Luftmassenmessung

Luftmassenmessung bezeichnet die Bestimmung der Masse der durchströmenden Luft pro Zeiteinheit. Sie ist grundlegend für Verbrennungsvorgänge in Motoren, Regelungen in der Heizungs- und Klimatechnik sowie in meteorologischen Messsystemen. Die zentrale Größe ist die Masseflussrate ṁ (kg/s); sie hängt von der Luftdichte ρ (kg/m³), dem volumetrischen Fluss v̇ (m³/s) und der Querschnittsfläche ab, üblicherweise ausgedrückt durch ṁ = ρ v̇.

Es gibt zwei wesentliche Messprinzipien. Kalorimetrische Sensoren verwenden heiße Draht- oder Heißfilm-Elemente: Ein Heizelement wird konstant auf eine bestimmte Temperatur gehalten, und die Abkühlung durch den Luftstrom wird gemessen. Der benötigte Heizstrom oder die gemessene Spannung ist proportional zum Massenstrom. Differenzdruckbasierte Messungen nutzen ein Drossel- oder Venturi-Bauelement; der Druckabfall zwischen Upslope und Downslope hängt vom Volumenstrom ab und wird zusammen mit der Luftdichte in die Masseflussrate umgesetzt. In Fahrzeugen dominieren Kalorimetersensoren, während industrielle Anwendungen auch Venturi- oder Flügelrad-Sensoren verwenden.

In der Fahrzeugtechnik liefern MAF-Sensoren (Mass Air Flow) typischerweise in der Ansaugstrecke vor dem Motor eine direkte Schätzung der Luftmasse, was für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das Motormanagement entscheidend ist. Moderne Systeme nutzen neben dem MAF-Sensor oft Temperatur- und Drucksensoren zur Korrektur der Messung. Bei der Kalibrierung spielen Alterung, Verschmutzung und Temperaturdrift eine wesentliche Rolle.

Weitere Anwendungen finden sich in Heizungs- und Klimatechnik, in der industriellen Prozesssteuerung und in meteorologischen Messnetzen, wo Massenströme von Luft durch Kombination verschiedener Sensorprinzipien bestimmt werden.

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