Tepelný hmotnostní průtokoměr

Design vyhřívané trubky
Průtokoměry s vyhřívanou trubkou byly vyvinuty k ochraně topných prvků a prvků snímače před korozí a jakýmikoli účinky povlaku procesu. Montáží snímačů externě na potrubí reagují snímací prvky pomaleji a vztah mezi hmotnostním průtokem a teplotními rozdíly se stává nelineární. Tato nelinearita vyplývá ze skutečnosti, že zaváděné teplo je distribuováno přes určitou část povrchu trubky a přenášeno do procesní tekutiny různými rychlostmi podél délky trubky.

Teplota stěny trubky je nejvyšší v blízkosti ohřívače, zatímco v určité vzdálenosti není žádný rozdíl mezi teplotou stěny a kapaliny. Proto lze teplotu neohřáté tekutiny (Tf) detekovat měřením teploty stěny v tomto místě dále od ohřívače. Tento proces přenosu tepla je nelineární a odpovídající rovnice se liší od rovnice výše takto: m0.8=Kq/(Cp(Tw – Tf)).

Tento průtokoměr má dva provozní režimy: jeden měří hmotnostní průtok udržováním konstantního elektrického příkonu a detekcí nárůstu teploty. Druhý režim udržuje teplotní rozdíl konstantní a měří množství elektřiny potřebné k jeho udržení. Tento druhý provozní režim poskytuje mnohem vyšší dosah měřiče.

Design typu bypass
Verze bypassu tepelného hmotnostního průtokoměru byla vyvinuta pro měření větších průtoků. Skládá se z tenkostěnné kapiláry (průměr přibližně 0.125) a dvou externě navinutých samozahřívacích odporových teplotních detektorů (RTD), které ohřívají trubici a měří výsledný nárůst teploty. Snímač je umístěn v obtoku kolem omezení v hlavním potrubí a je dimenzován tak, aby fungoval v oblasti laminárního proudění v celém svém provozním rozsahu.

Když neproudí, ohřívače zvýší teplotu obtokové trubky na přibližně 160 stupňů F nad okolní teplotu. Za těchto podmínek existuje symetrické rozložení teploty po délce trubky. Když probíhá proudění, molekuly plynu přenášejí teplo po proudu a teplotní profil se posouvá ve směru proudění. Wheatstoneův můstek připojený ke svorkám snímače převádí elektrický signál na hmotnostní průtok úměrný změně teploty.

Malá velikost obtokové trubice umožňuje minimalizovat spotřebu elektrické energie a zvýšit rychlost odezvy měření. Na druhou stranu jsou kvůli malé velikosti nutné filtry, aby se zabránilo ucpání. Jedním vážným omezením je pokles vysokého tlaku (až 45 psi) potřebný k rozvoji laminárního proudění. To je obvykle přijatelné pouze pro vysokotlaké plynové aplikace, kde je třeba v každém případě snížit tlak.

Jedná se o průtokoměr s nízkou přesností (2% plného rozsahu), nenáročným na údržbu a levným průtokoměrem. Elektronické balíčky v rámci jednotek umožňují sběr dat, záznam map a propojení s počítačem. Tato zařízení jsou populární v průmyslu zpracování polovodičů. Moderní jednotky jsou také k dispozici jako kompletní regulační smyčky, včetně regulátoru a automatického regulačního ventilu.

Sondy rychlosti vzduchu
Senzory hmotnostního průtoku ve stylu sondy se používají k měření proudění vzduchu a nejsou citlivé na přítomnost středního množství prachu. Udržují teplotní rozdíl mezi dvěma RTD namontovanými na trubici snímače. Horní snímač měří okolní teplotu plynu a nepřetržitě udržuje druhý RTD (v blízkosti špičky sondy) na 60 °F nad okolní teplotou. Čím vyšší je rychlost plynu, tím větší proud je potřeba k udržení teplotního rozdílu.

Další verzí rychlostní sondy je tepelný hmotnostní průtokoměr Venturiho typu, který umísťuje vyhřívaný snímač hmotnostního průtoku na minimální průměr Venturiho prvku a za teplotní kompenzační sondu. Vstupní síto míchá proud, aby byla teplota stejnoměrná. Tato konstrukce se používá pro měření plynů i kapalin (včetně kalů), přičemž rozsah průtoku je funkcí velikosti Venturiho trubice. Pokles tlaku je relativně nízký a přesnost závisí na nalezení správné hloubky zasunutí sondy.

K dispozici je také verze průtokového spínače, která obsahuje dva teplotní senzory ve špičce. Jeden ze snímačů je vyhřívaný a teplotní rozdíl je měřítkem rychlosti. Spínač lze použít k detekci vysokého nebo nízkého průtoku v rozmezí 5 %.