Tepelný hmotnostný prietokomer

Dizajn vyhrievanej trubice
Prietokomery s vyhrievanou rúrkou boli vyvinuté na ochranu prvkov ohrievača a snímača pred koróziou a akýmikoľvek vplyvmi procesu. Montážou snímačov zvonka na potrubie reagujú snímacie prvky pomalšie a vzťah medzi hmotnostným prietokom a teplotnými rozdielmi sa stáva nelineárnym. Táto nelinearita vyplýva zo skutočnosti, že zavedené teplo je distribuované cez určitú časť povrchu potrubia a prenášané do procesnej tekutiny rôznymi rýchlosťami pozdĺž dĺžky potrubia.

Teplota steny potrubia je najvyššia v blízkosti ohrievača, zatiaľ čo v určitej vzdialenosti nie je rozdiel medzi teplotou steny a kvapaliny. Preto možno teplotu neohriatej tekutiny (Tf) zistiť meraním teploty steny v tomto mieste ďalej od ohrievača. Tento proces prenosu tepla je nelineárny a zodpovedajúca rovnica sa líši od rovnice vyššie takto: m0.8=Kq/(Cp(Tw – Tf)).

Tento prietokomer má dva prevádzkové režimy: jeden meria hmotnostný prietok udržiavaním konštantného elektrického príkonu a zisťovaním nárastu teploty. Druhý režim udržuje teplotný rozdiel konštantný a meria množstvo elektriny potrebnej na jeho udržanie. Tento druhý režim prevádzky poskytuje oveľa vyššiu dosahovateľnosť meracieho prístroja.

Dizajn typu bypass
Obtoková verzia tepelného hmotnostného prietokomeru bola vyvinutá na meranie väčších prietokov. Pozostáva z tenkostennej kapilárnej trubice (približne 0.125 v priemere) a dvoch externe navinutých samozahrievacích odporových teplotných detektorov (RTD), ktoré ohrievajú trubicu a merajú výsledný nárast teploty. Snímač je umiestnený v obtoku okolo obmedzenia v hlavnom potrubí a je dimenzovaný na prevádzku v oblasti laminárneho prúdenia v celom svojom pracovnom rozsahu.

Keď nedochádza k žiadnemu prietoku, ohrievače zvýšia teplotu obtokovej trubice na približne 160 stupňov F nad okolitú teplotu. Za týchto podmienok existuje symetrické rozloženie teploty pozdĺž dĺžky trubice. Keď prebieha prúdenie, molekuly plynu nesú teplo po prúde a teplotný profil sa posúva v smere prúdenia. Wheatstoneov mostík pripojený k svorkám snímača prevádza elektrický signál na hmotnostný prietok úmerný zmene teploty.

Malý rozmer obtokovej trubice umožňuje minimalizovať spotrebu elektrickej energie a zvýšiť rýchlosť odozvy merania. Na druhej strane, kvôli malej veľkosti sú potrebné filtre, aby sa zabránilo upchávaniu. Jedným z vážnych obmedzení je pokles vysokého tlaku (až 45 psi) potrebný na rozvoj laminárneho prúdenia. To je zvyčajne prijateľné len pre vysokotlakové plynové aplikácie, kde je v každom prípade potrebné znížiť tlak.

Jedná sa o prietokomer s nízkou presnosťou (2% plného rozsahu), nenáročnou údržbou a nízkymi nákladmi. Elektronické balíky v rámci jednotiek umožňujú získavanie údajov, zaznamenávanie máp a počítačové rozhranie. Tieto zariadenia sú obľúbené v priemysle spracovania polovodičov. Moderné jednotky sú k dispozícii aj ako kompletné regulačné slučky, vrátane regulátora a automatického regulačného ventilu.

Sondy rýchlosti vzduchu
Senzory hmotnostného prietoku v štýle sondy sa používajú na meranie prietoku vzduchu a nie sú citlivé na prítomnosť malého množstva prachu. Udržiavajú teplotný rozdiel medzi dvoma RTD namontovanými na trubici snímača. Horný snímač meria okolitú teplotu plynu a nepretržite udržiava druhý RTD (v blízkosti špičky sondy) na 60 °F nad okolitou teplotou. Čím vyššia je rýchlosť plynu, tým väčší prúd je potrebný na udržanie teplotného rozdielu.

Ďalšou verziou rýchlostnej sondy je tepelný hmotnostný prietokomer Venturiho typu, ktorý umiestňuje ohrievaný snímač hmotnostného prietoku na minimálny priemer Venturiho prietokového prvku a za snímačom teplotnej kompenzácie. Vstupné sito mieša prúd, aby bola teplota rovnomerná. Táto konštrukcia sa používa na meranie plynu aj kvapalín (vrátane kalov), pričom rozsah prietoku je funkciou veľkosti Venturiho trubice. Pokles tlaku je relatívne nízky a presnosť závisí od nájdenia správnej hĺbky vloženia sondy.

K dispozícii je aj verzia prietokového spínača, ktorá obsahuje dva teplotné snímače v hrote. Jeden zo snímačov je vyhrievaný a teplotný rozdiel je mierou rýchlosti. Prepínač možno použiť na detekciu vysokého alebo nízkeho prietoku v rozmedzí 5 %.