Immersie thermische flowmeters begrijpen

Werkingsprincipe thermische flowmeters

Insteek thermische flowmeters worden ook wel "full bore" thermische flowmeters of industriële thermische flowmeters genoemd. Deze debietmeters hebben 2 thermische sensoren die in de leiding in het stromend gas steken. Eén sensor meet de temperatuur van het gas, de andere wordt door een ingebouwde weerstanddraad opgewarmd. Omdat de verwarmde sensor een hogere temperatuur heeft dan de omgeving kan hij afkoelen. De mate van afkoeling is afhankelijk van de hoeveelheid moleculen die kinetische energie afvoeren. Dus hoe hoger de snelheid van het gas, des te sterker de afkoeling. Maar ook hoe hoger de dichtheid (door hogere druk) des te sterker de afkoeling. En hoe lager de temperatuur (ook hogere dichtheid) des te sterker de afkoeling.

Wij leveren Fox Thermal flowmeters die gebruik maken van technologie waarbij het temperatuurverschil constant wordt gehouden tussen de twee sensoren. Het elektrisch vermogen dat nodig is om het temperatuurverschil constant te houden is dan recht evenredig met de massastroom van het procesgas. De instrumentelektronica meet het benodigde vermogen en daarmee het koelingseffect van de gasstroom. De microprocessor lineariseert vervolgens deze gegevens om een 4-20mA uitgangssignaal te leveren.

Foto: overzicht van diverse thermische flowmeters van Fox Thermal.

Grote leidingen en puntmetingen

Het nadeel van insteek flowmeters is dat ze puntmeters zijn. Ze meten de gasmassasnelheid op een bepaald punt in de leiding. Dat kan bijvoorbeeld in het midden van de leiding zijn. Deze flowmeter is daarmee sterk flowprofiel gevoelig. Dat hoeft geen probleem te zijn wanneer de aan- en uitstroomlengtes lang zijn. Maar als dit niet het geval is, zijn er grotere onzekerheden.
Flowconditionering is eigenlijk in alle gevallen aan te raden. Fox Thermal levert specifiek voor haar thermische flowmeters een flowconditioner die een verwaarloosbare drukval geeft.

Een andere manier om het probleem van een puntmeting op te lossen is een multipoint flowmeter. In hele grote leidingen - zoals in de luchtaanvoer voor branderfornuizen van energiecentrales - wordt dan een "netwerk" van flowmeters geplaatst, de zogeheten multipoint flowmeter. Door het middelen van de diverse puntsnelheden is de onzekerheid in de debietmeting kleiner. En in dit voorbeeld is ook een voordeel dat er minder drukval is - waarvoor weer gecompenseerd moet worden - ten opzichte van venturi verschildruk flowmeters.

Het meten van gas massaflow

De thermische flowmeter meet per definitie rechtstreeks massaflow. Het grote voordeel daarvan is dat een temperatuursensor en druksensor niet nodig zijn en er geen druk- en temperatuurcompensatie hoeft plaats te vinden. De meetwaarde rechtstreeks gebruikt kan worden voor het sturen van processen. Flowmeters meten volumetrische flow, uitgedrukt in een volume eenheid per tijd, bijvoorbeeld m³/h. Bij een gas weet je daarmee nog niet hoeveel gas door de leiding heeft gestroomt, omdat gas uitzet en krimpt met temperatuur en ook met druk. Die waarden moeten dus gemeten worden om het daadwerkelijk aantal gasmoluculen te weten. En dat is belangrijk als het gaat om chemische reacties zoals het regelen van een verbranding.

Foto: Het inline type thermische immersie flowmeter. De flowconditioner is links te zien.

Foto: Foto: Het insteek type thermische immersie flowmeter.

De voordelen van immersie thermische massaflowmeters

• Meet rechtstreeks massaflow, waardoor geen temperatuur en druk gemeten moet worden. Dat maakt montage eenvoudiger, de flowmeter goedkoper en de meetwaarde rechtstreeks bruikbaar voor aansturing van processen.
• Met name in grote leidingdiameters is het voordeel dat deze flowmeter niet met een meterbody werkt. Dat maakt hem goedkoper.
• Kosteneffectief: circa 6x minder duur dan coriolis flowmeters.
• Hebben bijna geen verstorend effect op het flowprofiel.
• Geen drukverlies waarvoor gecompenseerd moet worden met zwaardere compressoren of fans.
• Minder gevoelig voor vervuiling dan het alternatief pitot buis.
• Geen bewegende delen zoals het alternatief insteek turbine.

De beperkingen van immersie thermische massaflowmeters

• Nauwkeurigheid is goed, maar niet goed genoeg voor ijkwaardige metingen.
• Is gevoelig voor de samenstelling van het gas. Als die fluctueert, dan is de meting minder zeker.
• Puntmeting maakt de flowmeter gevoelig voor flowprofiel.
• Heeft geen AGA certificering en daarom niet geschikt voor aardgas metingen.