Differenzdruck-Messung in Reinräumen
Differenzdruck-Messung in Reinräumen
Räume für kritische Prozessabläufe, sogenannte Reinräume, sowie Mini-Environments erfordern präzises Umgebungs-Monitoring, damit sie durchgehend innerhalb der Spezifikationen arbeiten. Dabei geht es nicht nur um die Einhaltung von Normen, sondern vor allem um die Qualität Ihrer Produkte. Unter anderem bei pharmazeutischen Arzneimitteln, Halbleiterchips oder Fertigungsprozessen. Robuste und hochpräzise Differenzdruck-Messgeräte von Novasina sind dieser Herausforderung gewachsen und tragen zum reibungslosen Betrieb Ihrer Anwendungen bei.
Es gibt eine Vielzahl von Normen, die im Zusammenhang mit Reinräumen genannt werden können. Während sich die VDI 2083-19 mit der Dichtheit der Umschliessung befasst, stellen andere Normen klare Differenzdruckanforderungen, wie zum Beispiel die Reinraumklassifizierung nach DIN EN ISO 14644-3/4, VDI 2083 (3) oder GMP Annex 1 von 5 bis 20 oder 5 bis 15Pa.
Zur Gewährleistung des Schutzes von Menschen, Produkten und der Produktionsumgebung werden zwischen den Räumen Druckkaskaden geschaffen. So wird sichergestellt, dass Luft immer von einem Reinraum in einen nicht kontrollierten Raum strömt. Zu den weiteren Techniken, die zur Aufrechterhaltung von Reinräumen eingesetzt werden, gehören: Punkt- und Oberflächenabsaugung, Reinlufthauben, Arbeitsräume mit laminarer Strömung, Luftschleier, Filtergebläse-Einheiten, Mini-Environments, Barriere-Systeme mit eingeschränktem Zugang (RABS), Sicherheitswerkbänke für die Biologie oder ähnliches, Brutkästen, saubere Maschinen, Isolatoren und andere Sicherheitsbehälter.
Messanforderungen in Reinräumen
Gemäss DIN EN ISO 14644-3 müssen die minimalen Differenzdruck-Messanforderungen zwischen 0 und 50Pa liegen. Um eine ordnungsgemässe Luftströmung sicherzustellen, muss in einem Raum Überdruck vorhanden sein. Fällt der Druck hingegen unter 0, entsteht ein Unterdruck. Dieser hat zur Folge, dass Staub in den Raum gesogen wird und diesen kontaminieren kann.
Deshalb ist es unerlässlich, den Differenzdruck mit einem bidirektionalen Gerät zu messen, welches auch Werte unter der Nullgrenze messen kann und über einen Messbereich von -25 bis +25Pa verfügt.
Messtechnik in Reinräumen
Zur Erfassung des Differenzdrucks in Reinräumen werden hauptsächlich zwei Messtechniken eingesetzt. Zum einen die sogenannte „statische“ Methode und zum anderen die „dynamische“ Differenzdruckmethode, die nach dem thermischen Massenflussprinzip arbeitet. Diese Messtechnik besteht aus einem Heizelement, das zwischen zwei temperaturempfindlichen Widerständen angeordnet ist. Je nach Richtung des Luftstroms, steigt an einem der Widerstände der Temperaturverlauf. Das statische Messprinzip folgt der Dehnungsmessstreifen-Methode. Bei dieser Methode wird der Druck, wenn eine Membran gedehnt wird, in eine Kraft umgewandelt und von einem piezoresistiven MEMS-Sensor gemessen. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile und die Technologie hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Als Schweizer Sensorhersteller ist Novasina seit Jahren mit beiden Methoden bestens vertraut.
Statische Messtechnik in Reinräumen
Die derzeitige Standardmesskomponente für die statische Methode ist ein hochgenaues piezoresistives Element. Je nach Alter der Membranen können jedoch nicht alle statischen Messumformer eine stabile Langzeitmessung bieten. So wirken sowohl der Druck als auch die Einbaulage auf die Membran ein, was im Laufe der Zeit zu einem Fehler von bis zu mehreren Pascal führt. Noch wichtiger ist, dass die Nullpunktstabilität beeinträchtigt werden kann, was zu Abweichungen von 1 bis 2Pa innerhalb eines Jahres führen kann. Novasina hat dieses Problem durch den Einsatz hochwertigster Sensortechnik und Elektronik gelöst. Um die Nullpunktstabilität zu gewährleisten, wird bei den bidirektionalen Geräten alle paar Standen ein automatischer mechanischer Nullpunktabgleich durchgeführt. Für diesen wichtigen Nullpunktabgleich wird ein Magnetventil benötigt, das auf beiden Seiten der Membran den gleichen Druck erzeugt und auch nach jahrelangem Betrieb Genauigkeit und Langzeitstabilität sicherstellt.
Dynamische Messtechnik in Reinräumen
Während statische Methoden am häufigsten angewendet werden, wurde bei älteren Produktelinien das dynamische Messprinzip eingesetzt. Die für eine korrekte Messung erforderliche Kompensation der Rohrlänge erwies sich jedoch als eine Herausforderung. Der anhaltende Trend zur Miniaturisierung könnte jedoch mögliche Rohrlängeneffekte auf ein vernachlässigbares Maß reduzieren, so dass dynamische Methoden durchaus eine Alternative sind. Die regelmässige Bewertung sich entwickelnder Technologien gehört zu Novasinas Kernkompetenzen. Aufgrund der Bewertung des technischen und kommerziellen Potenzials dynamischer Verfahren könnten zukünftige Produktelinien für die dynamische Differenzdruckmessung wieder eingeführt werden.
Reinraumbezogene Filter- und Durchflussüberwachung
Der über einem Filter einer Klimaanlage gemessene Differenzdruckabfall lässt Rückschlüsse auf den Verschmutzungsgrad zu und hilft bei der Festlegung von Wartungsintervallen. Für die Filterüberwachung kann ein weniger genaues Differenzdruckmessgerät verwendet werden, da es nicht notwendig ist, solch unerhebliche Unterschiede zu ermitteln.
Der Differenzdruck kann auch zur Durchflussüberwachung verwendet werden. Die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund eines Druckabfalls über eine Drosselblende oder einen Membrandiffusor kann berechnet werden. Nach einer ersten Kalibrierung dient er als Indikator für die Strömungsgeschwindigkeit in m/s.
Unsere Differenzdruckmessgeräte zur Anwendung im Reinraum
Industriering Ost 66
DE-47906 Kempen
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Fax: +49 2152 95 99 702
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