การเลือกเกจวัดสุญญากาศสําหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรม 19 มกราคม 2021
9 MIN READ
เมื่อถึงเวลาเลือกเกจวัดสุญญากาศใหม่เพื่อเสริมปั๊มหรือระบบสุญญากาศของคุณ สิ่งสําคัญคือต้องใช้แนวทางที่รอบคอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผสานรวมเข้ากับกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่อาจทํางานหนักกว่าปกติ
เมื่อพิจารณาถึงสิ่งนี้ เราจะพิจารณาเกจประเภทหลักที่ใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม ข้อดีและข้อเสียของเกจเหล่านั้น และวิธีใช้เกจเหล่านั้นอย่างดีที่สุด
ตัวเลือกเกจวัดสุญญากาศ
เกจวัดสุญญากาศมีอยู่สองหมวดหมู่ ได้แก่ เกจวัดโดยตรงและเกจวัดโดยอ้อม
เครื่องวัด
เกจวัดโดยตรงจะให้แรงดันของระบบสุญญากาศโดยไม่ขึ้นอยู่กับประเภทก๊าซ (ดังนั้นจึงเรียกว่าเกจวัดอิสระจากก๊าซ) ซึ่งจะทํางานได้อย่างมีประสิทธิภาพเฉพาะที่แรงดันสูงกว่า 1e-4mbar เท่านั้น เนื่องจากโมเลกุลต่างๆ ในระบบจะมีผลกระทบทางกายภาพ และที่ความดันต่ํากว่านั้น โมเลกุลเหล่านี้จะไม่เพียงพอที่จะสร้างผลกระทบที่วัดได้ ประกอบด้วย:
CTRN (Capacitance) - มาตรฐานระดับโกลด์ด้านความแม่นยําและความน่าเชื่อถือเนื่องจากไดอะแฟรม Inconel เกจนี้ใช้เป็นเกจอ้างอิงทั่วโลกและในการใช้งานที่หนักหน่วงที่สุด มาตรวัดแบบ Capacitive มีความทนทานสูงต่อการระเบิดแรงดัน/การหมุนเวียน ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และมีตัวเลือกการทําความร้อนที่สามารถรับมือกับสารที่ควบแน่นได้หลากหลายในช่วงการวัดค่าบรรยากาศจนถึง 1e-4mbar ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในคลาสนี้มาพร้อมกับค่าใช้จ่ายอย่างเห็นได้ชัด แต่เมื่อพิจารณาว่าเกจนี้ไม่จําเป็นต้องซ่อมบํารุงหรือเปลี่ยนใหม่ ก็มักจะคุ้มค่าตลอดอายุการใช้งานของระบบ
DI/DU (Piezo/Capacitive) - หนึ่งขั้นลงจากช่วง CTRN คุณมีช่วง DI/DU ที่ใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกัน แต่อยู่ในแพ็คเกจที่ควบแน่นและมีพิกัด IP54 ขณะที่ช่วง CTRN มุ่งเป้าไปที่ช่วงกว้างของตลาด เครื่องวัด DI/DU มุ่งเป้าไปที่ตลาดอุตสาหกรรมอย่างแน่นอน และด้วยเหตุนี้จึงมีทั้งเอาต์พุตมาตรฐาน 0-10v และ 4-20mA โดยมีช่วงครอบคลุม 2000 ถึง 0.1 mbar
DIAVAC/Capsule/BOURDONVAC (หน้าปัดกลไก) - เมื่อคนส่วนใหญ่คิดถึงเกจ นี่คือสิ่งที่พวกเขาจินตนาการ กลไกที่เรียบง่ายจะเคลื่อนหน้าปัดไปตามพื้นหลัง ทําให้สามารถระบุแรงดันได้อย่างชัดเจนโดยไม่จําเป็นต้องมีจอแสดงผลแยกต่างหาก ดังนั้น จึงมักใช้เป็นข้อมูลสํารองเพื่อให้ผู้ใช้ของระบบสามารถมองเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้
เครื่องวัดทางอ้อม
เครื่องวัดค่าทางอ้อมมักใช้วิธีการสองวิธีคือการถ่ายเทความร้อนหรือการสร้างไอออน การถ่ายเทความร้อนมักครอบคลุมบรรยากาศถึงสุญญากาศปานกลาง และไอออนไนซ์มักครอบคลุมสุญญากาศปานกลางถึงสูงหรือสูงพิเศษ บ่อยครั้งที่เทคโนโลยีทั้งสองนี้ถูกรวมเข้าด้วยกันในเซ็นเซอร์เดียวที่ให้การวัดค่าในช่วงเต็มรูปแบบ
TTRN/TTRR (Pirani - Thermal) - ใช้ในสุญญากาศระดับหยาบถึงปานกลาง ซึ่งมักเป็นทางเลือกที่ถูกกว่าเกจ Piezo/Capacitance ที่ความแม่นยําไม่สําคัญนัก โดยมีสองประเภทหลักคือ MEMS (TTRN) และไส้กรอง (TTRR) แม้ว่าเทคโนโลยี MEMS จะเพิ่มช่วงและความแม่นยํา แต่ตัวเซ็นเซอร์เองก็มีความสามารถในการรับมือกับอนุภาคและการปนเปื้อนอื่นๆ น้อยลง ดังนั้นจึงจําเป็นต้องมีการป้องกันหากใช้งาน เทคโนโลยีเส้นใยนํามาใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมมานานหลายปี และด้วยเส้นใยอุณหภูมิสูง ไม่เพียงแต่สามารถรับมือกับข้อกําหนดของกระบวนการได้ถึง 99% แต่ยังคุ้มค่ากว่าและจึงเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้กันมากขึ้นในการใช้งานทางอุตสาหกรรม
PTRN (Cold cathode - ionization gauge) - เมื่อต้องการวัดค่าต่ํากว่า 1e-4 การวัดแบบแคโทดเย็นเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้มากที่สุด โครงสร้างแอโนด/แคโทดที่เรียบง่ายมีความทนทานต่อการระเบิดแรงดัน และด้วยขนาดเล็กและสนามแม่เหล็กรบกวนต่ํา จึงมีผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบน้อยหรือไม่มีเลย เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่าย ผู้ใช้จึงสามารถซ่อมบํารุงได้อย่างง่ายดายและราคาถูก ช่วยลดต้นทุนโดยรวมในการเป็นเจ้าของ
ITRN (Hot Cathode - เครื่องวัดการเกิดไอออน) - โดยที่การวัดแคโทดเย็นมีความทนทานมากกว่า การวัดแคโทดร้อนให้ระดับความแม่นยําสูงกว่าและช่วงการวัดกว้างกว่า ดังนั้น จึงสามารถใช้เกจประเภทนี้ในสถานที่ที่จําเป็นสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม แต่มักจําเป็นต้องมีการป้องกันจากกระบวนการโดยการติดตั้งบนข้องอหรือด้วยแผ่นกั้นบางรูปแบบ
สําหรับเกจวัดทางอ้อม จะมีส่วนย่อยอีกส่วนหนึ่งของ Active และ Passive เกจวัดส่วนใหญ่ในตลาดเป็นแบบแอ็คทีฟ โดยมีระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อประมวลผลสัญญาณเพื่อให้เอาต์พุตดิจิตอล 0-10 โวลต์หรืออื่นๆ ที่เรียบง่ายบนบอร์ด อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่มีการแผ่รังสีปริมาณมาก สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้เพราะอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะแตกหัก ในสถานการณ์ดังกล่าว คุณจะได้รับเกจรุ่นที่มีอิเล็กทรอนิกส์ที่เคลื่อนย้ายเข้าไปในตัวควบคุม ซึ่งสามารถจัดวางให้ห่างจากพื้นที่แผ่รังสีได้ นี่คือช่วง TR (พิรานิ), PR (แคโทดเย็น) และ IE (แคโทดร้อน) ของเรา
ระดับสุญญากาศ
ดังนั้นตอนนี้คุณคุ้นเคยกับเกจประเภทต่างๆ และจุดแข็งและจุดอ่อนของเกจเหล่านั้นเล็กน้อย ถึงเวลาแล้วที่จะจํากัดตัวเลือกให้แคบลง ระดับสุญญากาศเป็นจุดเริ่มต้นที่ดี เนื่องจากเซ็นเซอร์ต้องสามารถวัดค่าที่แรงดันในกระบวนการของคุณได้ การจําแนกประเภทและช่วงทั่วไป ได้แก่:
สุญญากาศแบบหยาบ: ตั้งแต่เหนือบรรยากาศจนถึง 1 mbar - หากคุณต้องการวัดค่าทั้งหมดนี้ ก็มักจะใช้เกจ DI/DU แม้ว่าหากคุณต้องการระดับความแม่นยําที่สูงขึ้น การอัปเกรดเป็น CTRN จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงการติดตามกระบวนการที่แม่นยํา
สุญญากาศปานกลาง: 1 mbar ถึง 10 -3 mbar - เมื่อคุณวัดค่าลงถึงระดับนี้ ตัวเลือกคือการใช้เกจ CTRN หลายตัวเพื่อครอบคลุมช่วงการปั๊มลงทั้งหมด หรือ TTRN ซึ่งจะครอบคลุมช่วงด้วยเกจเดียว แต่มีความแม่นยําต่ํากว่า
สุญญากาศสูง: 10 -3 mbar ถึง 10 -9 mbar - ตัวเลือกสําหรับสุญญากาศสูงคือการวัด PTRN และ ITRN เพื่อความสะดวกในการใช้งาน ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน และความยืดหยุ่นในการติดตั้ง การใช้งานส่วนใหญ่จะเหมาะกับ PTRN โดยมีเพียงบางกรณีที่เฉพาะเจาะจงที่ต้องการความแม่นยําที่เพิ่มขึ้นของ ITRN
สุญญากาศระดับสูงพิเศษ: 10 -9 mbar ถึง 10 -12 mbar - เมื่อวัดค่าใน UHV ทางเลือกเดียวคือการวัดแคโทดร้อน ดังนั้นสายผลิตภัณฑ์ ITRN แบบแอคทีฟหรือสายผลิตภัณฑ์ IE แบบพาสซีฟของเรา ทั้งสองแบบนี้มีความแม่นยําสูง แต่จะได้รับประโยชน์จากการไม่อยู่ในสายตาของกระบวนการโดยตรง
ผลกระทบของกระบวนการต่อเกจวัด
วิธีการที่กระบวนการสามารถส่งผลกระทบต่อเกจมีบทบาทสําคัญในการเลือก ผลกระทบของการใช้งานที่มีต่อเทคโนโลยีเกจที่เลือกต้องได้รับการประเมินอย่างรอบคอบ รวมถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจาก:
ฝุ่นหรือเศษสิ่งสกปรกจากกระบวนการ - หากต้องจัดการกับสิ่งนี้เป็นประจํา เกจประเภทที่ดีที่สุดคือ CTRN และ DI/DU หากจําเป็นต้องวัดสุญญากาศในระดับที่ต่ํากว่า TTR91R พร้อมไส้กรองร้อนและตัวกรองในตัวก็จะให้ประสิทธิภาพที่ดีเช่นกัน
ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน - อีกครั้ง กลุ่มผลิตภัณฑ์ CTRN และ DI/DU เหมาะอย่างยิ่งเนื่องจากวัสดุที่สัมผัสกับสุญญากาศทั้งหมดทนต่อการกัดกร่อนสูง เมื่อวัดค่าในระดับที่ต่ํากว่า คุณจะต้องประเมินก๊าซเฉพาะด้วยวัสดุก่อสร้างของเราเพื่อให้แน่ใจถึงอายุการใช้งานที่ยาวนาน ซึ่งทีมงานการใช้งานเฉพาะของเราสามารถช่วยคุณได้
การระบายอากาศบ่อยครั้ง - ที่นี่ CTRN เหมาะอย่างยิ่งเนื่องจากออกแบบมาสําหรับการใช้งานแบบล็อคโหลดที่รวดเร็ว นอกจากนี้ TTR101 ยังผสมผสานเซลล์แบบ capacitive ขนาดเล็กกับ pirani เส้นใย ดังนั้นหากทํางานในช่วงกว้าง จึงสามารถติดตามการระเบิดแรงดันได้อย่างแม่นยําและส่งคืนค่าที่เชื่อถือได้ อีกครั้ง หากวัดค่าในระดับสุญญากาศที่ต่ํากว่า PTRN เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมเนื่องจากอาโนด/แคโทดที่ทนทานทนต่อการไหลเข้าของอากาศช็อก
การสั่นสะเทือน - การสั่นสะเทือนอาจส่งผลกระทบต่อความเสถียรของการอ่านค่าที่เกจวัดใช้เทคโนโลยีเส้นใย (เช่น TTR91R) หรือแคโทดร้อน (ITR) ดังนั้น ในทั้งสองกรณี ควรแยกเกจหากเป็นไปได้ หรือใช้แคโทดเย็น (PTRN) ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบ
รังสีอนุภาคหรือรังสีเอ็กซ์ - ที่นี่ คุณจะจํากัดการวัดแบบพาสซีฟ เนื่องจากรังสีจะรบกวนระบบอิเล็กทรอนิกส์การวัดแบบแอคทีฟ
แม้ว่าเกจ CTRN และ DI/DU จะได้รับการกล่าวถึงมากมายว่าเหมาะสําหรับการใช้งานที่สมบุกสมบัน แต่ส้นเท้า Achilles จะเป็นช่วงและต้นทุนเสมอ ดังนั้น เกจที่นิยมใช้มากที่สุดคือเกจพิรานิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกจเส้นใย เนื่องจากมีต้นทุนที่สมดุลกับประสิทธิภาพสูง
อินเตอร์เฟซเข้ากับระบบของคุณ
การใช้งานส่วนใหญ่ใช้สัญญาณ 0-10v ที่เรียบง่าย ซึ่งสามารถแปลงเป็นแรงดันได้โดยใช้สมการที่เรียบง่าย ซึ่งสามารถใช้ได้กับเกจแบบแอ็คทีฟทั้งหมดของเรา อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมบางแห่งยังคงต้องการเอาต์พุต 4-20mA ดังนั้นเกจ DI/DU ซึ่งมุ่งเน้นการใช้งานในอุตสาหกรรมหนักอย่างแน่นอนจึงมีรุ่น 4-20mA
อย่างไรก็ตาม ด้วยการรวบรวมข้อมูลที่เพิ่มขึ้น โปรโตคอลการสื่อสารดิจิทัลที่แพร่หลายมากขึ้นจึงกลายเป็นโปรโตคอลที่พบได้ทั่วไปโดยตรงบนหัววัด แทนที่จะใช้ตัวแปลงแบบฮับ ซึ่งรวมถึง RS232/RS485, EtherCAT, Profibus, Ethernet IP และอื่นๆ อีกมากมาย
ต้นทุนและการบํารุงรักษา
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การทราบว่าคุณต้องการวัดค่าอะไรเป็นสิ่งสําคัญ แต่ทุกคนมีงบประมาณ คุณอาจต้องการความถูกต้องแม่นยํา 0.1% แต่หากคุณได้รับความถูกต้องแม่นยํา 1% สําหรับค่าใช้จ่ายครึ่งหนึ่ง คุณอาจจําเป็นต้องพิจารณาสิ่งที่คุณต้องการจริงๆ เพื่อใช้งานและตรวจสอบระบบของคุณ
ประเด็นหลักที่ส่งผลกระทบต่อต้นทุนคือความถูกต้องแม่นยําและช่วงแรงดัน:
ความถูกต้องแม่นยํา - ตามที่คุณคาดหวัง ความถูกต้องแม่นยําสูงมักจะนําไปสู่ต้นทุนที่สูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออยู่ในสุญญากาศหยาบ/ปานกลางที่มีเกจวัดความจุมีราคาแพงกว่าเกจวัดแบบ Piezo มาก
ช่วงความดัน - มักจะมีการรวมเกจสองประเภทเข้าด้วยกันในหนึ่งเดียวเพื่อวัดค่าในช่วงความดันที่กว้างขึ้น ซึ่งนําไปสู่ต้นทุนที่สูงขึ้นสําหรับเกจแบบบูรณาการ แต่คุณสามารถประหยัดได้โดยการมีหน้าแปลนเพียงตัวเดียวในระบบของคุณ
การบํารุงรักษายังเป็นสิ่งสําคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อพิจารณาวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์
- เช่นเดียวกับปั๊ม การวางแผนการบํารุงรักษาที่เหมาะสมสามารถเพิ่มอายุการใช้งานของเกจได้อย่างมาก และรับประกันประสิทธิภาพตามข้อกําหนดเฉพาะเมื่อทํางานในสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบัน
- ในเกจบางรุ่น การบํารุงรักษาเพียงแค่เปลี่ยนเซลล์วัดค่า (เช่น ใน TTR91R) หรือสามารถถอดเซลล์วัดค่าออกและทําความสะอาดด้วยตนเอง (เช่น ในซีรี่ส์ PTRN) จากนั้นที่ปลายด้านบน มาตรวัดเช่น CTRN จะได้รับการจัดประเภทว่า "ไม่ต้องบํารุงรักษา" เนื่องจากสามารถรับมือกับสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบันที่สุดได้ ข้อมูลป้อนเข้าเพียงอย่างเดียวที่ลูกค้าต้องการคือการปรับเกจให้เป็นศูนย์ แต่แม้แต่สิ่งนี้ก็จําเป็นต่อกระบวนการที่ยากลําบากที่สุดเท่านั้น
การประเมินผล
การเลือกเกจที่เหมาะสมสําหรับการสร้างสุญญากาศที่มีประสิทธิภาพจําเป็นต้องเข้าใจระดับสุญญากาศและความต้องการในกระบวนการของคุณ แม้ว่าอาจดูเหมือนเป็นทางเลือกที่น่ากลัว แต่ด้วยการพิจารณาข้อกําหนดของระบบอย่างละเอียด ตัวเลือกต่างๆ ก็สามารถจํากัดได้ง่ายเพื่อให้คุณนํามาตรวัดที่สมบูรณ์แบบมาใช้กับระบบของคุณ
ประเด็นสุดท้ายที่ต้องพิจารณาคือ คุณมีข้อกําหนดสําหรับจอแสดงผล/ตัวควบคุมเฉพาะสําหรับเกจของคุณหรือไม่
ซึ่งจะช่วยให้คุณมองเห็นแรงดันของระบบของคุณจาก HMI เฉพาะใดๆ แต่ยังมีความสามารถในการมีจุดรวมหนึ่งจุดสําหรับระบบเกจของคุณแทนที่จะมีหลายจุด ทําให้การรวมระบบดังกล่าวง่ายขึ้น เรามีสองกลุ่มหลัก ได้แก่ รุ่น DISPLAY พื้นฐาน ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การจัดหาจอแสดงผลเฉพาะที่เพียงอย่างเดียว และรุ่น GRAPHIX ขั้นสูงที่ให้ตัวเลือกการเชื่อมต่อที่มากขึ้น
