Thermische gas massaflowmeters die gebaseerd zijn op het bypass concept worden breed toegepast in kleine gasstromen. Dit type flowmeter kan een regelklepje hebben met ingebouwde regelfunctie. We noemen dat dan een thermische gas massaflowcontroller (MFC). Generaliserend worden zowel de flowmeters met als zonder regelklepje MFC's genoemd. 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.

Typische toepassingen van MFC's vinden we in:

De halfgeleider industrie

Zeer nauwkeurige regeling van allerlei soorten gas onder ultra schone omstandigheden (UHP).

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

Laboratoria

Bio-reactoren
Katalyse onderzoek
Hart-long machines
Blanketing applicaties
Verbruiksmetingen van laboratorium gassen.

Bypass- en sensorflow zijn rechtevenredig

Een bypass thermische flowmeter is opgebouwd uit een "flowbody" waarin een zogenaamd laminair flow element (LFE) is geplaatst. Dit is de by-pass. Dit LFE zorgt voor laminair flowgedrag in de by-pass, en tevens voor een kleine drukval. Parallel aan het LFE is een kanaaltje met 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.

Het meten van gas massaflow

De sensor in bypass flowmeters bestaat uit een dun buisje (men spreekt vaak van een capillair), met twee temperatuurgevoelige weerstanden 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, daarom meet dit concept de gas massa flow.
Dat betekent dat de exacte hoeveelheid moleculen die gepasseerd zijn bekend zijn (afgezien van de onnauwkeurigheid van het meetinstrument). Maar er hoeft dus niet gecompenseerd te worden voor druk en temperatuur. En als die wel gemeten worden kan je uitspraken doen over de gassamenstelling.

De sensor is gevoelig voor vervuiling

Ten opzichte van de te meten gasstroom is de flow langs de sensor heel klein. Om daar een idee van te geven: voor een 0-1 SLPM MFC gaat er 0-10 SCCM door de sensor, dus 1% van het totale debiet. Voor een instrument dat 0-1000 SLPM kan meten gaat er ook 0-10 SCCM door de sensor, dat is dus maar 0,001% van het totale debiet! Bovendien is het buisje heel erg dun. Een lichte vervuiling van de sensor heeft daarom meteen een enorme meetfout tot gevolg die vaak lastig is op te lossen omdat het hele instrument gereinigd moet worden. Daarom is het voor grote debieten veel verstandiger om de immersietechniek te gebruiken.

Schematische weergave by-pass thermische flowmeter.

Illustratie: schematische weergave van een by-pass thermische flowmeter.

Foto: Thermische by-pass flowmeter op basis van MEMS technologie.

De MEMS technologie

Een beter, maar ook duurder, alternatief voor het dunne sensorbuisje is een MEMS-sensor. Deze sensor heeft de verwarmende weerstand en de metende weerstand geintegreerd op een chip. Daardoor is dit type totaal ongevoelig voor veroudering en hoeft niet meer gekalibreerd te worden na ingebruikname. Andere voordelen zijn:

een nog grotere turndown
veel minder gevoelig voor vervuiling
extreem snelle respons

In tegenstelling tot een capillair meetinstrument moet een MEMS-gebaseerd instrument met het te gaan gebruiken gas gekalibreerd worden. Een positief gevolg daarvan is de hoge nauwkeurigheid.

De K-factor

Het meetconcept is wel gevoelig voor het soort gas dat gemeten wordt. Anders dan met de immersie thermische flowmeters kan bij MFC's gewerkt worden met K-factoren. De K-factor is een vermenigvuldigingsfactor voor het gebruik van andere gassen dan het gas waarmee de flowmeter gekalibreerd is.

Wanneer de MFC voor bijvoorbeeld SF6 gebruikt gaat worden kan het instrument worden gekalibreerd met lucht of stikstof. Dat is natuurlijk veel goedkoper en praktischer. Ook kan op deze wijze een MFC voor een gasmengsel gekalibreerd worden.

Samenvatting

Er zijn niet zo veel alternatieven voor het meten van kleine gasstromen. MFC's meten direct de gasmassaflow en dat is een voordeel bij nauwkeurige dosering. MFC's zijn uitermate geschikt om gassystemen voor kleine flows te bouwen, met een aanzienlijk hogere performance dan bijvoorbeeld VA-meters. Een belangrijke voorwaarde voor het goed functioneren van dit type flowmeter en flowcontroller is dat het gas schoon en droog is. Daarnaast is een dergelijk systeem te automatiseren, ook met Modbus of Profibus communicatieprotocollen.

By-pass thermische flowmeters FAQ

Wij maken gebruik van cookies om uw bezoek te volgen en uw voorkeuren te onthouden. Ook kunnen er commerciële cookies geplaatst worden, accepteer deze voor de beste user experience. Bekijk ook ons Privacybeleid.