Bronkhorst

Vom König, einer Brücke und einem Massendurchfluss

4. April 2017 Nicolaus Dirscherl
CTA-Messprinzip

In Bezug auf unseren vorhergehenden Blog „ 5 Gründe für den Einsatz von Massendurchflussmessern (MFM) und Massendurchflussreglern (MFC) mit dem thermischen Inline-CTA-Messprinzip“ beschäftigen wir uns in dieser Woche mit dem eigentlichen Messprinzip hinter dem Inline-CTA-Verfahren (Constant Temperature Anemometry).
 

Das Gesetz von King und das CTA-Messverfahren

Das Arbeitsprinzip von CTA-Massendurchflussmessern und Massendurchflussreglern basiert auf dem Gesetz von King. L.V. King hat im Jahr 1914 das bekannte Gesetz von King (King’s Law) aufgestellt, welches den Wärmetransfer in fließenden Medien mathematisch beschreibt. Er benutzte einen Heizdraht, der in ein fließendes Medium eintauchte, um die Massengeschwindigkeit zu messen. 

Das Gesetz von King wird mit der folgenden Formel beschrieben:

P = P0 + C · Φmn
P: Leistung Heizung
P0: Leistung Heizung Offset bei null Durchfluss
C: Konstante (Gerätebhängig)
Φm: Massenfluss
n: Zahl (Typ 0.5)

Schematischer Aufbau einer Wheatstone-Brücke
Schematischer Aufbau einer Wheatstone-Brücke

Die Wheatstone-Brücke und der CTA –Messer

Laut dem Gesetz von King ist der Kühleffekt umso größer, je größer die Geschwindigkeit des Gases über die Sonden ist. Die Elektronik wird mit einer Wheatstone-Brücke realisiert. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Schaltung, die verwendet wird, um einen unbekannten elektrischen Widerstand zu messen.

Indem zwei Schenkel einer Brückenschaltung ausgeglichen werden, wobei ein Schenkel die unbekannte Komponente enthält. Sein Betrieb ähnelt dem ursprünglichen Potentiometer.

Schematischer Aufbau einer Wheatstone-Brücke
Schematischer Aufbau einer Wheatstone-Brücke

Die beiden Sonden des CTA-Sensors wirken wie die Schenkel der Wheatstone-Brücke und da die Heizsonde durch das fließende Medium gekühlt wird, wird der Widerstand dieser Sonde verringert und es wird mehr Energie benötigt, um die Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten. Der CTA-Sensor zielt darauf ab, diese Temperaturdifferenz (Delta-T) zwischen den beiden Sonden auf einem konstanten Niveau zu halten.

Die Strömungsgeschwindigkeit und die Heizenergie, die erforderlich sind, um dieses konstante Delta-T aufrechtzuerhalten, sind proportional und zeigen somit den Massenstrom des Gases an. Der tatsächliche Massendurchsatz wird durch Messen der variablen Leistung berechnet, die erforderlich ist, um diese konstante Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten, wenn das Gas über den Sensor fließt.

  • Hier finden Sie unser video über CTA-Messungen.


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