1. Sự khác nhau giữa kiểm soát lưu lượng và kiểm soát lưu lượng khối là gì?
Werner Alber: Kiểm soát lưu lượng đo thể tích khí trên một đơn vị thời gian và nhạy cảm trước những thay đổi áp suất và nhiệt độ. Mặt khác, kiểm soát lưu lượng khối ghi lại khối lượng khí thực tế và đảm bảo các giá trị không đổi bất kể điều kiện môi trường xung quanh – lý tưởng cho các ứng dụng chính xác như công nghệ y tế hoặc sản xuất chất bán dẫn.
Tóm lại: Trong khi kiểm soát lưu lượng tập trung vào thể tích, kiểm soát lưu lượng khối đảm bảo rằng cùng một khối lượng khí luôn chảy qua hệ thống – bất kể mọi tác động bên ngoài.
2. Bộ điều khiển lưu lượng khối là gì và hoạt động như thế nào?
Werner Alber: Hình dung xem bạn luôn phải cung cấp cùng một lượng khí trong một quá trình. Nếu bạn cài đặt một bộ điều chỉnh lưu lượng thể tích cổ điển ở mức 10 l/phút, bạn sẽ chỉ nhận được lượng khí chính xác như vậy khi phải thỏa mãn một số điều kiện nhất định. Nếu nhiệt độ tăng, khí sẽ giãn nở – ở mức 10 l/phút, vậy khối lượng khí sẽ ít hơn. Ngược lại, áp suất cao hơn sẽ tạo ra nhiều phân tử hơn trong 10 lít. Bộ điều khiển lưu lượng khối xác định khối lượng của môi chất đang chảy. Vì khối lượng của khí – không giống như thể tích – không bị ảnh hưởng bởi áp suất hoặc nhiệt độ, điều này cho phép kiểm soát có độ chính xác cao và ổn định hơn. Điều này đảm bảo lượng khí luôn ổn định, có thể lặp lại chính xác và hiệu quả. Ngược lại với van tiết lưu được điều khiển đơn giản, bộ điều khiển lưu lượng khối chủ động điều chỉnh và ổn định lưu lượng khối nhằm đảm bảo những điều kiện quy trình nhất quán. Điều này làm cho nó trở thành giải pháp lý tưởng dành cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, tính năng động và độ tin cậy của quy trình.
3.bộ điều khiển lưu lượng khối khác với nguyên lý điều khiển của van tiết lưu như thế nào?
Werner Alber: Điểm khác biệt quan trọng nằm ở cách kiểm soát. Bộ điều khiển lưu lượng khối hoạt động theo chu trình điều khiển khép kín: Chúng liên tục kiểm soát lưu lượng và điều chỉnh van chính xác để giữ nguyên điểm đặt mong muốn. Van tiết lưu (như van kim có lưu lượng kế) thường có thể được điều chỉnh thụ động hoặc thủ công. Nếu các điều kiện của quy trình thay đổi, van thông thường phải được điều chỉnh thủ công – nó không “biết” rằng điều gì đó đã thay đổi. Ngược lại, bộ điều khiển lưu lượng khối phản ứng trước những độ lệch theo thời gian thực.
Có thể nói: MFC có khả năng tự suy nghĩ, trong khi bộ điều khiển lưu lượng đơn giản chỉ là một van tiết lưu cố định. Trên thực tế, nghĩa là bộ điều khiển lưu lượng khối có độ chính xác và tính nhất quán cao hơn đáng kể, đặc biệt là khi các điều kiện xung quanh không hoàn toàn ổn định.
4.. Những nguyên lý đo lường nào khác dành cho bộ điều khiển lưu lượng khối và chúng hoạt động như thế nào?
Werner Alber: Bộ điều khiển lưu lượng khối (MFC) có thể đo lưu lượng khí theo nhiều phương pháp vật lý khác nhau. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là nguyên lý nhiệt (lượng nhiệt), đặc biệt đối với các ứng dụng khí. Người ta thường sử dụng phương pháp mất nhiệt (Heat-Loss) và phương pháp truyền nhiệt (Heat-Transfer). Các quy trình dựa trên chênh lệch áp suất cũng ngày càng trở nên phổ biến hơn, vì chúng cho phép phản ứng nhanh hơn các nguyên lý nhiệt. Cũng đáng đề cập đến là nguyên lý Coriolis, đo trực tiếp lưu lượng khối lượng. Lựa chọn nguyên lý đo lường nào luôn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
5.Bộ điều khiển lưu lượng khối được cấu tạo như thế nào và bao gồm những thành phần nào?
Werner Alber: Bộ điều khiển lưu lượng khối bao gồm ba thành phần trung tâm: Cảm biến, thiết bị điện tử điều khiển và van tỷ lệ đóng vai trò là cơ cấu truyền động. Các cảm biến đo lưu lượng khối dựa trên nguyên lý đo lường cụ thể. Các giá trị đo được xử lý bởi thành phần điện tử điều khiển tự động, sau đó so sánh chúng với giá trị mục tiêu đã chỉ định. Các độ lệch sẽ được phát hiện ngay lập tức và truyền đến bộ điều chỉnh, hoạt động như một cơ cấu truyền động và điều chỉnh lưu lượng cho phù hợp.
Tại Festo, chúng tôi dựa vào công nghệ áp điện, cho phép điều khiển tự động cực kỳ năng động, tiết kiệm năng lượng và hầu như không bị mài mòn. Sự phối hợp chính xác của tất cả các thành phần này cho phép kiểm soát lưu lượng một cách chính xác, ổn định và có thể tái tạo. Toàn bộ quá trình được kiểm soát nhờ một đơn vị điều khiển cấp cao hơn có chức năng đồng bộ hóa tất cả các thành phần và được điều chỉnh liên tục.
6. Công nghệ áp điện mang lại những lợi thế gì trong bộ điều khiển lưu lượng khối và tại sao Festo lại tin tưởng vào công nghệ này?
Werner Alber: Công nghệ áp điện mang đến những lợi thế quyết định trong bộ điều khiển lưu lượng so với van điện từ thông thường. Chúng cho phép kiểm soát lưu lượng cực kỳ chính xác, tiết kiệm năng lượng và ít hao mòn. Van áp điện sử dụng một bộ phận uốn bằng gốm, có khả năng biến dạng khi có điện áp, giúp đóng hoặc mở van. Một lợi thế quan trọng là mức tiêu thụ năng lượng cực kỳ thấp: Khi van đã vào đúng vị trí, cơ cấu truyền động áp điện hầu như không cần năng lượng vì không cần dòng điện giữ. Điều này không chỉ giúp giảm mức tiêu thụ điện năng mà còn ngăn ngừa sự tỏa nhiệt không mong muốn trong môi trường có kiểm soát nhiệt độ.
Ngoài ra, van áp điện hoạt động hoàn toàn không gây tiếng ồn vì không cần cuộn dây hoặc quy trình chuyển mạch cơ học. Điều này đặc biệt có lợi trong những môi trường cần tránh nhiễu âm thanh. Độ chính xác điều khiển cao và thời gian phản hồi nhanh cho phép điều khiển lưu lượng khối một cách nhạy bén và liên tục. Nhờ thiết kế nhỏ gọn, bộ điều khiển lưu lượng khối với van áp điện có thể được tích hợp, đặc biệt giúp tiết kiệm không gian lắp đặt – lý tưởng cho các ứng dụng di động hoặc hạn chế. Chúng cũng có tuổi thọ cao vì hầu như không có bộ phận chuyển động nào và gần như không bị mài mòn.
7. Bộ điều khiển lưu lượng khối đóng vai trò gì trong công nghiệp và được sử dụng trong những lĩnh vực nào?
Werner Alber: Bộ điều khiển lưu lượng khối với công nghệ áp điện có đặc điểm là hoạt động không gây mài mòn, tiếng ồn và tiết kiệm năng lượng, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định nhiệt độ, khả năng kiểm soát tốt và tuổi thọ cao.
MFC đóng vai trò trung tâm, đặc biệt là trong sản xuất chất bán dẫn. Tại đây, các loại khí xử lý như khí khắc, khí mang hoặc khí bảo vệ phải được kiểm soát với độ chính xác cực cao để sản xuất ra các vi mạch không có lỗi. Ngay cả những sai lệch nhỏ nhất trong luồng khí cũng có thể dẫn đến các khiếm khuyết trên tấm wafer. Bộ điều khiển lưu lượng khối điều chỉnh chính xác cho nguồn cung khí bảo vệ và khí mang vào buồng xử lý và cổng nạp nhằm giảm thiểu ô nhiễm và đảm bảo điều kiện xử lý ổn định.
Một lĩnh vực quan trọng khác là công nghệ y tế và công nghệ phòng thí nghiệm. Trong máy thở hoặc máy gây mê, bộ điều khiển lưu lượng khối kiểm soát tỷ lệ pha trộn chính xác oxy và các loại khí khác cho bệnh nhân. Trong các thiết bị phân tích trong phòng thí nghiệm, như máy sắc ký khí hoặc máy quang phổ khối, chúng đảm bảo luồng khí có thể được tái tạo để đo lường với độ chính xác cao.
8. Hiện nay bạn thấy có những cải tiến và xu hướng nào trong việc kiểm soát lưu lượng khối?
Werner Alber: Kiểm soát lưu lượng khối đang phát triển theo hướng số hóa, thu nhỏ và tự động hóa tiết kiệm năng lượng. Một tiến bộ trong công nghệ điều khiển lưu lượng khối được thể hiện rõ qua việc bổ sung phương pháp đo nhiệt vào phương pháp chênh lệch áp suất nhanh hơn, từ đó cho phép điều chỉnh động.
Có thể thấy rõ sự gia tăng đột biến hơn nữa về đổi mới trong công nghệ thu nhỏ và cảm biến mới. Công nghệ MEMS và CMOS cho phép tạo ra các cảm biến có độ chính xác cao với mức tiêu thụ điện năng thấp, giúp bộ điều khiển lưu lượng khối nhỏ gọn và hiệu quả hơn. Nhìn chung, bộ điều khiển lưu lượng khối đang trở nên chính xác, liên kết mạng và linh hoạt hơn. Chúng tiêu thụ ít năng lượng hơn và có thể tích hợp hiệu quả hơn vào các hệ thống tự động hóa hiện đại – một đóng góp đáng kể cho ngành kỹ thuật khí nén số hóa.
9. Ngài có khuyến nghị gì cho các doanh nghiệp muốn triển khai khái niệm điều khiển lưu lượng khối thông minh hoặc tự động hóa không?
Werner Alber: Chìa khóa để kiểm soát lưu lượng khối hiệu quả nằm ở độ chính xác, hiệu quả năng lượng và tích hợp liền mạch. Các doanh nghiệp nên sớm kiểm tra độ chính xác và thời gian phản hồi mà quy trình của họ yêu cầu. Một phương pháp tối ưu hóa quan trọng là sử dụng bộ truyền động tiết kiệm năng lượng.
Công nghệ áp điện giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng, loại bỏ hiện tượng tỏa nhiệt và cho phép điều khiển chính xác, không bị mài mòn. Ngoài ra, các doanh nghiệp nên dựa vào những chức năng chẩn đoán thông minh nhằm dữ đoán bảo trì dễ hơn và quy trình ổn định hơn.
Với bước tiếp theo, chúng tôi khuyến nghị nên tiến hành phân tích hệ thống: Hao tổn xảy ra ở đâu? Những thành phần nào đang hoạt động không hiệu quả? Lời khuyên có mục tiêu hoặc chạy thử nghiệm với bộ điều khiển lưu lượng khối hiện đại sẽ nhanh chóng cung cấp thông tin về tiềm năng tối ưu hóa. Các giải pháp kỹ thuật số có khả năng mở rộng sẽ tăng hiệu quả, độ tin cậy của quy trình và tính linh hoạt trong thời gian dài.
Chúng tôi muốn cảm ơn ngài Werner Alber vì cuộc trò chuyện sâu sắc cũng như những hiểu biết sâu sắc về lĩnh vực kiểm soát lưu lượng khối. Chuyên môn của ông đã chứng minh cách điều khiển chính xác, mạng lưới kỹ thuật số và công nghệ áp điện có thể tăng hiệu quả cũng như độ tin cậy của quy trình trong nhiều ngành công nghiệp. Các doanh nghiệp dựa vào hệ thống kiểm soát lưu lượng khối hiện đại sẽ được hưởng lợi từ độ chính xác cao hơn, sử dụng năng lượng hiệu quả hơn và độ tin cậy của quy trình được tối ưu hóa – những yếu tố quan trọng cho quá trình tự động hóa trong tương lai.
