Thermische flowmeters anno 2013

Door innovaties naar een hoger plan

In vrijwel elk proces wordt de flow van vloeistoffen en gassen gemeten. Dat kan zijn om een proces te regelen, meestal op basis van massastromen, voor bewaking, maar ook voor afrekeningsdoeleinden. Er zijn vele soorten flowmeters en het is niet zo dat er maar één de beste doorstromingsmeter is. Het is de applicatie die bepaalt welke meettechnieken in aanmerking komen en ook dan nog zijn er keuzes te maken als het gaat om welk fabricaat en welk model. Met name voor gasapplicaties is thermisch een te overwegen meettechniek.

De thermische flowmeter is een debietmeter die gebaseerd is op de afkoeling van een warm element door het erlangs stromende medium. Hoe sterker de stroming, des te sterker de afkoeling. Uiteindelijk zijn het de gasmoleculen die warmte in de vorm van kinetische energie meenemen. Met name daarom kun je zeggen dat het hier gaat om een massaflowmeter. Het is wel zo dat de thermische eigenschappen van gassen onderling verschillen, dus voor een nauwkeurige meting is het wenselijk om het instrument te kalibreren met het medium dat gemeten gaat worden.
Thermische flowmeters worden vooral voor gasflowmetingen ingezet. Er zijn evenwel ook instrumenten ontwikkeld voor vloeistoffen, doorgaans voor kleine hoeveelheidsmetingen. De thermische meettechniek wordt voorts veelvuldig toegepast in flowschakelaars, zowel voor vloeistoffen als gassen.

Gassen
Er zijn vele meetprincipes te gebruiken voor gasflowmetingen. Maar, als het gaat om hele kleine flows zijn thermische gasmassaflowmeters bijna monopolistisch. Voor die kleine debieten wordt een bypass-concept toegepast (zie kader).
Voor grotere debieten is een zogenaamde immersion thermische flowmeter (ook wel full bore genoemd) opportuun. Dit instrument heeft een sensor die bestaat uit 2 individuele temperatuurgevoelige RTD’s (temperatuurgevoelige weerstanden) die in metalen beschermbuisjes (thermowells) zijn geplaatst (zie figuur 1). Eén van de sensoren meet de temperatuur van het gas en de andere wordt door het toevoegen van elektrische energie op een constant temperatuurverschil ΔT gehouden ten opzichte van de temperatuur van het gas. Omdat de sensor warm is, kan het ook afkoelen. Indien er meer gas voorbij stroomt, is de afkoeling sterker. De elektronica zorgt er evenwel voor dat de ΔT op peil blijft.
Thermische flowmeters kunnen zijn uitgevoerd als een insteekmodel, vooral voor grotere leidingen, of als in-line flowmeters. In dit verband is het goed om op te merken dat een insteekflowmeter een puntmeter is waarbij de gas(massa)snelheid op één plaats gemeten wordt. Teneinde een insteekflowmeter een nauwkeurige meetwaarde te laten presenteren, is het van belang het instrument te plaatsen met voldoende rechte aan- en uitstroomlengtes. Zijn die niet beschikbaar, dan zal iets aan flowconditionering gedaan moeten worden of men zal moeten accepteren dat de flowmeter minder nauwkeurig is. De inline flowmeters kunnen voorzien zijn van geïntegreerde flowconditionering. In een dergelijk geval kan het instrument met heel beperkte rechte aan- en uitstroomlengtes ingebouwd worden.

Voor het complete artikel klik hier