Ein thermischer Masseflussmesser misst die Bewegung einer Flüssigkeit in einem Rohr oder Kanal. In der einfachsten Konfiguration dieses Messers fließt Gas an einem beheizten Geschwindigkeitssensor und einen Temperatursensor vorbei. Die Aufgabe des Geräts besteht darin, einen konstanten Abstand von 50 Grad Celsius zwischen dem Gas und dem beheizten Sensor zu bewahren. Während das Gas über den beheizten Sensor fließt, stehlen seine Moleküle etwas von der Hitze und erzeugen eine Kühlwirkung. Die Watt, die benötigt werden, um den Temperaturunterschied zwischen den beiden Sensoren zu halten, ist direkt proportional zur Masseflussrate. Und die Menge der verlorenen Wärme hängt von den thermischen Eigenschaften und der Durchflussrate des Gases ab.

Funktionsprinzip des thermischen Masseflussmessers

Der Markt bietet zwei Prinzipien für thermische Masseflussmesser. Einige Anbieter bieten beide und einige nur eins an. Wir müssen jedoch wissen, wie sie funktionieren und wie sie sich unterscheiden, um das richtige für eine Anwendung zu wählen. Wir finden Geräte, die auf thermischer Dispersion basieren, und andere, die thermische Profilierung verwenden. Nachdem wir beide Prinzipien in einen Kontext gestellt haben, können wir uns einige Beispiele auf dem Markt näher ansehen.

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Thermische Dispersion

Hier hat der Messer zwei Sensoren, einen beheizten und einen nicht beheizten, die Kontakt mit dem Produkt haben. Der beheizte Sensor stellt fest und der nicht beheizte dient als Referenz, wobei beide durch eine Wheatstonesche Messbrückenanordnung verbunden sind.

Demonstration einer Wheatstoneschen Messbrücke
Mit freundlicher Genehmigung von Wikipedia

Wir haben zwei Arten von Geräten für dieses Prinzip. In einem hat der beheizte Sensor einen konstanten Strom. Bei Abweichungen ändert sich der Widerstand. Wir sehen eine Korrelation zwischen der Temperatur (Widerstand) und dem Produkt, das im Rohr fließt. Der andere hält den Widerstand statt des Stroms konstant. Hier bekommen wir einer Abweichung in der Energie, wenn der Durchfluss abweicht, die Energieabweichung ist dabei proportional zum Durchfluss. Wir können diesen Messer einfach installieren, wenn wir die Einfügeversion anstatt der geflanschten Version wählen. Der Messer misst den Massefluss direkt und wir können auch verschiedene Gase und Gemische messen. In der Regel haben wir eine Datenbank mit den Gasen, die gemessen werden können, aber in einigen Fällen müssen wir möglicherweise Mischungen berechnen.

Thermische Profilierung

Dieses Prinzip wendet die Wärme an den Durchfluss statt an den Sensor an. Wir haben immer noch zwei Sensoren, aber wir messen den Temperaturwechsel in zwei Bereichen. In der Regel können wir die Sensoren am Eingang und am Ausgang nach dem Heizsystem installieren. Wenn wir keinen Durchfluss haben, sehen wir die gleiche Temperatur an beiden Sensoren. Aber der Durchfluss im Rohr erzeugt einen Temperaturunterschied, der proportional zum Massefluss ist. Die Sensoren erfassen diesen Unterschied und der Messer übersetzt ihn.

Thermische Masseflussmesser-Designs

Jetzt, da wir diese Prinzipien kennen und wissen, wie jedes den Massefluss misst, sollten wir uns über das Design von thermischen Masseflussmessern unterhalten. Und zwar, weil jedes Prinzip ein bestimmtes Design haben muss, um funktionieren zu können, und wir müssen auch wissen, wie diese funktionieren!

Einfügung

Wenn wir große Rohre haben und sie nicht schneiden wollen, um einen Messer zu installieren, dann ist die Einfügeversion eines thermischen Masseflussmessers eine Option. Sie ist einfach zu installieren und kommt in verschiedenen Größen. Um den gesamten Massefluss zu bestimmen, berücksichtigt dieser Messer Durchflussrate, Kompensation und Querschnitt. Wenn wir ein neues Einfügegerät skalieren, müssen Sie die Einfügelänge in Ihrem Rohr überprüfen. Wird die Länge falsch gemessen, kann es zu Messproblemen kommen.

Bypass

Hier haben wir zwei Namen für das Gerät. Wir können es einen Bypass-Durchflussmesser oder einen Kapillarrohr-Durchflussmesser nennen. Dieser Typ verfügt über ein laminares Durchflusselement, wobei das Kapillarrohr am Eingang und am Ausgang des Durchflusselements installiert wird.

Thermische Kapillarrohr-Durchflussmesser
Mit freundlicher Genehmigung von sierrainstruments.com

Das Kapillarrohr beherbergt das gesamte System, von den Sensoren bis zum Heizelement. Es gibt jedoch Variationen von diesem Design. Einige Hersteller bieten zwei Heizsysteme und bis zu drei Sensoren im Kapillarrohr an. Diese Durchflussmesser lassen sich mit Durchflussreglern und einem Endelement zur Steuerung des Sensors kombinieren. Sie bekommen das alles als ein Gerät.

Linear

Dieses Gerät kombiniert Gehäuse, Sensor und Transmitter. Es verfügt über verschiedene  Prozessanschlüsse, Materialien und Integrationsmöglichkeiten. Es verwendet thermische Dispersion.

Hitzdrahtanemometer

Diese einfache Art des Durchflussmessers wird häufig in Forschungsanwendungen verwendet. Er ist in einer Vielzahl von Designs erhältlich, von einfach bis komplex. Und der feine Drahtsensor ist in Materialien wie Nickel, Platin und Wolfram verfügbar.

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Vorteile und Nachteile von thermischen Masseflussmessern

Hier finden Sie einige Vor- und Nachteile von thermischen Masseflussmessern.

Vorteile

  • Keine beweglichen Teile
  • Hohe Empfindlichkeit
  • Große Auswahl an Rohrgrößen

Nachteile

  • Empfindlich gegenüber Gaszusammensetzung
  • Schwierige Kalibration
  • Empfindlich gegenüber kontaminierten Flüssigkeiten

Schnelle Fakten

  • Ein thermischer Masseflussmesser verwendet molekulare Wärmeübertragung, um die Masseflussrate zu messen.
  • Er enthält einen beheizten Geschwindigkeitssensor und einen Temperatursensor.
  • Die Flüssigkeit, die an dem beheizten Sensor vorbeifließt, kühlt den Sensor.
  • Dieser Kühleffekt ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
  • Aber die thermischen Eigenschaften der Flüssigkeit (Menge und Geschwindigkeit, bei der sie Wärme transportieren kann) beeinflussen diese Wirkung.
  • Die Masseflussrate kann durch Messung der Temperaturdifferenz zwischen dem beheizten Sensor und dem Temperatursensor ermittelt werden.
  • Die Watt, die benötigt werden, um den Temperaturunterschied zu halten, ist direkt proportional zur Masseflussrate der Flüssigkeit.
  • Diese Geräte messen, ohne Druck- und Temperaturkompensation oder Durchfluss-Computer zu benötigen.
  • Neben Coriolis-Messern sind thermische Massedurchflussmesser sind die einzigen Gasmasseflussmesser.

Schnelle Faktoren

Viele andere Faktoren beeinflussen die Funktionsweise dieses Messers:

  • Thermische Eigenschaften des Sensormaterials
  • Konstruktion des Sensors
  • Wärmeverluste, die nicht von der Flüssigkeit verursacht werden
  • Gleichmäßigkeit des Durchflusses im Rohr

Um mehr über thermische Durchflussmesser zu erfahren, wenden Sie sich an unsere Ingenieure.To know more about thermal mass flow meters, please ask our engineers!

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