Werner Alber: 流量控制裝置測量單位時間內的氣體體積,並對壓力和溫度波動做出靈敏反應。 質量流量控制裝置則檢測實際氣體質量,並確保在所有環境條件下保持恆定值,是醫療技術和半導體製造等精密應用的明智選擇。
簡言之, 流量控制關注的是體積,質量流量控制的關注重點則是質量,無論外部條件如何,始終確保有相同質量的氣體流經系統。
Werner Alber: 想像一下,某項製程要求始終提供等量的氣體。 如果將傳統的體積流量調節器設定為 10 l/min,那麼只有在某些特定條件下,才能得到完全相同的氣體量。 一旦溫度升高,氣體會發生膨脹。這表示,在 10 l/min 的相同設定下,得到的氣體質量會減少。 而在相反的情況下,壓力越大,表示 10 L 氣體中的分子越多。 質流控制器控制流動介質的質量。 氣體的質量與體積不同,它不受壓力和溫度影響,因此可以實現高精度、穩定控制。 如此即可保證氣體量恆定、高效、可重複。 與控制方式簡單的節流閥不同,質流控制器不但調節質量流量,還主動穩定質量流量,從而確保製程條件始終如一。 因此,對於要求高精度、高動態和高製程安全性的應用來說,質流控制器是理想的解決方案。
Werner Alber: 最大的不同是控制方式。 質流控制器在閉迴路中運作, 不但持續調節目前質量流量,而且精確調整閥門,以此來恆定實現所需的額定值。 節流閥(例如具流量計的針閥)一般需要被動或手動調整。 一旦製程條件發生變化,這些傳統閥門必須手動重新調整,因為它不「知道」這些變化。 而質流控制器則能即時對偏差做出反應。
可以這麼說, MFC 會自己思考,而簡單的流量控制器只是一個固定設定的節流閥。 在實際應用中,這表示質流控制器的精度和一致性明顯更高,在環境條件並非絕對恆定的情況下尤其如此。
Werner Alber: 質流控制器 (MFC) 可以通過多種物理方法檢測氣體流量。 最常用的方法是熱學(量熱)原理,尤其適用於氣體應用。 遵循熱學原理工作時,一般採用熱損失和熱傳遞兩種方法。 基於壓差的方法也越來越常見,因為與熱學原理相比,這種方法的反應速度更快。 值得一提的還有科氏力原理,這種方法直接測量質量流量。 選擇哪種測量原理始終取決於應用的具體要求。
Werner Alber: 質流控制器由三個核心組件構成: 感測器根據特定測量原理檢測質量流量。 感測器根據特定測量原理檢測質量流量。 得出的測量值由控制電子元件進行處理,並與指定的額定值進行比較。 如果存在偏差,會立即識別出來並傳遞給調壓閥,之後調壓閥做為執行器對流量進行相應的調整。
Festo 憑藉壓電技術實現高動態、高能效和幾乎無磨損的控制過程。 所有組件精準搭配,實現精確、穩定、可重複的流量控制。 整個過程由上級控制單元進行控制,該單元同步所有組件並不斷進行調整。
Werner Alber: 與傳統電磁閥相比,壓電技術為質流控制器提供了極為重要的優勢, 使它們能夠實現高精度、高能效、低磨損的流量控制。 壓電閥使用陶瓷彎曲元件,當施加電壓時,陶瓷彎曲元件會發生形變,從而打開或關閉閥門。 能耗極低是一大優勢: 閥門就位後,壓電執行器幾乎就不再需要能量,因為不需要保持電流。 如此不但能降低電耗,還能防止溫控環境中產生不必要的熱量。
此外,由於不需要線圈和機械開關操作,壓電閥得以全靜音運作。 對於必須避免聲音干擾的環境來說,這一點尤為有利。 壓電閥控制精度高、響應迅速,可實現靈敏的無限質量流量控制。 由於結構精巧,配備壓電閥的質流控制器整合時格外節省空間,是移動和狹窄應用的明智選擇。 除此之外,它們還非常耐用,因為幾乎不含任何活動組件,幾乎不存在磨損問題。
Werner Alber: 採用壓電技術的質流控制器具有無磨損、無噪音、節能等特點,尤其適合對溫度穩定性、精細控制能力和使用壽命要求較高的應用。
尤其在半導體製造中,質流控制器扮演著重要角色。 這是因為,在這項製程中,必須對蝕刻氣體、載氣、保護氣體等製程氣體進行極其精確的調整,只有如此才能生產出完好的微晶片。 即使發生極小的氣流偏差,也可能導致晶片出現缺陷。 質流控制器精準調節向製程腔和裝卸機供應的保護氣體和載氣,以最大限度地減少污染,以及確保製程條件恆定不變。
醫療技術和實驗室技術是質流控制器的另外一個重要應用領域。 在呼吸機或麻醉機中,質流控制器為患者精確控制氧氣和其他氣體的混合比例。 在氣相層析儀和質譜儀等實驗室分析設備中,使用質流控制器保證氣體流量的可重複性,從而進行高精度測量。
Werner Alber: 目前,質量流量控制正朝著數位化、微型化和節能自動化方向發展。 質流控制器在技術方面取得了一項進步,即在熱測量方法中新增了速度更快的壓差法,這使得動態控制成為可能。
此外,微型化和新型感測器技術方面亦有所創新。 在 MEMS 和 CMOS 技術的加持下,研製出了能耗極低的高精度感測器,使質流控制器更加精巧高效。 整體來說,質流控制器正在變得更加精確、更加靈活,網路化程度也在不斷加強。 同時,能耗更低,可以更高效地整合到現代自動化系統中,這是對數位化氣動技術的重大貢獻。
Werner Alber: 實現高效的質量流量控制,關鍵在於精度、能效和無縫整合。 企業必須盡早檢查各項流程所需的準確性和反應時間。 使用高能效執行器是切實有效的優化方法。
壓電技術不但大幅降低電耗,還能避免產生熱量,實現精確、無磨損的控制。 此外還建議企業採用智慧診斷功能,加強維護的可規劃性,增強流程穩定性。
接下來建議進行系統分析: 損失發生在哪裡? 哪些組件工作效率低下? 有針對性的諮詢或者使用先進的質流控制器進行測試運作,可以快速獲得優化潛力的相關資訊。 可擴展的數位化解決方案可以長期提高效率、過程安全性和靈活性。
感謝 Werner Alber 對質量流量控制領域所作的深入剖析,令人茅塞頓開。 在他的闡述中,著重介紹了精確控制、數位化網路和壓電技術如何提高各個行業的效率和過程安全性。 對於採用現代化質量流量控制技術的企業來說,不但能提高精度和能效,還能優化過程安全性,而這些,都是面向未來實現自動化的決定性因素。