Dion Oudejans
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Die Halbleiter-Chiptechnologie verändert unser Leben in vielerlei Hinsicht. Die MEMS-Chip-Technologie ist aus der Halbleitertechnologie hervorgegangen. MEMS-Chips sind auch in Geräten um Sie herum in Form von Sensoren vorhanden. Denken Sie an Ihr Smartphone, das Ihre Stimme erfasst und die Position, Orientierung und Bewegung des Smartphones mit Hilfe von Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) erfasst. Alle diese Zusatzfunktionen wirken sich kaum auf die physischen Abmessungen eines Smartphones aus; es passt immer noch in Ihre Hand und Tasche.

In diesem Blog geht es um die Miniaturisierung von Instrumenten durch MEMS-Chip-Technologie und um die Vorteile miniaturisierter Durchflussinstrumente für Anwendungen im Bereich der Gaschromatographie und der Headspace-Probenahme im Speziellen. Als Produktmanager für MEMS-basierte Instrumente bei Bronkhorst High-Tech sehe ich die Vorteile der Miniaturisierung durch MEMS-Technologie in solchen Anwendungen.

Systemlösung IQ+

Bild 1: Systemlösung mit IQ+ Flow Gasdurchflussreglern, den kleinsten Durchflussreglern der Welt mit MEMS-Chip-Technologie.

Miniaturisierung

Im Laborbereich ist es vorteilhaft, mit Geräten in Desktopgröße zu arbeiten. Die Vorteile der zunehmenden Funktionalitäten bei Tischgeräten sind: geringerer Platzbedarf, höhere Bedienerfreundlichkeit und häufig geringere Betriebskosten.

Gaschromatographen sind ein gutes Beispiel für die Konzentration von Funktionalitäten auf kleinstem Raum. Viele Arten der Gaszusammensetzung und Dampfzusammensetzung können mit hoher Genauigkeit und für sehr niedrige Konzentrationen analysiert werden. Hinzu kommt ein gewisser Automatisierungsgrad. Das alles ist für einen Laboranalytiker leicht zu erreichen.

Gaschromatographie

Ziel der gaschromatographischen Analyse ist es, die Konzentration von Gaskomponenten in einer analytischen Gasprobe zu identifizieren und zu messen. Innerhalb des Gaschromatographen (siehe Bild 3) kann es unterschiedliche Anordnungen von Gasströmen, Injektionen, Splits, Säulen und Detektoren geben. Innerhalb dieser Anordnungen ist oft eine Gasdurchfluss- oder Druckregelung erforderlich. Das Bild zeigt einen Gasstromregler für den Trägergasstrom (rot) und einen Druckregler für den Splitstrom (gelb).

Prinzipskizze Gaschromatographie

Bild 2: Prinzip Gaschromatograph

Das Prinzip der Gaschromatographie beruht auf einem kontrollierten Trägergasstrom, der einen Injektor, eine Säule und einen Detektor passiert. Ein Messgas wird kurzzeitig injiziert, so dass quasi ein Probengasstopfen entsteht. Der Gasstopfen wird über die Säule geführt und dabei in seine Komponenten zerlegt, weil verschiedene Komponenten unterschiedliche Wechselwirkungen mit dem Säulenmaterial eingehen. Dadurch wandern diese Komponenten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch die Säule und lassen sich am Ausgang der Säule detektieren. Sie werden bei der Detektion als Peaks sichtbar. Bild 4 zeigt ein Beispiel für ein gaschromatographisches Ausgangssignal.

Output-Signal GC

Bild 3: Beispiel Output-Signal

Headspace-Technik in der Gaschromatographie

Zoomen wir einmal auf dynamische Headspace-Sampling-Einheiten, die in Kombination mit Gaschromatographen verwendet werden. Headspace Sampling (Dampfraumanalyse) ist eine Methode, die nach dem Gasraum in einem Chromatographiefläschchen benannt ist, das eine flüssige Probe enthält. Die flüssige Probe kann ein Lösungsmittel sein, das das zu analysierende Material enthält. Zum Beispiel Materialien wie: flüchtige organische Verbindungen in Umweltproben, Alkohole im Blut, Restlösemittel in pharmazeutischen Produkten, Kunststoffe, Aromastoffe in Getränken und Lebensmitteln, Kaffee, Duftstoffe in Parfüms und Kosmetika. ImDampfraum über einer Probe bildet sich bei erhöhten Temperaturen ein Gleichgewicht der flüchtigen Bestandteile einer Probe. Nicht flüchtige Bestandteile bleiben hierbei zurück und stören oder verschmutzen das Gerät nicht. Die Probennahme erfolgt dann aus dem Headspace (Dampfraum).

Dies wird in Bild 5 erläutert. Der Headspace ist der Gasraum über der Flüssigkeitsprobe in einem Chromatographiegefäß. Die dynamische Headspace-Probenahme erfolgt durch Spülen des Gasraumes und des Adsorptionsmittels. Das Adsorbens sammelt das Probengas. Nach dem Transport wird das Adsorbens erneut gespült, um das Messgas an einen Gaschromatographen abzugeben (Purge-Trap-Technik).

Headspace Sampling

Bild 4: Headspace Sampling

Der Massendurchflussregler für Gase kommt nun ins Spiel, wenn der Headspace über einen festgelegten Zeitraum mit einem konstanten Durchfluss von Helium oder Stickstoff gespült wird. Die Temperatur wird je nach Probenart zwischen 10 und 200 °C gehalten. Der Gasfluss, der nun auch das Probengas enthält, durchströmt nun ein Adsorbermaterial, das die Gase aus dem Headspace sammelt.

Das Adsorptionsmittel besteht in der Regel aus Tenax TA-Material. Nun wird das Adsorbens zum Eingang eines Gaschromatographen transportiert. Während das Adsorbens auf 20 - 350°C erhitzt wird, passiert ein kontrollierter Helium- oder Stickstoff-Gasstrom das Adsorbens, um das Headspace-Probengas in den Einlass des Gaschromatographen freizusetzen. Der Gaschromatograph übernimmt die Analyse der Probe. Unterschiedliche Signalpeaks im Zeitverlauf zeigen die verschiedenen Komponenten und deren Konzentration.

IQ+FLOW Gasdurchflussmesser und Druckregler

Für Durchflussmessgeräte sind eine Reihe von Spezifikationen für die Headspace-Probenahme und die Gaschromatographie im Allgemeinen wichtig. Die IQ+FLOW Produktlinie adressiert diese Spezifikationen mit kleiner Gerätegröße, schnellem Ansprechverhalten, guter Wiederholgenauigkeit, geringem Stromverbrauch, niedrigen Betriebskosten und dem ausgezeichneten Support, den Sie von Bronkhorst erwarten können.

Lesen Sie mehr über die IQ+FLOW chip-basierte Produktlinie

Weitere Informationen zur Gaschromatographie in Kombination mit IQ+FLOW Durchfluss- und Druckmessgeräten und -reglern finden Sie in unserem Applikationsbericht ‘Gas Chromatography’.

Die Zukunft der MEMS-Technologie

Heutzutage steckt die MEMS-Chiptechnologie in vielen Produkten um Sie herum. Bronkhorst hat es sich zur Aufgabe gemacht, nach vorne zu blicken und Anwendungen zu finden, die mit der MEMS-Chiptechnologie, auch im Bereich der Gaschromatographie, erweitert werden können. Für Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Wir halten Sie auf dem Laufenden!

Chris King
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Seit über 35 Jahren bringt Bronkhorst® revolutionäre Flow-Technologien auf den Markt. Im heutigen Blog möchte ich Ihnen das konstant-Temperatur-Anemometrie-Messprinzip (CTA) anhand des Beispiels MASS-STREAM™ erklären. Dieses Gerät basiert auf dem CTA-Messprinzig der thermischen Massendurchflussmessung, jedoch funktioniert es in diesem Bereich etwas anders als die herkömmlichen Messgeräte. In diesem Blogartikel beschreibe ich, wie genau dieser thermische Massendurchflussmesser arbeitet und wie er sich von den konventionellen Messgeräten und deren Anwendungen unterscheidet. Außerdem erkläre ich auch was genau die MASS-STREAM™ Technologie auszeichnet.

Was ist ein konventioneller CTA-Massendurchflussmesser?

Der thermische Massendurchflussmesser arbeitet mit einem Sensor, der mit Sonden versehen ist, welche in den Gasstrom eingesetzt werden. Dadurch stehen sie im direkten Kontakt mit dem strömenden Gas. Einer der beiden Sensoren ist als Heizelement entworfen worden und der andere als Temperatursensor. Wenn das Gerät eingeschaltet ist, wird konstant eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sensoren erzeugt. Die Energie, welche für das Heizelement benötigt wird um die Temperaturdifferenz aufrecht zu halten, hängt von dem Massendurchfluss ab. Das Wirkungsprinzip basiert auf der Kingschen Regel und dem Verhältnis von der Durchflussmasse und der benötigten Wärmeenergie. Je höher also der Durchfluss, desto mehr Energie wird benötigt um die Temperaturdifferenz aufrechtzuhalten.

Ein konventioneller CTA-Massendurchflussmesser ist folgendermaßen aufgebaut: Die langen Sonden werden dabei in die Rohrwand durch die Verbindungsschnittstelle, also einem Loch, eingesetzt. Der „Kopf“ des Gerätes befindet sich somit an der Außenseite des Rohres.

Gemeinsame Merkmale der (CTA) thermischen Massendurchflussmessgeräte bestehen darin, dass sie keine beweglichen Teile besitzen, bei einem Druckabfall im Gerät wird so kein zusätzlicher Temperatur – oder Druckausgleich benötigt.

Wo werden konventionelle Konstant-Temperatur-Anemometer (CTA) thermische Massendurchflussmesser eingesetzt?

Wie Sie sich vielleicht vorstellen können, kommen die Messgeräte bei Prozessen zum Einsatz bei denen Gase in Rohrleitungen strömen. Eine robuste Bauweise, keine beweglichen Teile und ein geringer Druckabfall sind vorteilhaft um Gasströme in folgenden Industrien zu messen: Midstream Öl & Gastätigkeiten, vorgelagerte Öl- und Gastätigkeiten, Abwasserbehandlung und Stahl.

Die Prozessarten bei denen Durchflussmessgeräte benutzt werden, schließen Anwendungen mit Methan, Propan, Argon, komprimierter Luft, Kohleemissionen, Kohlenstoffdioxid, Ammoniak und weitere Gase ein.

Normalerweise sind CTA thermische Massendurchflussmesser eine gute Wahl, wenn das Risiko besteht, dass das Gas verunreinigt ist oder Feuchtigkeit beinhaltet, da diese Durchflusstechnologie bei Kontamination weniger sensibel reagiert als andere thermische Messverfahren.

Bildbeschreibung

MASS-STREAM™ Massendurchflussmesser

Auch der MASS-STREAM™ Durchflussmesser/-regler selbst basiert auf der CTA thermischen Massendurchflusstechnologie, jedoch unterscheidet er sich in einigen Punkten von den konventionellen CTA-Durchflussmessgeräten in einigen Punkten.

1. Inline-Durchflussmesser

Der MASS-STREAM™ Durchflussmesser/-regler wird nicht über eine Verbindungsschnittstelle in der Wand des Rohres installiert, denn der MASS-STREAM™ ist ein Inline-Durchflussmesser. Das bedeutet, dass das Instrument selbst über die zwei Enden des Rohres oder einer kleineren Rohrleitung verbunden ist und somit effektiv Teil davon ist.

Im Gegensatz zu den konventionellen CTA thermischen Massendurchflussmessgeräten, ist das MASS-STREAM™ ein kompaktes Instrument, die Hauptplatine und der Sensor befinden sich auf dem „Durchflusskörper" des Gerätes, in welchen die Sensoren eingelassen sind. Ein Inline-Durchflussgerät ermöglicht die Benutzung der CTA Technologie in Anwendungen, welche Rohre und kleinere Leitungen benötigen.

2. Durchflussmenge

Wie bereits erwähnt wird der MASS-STREAM™ Durchflussmesser/-regler in einem Rohr oder einer kleinen Leitung angebracht und kommt bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen Gas durch kleine Leitungen fließt und somit ist die Durchflussmenge gering.

Natürlich ist „gering“ ein subjektiver Ausdruck, daher möchte ich Ihnen dies durch ein Beispiel besser erklären. Die geringste Durchflussmenge des MASS-STREAM™ liegt bei 10-200 mln/min, wiederum messen die Messgeräte dieser Gruppen auch Werte bis zu 5.000 ln/min.

3 . Regelung

Wahrscheinlich besteht der größte Unterschied zwischen dem MASS-STREAM™ und der konventionellen CTA-Massendurchflusstechnologie darin, dass der MASS-STREAM™ nicht nur als Messgerät (wie die anderen Geräte), sondern auch als thermischer Massendurchflussregler eingesetzt werden kann.

Der thermische Massendurchflussregler MASS-STREAM™ ist ein vollständiger Regelkreis. Er misst den Gasstrom, nutzt einen integrierten PID Algorithmus und stellt ein Kontrollsignal zu einem elektrisch und mechanisch verbundenen Kontrollregler bereit. Alles was zur präzisen Regelung des Gasflusses benötigt wird, ist ein Sollwertsignal.

Es ist also ein kompletter Regelkreis, der in eine Hand passt.

MASS-STREAM Durchflussmesser

Zusammenfassung

Während andere thermische Massendurchflussmesser (CTA) den Anwendungen, für die sie am besten geeignet sind, gut dienen, sind keine für niedrige Durchflüsse oder als ein kompletter Regelkreis wie der MASS-STREAM ™ ausgelegt. Die Anwendung dieser Technologie reicht somit von der Prozessindustrie und der Lebensmittelindustrie bis hin zur Pharmazie, Chemie und Medizin. Dabei stellen diese Bereiche nur einige Beispiele dar, denn auch in anderen Branchen findet die MASS-STREAM™-Technologie Anwendung. Die MASS-STREAM™-Technologie kann also für viele unterschiedliche Gase oder Gasgemische eingesetzt werden, dabei garantiert sie eine präzise Regelung und ist sehr kompakt und robust.

In unserem Blog „Gasverbrauchsmessungen in der Medizin – ein Hilfsmittel zur kosteneffizienten Nutzung von medizinischen Gasen in Krankenhäusern“ wird die Anwendung der MASS-STREAM™ Technologie in der medizinischen Industrie noch genauer erklärt.

Video: Die Funktionsweise der MASS-STREAM™ Technologie

Um mehr über die MASS-STREAM™ Technologie zu erfahren und zu besprechen, ob es das richtige Messgerät für Ihre Anwendung ist, kontaktieren Sie uns.

Maarten Nijland
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Bronkhorst ist Marktführer in der Massendurchflussmessung und –regelung kleiner Durchflüsse. Veco ist seit 35 Jahren ein verlässlicher Partner für Bronkhorst. Gemeinsam wurden Schlüsselkomponenten entwickelt und so die Grenzen in der Massenduchflusstechnologie neu definiert.

Stimmen Sie für unseren Produkt, wenn Sie wie wir alle bei Bronkhorst der Meinung sind, dass die EL-FLOW Prestige Serie mit der Präzisionstechnologie von Veco diesen Innovationspreis verdient hat.

Nomminierungen für den Innovationspreis

Wissenswertes über Durchflussmessungen bei Gasen

Die Kenntnis des Durchflusses ist einer der wichtigsten Prozessparameter neben der Temperatur, dem Druck und dem Füllstand. Die genaue Massendurchflussmessung von Gasen ist entscheidend für den Betrieb und die Kontrolle vieler industrieller und Laborprozesse. Im Bereich der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, in der chemischen Industrie ebenso wie in der Halbleiterfertigung, ist die Durchflussmessergenauigkeit oft der entscheidende Faktor zwischen optimaler Qualität und Fehlcharge. In Bereichen wie Laborforschung, Pilotanlagen oder eichpflichtigen Prozessen ist eine präzise und reproduzierbare Messung gleichermaßen unerlässlich.

Thermische Massendurchflussmesser

Thermische Massendurchflussmesser messen den Massenstrom von Gasen mit einer Kombination von beheizten Elementen und Temperatursensoren mittels thermodynamischer Prinzipien, die zur Bestimmung des tatsächlichen Flusses verwendet werden. Sie benötigen eine begrenzte Korrektur für Temperatur-, Druck- oder Dichteänderungen und sind extrem genau, insbesondere bei der Messung von niedrigen und sehr niedrigen Durchflussraten.

Kritische Komponenten

Der Messbereichseinsatz (Laminar Flow Element, LFE) wie in Abbildung 1 und 2 dargestellt ist eine kritische Komponente bei thermischen Massendurchflussmessern, die mit dem Bypass-Prinzip arbeiten. Das LFE erzeugt einen Druckabfall, der dafür sorgt, dass seine genau definierte Menge Gas durch den Bypass fließt. Die eigentliche Messung des Durchflusses erfolgt an diesem Bypass, daher muss das Verhältnis zwischen Hauptstrom und Bypass genau definiert sein. Auf Grund des innovativen Designs des LFE herrschen hier die gleichen Druck- und Durchflussbedingungen wie in der Kapillare des Bypasses.

Abbildung 1: EL-Flow Prestige Abb. 1: EL-Flow Prestige

Das LFE besteht aus dünnen Strömungsscheiben mit eingeätzten Kanälen. Die Kombination einer größeren Anzahl von Scheiben ermöglicht einen kontrollierten Durchfluss von sehr kleinen (weit unter 1 mln/min) ebenso wie mittlere Durchflussraten (20 ln/min). Diese Strömungsscheiben werden von Veco in einem chemischen Ätzprozess hergestellt

Shunt-Prinzip LFE, nur ein Teil des Gases fließt durch den Sensor, der Rest fließ durch das LFE

Abb. 2: Schematischer Aufbau eines LFE, ein genau definierter Teil des Gases fließt durch den Sensor, der Rest fließt durch das LFE

Herstellung von branchenführenden Produkten über chemische Ätzverfahren

Die Miniaturisierung von Produkten und damit auch deren Komponenten ist eine Notwendigkeit für viele Hersteller um innovative Produkte für industrielle Anwendungen zu entwickeln. Für die Strömungsscheiben in LFE haben wir den chemischen Ätzprozess angewendet, ein subtraktives Herstellungsverfahren für Mikropräzisionsteile.

Chemisches Ätzen (auch bekannt als Photo-Chemical Machining (PCM) und Chemical Milling) ist so präzise wie es schnell und wirtschaftlich ist. Komplizierte, mehrstufige, multifunktionale, hochpräzise Teile können ohne teure Werkzeuge oder Maschinen hergestellt werden.

Im Vergleich zu “traditionellen” Fertigungstechniken wie CNC-Fräsen, Drehen, Stanzen, Pressen, Ziehen und mehr “zeitgenössischen” Verfahren wie Laserschneiden und elektrochemischer Bearbeitung ist das chemischen Ätzen sehr flexibel. Einfache Anpassung und Skalierbarkeit liefert ein wertvolles Tool von der Prototyp-Herstellung bis zur Großserienfertigung. In kürzester Zeit können Prototypen nach den Vorgaben des Kunden gefertigt werden (Rapid Prototyping).

Wesentliche Vorteile:

  • Spannungsfreie, entgratete Teile
  • Mikrometergenaue Fertigung
  • Enge Toleranzbreite
  • Anwendbar für verschiedenste Materialien
  • Durchmesser von 25 um bis 2 mm
  • Runde Löcher, scharfe Kanten, gerade oder profilierte Kanten
  • Rapid Prototyping
  • Kosteneffiziente Fertigung
  • Flexibel, Modifikationen können schnell umgesetzt werden

EL-FLOW Prestige

Der EL-FLOW Prestige ist die nächste Generation der Massendurchflussmesser und Regler für Gase von Bronkhorst. Nahezu alle Komponenten wurden neu designed und so viele Verbesserungen und Innovation in die Instrumente integriert Mit dieser Geräteserie hat Bronkhorst die “Differential Temperature Balancing”-Technologie eingeführt, die eine bisher unerreichte Sensorstabilität gewährleistet.

Hier können Sie sich für das White Paper “A holistic view based on data to design components which offer optimal performance of a thermal mass flow meter/controller” registrieren. In dieser Veröffentlichung von Bronkhorst werden die Innovationen des EL-FLOW Prestige genau beschrieben.

Lesen Sie mehr zum Thema:

Broschüre EL-FLOW Prestige

Video EL-FLOW Prestige

Homepage Veco

Chris King
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In der Regel kommt uns bei der Frage nach thermischen Massendurchflussmessern und Massendurchflussreglern als erstes ein Bypass-Sensor in den Sinn, aber auch ein CTA-Sensor ist in vielen Fällen gut oder sogar besser geeignet.

Wo liegen die Unterschiede?

Bei thermischen Massendurchflussmessern und Reglern wird immer der Sensor elektrisch beheizt. Beim Bypass wird z.B. an einer Position der Sensor aufgeheizt und die Temperatur der Sensorkapillare an 2 Punkten im gleichen Abstand von der Heizung gemessen. Wenn kein Medium fließt, ist die Temperatur an beiden Positionen gleich, die Temperaturdifferenz ist also null. Wenn das Medium durch den Sensor fließt, wird damit auch Wärme transportiert. Die Temperatur am ersten Messpunkt sinkt also, weil durch den Massenfluss dort Wärme wegtransportiert wird. Am zweiten Messpunkt erhöht sich die Temperatur, weil der Massenfluss die Wärme in Fließrichtung transportiert; eine Temperaturdifferenz entsteht. Je höher der Durchfluss, desto höher größer ist die resultierende Temperaturdifferenz. Diese Temperaturdifferenz ist direkt proportional zum Massenfluss. Diese Aussage ist nur dann richtig, wenn entweder der gesamte Massenstrom durch den Sensor fließt (bei kleinen Durchflüssen, wenige ml/min) oder über sog. LFE (Laminar Flow Element) eine Teilung des Durchflusses erfolgt und das Verhältnis zwischen Massendurchfluss durch den Sensor und durch das LFE genau bekannt ist.

Die CTA-Methode (Constant Temperature Anemometry) basiert ebenfalls auf einem thermischen Messprinzip. Hier werden zwei Sensoren direkt im Massenstrom positioniert. Der erste Sensor misst sowohl die Temperatur und fungiert gleichzeitig als Heizer. Der zweite Sensor („downstream“, also flussabwärts) misst die Temperatur des Mediums. Es ist also auch ohne Durchfluss eine gewisse Temperaturdifferenz vorhanden. Ebenso wie beim Bypass-Prinzip wird Wärme vom Heizer zum zweiten Sensor transportiert, wenn das Medium fließt und die Temperaturdifferenz ändert sich. Die Heizleistung des Heizers wird nun so variiert, dass die Temperaturdifferenz immer konstant bleibt, somit ist die Leistung, die proportional dem Massendurchfluss ist.

Beide Techniken haben applikationsspezifische Vorteile und Nachteile. Das Bypass-Prinzip ist sehr gut geeignet für trockene, saubere Gase und bietet neben einer sehr guten Reproduzierbarkeit auch eine sehr gute Genauigkeit. Solche Instrumente sind z.B. der EL-Flow Select, IN-Flow Select und der EL-Flow Prestige.

EL-Flow Prestige

Wenn das fließende Medium (Gas) nicht sauber oder mit Feuchtigkeit beladen ist und vor allem eine sehr gute Reproduzierbarkeit und Robustheit wichtig ist, ist das CTA-Prinzip die bessere Wahl. Die Mass-Stream-Serie bietet robuste und kostengünstige Geräte über einen großen Durchflussbereich.

Mass-Stream

Sie möchten mehr wissen über das CTA-Prinzip? Lesen Sie weiter in unseren Blog-Beiträgen:

5 Gründe für das CTA-Prinzip

Vom König, einer Brücke und einem Massendurchfluss

Nicolaus Dirscherl
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Unter den vielen verschiedenen Durchflussmesstechniken bietet die thermische Massendurchflussmessung nach dem CTA-Prinzip die Möglichkeit, sowohl Gase als auch Flüssigkeiten zu messen. „ CTA“ ist die Abkürzung für Constant Temperature Anemometry, sie wird auch als „direkte Durchflussmessung“, „Direktstrommessung“ oder „Inline-Messung“ bezeichnet. Massendurchflussmesser, die auf dem CT-Prinzip basieren, sind für ein weites Einsatzfeld von Mess- und Regelaufgaben in fast allen Industriebereichen geeignet. Typische Einsatzgebiete sind z.B. Brennersteuerung, Aeration, Gasverbrauchsmessungen, Leck-Test-Prüfungen, Probennahme aus der Umgebungsluft bei atmosphärischen Bedingungen, usw. Innerhalb des Bronkhorst®-Portfolios erweitern diese preisgünstigen Durchflussmesser den Umfang der Lösungen Massendurchflussmessung und -regelung für höhere Durchflussmengen, für niedrige Druckanforderungen und für Bedingungen innerhalb einer Anwendung und / oder einer lokalen Arbeitsumgebung, die für ein anderes Messprinzip ungeeignet wäre wie z.B. thermische Bypass-Messungen.

Die Top 5 der Gründe für die Massenduchflussmessung und –reglung mittels CTA-Prinzip:

  • Das CTA-Prinzip ist die bevorzugte thermische Messlösung für hohe Durchflussmengen von Gasen, bei denen die technischen Anforderungen einer thermischen Bypassmessung mit Kapillarsensor und laminarem Strömungselement nicht erfüllbar sind. Die Inline-CTA-Messung ist von wenigen ml / min bis zu Hunderttausenden von m3 / h und noch mehr erhältlich.

  • Im Vergleich zu den üblichen thermischen MFC- und MFM-Systemen mit Bypass-Sensor ist die Konstruktion des direkt im Hauptstrom positionierten CTA-Sensors deutlich unempfindlicher gegen Kontaminierung des fließenden Mediums, z.B. durch Feuchtigkeit.

  • Das kompakte und robuste Design der Instrumente ermöglicht eine kontinuierliche Massendurchflussmessung mit hervorragender Wiederholgenauigkeit. Die Instrumente sind sehr vielseitig einsetzbar und werden daher in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen und Industriezweige eingesetzt.

  • Das CTA-Prinzip ermöglicht es, das Instrument mit Luft oder Stickstoff zu kalibrieren und dann für den Einsatz fast jeden anderen Gases oder für Gasgemische entsprechend zu konvertieren.

  • Der Druckverlust über das Instrument ist sehr gering und fast vergleichbar mit dem Druckverlust in einem graden Rohr und damit oftmals vernachlässigbar.

Das Messprinzip

Der CTA-Sensor besteht aus zwei Sonden, der erste fungiert als Heizer, der zweite ist ein Temperatur-Sensor. Zwischen diesen beiden Sonden wird unabhängig vom aktuellen Durchfluss eine konstante Temperaturdifferenz (DT) gehalten. Die Leistung, die benötigt wird, um dieses konstante DT aufrecht zu erhalten ist direkt proportional zum aktuellen Durchfluss und kann daher als Maß für den Durchfluss des Gases. Der aktuelle Durchfluss wird aus der Leistung berechnet, die benötigt wird, um DT aufrecht zu erhalten, wenn Gas durch den Sensor fließt. Bildbeschreibung

Video: https://www.youtube.com/watch?v=OGyisSvjQHY

Arjan Bikkel
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Wir bei Bronkhorst® erleben in den letzten Jahren einen deutlichen Anstieg der Nachfrage nach modularen Kompaktlösungen (Skid): ein für den Kunden maßgeschneidertes System, das aus verschiedenen Arten von Instrumenten wie z.B. Flüssig- und Gasdurchflussmessern, Druckreglern und einem Verdampfer besteht und in seiner Bauform exakt auf die Anlage des Kunden zugeschnitten ist. Hier möchten wir unseren Lesern kurz zeigen, warum eine modulare Kompaktlösung dazu beiträgt, in stark umkämpften Branchen die Nase vorn zu behalten.

Europas „Fabriken für Sonderlösungen“

Ausgelöst durch Publikationen von S.E. Chick, A. Huchzermeier, S.Netessine und anderen im Havard Business Review, die die Anwendungen von Anlagen aus europäischer Fertigung analysierten. Diese Anwendungen werden als „exzellent“ in der Herstellung erachtet und haben verschiedene Preise für „Industrial Excellence“ gewonnen. Es ist bemerkenswert, dass grade in Europa, wo die Vorschriften für Arbeitskräfte, Einrichtungen und Ausrüstungen weltweit am strengsten sind und relativ hohe Arbeitskosten bestehen, die Fabriken, die einen Industrial Excellence Award gewonnen haben, alle in wettbewerbsintensiven Branchen wachsen. Die vier unterschiedlichen Faktoren, die den europäischen Herstellern erfolgreich geholfen haben:

  • Sie nutzen Datenströme, um sich eng mit ihren Supply-Chain-Partnern zu verbinden.
  • Sie optimieren den Kundenwert über die gesamte Kette, nicht nur ihr Teil davon.
  • Sie nutzen ihre technischen Fähigkeiten, um ein hohes Maß an Produktanpassung für ihre Kunden anzubieten
  • Sie kooperieren mit Lieferanten, um ihre Fertigungsprozesse schnell zu optimieren.

In Kurzform: die erfolgreichen Anlagenbauern arbeiten mit Partnern zusammen, um Lösungen für andere Partner herzustellen. Es ist ein Privileg von Bronkhorst, eng mit unseren Kunden zusammenzuarbeiten, um intelligente kundenspezifische Designs zu entwerfen, die unsere Partner mit ihren spezifischen Bedürfnissen unterstützen. Eine modulare Kompaktlösung oder auch Skid ist ein maßgeschneidertes System, das auf einem Standardkonzept basiert. Die Anpassung des Standardkonzepts durch die Nutzung von Erfahrung und Know-how unserer Kunden und uns als Low-Flow-Experten scheint aus vielen Gründen ein attraktives Angebot für viele Unternehmen in der Branche zu sein. Wir möchten mit Ihnen teilen, warum wir glauben, dass Kunden mit uns zusammenarbeiten, um ihren eigenen Skid zu kreieren.

Vier Gründe, warum kundenspezifische Skids beliebt sind

1. Fokus auf Kerngeschäft Die Unternehmen konzentrieren sich zunehmend auf ihre Kernaktivitäten. Sie erwarten von einem Lieferanten Komplettlösungen anstelle von nur Komponentenlieferungen. Wir konstruieren den Skid gemeinsam mit unseren Kunden und liefern eine Lösung, in der alle relevanten Instrumente und Zubehörteile integriert wurden. Der "Lösungsansatz" wird in diesem Video näher erläutert: https://www.youtube.com/watch?v=BJerL_LcTJ8

2. Kauf bei einem Lieferanten Auf einem Modul (Skid) können wir Durchflussmesser (thermische oder Coriolismesser), einen Verdampfer, RH-Sensoren, Druckindikatoren, Pumpen, Flüssigkeitsgefäße und andere Drittanbieterinstrumente integrieren. Alle internen Verrohrungen im Modul werden von Bronkhorst zusammengestellt. Auf diese Weise können Kunden eine Komplettlösung bei einem Lieferanten anstelle einer individuellen Instrumentierung bei mehreren Lieferanten erwerben. Der Skid wird vorab getestet und für den Kunden vorbereitet. Außerdem wird jedes Modul vor der Auslieferung druck- und leck-getestet und mit kompletter Bedienungsanleitung ausgeliefert. Ein Bonus ist, dass unsere Module auf bewährten Plattformen basieren, so dass den „Time-to-Market“-Anforderungen unserer Kunden Rechnung getragen wird.

3. Kundenspezifischer Entwurf Kundenspezifische Produkte, Support und After-Sales-Services unterstützen unsere Kunden dabei, sich in einem wettbewerbsorientierten Markt zu behaupten. Alle Module/Skids sind kundenspezifisch konzipiert. Auch wenn der Kunde nur einen Skid braucht, bieten wir Ihnen eine Lösung. Darüber hinaus bieten wir Support- und After-Sales-Services an, die den Bedürfnissen jedes einzelnen Kunden entsprechen.

4. Kompaktes Design Der Trend zur Miniaturisierung nimmt bei vielen Anwendungen immer weiter zu. Kleine Bauteile benötigen weniger Rohstoffmengen, sowohl in der Produktion als auch in der Verwendung von Chemikalien. Kunden von Hightech-Anlagen möchten ihre Ausstattung so kompakt wie möglich haben. Maschinen müssen kleiner sein, da die Bodenfläche teuer ist, vor allem in Reinräumen - dem "natürlichen" Lebensraum von Maschinen, die z.B. Solarzellen und Mikrochips herstellen. Ein Skid kann eine sehr kompakte Lösung sein, die mehrere Instrumente integriert.

Quelle: Europe’s Solution Factories by S.E.Chick, A.Huchzermeier and S. Netessine, Havard Business Review, April 2014 issue, https://hbr.org/2014/04/europes-solution-factories