Kühlmitteldurchflusssensoren messen den Flüssigkeitsdurchfluss durch Wärmemanagementkreisläufe in UAVs, UGVs, USVs, AUVs, ROVs und anderen unbemannten Plattformen. Sie unterstützen die Kühlung von Triebwerken, Batterien, Motoren, Leistungselektronik, Avionik, Computersystemen und Missionsnutzlasten, indem sie Daten zum Durchfluss oder zum Zirkulationsstatus an die Fahrzeugsteuerungen liefern.
Auf dieser Seite werden Anbieter von Kühlmitteldurchflussmessern und -sensoren vorgestellt, darunter Modelle mit Ultraschall-, Turbinen-, Hall-Effekt-, Schaufelrad-, Wirbel-, thermischen und elektromagnetischen Sensoren.
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Hochpräzise Ultraschall-Kraftstoffdurchflussmesser für UAVs | Echtzeit-Kraftstoffüberwachung für UAVs
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Kühlmitteldurchflusssensoren messen den Durchfluss von Flüssigkeit durch Wärmemanagementkreisläufe, die zur Regelung von Motoren, Batterien, Leistungselektronik, Antriebssystemen, Avionik und Missionsausrüstung dienen. In unbemannten Plattformen kann eine zuverlässige Kühlmittelüberwachung den Steuerungssystemen dabei helfen, sicherzustellen, dass Pumpen, Ventile, Wärmetauscher und Kühlplatten wie vorgesehen funktionieren.
Ein Kühlmitteldurchflussmesser kann kontinuierlich Durchflussdaten liefern oder lediglich erfassen, ob die Zirkulation innerhalb eines definierten Betriebsbereichs bleibt. Je nach Plattformarchitektur kann das Sensorausgangssignal über Impuls-, Analog-, Frequenz- oder digitale Schnittstellen an eine Fahrzeugsteuerung, einen Flugcomputer, eine Motorsteuereinheit oder ein spezielles Kühlmittelüberwachungssystem übertragen werden. Kompakte Inline-Bauformen sind besonders nützlich, wenn Einbauraum, Gewicht, Stromverbrauch, Druckabfall und hydraulische Verluste streng kontrolliert werden müssen.
Ultraschall-Kühlmittel-Durchflusssensoren ermitteln den Durchfluss durch die Messung des Verhaltens von akustischen Signalen, die durch die Flüssigkeit übertragen werden. Bei Durchlaufzeit-Konstruktionen wird die Laufzeit des Schalls in Flussrichtung und entgegen der Flussrichtung verglichen, wodurch Geschwindigkeit und Volumenstrom berechnet werden können, ohne dass rotierende Komponenten in den Flüssigkeitsstrom eingebracht werden müssen. Da sie keine beweglichen Teile enthalten, können sie den mechanischen Verschleiß und Durchflussbehinderungen verringern, obwohl Blasen, die Einbaugeometrie und die akustischen Eigenschaften der Flüssigkeit die Messleistung beeinflussen können.
ALSONIC-Serie von Kühlmittel-Durchflussmessgeräten von Allengra
Bei Turbinensensoren wird ein kleiner Rotor in den Kühlmittelstrom eingebracht, und der Durchfluss wird anhand seiner Drehzahl ermittelt. Ein Hall-Effekt-Sensor kann den Durchgang magnetischer Rotorelemente erfassen und eine zur Durchflussrate proportionale Impulsfrequenz erzeugen. Dieser Ansatz eignet sich gut für kompakte Inline-Kühlmittel-Durchflussmesser, allerdings können Lager und andere bewegliche Komponenten durch Verunreinigungen, langfristigen Verschleiß oder hochviskose Flüssigkeiten beeinträchtigt werden. Der Druckabfall durch den Sensor sollte ebenfalls berücksichtigt werden, wenn die verfügbare Förderhöhe der Pumpe begrenzt ist.
Raddurchflusssensoren verwenden ein rotierendes Laufrad, das teilweise oder vollständig im Kühlmittelstrom positioniert ist. Die Drehzahl wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das der Flüssigkeitsgeschwindigkeit und – nach Kalibrierung für den Durchflusskanal – dem Volumenstrom entspricht. Schaufelradgeräte bieten eine relativ einfache Möglichkeit zur Kühlmittelüberwachung, allerdings sollten Einbaulage, Ablagerungen, Partikelverunreinigungen und das Verhalten bei geringem Durchfluss berücksichtigt werden.
Wirbelsensoren führen einen Strömungsstörer in den Strömungskanal ein und messen die stromabwärts erzeugten Wirbel. Innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs des Sensors entspricht die Wirbelablösungsfrequenz der Strömungsgeschwindigkeit und kann daher zur Berechnung der Durchflussmenge herangezogen werden. Diese Sensoren enthalten kein rotierendes Messelement, erfordern jedoch eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit und eine geeignete Reynolds-Zahl, um ein stabiles Wirbelmuster zu erzeugen, was die Leistungsfähigkeit bei sehr geringen Durchflussmengen einschränken kann.
Thermische Durchflusssensoren messen Änderungen der Wärmeübertragung, die durch ein Kühlmittel verursacht werden, das über ein beheiztes Sensorelement strömt. Ihre Festkörperbauweise eignet sich für kompakte und wartungsarme Installationen, bei denen bewegliche Teile unerwünscht sind. Die Leistung hängt von den thermischen Eigenschaften des Kühlmittels ab, weshalb Kalibrierung und Temperaturkompensation wichtig sind, wenn die Zusammensetzung des Kühlmittels oder die Betriebstemperatur erheblich variieren. Die elektromagnetische Durchflussmessung kann auch bei ausreichend leitfähigen Kühlmitteln auf Wasserbasis eingesetzt werden und ermöglicht eine Messung ohne rotierendes Sensorelement; sie ist jedoch für nichtleitende dielektrische Flüssigkeiten und viele Öle ungeeignet.
Verbrennungsmotoren erfordern eine kontrollierte Kühlmittelzirkulation, um Wärme von den Motorkomponenten an einen Kühler oder einen anderen Wärmetauscher abzuleiten. Elektrische und hybride Antriebssysteme können ebenfalls Kühlmittel durch Motoren, Wechselrichter, Generatoren und die zugehörige Leistungselektronik zirkulieren lassen, während Brennstoffzellensysteme sorgfältig geregelte thermische Bedingungen erfordern. Die Durchflussmessung hilft bei der Überprüfung der Zirkulation und kann frühzeitig Hinweise auf einen Verschleiß der Pumpe, Verstopfungen, Leckagen oder eingeschränkte Kühlmitteldurchgänge liefern.
Hochleistungsbatterien und Stromumwandlungsgeräte können bei Hochlastbetrieb und während des Ladevorgangs erhebliche Wärme erzeugen. Bei flüssigkeitsgekühlten Systemen kann das Kühlmittel durch Kühlplatten oder Kanäle geleitet werden, die sich in unmittelbarer Nähe zu Zellen, Modulen, Wechselrichtern und Motorsteuerungen befinden. Ein Durchflussmesser für das Kühlmittel ermöglicht es dem Steuerungssystem, die thermische Leistung mit der tatsächlichen Zirkulation abzugleichen und einen unzureichenden Durchfluss zu erkennen, bevor die Komponententemperaturen die zulässigen Grenzwerte überschreiten.
Hochleistungsprozessoren, Sensornutzlasten, Radarelektronik, Kommunikationsgeräte und andere Missionssysteme können eine Flüssigkeitskühlung erfordern, wenn passive oder luftbasierte Methoden nicht ausreichen, um ausreichend Wärme abzuführen. Daten zum Kühlmitteldurchfluss können mit Temperaturmessungen kombiniert werden, um die Wärmeabfuhrleistung zu überprüfen und die adaptive Steuerung von Pumpen oder Ventilen zu unterstützen. Dies kann insbesondere bei dicht bestückten unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) von Bedeutung sein, bei denen die thermische Kapazität und der verfügbare Luftstrom während des Fluges schwanken.
Unbemannte Bodenfahrzeuge (UGVs) können Flüssigkeitskühlung für Verbrennungsmotoren, elektrische Antriebsstränge, Batterien, Stromrichter, Computer und Sensorsysteme nutzen. Ihre Kühlsysteme können Staub, Vibrationen, Stößen, steilen Fahrzeugneigungen und starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Ein robuster Kühlmitteldurchflusssensor kann dazu beitragen, den Überblick über den Kreislauf zu behalten, wo eine Durchflussbeeinträchtigung oder eine Verschlechterung der Komponenten während des autonomen Betriebs andernfalls nur schwer zu erkennen wäre.
Unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs), autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs) können geschlossene Kühlkreisläufe nutzen, um Wärme von Antriebselektronik, Batterien, Computersystemen und Unterwasserinstrumenten abzuführen. Bei der Auswahl von Sensoren für diese Plattformen müssen Aspekte wie Korrosion, Abdichtung, interner Systemdruck, Belastung durch Außendruck, Flüssigkeitsverträglichkeit und Gehäuseausführung berücksichtigt werden. Eine zuverlässige Durchflussrückmeldung ist besonders wertvoll, wenn das Fahrzeug während eines Einsatzes nur begrenzte Möglichkeiten zur manuellen Überprüfung bietet.
Das Kühlmittel selbst kann die Genauigkeit, Lebensdauer, Dichtheit, den Druckabfall und die Kalibrierung des Sensors erheblich beeinflussen. Zu den gängigen Medien gehören:
Bei der Materialauswahl sollten zudem Dichtungen, Sensorgehäuse, benetzte Oberflächen, Korrosionsinhibitoren sowie mögliche Veränderungen der Kühlmittelchemie über die gesamte Lebensdauer der Plattform hinweg berücksichtigt werden.
Die Auswahl eines Inline-Kühlmittel-Durchflussmessers umfasst mehr als nur die Anpassung an den Nennrohrdurchmesser. Wichtige Auswahlkriterien sind:
Die Genauigkeit des Sensors sollte letztendlich als Teil des gesamten Kühlsystems bewertet werden. Die Geometrie der Rohrleitungen, der Druckabfall, der Lufteinschluss, die Pumpenpulsation, Temperaturschwankungen, die Einbaulage, elektrische Störungen und die Signalverarbeitung können die Messunsicherheit und die Qualität der gemeldeten Durchflussmessung beeinflussen.
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