CMOSens® bei Massenflusssensoren für Flüssigkeiten

Seit über 30 Jahren ist die thermische Massenflussmessung mit Wicklungen um eine Stahlkapillare der Standard in der genauen Messung und Dosierung von Massenströmen.

Die neue CMOSens® Technologie nimmt das zugrunde liegende physikalische Messprinzip auf und integriert einen extrem schnellen, miniaturisierten thermischen Sensor zusammen mit der gesamten hochpräzisen Auswerteschaltung auf einem einzigen CMOS Mikrochip. Ein Heizelement auf dem Mikrochip bringt für die thermische Flussmessung eine minimale Wärmemenge in das Medium ein. Zwei Temperatursensoren, symmetrisch oberhalb und unterhalb der Wärmequelle positioniert, erfassen mit hoher Sensitivität kleinste Temperaturdifferenzen und liefern so die grundlegende Information über die Wärmeausbreitung, welche direkt von der Fliessgeschwindigkeit abhängt. Mit der Integration auf einem einzigen Chip wird sichergestellt, dass die empfindlichen, analogen Sensorsignale störungsfrei und hochpräzise verstärkt, digitalisiert und weiterverarbeitet werden können. Die Halbleitertechnik bringt nebenbei noch den Vorteil mit sich, dass batteriebetriebene, kleine Sensormodule sehr gut zu realisieren sind.

Digitale Signalverarbeitung erlaubt zusammen mit gespeicherten Kalibrationsdaten eine Wiederholgenauigkeit von < 0.2% vom Messwert und die Ausgabe eines linearen, vollständig kalibrierten und temperaturkompensierten Fluss-Messsignals mit Geschwindigkeiten bis zu 200 Werten pro Sekunde. Während solche Sensoren intern voll digital arbeiten, können die Ausgangssignale wahlweise analog oder digital bereitgestellt werden.

Neben interessanten Lösungen für Gasapplikationen ermöglicht die neue CMOSens® Technologie vollständig mediengetrennte und volumenfreie Flüssigkeits-Massenstrommessung für Kleinstmengen. Sensoren auf Basis dieses neuen Prinzips sind extrem schnell, klein, leicht und in grossen Stückzahlen herstellbar. Die zuverlässige Erfassung von Massenströmen im Bereich von wenigen Millilitern pro Minute bis sogar hinunter in den Sub-Nanoliter-Bereich ist ohne Problem möglich.

Nur eine gerade Kapillare

In den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten ist Druckstabilität und eine vollständige Trennung des flüssigen Mediums von der Umgebung gefordert. Hierzu hat Sensirion eine erstaunliche und inzwischen patentierte Lösung erarbeitet: Die hochsensitiven Mikrochips sind durch ein spezielles Packaging in der Lage, mediengetrennt durch die Wandung von Kunststoff, Stahl oder Glaskapillaren hindurch Massenströme im Bereich von Nano-, Mikro- und Mililitern pro Minute direkt und mit höchster Präzision zu erfassen! Für das Fluid-System erscheint der Sensor dabei nur wie eine einfache, gerade Kapillare ohne jegliche Dichtungen, Totvolumina oder Hindernisse. Der Innendurchmesser kann je nach Flussbereich einige Millimeter oder Mikrometer betragen.

Ein auf dieser neuen Technologie basierender, digitaler Durchflusssensor für Flüssigkeiten ist schon bis zu 100 x schneller, 10 x kleiner, 25 x leichter als bisherige, konventionell aufgebaute Liquid Flow Meter, wobei das Optimierungspotential noch nicht ausgeschöpft ist und auch ohne Weiteres batteriebetriebene Varianten möglich sind.

Massenflussmesser SLG1430 für kleinste Durchflussraten

Massenflusssensor ASL1430 für Flüssigkeiten