Thermischer Massendurchflusssensor für Gase

Abbildung 1: Funktionsprinzip Massendurchflusssensor (Bypass)

Wie funktionieren thermische Massendurchflusssensoren?

Thermische Massendurchflussinstrumente, die einen Bypass verwenden, sind das, was die meisten Menschen im Sinn haben, wenn sie an thermische Massendurchflussinstrumente denken. Das Prinzip ist in Abbildung 1 dargestellt.

In dieser Konfiguration wird die Massendurchflussrate im Bypass (oder Sensor-Kanal) gemessen, anstatt im Hauptdurchflusskanal selbst. Dieser Sensor hat ein laminares Strömungsprofil.

Der Bypass ist ein Kapillarrohr mit dünnen Metallwänden, welches an zwei Stellen von Metalldrähten umgeben ist, die das Rohr erwärmen und gleichzeitig die Temperatur messen (‚fühlen‘) können. Der kleine Durchmesser des Kapillarrohrs ermöglicht schnelle Reaktionszeiten und einen geringen Energiebedarf, da nur ein kleines Volumen des Rohres erwärmt werden muss. Da die Sensor-Kapillare einen sehr kleinen Durchmesser hat, wird stets ein Vorfilter empfohlen, der ein Verstopfen des Sensors verhindert.

Was ist ein Laminar Flow Element?

Ein laminarer Durchflusselement - ein Durchflusswiederstand im Hauptkanal des Geräts - ermöglicht einem proportionalen Teil des Mediums, parallel zum Hauptkanal durch den Bypass (sprich: Sensor-Kanal) zu fließen.

Das laminare Durchflusselement (oder der Durchflussverteiler) besteht aus einem Stapel von Edelstahlscheiben mit hochpräzise geätzten Durchflusskanälen, die ähnliche Eigenschaften wie der Durchflusssensor selbst haben. Für höhere Durchflussraten sind die Scheiben mit einem zusätzlichen Abschnitt ausgestattet, um Turbulenzeffekte herauszufiltern. Die Verwendung dieses Elements gewährleistet eine stabile und zuverlässige Flussaufteilung, selbst unter sich ändernden Prozessbedingungen.

Möchten Sie mehr über laminare Durchflusselemente erfahren? Lesen Sie unseren Blog über dieses wichtige Element für Durchflussmesser, die das Bypass-Prinzip verwenden.

Abbildung 2: Temperatur durch den Massendurchflusssensor

Massendurchflusssensor für Gase, Bypass-Prinzip

Das durch den Sensor fließende Gas wird von zwei Heizungen (RHT1 und RHT2 in Abbildung 1) erwärmt. Diese Heizungen sind gleichzeitig Sensoren, welche die aktuell vorliegende Temperatur auslesen können. Bei fehlendem Durchfluss beträgt der Temperaturunterschied zwischen den beiden Punkten im Bypass null. Wenn der Durchfluss zunimmt, fällt die Temperatur am ersten Messpunkt (RHT1), da das Medium die Wärme aufnimmt und mit sich trägt. Daher steigt die Temperatur am zweiten Messpunkt (RHT2), da diese Wärmeenergie der zweiten Heizung zusätzlich zugefügt wird. Ein höherer Durchfluss führt zu einem größeren Temperaturunterschied der beiden Heizungen, der direkt proportional zur Massendurchflussrate ist.

Bronkhorst-Geräte mit 'Bypass'-Massendurchflusssensoren für Gase

Eine saubere, trockene Gasanwendung, bei der hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit wichtig sind, ist eine gute Anwendung für ein thermisches Bypass-Gerät, bei dem ein proportionaler Teil des Durchflusses durch ein Laminar Flow Element geleitet wird, wie bei den Geräten EL-FLOW Select, EL-FLOW Prestige, IN-FLOW und EX-FLOW. EX-FLOW-Geräte eignen sich zudem für Gasdurchflussanwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX).

Als Variante des oben beschriebenen Bypass-Prinzips hat Bronkhorst eine spezielle Konfiguration für Anwendungen mit geringem Druckabfall entwickelt - die LOW-dP-FLOW-Serie. Der Sensor verursacht nur ca. 0,25 bis 2,5 Millibar an Druckverlust. Darüber hinaus minimieren die größeren Durchflusskanäle das Risiko von Verstopfungen und erleichtern die Reinigung und Spülung. Daher wird diese Konfiguration ebenso für korrosive Gasanwendungen bevorzugt.

Wo werden diese 'Bypass'-Massendurchflussmesser und -regler eingesetzt?

Aufbau einer Vor-Ort-Kalibrierungseinrichtung für Durchflussmesser

Zur Kalibrierung von Massendurchflussmessern vor Ort hat Bronkhorst eine mobile Kalibrierungseinrichtung mit einer Reihe kalibrierter, thermischer Massendurchflussmesser der EL-FLOW Select oder EL-FLOW Prestige-Reihe als Referenz hergestellt.

Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden

Um herauszufinden, welche Prozessbedingungen am besten für das Beladen/Entladen von Wasserstoff in Metallhydride zu Speicherzwecken geeignet sind, müssen Wasserstoffströme und der Prozessdruck genau gemessen und geregelt werden. Für die Einführung von Wasserstoff in das Metallhydrid werden Instrumente aus der IN-FLOW-Serie in Kombination mit Vary-P-Ventilen verwendet.

Massendurchflussregelung und -überwachung bei der Diamantbeschichtung mittels CVD

Massendurchflussregler wie EL-FLOW Select, LOW-dP-FLOW oder IN-FLOW-Serien spielen eine Schlüsselrolle in Anwendungen, die chemische Gasphasenabscheidungsprozesse (CVD) umfassen, einschließlich der Herstellung von Diamantschichten unter Verwendung von Wasserstoff und Methan als Vorläuferstoffe.

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