Prinsippet for termisk masseflowmåling

Hver eneste dag transporteres og distribueres de mest forskjellige gasser i rørsystemer. Det kan være luft i vann- og avløpsvannindustrien, karbondioksid i næringsmiddelindustrien, nitrogen og oksygen i farmasøytiske produkter eller naturgass til kjeler og brennere.
Gassene som strømmer gjennom rørene, har ofte ulike egenskaper på grunn av skiftende prosessforhold. Derfor kreves det ulike driftsprinsipper for å måle dem. Ett prinsipp er strømningsmåling basert på det termiske prinsippet.
Den grunnleggende fysikken i dette prinsippet kan spores tilbake til den kanadiske fysikeren Louis Vessot King. I 1914 beskrev han varmetransport i strømninger på matematisk vis.

Slik fungerer denne målemetoden.
Inne i termiske strømningsmålere er det to temperatursensorer som stikker inn i målerøret. De er kjent som Pt100-motstandstermometre.
Den ene av disse temperaturfølerne måler den faktiske gasstemperaturen som en referanse - uavhengig av strømningshastigheten.
Den andre temperaturføleren varmes kontinuerlig opp med elektrisk energi, slik at det opprettholdes en forhåndsdefinert temperaturforskjell mellom de to følerne - for eksempel 10 grader.

Hvis det ikke er noen strømning, endres ikke differansetemperaturen mellom de to sensorene.
Så snart væsken begynner å strømme i målerøret, trekkes det varme fra den oppvarmede temperaturføleren via gassen som strømmer forbi. Varmen blir deretter ført bort av strømningen.
Den tilsvarende avkjølingseffekten måles og kompenseres umiddelbart ved å tilføre mer varmestrøm. På denne måten opprettholdes den ønskede temperaturdifferansen kontinuerlig.
Varmestrømmen som kreves for å opprettholde temperaturdifferansen, er proporsjonal med kjøleeffekten og er derfor et direkte mål for massestrømmen i røret.
Jo større strømningshastigheten er - og dermed den ekstra avkjølingen av varmesensoren - desto større varmestrøm kreves det.

En alternativ tilpasning av prinsippet holder varmestrømmen på en konstant verdi og måler deretter endringen i temperaturdifferansen.
Men hvordan overføres egentlig varmen fra den oppvarmede temperaturføleren til gassen som strømmer forbi?
Denne sekvensen viser at varmen overføres av gassmolekylene selv. Når gassen strømmer forbi, absorberer molekylene små varmepakker og fører dem med seg i strømmen. Jo raskere gassen strømmer, desto oftere absorberer de varmen.
Varmeoverføringen avhenger også av gassens tetthet, for ved høyere trykk - eller lavere temperatur - er det flere gassmolekyler i rørledningen. Det større antallet molekyler resulterer i mer kontakt med den oppvarmede sensoren, noe som betyr økt avkjøling og dermed økt varmestrøm.

Og til slutt påvirkes varmeoverføringen også av gassens termiske egenskaper. Ved samme massestrøm fører for eksempel den høye varmeledningsevnen til hydrogen - her vist i grønt - til en avkjøling som er 100 ganger større enn med luft. For å få en presis måling er det derfor viktig at gassens spesifikke egenskaper er kjent og konsistente.
Strømningsmåling ved hjelp av det termiske prinsippet er også mulig i store rør og kanaler. Det finnes målertyper som er utviklet spesielt for dette formålet. De kan settes direkte inn i røret via en standard prosesstilkobling. Det er viktig at den nødvendige innstikksdybden overholdes, slik at målingen utføres på riktig punkt.
Derfor er det viktig å programmere den faktiske innvendige rørdiameteren for alle innstikksmålere. Korrekt innstikk gjelder også for rektangulære og firkantede kanaler som ofte finnes i luftsirkulasjonssystemer i fabrikker eller bygninger.

Med termiske masseflowmålere fra Endress+Hauser kan mange forskjellige gasser og gassblandinger måles nøyaktig - selv ved lave prosesstrykk og lave strømningshastigheter.
Vi har den rette løsningen for alle bruksområder.
Endress+Hauser - din totalleverandør av måleteknologi!