Compensation de la pression et de la température en temps réel pour optimiser la régulation du débit.

Divers facteurs externes peuvent avoir une influence sur la précision de mesure et la stabilité de régulation des régulateurs de débit massique. Mais quels sont les problèmes les plus courants ? Bronkhorst peut vous aider à optimiser votre procédé de régulation de débit !

Vincent HENGEVELD
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L'efficacité et le rendement dans un procédé nécessitent un débit de gaz stable. Ce débit de gaz peut être mesuré et régulé par un régulateur de débit massique thermique. En tant que responsable produit au sein de Bronkhorst High-Tech, j'ai été confronté à l’influence des différents facteurs externes pouvant perturber la précision de mesure et la stabilité de régulation des régulateurs de débit massique (MFC/RDM). Voici quelques exemples de facteurs externes :

  • Fluctuations de température
  • Fluctuations de la pression d’alimentation

Ces fluctuations peuvent se produire du fait de la baisse de pression dans une bouteille de gaz ou du fait de l'interférence entre plusieurs régulateurs du débit sur un même réseau. Comment Bronkhorst résout ces problèmes et quelles solutions offrons-nous ?

Interférence entre régulateurs de débit massique

Qu'est-ce que l'interférence ? Typiquement, l'interférence se produit lorsque plusieurs régulateurs de débit massique sont placés très proches l'un de l'autre sur une même conduite ou sont installés sur le même réseaux de gaz. La pression d’alimentation d'un régulateur de gaz est affectée par la consommation de débit des régulateurs de débit voisins. Lorsque l'instrument change de point de consigne, cela affecte la pression de la ligne d’alimentation. En raison de ce changement de pression, la mesure du débit dans un régulateur de débit conventionnel est affectée, indiquant une mesure de débit incorrecte qui n'est pas représentative du débit réel à travers le régulateur de débit massique. Plus le débit nominal du régulateur de débit est faible, plus l'interférence d’un changement du point de consigne d'un régulateur de débit massique plus grand monté en parallèle sera important sur le premier.

Compensation de pression statique et dynamique

La compensation de pression statique est la compensation des changements lents de pression, par exemple la pression venant d’une bouteille de gaz diminuant lentement. Intégrer un transmetteur de pression au régulateur de débit massique, conjointement avec un algorithme de conversion embarqué, permet de calculer en temps réel les propriétés véritables du fluide. Pour la mesure semi-calorifique, la densité, la viscosité, la conductivité thermique et la capacité calorifique sont utilisées dans le calcul. Ces propriétés changent sous l'influence de la pression et de la température. Ainsi, la température et la pression réelles sont mesurées et traitées, ce qui donne une mesure de débit précise et une stabilité de régulation.

La compensation de pression dynamique est la compensation de changement de pression rapides. Cela peut se produire lorsqu'un régulateur de débit massique de plus fort débit sur une même ligne d'alimentation change son point de consigne, cela provoque sur un régulateur de plus petit débit un effet indésirable également connu sous le nom "d'interférence". Dès que ces changements rapides de pression sont identifiés par le capteur de pression, la régulation de la vanne est ajustée en conséquence, de façon à ce que le débit reste stable.

Compensation dynamique du débit

Compensation dynamique, insensible aux changements de pression

Régulation du débit stable avec conversion embarquée.

L'algorithme de conversion embarqué permet de convertir les propriétés du fluide d'étalonnage mémorisé par celles des 100 autres gaz embarqués (fonctionnalité multi-fluides/multi-gammes). La température et la pression réelles mesurées sont utilisées dans le modèle de conversion embarqué pour compenser les changements des conditions d’alimentation du gaz. Cela conduit à une conversion plus fiable et plus précise et à une meilleure stabilité de régulation.

Configuration simple débitmètre massique insensible à la pression

Configuration plus simple avec un débitmètre massique "insensible à la pression"

Les avantages pour l'utilisateur

  1. Premièrement, du fait de la mesure plus précise et de la régulation de débit améliorée, des conditions d’utilisation optimisées et plus constantes sont possibles, résultant en une amélioration des performances de votre procédé.
  2. Deuxièmement, la facilité d'utilisation car il n'y a pas besoin de maintenir précisément les conditions d’alimentation et de procédé pour lesquelles l'instrument a été commandé.
  3. Troisièmement, étant donné que la pression de lignede gaz fournie devient moins importante pour la précision et la stabilité de régulation de l'instrument, moins de composants de précisions sont nécessaires sur la ligne de gaz d’alimentation, le nombre d’équipement nécessaire peut être réduit au stricte nécessaire. Cela permet de limiter les coûts en faisant l’économie d’un régulateur de pression par exemple.

Régulateur de débit insensible aux variations de pression

Nouvelle série de débitmètres et régulateurs de débit EL-FLOW Prestige PI, insensibles à la pression

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Systèmes personnalisés de mesure des faibles débits pour aider des Solution Factories gagnantes

Découvrez les raisons que les entreprises ont de créer leurs propres skids personnalisés pour mesurer les débits de gaz et de liquides.

Arjan Bikkel
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Chez Bronkhorst, nous avons observé une augmentation de la demande de skids, ces systèmes personnalisés composés de plusieurs types d'instruments tels que des débitmètres pour liquides, pour gaz et un évaporateur. Dans ce billet, nous expliquons pourquoi nous pensons qu'il existe une corrélation entre une demande croissante de skids et la capacité à faire face à la concurrence dans un secteur concurrentiel.

Les Solution Factories européennes

Notre réaction a été déclenchée par une publication de la Havard Business Review signée S.E. Chick, A. Huchzermeier, S. Netessine qui, comme d’autres, ont analysé les applications de l'industrie manufacturière européenne se considérant comme « excellentes » dans la fabrication et ayant remporté des prix d'excellence industrielle. Il est remarquable que, malgré l'existence de règles très strictes concernant le travail, les installations, le matériel et une main d'œuvre relativement coûteuse en Europe, les usines qui ont remporté un prix d'excellence industrielle ont toutes prospéré dans des secteurs hautement concurrentiels.

Les quatre facteurs distinctifs décrits dans l'article comme étant à la base de cette réussite des fabricants européens sont les suivants :

  • Leur capacité à exploiter les flux de données pour s'intégrer étroitement avec leurs partenaires de la chaîne d'approvisionnement.
  • Leur capacité à optimiser la valeur client sur l'ensemble de la chaîne, pas seulement sur la partie qui les concerne.
  • Leur capacité à exploiter leurs compétences techniques afin d'offrir un haut degré de personnalisation des produits pour leurs clients.
  • Leur capacité à coopérer avec les fournisseurs afin d'améliorer rapidement leurs processus de fabrication.

En bref, les entreprises manufacturières gagnantes travaillent avec des partenaires pour fabriquer des solutions pour d'autres partenaires. C'est un privilège pour Bronkhorst de travailler en étroite collaboration avec ses clients à la conception de designs personnalisés intelligents qui les aident à satisfaire leurs besoins spécifiques. Un skid est un système personnalisé basé sur un concept standard. Personnaliser un concept standard en tirant parti de l'expérience et du savoir-faire de nos clients et des nôtres en tant que spécialistes des faibles débits, constitue une offre attractive pour de nombreuses entreprises gagnantes de l'industrie, pour plusieurs raisons. Nous aimerions partager avec vous les raisons pour lesquelles nous pensons que les clients s'associent avec nous pour créer leur propre skid.

Les quatre raisons pour lesquelles les skids sur mesure sont populaires

1. L'accent mis sur les activités essentielles - Les entreprises mettent de plus en plus l'accent sur leurs activités de base. Elles attendent de leurs fournisseurs qu'ils leur livrent des solutions complètes plutôt que des instruments individuels. Nous concevons le skid avec nos clients et leur offrons une solution dans laquelle tous les instruments et accessoires ont été intégrés. L'approche « solutions » est expliquée plus en détail dans cette vidéo.

2. L’achat auprès d'un seul fournisseur - Sur un skid, nous pouvons intégrer des débitmètres (Coriolis ou thermiques), un évaporateur, des capteurs d'humidité relative, des transmetteurs de pression, des pompes, des réservoirs et d’autres types d’instruments. Tous les tubes internes du skid sont assemblés par Bronkhorst. Ainsi, les clients peuvent acheter une solution complète à un fournisseur unique plutôt que des instruments individuels à plusieurs fournisseurs. Le skid testé, est prêt à être utilisé par le client. En outre, la solution fait l'objet de tests de pression et d'étanchéité et est livrée avec son manuel d'utilisation. En prime, nos skids sont basés sur des plateformes standards éprouvées pour un temps de mise sur le marché conforme aux attentes de nos clients.

3. Conception sur mesure - Les produits personnalisés, le support et les services d'après-vente aident les clients à se démarquer sur un marché concurrentiel. Chaque skid est spécifiquement conçu pour répondre aux besoins du client. Même si celui-ci n'a besoin que d'un seul skid, nous proposons une solution. Nous offrons par ailleurs des services de support et d'après-vente qui répondent aux besoins de chaque client.

4. Design compact - La tendance à la miniaturisation s'étend partout. Des composants de petite taille demandent une quantité plus faible de matières premières, aussi bien pour la production que pour l'utilisation (de produits chimiques). Les clients qui utilisent des machines high-tech souhaitent disposer d'un équipement le plus compact possible carla surface occupée au sol est coûteuse, plus particulièrement dans les salles blanches qui abritent les machines utilisées pour la fabrication de panneaux solaires et de microcircuits. Un skid peut être une solution très compacte intégrant plusieurs instruments.

Les Solution Factories Européennes

Source : Europe’s Solution Factories, de S.E. Chick, A. Huchzermeier et S. Netessine, Havard Business Review, avril 2014

Test de sécurité pour raccords gaz

Associer un transmetteur de pression à un régulateur de débit massique est une solution fiable pour les tests de sécurité des fabricants de raccords gaz

Johan van' t Leven
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Un fabricant de raccords suit un protocole de tests pour un type de raccords gaz spécifiques utilisés sur le marché des États-Unis. Ces raccords gaz doivent être étanches à l'air sur une courte durée en cas d'incendie.

Le test se fait comme suit : le raccord gaz est fixé à l'extrémité d'un tube qui est introduit dans un four chauffé à une certaine température constante. Puis cet assemblage tube-raccord est soumis à une surpression de 10 bars (139,5 psi). Le raccord passe le test d’étanchéité si la fuite d'air est inférieure à une valeur prescrite pendant une durée définie. Comme il s'agit d'une méthode d'essai destructif, seuls quelques raccords gaz d'un lot sont testés. Dans la configuration d'origine, le capteur de pression avait souvent tendance à mal fonctionner en raison du haut débit (il s'agissait d'un débitmètre à pression différentielle). Avec la solution Débit-Pression de Bronkhorst, le débit ne peut pas être supérieur au débit limite de la pleine échelle du régulateur de débit.

Cette solution Débit-Pression est composée d’un transmetteur de pression / régulateur « maître » (modèle EL-PRESS PM51 de Bronkhorst) qui contrôle un régulateur de débit en amont « esclave ». Lorsque le raccord gaz échoue aux tests, le capteur de pression, détectant une pression inférieure aux 10 bars recherchés, force le régulateur de débit à générer un débit d'air dans le système. Si ce débit a une valeur non nulle, c'est qu'une fuite a été détectée. Selon le fabricant de raccords, le système est robuste et la détection de la pression est fiable.

Coffret de solution débit-pression

Pour ces tests de fuite, mieux vaut combiner un transmetteur/régulateur de pression « maître » et un régulateur de débit « esclave » qu'un régulateur de pression et un débitmètre. Dans ce dernier cas, il existe un risque de voir une mesure de débit hors échelle, incohérente dans la phase initiale de gonflage lorsque le régulateur de pression cherche à atteindre son point de consigne très rapidement. L'avantage de la configuration de Bronkhorst est que le débit généré ne peut jamais dépasser la pleine échelle du régulateur de débit.

Cette configuration prévoit également un filtre de 15 μm qui empêche les particules de suie du four d'entrer dans le régulateur de débit, ce qui serait néfaste pour la mesure de débit de cet appareil. En cas d'obstruction, il n'est pas nécessaire de démonter l'installation pour nettoyer le filtre, celui-ci peut être nettoyé à l'air par rétro-soufflage. Cette configuration est livrée par défaut avec un coffret de commande numérique (série E-8000) qui permet d'afficher et de régler les paramètres. Cette électronique de commande peut être connectée à un système informatique via un port série RS232 et les logiciels standard de Bronkhorst ou ceux développés spécialement par les utilisateurs. En cas d'intégration d'un potentiomètre, une modification est également possible afin de permettre le réglage manuel des paramètres, si vous le souhaitez. Cette modification comprend le passage du numérique à l'analogique.

Voir les transmetteurs et régulateurs de pression

Télécharger la note d'application (en anglais)