Overdrukvast houden in cleanrooms of mini-omgevingen

Messumeter P 34

Inbouw P34

In de cleanroom

De eisen aan het gebruik van cleanrooms nemen steeds verder toe. Symptomatisch hiervoor is het handhaven van overdruk. Bekend is dat het gaat om het voorkomen dat besmette lucht naar binnen stroomt door het naleven van stabiele drukketens.

Transmitter P 34 Bedrijfskastontwerp

De eisen aan het gebruik van cleanrooms blijven toenemen. Symptomatisch hiervoor is het handhaven van overdruk. Bekend is dat het gaat om het voorkomen dat besmette lucht naar binnen stroomt door het naleven van stabiele drukketens. In gebouwen met meerdere cleanrooms (of in installaties met meerdere mini-environments) worden daarbij zones met meerdere drukniveaus gevormd om de meest gevoelige zones het sterkst te beschermen.

Jaren geleden was het vaak voldoende om een auditor de drukmeting aan te tonen met een grote, ronde drukweergave, maar tegenwoordig worden duidelijk preciezere methoden geëist. Dit is zeker gerechtvaardigd, want oncontroleerbare besmetting kan de eindproductkwaliteit in gevaar brengen, in extreme gevallen met schadelijke gevolgen voor de gezondheid.

De in norm DIN EN ISO 14644 beschreven verplichting tot continue overdrukbewaking kan niet worden nagekomen door simpelweg indicatoren te installeren. Als de overdruk onder kritische drempelwaarden daalt, ontbreekt hier de regelende tegenmaatregel. Tegelijkertijd is het onrealistisch dat op zulke momenten juist bedieningspersoneel in de buurt is en voor oplossing kan zorgen. Daarom is het inmiddels standaard om de differentiedrukmeting continu uit te voeren (dus met een transducer), waarvan het signaal voortdurend wordt doorgegeven aan een regeling.

Op de markt worden voor deze toepassing zowel 'statische' differentiedruktransducers als 'dynamische' oplossingen aangeboden. Laatstgenoemden zijn gebaseerd op het overstromingsprincipe, waarbij een kleine hoeveelheid lucht van de ene naar de andere ruimte stroomt; de stromingssnelheid wordt gemeten en de differentiedruk wordt hieruit afgeleid. Deze 'dynamische' methode kent twee belangrijke nadelen:

1. Bij het dynamische meetprincipe is overstromen van lucht noodzakelijk. Er vindt dus een luchtuitwisseling tussen de ruimtes plaats. Vaak willen echter alle cleanrooms uitsluitend via de hoogwaardig gefilterde toevoerlucht worden voorzien om kruiscontaminatie te voorkomen. Transducers met statische sensoren kennen dit probleem niet.

2. Als meer dan twee cleanrooms geregeld moeten worden, moet worden gewaarborgd dat de drukverschillen in stabiele stappen worden gehouden. Bij gebruik van het dynamische meetprincipe kan altijd slechts de differentiedruk van een ruimte ten opzichte van de naburige ruimte worden vastgesteld; er ontbreekt een gezamenlijke drukreferentie (een 'pneumatisch nulpotentiaal'). Bij statische differentiedruktransducers is dit optimaal gewaarborgd, bijvoorbeeld door de negatieve drukaansluitingen van alle aangrenzende transducers pneumatisch te verbinden.

Ook bij de 'statische' differentiedruktransducers onderscheidt zich de kwaliteit wanneer men de details bekijkt. Het is namelijk geen 'meettechnisch kinderspel' om kleine drukken onder de 30 of zelfs 10 Pascal over jaren stabiel te meten. Ter vergelijking: de normale luchtdruk bedraagt ongeveer 1 bar, omgerekend 100.000 Pascal. Tien Pascal zijn dus slechts een verwaarloosbaar deel van onze omgevingdruk! In dit meetbereik hebben de meeste 'statische' differentiedruktransducers twee zwakke punten:
1. Bij de meeste transducers met statische meetcel is de lange termijn stabiliteit van het meetbereik niet gegarandeerd. Zo 'verplaatst' een meetwaarde van bijvoorbeeld 10 Pascal zich over de tijd en vertoont fouten van meerdere Pascal.
2. Tegelijkertijd is nulpuntsstabiliteit niet gegarandeerd. Dit betekent dat over de tijd het nulsignaal (dus een differentiedruk van nul Pascal) onderhevig is aan drift, die niet zelden 1 tot 2 Pascal per jaar bedraagt.

De achtergrond: veel aanbieders gebruiken sensoren die niet voldoen aan de hoge eisen van de kleinste drukbereiken. Gebaseerd op veertig jaar ervaring in dit meetgebied, presenteert de meetsystemenspecialist halstrup-walcher uitgekiende oplossingen voor beide problemen. Zo wordt door een meer dan decennia lang geoptimaliseerd membraandesign een wereldklasse-stabiliteit van het meetbereik bereikt. Tegelijk wordt met behulp van magneetventielen gezorgd dat het nulpunt altijd precies wordt gehouden. Dit gebeurt door een automatische, regelmatige 'nulstelling' met behulp van magneetventielen. Als resultaat is ook na jaren elke meetwaarde absoluut betrouwbaar.

Tot enkele jaren geleden was er in de cleanroom-meettechniek een trend: zogenaamde 'panelen' met geïntegreerde sensortechnologie. Deze panelen worden in de wand van de cleanroom ingebouwd en tonen naast de overdruk ook klimaatgegevens zoals temperatuur en vochtigheid, waarbij de druk en meestal ook de andere grootheden direct op de plaats van montage worden gemeten. Deze instrumentatie wordt tegenwoordig minder vaak toegepast. De reden is dat het gunstiger is om de sensortechnologie op een andere plek te positioneren dan de panelen. Zo wordt bijvoorbeeld de vochtigheid en temperatuur liever in de afzuiglucht gemeten, omdat hier de gemiddelde waarden van het kamerlimaat worden vastgelegd. Tegelijkertijd wordt de differentiedruk liever in een nabije schakelkast geïnstalleerd dan direct achter een wandpaneel.

Door de montage van de differentiedruktransducers in de schakelkast ontstaan twee voordelen:
1. De hierboven beschreven 'pneumatische nulpotentiaal' (voor het handhaven van duidelijke drukstappen in meerdere zones) is zeer eenvoudig te realiseren door alle transducers van aangrenzende ruimtes direct naast elkaar in de schakelkast te plaatsen. Een korte slangverbinding tussen naburige schakelkasttransducers levert al dezelfde drukreferentie op.
2. De kalibratie (in veel cleanrooms een jaarlijkse routine) vindt buiten de cleanroom plaats, en alle transducers zijn voor het kalibratieproces optimaal naast elkaar opgesteld. Hierdoor wordt veel tijd bespaard.

Bij de keuze van de juiste differentiedruktransducer voor montage in de schakelkast letten professionele cleanroom-uitrusters erop dat een compacte bouwvorm wordt toegepast, bij voorkeur als smal 'schijfmodule', zodat veel apparaten naast elkaar plaats kunnen vinden. Naast de afmeting van de druktransducer moet ook de nauwkeurigheid aan de eisen voldoen (minimaal 0,5% van de eindwaarde, bij zeer kritische toepassingen zelfs 0,2%). En ook de bekabeling en uitwisselbaarheid van de modules in geval van service zijn belangrijke selectiecriteria voor de juiste druktransducer.

De nieuwe differentiedruktransducer voor schakelkastmontage P 34 van halstrup-walcher voldoet optimaal aan alle drie genoemde eisen:
• Er worden eersteklas nauwkeurigheidsgegevens gegarandeerd (hoogstabiliteit membraan, automatische nulstelling), ook bij kleinste meetbereiken in Pascal-gebied.
• Door uiterst compacte afmetingen wordt slechts minimale ruimte in de schakelkast ingenomen.
• De kabels worden op gekodeerde, niet-verwarrende klemmen aangebracht, zodat de eerste installatie en modulewissel in korte tijd en foutloos kunnen plaatsvinden.

Een ander kenmerk dat toont dat de P 34 door practitioners voor de praktijk is ontworpen: de meetwaarde kan worden uitgelezen. Zo kunnen gebouwbeheersystemen en monitoringsystemen het meetsignaal onafhankelijk van elkaar ontvangen.

Zoals al in het begin aangegeven: de eisen aan het gebruik van cleanrooms nemen steeds verder toe. Een goede reden om bij de selectie van componenten te vertrouwen op fabrikanten die deze eisen met passende cleanroom-concepten kunnen waarmaken.