Vacuümmeterselectie voor industriële processen 19 januari 2021

Wanneer het tijd is om een nieuwe vacuümmeter te kiezen als aanvulling op uw vacuümpomp of systeem, is het belangrijk om een doordachte aanpak te hanteren. Dit geldt met name bij integratie in een industrieel proces waarbij de belasting zwaarder kan zijn dan normaal.

Rekening houdend hiermee bekijken we de belangrijkste typen meters die in industriële processen worden gebruikt, hun voor- en nadelen en hoe ze het best worden gebruikt.

Er zijn twee overkoepelende categorieën vacuümmeters: directe meters en indirecte meters. 

Een directe meter geeft de druk van het vacuümsysteem weer, onafhankelijk van het gastype (vandaar ook bekend als gasonafhankelijke meters). Deze werken alleen effectief bij drukwaarden boven 1e-4mbar. Dit komt omdat ze afhankelijk zijn van de moleculen in het systeem die een fysiek effect hebben, en bij lagere drukken zijn er niet genoeg van om een meetbaar effect te creëren. Dit houdt dus in:

• CTRN (Capacity) - de gouden standaard voor nauwkeurigheid en betrouwbaarheid dankzij het Inconel-membraan. Deze meter wordt gebruikt als referentiemeter over de hele wereld en in de zwaarste toepassingen. Capacitieve meters zijn zeer bestand tegen drukpieken/drukwisselingen, corrosieve gassen en met verwarmde opties kunnen ze met verschillende condenseerbare stoffen omgaan over een meetbereik van atmosfeer tot 1e-4mbar. Deze beste prestaties in hun klasse brengen uiteraard kosten met zich mee, maar aangezien deze meter geen onderhoud of vervanging nodig heeft, kan hij zich vaak terugbetalen gedurende de levensduur van een systeem.

• DI/DU (Piezo/Capacitive) - Een stap lager dan het CTRN-assortiment is het DI/DU-assortiment, dat gebruikmaakt van vergelijkbare technologie, maar in een gecondenseerde, IP54-geclassificeerde verpakking. Terwijl het CTRN-assortiment gericht is op een breed scala van markten, is de DI/DU-meter sterk gericht op de industriële markt en als zodanig verkrijgbaar in zowel standaard 0-10 V-uitgangen als 4-20 mA, met bereiken van 2000 tot 0,1 mbar.

• DIAVAC/Capsule/BOURDONVAC (Mechanical Dial) - wanneer de meeste mensen aan een meter denken, is dit wat ze zich voorstellen. Een eenvoudig mechanisme verplaatst een draaiknop fysiek tegen een achtergrond en geeft een duidelijke indicatie van de druk zonder dat er een apart display nodig is. Daarom worden ze vaak gebruikt als back-up, zodat de gebruikers van een systeem kunnen zien wat er aan de hand is. 

Indirecte meters zijn vaak afhankelijk van twee methoden, thermische overdracht of ionisatie. Thermische overdracht omvat gewoonlijk atmosfeer tot middenvacuüm en ionisatie omvat gewoonlijk midden- tot hoogvacuüm of ultrahoogvacuüm. Vaak worden deze twee technologieën gecombineerd in één sensor die een volledig meetbereik biedt.

• TTRN/TTRR (Pirani – Thermisch) - gebruikt in grof tot middenvacuüm, vaak als goedkoop alternatief voor piëzo-/capaciteitsmeters waarbij nauwkeurigheid minder belangrijk is. Deze zijn er in twee hoofdtypen: MEMS (TTRN) en Filament (TTRR). Hoewel de MEMS-technologie een groter bereik en een grotere nauwkeurigheid heeft, is de sensor zelf minder bestand tegen deeltjes en andere verontreinigingen en moet hij daarom worden beschermd als hij wordt gebruikt. Filamenttechnologie wordt al vele jaren gebruikt in industriële processen en dankzij de hoge temperatuur kan filament niet alleen aan 99% van de procesvereisten voldoen, maar is het ook kosteneffectiever en wordt het daarom vaker gekozen in industriële toepassingen.

• PTRN (koude kathode – ionisatiemeter) - als u wilt meten onder 1e-4, is koude kathodemeting de meest populaire keuze. De eenvoudige anode/kathode-constructie is robuust tegen drukpieken en heeft met zijn kleine formaat en lage magnetische strooiveld weinig tot geen invloed op de omgeving. Dankzij zijn eenvoudige bouw is hij eenvoudig en goedkoop te onderhouden door de gebruiker, waardoor de totale eigendomskosten dalen

• ITRN (Hot Cathode – ionisatiemeter) - waar koude kathodemeting robuuster is, biedt warme kathodemeting in plaats daarvan een hoger nauwkeurigheidsniveau en een breder meetbereik. Dit type meter kan dus worden gebruikt waar nodig voor industriële toepassingen, maar moet vaak worden beschermd tegen het proces door het te monteren op een bocht of met een of andere vorm van baffle. 

Bij indirecte meters is er nog een subsectie van Actief en Passief. De meeste meters op de markt zijn actief, met elektronica die de signaalverwerking uitvoert om een eenvoudige 0-10 V of andere digitale uitgang aan boord te geven. In omgevingen met veel straling is dit echter gewoon niet mogelijk, omdat de elektronica zou breken. In deze omstandigheden kunt u versies van de meters krijgen met de elektronica verplaatst naar een regelaar die uit de buurt van het stralingsgebied kan worden geplaatst. Dit zijn onze serie TR (pirani), PR (koude kathode) en IE (warme kathode).

Dus nu je wat weet over de verschillende soorten meters en hun sterke en zwakke punten, is het tijd om de keuze te verfijnen. Het vacuümniveau is een goed beginpunt, omdat de sensor bij uw procesdruk moet kunnen meten. Typische classificaties en bereiken zijn:

• Grofvacuüm: van boven de atmosfeer tot 1 mbar – als dit alles is wat u moet meten, wordt gewoonlijk een DI/DU-meter gebruikt, hoewel een upgrade naar de CTRN een nauwkeurige procestracering garandeert als u een hoger nauwkeurigheidsniveau nodig hebt.

• Gemiddeld vacuüm: 1 mbar tot 10 -3 mbar – zodra u tot dit niveau hebt gemeten, kunt u kiezen tussen het gebruik van meerdere CTRN-meters om het volledige afpompbereik te dekken, of een TTRN die het bereik dekt met één meter, maar met een lagere nauwkeurigheid.

• Hoogvacuüm: 10 -3 mbar tot 10 -9 mbar – De opties voor hoogvacuüm zijn PTRN- en ITRN-meting. Vanwege het gebruiksgemak, de levenscycluskosten en de flexibiliteit van de instillatie zijn de meeste toepassingen geschikt voor de PTRN, met slechts enkele specifieke gevallen die de verhoogde nauwkeurigheid van de ITRN vereisen. 

• Ultrahoog vacuüm: 10 -9 mbar tot 10 -12 mbar – bij het meten in UHV is de enige keuze het meten van de hete kathode, dus onze actieve ITRN-lijn of onze passieve IE-lijn. Beide methodes zijn zeer nauwkeurig, maar ze hebben het voordeel dat ze niet direct in het gezichtsveld van het proces staan.

De manier waarop processen de meters kunnen beïnvloeden, speelt een belangrijke rol bij de selectie. De impact van de toepassing op de geselecteerde metertechnologie moet zorgvuldig worden geëvalueerd, evenals de mogelijke impact van:

• Stof of vuil uit het proces – als u dit regelmatig aanpakt, zijn de beste metertypes de CTRN en de DI/DU. Als er een lager vacuümniveau moet worden gemeten, zal de TTR91R met zijn hete gloeidraad en geïntegreerde filter ook goede prestaties bieden.

• Corrosieve gassen – ook hier zijn de CTRN- en DI/DU-series perfect, omdat de materialen die in contact komen met vacuüm allemaal zeer corrosiebestendig zijn. Bij het meten tot lagere niveaus moet u de specifieke gassen met onze bouwmaterialen beoordelen om een lange levensduur te garanderen, iets waar ons toegewijde toepassingsteam u bij kan helpen.

• Frequente ventilatie – Hier is de CTRN perfect, omdat hij is ontworpen voor snelle loadlock-toepassingen. Daarnaast combineert de TTR101 een kleine capacitieve cel met een filamentpirani, zodat hij de drukpieken nauwkeurig kan volgen en betrouwbare cijfers kan leveren als hij over een breed bereik werkt. Ook hier is de PTRN een geschikte keuze voor metingen in lagere vacuümniveaus, omdat de robuuste anode/kathode bestand is tegen luchtstoten. 

• Trillingen – Trillingen kunnen de stabiliteit van de meetwaarden beïnvloeden wanneer meters filamenttechnologie (zoals de TTR91R) of hete kathode (ITR) gebruiken. In beide gevallen moet de meter dus indien mogelijk worden geïsoleerd of moet de koude kathode (PTRN) worden gebruikt die niet wordt beïnvloed.

• Deeltjes- of X-ray straling – Hier bent u beperkt tot passieve metingen, omdat straling de actieve meetelektronica verstoort.

Hoewel de CTRN- en DI/DU-meters vaak worden genoemd als geschikt voor zware toepassingen, zal hun achilleshiel altijd hun bereik en prijs zijn. Het meest gebruikte type meter is dus de Pirani-meter, met name het filamenttype, omdat het een zeer goed evenwicht biedt tussen kosten en prestaties.

De meeste toepassingen maken gebruik van een eenvoudig 0-10 V-signaal dat met een eenvoudige vergelijking kan worden omgezet in een druk. Dit is beschikbaar op al onze actieve meters. Sommige industriële industrieën geven echter nog steeds de voorkeur aan de 4-20 mA-uitgang, daarom heeft de DI/DU-meter, die sterk gericht is op zware industriële toepassingen, een 4-20 mA-variant.

Naarmate er echter meer gegevens worden verzameld, worden er steeds meer digitale communicatieprotocollen gebruikt, rechtstreeks op de meetkop zelf in plaats van via een hubconverter. Deze omvatten RS232/RS485, EtherCAT, Profibus, Ethernet IP en de lijst gaat verder.

Zoals eerder gezegd is het belangrijk om te weten wat u wilt meten, maar iedereen heeft een budget. U wilt misschien een nauwkeurigheid van 0,1%, maar als u een nauwkeurigheid van 1% kunt verkrijgen voor de helft van de kosten, is het misschien belangrijk om na te gaan wat u daadwerkelijk nodig hebt om uw systeem te bedienen en te bewaken.

De nauwkeurigheid en het drukbereik zijn de belangrijkste factoren die van invloed zijn op de kosten:

• Nauwkeurigheid - zoals u zou verwachten, leidt een hoge nauwkeurigheid meestal tot hogere kosten. Dit is vooral het geval bij grof/middelvacuüm, waarbij capaciteitsmeters aanzienlijk duurder zijn dan piëzometers.

• Drukbereik - vaak om over een breder drukbereik te meten, worden twee typen meters in één geïntegreerd, wat leidt tot hogere kosten voor de geïntegreerde meter, maar dan kunt u besparen door slechts één flens op uw systeem te hebben. 

Onderhoud is ook belangrijk om rekening mee te houden bij het bekijken van de levenscyclus van het product.

• Net als bij pompen kan een goed onderhoudsschema de levensduur van de meter aanzienlijk verlengen en ervoor zorgen dat de prestaties aan de specificaties voldoen bij gebruik in zware omgevingen. 
• Bij sommige meters vervangt het onderhoud gewoon de meetcel (zoals bij de TTR91R) of kan de meetcel worden verwijderd en handmatig worden gereinigd (zoals bij de PTRN-serie). Vervolgens worden meters zoals de CTRN geclassificeerd als 'onderhoudsvrij', omdat ze bestand zijn tegen de zwaarste omgevingen. De enige invoer die de klant nodig heeft, is om de meter op nul te stellen, maar zelfs dit is alleen nodig in de zwaarste processen.

Om de juiste meter te kiezen voor effectieve vacuümopwekking, moet u uw vacuümniveaus en uw procesbehoeften begrijpen. Het lijkt misschien een intimiderende keuze, maar door zorgvuldig naar uw systeemvereisten te kijken, kunt u de opties eenvoudig beperken, zodat u de perfecte meter voor uw systeem kunt implementeren.

Het laatste punt dat u moet overwegen, is of u een speciale lokale display/regelaar voor uw meter nodig hebt.

Dit stelt u uiteraard in staat om de druk van uw systeem te zien op afstand van een specifieke HMI, maar biedt ook de mogelijkheid om één integratiepunt te hebben voor uw systeem van meters, in plaats van meerdere, waardoor die integratie eenvoudiger wordt. We hebben twee hoofdlijnen, de basis DISPLAY-modellen, die zich richten op het eenvoudig leveren van een lokaal DISPLAY, en de meer geavanceerde GRAPHIX-modellen die meer connectiviteitsopties bieden.