Miniaturisierte thermische Fluidsensoren – Strömungs- und thermische Leitfähigkeitssensoren

Abstract

Sensoren zur Bestimmung der Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen werden in vielen Bereichen der Mess-und Automatisierungstechnik zur direkten und indirekten Zustandsüberwachung eingesetzt. Dieser Beitrag stellt unterschiedliche Varianten robuster Sensoren zur Bestimmung von Strömungseigenschaften (Geschwindigkeit, Richtung und Strömungsmenge) und zur Vermessung von thermischen Materialparametern (thermische Leitfähigkeit und thermische Diffusivität) von Fluiden vor. Diese Sensoren basieren auf einem thermischen Funktionsprinzip und sind mit Mitteln der Mikrotechnologie kostengünstig herstellbar. Ausgehend von einem einzigen Basisdesign können sie als kalorimetrische Strömungssensoren oder als thermische Leitfähigkeitssensoren ausgeführt und betrieben werden. Im vorliegenden Beitrag werden die theoretischen Grundlagen erläutert und einige Anwendungsbeispiele diskutiert.Schlüsselwörter: Fluidsensorik; Kalorimetrische Strömungssensoren; Thermische Leitfähigkeit; Thermische Diffusivität Miniaturized thermal fluid sensors -Flow and thermal conductivity sensors.Sensors for the determination of fluid and gas properties are being employed for direct and indirect condition monitoring in many application areas of instrumentation and automation. This article presents various robust sensors devised to measure flow properties (velocity, direction, and mass flow) as well as thermal properties (thermal conductivity and diffusivity) of fluids. These sensors are based on a thermal operation principle and can be manufactured with cost-effective microtechnology. Starting from one generic design, they can be implemented and operated as calorimetric flow sensors or thermal conductivity sensors. This article explains the theoretical foundations and discusses several application examples.