Расходомер представляет собой инструмент, предназначенный для определения объемного или массового расхода различных веществ, таких как природный газ, горючие и агрессивные газы, а также продукты разделения воздуха. Рассчитать объемы потока в промышленных условиях или домашних хозяйствах можно без необходимости обращения к специалистам.
В данном материале мы подробно рассмотрим особенности измерения газа, опишем устройства, используемые для этой цели, и ситуации, когда целесообразно применять различные методы для определения расхода газа.
Существует несколько основных методов измерения расхода газа, включая механические, электронные и дифференциальные устройства. Механические расходомеры, такие как турбинные и ротаметры, используют физические принципы для определения потока. Они обычно просты в установке и эксплуатации, но могут быть чувствительны к колебаниям температуры и давления.
Электронные расходомеры, включающие ультразвуковые и электромагнитные устройства, обеспечивают высокую точность и возможность работы в сложных условиях. Эти приборы часто используются в промышленных системах, где требуется мониторинг в реальном времени. Кроме того, важной частью современных систем является интеграция с программным обеспечением для сбора и анализа данных, что позволяет оптимизировать работу газового оборудования.
Дифференциальные расходомеры измеряют разницу давления, создаваемую потоком газа, и могут использоваться в широком диапазоне условий. Они подойдут для применения там, где важна высокая точность измерений на малых расходах.
Немаловажным аспектом выбора расходомера является вид газа, его температура и давление, а также монтажные условия. При правильном выборе и установке расходомера можно значительно повысить эффективность эксплуатации систем газоснабжения и обеспечить безопасную работу оборудования. Обсуждая выбор устройства, стоит учитывать не только параметры самой установки, но и экономические факторы, такие как стоимость прибора и его обслуживание.
Краткое содержание статьи
Прямой метод измерения потребления газа
Объем газа выражают в кубических метрах, хотя для технологических газов иногда могут быть использованы и другие единицы массы, такие как тонны или килограммы.
Прямой метод является единственным способом, позволяющим выполнять непосредственное измерение объема газа, проходящего через устройство.
Среди негативных аспектов, присущих приборам для определения объемного или массового расхода, можно отметить:
- Ограниченные возможности расходомеров в условиях, когда газ загрязнен.
- Существенная вероятность повреждений из-за временного перекрытия потока или возникших пневматических ударов.
- Высокая цена ротационных счетчиков на фоне аналогичных приборов.
- Большие размеры таких устройств.
Тем не менее, положительные аспекты этого метода перекрывают указанные недостатки, в результате чего он стал наиболее распространенным вариантом среди установленных счетчиков.
Используя расходомер, можно легко определить массу или объем вещества, протекающего за определенный период времени. Установка устройства на наклонной части трубопровода поможет снизить вероятность ошибки при измерении.
Метод включает в себя прямое измерение объема газа, а также независимость от искажений, касающихся графиков скоростей потока, что дает возможность минимизировать УУГ. Диапазон измерений может достигать 1:100. Для этой цели применяются мембранные и ротационные приборы, которые могут использоваться в помещениях с установленными котлами импульсного типа.
Косвенные методы измерения
Методы измерения предполагают, например, вычисление скорости потока вещества через заданную площадь. Для достижения высокой точности результатов необходимо обеспечить однородность скорости движения газа.
Измерение расхода газа по перепаду давления
Этот метод относится к наиболее популярным и исследованным способом определения расхода газа, основанному на использовании сужающих устройств, что обеспечивает его простоту и надежность. Измерения производятся на основе перепада давления, который возникает в газопроводе через место сужения. Для расчета не потребуется установка специальных расходомерных стендов.
При всех преимуществах, этот метод обнаруживает определенные недостатки, включая ограниченный диапазон измерений, который, даже с учетом многоуровневых датчиков давления, не превышает 1:10.
Стандартные сужающие устройства изготовляются с высокой степенью технологии и строгими требованиями к шероховатости, и допускается их использование только на гладких трубопроводах.
Гидравлическое сопротивление в газопроводах может повлиять на точность измерений из-за изменения средних скоростей на входе в диафрагму. Длина прямых участков перед сужающими устройствами должна составлять не менее 10 диаметров указанного трубопровода.
Скоростной метод определения расходов
В этом методе применяются турбинные преобразователи. У данных устройств имеются свои плюсы, такие как компактные размеры и доступная стоимость в своей категории.
Они не чувствительны к пневматическим ударам. Диапазон измеряемых значений расхода достигает 1:30, что значительно превышает этот показатель для сужающих устройств.
ТПР преобразователь расхода турбинного типа работает в диапазоне температур от -200 до +200 °С для неагрессивных и однофазных криогенных жидкостей, а для агрессивных — от -60 до +50 °С.
Среди недостатков можно отметить небольшую чувствительность к искажениям потока на входе и выходе устройства, а также отклонение от результатов при измерении пульсирующих потоков газа. В случае небольших расходов, составляющих от 8 до 10 м³/ч, эти расходомеры становятся неэффективными.
Ультразвуковой метод измерения
С ростом микроэлектроники возросла популярность акустических расходомеров, используемых для определения объема газа, особенно в коммерческом учете. Эти приборы свободны от подвижных частей и не имеют деталей, выступающих в поток, что значительно повышает их надежность.
Процесс измерения происходит в широком диапазоне значений, что обуславливается возможностью длительной работы устройства от встроенного источника питания. Однако отечественные приборы не всегда удовлетворяют всем необходимым стандартам, и для получения корректных результатов требуется применение исключительно многолучевых ультразвуковых расходомеров.
Классификация расходомеров по принципу действия
Расходомеры классифицируются по различным параметрам, включая давление, тип газа и температурные режимы. Выбор устройства должен основываться на специфических условиях эксплуатации и задачах, которые стоят перед ним.
Измерительные устройства состоят из различных компонентов, таких как преобразователь, отвечающий за перепад давления, соединительные элементы и манометры.
Тип #1 — струйные автогенераторные расходомеры
Эти расходомеры, также применяемые для расчета расхода природного газа, обладают уникальными характеристиками. Они оборудованы отрицательными обратными связями, а частота включения струи зависит от расхода газа.
Счетчики, созданные на основе струйных расходов, могут использоваться для коммерческого учета без предварительных проверок и сертификаций.
1 — струйный элемент; 2 и 3 — преобразователи; 4 — устройство для выдачи сигнала; 5 — сопло для подачи; 6 — рабочая камера; 7 и 8 — стенки рабочей камеры; 9 — разделитель; 10 и 11 — управляющие сопла; 12 и 13 — каналы приема; 14 и 15 — каналы сброса; 16 и 17 — обратные каналы; 18 — расширение сопла подачи; 19 — уступ на сопле подачи.
Однако струйные автогенераторные расходомеры подвержены засорению, и к их недостаткам можно отнести также нестабильность преобразовательных показателей.
Данные приборы имеют аналогичные недостатки с вихревыми устройствами, включая:
- зависимость от искажений графиков скоростей при использовании совместно с сужающими устройствами;
- потери давления, которые являются невозвратными;
- большие габариты конструкции;
- значительная нестабильность преобразовательных показателей.
Преимущества автогенераторного расходомера аналогичны вихревым устройствам, за исключением того, что они могут работать с загрязненными газами. Тем не менее, данные расходомеры не нашли широкого применения в коммерческом учете.
Тип #2 — вихревые расходомеры-счетчики
Приборы имеют несколько заметных преимуществ, в том числе точность измерений, отсутствие чувствительности к загрязнениям и пневматическим ударам, легкость в эксплуатации и отсутствие подвижных компонентов.
Эти устройства способны работать в сложных условиях, с гарантией точности при температурах до 500 градусов Цельсия и давлениях до 30 МПа.
Однако существуют и значительные недостатки, такие как высокая чувствительность к механическим колебаниям и потеря давления. Диаметр трубопровода для таких устройств должен находиться в пределах 15-30 см.
Тип #3 — ультразвуковые расходомеры
Также известные как акустические, эти приборы имеют ряд важных преимуществ:
- отсутствие гидравлических сопротивлений;
- в конструкции нет подвижных частей, что увеличивает надежность;
- высокая прочность устройства;
- быстрая реакция.
Расходомер основан на определении разницы во времени прохождения сигнала.
Работа ультразвуковых устройств не зависит от температуры, давления окружающей среды, вязкости и электропроводности, что гарантирует высокую точность данных.
Ультразвуковые сенсоры, расположенные по диагонали, выполняют функции приемников и излучателей, а использование нескольких каналов помогает компенсировать любые искажения потока.
Тип #4 — барабанные расходомеры
Эти устройства в основном применяются для лабораторных исследований. Давление, создаваемое при вращении барабана, заполняет секции газом и ведет к их последующему опустошению.
Для работы барабанных счетчиков (без импульсного генератора) не требуется постоянный источник питания, что является их очевидным преимуществом.
Количество оборотов барабана пропорционально газовым объемам, а результаты отображаются на счетном циферблате. Барабанные расходомеры обеспечивают высокую точность измерений.
Тип #5 — левитационные устройства
В этих устройствах подвижная часть тахометра вращается в подшипниках, и её скорость соответствует объемному расходу газа. Преобразование скорости вращения в электрический сигнал осуществляется вторичным преобразователем, отображая результаты на индикаторе.
Левитационные приборы могут функционировать при температурах от -30 до +50 градусов Цельсия, с погрешностью ± 1,5%.
Эти устройства находят применение в коммерческом учете потребления природного газа как в бытовых, так и в коммунальных секторах.
Тип #6 — мембранные счетчики
Патент на создание одного из самых распространенных счетчиков газа был выдан в конце 19 века в Англии.
Механический расходомер функционирует на основе перемещения подвижных мембран в камерах при поступлении газа. Движение происходит поочередно в процессе впуска и вытеснения вещества.
Прибор для измерения газового потока, работающий по мембранному принципу, может иметь две или четыре камеры, что зависит от объема измеряемого газа и конструкции устройства.
Счетное устройство активируется системами редуктора и рычагов. Такие механизмы позволяют измерять значения в широком диапазоне, достигая соотношения 1:100.
Тип #7 — ротационные приборы
В механическом устройстве, в выполненной из трубы измерительной камере, находятся два ротора, которые вращаются под давлением вещества. Вращающиеся элементы расположены под углом 90 градусов друг к другу, а их начальные позиции фиксируются с помощью синхронизирующих колес.
Объем достаточного газа соответствует количеству оборотов роторов. Вращение осуществляется благодаря магнитной муфте и редуктору, которые передают движение на счетное устройство, отвечающее за суммирование объема прошедшего вещества.
Ротационные расходомеры характеризуются высокой пропускной способностью и применяются в коммунальных хозяйствах, а также на предприятиях с умеренным и малым потреблением газа.
К основным преимуществам ротационных расходомеров относятся высокая точность измерений, компактные размеры и широкий диапазон расхода. Однако они также имеют некоторые недостатки, такие как шумность работы, высокая стоимость и чувствительность к загрязнениям и внешним факторам.
Тип #8 — турбинные расходомеры
Механическое устройство в виде трубки содержит внутри турбину с валом и поддерживающими элементами. Движение этого механизма осуществляется за счет потока газа, проходящего через измерительную камеру.
Скорость перемещения механизма соизмерима со скоростью потока газа. Накопленный объем фиксируется на счетном механизме, к которому передача движения идет механическим способом через редуктор и систему шестерен.
Турбинный счетчик можно использовать только с чистыми веществами, такими как газ, жидкость или пар, которые не содержат твердых частиц.
Кроме уже упомянутых, имеются и другие типы устройств, которые в основном применяются в научных исследованиях и практически не используются в коммерции.
Рекомендуем ознакомиться с другой нашей публикацией, в которой подробно описано, как правильно выбрать газовый счетчик для домашнего использования. Узнать больше можно, пройдя по данной ссылке.
Приборы для измерения количества газа
Устройства, предназначенные для измерения расхода газа, делятся на несколько категорий в зависимости от принятых методов вычисления. Применяемые скоростные приборы устанавливают объем вещества, не имеющего измерительных камер. В таких устройствах чувствительным элементом является турбинка (тангенциальная или аксиальная), которая вращается под воздействием потока вещества.
Объемные счетчики имеют меньшую зависимость от характеристик продукта. К их недостаткам можно отнести конструктивную сложность, высокую стоимость и значительные размеры. Эти устройства состоят из нескольких измерительных камер и имеют более сложную технику. Они подразделяются на различные виды: поршневые, лопастные и шестеренчатые.
Существуют также другие классификации газовых счетчиков, включающие три типа: роторные, барабанные и клапанные устройства.
Роторные счетчики отличаются высоким значением пропускной способности. Их работа основана на подсчете количества оборотов лопастей внутри устройства, что соответствует объему проходящего газа. Главными преимуществами таких счетчиков являются долговечность, независимость от электроэнергии и высокая стойкость к кратковременным нагрузкам.
Газовые счетчики барабанного типа действуют по принципу вытеснения. При этом параметры, такие как температура, состав газа и уровень влажности, не принимаются во внимание.
Барабанные счетчики включают корпус, счетный механизм и барабан с измерительными камерами. Принцип работы этого устройства заключается в определении числа оборотов барабана, которое происходит из-за разности давления. Несмотря на свою точность, это устройство не получило широкого применения из-за громоздких размеров.
Работа клапанных счетчиков основана на перемещении подвижной перегородки, на которую воздействует разность давления. Устройство состоит из нескольких компонентов, включая счетный механизм и газораспределительное устройство, и имеет значительные размеры, что затрудняет его использование в быту.
Выводы и полезное видео по теме
В следующем видео мы поговорим о принципах работы вихревых газовых расходомеров:
Измерение расхода газа является одной из важных задач в производственном процессе. На рынке существует множество устройств с разнообразными конструкции и рабочими принципами, позволяющими удовлетворить как промышленные, так и бытовые потребности. С их помощью можно точно определить практически любое количество жидкости или газа без необходимости в специализированной калибровочной установке.
Если у вас есть интересные замечания по теме статьи, вопросы или желание участвовать в обсуждении, оставляйте свои комментарии в указанном ниже блоке.
