Werner Alber: Regulácia prietoku meria objem plynu za jednotku času a citlivo reaguje na kolísanie tlaku a teploty. Na druhej strane, regulácia hmotnostného prietoku zaznamenáva skutočnú hmotnosť plynu a zabezpečuje konštantné hodnoty bez ohľadu na okolité podmienky - ideálne pre presné aplikácie, napríklad v medicínskej technike alebo pri výrobe polovodičov.
V skratke: Zatiaľ čo regulácia prietoku sa zameriava na objem, regulácia hmotnostného prietoku zabezpečuje, aby systémom prúdila vždy rovnaká hmotnosť plynu - bez ohľadu na vonkajšie vplyvy.
Werner Alber: Predstavte si, že v procese musíte vždy dodať rovnaké množstvo plynu. Ak nastavíte klasický regulátor objemového prietoku na 10 l/min, dostanete presne rovnaké množstvo plynu len za určitých podmienok. Ak teplota stúpa, plyn sa rozpína - pri 10 l/min je potom hmotnosť plynu menšia. Naopak, vyšší tlak znamená, že v 10 litroch je viac molekúl. Hmotnosť prúdiaceho média určuje regulátor hmotnostného prietoku. Keďže hmotnosť plynu - na rozdiel od objemu - nie je ovplyvnená tlakom ani teplotou, umožňuje to veľmi presnú a stabilnú reguláciu. Vďaka tomu je objem plynu konštantný, opakovateľný a účinný. Na rozdiel od jednoducho ovládaných škrtiacich ventilov regulátory hmotnostného prietoku regulujú hmotnostný prietok a aktívne ho stabilizujú, aby sa zabezpečili konzistentné podmienky procesu. To z neho robí ideálne riešenie pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú presnosť, dynamiku a spoľahlivosť procesu.
Werner Alber: Rozhodujúci rozdiel spočíva v type regulácie. Kontroléry hmotnostného prietoku pracujú v uzavretej regulačnej slučke: Nepretržite regulujú aktuálny hmotnostný prietok a presne nastavujú ventil tak, aby udržiaval požadovanú konštantnú žiadanú hodnotu. Škrtiaci ventil (napríklad ihlový ventil s prietokomerom) sa často dá nastaviť pasívne alebo ručne. Ak sa zmenia podmienky procesu, konvenčný ventil sa musí nastaviť ručne - "nevie", že sa niečo zmenilo. Na druhej strane kontroléry hmotnostného prietoku reagujú na odchýlky v reálnom čase.
Dalo by sa povedať: MFC myslí sám za seba, zatiaľ čo jednoduchý regulátor prietoku je len pevne nastavený škrtiaci ventil. V praxi to znamená podstatne vyššiu presnosť a konzistenciu s regulátormi hmotnostného prietoku, najmä keď okolité podmienky nie sú absolútne konštantné.
Werner Alber: Regulátor hmotnostného prietoku (MFC) môže zisťovať prietok plynu pomocou rôznych fyzikálnych metód. Najčastejšie používanou metódou je tepelný (kalorimetrický) princíp, najmä v prípade plynových aplikácií. Zvyčajne sa používajú metódy tepelných strát a prenosu tepla. Čoraz bežnejšie sú aj procesy založené na rozdiele tlakov, pretože v porovnaní s tepelnými princípmi umožňujú rýchlejšiu reakciu. Za zmienku stojí aj Coriolisov princíp, ktorý meria hmotnostný tok priamo. Výber princípu merania vždy závisí od konkrétnych požiadaviek aplikácie.
Werner Alber: Regulátor hmotnostného prietoku sa skladá z troch centrálnych komponentov: Snímače, riadiaca elektronika a proporcionálny ventil ako aktuátor. Snímač zaznamenáva hmotnostný prietok na základe špecifického princípu merania. Namerané hodnoty spracuje elektronická riadiaca jednotka, ktorá ich porovná so zadanou požadovanou hodnotou. Odchýlky sú okamžite rozpoznané a prenesené do regulačného ventilu, ktorý funguje ako aktuátor príslušnej regulácie prietoku.
V spoločnosti Festo sa spoliehame na piezoelektrickú technológiu, ktorá umožňuje vysoko dynamické, energeticky účinné a prakticky neopotrebovateľné riadenie. Táto presná koordinácia všetkých komponentov umožňuje presné, stabilné a reprodukovateľné riadenie prietoku. Celý proces riadi riadiaca jednotka vyššej úrovne, ktorá synchronizuje všetky komponenty a vykonáva priebežné úpravy.
Werner Alber: Piezoelektrická technológia ponúka rozhodujúce výhody v regulátoroch hmotnostného prietoku v porovnaní s konvenčnými elektromagnetickými ventilmi. Umožňujú vysoko presné, energeticky úsporné a nízko opotrebované riadenie prietoku. Piezoventily využívajú keramický ohýbací prvok, ktorý sa deformuje po privedení napätia, a tým otvára alebo zatvára ventil. Jednou z hlavných výhod je mimoriadne nízka spotreba energie: Keď je ventil v polohe, piezoelektrický aktuátor už nepotrebuje prakticky žiadnu energiu, pretože nie je potrebný žiadny udržiavací prúd. Tým sa nielen znižuje potreba energie, ale aj zabraňuje nežiaducemu vzniku tepla v prostredí s regulovanou teplotou.
Okrem toho piezoventily pracujú úplne ticho, pretože nie sú potrebné žiadne cievky ani mechanické spínacie operácie. To je výhodné najmä v prostredí, kde je potrebné zabrániť akustickému rušeniu. Ich vysoká presnosť regulácie a rýchly čas odozvy umožňujú citlivú, plynulú reguláciu hmotnostného prietoku. Hmotnostné kontroléry prietoku s piezoventilmi možno vďaka ich kompaktnej konštrukcii integrovať mimoriadne úsporne - ideálne pre mobilné alebo stiesnené aplikácie. Sú tiež odolné, pretože neobsahujú takmer žiadne pohyblivé časti a prakticky sa neopotrebúvajú.
Werner Alber: Hmotnostné regulátory prietoku s piezoelektrickou technológiou sa vyznačujú neopotrebiteľnou, nehlučnou a energeticky úspornou prevádzkou, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre aplikácie, kde je rozhodujúca teplotná stabilita, presná regulovateľnosť a dlhá životnosť.
MFC zohrávajú kľúčovú rolu najmä pri výrobe polovodičov. Procesné plyny, ako sú leptacie, nosné alebo ochranné plyny, sa musia regulovať s mimoriadnou presnosťou, aby sa vyrobili bezchybné mikročipy. Aj tie najmenšie odchýlky v toku plynu by mohli viesť k defektom na doštičkách. Hmotnostné kontroléry prietoku regulujú presný prívod ochranných a nosných plynov do procesných komôr a záťažových portov s cieľom minimalizovať kontamináciu a zabezpečiť konštantné podmienky procesu.
Ďalšou kľúčovou oblasťou je zdravotnícka a laboratórna technika. Vo ventilátoroch alebo anestéziologických prístrojoch kontroléry hmotnostného prietoku riadia presné pomery miešania kyslíka a iných plynov pre pacientov. V analytických laboratórnych prístrojoch, ako sú plynové chromatografy alebo hmotnostné spektrometre, zabezpečujú reprodukovateľný tok plynu pre vysoko presné merania.
Werner Alber: Hmotnostná regulácia prietoku sa vyvíja smerom k digitalizácii, miniaturizácii a energeticky účinnej automatizácii. Pokrok v technológii regulátorov hmotnostného prietoku možno vidieť v pridaní rýchlejšej metódy diferenčného tlaku k tepelným meracím metódam, ktorá umožňuje dynamickú reguláciu.
Ďalší inovačný impulz možno pozorovať v miniaturizácii a nových senzorových technológiách. Technológie MEMS a CMOS umožňujú vysoko presné snímače s nízkou spotrebou energie, vďaka čomu sú kontroléry hmotnostného prietoku kompaktnejšie a účinnejšie. Celkovo sú kontroléry hmotnostného prietoku čoraz presnejšie, sieťovo prepojenejšie a flexibilnejšie. Spotrebujú menej energie a dajú sa efektívnejšie integrovať do moderných automatizačných systémov, čo je významný príspevok k digitalizácii pneumatiky.
Werner Alber: Kľúčom k efektívnej regulácii hmotnostného prietoku je presnosť, energetická účinnosť a bezproblémová integrácia. Spoločnosti by si mali v počiatočnej fáze overiť, akú presnosť a čas odozvy si vyžadujú ich procesy. Kľúčovým optimalizačným prístupom je použitie energeticky účinných aktuátorov.
Piezoelektrická technológia výrazne znižuje spotrebu energie, eliminuje tvorbu tepla a umožňuje presné ovládanie bez opotrebovania. Spoločnosti by sa mali spoliehať aj na inteligentné diagnostické funkcie, aby bola údržba predvídateľnejšia a procesy stabilnejšie.
V ďalšom kroku sa odporúča vykonať analýzu systému: Kde dochádza k stratám? Ktoré komponenty pracujú neefektívne? Cielené poradenstvo alebo skúšobná prevádzka s modernými kontrolérmi hmotnostného prietoku rýchlo poskytne informácie o možnostiach optimalizácie. Digitálne, škálovateľné riešenia dlhodobo zvyšujú efektívnosť, spoľahlivosť procesov a flexibilitu.
Radi by sme poďakovali Wernerovi Alberovi za informatívny rozhovor a podrobný pohľad do sveta regulácie hmotnostného prietoku. Jeho odborné znalosti poukázali na to, ako môžu presné riadenie, digitálne siete a piezoelektrické technológie zvýšiť efektívnosť a spoľahlivosť procesov v mnohých priemyselných odvetviach. Spoločnosti, ktoré sa spoliehajú na modernú reguláciu hmotnostného prietoku, profitujú z väčšej presnosti, efektívnejšieho využívania energie a optimalizovanej spoľahlivosti procesov - rozhodujúcich faktorov pre automatizáciu budúcnosti.