Termisen virtausmittauksen periaate

Erilaisia kaasut kuljetetaan ja jaetaan putkistoissa joka päivä. Ne voivat sisältää ilmaa vesi- ja jätevesiteollisuudessa, hiilidioksidia elintarvikkeissa ja juomissa, typpeä ja happea lääkkeissä tai maakaasua kattiloille ja polttimille.
Putkien läpi virtaavilla kaasuilla on usein täysin erilaiset ominaisuudet johtuen vaihtuvista prosessiolosuhteista. Näin ollen niiden mittaamisessa tarvitaan erilaisia toimintaperiaatteita. Yksi periaate on virtausmittaus sähkömagneettisen periaatteen mukaan.
Tämän periaatteen perusfysiikka voidaan jäljittää kanadalaiseen fyysikkoon Louis Vessot Kingiin. Vuonna 1914 hän kuvasi matemaattisesti lämmönsiirtoa virtauksissa.

Näin tämä mittausmenetelmä toimii.
Termisten virtausmittarireiden sisällä on kaksi lämpötila-anturia, jotka menevät sisälle mittaputkeen. Niitä kutsutaan Pt100-vastuslämpötilamittareiksi.
Yksi näistä lämpötila-antureista mittaa todellisen kaasun lämpötilan referenssinä - virtausnopeudesta riippumatta.
Toista lämpötila-anturia lämmitetään jatkuvasti sähköenergian avulla, joten kahden anturin välillä pidetään ennalta määriteltynä lämpötilaerona esimerkiksi 10 astetta.

Jos virtausta ei ole, kahden anturin välinen erilainen lämpötila ei muutu.
Heti kun neste alkaa virrata mittaputkessa, lämpöä saadaan lämmitetystä lämpötila-anturista ohivirtaavan kaasun kautta. Virtaus kuljettaa lämmön pois.
Vastaava jäähdytysvaikutus mitataan ja kompensoidaan välittömästi lisäämällä lisää lämmitysvirtaa. Tuloksena on, että kohteen lämpötilaero säilytetään jatkuvasti.
Lämpötilaeron ylläpitämiseen tarvittava lämmitysvirta on verrannollinen jäähdytysvaikutukseen, ja siksi se on suora mitta putken massavirtaukselle.
Mitä suurempi virtausnopeus – ja siten lämmittimen anturin lisäjäähdytys - sitä suurempi lämpövirta vaaditaan.

Periaatteen vaihtoehtoisessa sovituksessa lämmittimen virta pidetään vakiona ja sen jälkeen mitataan lämpötilaeron muutos.
Mutta miten lämpö todella siirtyy lämmitetystä lämpötila-anturista ohivirtaavaan kaasuun?
Tämä jakso osoittaa, että kaasumolekyylit itse siirtävät lämmön. Kun kaasu virtaa ohi, molekyylit absorboivat pieniä lämpöpaketteja ja kuljettavat niitä virtauksen mukana. Mitä nopeammin kaasu virtaa, sitä useammin ne absorboivat lämpöä.
Lämmönsiirto riippuu myös kaasun tiheydestä, koska suuremmassa paineessa tai alhaisemmassa lämpötilassa putkilinjassa on enemmän kaasumolekyylejä. Suurempi molekyylien määrä johtaa suurempaan kosketukseen lämmitetyn anturin kanssa, mikä tarkoittaa jäähdytyksen lisäämistä ja siten lämmitysvirran lisääntymistä.

Lisäksi kaasun lämpöominaisuudet vaikuttavat lämmönsiirtoon. Esimerkiksi samassa massavirtauksessa vedyn korkea lämmönjohtavuus - tässä esitetty vihreänä - aikaansaa jäähdytyksen, joka on 100 kertaa suurempi kuin ilmalla aikaansaatava jäähdytys. Tarkkaa mittausta varten on tärkeää, että kaasun erityisominaisuudet tunnetaan ja ne ovat yhdenmukaisia.
Virtausmittaus termisen periaatteen mukaan on mahdollista myös suurissa putkissa ja kanavissa. Tähän sovellukseen on suunniteltu erityisiä mittarityyppejä. Ne voidaan asettaa suoraan putkeen vakiomallisen prosessiliitännän kautta. Vaadittua upotussyvyyttä on noudatettava, jotta suoritetaan oikeassa kohdassa.
Tästä syystä on välttämätöntä ohjelmoida kaikille upotettaville mittalaitteille niiden todellinen putken sisähalkaisija. Oikea sisäänlaittaminen koskee myös suorakaiteen ja neliön muotoisia kanavia, joita usein löytyy tehtaan tai rakennuksen ilmankiertojärjestelmissä.

Endress+Hauserin termiset massavirtausmittarit voivat mitata tarkasti monia erilaisia kaasuja ja kaasuseoksia - jopa alhaisissa prosessipaineissa ja alhaisissa virtausnopeuksissa.
Meillä on oikea ratkaisu kaikkiin sovelluksiin.
Endress+Hauser - kaikki mittausteknologian tarpeet samalta toimittajalta!