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Durchflussmesser für hochreine und agressive Flüssigkeiten
In der Halbleiterfertigung werden in Prozessen wie Reinigen, Ätzen, chemisch- mechanisches Polieren und Beschichten hochqualitative Durchflussmessgeräte benötigt. Beim chemisch- mechanischen Polieren ist es wichtig, dass das Messgerät keine Fremdpartikel erzeugt, da diese den Silizium-Wafer beschädigen würden. Aus diesem Grunde solle der Durchflussmesser keine bewegten Bauteile aufweisen.
Im Rahmen des KTI-Projekts Nr. 6282.2 FHS-NM wurde zusammen mit der Firma Levitronix GmbH in Zürich ein "low-cost"-Durchflussmesser für kleine Durchflussraten entwickelt, welcher auf einem Gleichgewicht zwischen Strömungs- und magnetischer Kraft basiert:
| Ein schwebender Verdrängungskörper, in den ein Permanentmagnet eingeschweisst ist, wird durch das Magnetfeld einer externen Spule (Solenoid) an einer fixen Position gehalten. Die Soll-Position wird mit Hall-Sensoren detektiert und geregelt. Der Spulen- strom, welcher benötigt wird um Kräftegleichgewicht herzustellen, ist proportional zur magnetischen Kraft und damit ein Mass für die Strömungsgeschwin- digkeit und damit für den Durchfluss. |
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Im vorgesehenen Einsatzbereich ist die Strömung laminar. Deshalb ist die aus dem Spulenstrom abgeleitete Durchflussrate nahezu unabhängig von der Dichte des Fluids, hingegen hat die Viskosität einen erheblichen Einfluss. Aus diesem Grunde ist in der Auswerteelektronik eine Kennlinienschar parametrisiert abgelegt, mit Hilfe derer der Durchfluss aus dem Spulenstrom und der vorgängig ins Gerät eingegebenen Viskosität berechnet wird. Für den Einsatz mit Flüssigkeiten unbekannter Viskosität wurde zusätzlich eine Messmethode entwickelt, welche die Messung der Viskosität mit demselben Sensor ermöglicht.
Der Prototyp hat einen Durchflussbereich von 20 - 250 ml/min., eine Wiederholgenauigkeit von 0.5% f.s. und eine Genauigkeit von 1% f.s Bei der Viskositäts- bestimmung wird eine Genauigkeit von 5% erreicht, was die Genauigkeit der Durchflussmessung auf 5% reduziert.
Der Durchflussmesser eignet sich sowohl für hochreine Anwendungen als auch für hochagressive Medien, da alle Sensorbestandteile, welche mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen, aus Teflon gefertigt sind.
Projektbearbeitung:
Markus Neuhaus, Assistent
Prof. Dr. Herbert Looser, IGN
Prof. Dr. Heinz Burtscher, IAST
Industriepartner Levitronix GmBH, Zürich (http://www.levitronix.com)
Publikation:
"Flow meter for high-purity and aggressive liquids," M. Neuhaus, H. Looser, H. Burtscher, D. Schrag, J. Hahn and R. Schoeb, Sensors and Actuators A: Physical Volume 134, Issue 2, 15 March 2007, Pages 303-309
