่งมีคุณสมบัติการไหลใกล้เคียงกับส่วนของ Sensor
สำหรับการใช้งานที่มีอัตราการไหลสูง แผ่นดังกล่าวจะถูกออกแบบเพิ่มเติมให้สามารถช่วยลดผลกระทบจากความปั่นป่วนของการไหล (Turbulence) การใช้งาน Laminar Flow Element ช่วยให้สามารถควบคุมสัดส่วนการไหลได้อย่างเสถียรและเชื่อถือได้ แม้ในสภาวะกระบวนการที่มีการเปลี่ยนแปลง
บทความเพิ่มเติม : Laminar Flow Element คืออะไร และมีความสำคัญอย่างไรใน Flow Meter แบบ Bypass
อุปกรณ์ Bronkhorst ที่ใช้ Sensor แบบ Bypass สำหรับการวัดการไหลของก๊าซ
สำหรับการใช้งานกับก๊าซที่สะอาดและแห้ง ซึ่งต้องการทั้ง ความแม่นยำ (Accuracy) และ ความสามารถในการทำซ้ำ (Repeatability) ในระดับสูง อุปกรณ์ที่ใช้หลักการแบบ Bypass ถือเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม โดยในโครงสร้างนี้ จะมีการแยกส่วนหนึ่งของการไหล (Proportional Flow) ผ่านช่องทางที่มีข้อจำกัดการไหล (Flow Restriction) เช่นในอุปกรณ์ตระกูล EL-FLOW Select, EL-FLOW Prestige, IN-FLOW และ EX-FLOW
สำหรับ EX-FLOW ยังได้รับการออกแบบให้เหมาะสำหรับการใช้งานในพื้นที่อันตราย (Hazardous Area) ตามมาตรฐาน ATEX
ในอีกหนึ่งรูปแบบของหลักการ Bypass ที่ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม Bronkhorst ได้ออกแบบโครงสร้างพิเศษสำหรับงานที่ต้องการ แรงดันตกคร่อมต่ำ (Low Pressure Drop) ได้แก่ตระกูล LOW-dP-FLOW
Sensor ในกลุ่มนี้ต้องการแรงดันเพียงประมาณ 0.25 ถึง 2.5 mbar เท่านั้น อีกทั้งยังมีการออกแบบช่องทางการไหลให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อลดความเสี่ยงในการอุดตัน (Clogging) และช่วยให้การทำความสะอาดหรือการไล่สาร (Purging) ทำได้ง่ายขึ้น
ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว อุปกรณ์กลุ่มนี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานกับก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (Corrosive Gas)
อุปกรณ์ Mass Flow แบบ Bypass ถูกนำไปใช้งานที่ใดบ้าง?
สำหรับการสอบเทียบ Mass Flow Meter ณ สถานที่ใช้งาน (Onsite) Bronkhorst ได้พัฒนาชุด Calibration แบบเคลื่อนที่ (Mobile Calibration Setup) โดยใช้อุปกรณ์ EL-FLOW Select หรือ EL-FLOW Prestige ที่ผ่านการสอบเทียบแล้ว ทำหน้าที่เป็นค่าอ้างอิง (Reference)
ในการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการเติมและปล่อยไฮโดรเจนในระบบ Metal Hydride จำเป็นต้องมีการวัดและควบคุมทั้งอัตราการไหลของไฮโดรเจนและความดันของกระบวนการอย่างแม่นยำ
สำหรับการจ่ายก๊าซไฮโดรเจนเข้าสู่ระบบ มีการใช้อุปกรณ์จากตระกูล IN-FLOW Thermal Mass Flow Meter ร่วมกับ Vary-P Valve เพื่อควบคุมการไหลอย่างมีเสถียรภาพและแม่นยำ
ในกระบวนการ Chemical Vapour Deposition (CVD) เช่น การผลิตฟิล์มเพชรโดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนและมีเทนเป็นสารตั้งต้น อุปกรณ์ Mass Flow Controller
เช่น EL-FLOW Select, LOW-dP-FLOW และ IN-FLOW มีบทบาทสำคัญในการควบคุมและตรวจวัดอัตราการไหลของก๊าซภายในกระบวนการ
กำลังมองหาอุปกรณ์ Thermal Flow สำหรับการใช้งานของคุณอยู่หรือไม่?
ทีมงานของเราพร้อมช่วยแนะนำโซลูชันที่เหมาะสมกับความต้องการของคุณ เพื่อให้ได้ทั้งความแม่นยำและประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับกระบวนการของคุณ