Bộ điều khiển lưu lượng khối (MFC) là gì? Nguyên lý và cách chọn
Bộ điều khiển lưu lượng khối (mass flow controller, MFC) là thiết bị vừa đo vừa giữ lưu lượng khí ở một giá trị đặt. Thiết bị gồm cảm biến lưu lượng khối, van điều khiển và mạch PID trong cùng một thân. MFC dùng nhiều trong lò ủ, lò nhiệt luyện, dây chuyền mạ, đóng gói thực phẩm và phòng thí nghiệm. Bài này giải thích nguyên lý, các dòng thiết bị và cách chọn, lấy ví dụ hãng Bronkhorst (Hà Lan).
Vì sao đo lưu lượng khối mà không đo lưu lượng thể tích?
Thể tích khí thay đổi theo áp suất và nhiệt độ. Cùng một lít khí ở 1 bar và ở 6 bar chứa lượng phân tử khác nhau gấp nhiều lần. Phản ứng hóa học, quá trình cháy và lớp khí bảo vệ phụ thuộc vào số phân tử, tức khối lượng, chứ không phụ thuộc thể tích. MFC đo trực tiếp lưu lượng khối, hiển thị theo đơn vị chuẩn như ln/min (lít ở điều kiện chuẩn mỗi phút), nên không cần bù áp suất, nhiệt độ như lưu lượng kế thể tích.
Ba nguyên lý đo thường gặp
| Nguyên lý | Cách hoạt động | Dùng khi |
|---|---|---|
| Nhiệt, ống mao dẫn | Một phần dòng khí đi qua ống nhỏ được đốt nóng, chênh nhiệt độ hai đầu tỷ lệ với lưu lượng khối | Khí sạch, lưu lượng nhỏ và vừa, cần chính xác |
| Nhiệt, đo trực tiếp trong dòng | Cảm biến nhiệt đặt thẳng trong dòng khí, ít tổn thất áp suất | Lưu lượng lớn, khí hơi bẩn hoặc ẩm |
| Coriolis | Đo lực Coriolis trên ống rung, ra trực tiếp khối lượng | Chất lỏng và khí, lưu chất thay đổi thành phần |
Bronkhorst có đủ ba nhóm. EL‑FLOW (ống mao dẫn) cho phòng thí nghiệm và máy móc. IN‑FLOW là bản công nghiệp IP65, có tùy chọn chống cháy nổ. MASS‑STREAM đo trực tiếp trong dòng. CORI‑FLOW và mini CORI‑FLOW theo nguyên lý Coriolis. LIQUI‑FLOW đo chất lỏng lưu lượng rất nhỏ.
Cách chọn MFC
- Loại khí và dải đo: MFC nhiệt được hiệu chuẩn cho một loại khí cụ thể. Dùng cho khí khác phải nhân hệ số chuyển đổi, sai số tăng. Nên đặt hàng hiệu chuẩn đúng khí thực tế, hoặc chọn loại cho phép đổi khí bằng phần mềm. Dải đo nên chọn sao cho giá trị làm việc nằm khoảng 20–80 % dải.
- Áp suất vào, áp suất ra: quyết định kích thước lỗ van. Thiếu chênh áp thì MFC không đạt lưu lượng đặt, thừa nhiều thì điều khiển kém mịn.
- Vật liệu gioăng: Viton cho khí thông thường, EPDM cho amoniac, Kalrez cho khí ăn mòn.
- Cấp bảo vệ: IP40 cho phòng thí nghiệm, IP65 cho nhà xưởng, chứng nhận ATEX cho khí cháy như hydro.
- Tín hiệu: 0–10 V hoặc 4–20 mA cho hệ thống đơn giản. Với PLC nên chọn mạng số (Modbus, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP) để đọc thêm nhiệt độ, tổng lưu lượng và cảnh báo.
Ứng dụng tiêu biểu
Khí bảo vệ trong lò ủ, dây chuyền mạ
Lò ủ liên tục và dây chuyền mạ kẽm dùng hỗn hợp nitơ và hydro để chống oxy hóa bề mặt thép. Tỷ lệ và lưu lượng từng khí ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lớp mạ và an toàn lò. MFC công nghiệp cho phép giữ tỷ lệ pha trộn ổn định, ghi lại lưu lượng cho từng cuộn. Tăng Minh Phát đã cung cấp bộ điều khiển và đồng hồ lưu lượng khối IN‑FLOW cho Tôn Hòa Phát, đồng thời nhận sửa chữa, hiệu chuẩn thiết bị Bronkhorst đang chạy.
Thực phẩm, đồ uống, đóng gói
Ngành thực phẩm dùng MFC để định lượng khí trơ (nitơ, CO2) khi đóng gói, bổ sung khí vào đồ uống, cấp khí cho thiết bị phân tích. Tata Coffee Việt Nam và Ngon Coffee đang dùng MFC EL‑FLOW Select do Tăng Minh Phát cung cấp.
Phòng thí nghiệm, phân tích khí, vật liệu
Pha trộn khí chuẩn, cấp khí cho lò phản ứng thí nghiệm, máy phân tích, buồng thử: đây là ứng dụng gốc của MFC. Ở đây cần dải đo nhỏ, đáp ứng nhanh và độ lặp lại cao. Kingspan cũng đang dùng MFC EL‑FLOW Select do Tăng Minh Phát cung cấp.
Lắp đặt và bảo dưỡng
- Đặt bộ lọc khí phía trước MFC. Bụi và dầu bám vào ống mao dẫn là nguyên nhân hỏng phổ biến nhất.
- Lắp đúng tư thế theo hiệu chuẩn, nhất là với áp suất cao. Tránh đặt sát nguồn nhiệt.
- Kiểm tra điểm không định kỳ khi không có dòng chảy. Hiệu chuẩn lại theo khuyến cáo, thường 1–2 năm.
- Ghi số seri thiết bị. Hãng lưu hồ sơ hiệu chuẩn theo số seri, giúp thay thế hoặc sửa chữa nhanh hơn.
Khi cần đo lưu lượng chất lỏng, hơi nước hoặc khí lưu lượng lớn trên đường ống, xem cách chọn lưu lượng kế theo lưu chất. Đo khí nén và phát hiện rò rỉ: xem đo lưu lượng khí nén.
Danh mục bộ điều khiển lưu lượng khối, lưu lượng kế Coriolis Bronkhorst: Bronkhorst Việt Nam – Tăng Minh Phát.
Liên hệ kỹ sư TMP:
- Điện thoại / Zalo: 0917 943 068
- Email: project@tmpvietnam.com
