Bronkhorst IN-FLOW - Handbuch (Seite 12)

BRONKHORST HIGH-TECH B.V.
Seite 12 9.19.022
1.2 Messprinzip Sensor
1.2.1 Gasflusssensoren (bypass Messprinzip)
Die Mehrzahl von Gas Fluss Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der bypass Messung. Diese Sensorik
arbeitet nach dem Prinzip des Wärmetransfers durch Erfassung des ∆T entlang der beheizten Zone des
Kapillarrohres.
Ein Teil des Gesamtflusses wird über einen Laminarströmungseinsatz im Hauptstrom parallel zur Kapillare
geleitet, wobei ein ∆P entsteht. Der Laminarströmungseinsatz ist so konzipiert, daß die
Durchflußbedingungen in der Kapillare und dem Laminarpaket vergleichbar sind, was zu proportionalen
Durchflußraten über die gesamte Meßspanne führt. Das ∆T, das durch die Temperatursensoren in der
Kapillare gemessen wird, ist abhängig von der Wärmemenge, die vom Gasfluß absorbiert wird. Der
Zusammenhang zwischen Gasmengenfluß und Signal kann in folgender Gleichung ausgedrückt werden:
V
signal
= Ausgangssignal
C
p
= spezifische Wärme V K c
signal p m
= ⋅ ⋅ Φ
K = konstanter Faktor
Φ
m
= Massedurchfluß
Die Temperatursensoren sind Teil einer Meßbrücke und deren Verschiebung wird linearisiert und verstärkt
bis zu einem gewünschten Signallevel.
1.2.2 Gasflusssensoren (Direkte Hauptstrom Messung)
Die IN-FLOW CTA Baureihe arbeitet nach dem thermischen Hauptstrom Messprinzip.
Der Hauptstromsensor (CTA Prinzip) besteht aus einem Heizwiderstand und einem Temperaturfühler. Beide
Sensoren bestehen aus einem Heizwidersatnd, dass mit wärmeübertragenden Edelstahl ummantelt ist. Die
Heizleistung wird geregelt und sorgt für eine konstante Temperaturdifferenz zwischen dem Heizwiderstand
und dem Temperaturfühler.
Die resultierende Heizleistung ist proportional und damit ein direktes Maß für den Massefluss.
Dadurch entsteht ein unterschiedlicher, eindeutig zu identifizierender Heizstrom für verschiedene
Durchflussbereiche. Das beschriebene Messprinzip heißt Constant Tempereatur Anemometry (CTA).
Die Funktion zwischen Massedurchfluss und Ausgangssignal errechnet sich wie folgt:
n
m signal
K S S Φ ⋅ + ≅
0
S
signal
=Ausgangssignal
S
0
= Nullpunkt Signal
K = konstanter Faktor (Y = Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, dyn. Viskosität und Gasdichte)
M = Massedurchfluss
N = dimensionlose Konstante (ideal 0,5)
1.2.3 Flüssigkeitssensoren
Zwei digitale Flüssigkeits-Messgeräte und zwei Sensor-Kombinationen sind erhältlich. Beide haben
gemeinsam, dass es sich um eine Hauptstrommessung handelt. Die folgenden Sensor-Kombinationen sind
erhältlich:
1) Der µ-FLOW für Flussraten bis 2 g/h.
Einfach gesehen ist es ein gerades Rohr mit 2 außen befindlichen Sensorelementen. Die beiden
Sensorelemente funktionieren gleichzeitig als Heizung und Temperaturmessung. Die Temperaturdifferenz –
ob abkühlend oder aufheizend, bedingt durch den Massetransport der Flüssigkeit – wird gemessen. Die
Temperatursensoren sind Teil einer elektrischen Messbrücke. Das Ungleichgewicht der Messbrücke ergibt
ein noch zu verstärkendes Messsignal. Die Funktion zwischen Massestrom und dem Messsignal kann wie
folgt beschrieben werden.
V
signal
= Ausgangssignal V K c
signal p m
= ⋅ ⋅ Φ
c
p
= Wärmekapazität
K = Konstante
Φ
m
= Massedurchfluss