Linee guida di progettazione per i controllori di flusso di massa
(SFC5xxx) e misuratori di portata massica (SFM5xxx)

Riepilogo
Questa guida fornisce consigli per la valutazione, il test e l'integrazione dei regolatori di portata massica e dei misuratori Sensirion. È applicabile ai prodotti SFC55xx, SFC54xx e SFC53xx, nonché ai prodotti SFM55xx, SFM54xx e SFM53xx.
Per chiarezza, il documento è stato scritto per i regolatori di portata massica, ma la maggior parte delle linee guida sono valide anche per i misuratori di portata massica.

Come scegliere il tuo regolatore di portata massica (misuratore di portata massica)

Sensirion offre diverse famiglie di regolatori di portata massica e misuratori.

• SFC5500 (SFM5500) è ideale per i primi test e progetti con volumi annuali fino a 50 pezzi. È disponibile in configurazioni fisse con tarature multiple del gas preconfigurate, diversi intervalli di flusso e raccordi intercambiabili ed è disponibile tramite distribuzione.
• La famiglia SFC54xx (SFM54xx) è un prodotto su ordinazione che offre la massima configurabilità (portate, connettori fluidici e interfacce di comunicazione) ed è adatto a progetti di varie dimensioni.
• La famiglia di prodotti SFC53xx (SFM53xx) è costituita dai regolatori di portata massica (misuratori di portata massica) di Sensirion più adatti per progetti con volumi annui superiori a 50 pezzi.

Per aiutarti a scegliere il giusto regolatore di portata massica, sul Sensirion è disponibile una "Guida alla selezione". webluogo. Si prega di consultare la sezione "Risorse utili" di seguito.

Come azionare il vostro regolatore di flusso di massa

Il metodo di valutazione dipende dal fatto che il Mass Flow Controller abbia un'interfaccia digitale o analogica.

2.1 Interfaccia digitale
Esistono diversi modi per far funzionare i regolatori di flusso di massa digitali Sensirion. Variano per complessità e flessibilità di implementazione.
Il kit di valutazione EK-F5x è il modo più veloce per iniziare a lavorare con il tuo Mass Flow Controller. Combina un alimentatore (sono inclusi adattatori per la maggior parte delle prese in tutto il mondo) e una presa USB-A per il tuo PC. Si tratta di un semplice sistema plug-and-play per valutare tutti i regolatori di flusso di massa digitali con un connettore DB9 (è disponibile un adattatore per altri connettori – contattare Sensirion). EK-F5x è disponibile presso la distribuzione. Si prega di notare che il regolatore di flusso di massa non è incluso e deve essere acquistato separatamente.

• Il modo più rapido per iniziare a lavorare con il tuo dispositivo è utilizzare il kit di valutazione EK-F5x insieme a Sensirion Viewer software. È una soluzione plug-and-play, che ti consentirà di controllare e configurare il tuo dispositivo (ad es. scegliere la calibrazione del gas). Il ViewÈ possibile utilizzare il software per controllare più controller di flusso di massa aprendolo
  più istanze del programma su un unico PC.
• Un altro modo semplice per controllare il tuo dispositivo è utilizzare il kit di valutazione insieme al Lab disponibileVIEW conducenti.
  Ciò consente una maggiore flessibilità a scapito di alcuni sforzi di implementazione. Un laboratorioVIEW l'implementazione è adatta per la maggior parte delle applicazioni di laboratorio e di prototipazione. È possibile controllare più Mass Flow Controller con un unico LabVIEW programma, assegnando ai dispositivi indirizzi diversi.
• La maggior parte dei progetti OEM richiederà la progettazione di un cablaggio personalizzato (incluso un alimentatore) insieme a un'implementazione nel linguaggio di programmazione desiderato. Sensirion fornisce librerie pronte per l'uso in C, C# e Python (vedi Sezione 8.2.2 in Risorse utili). Queste librerie possono essere utilizzate per controllare più dispositivi contemporaneamente (assicurarsi che i dispositivi abbiano indirizzi RS485 univoci) o per aggiungere i regolatori di portata massica a una sequenza di misurazione. Tuttavia, ciò comporta anche il massimo sforzo di attuazione al di fuori delle opzioni qui menzionate.

È anche possibile utilizzare il LabVIEW libreria con cablaggio personalizzato o per usare librerie C, C# e Python con il kit di valutazione EK-F5x.

Figura 1 Diverse opzioni per la valutazione dei controllori di flusso di massa digitali
Tabella 1 Opzioni software per la valutazione dei regolatori di portata massica digitali

SFC5xxx/SFM5xxx Viewehm software	LaboratorioVIEW + Libreria C/C#/Python
per una rapida valutazione del software plug-and-play, non è richiesta alcuna codifica non è richiesto alcun cablaggio personalizzato	per test più flessibili e prototipazione è richiesta una codifica personalizzata cablaggio personalizzato consigliato per C/C#/Python

2.2. Interfaccia analogica
Per utilizzare un Mass Flow Controller con un'interfaccia analogica (SFC54XX), è necessario:

• un alimentatore regolabile come fonte di setpoint, in grado di fornire 0-5V, 0-10V o 4-20mA, a seconda della versione del Mass Flow Controller analogico
•  un cavo DB9 per collegare il Mass Flow Controller a un'alimentazione 15-24V
• un multimetro o un oscilloscopio per misurare il segnale di flusso

Consigli sui test

Si consiglia di iniziare testando la comunicazione con il dispositivo, utilizzando il kit di valutazione EK-F5x e il Viewer software. Il baud rate e l'indirizzo del dispositivo con il viewIl software può essere facilmente modificato se necessario.
Come secondo passaggio, collegare il dispositivo a un'alimentazione di gas (o a una fonte di vuoto). Per la massima precisione, montare il Mass Flow Controller orizzontalmente e utilizzare la stessa pressione durante la calibrazione di fabbrica (specificata nella scheda tecnica, per impostazione predefinita per la maggior parte dei prodotti 3 bar ingresso vs uscita).
Se il Mass Flow Controller è montato verticalmente, l'effetto camino può influire negativamente sulla precisione a basse portate e soprattutto a portata zero. È possibile utilizzare il software di calibrazione Sensirion per compensare tale effetto. Il “Software di ricalibrazione” può essere scaricato dal Sensirion websito ed è anche linkato nella sezione “Risorse utili” Sezione 8.1. In questo caso, dovrai calibrare tu stesso il regolatore di portata massica nell'orientamento scelto.
Provare a utilizzare diversi punti di regolazione per testare il Mass Flow Controller. Se non è possibile raggiungere il setpoint prescelto, provare ad aumentare la pressione di alimentazione, rimuovendo le resistenze fluidiche come filtri o utilizzando tubi di diametro maggiore. Se la pressione di alimentazione utilizzata è significativamente inferiore alla pressione di calibrazione, il controller può essere più lento del previsto. D'altra parte, se la pressione di alimentazione è significativamente maggiore della pressione di calibrazione, il Mass Flow Controller potrebbe diventare instabile. In questi casi, abbassare o aumentare il guadagno del ser per adattare il controller di conseguenza. Questo può essere fatto comodamente con il Viewer software. Per istruzioni dettagliate, vedere il "Viewer Manuale del Software”, linkato in “Risorse utili” Sezione 8.2.1.

Insidie ​​comuni

4.1. Il flusso sembra essere spento di diverse %
Se il flusso sembra essere disconnesso di diverse % (soprattutto intorno al 7%) rispetto al tuo riferimento, ci sono buone probabilità che le unità di flusso dei due dispositivi non siano le stesse. I regolatori di flusso del culo di Sensirion possono essere calibrati in fabbrica per diverse unità: ad es. litri standard o normali. La differenza di conversione tra i due è di circa il 7%, a causa delle diverse temperature di riferimento utilizzate per litri standard e norm. Assicurati che il Mass Flow Controller e il tuo riferimento utilizzino le stesse unità durante il test. Maggiori informazioni sulla conversione dell'unità di portata possono essere trovate in una nota applicativa dedicata, “Riferimento e Conversioni di Portata tra portata massica e volumetrica”, nel paragrafo “Risorse utili” Sezione 8.1.
La causa più comune per osservare un tempo di assestamento più lungo del previsto è il tentativo di verificarlo dalla posizione di una valvola completamente chiusa. Le elettrovalvole sono comunemente interessate dal cosiddetto “effetto stiction”. Per aprire la valvola da una posizione chiusa (setpoint 0), un certo overvoltage è necessario per superare l'effetto stiction. Ciò può causare un picco nel flusso (soprattutto per setpoint bassi) o un tempo di assestamento più lungo del previsto. Regolando il "guadagno utente" del Mass Flow Controller, il comportamento può essere adattato ai requisiti specifici.

Il tempo di assestamento dei regolatori di flusso di massa di Sensirion è specificato per una risposta graduale dal 10% al 100% del fondo scala entro il 5% del setpoint. Quando si testa il tempo di assestamento, non farlo da una posizione di flusso zero.

Consigli di progettazione

Per ottenere la massima precisione, si consiglia di utilizzare un design in cui il Mass Flow Controller è montato orizzontalmente.
La valvola utilizzata nei Mass Flow Controllers (valvola proporzionale) è un sistema oscillante. Cercare di evitare fonti di vibrazioni o di disaccoppiare queste fonti meccanicamente dal Mass Flow Controller. Possono interferire con il corretto funzionamento della valvola.
Il funzionamento della valvola produce una notevole quantità di calore. Il Mass Flow Controller non deve quindi essere collocato in uno spazio ermeticamente sigillato. Si consiglia di progettare un flusso di raffreddamento sopra il Mass Flow Controller per contrastare il riscaldamento della valvola. Un ampio gradiente di temperatura tra il Mass Flow Controller e il gas utilizzato per controllare può influenzare negativamente la precisione del dispositivo.

5.1. Caduta di pressione e pressione di ingresso
La caduta di pressione viene generata quando il gas passa attraverso la valvola di un regolatore di portata massica. L'entità della caduta di pressione è proporzionale alla portata e alla densità del gas.
È importante verificare che alla portata massima richiesta, per un dato gas, la pressione in ingresso sia maggiore della caduta di pressione. Se ciò non può essere ottenuto, contattare garantendo: potrebbe essere possibile ordinare un regolatore di flusso di massa simile con una valvola di dimensioni maggiori. Le valvole più grandi offrono una caduta di pressione inferiore al costo di una minore precisione/risoluzione a basse portate.

Connettori fluidici ed elettrici

Tabella 2 Connettori fluidici ed elettrici

Riferimento prodotto	Connettore fluidico	Elettrico connettore
SFC5500/ SFM5500	Montato in fabbrica con Legris G 1/4″ flangia (raccordi intercambiabili) Compatibile con raccordi Legris, Swagelok, Festo, Serto (e altri)	DB9
SFC5400/ SFM5400	Swagelok, videoregistratore, videoregistratore, downmount	DB9
SFC5460/ SFM5460	Swagelok, videoregistratore, videoregistratore, downmount	JST a 4 pin*
SFC5300/ SFM5300	Downmount	DB9
SFC5330/ SFM5330	Downmount	JST a 4 pin*

*Chiedere a Sensirion un adattatore, se utilizzato con il kit di valutazione EK-F5x.

6.1. Interfaccia per il montaggio a valle
Quando si utilizzano prodotti con connettori a montaggio basso, un collettore specifico deve essere progettato e prodotto dall'utente.
Nella Tabella 4 nella sezione "Risorse utili" Sezione 8.1, sono disponibili i modelli CAD per i modelli di collettori suggeriti per SFC54xx / SFM54xx e SFC53xx / SFM53xx. Possono essere utilizzati come punto di partenza per un design personalizzato.
Gli O-ring necessari per la tenuta non sono forniti da Sensirion. I suggerimenti sono forniti nella Tabella 4 in “Risorse utili” Sezione 8.1. Si consiglia di utilizzare gli stessi materiali di tenuta all'interno del Mass Flow Controller (vedi scheda tecnica) per garantire la compatibilità dei materiali con i gas utilizzati.

Descrizione dei collettori:

• SFx54xx: 4 viti possono essere utilizzate per il montaggio. Gli O-ring devono essere posizionati sul lato del regolatore di portata massica. Il collettore illustrato di seguito può essere utilizzato come punto di partenza per la progettazione. Un regolatore di flusso di massa è posizionato sopra il collettore.

Figura 2 Design del collettore suggerito per SFC54xx / SFM54xx

• SFx53xx: per il tipo a corpo corto (vedi scheda tecnica) sono necessarie 2 viti per il fissaggio dal lato inferiore. Per il corpo lungo si possono utilizzare 4 viti dall'alto. Gli O-ring devono essere posizionati sul lato collettore. Il design illustrato di seguito è compatibile sia con il design del corpo "corto" che "lungo".

Figura 3 Design del collettore suggerito per SFC53xx / SFM53xx

Strumento di ricalibrazione

I regolatori di portata massica basati su MEMS di Sensirion vengono spediti completamente calibrati per i gas specificati al momento dell'ordine. A differenza dei tradizionali regolatori di flusso di massa di tipo capillare, non si spostano e non richiedono una ricalibrazione regolare.
Tuttavia, è anche possibile creare e salvare una calibrazione personalizzata per casi d'uso speciali. A tale scopo è disponibile uno strumento dedicato. Possibili scenari in cui la ricalibrazione dell'utente potrebbe essere utile sono:

• calibrare il Mass Flow Controller per i gas per i quali il controller non è stato calibrato in fabbrica
• calibrare il Mass Flow Controller a una pressione significativamente diversa dalle condizioni di calibrazione di fabbrica (tipicamente 3 bar di pressione differenziale: 4 bar in ingresso e pressione atmosferica in uscita)
•  qualsiasi situazione che porti alla calibrazione di fabbrica che richieda regolazioni a causa dei requisiti di precisione, ad es. implementazione verticale anziché orizzontale, …

Per ricalibrare il Mass Flow Controller, è necessaria una fonte di gas pressurizzato con una portata definita e il software di ricalibrazione Sensirion. Per misurare con precisione il flusso attraverso il Mass Flow Controller, si consiglia di impostare il Mass Flow Controller in serie con un Mass Flow Meter come riferimento (vedi figura). Il numero di punti di calibrazione influirà sulla precisione della calibrazione. In genere, sono necessari meno punti quando il nuovo gas di calibrazione ha proprietà simili (densità, conducibilità termica e capacità termica) rispetto a uno dei gas per i quali il regolatore di portata massica è già stato calibrato in fabbrica. Un example ricalibra un dispositivo per O2 che è già stato calibrato in fabbrica per Air.

Figura 4 Configurazione consigliata per la ricalibrazione dei regolatori di portata massica

Lo strumento software e il relativo manuale possono essere scaricati da Sensirion webluogo. Un collegamento a “SFC5xxx/SFM5xxx Viewer software” è fornito nella sezione “Risorse utili” Sezione 8.2.1.

Risorse utili

8.1. Documentazione
Su Sensirion sono disponibili varie guide e note applicative websito.
Regolatori di flusso di massa (SFC): sensirion.com/products/product-categories/mass-flow-controller/
Misuratori di portata massica (SFM): sensirion.com/products/product-categories/gas-flow-sensors/
Sezione download tecnico generale: sensirion.com/prodotti/download/

Le risorse più rilevanti sono linkate di seguito.

Riferimento e Flusso Conversioni tra portata massica e volumetrica

Video introduttivo: Regolatori di portata massica SFC5500

Tabella 3 Schede tecniche, modelli CAD e raccomandazioni per l'O-ring

Riferimento prodotto	Scheda dati	Modello CAD	Downmount modello CAD del collettore	O-ring consigliato per il montaggio a terra
SFC5500/ SFM5500-200slm	sensirion.com/risorsa /scheda tecnica/sfc5500	sensirion.com/risorsa /cad/sfc5500-200
SFC5500/ SFM5500- 50sccm 0.5slm 2slm 10 slm		sensirion.com/risorsa /cad/sfc5500
SFC5400/SFM5400	sensirion.com/risorsa /scheda tecnica/sfc5400	sensirion.com/risorsa /cad/sfc5400	sensirion.com/media/d ocuments/Montaggio_p late_SFX54xx.passo	NORMATEC O-ring FKM NT 80.7/75 OR 2019 interno Ø 4,76 x 1,78 millimetri
SFC5460/SFM5460	https://sensirion.com/r fonte/scheda dati/sfc5 460_sfm5460	https://sensirion.com/r esource/cad/downmou nt_SFC5460_SFM5460
SFC5300/SFM5300	sensirion.com/risorsa /scheda dati/sfc53x0_sf m53x0	sensirion.com/risorsa /cad/sfc5300	sensirion.com/media/d ocument/Montaggio_pl mangiato_SFX53xx	Definito dal progetto del collettore (cliente)
SFC5330/SFM5330

8.2. Strumenti software
8.2.1. Viewer e software di ricalibrazione
SFC5xxx/SFM5xxx Viewehm software
sensirion.com/media/documents/Sensirion_Mass_Flow_Controllers_SFC5xxx_Viewe.zip

SFC5xxx/SFM5xxx Viewer Manuale del software
sensirion.com/media/documents/GF_AN_SFC5xxx_Viewer_D1.pdf

SFC5xxx/SFM5xxx Software di ricalibrazione
sensirion.com/media/documents/SFC5xxx_SFM5xxx_RecalibrationTool_V1_72.msi

SFC5xxx/SFM5xxx Manuale del software di ricalibrazione
sensirion.com/resource/user_guide/recalibrationtool/sfc5xxx/sfm5xxx

8.2.2. Driver software
Driver Python
github.com/Sensirion/python-shdlc-sfc5xxx

LaboratorioVIEW, C e C# driver
sensirion.com/media/documents/SFC5XXX_Sample_Codice.zip

8.3. Calibrazione, durata e domande frequenti
Grazie alla stabilità dell'elemento sensore basato su MEMS e al robusto design meccanico, i regolatori di flusso di massa Sensirion non si spostano e non richiedono ricalibrazione sul campo.
Gli elevati standard di produzione utilizzati durante la produzione garantiscono che i nostri regolatori di flusso di massa siano estremamente affidabili e abbiano un tasso di guasto molto basso. Ciò è supportato da rilievi e misurazioni sul campo.

È stato riscontrato che il tempo medio tra i guasti dei dispositivi Sensirion è di 169 anni. L'analisi dettagliata basata su diverse migliaia di parti sul campo può essere trovata in una nota applicativa dedicata:
sensirion.com/resource/application_note/mean_time_between_falilure_analysis

Le valvole di alta qualità utilizzate sono valutate per 100 milioni di cicli. La memoria EEPROM dell'MFC è classificata per 50 000 cicli di scrittura. Questo di fatto limita il numero di volte in cui è possibile modificare una calibrazione, un guadagno utente, ecc. Si prega di tenerne conto quando si implementa il Mass Flow Controller.

Domande frequenti:
sensirion.com/products/support/faq/

Avvisi importanti
Avvertimento, lesioni personali
Non utilizzare questo prodotto come dispositivo di arresto di emergenza o di sicurezza o in qualsiasi altra applicazione in cui il guasto del prodotto potrebbe causare lesioni personali. Non utilizzare questo prodotto per applicazioni diverse dall'uso previsto e autorizzato. Prima di installare, maneggiare, utilizzare o riparare questo prodotto, consultare la scheda tecnica e le note applicative. Il mancato rispetto di queste istruzioni può provocare la morte o lesioni gravi.

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Precauzioni ESD
Il design intrinseco di questo componente lo rende sensibile alle scariche elettrostatiche (ESD). Per prevenire danni e/o degrado indotti da ESD, prendere le precauzioni ESD consuete e di legge quando si maneggia questo prodotto.
Per ulteriori informazioni, vedere la nota applicativa "ESD, Latch-up ed EMC".

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• comunicazione scritta che descriva i vizi deve essere data a SENSIRION entro quattordici (14) giorni dalla loro comparsa;
• si riterrà che tali difetti, con ragionevole soddisfazione di SENSIRION, derivano da un design, materiale o
  lavorazione;
• il prodotto difettoso dovrà essere restituito allo stabilimento di SENSIRION a spese dell'Acquirente; e
• il periodo di garanzia per qualsiasi prodotto riparato o sostituito sarà limitato alla parte non scaduta del periodo originale.

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Versione 1.0 – agosto 2022

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Riferimenti

• Manuale d'uso