Systemtheoretische Modellbildung und Simulation eines Strömungssensors

Ein neuartiges thermisches Messprinzip zur medienunabhängigen Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit mittels des Laufzeitverfahrens (TOF: Time-of-Flight) ist Gegenstand der Untersuchung. Die Wärme fungiert hierbei als ein identifizierbarer Marker und ist als eine thermische Energie- und Transportgröße bei dem TOF-Verfahren die grundlegende Prozessgröße, die auf ein breites Spektrum an Fluiden anwendbar ist. In dieser Arbeit werden ein systemtheoretisches Modell des gesamten Sensors, ein Abgleich der simulativen und experimentellen Ergebnisse sowie die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit von unterschiedlichen Medien vorgestellt. Die Modellbildung erfolgt durch die Unterteilung des gesamten Systems in drei Subsysteme: Das Wärmeerzeugungssystem mittels Hitzdraht, das Wärmeströmungssystem im Fluidgebiet und die Wärmedetektion stromabwärts durch Temperatursensoren. Anhand elektrischer, thermodynamischer und strömungsmechanischer Parameter werden die Subsysteme als lineare, zeitinvariante Systeme (LZI) charakterisiert.