Thermische mass flow meters

Wat is thermische massflowmeting?

Bij thermische massflowmeting draait alles om warmteoverdracht. Een gas- of vloeistofflow die een verwarmd oppervlak passeert, neemt de warmte van het oppervlak weg doordat het fluïdum de warmte absorbeert. In zekere zin heeft de flow een koelend effect op het verwarmde oppervlak. Hoe groter de flow, hoe meer het verwarmde oppervlak wordt afgekoeld. De hoeveelheid warmte die wordt opgenomen in de vloeistof die langs het oppervlak stroomt, kan worden berekend door te bepalen hoeveel extra (elektrisch) vermogen nodig is om het gekoelde oppervlak op de oorspronkelijke temperatuur te houden.

Thermische eigenschappen
Thermische massflowmetingen zijn afhankelijk van thermische eigenschappen van het fluïdum, zoals de specifieke warmtecapaciteit. De specifieke warmtecapaciteit van een vloeistof of gas is een karakteristieke materiaaleigenschap van dit fluïdum en is bepalend voor de temperatuurstijging van het fluïdum in graden Celsius wanneer een bepaalde hoeveelheid warmte-energie in het fluïdum wordt opgenomen. De massa van het fluïdum is belangrijk: 2 gram fluïdum kan twee keer zoveel warmte absorberen als 1 gram van hetzelfde fluïdum.

Dit geldt zowel voor statische als bewegende fluïda, dus ook voor lage flows van vloeistof of gas. Bij thermische massflowmeting wordt dit natuurkundige basisprincipe op vrij eenvoudige wijze gebruikt, waarbij de stromende massa (in gram per seconde) in verband staat met het toegevoerde vermogen (in warmte in joules per seconde) en de specifieke warmtecapaciteit (in joules per gram per graad Celsius) en het door warmte veroorzaakte temperatuurverschil (in graden Celsius) evenredigheidsfactoren zijn.

Wat is massflowrate?

Het rechtstreekse verband tussen de thermische eigenschappen van het fluïdum en zijn massa heeft als voordeel dat een massflowrate wordt gemeten die niet wordt beïnvloed door wisselende procesomstandigheden zoals veranderingen in temperatuur of druk. Lees hier meer informatie over het verband tussen de massflow en volumeflow. In veel productie- en O&O-processen, zoals chemische reacties, is massa de belangrijke variabele, en niet volume.

Waarom is kalibratie nodig?

Het meetprincipe van een thermische mass flow meter is gebaseerd op warmteoverdracht en is afhankelijk van de dichtheid en de specifieke warmtecapaciteit van het fluïdum. Daarom moeten thermische mass flow meters voor een specifiek fluïdum worden gekalibreerd.

3 soorten sensorprincipes voor thermische mass flow meters

Een thermische mass flow meter gebruikt dus de thermische eigenschappen van een fluïdum om de massflow te meten. Hoe werkt dit in de praktijk? We onderscheiden drie verschillende sensorprincipes:

1. Thermische massflowsensor voor gassen die gebruikmaakt van het bypassprincipe, waarbij een proportioneel deel van de stroom door een flowbegrenzing wordt geleid.
2. Thermische massflowsensor voor gassen die gebruikmaakt van het inline-principe (CTA) en rechtstreeks in het hoofdstroomkanaal meet.
3. Thermische massflowsensor voor vloeistoffen die gebruikmaakt van het inline-principe (CTA/CPA).

Meer over MEMS-gebaseerde themische mass flow meters

Ook verkrijgbaar zijn thermische mass flow meters voor gassen met chipsensoren. In de FLEXI-FLOW instrumenten van Bronkhorst, waar de gasflow deze sensoren tegenkomt, is MEMS-technologie verwerkt (Micro Electro-Mechanical System). FLEXI-FLOW instrumenten meten niet alleen massflowrates, maar ook de temperatuur en druk van het gas. Zeer compacte op MEMS gebaseerde IQ+FLOW instrumenten zijn ideaal voor gebruik in kleine ruimtes.

Thermische mass flow meter of regelaar?

Bij uitbreiding van een thermische mass flow meter met een geïntegreerde of gesloten regelklep wordt de meter omgevormd tot een mass flow regelaar, bedoeld om nauwkeurig en herhaalbaar de massflow van toegevoerde gassen of vloeistoffen te regelen. Lees meer over mass flow regelaars.