Wissens-Zwinker: Thermische Durchflussmessung und -korrektur mittels Gaserkennung

Kennen Sie das Bedürfnis manchmal schnell etwas zu messen, zu zeichnen oder zu basteln? Dabei zählt die Geschwindigkeit bis zum Resultat mehr als die perfekte (wissenschaftliche) Herangehensweise. Aus diesem Grund haben wir bei uns einen Wissens-Zwinker eingeführt. Sozusagen Wissenschaft mit einem Augenzwinkern. Dabei wollen wir nicht wissenschaftlich etwas beweisen, sondern schnell etwas pragmatisch aufzeigen. Bei Interesse vertiefen wir diese Ergebnisse gerne mit Ihnen und Ihrem Projekt.

In Abbildung 1 sind die Roh-Durchflusswerte auf der rechten Achse in blau und der korrigierte Volumenfluss auf der linken Achse in orange eingezeichnet. Der blaue lineare fit zeigt deutlich, wie die unterschiedlichen thermischen Parameter von CO2 und N2 den ermittelten Messwert ohne Dichte- bzw. Konzentrationskorrektur verfälschen. Durch Zuschalten einer inline-Dichtemessung kann der Durchfluss jedoch bis auf ca. 2% genau auf die eingestellten 100 sccm korrigiert werden, wie der orangene lineare fit zeigt. Es wurde somit nachgewiesen, dass die Kombination des TrueDyne Dichtesensors DGF-I1 und des IST Strömungssensors SFS01 die Strömungsgeschwindigkeit unabhängig der Konzentrationsverhältnisse des binären Gasgemisches präzise bestimmen kann.

Dieses Prinzip kann neben binären Gasgemischen aus bekannten Gaskomponenten auch auf die Umschaltung zwischen Gasen mit unterschiedlichen Dichten erweitert werden. Anhand einer Reingaserkennung ist es so möglich, die passenden Kalibrierdaten oder Korrekturfaktoren zu wählen und den Messwert in Echtzeit zu korrigieren. Damit kann eine flexible, Preis-Leistungs-optimierte Durchflussmessung mit allen Vorteilen des thermischen Messprinzips realisiert werden:

• Langzeitstabile und vibrationsbeständige Messung
• Kompakte Bauform
• Eignung zur Prozesssteuerung dank besonders schnellen Ansprechzeiten (<10 msek.)
• Hohe Sensitivität ab kleinsten Strömungsgeschwindigkeiten inklusive Richtungserkennung
• Reingaserkennung
• Multiparametrisches Messsystem (Flow, Dichte, Druck, Temperatur)
• Mikroleckage-Monitoring

Die Messung der Dichte, auf der die Reingaserkennung sowie Konzentrationsbestimmung beruht, wurde mit dem DGF-I1 Dichtesensor für Gase von TrueDyne durchgeführt. Der Gasfluss und dessen Richtung wurden mit dem thermischen Strömungssensor SFS01 Evalkit von Innovative Sensor Technology (IST AG) ermittelt.

Über zwei externe thermische Massendurchflussregler (MFC) wurden mehrere Konzentrationen eines binären Gasgemisches aus CO2 und N2 eingestellt und die Sensoren konstant mit durchströmt. Mittels Protokollfunktion wurden pro Sekunde drei Messwerte für die folgenden Parameter aufgezeichnet: Konzentration, Durchfluss Rohwert und korrigierter Durchfluss.