Bypass versus CTA: Welches thermische Messprinzip ist besser geeignet für meine Applikation?

Thermische Massendurchflussmesser verwenden das Bypass-Prinzip

Bei thermischen Massendurchflussmessern und Reglern wird immer der Sensor elektrisch beheizt. Beim Bypass wird z.B. an einer Position der Sensor aufgeheizt und die Temperatur der Sensorkapillare an 2 Punkten im gleichen Abstand von der Heizung gemessen. Wenn kein Medium fließt, ist die Temperatur an beiden Positionen gleich, die Temperaturdifferenz ist also null. Wenn das Medium durch den Sensor fließt, wird damit auch Wärme transportiert. Die Temperatur am ersten Messpunkt sinkt also, weil durch den Massenfluss dort Wärme wegtransportiert wird. Am zweiten Messpunkt erhöht sich die Temperatur, weil der Massenfluss die Wärme in Fließrichtung transportiert; eine Temperaturdifferenz entsteht.

Je höher der Durchfluss, desto höher größer ist die resultierende Temperaturdifferenz. Diese Temperaturdifferenz ist direkt proportional zum Massenfluss. Diese Aussage ist nur dann richtig, wenn entweder der gesamte Massenstrom durch den Sensor fließt (bei kleinen Durchflüssen, wenige ml/min) oder über sog. LFE (Laminar Flow Element) eine Teilung des Durchflusses erfolgt und das Verhältnis zwischen Massendurchfluss durch den Sensor und durch das LFE genau bekannt ist.

CTA, Constant Temperature Anemometry

Die CTA-Methode (Constant Temperature Anemometry) basiert ebenfalls auf einem thermischen Messprinzip. Hier werden zwei Sensoren direkt im Massenstrom positioniert. Der erste Sensor misst sowohl die Temperatur und fungiert gleichzeitig als Heizer. Der zweite Sensor („downstream“, also flussabwärts) misst die Temperatur des Mediums. Es ist also auch ohne Durchfluss eine gewisse Temperaturdifferenz vorhanden.

Ebenso wie beim Bypass-Prinzip wird Wärme vom Heizer zum zweiten Sensor transportiert, wenn das Medium fließt und die Temperaturdifferenz ändert sich. Die Heizleistung des Heizers wird nun so variiert, dass die Temperaturdifferenz immer konstant bleibt, somit ist die Leistung, die proportional dem Massendurchfluss ist.

Applikationen für thermische Massendurchflussmesser

Beide Techniken haben applikationsspezifische Vorteile und Nachteile. Das Bypass-Prinzip ist sehr gut geeignet für trockene, saubere Gase und bietet neben einer sehr guten Reproduzierbarkeit auch eine sehr gute Genauigkeit. Solche Instrumente sind z.B. der EL-Flow Select, IN-Flow Select und der EL-Flow Prestige.
Wenn das fließende Medium (Gas) nicht sauber oder mit Feuchtigkeit beladen ist und vor allem eine sehr gute Reproduzierbarkeit und Robustheit wichtig ist, ist das CTA-Prinzip die bessere Wahl. Die Mass-Stream-Serie bietet robuste und kostengünstige Geräte über einen großen Durchflussbereich.