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Mikrothermische Flusssensoren

Bypässe für Gasflussmessungen


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wie sieht der Bypass aus?

Design der Bypass-Lösung

Wie muss die Messanordnung einer Bypass-Lösung konstruiert sein, damit genaue Messergebnisse erzielt werden?
Die Blende
Die Blende hat die Aufgabe, den Widerstand des Gasflusses geringfügig zu erhöhen und dadurch einen Differenzdruck über der Blende zu erzeugen. Physikalisch geschieht dies auf zwei Arten. Erstens führen
Reibungen zwischen dem Gas und den Wandflächen der Blende (Flächen parallel zum Fluss) zu einem Druckabfall, der linear mit dem Fluss zunimmt. Zweitens führen Stirnflächen und deren Kanten zu Turbulenzen und damit zu einem Druckabfall, der quadratisch mit dem Fluss zunimmt. In der Praxis vereinen Blenden stets beide Prinzipien. Folglich ist ihre Druck/Fluss-Charakteristik eine Kombination aus linearen und quadratischen Anteilen (Bild 3).
Welche der beiden Charakteristiken überwiegt, wird durch das Design der Blende bestimmt. Dabei ist in der Regel eine lineare Charakteristik zu bevorzugen, weil dies die Sensitivität bei kleinen Flüssen erhöht und den Nullpunkt stabilisiert. Bei hohen Flussraten ist der Druckabfall klein. Eine Faustregel besagt, dass die Blende aus möglichst viel Wand- und wenig Stirnfläche bestehen soll. Eher ungeeignet sind deshalb klassische Ringblenden. Dünne Honigwaben-Strukturen bei Blenden sind gut geeignet, aber kostenintensiv. Einfach und gut geeignet ist eine Lamellen-Anordnung (Bild 4). Die Blende mit Lamellen-Design wird im Spritzguss hergestellt und weist eine überwiegend lineare Fluss/Differenzdruck-Charakteristik auf.
Flussabgriff
Aufgrund der Massenträgheit im Bypass gibt es weniger Staubpartikel als im Hauptkanal. Der Abgriffkanal sollte rückwärtsgerichtet sein, sodass sich das Gas um mehr als 90 ° dreht, bevor es zum Sensor gelangt. Führungslamellen vor dem Abgriff halten den Gasfluss stabil und laminar. Das Rauschen des Messsignals wird auf diese Weise verringert. Das Loch beim Abgriff sollte idealerweise einen Durchmesser von 0.6 mm haben (Bild 5).
Einlaufbedingungen
Auch wenn das Bypass-Verfahren weniger sensibel auf Veränderungen der Einlassbedingungen reagiert, ist es sinnvoll, diese beim Produktdesign zu berücksichtigen. Unmittelbar vor der Messstelle im Rohr sollten keine scharfen Kurven, Kanten oder abrupten Änderungen des Rohrquerschnitts vorhanden sein. Außerdem kann ein über den Gesamtdurchmesser gleichmäßig verteilter Flusswiderstand (z. B. ein Sieb) vor dem Sensor helfen, Turbulenzen und unerwünschte Einflüsse der Einlassbedingungen zu stabilisieren.

Sensorwahl

Ein kleiner Sensor hilft, den Bypass und generellen Platzbedarf für die Flussmessung zu verringern. Thermische Differenzdrucksensoren für Gasdurchflussmessungen haben einen großen Messbereich (hoher Dynamikumfang oder hoher Turn-Down-Ratio). Die Sensoren sind trotz thermischem Durchflussverfahren so kalibriert, dass sie den angelegten Differenzdruck messen. Sie sind ohne großen Aufwand austauschbar.

Bild 3: Druck/Fluss-Charakteristik
Bild 3: Druck/Fluss-Charakteristik
© Sensirion
Bild 4: Die Blende bestimmt die Charakteristik
Bild 4: Die Blende bestimmt die Charakteristik
© Sensirion
Bild 5: Prinzip des Flussabgriffs
Bild 5: Prinzip des Flussabgriffs
© Sensirion

  1. Bypässe für Gasflussmessungen
  2. Wie sieht der Bypass aus?

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