Thermische Massendurchflussmessung

Was ist thermische Massendurchflussmessung?

Die thermische Massendurchflussmessung dreht sich um den Wärmeübertrag. Wenn eine Gas- oder Flüssigkeitsströmung an einer erhitzten Oberfläche vorbeiströmt, entzieht sie dieser Oberfläche Wärme und nimmt diese ins Medium auf. In gewisser Weise hat eine solche Strömung eine kühlende Wirkung auf die erhitzte Oberfläche. Je größer die Strömung, desto stärker wird die erhitzte Oberfläche gekühlt. Indem aufgezeichnet wird, wie viel zusätzliche (elektrische) Energie benötigt wird, um die gekühlte Oberfläche auf der ursprünglichen Temperatur zu halten, kann die Menge an aufgenommener Wärme in das entlang der Oberfläche fließende Medium berechnet werden.

Wärmekapazität
Die thermische Massendurchflussmessung basiert auf thermischen Eigenschaften des Mediums, wie seiner spezifischen Wärmekapazität. Die spezifische Wärmekapazität eines Mediums, sei es eine Flüssigkeit oder ein Gas, ist eine charakteristische Materialeigenschaft des Mediums. Sie definiert den Temperaturanstieg des Mediums in Grad Celsius, wenn eine bestimmte Menge an Wärmeenergie in das Medium aufgenommen wird. Die Masse des Mediums spielt eine Rolle: 2 Gramm Medium können doppelt so viel Wärme aufnehmen wie 1 Gramm desselben Mediums.

Dies gilt sowohl für statische als auch für strömende Medien, also für geringe Flüssigkeits- oder Gasströmungen. Die thermische Massendurchflussmessung macht von diesem grundlegenden physikalischen Prinzip recht einfach Gebrauch, dass die fließende Masse (in Gramm pro Sekunde) mit der zugeführten Leistung (in Joule Wärme pro Sekunde) unter Verwendung der spezifischen Wärmekapazität (in Joule pro Gramm pro Grad Celsius) und der durch wärmeinduzierten Temperaturdifferenz (in Grad Celsius) in Beziehung setzt.

Was ist die Massenstromrate?

Diese direkte Beziehung zwischen den thermischen Eigenschaften des Mediums und seiner Masse hat den Vorteil, dass eine Massenstromrate gemessen wird, die nicht von variierenden Prozessbedingungen wie Änderungen der Temperatur oder des Drucks beeinflusst wird. Weitere Informationen zur Beziehung zwischen Massen- und Volumenstrom finden Sie hier. In vielen Produktions- und Forschungsprozessen wie chemischen Reaktionen ist die Masse die wichtige Variable, nicht das Volumen.

Warum ist eine Kalibrierung erforderlich?

Das Messprinzip eines thermischen Massendurchflussmessers basiert auf dem Wärmeübertrag und hängt von der Dichte und spezifischen Wärmekapazität des Mediums ab. Daher müssen thermische Massendurchflussmessgeräte für ein spezifisches Medium kalibriert werden.
 

3 Arten von Sensorprinzipien für die thermische Massendurchflussmessung

Ein thermischer Massendurchflussmesser verwendet die thermischen Eigenschaften eines Mediums, um seine Massenstromrate zu messen (oder "wahrzunehmen"). Wie funktioniert das in der Praxis? Wir unterscheiden drei verschiedene Sensorprinzipien:

1. Thermischer Massendurchflusssensor für Gase unter Verwendung des Bypass-Prinzips, bei dem ein proportionaler Teil des Durchflusses durch eine Durchflussbeschränkung geleitet wird.
2. Thermischer Massendurchflusssensor für Gase unter Verwendung des Inline-Prinzips (CTA), der direkt im Hauptstromkanal misst.
3. Thermischer Massendurchflusssensor für Flüssigkeiten unter Verwendung des Inline-Prinzips (CTA/CPA).

 

Mehr über MEMS-basierte, thermische Massendurchflussmessung

Auch für Gase gibt es thermische Massendurchflussmesser, die chipbasierte Sensoren verwenden. Die MEMS-Technologie (Micro Electro-Mechanical System) ist in den Bronkhorst FLEXI-FLOW Geräten integriert, bei denen der Gasstrom auf diese Sensoren trifft. Neben Massenstromraten können FLEXI-FLOW-Geräte auch die Temperatur und den Druck des Gases messen. Die hochkompakten MEMS-basierten IQ+FLOW Geräte eignen sich ideal für den Einsatz in Systemen, die sehr kompakt sind und daher wenig Platz bieten.
 

Thermischer Massendurchflussmesser oder -regler

Ein thermischer Massendurchflussmesser wird durch Hinzufügen eines integrierten oder eng gekoppelten Regelventils in einen Massenstromregler verwandelt - um die Massenstromrate des zugeführten Gases oder der Flüssigkeit genau und wiederholbar zu regeln. Erfahren Sie mehr über Massenstromregler.