洁净室监测之气流监测与压力监测

流量传感器/热式风速仪在洁净室行业的应用

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洁净室及相关受控环境 编辑

孙书艳 供稿
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摘 要：

    洁净室的实时监测在生产过程中是具有非常重要的意义，任何微小的元素都能直接影响到产品的最终结果，而实时监测的目的在于尽早的发现这种威胁，把产品的风险降至最低，以往产品的检验工序都是在最终生产完成后检验合格与否，可是在得知整批产品报废后我们把检验放在生产的过程中，在整个生产的过程中避免风险，这也是GMP过程检验的最终意义；通过对生产过程的实时监测意义重大。

关键词：

洁净室 气流监测 压力监测 热式风速仪 气流传感器 层流检测 压差控制

阅读目录：

一、一般风速仪
二、洁净室专用风速仪
三、在洁净室中监测气流的传感器具备更高的要求
四、层流监测与压差监测
五、通过实时监测来避免污染的原理
六、施密特SCHMIDT流量传感器的优势
七、相关阅读

一、一般风速仪

    下图中列举了一些普通用途风速仪，如杯状探头式、叶轮探头式、动态压力探针式以及孔板测量探针式。

杯状探头式	叶轮探头式
动态压力探针式	孔板测量探针式

二、洁净室专用风速仪

    用于洁净室的热式风速仪

    原理：

    被加热的风速传感器（热球）如遇到风，因冷却，传感器的温度将降低，但如果增加电流量，传感器又回到了原来的温度。传感器温度保持一定所需的电流量与风速值相关，测试该电流量就可得到风速值。

    正如在气流中伸出湿润的手指

    一个热式传感元件集成在风速仪内，该传感器元件在气体流动过程中冷却下来，冷却值就是速度指标。

三、在洁净室中监测气流的传感器具备更高的要求

1、意义

    实时监测在洁净室生产过程中是具有非常重要的意义，任何微小的元素都能直接影响到产品的最终结果（合格&不合格），而实时监测的目的就是尽早的发现这种威胁，把产品的风险降至最低，以往产品的检验工序是放在成品区，在最终生产完成后检验合格与否，可是在得知整批产品报废后我们把检验放在生产的过程中，在整个生产的过程中避免风险，这也是GMP过程检验的最终意义。

2、特点与特征

    从生产过程中实时监测重要的环节，其传感器必须具备非常之高的灵敏性，能监测出环境中微小的变化，其特点如下：

    高灵敏性
    最小流量检测
    低量程
    双向性即使检测方向的变化
    响应时间快
    没有衰减
    无漂移、无零电压, 延长校准周期

另外在洁净室中其监测传感器还应具备以下特征：

    易清洗、不易积尘
    机械性能坚固
    易安装、附属设备少

3、应用领域

应用领域洁净室内热风速仪常见的应用领域

    医药领域
    半导体行业
    药剂行业
    食品行业
    工业领域

四、层流监测与压差监测

1、层流监测

 
层流监测  

    在洁净室中，重要的关键点一般都设置有层流送风系统，以保证较高的洁净度（百级ISO5乃至更高ISO1级），当气流波动变化我们就能提前做出决断，例如高于警戒线风速有可能是过滤器有漏点，空气没有阻力通过过滤器，而风速降低很有可能就是需要更换过滤器；如果能尽早的发现这种威胁到产品最终结果的因素其意义非常重大。

2、压差监测

压差监测

    在洁净室中，压力梯度是保障洁净度的一个重要的因素，只有存在对外界（非洁净区）的压差才能保障洁净室内不受污染，我们知道存在压差后就存在了风速，空气在压力的做用下会从压力高的房间流向压力低的房间，而保障了这种压力梯度就保证了低压力的房间（非洁净区或相对低洁净度的房间）不会污染到高压力的房间（洁净区或相对洁净度高的房间）；传统的压力监测使用指针式或斜管式压差表，当应用到较高洁净度或更为严格的环境后这种压差表就存在了种种的不足，如压力显示精度就是一个重要的因素；

    使用压差与风速形成的这种关系，通过实时监测风速来换算出压差值是目前来说精确度与精准性较高的检测方式。

五、通过实时监测来避免污染的原理

1、洁净区通过气流的流动来避免非洁净区的污染（层流气体）

    如下图所示

    P1为洁净区，P2为非洁净区，P1的压力高压P2，气流由P1流向P2，监测空气的流速就等于实时监测了洁净区（P1）是否存在风险，当风速＜0.2m/s时就有可能发生非洁净区（P2）污染洁净区（P1）的风险，或者说是洁净区（P1）不足以通过气流来保证洁净度，正如层流气体监测一样，当风速下降到＜0.2m/s时，就存在了风险。

    因此，直接应用流量传感器进行实时监测是非常重要的（层流气体监测）。

2、洁净区域通过超压控制被保护，从而远离污染区

    通过压力梯度来控制洁净区域不被污染，正如前文所说保障了这种压力梯度就保证了洁净度，从而远离污染区。

    当洁净区域内有直通到非洁净区的开口时，如传送带、人员开门等造成压力波动后使用传感器能快速的做出反应；

    打开不同压力的房间产生空气流动，平衡流可被适当的流量传感器测量。

    容器内的流体流出的速度正比于流体面高度的平方根 (托里切利法则)

    以下适用于气体的公式：

    开口和体积流量的关系：

六、施密特SCHMIDT流量传感器的优势

    量程范围内精度较高
    极小的压差也可测量
    预留的存储可下调
    节能：由于更高的精度，可以将超压降至最低 (约5 Pa)
    传感器可以随意超载，无漂移

    热风速仪在洁净室已经得到的广泛的应用
    热风速仪的最佳适合距离是两个房间的压差控制符合EN ISO 14644 – 4标准
    适当的产品以适应市场的需求

    测量范围 0.1 --10 m/s
    可以定向监测
    简单而坚固
    可在防爆区域中应用

七、相关阅读

流量传感器在层流监测方面的应用
层流速度监控在洁净室行业的应用

孙书艳
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