Lựa chọn máy đo chân không cho quy trình công nghiệp Ngày 19 tháng 1 năm 2021

Khi đến lúc chọn một máy đo chân không mới để bổ sung cho bơm chân không hoặc hệ thống của bạn, điều quan trọng là phải có cách tiếp cận chu đáo. Điều này đặc biệt đúng khi tích hợp vào một quy trình công nghiệp nơi nhiệm vụ có thể khắc nghiệt hơn bình thường.

Có tính đến điều này, chúng ta sẽ xem xét các loại máy đo chính được sử dụng trong các quy trình công nghiệp, ưu và nhược điểm của chúng và cách sử dụng tốt nhất.

Có hai loại máy đo chân không tổng hợp: Máy đo trực tiếp và Máy đo gián tiếp. 

Máy đo trực tiếp sẽ cung cấp cho bạn áp suất của hệ thống chân không, độc lập với loại khí (do đó còn được gọi là máy đo độc lập với khí). Chúng sẽ chỉ hoạt động hiệu quả ở áp suất trên 1e-4mbar. Điều này là do chúng phụ thuộc vào các phân tử trong hệ thống có tác động vật lý, và ở áp suất thấp hơn, không có đủ phân tử để tạo ra hiệu ứng có thể đo lường được. Các biện pháp bao gồm:

• CTRN (Điện dung) - tiêu chuẩn vàng về độ chính xác và độ tin cậy nhờ màng ngăn Inconel. Dưỡng này được sử dụng làm dưỡng tham chiếu trên toàn thế giới và trong các ứng dụng khắc nghiệt nhất. Đồng hồ đo điện dung có khả năng chống chịu cao với các vỡ áp suất/chu kỳ, khí ăn mòn và với các tùy chọn làm nóng, có thể xử lý các chất ngưng tụ khác nhau trong phạm vi đo khí quyển đến 1e-4mbar. Hiệu suất tốt nhất trong phân khúc này rõ ràng đi kèm với chi phí, nhưng xem xét máy đo này sẽ không cần bảo dưỡng hoặc thay thế, nó thường có thể hoàn vốn trong suốt vòng đời của hệ thống.

• DI/DU (Piezo/Capacitive) - Một bước xuống từ dòng CTRN, bạn có dòng DI/DU, sử dụng công nghệ tương tự, nhưng trong gói ngưng tụ, xếp hạng IP54. Mặc dù dải CTRN nhắm đến một phạm vi rộng của thị trường, đồng hồ đo DI/DU được nhắm đến thị trường công nghiệp một cách chắc chắn, và do đó có cả đầu ra tiêu chuẩn 0-10v và 4-20mA, với phạm vi bao gồm 2000 đến 0,1 mbar.

• DIAVAC/Capsule/BOURDONVAC (Đĩa Cơ) - khi hầu hết mọi người nghĩ đến một đồng hồ đo, đó là những gì họ nghĩ. Một cơ chế đơn giản di chuyển mặt số trên nền để cho biết rõ áp suất mà không cần màn hình riêng. Như vậy, chúng thường được sử dụng làm bản sao lưu để người dùng của hệ thống có thể xem những gì đang diễn ra. 

Máy đo gián tiếp thường dựa vào hai phương pháp, truyền nhiệt hoặc ion hóa. Truyền nhiệt thường bao gồm khí quyển đến chân không trung bình, và ion hóa thường bao gồm chân không trung bình đến cao hoặc siêu cao. Thông thường, hai công nghệ này được kết hợp thành một cảm biến duy nhất cung cấp phép đo toàn diện.

• TTRN/TTRR (Pirani - Nhiệt) - được sử dụng trong chân không thô đến trung bình, thường là một giải pháp thay thế rẻ tiền cho máy đo Piezo/Điện dung, nơi độ chính xác ít quan trọng hơn. Chúng có hai loại chính; MEMS (TTRN) và Filament (TTRR). Mặc dù công nghệ MEMS đã tăng phạm vi và độ chính xác, nhưng chính cảm biến ít có khả năng xử lý các hạt và tạp chất khác và do đó cần được bảo vệ nếu được sử dụng. Công nghệ sợi đã được sử dụng trong nhiều năm trong các quy trình công nghiệp, và với sợi nhiệt độ cao của nó không chỉ có thể đối phó với 99% các yêu cầu quy trình mà còn hiệu quả hơn về chi phí và do đó được lựa chọn phổ biến hơn trong các ứng dụng công nghiệp.

• PTRN (cathode lạnh - máy đo ion hóa) - khi tìm cách đo dưới 1e-4, đo cathode lạnh là lựa chọn phổ biến nhất. Cấu trúc anode/cathode đơn giản của nó rất chắc chắn chống lại các đợt nổ áp suất, và với kích thước nhỏ và từ trường rò rỉ thấp, nó có ít hoặc không có tác động đến môi trường xung quanh. Do cấu trúc đơn giản nên người dùng có thể dễ dàng và rẻ tiền bảo trì, giảm tổng chi phí sở hữu

• ITRN (Hot Cathode - máy đo ion hóa) - trong đó máy đo catốt lạnh mạnh mẽ hơn, thay vào đó máy đo catốt nóng cung cấp độ chính xác cao hơn và phạm vi đo rộng hơn. Vì vậy, loại máy đo này có thể được sử dụng ở những nơi cần thiết cho các ứng dụng công nghiệp, nhưng thường cần được bảo vệ khỏi quy trình bằng cách lắp trên khuỷu tay hoặc với một số dạng vách ngăn. 

Đối với các đồng hồ đo gián tiếp, có một phần phụ khác của Chủ động và Thụ động. Hầu hết các máy đo trên thị trường đều hoạt động, với thiết bị điện tử xử lý tín hiệu để cung cấp đầu ra kỹ thuật số 0-10v đơn giản hoặc khác trên bo mạch. Tuy nhiên, trong môi trường có lượng bức xạ lớn, điều này đơn giản là không thể vì thiết bị điện tử sẽ bị vỡ. Trong những trường hợp này, bạn có thể nhận được các phiên bản của máy đo có thiết bị điện tử được di chuyển vào bộ điều khiển có thể được đặt cách xa khu vực bức xạ. Đây là các dòng TR (pirani), PR (cathode lạnh) và IE (cathode nóng) của chúng tôi.

Vì vậy, bây giờ bạn đã biết một chút về các loại đồng hồ đo khác nhau và điểm mạnh và điểm yếu của chúng, đã đến lúc thu hẹp lựa chọn. Mức chân không là nơi tốt để bắt đầu, vì cảm biến phải có khả năng đo ở áp suất quy trình của bạn. Phân loại và phạm vi điển hình bao gồm:

• Chân không thô: từ trên không khí đến 1 mbar - nếu đây là tất cả những gì bạn cần đo, thì thông thường sẽ sử dụng một máy đo DI/DU, mặc dù nếu bạn cần mức độ chính xác cao hơn thì việc nâng cấp lên CTRN sẽ đảm bảo theo dõi quy trình chính xác.

• Chân không trung bình: 1 mbar đến 10 -3 mbar - một khi bạn đang đo xuống mức này, lựa chọn là sử dụng nhiều đồng hồ đo CTRN để bao phủ toàn bộ phạm vi bơm xuống, hoặc một TTRN sẽ bao phủ phạm vi với một đồng hồ đo duy nhất, nhưng với độ chính xác thấp hơn.

• Chân không cao: 10 -3 mbar đến 10 -9 mbar - Các tùy chọn cho chân không cao là đo PTRN và ITRN. Để dễ sử dụng, chi phí vòng đời và tính linh hoạt khi lắp đặt, hầu hết các ứng dụng sẽ phù hợp với PTRN, với chỉ một vài trường hợp cụ thể yêu cầu tăng độ chính xác của ITRN. 

• Chân không siêu cao: 10 -9 mbar đến 10 -12 mbar - khi đo vào UHV, lựa chọn duy nhất là đo cathode nóng, vì vậy dòng ITRN hoạt động hoặc dòng IE thụ động của chúng tôi. Cả hai đều có độ chính xác cao nhưng sẽ được hưởng lợi từ việc không trực tiếp trong tầm nhìn của quy trình.

Cách mà các quy trình có thể ảnh hưởng đến máy đo đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn. Tác động của ứng dụng đối với công nghệ đo đã chọn cần được đánh giá cẩn thận, cũng như tác động tiềm ẩn của:

• Bụi hoặc mảnh vụn từ quy trình - nếu xử lý điều này thường xuyên, thì các loại máy đo tốt nhất là CTRN và DI/DU. Nếu cần đo mức chân không thấp hơn, thì TTR91R với sợi nóng và bộ lọc tích hợp cũng sẽ cung cấp hiệu suất tốt.

• Khí ăn mòn - một lần nữa, dòng CTRN và DI/DU hoàn hảo vì các vật liệu tiếp xúc với chân không đều có khả năng chống ăn mòn cao. Khi đo ở mức thấp hơn, bạn sẽ cần đánh giá các loại khí cụ thể bằng vật liệu xây dựng của chúng tôi để đảm bảo tuổi thọ lâu dài, điều mà đội ngũ ứng dụng chuyên dụng của chúng tôi có thể giúp bạn.

• Thông khí thường xuyên - Ở đây, CTRN hoàn hảo vì nó được thiết kế cho các ứng dụng kiểu khóa tải nhanh. Bên cạnh đó, TTR101 kết hợp một pin điện dung nhỏ với một pirani sợi, vì vậy nếu hoạt động trên phạm vi rộng, nó có thể theo dõi chính xác các đợt nổ áp suất và trả về các con số đáng tin cậy. Một lần nữa, nếu đo ở mức chân không thấp hơn, PTRN là lựa chọn phù hợp vì cực dương/cathode chắc chắn của nó có khả năng chống lại sự xâm nhập của không khí. 

• Rung động - rung động có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của chỉ số khi máy đo sử dụng công nghệ sợi (như TTR91R) hoặc catốt nóng (ITR). Vì vậy, trong cả hai trường hợp, máy đo nên được cách ly nếu có thể, hoặc sử dụng catốt lạnh (PTRN) không bị ảnh hưởng.

• Bức xạ hạt hoặc tia X - Ở đây bạn chỉ được phép đo thụ động vì bức xạ sẽ can thiệp vào thiết bị điện tử đo hoạt động.

Mặc dù các dưỡng CTRN và DI/DU được nhắc đến nhiều lần là phù hợp cho các ứng dụng khắc nghiệt, nhưng gót chân Achilles của chúng sẽ luôn là phạm vi và chi phí của chúng. Do đó, loại đồng hồ đo được sử dụng phổ biến nhất là đồng hồ đo pirani, cụ thể là loại sợi vì nó cung cấp chi phí rất cân bằng so với hiệu suất.

Hầu hết các ứng dụng sử dụng tín hiệu 0-10v đơn giản có thể được chuyển đổi thành áp suất bằng phương trình đơn giản. Điều này có sẵn trên tất cả các máy đo hoạt động của chúng tôi. Tuy nhiên, một số ngành công nghiệp vẫn ưu tiên đầu ra 4-20mA, do đó, máy đo DI/DU, được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng công nghiệp nặng, có biến thể 4-20mA.

Tuy nhiên, với việc thu thập dữ liệu ngày càng tăng, nhiều giao thức giao tiếp kỹ thuật số đang trở nên phổ biến hơn trực tiếp trên chính đầu đo, thay vì thông qua bộ chuyển đổi hub. Chúng bao gồm RS232/RS485, EtherCAT, Profibus, Ethernet IP và danh sách tiếp tục.

Như đã đề cập trước đó, biết những gì bạn muốn đo lường là điều quan trọng, nhưng mọi người đều có ngân sách. Bạn có thể muốn độ chính xác 0,1%, nhưng nếu bạn có thể đạt được độ chính xác 1% với một nửa chi phí thì điều quan trọng là phải xem xét những gì bạn thực sự cần để vận hành và giám sát hệ thống của mình.

Các điểm chính ảnh hưởng đến chi phí là độ chính xác và phạm vi áp suất:

• Độ chính xác - như bạn mong đợi, độ chính xác cao thường dẫn đến chi phí cao hơn. Điều này đặc biệt đúng khi sử dụng trong chân không thô/chân không trung bình với đồng hồ đo điện dung đắt hơn đáng kể so với đồng hồ đo Piezo.

• Phạm vi áp suất - thường để đo trên phạm vi áp suất rộng hơn, hai loại đồng hồ đo được tích hợp vào một, dẫn đến chi phí cao hơn cho đồng hồ đo tích hợp, nhưng sau đó bạn có thể tiết kiệm bằng cách chỉ có một mặt bích trên hệ thống của mình. 

Bảo trì cũng là điều quan trọng cần xem xét khi xem xét vòng đời của sản phẩm.

• Giống như với bơm, lịch trình bảo trì thích hợp có thể tăng đáng kể tuổi thọ của máy đo và đảm bảo hiệu suất theo thông số kỹ thuật khi vận hành trong môi trường khắc nghiệt. 
• Trên một số máy đo, việc bảo trì chỉ đơn giản là thay thế cảm biến đo (như trên TTR91R) hoặc có thể tháo cảm biến đo và vệ sinh thủ công (như trên dòng PTRN). Sau đó, ở mức cao hơn, các máy đo như CTRN được phân loại là "không cần bảo trì" vì chúng có thể đối phó với môi trường khắc nghiệt nhất. Đầu vào duy nhất mà khách hàng cần là đặt máy đo về 0, nhưng ngay cả điều này cũng chỉ cần thiết trong các quy trình khắc nghiệt nhất.

Lựa chọn đúng thiết bị đo để tạo ra chân không hiệu quả đòi hỏi sự hiểu biết về mức chân không và nhu cầu quy trình của bạn. Mặc dù có vẻ như đó là một lựa chọn khó khăn, nhưng bằng cách xem xét kỹ các yêu cầu hệ thống của bạn, các tùy chọn có thể dễ dàng thu hẹp để bạn có thể thực hiện máy đo hoàn hảo cho hệ thống của mình.

Điểm cuối cùng cần xem xét là liệu bạn có yêu cầu màn hình/bộ điều khiển cục bộ chuyên dụng cho máy đo của mình hay không.

Điều này rõ ràng cho phép bạn nhìn thấy áp suất của hệ thống cách xa bất kỳ HMI chuyên dụng nào, nhưng cũng cung cấp khả năng có một điểm tích hợp cho hệ thống đồng hồ đo của bạn, thay vì nhiều điểm, giúp việc tích hợp đó dễ dàng hơn. Chúng tôi có hai dòng chính, các mẫu DISPLAY cơ bản, tập trung vào việc cung cấp chỉ một màn hình cục bộ, và các mẫu GRAPHIX tiên tiến hơn cung cấp các tùy chọn kết nối lớn hơn.