Volumenstrom gegen Massenstrom

Die Messspanne der thermischen Massendurchflussmesser und -Regler von Bronkhorst® wird in Einheiten wie ln/min, sccm, oder m³n/h angegeben. Der Eindruck entsteht, hierbei händelt es sich um volumetrische Einheiten, tatsächlich sind sie jedoch Angaben zum Massefluss.

Was verbirgt sich hinter diesem Unterschied?

Wir stellen uns zunächst einen Behälter mit einem Volumen von 1 Liter vor, der durch einen beweglichen, gewichtslosen Kolben abgedichtet ist. In dem Behälter befindet sich exakt 1 Liter Luft, bei einem Umgebungs-druck von 1 bar. Die Masse, der im Behälter befindlichen Luft, beträgt 1,293 g. 

volume flow vs mass flow

Bewegen wir nun den Kolben in richtung Boden, bis zur Mitte des Behälters, nimmt die Luft nur noch das Volumen von 1/2 Liter in anspruch. Der Druck im Behälter ist auf ca. 2 bar gestiegen, jedoch bleibt die Masse von 1,293 g exakt dieselbe.

Bei anderen Verfahren kommen Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom oder Differenzdruck als Indikatoren für den Durchfluss zum Einsatz. Diese Methoden arbeiten jedoch Druck- und Temperaturabhängig und müssen über diese beiden Größen korrigiert werden, um eine Aussage über den Massendurchfluss treffen zu können. Die unmittelbare Messung des Massendurchflusses ist also generell genauer.

Anhand dieses Beispiels wird deutlich, dass Massenfluss in Gewichtseinheiten, wie g/h, oder mg/s angegeben werden sollten. Betrachtet man jedoch die Praxis, stellt man fest, das dass Arbeiten mit Volumeneinheiten vorherrscht. Man einigte sich auf Bedingungen, bei denen Masse in Volumen umgerechnet werden sollte. Als Normbedingungen wurden 0 °C und ein Druck von 1013 mbar festgelegt. Gekennzeichnet werden die betreffenden Volumeneinheiten durch den tiefgestellten Buchstaben n: ln/min.

Eine weitere Festlegung zur Umrechnung von Masse in Volumen sind die Standardbedingungen, die auf 20 °C anstatt auf 0 °C bezogen sind und entsprechend mit einem s anstelle des n gekennzeichnet sind: ls/min.

ACHTUNG: Wird der Unterschied ln/min und ls/min nicht beachtet, resultiert hieraus ein Fehler von ca. 7%.

Volumetrische Messvorrichtungen, wie Schwebekörper- oder Turbinendurchflussmesser, sind nicht in der Lage Temperatur- oder Druckveränderungen im Prozess zu erkennen. Eine Massenflussmessung würde zusätzliche Sensoren für diese Parameter benötigen und einen flow-computer um die Veränderungen kompensieren zu können. Thermische Massendurchflussmesser hingegen sind weitgehend unabhängig von Druck- und Temperaturschwankungen.

Diese Seite teilen: