Apa itu Thermal Mass Flow Meter?

Apa itu Thermal Mass Flow Meter? – Angin dingin adalah fenomena umum bagi siapa saja yang pernah tinggal di lingkungan yang dingin. Ketika suhu udara sekitar jauh lebih dingin daripada suhu tubuh Anda, panas akan berpindah dari tubuh Anda ke udara sekitarnya. Jika tidak ada angin yang mengalirkan udara melewati tubuh Anda, molekul udara yang mengelilingi tubuh Anda akan mulai menghangat saat mereka menyerap panas dari tubuh Anda, yang kemudian akan mengurangi laju kehilangan panas.

Pengertian Thermal Mass Flow Meter

Namun, jika ada angin sepoi-sepoi yang bergerak melewati tubuh Anda, tubuh Anda akan bersentuhan dengan molekul udara yang lebih dingin (tidak dipanaskan) daripada yang seharusnya, menyebabkan tingkat kehilangan panas yang lebih besar. Dengan demikian, persepsi Anda tentang suhu di sekitarnya akan lebih dingin daripada jika tidak ada angin sepoi-sepoi.

Baca Juga : Open Channel Flow Meter

Kita dapat memanfaatkan prinsip ini untuk mengukur laju aliran massa, dengan menempatkan benda yang dipanaskan di tengah aliran aliran fluida, dan mengukur berapa banyak panas yang dikonveksi oleh fluida yang mengalir dari benda yang dipanaskan. “Angin dingin” yang dialami oleh benda yang dipanaskan itu adalah fungsi dari laju aliran massa sebenarnya (dan bukan hanya laju aliran volumetrik) karena mekanisme kehilangan panas adalah laju di mana molekul fluida berkontak dengan benda yang dipanaskan, dengan masing-masing molekul memiliki massa tertentu.

Bentuk paling sederhana dari pengukur aliran massa termal adalah anemometer kawat panas, yang digunakan untuk mengukur kecepatan udara. Flowmeter ini terdiri dari kawat logam yang dilalui arus listrik untuk memanaskannya.

Sirkuit listrik memonitor resistansi kawat ini (yang berbanding lurus dengan suhu kawat karena sebagian besar logam memiliki koefisien resistansi suhu tertentu). Jika kecepatan udara melewati kawat meningkat, lebih banyak panas akan ditarik dari kawat dan menyebabkan suhunya turun.

Sirkuit merasakan perubahan suhu ini dan mengkompensasinya dengan meningkatkan arus melalui kabel untuk membawa suhunya kembali ke setpoint. Jumlah daya listrik yang dibutuhkan untuk mempertahankan kawat panas pada suhu tinggi yang konstan adalah fungsi langsung dari laju aliran massa udara melewati kawat.

Baca Juga : Variable Area Flow Meter

Kebanyakan sensor aliran udara massa yang digunakan dalam aplikasi kontrol mesin otomotif menggunakan prinsip ini. Penting bagi komputer kontrol mesin untuk mengukur aliran udara massal dan bukan hanya aliran udara volumetrik karena penting untuk mempertahankan rasio udara/bahan bakar yang tepat bahkan jika kerapatan udara berubah karena perubahan ketinggian.

Dengan kata lain, komputer perlu mengetahui berapa banyak molekul udara yang masuk ke mesin per detik untuk mengukur jumlah bahan bakar yang benar ke dalam mesin untuk pembakaran yang sempurna dan efisien. Sensor aliran udara massa “kawat panas” sederhana dan murah untuk diproduksi dalam jumlah banyak, itulah sebabnya ia sering digunakan dalam aplikasi otomotif.

Thermal Mass Flow Meter pada industri biasanya terdiri dari “tabung aliran” yang dirancang khusus dengan dua sensor suhu di dalamnya: satu yang dipanaskan dan satu yang tidak dipanaskan. Sensor yang dipanaskan bertindak sebagai sensor aliran massa (mendingin saat laju aliran meningkat) sedangkan sensor yang tidak dipanaskan berfungsi untuk mengkompensasi suhu “ambien” dari cairan proses.

Thermal Mass Flow Meter

Sebuah tabung aliran massa termal khas muncul di foto-foto berikut (perhatikan baling-baling pusaran dalam foto close-up, dirancang untuk memperkenalkan turbulensi skala besar ke dalam aliran untuk memaksimalkan efek pendinginan konvektif fluida terhadap elemen sensor dipanaskan):

Thermal Mass Flow Meter cocok untuk probe gaya “penyisipan”, merasakan lewatnya molekul fluida pada satu titik di dalam aliran aliran.

Baca Juga : Positive Displacement Flow Meter

Contoh ditunjukkan dalam dua foto berikutnya, di mana pengukur aliran massa termal (diproduksi oleh Sage) mendeteksi jumlah gas yang dikirim ke suar. Probe penyisipan muncul di foto sebelah kiri (dipasang di pipa suar vertikal) sementara kepala pemancar muncul di foto sebelah kanan (terletak di dalam gedung yang terlindung dari cuaca):

Konstruksi sederhana pengukur aliran massa termal memungkinkan mereka diproduksi dalam ukuran yang sangat kecil.

Foto berikut menunjukkan perangkat kecil yang tidak hanya pengukur aliran massa, tetapi juga pengontrol aliran massa dengan mekanisme katup pelambatan bawaan dan elektronik kontrol.

Untuk memberi Anda kesan skala, kelengkapan tabung yang terlihat di sisi kiri dan kanan perangkat ini berukuran 1/4 inci, membuat foto ini hampir berukuran penuh:

Faktor penting dalam kalibrasi meter aliran massa termal adalah panas spesifik dari fluida proses. “Panas spesifik” adalah ukuran jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk mengubah suhu sejumlah standar zat dengan jumlah tertentu.

Baca Juga : Differential Pressure Flow Meter

Beberapa zat memiliki nilai panas spesifik yang jauh lebih besar daripada yang lain, artinya zat tersebut memiliki kemampuan untuk menyerap (atau melepaskan) banyak energi panas tanpa mengalami perubahan suhu yang besar.

Fluida dengan nilai kalor spesifik yang tinggi merupakan pendingin yang baik, karena mampu menghilangkan banyak energi panas dari benda panas tanpa mengalami peningkatan suhu yang besar.

Karena pengukur aliran massa termal bekerja berdasarkan prinsip pendinginan konvektif, ini berarti fluida yang memiliki nilai panas spesifik tinggi akan memperoleh respons yang lebih besar dari pengukur aliran massa termal daripada laju aliran massa yang sama persis dari fluida yang memiliki nilai panas spesifik yang lebih rendah (mis. cairan yang tidak sebaik cairan pendingin).

Ini berarti kita harus mengetahui nilai kalor spesifik dari fluida apa pun yang kita rencanakan untuk diukur dengan pengukur aliran massa termal, dan kita harus yakin bahwa nilai kalor spesifiknya akan tetap konstan.

Baca Juga : Coriolis Flow Meter

Untuk alasan ini, Thermal Mass Flow Meter tidak cocok untuk mengukur laju aliran aliran fluida yang komposisi kimianya cenderung berubah dari waktu ke waktu. Keterbatasan ini analog dengan sensor tekanan yang digunakan untuk mengukur tingkat cairan secara hidrostatik dalam bejana:

agar teknik pengukuran level ini akurat, kita harus mengetahui densitas cairan dan juga yakin bahwa densitas akan konstan dari waktu ke waktu.

Pengukur aliran massa termal adalah instrumen yang sederhana dan andal. Meskipun tidak seakurat atau toleran terhadap gangguan perpipaan seperti pengukur aliran massa Coriolis, mereka jauh lebih murah.

Kekurangan Thermal Mass Flow Meter

Mungkin kerugian terbesar dari pengukur aliran massa termal adalah kepekaannya terhadap perubahan panas spesifik dari fluida proses. Hal ini membuat kalibrasi setiap flowmeter massa termal khusus untuk satu komposisi fluida saja. Dalam beberapa aplikasi seperti aliran udara masuk mesin otomotif, di mana komposisi fluida konstan, batasan ini bukan merupakan faktor.

Namun, dalam banyak aplikasi industri, batasan ini cukup parah untuk melarang penggunaan pengukur aliran massa termal. Aplikasi industri untuk pengukur aliran massa termal mencakup pengukuran aliran gas alam (transfer non-penahanan), dan pengukuran aliran gas murni (oksigen, hidrogen, nitrogen) di mana komposisinya diketahui sangat stabil.

Baca Juga : Turbine Flow Meter

Keterbatasan (potensial) lain dari pengukur aliran massa termal adalah sensitivitas beberapa desain terhadap perubahan rezim aliran. Karena prinsip pengukuran didasarkan pada perpindahan panas oleh konveksi fluida, faktor apa pun yang mempengaruhi efisiensi perpindahan panas konveksi akan diterjemahkan ke dalam perbedaan yang dirasakan dalam laju aliran massa.

Ini adalah fakta yang terkenal dalam mekanika fluida bahwa aliran turbulen lebih efisien dalam konveksi panas daripada aliran laminar, karena sifat “berlapis” dari aliran laminar menghambat perpindahan panas melintasi lebar fluida.

Dalam beberapa desain flowmeter termal, dinding tabung logam yang dipanaskan berfungsi sebagai elemen “panas” yang didinginkan oleh fluida, dan perbedaan antara laju panas yang ditransfer oleh aliran laminar dari dinding tabung yang dipanaskan versus aliran turbulen dapat menjadi hebat.

Oleh karena itu, perubahan rezim aliran (dari turbulen ke laminar, dan sebaliknya) akan menyebabkan pergeseran kalibrasi untuk desain meter aliran massa termal ini.

Baca Juga : Memahami Vortex Flow Meter

Kesimpulan

dari pertanyaan “Apa itu Thermal Mass Flow Meter?” kesimpulan yang dapat ditarik pada artikel ini adalah :

• Thermal Mass Flow Meter pada industri biasanya terdiri dari “tabung aliran” yang dirancang khusus dengan dua sensor suhu di dalamnya: satu yang dipanaskan dan satu yang tidak dipanaskan. Sensor yang dipanaskan bertindak sebagai sensor aliran massa (mendingin saat laju aliran meningkat) sedangkan sensor yang tidak dipanaskan berfungsi untuk mengkompensasi suhu “ambien” dari cairan proses.
• Thermal Mass Flow Meter cocok untuk probe gaya “penyisipan”, merasakan lewatnya molekul fluida pada satu titik di dalam aliran aliran.
• Thermal Mass Flow Meter tidak cocok untuk mengukur laju aliran aliran fluida yang komposisi kimianya cenderung berubah dari waktu ke waktu.

Sumber : InstrumentationTools.com