Gasflussmessung nach dem thermischen Prinzip

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Befindet sich ein Stoff in gasförmigem Zustand, sind die einzelnen Teilchen in Bewegung. Durch Komprimierung des Volumens kommen diese Teilchen näher zueinander, es entstehen häufigere Kollisionen und der Druck erhöht sich.

Gleiches gilt auch für die Temperatur: verändert sich diese, verändert sich auch die Geschwindigkeit der Teilchen und der Druck wird bei gleichbleibendem Volumen grösser. So hängen Volumen, Druck und Temperatur immer voneinander ab. Die in einem Volumen vorhandenen Teilchen, und damit auch die Masse, bleiben dagegen immer gleich. Wird der Gasfluss durch sein Volumen bestimmt, müssen deshalb immer Druck und Temperatur bestimmt werden, um den Massenfluss des Gases zu berechnen. Wird der Gasfluss dagegen anhand seiner Masse bestimmt, findet dies unabhängig von Druck und Temperatur statt. Daher ist es einfacher, direkt den Massenfluss zu messen, weil sich dadurch die Umrechnung erübrigt. Neben der Massenflussmessung nach dem Coriolis-Prinzip werden vor allem Massenflusssensoren nach dem thermischen Prinzip eingesetzt.

Das thermische Prinzip der Massenflussmessung basiert darauf, dass ein beheizter Körper in einer Gasströmung das Gas lokal erwärmt und dieser Wärmeunterschied gemessen wird. Ein solch thermischer Massenflusssensor besteht aus zwei Temperatursensoren und einem Heizkörper in der Mitte. Am ersten Sensor wird die Referenztemperatur und beim zweiten Sensor eine mögliche Temperaturdifferenz gemessen. Damit kann zusätzlich die Flussrichtung des Gases ermittelt werden. Liegt kein Gasdurchfluss vor, ist die Temperatur an beiden Sensoren identisch. Bei einem Gasfluss wird die Temperatur am zweiten Sensor grösser (bei positiver Flussrichtung), weil sich das erwärmte Gas in Flussrichtung verschiebt. Die Differenz zwischen beiden Temperatursensoren wird also grösser und ist ein direkter Indikator für die Grösse des Gasmassenflusses.

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Die selbst entwickelte, platinbasierte MEMS-Chip-Technologie der Axetris-Massenflussgeräte beruht auf dem Prinzip der thermischen Durchflusstechnik. Die Chiptechnologie ermöglicht die Messung von nicht agressiven oder korrosiven Gasen wie Luft, Stickstoff (N2), Argon (Ar) oder Helium (He). Durch die Multigas-Option der Massenflussgeräte kann flexibel zwischen den Gasen gewechselt werden, ohne das Gerät auszutauschen. Im Vergleich zu anderen Technologien überzeugt diese Technik vor allem durch hohe Messgenauigkeit und schnelle Reaktion auf Durchflussänderungen. Dank des sehr hohen Dynamikbereichs von über 1000:1 können Durchflüsse flexibel je nach Bedarf realisiert werden.