Massedurchflussmesser

Ein Massendurchflussmesser, so genannter Inertial-Durchflussmesser, ist ein Gerät, das die Durchflussrate eines Fluids misst, das sich durch ein Rohr bewegt. Der Massendurchsatz ist ein fester Punkt pro Zeiteinheit.

Ein thermischer Massendurchflussmesser misst den Durchfluss der Gasmasse auf der Grundlage der konvektiven Wärmeübertragung einer erwärmten Oberfläche auf das strömende Fluid. Zu den Komponenten eines thermischen Grundmassenmessers gehören zwei Temperatursensoren mit einer elektrischen Heizung dazwischen. Die Heizung kann in den Flüssigkeitsstrom hineinragen oder sich außerhalb des Rohrs befinden.

In der Vergangenheit wurde der Massedurchfluss häufig aus den Ausgängen eines Volumendurchflussmessers und eines Densitometers berechnet. Die Dichte wurde entweder direkt gemessen oder anhand der Ausgänge der Prozesstemperatur- und Drucktransmitter berechnet.

Diese Massendurchflussmessungen waren nicht sehr genau, da die Beziehung zwischen Prozessdruck oder -temperatur und -dichte nicht immer genau bekannt ist. Jeder Sensor addiert seinen eigenen Fehler zum Gesamtmessfehler, und die Reaktionsgeschwindigkeit solcher Berechnungen ist normalerweise nicht genau Ausreichend, um stufenweise Änderungen im Durchfluss zu erkennen.

Schöpfer: Francesco Tasinato

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Wie funktioniert ein Massendurchflussmesser?

Massendurchflussmesser arbeiten entweder, indem sie eine bekannte Wärmemenge in den fließenden Strom einbringen und eine damit verbundene Temperaturänderung messen, oder indem sie eine Sonde auf einer konstanten Temperatur halten und die dazu erforderliche Energie messen.

Thermische Durchflussmesser bieten eine hohe Einstellbarkeit (10: 1 bis 100: 1), wenn sie in einem Modus mit konstanter Temperaturdifferenz betrieben werden. Alternativ dazu ist bei konstantem Wärmeeintrag die Fähigkeit, sehr kleine Temperaturunterschiede zu erkennen, begrenzt und sowohl die Präzision als auch die Messbarkeit nehmen ab. Bei normalem Durchfluss liegen die Messfehler normalerweise im Bereich von 1 bis 2%.

Gängige Anwendungen für Massendurchflussmesser

Thermische Massendurchflussmesser werden häufig zur Überwachung oder Steuerung von massenbezogenen Prozessen wie chemischen Reaktionen verwendet, die von den relativen Massen nicht umgesetzter Inhaltsstoffe abhängen, wie Rezepturformulierungen, Materialbilanzbestimmungen sowie Abrechnungs- und Aufbewahrungsübermittlungsvorgängen. Da dies die kritischsten Durchflussmessungen in einer Aufbereitungsanlage sind, ist die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Massendurchflussmessung sehr wichtig.

Thermische Massendurchflussmesser werden häufig zur Überwachung oder Steuerung von massenbezogenen Prozessen wie chemischen Reaktionen eingesetzt, die von den relativen Massen nicht umgesetzter Inhaltsstoffe abhängen. Bei der Erfassung des Massenstroms von kompressiblen Dämpfen und Gasen wird die Messung nicht durch Druck- und / oder Temperaturänderungen beeinflusst. Eine der Fähigkeiten von thermischen Massendurchflussmessern besteht darin, niedrige Gasdurchflussraten oder niedrige Gasgeschwindigkeiten (unter 25 Fuß pro Minute) genau zu messen – viel niedriger als mit jedem anderen Gerät.

Thermische Durchflussmesser bieten eine hohe Messgenauigkeit (10: 1 bis 100: 1), wenn sie im Modus mit konstanter Temperaturdifferenz betrieben werden. Andererseits ist bei konstantem Wärmeeintrag die Fähigkeit, sehr kleine Temperaturunterschiede zu erkennen, begrenzt und sowohl die Präzision als auch die Messbarkeit nehmen ab. Bei normalen Durchflüssen liegen die Messfehler normalerweise im Bereich von 1 bis 2%.

Dieser Sensor ist in Hochdruck- und Hochtemperaturausführungen sowie in Spezialmaterialien wie Glas, Monel und PFA erhältlich. Durchflusskonstruktionen werden verwendet, um kleine Ströme reiner Substanzen zu messen (die Wärmekapazität ist konstant, wenn ein Gas rein ist), während Bypass- und Sondenkonstruktionen große Ströme in Kanälen, Schornsteinen und Trocknern erkennen können.

Massendurchflussmesser Prinzipien

Thermische Massendurchflussmesser werden am häufigsten zur Regelung geringer Gasströme eingesetzt. Sie arbeiten entweder durch Einbringen einer bekannten Wärmemenge in den strömenden Strom und Messen einer damit verbundenen Temperaturänderung oder durch Halten einer Sonde auf einer konstanten Temperatur und Messen der dazu erforderlichen Energie. Die Komponenten eines grundlegenden thermischen Massendurchflussmessers umfassen zwei Temperatursensoren und eine elektrische Heizung dazwischen. Die Heizung kann in den Flüssigkeitsstrom hineinragen oder sich außerhalb des Rohrs befinden.

Die zur Aufrechterhaltung einer Temperaturdifferenz erforderliche Leistung ist direkt proportional zum Massendurchsatz. Der Massenstrom (m) berechnet sich aus der gemessenen Temperaturdifferenz (T1 – T2), dem Zählerkoeffizienten (k), der elektrischen Heizrate (q) und der spezifischen Wärme des Fluids (Cp). Hier ist die Formel:

M = Kq / (Cp (T1 – T2))

Was sind die Grenzen eines Massendurchflussmessers?

Thermische Massendurchflussmesser können eine sehr hohe Einstellbarkeit und eine angemessene Genauigkeit aufweisen, sie weisen jedoch auch schwerwiegende Einschränkungen auf. Mögliche Probleme sind die Kondensation von Feuchtigkeit (in gesättigten Gasen) am Temperaturfühler. Eine solche Kondensation führt zu einer niedrigen Anzeige des Thermometers und kann zu Korrosion führen. Beschichtungen oder Materialansammlungen auf dem Sensor beeinträchtigen auch die Wärmeübertragung und führen zu einer niedrigen Ablesung des Messgeräts. Weitere mögliche Fehlerquellen sind Schwankungen der spezifischen Wärme, die durch Änderungen der Gaszusammensetzung verursacht werden.

Einige gängige Gasströmungsanwendungen für thermische Massendurchflussmesser umfassen Verbrennungsluftmessungen in Großkesseln, Halbleiterprozessgasmessungen, Luftprobenahme in Kernkraftwerken, Prozessgasmessungen in der chemischen und petrochemischen Industrie, Forschungs- und Entwicklungsanwendungen, Gaschromatographie und Filter und Dichtheitsprüfung. Während Heißdraht-Anemometer am besten für saubere Gase bei niedrigen Geschwindigkeiten geeignet sind, können Venturi-Meter auch für bestimmte Anwendungen mit Flüssigkeitsströmungen (einschließlich Schlammströmungen) in Betracht gezogen werden. Thermische Massendurchflussmesser eignen sich gut für Messungen mit hoher Messbereichsbreite bei sehr geringen Durchflussmengen, können jedoch auch zur Messung großer Durchflussmengen wie Verbrennungsluft, Erdgas oder Druckluftverteilung verwendet werden.

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