Thermischer Massendurchflusssensor für Gase - Inline-Prinzip

Wie funktioniert ein thermischer Massendurchflusssensor für Gase?

Ein thermischer Massendurchflusssensor nutzt die thermischen Eigenschaften von Gasen, um ihren Massendurchfluss zu messen. Zu diesem Zweck wird dem strömenden Gas Wärme zugeführt, und der (Temperatur-)Sensor misst, wie viel Wärme vom Gas aufgenommen wird.

Eine herkömmliche Methode zur genauen Messung kleiner Gasdurchflussmengen ist die Verwendung eines Massendurchflussmessers nach dem Bypass-Prinzip. Bei der Suche nach einer Möglichkeit zur Messung des geringen Durchflusses von Gasen - wie auch von Flüssigkeiten - die weniger empfindlich gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung ist, wird das Inline-Prinzip bevorzugt.

Funktionsprinzip der Constant Temperature Anemometry

Dieses Inline-Prinzip verwendet CTA oder Constant Temperature Anemometry. Ein anderes Synonym für diese Inline-Messung ist die „Direktstrommessung". Und - wie der Name schon sagt - „Inline" bedeutet kein Bypass.

Der Constant Temperature Anemometry - CTA - Gasdurchflusssensor besteht aus zwei Edelstahlsonden („Metallstifte"), die inline in einem geraden Durchflusskanal positioniert werden, wo das Gas gezwungen wird, an ihnen entlang zu Fließen. Die erste Sonde ist ein Heizelement und die zweite ein Temperatursensor. Zwischen den Sonden wird eine konstante Temperaturdifferenz (Delta-T oder ΔT) erzeugt.

Unabhängig von der tatsächlichen Massendurchflussmenge zielt die Constant Temperature Anemometry darauf ab, diese Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen den beiden Sensorsonden konstant zu halten. Die zur Aufrechterhaltung dieses konstanten ΔT erforderliche Heizenergie ist proportional zur Massendurchflussmenge und somit ein Maß für den Massendurchfluss des Gases. Dieser Proportionalitätsfaktor hängt von den thermischen Eigenschaften des Gases, wie seiner Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärmekapazität sowie seiner dynamischen Viskosität ab.

Je höher die Gasdurchflussmenge ist, desto mehr Energie wird benötigt, um das gewählte ΔT aufrechtzuerhalten. Die tatsächliche Massendurchflussmenge wird durch Messung der variablen Leistung berechnet, die erforderlich ist, um diese konstante Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten, während das Gas am Sensor vorbeiströmt.

Dieses Prinzip geht auf den kanadischen Physiker und Erfinder des Hitzedrahtanemometers, Louis Vessot King, zurück, der vor über einem Jahrhundert das nach ihm benannte Gesetz (King's Law) postulierte, das den Wärmeverlust eines Hitzedrahtes aufgrund eines Gas- oder Flüssigkeitsmassenstroms beschreibt.

Unter den verschiedenen Durchflussmessverfahren wird die thermische Massendurchflussmessung nach dem Prinzip der Constant Temperature Anemometry (CTA) sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten eingesetzt. Massendurchflussmesser nach dem CTA-Prinzip decken ein breites Spektrum von Mess- und Regelungsanwendungen in fast allen Industriezweigen ab.

Thermische Inline-Massendurchflusssensoren für Gase von Bronkhorst

Bei Anwendungen mit leicht feuchtem Gas (Feuchtigkeit) oder bei Anwendungen wo eine geringere Genauigkeit, aber eine hohe Wiederholbarkeit und Robustheit erforderlich ist, sind Durchflussregler mit einem robusten Inline-Sensor in Kombination mit einem geraden Durchflusskanal wie die MASS-STREAM- oder MASS-VIEW-Geräte eine gute Wahl. Und weil es keine engen Rohrleitungen gibt, die sich mit Partikeln verstopfen könnten, sind die meisten Gase kompatibel.

Wo werden diese „Inline"-Massendurchflusssensoren eingesetzt?

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