x

Zoek resultaten

Loading...


By-pass Thermische flowmeters

 

Meetprincipe

Een bypass thermische flowmeter is opgebouwd uit een "flowbody" waarin een zogenaamd laminair flow element (LFE) is geplaatst. Dit LFE zorgt voor laminair flowgedrag in het body, en tevens voor een geringe drukval. Parallel aan het LFE is een sensor geplaatst. Door de drukval over het LFE stroomt er ook een hoeveelheid gas door de sensor. De diameter van de sensor en de gassnelheden zijn zo laag dat ook in de sensor het stromingsgedrag laminair is. Dit resulteert in een vrijwel constante verhouding van de hoeveelheid gas dat door de sensor en de bypass stroomt. Het meten van het debiet door de sensor is dus representatief voor wat door het gehele instrument stroomt. Deze meettechniek is in het bijzonder geschikt voor lage debieten, van 0,5 SCCM (Standaard Cubieke Centimeter per Minuut) tot 1000 SLPM (Standaard Liter Per Minuut). In principe is de techniek toepasbaar voor elk soort gas.

 

De sensor in bypass flowmeters bestaat uit een dun buisje, doorgaans in 316 SS, heeft een 2-tal temperatuurgevoelige weerstandjes eromheen gewonden. Beide weerstandjes geven warmte af aan het buisje, dus ook aan het erdoorheen stromend gas. Er treedt een temperatuurverschil op tussen de 2 temperatuurgevoelige weerstanden, proportioneel met de gasflow door de sensor. Het zijn moleculen die de kinetische energie opnemen, en dit meetconcept meet derhalve de gas massa flow.

Thermische gas massaflowmeters die gebaseerd zijn op het bypass concept worden breed toegepast in relatief kleine gasstromen. Dit type flowmeter kan worden voorzien van een regelklepje en ingebouwde regelfunctie. We noemen dit een thermische gas massaflowcontroller (MFC). Generaliserend worden zowel de flowmeters als de controllers MFC's genoemd. Typische toepassingen van deze MFC's vinden we in de halfgeleider industrie voor allerlei gasstroompjes, in koekjes machines (luchtig maken van het deeg), ijsmachines (zacht en romig maken van het ijs, en voor de smaak), bierbrouwerijen (lucht of zuurstof injectie in de wort, CO2 injectie bij afvulprocessen), analyse apparatuur (bemonstering), in laboratoria voor bijvoorbeeld katalyse onderzoek, hart-long machines, blanketing applicaties, verbruiksmetingen van laboratorium gassen, en vele, vele andere toepassingen.

Let op: om een idee te geven hoeveel gas de sensor passeert: voor een 0-1 SLPM MFC gaat er ca. 0-10 SCCM door de sensor, en dus 1 % van het totale debiet. Voor een instrument dat 0-1000 SLPM doet gaat er ook ongeveer 0-10 SCCM door de sensor, dus ca. 0,001 % (!). Het is überhaupt fantastisch dat men met deze techniek de specificaties ook werkelijk kan waarmaken, maar het zal ook evident zijn dat een lichte vervuiling van de sensor een indrukwekkende meetfout tot gevolg kan hebben. In zijn algemeenheid is het derhalve veel verstandiger om voor grote debieten naar de immersietechniek te grijpen.

Overigens, een interessant alternatief voor het dunne sensorbuisje  is een MEMS-sensor. Deze sensor heeft een nog grotere turndown, is veel minder gevoelig voor contaminaties en is extreem snel. Een MEMS-gebaseerd instrument moet wel met het te gaan gebruiken gas gecalibreerd worden. Een positief gevolg daarvan is de hoge nauwkeurigheid.


Voor- en nadelen van deze meettechniek

Op zich zijn er niet zo veel alternatieven als het gaat om het meten (en regelen) van kleine gasstromen. MFC's meten direct de gasmassaflow. Het meetconcept is wel productgevoelig. Anders dan met de immersie thermische flowmeters kan bij MFC's gewerkt worden met K-factoren. Wanneer de MFC voor bijvoorbeeld SF6 gebruikt gaat worden kan het instrument worden gecalibreerd met lucht of Stikstof. Dat is natuurlijk veel goedkoper en praktischer. Ook kan op deze wijze een MFC voor een gasmengsel gecalibreerd worden. Een belangrijke voorwaarde voor het goed functioneren van dit type flowmeter en -controller is dat het gas schoon en droog is.

MFC"s zijn uitermete geschikt om kleine gassysteempjes te bouwen, met een aanzienlijk hogere performance dan bijvoorbeeld VA-metertjes. Daarnaast is een dergelijk systeem te automatiseren, ook met Modbus of Profibus communicatieprotocollen. 

 
By-pass Thermische flowmeters