Thermal mass flow meter atau pengukur aliran massa termal khususnya digunakan dalam aplikasi pengukuran aliran udara dan gas. Pengukur terdiri dari pemancar dan probe dengan sensor suhu (RTD) yang terletak di pin di bagian bawah probe. Satu sensor mengukur suhu proses dan sensor lainnya dipanaskan hingga suhu tertentu di atas suhu tersebut. Ketika laju aliran meningkat, panas diambil dari sensor yang dipanaskan dalam bentuk perpindahan panas konvektif. Beberapa produsen menggunakan operasi daya variabel untuk menjaga perbedaan suhu tetap konstan, sementara yang lain menjaga daya tetap konstan dan mengukur perbedaan suhu.
Prinsip Kerja Thermal Mass Flow Meter
Elemen sensor kalorimetri berdasarkan MEMS (sistem elektromekanis mikro), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1a), merupakan elemen inti dari sensor aliran massa termal, seperti yang digunakan pada pengukur gas. Elemen sensor dapat ditemukan pada membran pada chip silikon dan terdiri dari elemen pemanas mikro dan sensor suhu yang terintegrasi di bagian hulu dan hilir.
Ketika arus listrik mengalir melalui elemen pemanas mikro, maka akan menghasilkan profil suhu pada membran. Jika tidak ada gas yang mengalir, suhunya identik pada sensor suhu hulu dan hilir (lihat Gambar 1b). Jika gas mengalir melintasi membran, maka akan menghasilkan aliran panas – dengan kata lain, hal ini menyebabkan profil suhu pada membran berubah – menghasilkan perubahan suhu antara sensor suhu hulu dan hilir (lihat Gambar 1c). Perbedaan suhu yang dihasilkan antara kedua sensor menciptakan sinyal sensor yang dapat diukur dengan tepat yang merupakan fungsi dari kecepatan aliran: semakin besar perbedaan suhu, semakin besar pula kecepatan aliran gas yang melewati elemen sensor.
Penyiapan pengujian
Data pengukuran yang disajikan di sini direkam menggunakan sensor aliran massa termal dengan rutinitas pengenalan gas dinamis. Rutinitas ini dioptimalkan untuk gas H, L, dan E sesuai dengan EN 437:2018 yang mengandung hingga 23% hidrogen, serta hidrogen murni dan hampir murni. Sinyal keluaran sensor aliran dikompensasi dengan suhu dan tekanan dalam meter kubik standar per jam (m3/jam).
Baca Juga : Kalibrasi Flow Meter
Sensor aliran diuji dalam rumah prototipe meteran gas umum, dengan sensor aliran diposisikan di outlet rumah meteran gas (lihat Gambar 2a). Pemasok gas eksternal mencampurkan campuran gas yang diuji (lihat Tabel 1). Nozel sonik digunakan sebagai referensi aliran dan pengukuran dilakukan pada suhu kamar. Pengaturan pengukuran untuk pengukuran aliran ditunjukkan sebagai diagram skematik pada Gambar 2b).
Pengukuran Aliran dalam Campuran Gas Alam/Hidrogen
Gambar 3 menunjukkan kesalahan pengukuran relatif pada aliran gas referensi hingga 6 m³/jam (G4 meter) untuk lima sensor aliran dalam campuran udara, metana, dan gas alam yang mengandung 5%, 10%, dan 23% hidrogen. Batas kesalahan ± 3,5% dan ± 2,0% yang ditunjukkan dalam warna hitam adalah batas kesalahan maksimum yang diizinkan menurut Petunjuk Eropa 2016/32/EC tentang alat ukur (MID) dan rekomendasi yang dibuat oleh Organisasi Metrologi Legal Internasional OIML R 137 tentang meter gas dengan kompensasi suhu dengan kelas akurasi 1,5.
Baca Juga : Definisi, Prinsip Kerja, Aplikasi Coriolis Mass Flow Meter
Semua kurva kesalahan dari masing-masing lima sensor aliran yang diukur berada dalam batas kesalahan maksimum yang diizinkan dan juga sesuai dengan hubungan udara-gas yang diizinkan masing-masing 3% dan 1,5% sesuai dengan Standar Eropa untuk meter gas massa-termal, EN 17526, serta EN 14236 untuk meter gas rumah tangga ultrasonik.
Gas uji yang mengandung 23% hidrogen adalah gas uji G 222 sesuai EN 437. G 222 dideskripsikan sebagai “gas uji batas” -campuran gas dengan kandungan hidrogen maksimum yang digunakan untuk menguji peralatan gas untuk campuran gas alam keluarga kedua menurut EN 437.
Pengukuran Aliran dalam Gas Hidrogen
Karena hidrogen memiliki nilai kalori yang lebih rendah (lebih rendah daripada gas alam dengan faktor tiga), laju aliran hidrogen yang jauh lebih tinggi diperlukan untuk mempertahankan aliran energi yang sama melalui meteran. Gambar 4 menunjukkan kesalahan pengukuran relatif pada aliran gas referensi hingga 20 m3/jam untuk lima sensor aliran dalam 100% H2 dan 98% H2 + 2% CO2. 2% pengotor adalah maksimum yang diperbolehkan untuk hidrogen kelas A sebagaimana didefinisikan oleh ISO 14687. Sekali lagi, batas kesalahan untuk kelas 1,5 meter sebesar ± 3,5% dan ± 2,0% ditunjukkan dalam warna hitam (untuk meteran dengan Qmax 20 m³/jam).
Baca Juga : Prinsip Kerja, dan Jenis Positive Displacement Flow Meter
Kita dapat melihat bahwa meteran ini bekerja dengan sangat baik ketika bekerja dengan hidrogen murni dan dengan hidrogen dengan 2% kontaminasi CO2. Penting untuk disebutkan bahwa ukuran sensor (dan akibatnya meteran juga) dapat tetap sama baik ketika beroperasi dengan aliran gas alam 6 m³/jam atau 20 m³/jam hidrogen.
Keuntungan dari Thermal Mass Flow Meter
Pengukuran aliran massa termal sangat menguntungkan karena memberikan pengukuran langsung aliran gas tanpa ketidakpastian pengukuran tambahan. Komponen ini memberikan presisi yang tidak diragukan lagi, dengan penurunan tekanan minimum 1 milibar. Hal ini mengakibatkan tidak ada persyaratan kompensasi tekanan dengan rentang yang lebar dengan akurasi hingga 1%. Desainnya yang sederhana dan kokoh mengurangi komponen mekanis tambahan untuk keandalan tinggi dan waktu respons pengukuran yang singkat untuk aliran massa gas.
Baca Juga : Definisi, Prinsip Kerja, Aplikasi Coriolis Mass Flow Meter
Aplikasi Thermal Mass Flow Meter
Pengukur aliran massa termal telah direkayasa untuk berbagai aplikasi pneumatik, bangku uji, konstruksi mekanis, dan pemrosesan bahan kimia. Pengukur aliran massa termal ABB telah dioptimalkan untuk digunakan di sektor digital, dengan rentang pengukuran yang diperluas 1:150 untuk meningkatkan kualitas sinyal dan fungsi diagnostik tambahan sebagai alat perawatan pencegahan.
Baca Juga : Definisi, Cara Kerja, Aplikasi Turbine Flow Meter
Kesimpulan
Dari artikel yang telah kami paparkan diatas yaitu “Prinsip Kerja, Kelebihan, dan Aplikasi Thermal Mass Flow Meter”, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
- Thermal mass flow meter atau pengukur aliran massa termal khususnya digunakan dalam aplikasi pengukuran aliran udara dan gas. Pengukur terdiri dari pemancar dan probe dengan sensor suhu (RTD) yang terletak di pin di bagian bawah probe.
- Semua Pengukur Aliran Massa Termal memiliki probe (gaya penyisipan) atau Badan Aliran (Gaya In-Line) yang mendukung sepasang sensor yang bersentuhan dengan gas.
- Sensornya adalah RTD platinum presisi, yang merupakan detektor suhu resistansi. Sensor ini terdiri dari gulungan platinum kelas referensi yang sangat stabil. Kami menggunakan bahan yang sama dengan yang digunakan sebagai Standar Resistensi Platinum di NIST.
- RTD dibungkus dengan selubung pelindung 316 SS untuk lingkungan industri.
- Satu RTD dipanaskan sendiri oleh sirkuit dan berfungsi sebagai sensor aliran. RTD lainnya berfungsi sebagai sensor referensi dan mengukur suhu gas. Pada dasarnya ini digunakan untuk kompensasi suhu.
- Arus yang diperlukan untuk mempertahankan panas berlebih ini mewakili sinyal aliran massa. Tidak diperlukan perangkat suhu atau tekanan eksternal.
Referensi : www.sensirion.com | new.abb.com | www.magnetrol.com | sagemetering.com
