Massastrommeters

Thermische massflowmeters voor gassen: werkingsprincipe & toepassingen

1. Werkingsprincipe

Thermische massflowmeters werken op basis van warmteoverdrachtsprincipes en meten de gasstroom door het verkoelende effect van de gasstroom op een verwarmde sensor te detecteren. Er zijn twee primaire meetmethoden:

Methode met constant temperatuurverschil (CTD)

Er worden twee temperatuursensoren (RTD's of thermistors) gebruikt:

Verwarmde sensor: Wordt op een vaste temperatuur boven de gasstroom gehouden.

Referentiesensor: Meet de gastemperatuur.

Het vermogen dat nodig is om het temperatuurverschil te handhaven, is evenredig met de massastroomsnelheid.

Methode met constant vermogen

Een vaste hoeveelheid warmte wordt op de sensor toegepast.

Het temperatuurverschil tussen de verwarmde sensor en de gasstroom wordt gemeten, wat correleert met de massastroom.

De fundamentele vergelijking die de thermische stromingsmeting beheerst, is:

Q = frac{P}{c_p cdot Delta T}

Q: Massastroomsnelheid (kg/s)

P: Verwarmingsvermogen (W)

c_p: Specifieke warmtecapaciteit van het gas (J/kg·K)

ΔT: Temperatuurverschil tussen sensoren (K)

Omdat thermische flowmeters de massastroom direct meten, hebben ze geen afzonderlijke druk- of temperatuurcompensatie nodig.

2. Belangrijkste kenmerken en voordelen

✅ Directe massastroommeting – Geen behoefte aan extra PT-compensatie.

✅ Geen bewegende delen – Weinig onderhoud, hoge betrouwbaarheid.

✅ Brede turndown ratio (tot 100:1) – Geschikt voor lage en hoge debieten.

✅ Snelle reactietijd – Ideaal voor dynamische debietregeling.

✅ Laag drukverlies – Energie-efficiënt voor gastoepassingen.

✅ Compatibel met de meeste niet-corrosieve gassen – Inclusief lucht, N₂, O₂, CO₂, aardgas en biogas.

3. Beperkingen

❌ Gasspecifieke kalibratie vereist – Nauwkeurigheid hangt af van de thermische eigenschappen van het gas (c_p).

❌ Niet geschikt voor vuile/natte gassen – Deeltjes of vocht kunnen de prestaties van de sensor beïnvloeden.

❌ Beperkt tot toepassingen met lage/gemiddelde druk – Meestal < 50 bar.

❌ Gevoelig voor temperatuurschommelingen – Vereist stabiele omgevingsomstandigheden.

4. Veelvoorkomende toepassingen

Monitoring van perslucht en gas (lekdetectie, verbruikanalyse)

Biogas- en aardgasmeting

HVAC-systemen (luchtstroomregeling)

Halfgeleider- en chemische industrie (procesgasbewaking)

Milieu- en emissietests (meting van rookgasstroom)

5. Uitgangssignalen en installatie

Analoge uitgangen: 4-20 mA, 0-10 V voor integratie met PLC's/SCADA.

Digitale communicatie: Modbus, HART of PROFIBUS voor slimme systemen.

Installatierichtlijnen:

Vermijd pijptrillingen en overmatige turbulentie.

Zorg voor rechte pijpleidingen (5D stroomopwaarts, 3D stroomafwaarts voor nauwkeurigheid).

Conclusie

Thermische massflowmeters bieden zeer nauwkeurige, betrouwbare massastroommeting voor gassen zonder druk- of temperatuurcorrecties. Hun niet-intrusieve ontwerp, snelle respons en weinig onderhoud maken ze ideaal voor industriële, milieu- en laboratoriumtoepassingen. Toekomstige verbeteringen richten zich op multi-gas kalibratie en verbeterde duurzaamheid van de sensor voor zware omgevingen.