Thermischer Massendurchflusssensor für Gase

Bypass-Prinzip

Wenn der Begriff thermische Massendurchflussmesser oder Massendurchflussregler fällt, denken die meisten Menschen an thermische Massendurchflussinstrumente, die einen Bypass (kapillaren Bypass oder Bypasssensor) verwenden.

Abbildung A

Massendurchflusssensor für Gase, Bypass-Prinzip

Wie in Abbildung A gezeigt fließt ein Teil des Gases durch den Sensor, welcher durch die Heizung R_H erwärmt wird. Daraus ergibt sich mit steigendem Massendurchfluss eine steigende Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2, wie in Abbildung B gezeigt. Die Formel für ΔT beweist, dass die Temperaturdifferenz direkt proportional dem Massendurchfluss ist. Elektrisch werden die Temperaturen T1 und T2 durch die beiden Messwiderstände R_T1 und R_T2 erfasst.

Wird kein Durchfluss gemessen, beträgt die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Punkten null. Nimmt der Durchfluss zu, sinkt die Temperatur am ersten Messpunkt (T1), da das Fluid die Wärme ableitet (wie in Abbildung B dargestellt). Gleichzeitig steigt die Temperatur am zweiten Messpunkt (T2), weil das Fluid Wärme mit sich führt. Ein größerer Durchfluss führt zu einer größeren Temperaturdifferenz, und diese Temperaturdifferenz ist direkt proportional zum Massendurchfluss. Aus elektrischer Sicht handelt es sich bei den Temperaturen T1 und T2 um die temperaturabhängigen Widerstände RHT1 und RHT2.

Abbildung A zeigt, wie die vom Sensor gemessenen Signale zu elektrischen Signalen verstärkt werden. Der Sensor ist als Bypass zum Hauptkanal angebracht, wo ein Strömungsteiler die proportionale Teilung des strömenden Mediums übernimmt.

Das zuvor patentierte Laminarflusselement (Strömungsteiler) von Bronkhorst besteht aus einem Stapel von Edelstahlscheiben mit hochpräzisen Fließkanälen, die ähnliche Eigenschaften wie der Durchflusssensor haben. Für höhere Durchflüsse werden die Scheiben mit einem zusätzlichen Abschnitt ausgestattet, um Turbulenzeffekte herauszufiltern. Die perfekte Teilung des Durchflusses über der Strömungsteiler von Bronkhorst gewährleistet - auch bei unterschiedlichen Prozessbedingungen - eine stabile und berechenbare Durchflussmessung und Durchflussregelung.

Bypass-Prinzip in Durchflussmessern und Durchflussreglern

Abbildung B

Anwendungen mit geringem Druckabfall

Als Variante des oben beschriebenen Bypass-Prinzips entwarf Bronkhorst eine besondere Konstruktion für Anwendungen mit geringem Druckabfall, die LOW-dP-FLOW Serie: Der Sensor benötigt hier nur ca. 0,25...2,5 mbar. Außerdem senken die größeren Fließkanäle das Verstopfungsrisiko und erleichtern die Reinigung und Spülung. Diese Konstruktion empfiehlt sich daher für Anwendungen mit korrosiven Gasen.