Precisie onder moeilijke omstandigheden

In Reinräumen herrschen besondere Bedingungen.

De structuur van de HUMICAP-sensor van Vaisala.

Matthias Lorenzen, Business Development Manager, EMEA, Vaisala.

De keuze van de juiste meetapparatuur is van groot belang voor het behalen van optimale meetresultaten. Een bijzondere uitdaging vormen daarbij vochtmetingen, zoals ze worden uitgevoerd in cleanrooms en klimaatkamers. Kritische omgevingen zoals deze zijn afhankelijk van hoogwaardig meetmethoden, omdat parameters zoals vocht of temperatuur bijvoorbeeld in de productie een aanzienlijke invloed hebben op de kwaliteit van de producten en de productiviteit. Niet in de laatste plaats daarom worden hun besturing en registratie onderworpen aan strenge richtlijnen. Om een continue werking met vastgestelde specificaties te kunnen handhaven, moeten de daarvoor gebruikte meetapparaten voortdurend een hoge nauwkeurigheid garanderen – en dat onder moeilijke omstandigheden.

De selectie van de juiste vochtmeetapparatuur voor cleanrooms en klimaatkamers vereist zorgvuldige afwegingen. Kant-en-klare oplossingen zijn vanwege de verschillende toepassingen en omstandigheden in deze omgevingen nauwelijks beschikbaar. In de halfgeleider- en elektronica-industrie, waar de productiecirkels steeds korter worden, wordt het toezicht op vocht of dauwpunt bijvoorbeeld steeds belangrijker. In de mini-omgevingen van productiefaciliteiten worden steeds vaker hoogprecisie meetsystemen geëist met afwijkingen van +/-1 % relatieve luchtvochtigheid (rF). Bij de vochtmonitoring in installaties voor de productie van vloeibare kristalpanelen en verf speelt naast de nauwkeurigheid ook de duurzaamheid van de sensoren een grote rol. Juist in dergelijke omgevingen komen vaak ongewenste luchtverontreinigingen voor die de sensorelementen kunnen beïnvloeden. Bij de keuze van meetapparatuur in klimaatkamers rijst onder andere de vraag of vochtmetingen over het gehele temperatuurbereik continu nodig zijn, of dat condensatie kan optreden tijdens een testcyclus, of dat de kamer over een langere periode met een bijna 100 procent relatieve vochtigheid wordt bedreven. Ook agressieve gassen of extreem droge omgevingen kunnen een uitdaging vormen – niet alle meetapparaten zijn geschikt voor dergelijke omstandigheden.

Hier zijn de specialisten gevraagd

Cleanrooms en klimaatkamers stellen meetapparatuur op de proef, omdat daar vaak omstandigheden heersen die exacte metingen moeilijk maken:

Hoge vochtigheid – Omgevingen met verzadigde atmosfeer vormen voor de meeste elektrische vochtigheidssensoren een probleem. Psychrometers zijn beter geschikt, omdat ze exacte waarden leveren. Echter, zij vereisen voortdurende onderhoud en bereiken hun grenzen wanneer ook lage vochtwaarden of extreme temperaturen voorkomen. Een optimale oplossing voor dergelijke gevallen zijn capacitieve sensoren met een intelligente voorverwarmingsfunctie: de temperatuur van de sonde wordt bij deze meetapparaten licht boven de omgevingstemperatuur gehouden. Hierdoor wordt condensatie of bevriezing van de sonde voorkomen en wordt de voortzetting van de metingen ook in condenserende omgevingen gewaarborgd. Verwarmde sondes kunnen bovendien ook bij temperatuur-vochtcombinaties worden gebruikt waarbij psychrometers niet effectief of helemaal niet meer inzetbaar zijn.

Agressieve gassen – Vochtigheidssensoren staan doorgaans in direct contact met het gas (mengsel) van de omgeving. In sommige toepassingen kunnen bijzonder hoge concentraties agressieve chemicaliën voorkomen, wat meestal leidt tot een reversibele gain-drift van de vocht- of dauwpuntssensor. Een eenvoudige vochtigheidssensor bereikt hier snel zijn grenzen. In dergelijke gevallen worden vooral hoogwaardige vochtigheidssensoren ingezet, die zich onderscheiden door de keuze van het sensorpolymeer en een geoptimaliseerde sensoropbouw. Een voorbeeld hiervan is de capacitieve sensor HUMICAP®180R van Vaisala, die op basis van jarenlange ervaring in de productie van vochtigheidssensoren in het eigen cleanroom wordt vervaardigd. Een verdere oplossing voor het probleem van potentiële sensor drift biedt Vaisala met de 'chemische sensorreiniging'. Door de sensor te verhitten, verdampen de voor de drift verantwoordelijke vreemde moleculen en worden de oorspronkelijke eigenschappen van de sensor hersteld.

Extreem droge omgevingen – Om het watergehalte in de lucht te meten, worden in de praktijk afhankelijk van het vochtgehalte verschillende sensoren gebruikt. Een standaard vochtigheidssensor wordt doorgaans vanaf een vochtgehalte van 10 % rF ingezet. Vooral in klimaatkamers kan echter een vochtigheid van slechts 3 % rF of minder vereist zijn. De meeste vochtmeetapparaten, die wel ontworpen zijn voor een bereik van 0 tot 100 % rF, werken bij zulke lage vochtwaarden niet meer betrouwbaar. In dergelijke gevallen worden dauwpuntmeters gebruikt, die bijvoorbeeld dankzij een speciale polymer-sensor technologie ook betrouwbare capacitieve metingen van het dauwpunt uitvoeren. Capacitieve sensoren die met deze technologie werken, kunnen in een zeer breed temperatuurbereik worden ingezet. Bij een bereik van min 70 tot plus 180 graden Celsius worden ze niet beperkt door vries- of kookpunten.

Ook kalibratie speelt een rol

Om de hoge nauwkeurigheid van de meetapparatuur langdurig te waarborgen, is het belangrijk om regelmatig nauwkeurige kalibraties uit te voeren. In principe heeft een laboratoriumkalibratie de voorkeur boven een kalibratie op locatie. In een laboratorium kunnen de effecten van de omgeving en daarmee het aantal beïnvloedende factoren aanzienlijk worden geminimaliseerd. Kalibraties in bedrijf zijn echter een snelle en eenvoudige manier om meetapparatuur te controleren, zonder dat ze uit het proces of de ruimte hoeven te worden verwijderd. Voor kalibraties op locatie worden draagbare universele meetapparaten gebruikt die de meetresultaten in de loop van de tijd grafisch weergeven of doorgeven aan een PC. Idealiter kunnen ze direct op de meetapparatuur worden aangesloten. Bij de keuze van meetapparatuur kan al rekening worden gehouden met deze mogelijkheid.

De beschreven 'harde' beslissingsfactoren, die zich richten op het gebruik, helpen bij het kiezen van de meetapparatuur. Wanneer daarnaast ook de meer 'zachte' factoren zoals eenvoudige installatie en onderhoud, lage onderhoudsbehoefte, de mogelijkheid tot individuele aanpassing en de service van de fabrikant worden meegenomen, is de optimale uitrusting voor vochtmeting in cleanroom en klimaatkamer gevonden.

Servicebox: Let op bij de keuze van kalibratiediensten

Kalibraties moeten in ieder geval worden uitgevoerd door gecertificeerde dienstverleners. Dit kunnen fabrikanten zijn die kalibraties voor hun eigen producten aanbieden, of laboratoria die meetapparatuur algemeen kalibreren. Zonder accreditatie is de competentie van de diensten niet aangetoond. Daarom moet de competentie van zo'n dienstverlener altijd worden gecontroleerd voordat een beslissing wordt genomen. Elke aanbieder van kalibratiediensten moet een geldige traceerbaarheid kunnen aantonen. Er moet minimaal één laboratoriumreferentie zijn gekalibreerd in een extern laboratorium, dat vervolgens wordt gebruikt voor de interne kalibratie. Daarnaast moet de omvang van de diensten vooraf duidelijk worden vastgesteld: sommige commerciële aanbieders vermelden in hun kalibratiecertificaten meetonzekerheden bijvoorbeeld alleen als deze apart worden besteld. Andere kunnen überhaupt geen meetonzekerheden berekenen.