Capteur de débit massique thermique pour GAZ

Figure 1 : Principe de fonctionnement du capteur de débit massique (bypass)

Comment les débitmètres massiques thermiques fonctionnent-ils ?

Quand on parle de débitmètres massiques thermiques, les gens pensent souvent aux instruments équipés d’un by-pass. Le principe est illustré en figure n°1.

Dans cette configuration, le débit massique est mesuré dans le canal de dérivation au lieu de le mesurer dans le flux principal lui-même. Ce capteur fonctionne dans un régime de flux laminaire.

La dérivation consiste en un tube capillaire métallique mince, entouré en deux endroits de fils métalliques qui peuvent chauffer le tube et mesurer (« détecter ») la température. Le faible diamètre du tube capillaire permet des temps de réponse rapides et une faible consommation d'énergie, car seul un petit volume du tube doit être chauffé. Cependant, un filtre est nécessaire en amont du débitmètre massique pour éviter la pollution du tube capillaire.

Qu’est-ce qu’un élément à flux laminaire ?

Un élément à flux laminaire, qui est un séparateur de flux dans le canal principal de l’appareil, permet à une partie proportionnelle du fluide de s'écouler au travers du capteur by-pass, parallèlement au canal d'écoulement principal.

L'élément à flux laminaire (ou diviseur de flux) de Bronkhorst est constitué d'une pile de disques en acier inoxydable dotés de canaux d'écoulement gravés de haute précision, présentant des caractéristiques similaires à celles du capteur de débit. Pour les débits plus élevés, les disques sont équipés d'une section supplémentaire afin de filtrer les effets de turbulence. L'utilisation de cet élément garantit la division proportionnelle stable et fiable du débit, même dans des conditions de procédé variables.

Figure 2 : Température à travers le capteur de débit massique

Capteur de débit massique pour gaz, principe de by-pass

Le gaz qui traverse le capteur est réchauffé par deux sondes de chauffe (RHT1 et RHT2 dans la figure 1). La température du tube est mesurée aux deux mêmes points, ces éléments chauffants font donc office également de capteurs. En l'absence de débit, le différentiel de température entre les deux points de mesure est nul. Lorsque le débit augmente, la température au premier point de mesure (RHT1) diminue, car le fluide emporte la chaleur. Dans le même temps, la température au deuxième point de mesure (RHT2) augmente car le fluide lui amène de la chaleur. Lorsque le débit augmente, le différentiel de température augmente lui aussi et est directement proportionnel au débit massique.

Les instruments pour gaz de Bronkhorst avec capteur de débit massiques thermiques « by-pass »

Un capteur by-pass où une partie proportionnelle du flux passe à travers une restriction de débit, comme dans les instruments EL-FLOW Select, EL-FLOW Prestige, IN-FLOW et EX-FLOW de Bronkhorst, convient parfaitement pour du gaz propre et sec où une plus grande précision ainsi qu'une meilleure répétabilité sont importantes. Les appareils EX-FLOW sont adaptés aux applications de débit de gaz en zone dangereuse (ATEX).

En variante du principe de by-pass décrit ci-dessus, Bronkhorst a conçu un capteur spécifique pour les applications à faible perte de charge, la série LOW-dP-FLOW. Le capteur n'a besoin que d'environ 0,25 à 2,5 mbars de pression pour assurer son bon fonctionnement. De plus, le capillaire plus large minimise le risque de colmatage et facilite le nettoyage et la purge de l’appareil. Ce dispositif est à privilégier pour les applications utilisant des gaz corrosifs.

Où sont utilisés ces débitmètres et régulateurs de débit massique à « by-pass » ?

Dispositif d'étalonnage sur site pour débitmètres

Pour étalonner les débitmètres massiques sur site, Bronkhorst a fabriqué un dispositif d'étalonnage mobile avec un ensemble de débitmètres massiques thermiques EL-FLOW Select ou EL-FLOW Prestige étalonnés utilisés comme référence.

Stockage de l'hydrogène dans des hydrures métalliques

Pour déterminer dans quelles conditions le chargement/déchargement de l’hydrogène à des fins de stockage fonctionne le mieux, les débits d'hydrogène et la pression du process doivent être mesurés et régulés avec précision. Pour introduire l’hydrogène dans les hydrures métalliques, on utilise des débitmètres de la série IN-FLOW en combinaison avec des vannes Vary-P.

Régulation et surveillance du débit pour le revêtement diamant par CVD

Les régulateurs de débit massique, tels que les séries EL-FLOW Select, LOW-dP-FLOW ou IN-FLOW, jouent un rôle essentiel dans les procédés de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), notamment pour produire des films de diamant en utilisant l'hydrogène et le méthane comme précurseurs.

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