Werner Alber: การควบคุมการไหลเป็นการวัดปริมาตรของก๊าซต่อหน่วยเวลา และมีความไวต่อความผันผวนของแรงดันและอุณหภูมิ ในทางกลับกัน การควบคุมการไหลของมวลจะเป็นการบันทึกมวลก๊าซจริงและรับรองค่าคงที่โดยไม่คำนึงถึงสภาวะแวดล้อม เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่แม่นยำ เช่น เทคโนโลยีทางการแพทย์หรือการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
กล่าวโดยสรุปก็คือ ในขณะที่การควบคุมการไหลมุ่งเน้นไปที่ปริมาตร การควบคุมการไหลของมวลจะช่วยให้แน่ใจว่าก๊าซที่มีมวลเท่ากันจะไหลผ่านระบบเสมอ ไม่ว่าจะได้รับอิทธิพลจากภายนอกอย่างไรก็ตาม
Werner Alber: ลองจินตนาการว่าคุณต้องจ่ายก๊าซจำนวนเท่าเดิมอยู่เสมอในกระบวนการ หากคุณตั้งค่าตัวควบคุมอัตราการไหลแบบปริมาตรรุ่นคลาสสิกเป็น 10 ลิตร/นาที คุณก็จะได้รับปริมาณก๊าซที่เท่ากันภายใต้เงื่อนไขบางประการ หากอุณหภูมิสูงขึ้น ก๊าซจะขยายตัว เมื่อค่าอยู่ที่ 10 ลิตร/นาที มวลของก๊าซจะลดลง ในทางกลับกัน แรงดันที่สูงขึ้นนั้นหมายถึงโมเลกุลที่มากขึ้น 10 ลิตร ตัวควบคุมการไหลของมวลจะเป็นตัวกำหนดมวลของตัวกลางที่ไหล เนื่องจากมวลของก๊าซนั้นไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันหรืออุณหภูมิ ทำให้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำและมีเสถียรภาพสูง ซึ่งแตกต่างจากปริมาตร ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าปริมาณก๊าซจะคงที่ ทำซ้ำได้ และมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับวาล์วปีกผีเสื้อที่ควบคุมได้อย่างง่ายดาย ตัวควบคุมการไหลของมวลจะควบคุมและรักษาเสถียรภาพการไหลของมวลเพื่อให้กระบวนการอยู่ในสภาวะที่มีความสม่ำเสมอ ปัจจัยดังกล่าวทำให้เป็นโซลูชันที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ ความคล่องตัว และความน่าเชื่อถือของกระบวนการที่สูง
Werner Alber: ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่ประเภทของการควบคุม ตัวควบคุมการไหลของมวลทำงานในวงจรควบคุมแบบปิด: อุปกรณ์ดังกล่าวจะคอยควบคุมอัตราการไหลของมวลในปัจจุบันอย่างต่อเนื่องและปรับวาล์วอย่างแม่นยำเพื่อรักษาค่าเป้าหมายที่ต้องการเอาไว้ วาล์วปีกผีเสื้อ (เช่น วาล์วเข็มที่มีมาตรวัดอัตราการไหล) มักจะปรับได้ทั้งแบบพาสซีฟหรือแบบแมนนวล หากเงื่อนไขของกระบวนการเปลี่ยนแปลงไป คุณจะต้องปรับวาล์วธรรมดาด้วยตนเอง เนื่องจากวาล์วจะ "ไม่ทราบ" ว่ามีการเปลี่ยนแปลงใดๆ เกิดขึ้น ในทางกลับกัน ตัวควบคุมการไหลของมวลจะตอบสนองต่อการเบี่ยงเบนแบบเรียลไทม์
สามารถพูดได้ว่า MFC จะทำงานแบบคิดเอง ในขณะที่ตัวควบคุมการไหลแบบง่ายเป็นเพียงแค่ลิ้นเร่งแบบคงที่ ในทางปฏิบัตินั้นหมายถึงตัวควบคุมการไหลของมวลจะมีความแม่นยำและความสม่ำเสมอสูงกว่าอย่างมาก โดยเฉพาะเมื่อสภาพแวดล้อมมีความไม่แน่นอน
Werner Alber: ตัวควบคุมการไหลของมวล (MFC) สามารถวัดการไหลของก๊าซโดยใช้วิธีทางกายภาพต่างๆ วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือหลักการทางความร้อน (วิธีวัดสี) โดยเฉพาะในการใช้งานที่เกี่ยวกับก๊าซ โดยปกติแล้วจะใช้วิธีการสูญเสียความร้อนและการถ่ายเทความร้อน กระบวนการตามความแตกต่างของแรงดันกำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน เนื่องจากกระบวนการดังกล่าวช่วยให้เกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้นเมื่อเทียบกับหลักการทางความร้อน นอกจากนี้ยังมีหลักการ Coriolis ซึ่งเป็นการวัดการไหลของมวลโดยตรงที่ควรกล่าวถึงอีกด้วย หลักการวัดที่เลือกมานั้นมักขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของการใช้งาน
Werner Alber: ตัวควบคุมการไหลของมวลประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน: เซ็นเซอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม และวาล์วควบคุมสัดส่วนเป็นตัวขับเคลื่อน เซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลโดยอาศัยหลักการวัดที่เฉพาะเจาะจง ค่าที่วัดได้จะถูกประมวลผลโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมซึ่งจะเปรียบเทียบกับค่าเป้าหมายที่ระบุ ตรวจจับความเบี่ยงเบนได้ทันทีและส่งต่อไปยังวาล์วควบคุมซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นและควบคุมการไหลให้เหมาะสม
Festo ใช้เทคโนโลยีเพียโซซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างคล่องแคล่วมาก ประหยัดพลังงาน และแทบไม่มีการสึกหรอ การประสานงานที่แม่นยำของส่วนประกอบทั้งหมดนี้ทำให้สามารถควบคุมการไหลได้อย่างแม่นยำ มีเสถียรภาพ และทำซ้ำได้ กระบวนการทั้งหมดได้รับการควบคุมโดยหน่วยควบคุมระดับสูงที่ซิงโครไนซ์ส่วนประกอบทั้งหมดและปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่อง
Festo ผสานเทคโนโลยีทันสมัยเพื่อยกระดับโซลูชันควบคุมแรงดันแบบเดิมสู่ยุคใหม่ภายใต้ชื่อ Controlled Pneumatics วาล์วเพียโซและวาล์วคอยล์จุ่มทำงานประสานกับเซนเซอร์และอัลกอริทึมอัจฉริยะในระบบควบคุมแบบปิด เพื่อสร้างประสิทธิภาพที่เหนือกว่า สิ่งนี้ทำให้การใช้งานระบบนิวแมติกแม่นยำยิ่งขึ้น ประหยัดพลังงานและเชื่อถือได้มากขึ้น และยังเปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับระบบอัตโนมัติอีกด้วย
Werner Alber: เทคโนโลยีเพียโซในตัวควบคุมการไหลของมวลมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเมื่อเทียบกับโซลินอยด์วาล์วแบบธรรมดา เทคโนโลยีดังกล่าวทำให้สามารถควบคุมการไหลได้อย่างแม่นยำสูง ประหยัดพลังงาน และมีอัตราการสึกหรอต่ำ วาล์วเพียโซใช้ชิ้นส่วนดัดเซรามิกที่จะเปลี่ยนรูปเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าเข้ามา ทำให้วาล์วเปิดหรือปิดได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือการใช้พลังงานที่ต่ำมาก: เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งแล้ว ตัวกระตุ้นเพียโซแทบจะไม่ต้องใช้พลังงานใดๆ เนื่องจากไม่ต้องใช้กระแสโฮลดิ้ง สิ่งนี้ไม่เพียงช่วยลดการใช้พลังงาน แต่ยังป้องกันการเกิดความร้อนที่ไม่ต้องการในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมอุณหภูมิอีกด้วย
นอกจากนี้ วาล์วเพียโซยังทำงานเงียบสนิท เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้ขดลวดหรือกระบวนการสลับเชิงกล สิ่งนี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่ง โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ต้องงดการใช้เสียง ความแม่นยำในการควบคุมในระดับสูงและเวลาตอบสนองที่รวดเร็วทำให้สามารถควบคุมการไหลของมวลได้อย่างละเอียดอ่อนและไม่มีขั้นตอน การออกแบบที่กะทัดรัดทำให้ตัวควบคุมการไหลของมวลที่มีวาล์วเพียโซสามารถติดตั้งได้ในลักษณะที่ประหยัดพื้นที่เป็นพิเศษ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่เคลื่อนที่หรือจำกัด นอกจากนี้ยังมีความทนทานอีกด้วย เนื่องจากแทบไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและแทบจะไม่มีการสึกหรอเลย
Werner Alber: ตัวควบคุมการไหลของมวลที่ใช้เทคโนโลยีเพียโซมีลักษณะการทำงานที่ปราศจากการสึกหรอ เงียบ และประหยัดพลังงาน ทำให้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่มีเสถียรภาพของอุณหภูมิ การควบคุมอย่างละเอียด และอายุการใช้งานยาวนานเป็นสิ่งสำคัญ
MFC มีบทบาทสำคัญเป็นพิเศษในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ในการผลิตดังกล่าว ก๊าซกระบวนการต่างๆ เช่น ก๊าซกัดกร่อน ก๊าซพาหะ หรือก๊าซป้องกัน จะต้องได้รับการควบคุมด้วยความแม่นยำสูงมาก เพื่อผลิตไมโครชิปที่ปราศจากข้อบกพร่อง แม้แต่การเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยในการไหลของก๊าซก็อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องบนเวเฟอร์ได้ ตัวควบคุมการไหลของมวลควบคุมการจ่ายก๊าซป้องกันและก๊าซพาหะอย่างแม่นยำเข้าไปในห้องกระบวนการและพอร์ตโหลดเพื่อลดการปนเปื้อนให้น้อยที่สุดและเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการมีสภาพที่คงที่
อีกหนึ่งภาคส่วนที่มีบทบาทสำคัญคือเทคโนโลยีทางการแพทย์และเทคโนโลยีห้องปฏิบัติการ ในเครื่องช่วยหายใจหรือเครื่องดมยาสลบ ตัวควบคุมการไหลของมวลจะควบคุมอัตราการผสมที่แม่นยำของออกซิเจนและก๊าซอื่นๆ สำหรับผู้ป่วย ในเครื่องมือวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการ เช่น แก๊สโครมาโทกราฟหรือเครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์ เครื่องมือเหล่านี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าการไหลของก๊าซสามารถทำซ้ำได้สำหรับการวัดที่แม่นยำสูง
Werner Alber: การควบคุมการไหลของมวลกำลังพัฒนาไปในทิศทางของการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบดิจิทัล การทำให้มีขนาดเล็กลง และการใช้ระบบอัตโนมัติที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีของตัวควบคุมการไหลของมวลสามารถเห็นได้จากการเพิ่มวิธีการวัดแรงดันต่างที่รวดเร็วยิ่งขึ้นให้กับวิธีการวัดความร้อน ซึ่งทำให้สามารถควบคุมได้อย่างคล่องแคล่ว
การพัฒนานวัตกรรมเพิ่มเติมสามารถสังเกตเห็นได้ในด้านการทำให้ขนาดเล็กลงและเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ใหม่ๆ เทคโนโลยี MEMS และ CMOS ช่วยให้เซ็นเซอร์มีความแม่นยำสูงและใช้พลังงานต่ำ ทำให้ตัวควบคุมการไหลของมวลมีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยรวมแล้วตัวควบคุมการไหลของมวลจะมีความแม่นยำมากขึ้น มีเครือข่ายมากขึ้น และยืดหยุ่นมากขึ้น ระบบเหล่านี้ใช้พลังงานน้อยลงและสามารถนำไปรวมเข้ากับระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งถือเป็นการสนับสนุนระบบนิวแมติกแบบดิจิทัลอย่างมาก
Werner Alber: กุญแจสำคัญของการควบคุมการไหลของมวลที่มีประสิทธิภาพอยู่ที่ความแม่นยำ ประสิทธิภาพด้านพลังงาน และการผสานรวมที่ราบรื่น บริษัทต่างๆ ควรตรวจสอบแต่เนิ่นๆ ว่ากระบวนการของตนต้องการความแม่นยำและเวลาตอบสนองเท่าใด แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพที่สำคัญคือการใช้ตัวกระตุ้นที่ประหยัดพลังงาน
เทคโนโลยีเพียโซช่วยลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก ขจัดความร้อนที่เกิดขึ้น และให้การควบคุมที่แม่นยำและไม่สึกหรอ นอกจากนี้ บริษัทต่างๆ ควรใช้ฟังก์ชันการวินิจฉัยอัจฉริยะเพื่อให้สามารถบำรุงรักษาตามแผนได้ง่ายขึ้นและกระบวนการต่างๆ มีเสถียรภาพมากขึ้น
สำหรับขั้นตอนถัดไป ขอแนะนำให้ทำการวิเคราะห์ระบบ: การสูญเสียเกิดขึ้นบริเวณไหน ส่วนประกอบใดบ้างที่ทำงานอย่างไม่มีประสิทธิภาพ คำแนะนำที่ตรงเป้าหมายหรือการทดสอบใช้งานกับตัวควบคุมการไหลของมวลสมัยใหม่ช่วยให้ข้อมูลเกี่ยวกับศักยภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างรวดเร็ว โซลูชันดิจิทัลที่ปรับขนาดได้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือของกระบวนการ และความยืดหยุ่นในระยะยาว
เราขอขอบคุณ Werner Alber ที่ร่วมพูดคุยกับเราและให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโลกของการควบคุมการไหลของมวล ความเชี่ยวชาญของเขาแสดงให้เห็นว่าการควบคุมที่แม่นยำ เครือข่ายดิจิทัล และเทคโนโลยีเพียโซสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของกระบวนการในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมายได้อย่างไร บริษัทต่างๆ ที่ใช้การควบคุมการไหลของมวลสมัยใหม่จะได้รับประโยชน์จากความแม่นยำที่มากขึ้น การใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และความน่าเชื่อถือของกระบวนการที่ปรับให้เหมาะสม ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับระบบอัตโนมัติที่รองรับอนาคต