مس فلو کنترلر بورکرت (Bürkert Mass Flow Controller) از دقیق‌ترین تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل دبی جرمی گاز در صنایع فرآیندی، آزمایشگاهی، دارویی، غذایی، انرژی و نیمه‌هادی است. شرکت آلمانی Bürkert با بیش از 70 سال سابقه در حوزه‌ی تجهیزات کنترل سیالات، خانواده‌ی متنوعی از کنترل‌کننده‌های دبی (MFC) و سنجش دبی (MFM) را برای کاربردهای مختلف طراحی کرده است.

این تجهیزات با بهره‌گیری از سنسورهای حرارتی (Thermal MEMS یا Thermal Capillary)، شیرهای پروپرشنال اختصاصی بورکرت و کنترلر PID داخلی، امکان اندازه‌گیری و کنترل بسیار دقیق جریان گازها را فراهم می‌کنند.

وظیفه مس فلو کنترلر

مس فلو کنترلر (به اختصار MFC) یا کنترل‌کننده‌ی دبی، تجهیزی است که علاوه بر اندازه‌گیری دبی جرمی گاز، به‌صورت خودکار پایدار بودن مقدار جریان را متناسب با مقدار تنظیم شده (Set Point) کنترل می‌کند. در یک MFC اجزای زیر به‌صورت یکپارچه قرار دارند:

• سنسور اندازه‌گیری دبی
• کنترلر الکترونیکی
• شیر کنترل پروپرشنال
• الگوریتم PID
• خروجی‌های آنالوگ یا دیجیتال

کنترل‌کننده به‌طور مداوم مقدار واقعی جریان را با مقدار تنظیم شده مقایسه می‌کند و با تغییر میزان بازشدگی شیر، جریان را ثابت نگه می‌دارد. حتی اگر فشار ورودی یا شرایط فرآیند تغییر کند، این جریان پایدار باقی خواهد ماند.

اجزای مس فلو کنترلر بورکرت

مس فلو کنترلر بورکرت از چند بخش اصلی تشکیل شده است که هر یک وظیفه‌ی مشخصی برای اندازه‌گیری و کنترل دقیق دبی جرمی گاز دارند. برخلاف سیستم‌هایی که از تجهیزات مجزا برای اندازه‌گیری، کنترل و تنظیم جریان استفاده می‌کنند، در MFCهای بورکرت تمامی این اجزا در یک تجهیز فشرده و یکپارچه قرار گرفته‌اند. این طراحی علاوه بر کاهش فضای نصب، سیم‌کشی و هزینه‌های راه‌اندازی، موجب افزایش دقت، سرعت پاسخ و پایداری کنترل نیز می‌شود.

سنسور اندازه‌گیری دبی (Flow Sensor)

مهم‌ترین بخش دستگاه، سنسور اندازه‌گیری دبی است که مقدار جرم گاز عبوری را به‌صورت لحظه‌ای اندازه‌گیری می‌کند. در بسیاری از مدل‌های جدید مانند سری 8741 و 8742 از سنسورهای Thermal MEMS استفاده شده است که با قرارگیری مستقیم در مسیر جریان گاز، دقت بالا و زمان پاسخ بسیار کوتاهی دارند. در مدل‌های ویژه، گازهای خورنده مانند 8743 و 8744 نیز از سنسورهای Thermal Capillary با المان‌های غیرتماسی با سیال استفاده می‌شود تا مقاومت شیمیایی و امکان تغییر نوع گاز (Gas Conversion) افزایش یابد.

کنترلر الکترونیکی (Control Electronics)

اطلاعات اندازه‌گیری‌شده توسط سنسور وارد کنترلر الکترونیکی می‌شود. این بخش وظیفه پردازش سیگنال، مقایسه مقدار واقعی جریان با مقدار تنظیم‌شده (Setpoint)، اجرای الگوریتم کنترلی PID و ارسال فرمان به شیر کنترل را بر عهده دارد. همچنین مدیریت ارتباطات صنعتی، ذخیره تنظیمات، کالیبراسیون و ارسال داده‌ها به PLC یا DCS نیز توسط همین واحد انجام می‌شود.

شیر پروپرشنال (Proportional Control Valve)

شیر پروپرشنال عملگر اصلی دستگاه است و میزان بازشدگی آن به‌صورت پیوسته تغییر می‌کند تا دبی گاز دقیقاً روی مقدار تنظیم‌شده باقی بماند. بورکرت در MFCهای خود از شیرهای پروپرشنال اختصاصی با حساسیت بالا و زمان پاسخ سریع استفاده می‌کند. تنوع اوریفیس‌ها نیز امکان انتخاب مناسب‌ترین شیر را متناسب با محدوده دبی و افت فشار موردنیاز فراهم می‌کند.

الگوریتم کنترل PID

الگوریتم PID مغز کنترلی دستگاه محسوب می‌شود. این الگوریتم اختلاف بین مقدار واقعی جریان و مقدار تنظیم‌شده را محاسبه کرده و به‌صورت لحظه‌ای میزان بازشدگی شیر را اصلاح می‌کند. نتیجه این فرآیند، حفظ جریان پایدار حتی در صورت تغییر فشار ورودی، تغییر مقاومت خط یا نوسانات فرآیند است.

رابط‌ها و ورودی/خروجی

مس فلو کنترلرهای بورکرت بسته به مدل از خروجی‌های آنالوگ و پروتکل‌های ارتباطی مختلف مانند 0-10 V، 4-20 mA، Modbus RTU، CANopen، büS، PROFINET و Industrial Ethernet پشتیبانی می‌کنند. این رابط‌ها امکان تنظیم Setpoint، دریافت مقدار واقعی دبی، مانیتورینگ وضعیت دستگاه و یکپارچه‌سازی با سیستم‌های اتوماسیون صنعتی را فراهم می‌کنند.

عملکرد هماهنگ اجزا

در زمان کار، سنسور ابتدا دبی جرمی گاز را اندازه‌گیری می‌کند و اطلاعات را به کنترلر الکترونیکی ارسال می‌کند. کنترلر مقدار اندازه‌گیری‌شده را با Setpoint مقایسه کرده و در صورت وجود اختلاف، از طریق الگوریتم PID فرمان لازم را به شیر پروپرشنال ارسال می‌کند. شیر نیز با تغییر میزان بازشدگی خود، جریان گاز را تنظیم می‌کند تا دبی واقعی با مقدار تنظیم‌شده برابر شود. این چرخه به‌صورت مداوم تکرار می‌شود و کنترل دقیق و پایدار جریان گاز را تضمین می‌کند.

نحوه عملکرد مس فلو کنترلر بورکرت

مس فلو کنترلر بورکرت با اندازه‌گیری مداوم دبی جرمی گاز و مقایسه آن با مقدار تنظیم شده، جریان گاز را به‌صورت خودکار کنترل می‌کند. این فرآیند با همکاری سنسور حرارتی، کنترلر داخلی، الگوریتم PID و شیر پروپرشنال انجام می‌شود و کمک می‌کند که دبی گاز حتی در صورت تغییر شرایط فرآیند، تا حد امکان ثابت بماند. روند عملکرد مَس فلو کنترلر بورکرت مطابق زیر است:

1. اندازه‌گیری دبی گاز توسط سنسور حرارتی

سنسور حرارتی، جرم گاز عبوری را با بررسی تغییرات حرارتی جریان به‌صورت مداوم اندازه‌گیری می‌کند. این روش بدون تجهیزات مکانیکی متحرک، مبنای عملکرد دقیق مس فلو کنترلر است.

2. ارسال اطلاعات به کنترلر داخلی

اطلاعات اندازه‌گیری شده توسط سنسور به کنترلر داخلی مس فلو کنترلر ارسال می‌شود. این اطلاعات به‌صورت لحظه‌ای و پیوسته در اختیار کنترلر قرار می‌گیرد تا دستگاه بتواند هرگونه تغییر در میزان جریان گاز را سریع شناسایی کرده و واکنش مناسب را در کوتاه‌ترین زمان انجام دهد.

3. مقایسه دبی واقعی با مقدار تنظیم‌شده

کنترلر، دبی واقعی را با مقدار تنظیم‌شده یا Setpoint مقایسه می‌کند. این مقدار می‌تواند از طریق پنل، سیستم مرکزی یا پروتکل صنعتی ارسال شود.

4. محاسبه میزان خطا توسط کنترلر PID

در صورت اختلاف دبی واقعی و Setpoint، کنترلر PID میزان خطا را محاسبه و با بررسی روند تغییرات، واکنش مناسب را تعیین می‌کند. این الگوریتم موجب کنترل دقیق‌تر و پایدارتر جریان می‌شود.

5. صدور فرمان برای شیر پروپرشنال

کنترلر PID بر اساس میزان خطا، فرمان مناسب را برای باز یا بسته شدن شیر پروپرشنال صادر می‌کند. اگر دبی واقعی کمتر از مقدار تنظیم‌شده باشد، فرمان افزایش بازشدگی شیر صادر می‌شود و اگر دبی از مقدار موردنظر بیشتر باشد، شیر به‌صورت کنترل‌شده بسته‌تر می‌شود. این فرمان‌ها به‌صورت تدریجی و دقیق اعمال می‌شوند تا از تغییرات ناگهانی در جریان جلوگیری شود.

6. تنظیم جریان گاز با شیر پروپرشنال

شیر پروپرشنال با تغییر میزان بازشدگی، جریان گاز را تنظیم می‌کند تا دبی به مقدار تعیین شده برسد. امکان قرارگیری در موقعیت‌های مختلف، کنترل دقیق جریان را در فرآیندهای حساس فراهم می‌کند.

7. تکرار مداوم فرآیند کنترل

این فرآیند به‌صورت پیوسته تکرار می‌شود تا دبی ثابت بماند. سنسور، کنترلر و شیر پروپرشنال در یک حلقه بسته، تغییرات فشار، دما و مصرف گاز را اصلاح می‌کنند و پایداری جریان را افزایش می‌دهند.

تفاوت MFC و MFM

یکی از رایج‌ترین نیازهای کاربران آگاهی از تفاوت میان Mass Flow Controller و Mass Flow Meter است. به بیان ساده MFM فقط اندازه‌گیری می‌کند اما MFC هم اندازه‌گیری می‌کند و هم جریان را کنترل می‌کند. اگر سیستم شما از قبل دارای شیر کنترل است، معمولاً MFM کافی خواهد بود. اما در اکثر خطوط اتوماسیون صنعتی، استفاده از MFC باعث ساده‌تر شدن طراحی سیستم می‌شود.

انواع مس فلو کنترلر بورکرت

بورکرت مس فلو کنترلرهای خود را در چند خانواده برای کاربردهای مختلف ارائه می‌کند که تفاوت آن‌ها در نوع سنسور، محدوده دبی و نوع گاز قابل استفاده است.

• Type 8741 و Type 8742: مناسب گازهای خنثی مانند هوا، نیتروژن و اکسیژن، مجهز به سنسور Thermal MEMS و مناسب برای دبی‌های تا 160 NL/min.
• Type 8743 و Type 8744: مناسب گازهای خورنده و مخلوط‌های گازی، با سنسور Thermal Capillary و قابلیت Gas Conversion برای کاربردهای حساس.
• Type 8746: مناسب دبی‌های بالا تا 2500 NL/min، با افت فشار کم و مناسب برای فرآیندهای صنعتی با جریان زیاد.

انتخاب مدل مناسب به عواملی مانند نوع گاز، محدوده دبی (Full Scale Flow)، فشار کاری، شرایط فرآیند و پروتکل ارتباطی بستگی دارد.

گازهای قابل استفاده با مس فلو کنترلر بورکرت

هر گاز ویژگی‌های فیزیکی متفاوتی مانند رسانایی حرارتی، چگالی، ویسکوزیته و ضریب تراکم‌پذیری دارد و انتخاب گاز مناسب یکی از مهم‌ترین عوامل در عملکرد دقیق مس فلو کنترلر بورکرت است. بورکرت امکان کالیبراسیون را برای طیف وسیعی از گازها فراهم می‌کند، از جمله:

• هوا (Air)
• نیتروژن (Nitrogen)
• اکسیژن (Oxygen)
• آرگون (Argon)
• هیدروژن (Hydrogen)
• کربن دی‌اکسید (Carbon Dioxide)
• هلیوم (Helium)
• آمونیاک (Ammonia)
• گازهای خورنده
• گازهای ترکیبی (Gas Mixtures)

در بسیاری از مدل‌های این برند حتی امکان کالیبراسیون گاز (Gas Conversion) و تعریف چند منحنی کالیبراسیون وجود دارد. قابلیتی که به کاربر امکان می‌دهد یک دستگاه را برای چند گاز مختلف تنظیم کند و در صورت تغییر شرایط فرآیند، نوع گاز یا منحنی کالیبراسیون مناسب را از طریق نرم‌افزار یا رابط کنترلی انتخاب نماید.

هرچند باید توجه داشت که استفاده از قابلیت Gas Conversion به معنای مناسب بودن دستگاه برای هر نوع گاز نیست. پیش از انتخاب مدل باید سازگاری متریال داخلی، نوع آب‌بندی، محدوده فشار، دمای کاری و الزامات ایمنی گاز بررسی شود. برای گازهای خورنده، سمی، قابل اشتعال یا واکنش‌پذیر، انتخاب مدل‌هایی با بدنه استنلس استیل، آب‌بندی مناسب مانند FFKM و طراحی سازگار با شرایط فرآیند اهمیت ویژه‌ای دارد.

در کاربردهای دارای گازهای ترکیبی نیز، ترکیب دقیق گاز و درصد هر جزء باید در نظر گرفته شود. تغییر نسبت اجزای مخلوط می‌تواند خواص حرارتی و جریان گاز را تغییر دهد و در نتیجه بر دقت اندازه‌گیری اثر بگذارد. بنابراین برای دستیابی به عملکرد پایدار، بهتر است کالیبراسیون دستگاه بر اساس گاز واقعی فرآیند یا ترکیب گازی مورد استفاده انجام شود. علاوه بر این، فشار ورودی و خروجی، محدوده دبی، دمای فرآیند، میزان خورندگی و وجود ذرات یا رطوبت نیز عوامل اثرگذار در انتخاب هستند.

Gas Calibration

کالیبراسیون گاز از مهم‌ترین عوامل در دستیابی به اندازه‌گیری و کنترل دقیق دبی در مس فلو کنترلر است. هر گاز ویژگی‌های فیزیکی متفاوتی مانند رسانایی حرارتی، چگالی و ظرفیت گرمایی دارد که عملکرد سنسور حرارتی MFC به آن‌ها وابسته است. بنابراین دستگاه باید بر اساس مشخصات گاز موردنظر کالیبره شود تا مقدار دبی را با دقت و تکرارپذیری مناسب اندازه‌گیری و کنترل کند.

در تجهیزات جدید بورکرت، امکان تعریف چند گاز، تغییر گاز از طریق نرم‌افزار، ذخیره چند منحنی کالیبراسیون (Calibration Curve) و استفاده از قابلیت Gas Conversion فراهم شده است. این امکانات به کاربر امکان می‌دهد یک دستگاه را برای گازهای مختلف به‌کار بگیرد و در نتیجه هزینه‌های نگهداری، کالیبراسیون مجدد و تعویض تجهیزات را کاهش دهد.

جدول مدل‌های مهم مس فلو کنترلر بورکرت

مس فلو کنترلرهای بورکرت در مدل‌ها و سری‌های مختلفی تولید می‌شوند که هرکدام برای محدوده دبی، نوع گاز، فشار کاری و نیازهای کنترلی متفاوتی طراحی شده‌اند. جدول زیر شامل مهم‌ترین مدل‌های این تجهیزات می‌شود.

مزایای مس فلو کنترلر بورکرت

مس فلو کنترلر بورکرت با ترکیب سنسورهای دقیق، شیرهای پروپرشنال و کنترلرهای الکترونیکی پیشرفته، امکان اندازه‌گیری و تنظیم پایدار دبی جرمی گاز را در فرآیندهای مختلف فراهم می‌کند. مهم‌ترین مزایای آن عبارت‌اند از:

• دقت بسیار بالا: این دستگاه‌ها دبی جرمی گاز را با دقت بالا اندازه‌گیری و کنترل می‌کنند و برای فرآیندهایی که به تنظیم دقیق جریان نیاز دارند، مناسب هستند.
• تکرارپذیری عالی: مس فلو کنترلر بورکرت می‌تواند در شرایط کاری مشابه، نتایج یکسان و قابل اعتمادی ارائه دهد و نوسانات فرآیند را کاهش دهد.
• کیفیت ساخت: استفاده از مواد اولیه باکیفیت، فناوری تولید پیشرفته و کنترل دقیق مراحل ساخت، موجب افزایش دوام و قابلیت اطمینان این تجهیزات شده است.
• طراحی فشرده: ساختار یکپارچه و ابعاد مناسب دستگاه، فضای کمی اشغال می‌کند و امکان استفاده از آن را در تابلوها و سیستم‌های با فضای محدود فراهم می‌سازد.
• نصب آسان: طراحی استاندارد اتصالات و رابط‌های دستگاه، فرآیند نصب، راه‌اندازی و اتصال آن به تجهیزات جانبی و سیستم کنترل را ساده‌تر می‌کند.
• کنترل پایدار: کنترلر داخلی و الگوریتم PID، دبی گاز را به‌صورت مداوم تنظیم می‌کنند تا جریان در مقدار تعیین‌شده ثابت باقی بماند.
• قابلیت Gas Conversion: این قابلیت امکان تنظیم دستگاه برای استفاده با گازهای مختلف را فراهم می‌کند و انعطاف‌پذیری آن را در کاربردهای متنوع افزایش می‌دهد.
• نرم‌افزار اختصاصی: با استفاده از این نرم‌افزار Bürkert Communicator می‌توان پارامترهای دستگاه را تنظیم کرد، وضعیت عملکرد را بررسی نمود و فرآیند عیب‌یابی و راه‌اندازی را با سهولت بیشتری انجام داد.
• قابلیت ذخیره چند کالیبراسیون: دستگاه می‌تواند اطلاعات مربوط به چند کالیبراسیون یا گاز مختلف را ذخیره کند تا تغییر تنظیمات در زمان استفاده از گازهای متفاوت سریع‌تر انجام شود.
• امکان اتصال به شبکه‌های صنعتی: پشتیبانی از رابط‌ها و پروتکل‌های صنعتی مختلف، اتصال مس فلو کنترلر را به PLC، DCS و سایر سامانه‌های اتوماسیون صنعتی امکان‌پذیر می‌کند.

کاربردهای MFC بورکرت

مس فلو کنترلرهای بورکرت در فرآیندهایی استفاده می‌شوند که به اندازه‌گیری و کنترل دقیق جریان گاز نیاز دارند. این تجهیزات با افزایش پایداری فرآیند و کاهش نوسانات دبی، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارند:

• صنایع دارویی: برای کنترل دقیق گازها در تولید دارو و فرآیندهای استریل‌سازی.
• بیوتکنولوژی: برای تنظیم جریان گاز در کشت سلولی، تخمیر و فرآیندهای زیستی.
• صنایع غذایی: برای کنترل گازهای مورد استفاده در بسته‌بندی و فرآوری مواد غذایی.
• آزمایشگاه‌ها: برای تأمین و تنظیم دقیق گاز در تجهیزات و آزمایش‌های تحقیقاتی.
• تجهیزات آنالیز گاز: برای کنترل جریان نمونه و گازهای مرجع در آنالایزرها.
• تولید نیمه‌هادی: برای کنترل گازهای فرآیندی در محیط‌های حساس و پاک.
• هیدروژن و انرژی: برای مدیریت جریان هیدروژن و سایر گازها در سامانه‌های انرژی.
• سیستم‌های تست: برای ایجاد جریان دقیق و تکرارپذیر در تجهیزات آزمایش و کالیبراسیون.
• ماشین‌آلات بسته‌بندی: برای تنظیم گازهای محافظ و کنترل شرایط داخل بسته‌بندی.
• صنایع شیشه: برای کنترل گازهای احتراق و تنظیم اتمسفر کوره‌ها.
• متالورژی: برای مدیریت گازهای مورد استفاده در عملیات حرارتی و فرآیندهای ذوب.
• خطوط تزریق گاز: برای تنظیم دقیق دبی گاز در خطوط تولید و فرآیندهای صنعتی.

راهنمای انتخاب مس فلو کنترلر بورکرت

برای انتخاب مس فلو کنترلر مناسب، باید شرایط گاز، محدوده‌ی جریان، وضعیت فشار و نیازهای کنترلی فرآیند را به‌دقت بررسی کرد. توجه به موارد زیر کمک می‌کند مدل دستگاه با نیازهای فنی و سیستم اتوماسیون هماهنگ باشد.

نوع گاز

از مهم‌ترین عوامل انتخاب MFC است. جنس قطعات داخلی، روش اندازه‌گیری و سازگاری شیمیایی دستگاه باید با گاز مورد استفاده مطابقت داشته باشد. گازهایی مانند هوای فشرده، نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن و CO₂ ممکن است به مدل‌های متفاوتی نیاز داشته باشند.

محدوده دبی

حداقل و حداکثر دبی موردنیاز فرآیند را مشخص کنید. انتخاب محدوده‌ای که با دبی واقعی سیستم تناسب داشته باشد، دقت اندازه‌گیری و کیفیت کنترل جریان را بهبود می‌دهد.

فشار ورودی

فشار تأمین گاز باید با محدوده کاری مس فلو کنترلر سازگار باشد. فشار ورودی نامناسب می‌تواند باعث کاهش عملکرد، ناپایداری جریان یا آسیب به شیر کنترل شود.

فشار خروجی

فشار خروجی یا فشار فرآیند بر عملکرد شیر و میزان جریان قابل کنترل تأثیر می‌گذارد. بنابراین باید فشار موردنیاز در محل مصرف و اختلاف فشار موجود در مسیر بررسی شود.

دمای کاری

دمای محیط و دمای گاز باید در محدوده مجاز دستگاه قرار داشته باشد. تغییرات دما می‌تواند بر دقت سنسور، پایداری اندازه‌گیری و عملکرد کلی کنترلر اثر بگذارد.

دقت موردنیاز

میزان دقت موردنیاز به حساسیت فرآیند بستگی دارد. در کاربردهای آزمایشگاهی، ترکیب گازها و فرآیندهای دقیق، انتخاب مدلی با دقت و تکرارپذیری بالاتر اهمیت بیشتری دارد.

نوع اتصال

نوع اتصال باید با لوله‌کشی و تجهیزات موجود در سیستم هماهنگ باشد. بسته به مدل و کاربرد، می‌توان از اتصال رزوه‌ای یا سایر اتصالات فرآیندی مناسب استفاده کرد.

پروتکل ارتباطی

پروتکل ارتباطی باید با PLC، DCS یا سیستم کنترل مرکزی سازگار باشد. گزینه‌هایی مانند 0-10V، 4-20mA، Modbus، PROFINET، Ethernet/IP و CANopen امکان ارسال فرمان، دریافت اطلاعات دبی و پایش وضعیت دستگاه را فراهم می‌کنند.

خرید مس فلو کنترلر بورکرت

مس فلو کنترلر بورکرت با بهره‌گیری از سنسورهای دقیق، شیرهای پروپرشنال، کنترلر PID و پروتکل‌های ارتباطی صنعتی، امکان اندازه‌گیری و کنترل پایدار دبی جرمی گاز را در کاربردهای مختلف فراهم می‌کند. خانواده‌های MFC و MFM این برند برای صنایع آزمایشگاهی، دارویی، شیمیایی، انرژی، نیمه‌هادی و خطوط تولید مناسب هستند.

برای انتخاب مدل مناسب، باید عواملی مانند نوع گاز، محدوده دبی، فشار و دمای فرآیند، دقت موردنیاز، متریال در تماس با سیال و پروتکل ارتباطی بررسی شود. ارائه‌ی اطلاعات فنی فرآیند به کارشناسان تجهیز صنعت، بهترین راه برای دریافت مشاوره‌ی دقیق و پیشنهاد فنی و بودجه‌ای متناسب با شرایط شماست.