Flowmeters meten de flow volgens het CTA-principe

Als Managing Director van M+W Instruments GmbH geef ik vaak uitleg en training over het inline meetprincipe dat gebruikt wordt voor onze MASS-STREAM flowmeter serie. M+W Instruments is een volledige dochteronderneming van Bronkhorst.

Op onze productielocatie in Leonhardsbuch, Duitsland, produceren we instrumenten van Bronkhorst's MASS-STREAM™ productlijn.

Deze productreeks van massflowmeters meet de stroom in lijn volgens het CTA-principe (CTA = Constante Temperatuur Anemometrie). In deze blog probeer ik een beetje van mijn kennis over dit meetprincipe te delen.

King’s Law en CTA meters

Het werkingsprincipe van deze inline flowmeters en -regelaars is gebaseerd op King’s Law. De King’s Law kan worden toegeschreven aan L.V. King, die in 1914 zijn beroemde King’s Law publiceerde, waarin de warmteoverdacht in stromingen wiskundig beschreven wordt. Hij gebruikte een verwarmde draad, ondergedompeld in een vloeistof om de snelheid van de massa op een punt in de stroming te meten.

Dit kan worden beschreven met de volgende formule:

P = P₀ + C · Φmⁿ
P: verwarmingsvermogen
P₀: verwarmingsvermogen bij zero flow
C: constant (apparaatafhankelijk)
Φ^m: massflow

n: dimensieloos getal (type 0.5)

Video die de werking van de MASS-STREAM thermische massflowregelaar uitlegt

Wheatstone-brug en CTA flowmeters

Volgens de King’s Law geldt dat hoe groter de snelheid van het gas over de sondes, hoe groter het koeleffect. De elektronica wordt gerealiseerd met een Wheatstone-burg, een elektrisch circuit dat gebruikt wordt om onbekende elektrische weerstand te meten door twee poten van een brugcircuit in evenwicht te brengen, waarvan één poot de onbekende component bevat. De werking ervan is vergelijkbaar met die van de oorspronkelijke potmeter.

De twee sondes van de CTA-sensor fungeren als de poten van de Wheatstone-brug en als de verwarmingssonde door de vloeistof wordt gekoeld, wordt de weerstand van de sonde verminderd en is er minder energie nodig om het temperatuurverschil in stand te houden.

Wheatstone 'brug'

De CTA-sensor probeert dit temperatuurverschil (delta-T) tussen de twee sondes op een constant niveau te houden. De flow en de verwarmingsenergie die nodig zijn om deze constante delta-T te behouden zijn proportioneel en geven dus de massflow van het gas aan. De werkelijke massflow wordt berekend door het variabele vermogen te meten dat nodig is om dit constante temperatuurverschil in stand te houden, terwijl het gas over de sensor stroomt.

Wat zijn toepassingen van inline massflowmeters?

Zoals ik al eerder heb gezegd, meet de CTA-sensor de inline flow. Dit betekent dat er geen by-pass nodig is, waardoor deze massflowmeters minder gevoelig zijn voor vocht en vervuiling. Bovendien is het drukverlies verwaarloosbaar klein. Dit maakt de instrumenten tot de ideale oplossingen voor de volgende toepassingen:

Een 'Koning', een 'Brug' en Inline massflowmeting

King’s Law en CTA meters

Wheatstone-brug en CTA flowmeters

Wat zijn toepassingen van inline massflowmeters?

Massflowmeting in ammoniakbeheersing om boetes te voorkomen

5 redenen om flowmeters te gebruiken met inline meting

Good to know - Thermal Mass Flow Sensor: Bypass versus CTA