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Tecnología de controladores de flujo másico de Alicat Una revisión

Todos los controladores de flujo másico están hechos para lograr el mismo objetivo, pero existen numerosas técnicas de medición. Para domar el caudal de una corriente de gas se necesitan dos sistemas que funcionen en tándem: una válvula de control y un elemento de medición de flujo. He aquí cuatro tipos principales de tecnología de elementos de flujo utilizados en los controladores de flujo másico actuales:

Bypass Térmico

Thermal dispersion bypass flow meter

La dispersión térmica es la Generación X de la tecnología de medición de flujo; los años 60 y 70 vieron la primera tecnología de medición de flujo másico de dispersión térmica, y desde entonces se ha convertido en un elemento básico en la industria de semiconductores.

Mediante la medición de la transferencia de calor entre un elemento calefactor y un sensor de temperatura montado paralelamente a la dirección del flujo de gas en una línea de bypass, se puede medir el flujo másico del gas en la línea.


La amplia adopción de la tecnología de medición de flujo de bypass térmica en la industria de los semiconductores es el resultado de algunas características muy deseables; las partes húmedas compuestas de acero inoxidable 316L, elastómeros seleccionables e incluso sellos de metal a metal proporcionan la resistencia necesaria a los productos químicos altamente corrosivos utilizados en los procesos de semiconductores. Los instrumentos de flujo de bypass térmico también son capaces de medir una amplia gama de caudales y presiones, desde centésimas de mililitro por minuto hasta miles de litros por minuto con diversos tamaños de cuerpo. Son posibles presiones de hasta 700 bar, pero estos dispositivos se utilizan más típicamente alrededor de 20 bar.

Sin embargo, esta increíble hazaña de la innovación humana no está exenta de sus defectos. Estos instrumentos de flujo deben calibrarse con las especies de gas reales en la aplicación del uso final, que son potencialmente peligrosas y/o costosas. De lo contrario, necesitan que sus valores de flujo sean alterados por un factor de corrección. Los factores de corrección introducen un grado de incertidumbre en la medición, disminuyendo la precisión. Otro inconveniente es que la más común relación de reducción es 50:1. Si bien esto es mejor que el 8:1 o 20:1 de tecnologías anteriores, en comparación con nuestro 200:1, esta relación limita severamente el rango utilizable de estos dispositivos. Uno de los requisitos más inconvenientes de los instrumentos de flujo de bypass térmico es su largo tiempo de calentamiento para alcanzar el equilibrio térmico: 30 minutos no es inusual (¡30 minutos de gas corriendo!) Cuando el control estricto del flujo es crítico, los usuarios pueden encontrar que los tiempos de control de 500 a 1500 milisegundos son inadecuados.

Mediante la anemometría de temperatura constante de flujo continuo

Constant temperature anenometry

La anemometría de temperatura constante de flujo continuo es un primo cercano de la tecnología de bypass térmico; en lugar de un bypass, se inserta un calentador y una sonda de sensor de temperatura directamente en la corriente del flujo para medir la dispersión térmica a través del gas que fluye. Se mantiene una constante ΔT entre el calentador y el sensor, y la diferencia de potencia requerida para mantener el ΔT a diferentes caudales se correlaciona con el flujo másico.


Este tipo de controlador puede fabricarse con los mismos materiales anticorrosivos que los dispositivos de derivación térmica, pero también tiene muchas de las mismas debilidades. Entre los puntos débiles de la anemometría de flujo continuo se encuentran una reducción de 50:1, un tiempo de asentamiento de 2000 milisegundos, un período de calentamiento de 30 minutos, una precisión óptima de 1,5-2% y un índice de presión máxima inferior al de las unidades de bypass térmico: 30 bar para instrumentos de acero inoxidable.

MEMS y CMOS ‘Flujo de Chip’

MEMS thermal chip sensor schematic

Principio de funcionamiento del medidor de flujo másico térmico

Estas tecnologías son una aplicación de la medición de flujo másico térmico en forma de chip en miniatura. Los chips MEMS y CMOS promedian el cambio de temperatura medido a través de un chip. La carga térmica es creada por un calentador de potencia constante. Debido al tamaño del elemento de medición, los dispositivos de flujo de chip pueden ser muy pequeños y consumir muy poca energía. En contraste con la anemometría de temperatura constante de flujo continuo y la tecnología de bypass térmico, estos diminutos dispositivos pueden tener tiempos de respuesta extraordinarios cuando se combinan con un paquete de control bien ajustado, incluso a una velocidad de hasta 50 ms.

Los controladores de flujo másico Basis OEM de Alicat emplean esta tecnología para proporcionarle un control de flujo másico rápido y preciso en un paquete pequeño y asequible. Con la calibración de gas real se obtiene una mejor precisión que con otros dispositivos térmicos, Lectura de 1,5% + 0,5% a escala completa, con un rápido tiempo de respuesta de 100 ms. El Basis de Alicat tiene relaciones de reducción de hasta 200:1; para el modelo de 100 sccm, es de 100:1. Y, gracias en parte al tamaño microscópico del sensor, los tiempos de calentamiento con la máxima precisión son de menos de un segundo.

Presión diferencial de flujo laminar

3D Laminar differential pressure schematic

La tecnología de presión diferencial de flujo laminar utiliza un parámetro físico diferente para satisfacer una necesidad en el mundo industrial y analítico. Los sensores de presión están construidos con diafragmas que son increíblemente sensibles a los cambios, lo que los convierte en uno de los sensores más rápidos disponibles. Para el flujo laminar, la Ecuación de Poiseuille puede utilizarse para determinar el flujo másico a partir de la presión diferencial, la viscosidad, la temperatura y la presión.


Los sensores de presión diferencial no requieren el mismo calentamiento que los sensores térmicos, y las respuestas a cambios en el flujo tan rápido como 10 ms son razonables. Junto con una válvula de control, el tiempo de ajuste del control puede ser igualmente rápido, entre 50 ms y 100 ms es común, y algunas aplicaciones alcanzan los 20-50ms. La reducción estándar para las unidades LFDP es de 200:1, lo que permite un rango controlable mucho más bajo que las unidades térmicas; las milésimas de centímetro cúbico estándar se pueden leer en los instrumentos con rangos de flujo más bajos. En el otro extremo del espectro, también ofrecemos una de las tasas de escala completa más altas ofrecidas para un controlador de flujo en línea – 5000 SLPM. La alta exactitud es de 0.4% de lectura + 0.2% de escala completa.

Los Medidores de flujo  laminar de Alicat y los  controladores  aprovechan estas ventajas para construir un controlador de flujo confiable para cumplir con su precisión y la velocidad deseada para su proyecto.

Para guía en como optimizar el flujo e instrumentación para su proceso, consulte nuestra guía.

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