Was ist ein kalorimetrischer Strömungssensor?
Kalori... was? Was sich wie Kalorienzählen anhört, ist in Wirklichkeit ein Messprinzip, das auf der Wärmeabfuhr durch Strömung beruht. Das Wort Kalorimetrie leitet sich von den lateinischen Wörtern calor für Wärme und metrum für Maß ab. Man spricht auch von thermischen Strömungssensoren.
Bei vielen Anwendungen besteht die Anforderung, dass der Durchflusssensor nicht oder nur minimalinvasiv sein darf, sodass keine Toträume vorhanden sind. Dies betrifft vor allem hygienische Anwendungen, da Toträume einerseits eine Verschmutzungsgefahr darstellen und andererseits teilweise schwer zu reinigen sind. Außerdem ist der Druckverlust vernachlässigbar.
Kalorimetrische Sensoren können in kalorimetrische Strömungswächter und kalorimetrische Durchflussmesser unterteilt werden. Strömungswächter können auf einen Schwellwert eingestellt werden und geben je nach Konfiguration bei dessen Über- oder Unterschreitung einen Alarm aus. Kalorimetrische Durchflussmesser sind in der Lage, einen konkreten Messwert auszugeben.
Und wie funktioniert das?
Es gibt zwei verschiedene Messverfahren, das Aufheizverfahren und die Hitzedrahtmethode.
Beim Aufheizverfahren werden zwei Temperaturfühler und ein Heizelement, z. B. eine Drahtwicklung, benötigt. Dem Heizelement wird mit konstanter Leistung Wärme zugeführt. Einer der Temperaturfühler misst die Temperatur direkt am Heizelement. Der andere misst die Fluidtemperatur. Aus der Differenz kann die Wärmeabfuhr bestimmt werden. Unter Kenntnis der Wärmekapazität des Messmediums kann auf die Strömung geschlossen werden.
Alternativ kann das Heizelement auch mittig zwischen den beiden Sensoren angebracht werden. Solange keine Strömung vorhanden ist, bildet sich eine symmetrische Temperaturverteilung aus. Sobald das Medium fließt, wird die Temperaturverteilung verzerrt, sodass sich auch eine strömungsabhängige Temperaturdifferenz einstellt. Der Vorteil dieser Anordnung ist die Möglichkeit bidirektional zu messen und die Strömungsrichtung zu erkennen.
Bei der Hitzedrahtmethode wird ein dünner Draht elektrisch erhitzt. Die Temperatur wird auf eine konstante Temperatur geregelt. Je höher der Massenstrom ist, desto größer ist die Wärmeabfuhr und desto mehr elektrische Energie muss zugeführt werden, um die Temperatur des Drahtes konstant zu halten. Da die Wärmeabfuhr natürlich auch von der Medientemperatur abhängt, wird zusätzlich ein Referenztemperaturfühler benötigt.
Kalorimetrische Durchflussmesser sind je nach Ausführung auch für die Messung von Gasen geeignet. Grundsätzlich wird bei diesem Messverfahren ein Massenstrom bestimmt. Für die meisten Anwendungen ist jedoch der Volumenstrom von Interesse. Dieser ergibt sich wie folgt:
Konstruktiv kann ein solcher Sensor als Einschraubversion mit einer Sonde oder als Inline-Version ausgeführt sein. Einschraubsensoren haben den Nachteil, dass die Sonde in den Rohrquerschnitt hineinragt. Der Vorteil ist, dass ein Sensor für verschiedene Nennweiten verwendet werden kann.
Es gibt Inline-Versionen, bei denen das Heizelement und die Temperatursensoren außen am Messrohr angebracht sind. Es handelt sich um eine völlig nicht-invasive Durchflussmessung.
Kalorimetrische Durchflussmesser sind in der Regel für Fluidtemperaturen bis ca. 70 °C geeignet. Diese obere Grenze ist prinzipbedingt, da bei zu hohen Temperaturen keine ausreichende Wärmeabfuhr mehr stattfindet.
Bei Interesse werfen Sie einen Blick auf unsere kalorimetrischen Strömungswächter. Wenn Sie Fragen zu diesem Produkt haben, nehmen Sie bitte Kontakt mit mir auf.
