Forschung zu Gasströmungsmessern

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In der Industrie gibt es viele Stellen, an denen die Messung des Gasdurchflusses erforderlich ist. Typische Anwendungsbereiche sind Luft, Stadtgas, Erdgas, Chlor, Sauerstoff, Flammengas sowie Abgase von Kraftfahrzeugen usw. In Fällen, in denen eine Kontrolle der Verbrennung erforderlich ist, ist die Messung des Gasflussrates von großer Bedeutung für eine optimale Steuerung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses. Die Bereitstellung von Luft für die Verbrennung hat direkten Einfluss auf die Stabilität und Effizienz der Verbrennung. In den Prozessen der Hydrokracking in der Petrochemieindustrie ist die Messung und Steuerung des Wasserstoffflussrates von großer praktischer Bedeutung, um die Effizienz zu verbessern. Mit der schnellen Entwicklung der Industrie in unserem Land sowie den strengeren Umweltanforderungen, die eine Förderung erneuerbarer Energien erfordern, rückt die Gasmessung immer mehr in den Fokus. Aber derzeit sind die Probleme bei der Messung des Gasflusses ziemlich ausgeprägt. Zum Beispiel gibt es viele Probleme bei Gasmessgeräten mit großem Durchmesser und hohem Durchfluss ； Die Messung von Gemischgasen, bei denen Parameter wie Temperatur, Druck und Zusammensetzung stark schwanken, stellt ebenfalls eine dringend zu lösende Herausforderung dar. 1.1 Eigenschaften von Gemischgasen Gemischgase sind in der Industrie häufig verwendete Medien. Beispiele dafür sind Erdgas, Gas aus Kohlekraftwerken, Flammgas sowie Rauchgase aus Kesseln – all das zählt zu den gängigen Gemischgasen. Gemischte Gase weisen im Allgemeinen die folgenden Eigenschaften auf: a. Starke Verschmutzung. In Gemischgasen sind in der Regel einige schmutzige Bestandteile enthalten, beispielsweise: In Stadtgas befinden sich Kohlenbitumen, Staub und Wasser sowie andere schmutzige Stoffe ； Im Rauchgas ist Flugasche enthalten. b. Veränderung der Bestandteile. Die Zusammensetzung des Gasgemisches unterliegt gewissen Veränderungen und weist zeitliche Schwankungen auf. Zum Beispiel enthält Gas verschiedene Bestandteile wie CO2, O2, H2, CO, CH4 usw. Je nach Veränderung der Herstellungsprozesse oder den Unterschieden in der Zusammensetzung der Rohstoffe, ändern sich auch die Bestandteile des Gases. Zum Beispiel enthält Flammengas Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und andere Bestandteile. Änderungen in den Verfahren in der Raffinerie oder Undichtigkeiten an Ventilen können dazu führen, dass sich die relativen Prozentsätze der verschiedenen Gase im Flammengas verändern. c. Veränderungen von Temperatur und Druck. Zum Beispiel liegt das Temperaturspektrum des Fackelgases in einem sehr weiten Bereich – von niedrigen Temperaturen von mehreren Dutzend Grad unter Null bis zu hohen Temperaturen von dreihundert bis vierhundert Grad. Veränderungen der Temperatur und des Drucks der zu messenden Gemischgase führen zu erheblichen Messfehlern. Daher ist es weitaus sinnvoller, den Massenstrom der Gemischgasen zu messen als den Volumenstrom. d. Der Durchflusswechsel ist groß. Gemischte Gase wie Erdgas, Gas und Flammengas weisen alle einen sehr großen Bereich an Durchflussmengen auf. Zum Beispiel liegt die Strömungsgeschwindigkeit des Flammstroms in einem normal arbeitenden Raffineriekomplex in der Regel niedrig. Im Bereich niedriger Durchflussraten liegt die typische Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,01 und 15 m/s. Im Falle eines Unfalls kann die Strömungsgeschwindigkeit des Flammstroms kurzfristig auf 60 m/s ansteigen. Ähnliche Probleme treten auch bei Erdgas und Stadtgas auf: Der Gasdurchfluss in Zeiten hoher Nachfrage kann um das 20-fache höher sein als in Zeiten geringer Nachfrage. 1.2 Diskussion über Verfahren zur Messung des Gasdurchflusses Die meisten der heute verfügbaren Verfahren zur Messung des Gasdurchflusses weisen bei der Messung des Gasdurchflusses in unterschiedlichem Maße gewisse Nachteile auf; sie können das Problem der Gasdurchflussmessung daher nicht vollständig lösen. Die Methode zur Messung des Gasflussrates muss durch einen spezifischen Durchflussmesser umgesetzt werden. Im Folgenden werden gängige Gasmessgeräte sowie die bei der Gasflussmessung auftretenden Probleme analysiert. 1.2.1 Wirbelstrommessgerät Das Wirbelstrommessgerät ist eine neue Art von Durchflussmessgerät, das in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Heute gehört es zu den gängig verwendeten Durchflussmessgeräten. Wird weit verbreitet zur Messung des Durchflusses von Gasen, Flüssigkeiten und Dämpfen eingesetzt. Vortex-Strömungsmesser entwickeln sich rasant, insbesondere in Bezug auf Methoden zur Signalerkennung sowie zur Signalverarbeitung. Der Einsatz von Vortex-Strömungsmessern hat einige Vorteile: Beispielsweise ist die Installation einfach und es kommt zu geringen Druckverlusten ； Es gibt viele Arten von Flüssigkeiten, die gemessen werden können – beispielsweise Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe ； Hohe Genauigkeit ； Breites Messbereich, bis zu 10:1~20:1 ； Innerhalb eines bestimmten Reynolds-Zahl-Bereichs wird das Ausgangssignal nicht von den physikalischen Eigenschaften des Fluids (Dichte, Viskosität) sowie von dessen Zusammensetzung beeinflusst. Mit anderen Worten: Die Messkoeffizienten hängen nur von der Form und den Abmessungen des Wirbel erzeugenden Elements sowie der Rohrleitung ab ； Es muss nur in einem typischen Medium kalibriert werden, um für verschiedene Medien geeignet zu sein. Allerdings weisen Wirbelstrom-Durchflussmesser in der Praxis einige Nachteile auf: Sie eignen sich nicht zur Messung von Fluiden mit niedriger Reynolds-Zahl ； Die Stabilität der Wirbelablösung am Körper hängt mit Verzerrungen der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung sowie rotierender Strömung zusammen; daher sollte entsprechend den verschiedenen Formen von Widerstandselementen auf der Aufstromseite ein ausreichend langer gerader Rohrabschnitt vorgesehen oder ein Strömungsgleichrichter installiert werden ； Vortexstrommessgeräte, die die Kraftempfindlichkeitsmethode nutzen, sind empfindlich gegenüber mechanischen Vibrationen in Rohrleitungen und eignen sich daher nicht für Umgebungen mit starken Vibrationen ； Im Vergleich zu Turbinenstrommessern ist der Messfaktor geringer und die Auflösung niedriger. Bei der Verwendung von Wirbelstromzählern zur Gasmessung können Rohrvibrationen, die durch Druckausrüstungen verursacht werden, die Stoßkräfte des Gases im Rohr sowie die zufälligen Druckschwankungen des Gases die Messergebnisse beeinflussen. Außerdem ist es in der Praxis in der Regel schwierig, eine Strömungsgeschwindigkeit von über 5 m/s zu gewährleisten. Dadurch tritt beim Vortex-Flowmeter bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten ein deutliches Fehlmessungsphänomen auf. 1.2.2 Differenzdruck-Massenmesser: Differenzdruck-Massenmesser berechnen den Durchfluss anhand des in der Leitung installierten Drosselelements, das eine Differenzdruck erzeugt, sowie anhand bekannter Parameter wie die Eigenschaften des Fluids, die Beschaffenheit des Drosselelements und die geometrischen Abmessungen der Leitung. Sein Verbrauch liegt an erster Stelle bei Durchflussmessgeräten. In den letzten Jahren ist mit der Einführung verschiedener neuer Durchflussmesser der Marktanteil der Differenzdruckdurchflussmesser allmählich zurückgegangen. Dennoch gehören sie weiterhin zu den wichtigsten Arten von Durchflussmessern. Differenzdruckstrommessgeräte werden weit verbreitet zur Messung des Gasflusses eingesetzt und sind derzeit die gängigste Art von Strommessgerät für den Messverkehr von Stadtgas und Erdgas. Laut Schätzungen aus jüngeren Untersuchungen machen standardisierte Drosselplatten im Bereich der Messgeräte für Erdgasströme international etwa 55 % aus; in China sind es etwa 80 %. Ein Differenzdruck-Flussmesser besteht aus einem Primärgerät und einem Sekundärgerät. Differenzdruckstrommessgeräte werden in der Regel nach der Art des Drosselelements klassifiziert, wie z. B. Lochblechstrommessgeräte, Venturi-Strömungsmessgeräte, Durchflussmesser mit konstanter Geschwindigkeit usw. Die Drossellemente für Differenzdruck-Durchflussmesser (insbesondere die Standard-Drossellemente) sind recht verbreitet und werden von internationalen Normungsorganisationen anerkannt. Die experimentelle Erforschung der Standard-Drosselkomponenten bei Differenzdruck-Massenflussmessern ist international; andere Typen von Massenflussmessern erreichen nicht diese Tiefe und Breite. Der Standard-Differentialdruck-Durchflussmesser ist der einzige Durchflussmesser, der ohne Kalibrierung mit Realfluss in Betrieb genommen werden kann. Auch bei der Anwendung von Differenzdruck-Durchflussmessern gibt es einige Einschränkungen: Die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Messungen sind eher mittelmäßig, und eine weitere Verbesserung ist schwierig ； Der Messbereich ist recht eng, in der Regel nur 3:1 bis 4:1 ； In Situationen mit stark schwankendem Durchfluss können sie nicht eingesetzt werden. In einigen Fachpublikationen wurden außerdem Methoden vorgeschlagen, um den Messbereich von Differenzdruckmessgeräten zu erweitern; die Voraussetzungen für die Installation vor Ort sind jedoch recht anspruchsvoll ； Bei Druckleitungen treten leicht Fehler wie Leckagen, Verstopfungen, Gefrierungen und Signalverzerrungen auf ； Hoher Druckverlust. Differenzdruck-Durchflussmesser eignen sich nicht für schmutzige Gasgemische wie Stadtgas, Erdgas oder Abgase. Die Hauptgründe dafür sind: a. Bei Stadtgas und Erdgas gibt es Zeiten hohen und niedrigen Verbrauchs; der Bereich der Durchflussänderungen ist daher groß. Da das Messbereichsverhältnis von Differenzdruck-Durchflussmessern gering ist, führt dies im Betrieb zu erheblichen Fehlern. In der Praxis wird üblicherweise die Methode angewandt, Nebenleitungen parallel zur Hauptleitung anzuschließen, um das Messbereichsverhältnis des Differenzdruckmessgeräts zu erweitern. Dies führt jedoch zu einer Komplexität des Messsystems, höheren Investitionskosten sowie einem erhöhten Wartungsaufwand. b. In Gemischgasen aus Gas, Erdgas und Rauchgasen sind schmutzige Verunreinigungen enthalten, die häufig zu Verstopfungen der Druckleitungen sowie zu Veränderungen in den Eigenschaften der Drosselkomponenten führen. Zu diesem Zweck haben einige Unternehmen leicht zu reinigende Siebe entwickelt, die regelmäßig oder unregelmäßig gereinigt werden, um das ordnungsgemäße Funktionieren der Messgeräte sowie deren Messgenauigkeit zu gewährleisten. In der Praxis lassen sich die durch Verschmutzung verursachten Probleme jedoch nach wie vor nur schwer lösen. c. Hoher Druckverlust, was den Transport von Gasen durch Rohrleitungen erschwert. Außerdem können Differenzdruckstrommesser nicht in Sauerstoffströmen sowie in Niedrigdrucksituationen eingesetzt werden. 1.2.3. Rotationsmessgerät Das Rotationsmessgerät, auch Schwimmkörper-Messgerät genannt, ist ein Messgerät vom Typ mit veränderlicher Fläche. Der Rotationsmessversteller weist eine einfache Konstruktion auf. Seine Verwendung ist nur hinter der der Differenzdruckmessversteller zurückgeblieben. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Messung sehr kleiner Strömungsmengen. Einzelläufer-Flussmesser weisen Nachteile wie einen kleinen Rohrdurchmesser und viele Installationsbeschränkungen auf. Drehstrommesser weisen eine geringe Messgenauigkeit auf und benötigen eine Kalibrierung mit echten Gasen; sie können nur in Anwendungen mit geringen Anforderungen (Genauigkeitsklasse unter 2,5) eingesetzt werden. Gase wie Gas und Erdgas sind häufig mit Problemen bei der Handelsabrechnung konfrontiert; es ist daher notwendig, eine bestimmte Messgenauigkeit zu gewährleisten. Zudem können Veränderungen in der Zusammensetzung der Gemischgase den Ausgangssignal des Durchflussmessers beeinflussen. Deshalb eignen sich Rotordurchflussmesser nicht besonders gut für die Verarbeitung von Gemischgasen sowie in Anwendungen mit großen Rohrdurchmessern und hohen Genauigkeitsanforderungen. 1.2.4 Turbinzähler
Ein Turbinzähler besteht aus einem Sensor und einem Umrechnungs- und Anzeigegerät. Der Sensor verwendet einen mehrblättrigen Rotor, um die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu erfassen; daraus wird anschließend der Durchfluss berechnet. Die Strömungsgeschwindigkeit des Rotors kann mithilfe von Methoden wie der Magnetinduktion oder der Fotoelektrik erfasst werden. Die erfassten Werte werden anschließend von den zugehörigen Geräten angezeigt, übertragen und aufgezeichnet. Turbomassenmesser werden weit verbreitet bei zu messenden Stoffen wie Öl, organischen Flüssigkeiten, anorganischen Flüssigkeiten, verflüssigtem Gas, Erdgas, Stadtgas und Kältemitteln eingesetzt. Im Ausland werden an Transport- und Verteilstationen für Flüssiggas, raffinierte Öle sowie leichtes Rohöl sowie an den Anfangs- und Endstationen großer Rohölpipelines häufig Turbinenstrommessgeräte zur Abrechnung im Handel eingesetzt. In Europa und den USA sind Turbinenmesser die nach Lochblechmessen zweithäufigsten Messgeräte für den Erdgasverbrauch. Drehzahlmesser weisen folgende Eigenschaften auf: Hohe Genauigkeit, die in der Regel bei 0,5 % bis 0,2 % liegt ； Der Messbereich ist im Allgemeinen begrenzt; das Verhältnis zwischen dem maximalen und minimalen Durchfluss liegt in der Regel bei 6:1 bis 10:1 ； Gute Wiederholgenauigkeit ； Geringer Druckverlust ； Digitale Signalausgabe ； Einfache Installation und Wartung. Die Einschränkungen des Turbinenstrommessers liegen darin, dass es seine Kalibrierungseigenschaften nicht über einen langen Zeitraum beibehalten kann und daher regelmäßig justiert werden muss ； Im Allgemeinen nicht geeignet für die Durchflussmessung bei hochviskosen Medien ； Die Eigenschaften der Flüssigkeit (Dichte, Viskosität) haben einen großen Einfluss auf die Durchflusseigenschaften ； Die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit sowie Verzerrungen haben einen großen Einfluss auf den Durchfluss ； Es werden hohe Anforderungen an die Reinheit des zu prüfenden Mediums gestellt. Es ist ersichtlich, dass Turbinenstrommessgeräte zwar eine hohe Genauigkeit aufweisen, aber nur ein begrenztes Messbereich sind. Zudem sind sie anfällig für Verschmutzung und Abnutzung. Der Herstellungskosten für Turbinenstrommessgeräte mit großem Durchmesser sind außerdem recht hoch. Daher hat es einen Platz bei der Messung des Strömungsvolumens von reinen Gasen mit mittleren und kleinen Durchmessern (unter DN300), eignet sich jedoch kaum für schmutzige Gase wie Stadtgas oder Erdgas. 1.2.5. Ultraschallströmungsmesser Ein Ultraschallströmungsmesser ist ein Gerät, das den Volumenstrom eines Fluids misst, indem es die Wirkung des Ultraschallstrahls auf den Fließprozess des Fluids erfasst. Es weist keinen Druckverlust auf und gehört zu den in den letzten Jahren schnell entwickelten Durchflussmessgeräten. Es hat besondere Vorteile bei der Messung von Durchflüssen in großen Rohrungen. Ultraschall-Durchflussmessgeräte, die in geschlossenen Rohrleitungen eingesetzt werden, lassen sich nach ihrem Messprinzip in folgende Kategorien einteilen: Zeitverlaufsverfahren, Dopplereffektverfahren, Strahlverschiebungsverfahren, Korrelationsverfahren und Schallrauschenverfahren. Die Anwendung von Ultraschallstrommessern begann in den 1990er Jahren. Aufgrund ihrer herausragenden Vorteile – wie hohe Messgenauigkeit, großer Messbereich, kein Druckverlust sowie das Fehlen beweglicher Teile – wurden sie bei den Nutzern beliebt und zur Messung des Gasflusses eingesetzt. Bis heute haben bereits 12 Länder wie die Vereinigten Staaten, die Niederlande und das Vereinigte Königreich Ultraschallstrommesser als gesetzlich zulässige Messinstrumente für Handelsabrechnungen anerkannt. Aber es ist nur für große Durchmesser geeignet und außerdem sehr teuer. Derzeit verwenden nur wenige Nutzer im Inland importierte Ultraschall-Flussmesser zur Flussmessung. 1.2.6. Gas-Rotationsmessgerät Das Gas-Rotationsmessgerät ist ein Volumenstrommessgerät mit hoher Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit. Bei der Installation sind keine geraden Rohrabschnitte vor und hinter dem Gerät erforderlich. Der Messbereich ist recht groß – er kann bis zu 10:1 betragen. Doch aus strukturellen Gründen kann der Gehäuse des Gas-Radflussmessers bei der Installation den verschiedenen Belastungen der Rohrleitungen nicht standhalten, und es wird verlangt, dass die Flüssigkeit äußerst rein ist (andernfalls können sich die drehenden Teile leicht verkeilen). Daher sind seine Anwendungen bei der Messung des Durchflusses von Gemischgasen eingeschränkt. Außerdem werden Walzenmesser aufgrund ihrer besonders großen Größe nur selten in Rohrleitungen mit großem Durchmesser eingesetzt. Vor Ort dienen sie hauptsächlich zur Messung des Gasflusses in Rohrleitungen mit kleinem Durchmesser. Andere Volumenstrommessgeräte, wie beispielsweise Nassstrommessgeräte oder Roots-Strömungsmesser, sind aufgrund von Installationsbeschränkungen ebenfalls schwer für Gemischgase einzusetzen. 1.2.7. Wärmemessende Massenstrommessgeräte für Gase
Wärmemessende Massenstrommessgeräte für Gase sind Geräte, die auf dem Prinzip des Wärmetauschs zur Messung des Gasflusses beruhen. Dabei wird der Fluss des Gases anhand des Wärmetauschs zwischen dem fließenden Gas und einer Wärmequelle gemessen. In den 1960er Jahren entwickelte die USA zunächst Wärmemassenströmungsmesser für die Raumfahrtindustrie; später fanden sie in der Halbleiterindustrie große Verbreitung. Wärmefluss-basierte Massedurchflussmesser für Gase weisen folgende Eigenschaften auf: Sie können sehr geringe Durchflussraten bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten messen ； Keine beweglichen Teile, hohe Zuverlässigkeit ； Der Druckverlust ist äußerst gering – er kann fast vernachlässigt werden ； Direkte Messung des Massenstroms, ohne Druck- und Temperaturkorrekturen ； Elektrische Signalausgabe, hoher Ausgangswert ； Sehr hoher Messbereichsverhältnis (1000:1) ； Der Preis hängt kaum vom Rohrdurchmesser ab, die Installation ist einfach ； Gute Reproduzierbarkeit. Der thermische Massenstrommesser wird derzeit weit verbreitet zur Messung des Gasflusses in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt – beispielsweise bei der Messung des Erdgasflusses, des Kohlegasflusses, des Luftflusses, des Flusses von Brenngasen, des Wasserstoffflusses, des Sauerstoffflusses. Zudem wird er in der Automobilindustrie zur Messung der Abgase von Fahrzeugen verwendet, in CEMS-Systemen sowie in der Medizinischen Versorgung zur Messung des Sauerstoff- und Medikamentenflusses. Auch in der Energieindustrie wird er zur Steuerung des Verbrennungsprozesses eingesetzt. In den Bereichen Heizung und Lüftung sowie in öffentlichen Einrichtungen dient er zur Messung des Flusses von Gasen wie Chlor oder Ozon. 1.3. Messung der Massenstromrate von Gasen Aus der vorherigen Analyse der Durchflussmessgeräte geht hervor, dass die meisten Durchflussmesser die Volumenstromrate messen. In der industriellen Messtechnik ändern sich die Temperatur, der Druck sowie die Zusammensetzung des Mediums ständig. Dadurch entstehen große Fehler in den Messwerten des Volumenstroms, wodurch die Bedeutung der Messung verloren geht. In diesen Anwendungsbereichen ist die Messung des Massenstroms des Mediums weitaus praktischer als die Messung des Volumenstroms. Zu diesen Anlässen gehören die Dosierung und Qualitätskontrolle in der industriellen Produktion, das Material- und Energiebilanzmanagement sowie die Abrechnungen im Handel. Nach mehr als 20 Jahren an Forschung und Entwicklung wurden Massenstrommessgeräte entwickelt, die einen praktischen Nutzen haben. Die gängigen Methoden zur Messung der Massenströmung sind hauptsächlich die indirekte und die direkte Methode. 1.3.1. Indirekte Messung des Massenstroms – Die indirekte Methode zur Messung des Massenstroms ist eine Methode, die bereits seit langer Zeit in der Industrie eingesetzt wird. In Anwendungsfällen, in denen die Anforderungen an die Messgenauigkeit gering sind, der Bereich der Temperatur- und Druckschwankungen klein ist oder zwischen Temperatur und Dichte des Mediums ein linearer Zusammenhang besteht, werden indirekte Verfahren zur Massedurchflussmessung häufig eingesetzt. Doch bei Medien, bei denen das Verhältnis zwischen Temperatur, Druck und Dichte recht komplex ist, ist eine automatische und genaue Kompensation schwierig zu erreichen. Gleichzeitig erfordert diese Messmethode die Messung mehrerer Zwischenparameter; es gibt viele Messschritte, wodurch es schwierig ist, die Genauigkeit der Massedurchflussmessung zu gewährleisten und zu verbessern. 1.3.2. Direkte Messung der Massenströmung Durch die Entwicklung der Methoden zur direkten Messung der Massenströmung sind heute verschiedene Arten von Massenstrommessgeräten entstanden. Dabei sind einige Massenstrommessgeräte auf der Grundlage von Volumenstrommessgeräten weiterentwickelt worden. Zum Beispiel der Differenzdruck-Massenflussmesser, der aus einer Lochplatte und einer Pumpe mit konstanter Durchflussmenge besteht, oder der Doppel-Turbine-Massenflussmesser, der aus zwei Turbinen besteht. Aufgrund struktureller Gründe ist es schwierig, diese Durchflussmesser weit verbreitet einzusetzen. Derzeit werden in der Praxis zur direkten Messung des Massenstroms von Flüssigkeiten oder von Mischströmen, die hauptsächlich aus Flüssigkeit bestehen, überwiegend Coriolis-Massenströmungsmesser eingesetzt. Zur direkten Messung des Massenstroms von Gasen hingegen werden meist thermische Gas-Massenströmungsmesser verwendet. Der Coriolis-Massenflussmesser weist derzeit in der Anwendung noch einige Probleme und Mängel auf; er wird hauptsächlich zur Messung von einphasigen Flüssigkeiten eingesetzt, insbesondere für die Messung von einphasigen Flüssigkeiten. Es gibt auch einige Studien, die zeigen, dass diese Methoden zur Messung des Durchflusses in dichten Gasen eingesetzt werden können, doch diese Forschungsergebnisse sind noch nicht auf eine praktische Anwendung geeignet. Der thermische Massenstrommesser geht auf den „Hot-Wire-Anemometer“ zurück. Mit der Erkenntnis der Vorteile der thermischen Messverfahren entwickelten sich die thermischen Gasströmmessgeräte schnell weiter. Thermische Gasströmungsmesser werden in Energiebilanztypen und Konvektionstypen unterteilt. Energiebilanzbasierte thermische Durchflussmesser werden auch als thermisch verteilte Durchflussmesser oder calorimetrische Durchflussmesser bezeichnet. Konvektionsbasierte Durchflussmesser beruhen auf dem Gesetz von Kirchhoff bezüglich des Wärmeverlusts (Abkühlungseffekts) und werden auch als eingreifende oder einsetzbare Durchflussmesser bezeichnet. Wärmestrommessgeräte mit Energiebilanz werden häufig bei der Messung von geringen Durchflussmengen eingesetzt, während bei der Messung großer Durchflussmengen in der Regel konvektionsbasierte Wärmestrommessgeräte für Gase verwendet werden. Konvektive thermische Durchflussmesser werden wiederum in die Arten mit konstanter Energie (konstanter Durchfluss) und mit konstanter Temperatur (konstante Temperatur) unterteilt. Die Temperaturkonstanz der thermischen Gasströmungsmesser führt zu einer höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu den Modellen mit konstanter Energie – das ist derzeit die wichtigste Entwicklungsrichtung bei thermischen Gasströmungsmessern. Herkömmliche thermische Massenstrommessgeräte erfordern, dass das zu messende Gas aus einem einzigen Stoff oder aus einer festgelegten Zusammensetzung besteht. Zudem sind die Anforderungen an die Prozessbedingungen recht streng. Doch einige internationale Hersteller von hochwertigen thermischen Messgeräten, wie beispielsweise SIERRA aus den USA, haben in diesem Bereich bereits führende Technologien entwickelt. Die von ihnen hergestellten thermischen Massenstrommessgeräte erzielen hervorragende Messergebnisse auch in Situationen, in denen die Prozessbedingungen komplex sind und Gase mit mehreren Bestandteilen gemischt sind. Außerdem kann die Lebensdauer des Produkts bis zu 10 Jahre betragen, wobei seine Leistungseigenschaften weiterhin gut bleiben. 1.4. Analyse der Machbarkeit von Methoden zur Messung des Durchflusses von Gemischgasen Aus der vorangegangenen Analyse geht hervor, dass Ultraschallstrommessgeräte sowie thermische Gasstrommessgeräte für die Messung des Durchflusses von Gemischgasen geeignet sind. Allerdings sind Ultraschallstrommessgeräte teuer, wodurch ihre breite Anwendung erschwert wird. Wärmebasierte Gasströmungsmesser sind preiswert, einfach in der Anwendung und weisen bei der Messung von Gemischgasen bestimmte Vorteile auf. Daher versprechen Forschungen zu wärmebasierten Gasströmungsmessern gute Perspektiven. Die Kontaktfläche der Sensorstelle des thermischen Gasstrommessers mit dem Gas besteht aus verschiedenen Metallen oder Legierungen, die korrosionsbeständig und hitzebeständig sind sowie deren Oberfläche leicht gereinigt werden kann. In der Regel ist es so konzipiert, dass es mit einem Ballventil zur Einbauweise verfügt, wodurch das Einführen, Zurückziehen sowie Reinigen der Sonde online und ohne Unterbrechung des Gasflusses möglich ist. So kann der Einfluss von Verunreinigungen in der Gemischgasflüssigkeit beseitigt werden. Der thermische Gasstrommesser misst direkt den Massenstrom des Gases und kann so die Auswirkungen von Veränderungen der Gastemperatur und -drucke in hohem Maße ausgleichen. Wärmemessgeräte für den Gasstromwechsel weisen einen äußerst geringen Widerstand des Fluids auf und haben im Grunde keine Druckverluste. Der Messbereich von Wärmestrommessern ist sehr breit, was ihn hervorragend für den Einsatz bei Gasgemischen mit großen Schwankungen im Durchfluss geeignet macht.