Regelungstechnische Konzepte zur Messbereichserweiterung kalorimetrischer Strömungssensoren

Abstract

Kalorimetrische Strömungssensoren sind eine sehr verbreitete Art von thermischen Strömungssensoren. Sie werten eine strömungsbedingte Verzerrung des Temperaturfeldes um eine Wärmequelle aus. Im einfachsten Betriebsfall mit konstanter Heizleistung weisen sie eine ausgezeichnete Sensitivität auf. Allerdings ist das Ausgangssignal keine monotone Funktion der Strömungsgeschwindigkeit, sodass der nutzbare Messbereich aufgrund der Mehrdeutigkeit der Kennlinie stark eingegrenzt ist. Für einen breiten Einsatz muss mit steigender Strömungsgeschwindigkeit die Heizleistung mit einem Regler nachgeführt werden. Dabei kommen verschiedene regelungstechnische Konzepte zur Anwendung, die anhand zweier konkreter Sensorausführungen näher erläutert werden.

Calorimetric flow sensors are a common type of thermal flow sensor. They evaluate a flow-induced distortion of the temperature field around a heat source. High sensitivity is feasible in the simplest operational mode with constant heating power. However, the output features a non-monotonic characteristic, which severely limits the usable measuring range. For a broad application, an electronic controller has to adjust the heating power as the flow rate increases. Various closed-loop concepts can be applied, which are presented in more detail using two specific sensor designs.