Durchflusssensoren messen Volumen- und Massenströmen von Gasen und Flüssigkeiten in vielen Anwendungen in der Industrie sowie der Medizintechnik. Ein möglichst universell verwendbarer Sensor muss daher unterschiedlichste Forderungen erfüllen: Er sollte in einem weiten Temperatur- und Messbereich einsetzbar und widerstandsfähig gegenüber Abrieb und aggressiven Medien sein, außerdem erfordert der flexible Einbau in verschiedenste Apparaturen oft eine extreme Miniaturisierung.
Beim Siflo-Durchflussensor sind das Heizelement und die Messwiderstände direkt auf dem MEMS-Chip enthalten.IS-Line
Siflo Technologies stellt mit dem PTFD20 (Vertrieb: IS-Line) ein patentiertes monolithisches MEMS-Sensorelement für den einfachen Aufbau von Massendurchflusssensoren aller Art vor. Dieses nutzt als Messprinzip das bekannte kalorimetrische Verfahren: Der Sensor besteht dabei im Wesentlichen aus einem Heizelement und zwei differenziell angeordneten Temperatursensoren. Der Temperaturgradient ist – je nach den thermischen Eigenschaften des jeweiligen Mediums – ein Maß für die Fließgeschwindigkeit und damit für den Volumen- oder Massenstrom.
Komplett gekapselt
Während bei herkömmlichen Technologie das Heizelement und die Messwiderstände direkt mit dem zu messenden Medium in Kontakt kommen, zeichnet sich der neue Sensor dadurch aus, dass er sich vollständig im Inneren des monolithischen Halbleiters befindet. Das Medium berührt also nur die robuste Siliciumcarbid-Schicht (SiC) des Sensors. Dieser ist somit gegen Verschleiß optimal geschützt. Außerdem setzt die Siflo-Lösung auf Thermoelemente an Stelle von Widerstandsthermometern, was ein günstigeres Rauschverhalten des Messsignals zur Folge hat.
Der Sensor ist sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten ausgelegt und kann für die direkte Messung in den weiten Durchflussbereichen von wenigen 10 sccm (Standard-Kubikzentimeter) bis über 300 slm (Standard-Liter pro Minute) und im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +125 °C eingesetzt werden. Der Chip ist nur 3,9 x 1,8 mm klein. Die Versorgungsspannung des Heizers liegt im Bereich von 3 bis 5 V bei einer Stromnahme von typisch 15 mA. Die Thermoelemente liefern ein vergleichsweise großes Ausgangssignal von 170 mV (Full Scale).
Der Hersteller liefert den Sensor auf variablen Substraten (PCB oder Keramik) sowie angepasst an kundenspezifische Gehäuse. Er eignet sich daher für eine Vielzahl an Anwendungen: in der Medizin zum Beispiel für Beatmungsgeräte, Ventilatoren, Anästhesie-Equipment oder Patienten-Monitoring, aber auch im industriellen Einsatz, zum Beispiel bei Leckage-Messungen, in der Spektroskopie, bei der Überwachung von Brennstoffzellen oder im Bereich der Klima- und Umweltmessung.
Joachim Hachmeister
(lei)
