De duivel zit in de details!

De duivel zit in de details!

Luchtvochtigheidsmeting in cleanrooms

Gedachten over het selecteren en gebruiken van geschikte luchtvochtigheidsmeetapparatuur voor cleanrooms.

Elke cleanroom heeft specificaties voor milieubeheersing die de boven- en ondergrenzen voor temperatuur en relatieve luchtvochtigheid (RH) definiëren. Het creëren en handhaven van deze omstandigheden in de cleanroom is geen kleinigheid, en dit moet worden bereikt terwijl ook de druk, stroming en besmetting worden gecontroleerd.

Apparaten die worden gebruikt voor het meten van RH (verschillende keren aangeduid als sensoren, transmitters of instrumenten) spelen een kleine rol in het geheel, maar problemen met deze apparaten kunnen aanzienlijke hoofdpijn veroorzaken voor cleanroomoperators. Hieronder volgen enkele observaties die relevant kunnen zijn voor iedereen in de cleanroomgemeenschap die met vochtproblemen heeft geworsteld.

Identificeer de juiste installatielocatie

Relatieve luchtvochtigheid is een temperatuurafhankelijke parameter. Dit heeft gevolgen voor de plaatsing en installatie-details van RH-instrumenten. Bijvoorbeeld, als een instrument met een roestvrijstalen sonde van 200 mm wordt geïnstalleerd waarbij slechts 50 mm van de sonde in de proceslucht ligt, kan de andere 150 mm van de sonde dienen als een warmteafvoer of warmtebron, afhankelijk van de omgeving eromheen.

Zelfs bij zorgvuldig ontworpen sondes kan dit de temperatuur van het daadwerkelijke vochtigheidssensor-element veranderen en een meetfout in RH introduceren die varieert met het verschil tussen de temperatuur van de proceslucht en de omgeving rondom het blootgestelde deel van de sonde. Klinkt dit onwaarschijnlijk? Het is gemakkelijk te meten in een laboratoriumomgeving.

Lokale verwarming kan ook problemen veroorzaken voor wandgemonteerde RH-instrumenten, dus er moet voorzichtig worden gekozen waar de apparaten worden geplaatst, weg van apparatuur of toestellen die warmte genereren. Goede luchtstroom in de cleanroom minimaliseert meestal convectieve warmteproblemen, maar warme of hete apparatuur straalt warmte uit, wat de mogelijkheid van een temperatuursverschil en bijbehorende meetfout creëert. Overweeg bij het specificeren van RH-instrumenten voor wandmontage dat elk apparaat dat op een lus wordt gevoed met een 4-20 mA-uitgang noodzakelijkerwijs enige energie als warmte zal dissiperen.

Incredible, sommige wandgemonteerde RH-apparaten in aantrekkelijke behuizingen genereren zelf warmte met enkele graden, wat leidt tot significante meetfouten. Vermijd deze mogelijkheid volledig door RH-apparaten met korte sondes te specificeren die het vochtigheidssensor-element isoleren van de elektronica van het instrument. Klinkt dit onwaarschijnlijk? Ook dit is gemakkelijk te meten in een laboratoriumomgeving.

Terwijl we nadenken over installatielocaties, laten we terugkeren naar kanaalsensoren en het onderwerp bevochtiging en ontvochtiging. Vochtigheidssensoren mogen nooit nat worden. Ze moeten ver genoeg stroomafwaarts van koelers worden geplaatst zodat ze waarschijnlijk niet worden beïnvloed door meegevoerde waterdruppels. Hetzelfde geldt voor stoominjectie of ultrasone bevochtigingsonderdelen.

In de praktijk zijn veel RH-sondes uitgerust met filters die catastrofale fouten voorkomen door het sensorelement te beschermen tegen water. Water kan zich echter ophopen op of in het filtermateriaal, waardoor een microklimaat rond de sensor ontstaat dat meetfouten veroorzaakt. Klinkt dit onwaarschijnlijk? Ook dit is gemakkelijk te meten in een laboratoriumomgeving.

In al deze scenario's worden meetfouten veroorzaakt door subtiele factoren die kunnen komen en gaan, veranderen in de loop van de tijd, of alleen seizoensgebonden voorkomen. Deze situaties zijn een van de moeilijkste om te troubleshooten. Als de fouten groot genoeg zijn om buiten de specificaties te vallen, zullen ze serviceverzoeken, kalibratieverzoeken en vervanging van apparatuur veroorzaken, en deze fouten zijn ook kostbaar. Het is het beste om deze problemen te voorkomen tijdens het ontwerp- en specificatieproces.

Let op de lange termijn stabiliteit

Nu zijn we klaar om problemen te voorkomen, dus we stappen uit de cleanroom en gaan naar het instrumentenspecificatieproces. Dit is een goed moment om na te denken over de nauwkeurigheidspecificaties van de verschillende beschikbare instrumenten. De prijzen van instrumenten variëren met de nauwkeurigheid, en nauwkeurigheid lijkt een belangrijke eigenschap van een RH-instrument.

Moeten nauwkeurigheidspecificaties doorslaggevend zijn bij het specificeren van een RH-instrument? Niet noodzakelijk. Fabrikanten richten zich op deze cijfers en doen soms prestatieclaims die misleidend kunnen zijn. Dit is technisch toegestaan omdat 'nauwkeurigheid' een kwalitatieve term is in de meetwetenschap. Een echt begrip van instrumentprestaties vereist enige kennis van meetwetenschap en het concept van meetonzekerheid. Deze onderwerpen kunnen online worden verkend (Nationaal Congres van Standaardlaboratoria, www.ncsli.org), maar we dwalen af, omdat er een prestatiefactor is die veel belangrijker is dan nauwkeurigheid.

Lange termijn stabiliteit is gemakkelijk de belangrijkste prestatiekenmerk van een RH-instrument. Dit is het vermogen van het instrument om 'nauwkeurige' metingen consistent uit te voeren over een lange periode. Betrouwbare bedrijven voeren lange termijn tests uit om hun eigen apparaten te karakteriseren. Bekijk de resultaten van deze tests om de basislijnprestaties te begrijpen, maar wees je ervan bewust dat de prestaties in jouw cleanroom anders kunnen zijn. De grootste bedreiging voor de lange termijn stabiliteit van een RH-instrument in een cleanroom is de aanwezigheid van dampen van chemicaliën die in cleanroomprocessen worden gebruikt. Sommige RH-apparaten zijn uitgerust met functies om het effect van chemicaliën te minimaliseren. Vraag de fabrikanten naar deze functies als dit een zorg is in jouw faciliteit.

Veel vochtigheidsmeetproblemen in een cleanroom kunnen worden voorzien en voorkomen met een doordachte planning. Zorg dat je tijdens het hele proces van specificatie en installatie van RH-instrumenten voorzichtig te werk gaat. Bij twijfel, neem contact op met de fabrikant van je instrument en vraag om ervaren begeleiding.

Jim Tennermann / Regionaal Marktdirecteur / Vaisala / Boston, MA, USA

afbeelding: Zorgvuldige plaatsing van vochtigheidssensoren resulteert in nauwkeurige metingen en betrouwbare lange termijn prestaties.