Cum și în ce se măsoară consumul de gaz: metode de măsurare + prezentare generală a tuturor tipurilor de debitmetre de gaz

Debitmetrul – un dispozitiv pentru măsurarea debitului volumetric sau masic al substanțelor, inclusiv gaze naturale, gaze combustibile, gaze agresive, produse de separare a aerului. Calculul volumelor de flux în întreprinderile din domeniul industrial sau în uz casnic poate fi efectuat și fără implicarea specialiștilor.

În continuare, vom explica cum și în ce se măsoară gazul, vom oferi o descriere a aparatelor care sunt utilizate în acest scop, precum și vom analiza principalele metode de determinare a debitului de gaz.

Metoda directă de măsurare a consumului de gaz

Volumul gazului se calculează în metri cubi, mai rar sunt utilizate alte unități de masă, cum ar fi tonele sau kilogramele, de regulă, pentru gazele tehnologice.

Metoda directă – este singura metodă care asigură măsurarea directă a volumului de gaz care trece.

Printre punctele slabe ale aparatelor care calculează debitul volumetric sau masic al substanței se numără:

1. Funcționare limitată a debitmetrelor în condiții de gaz contaminat.
2. Există o probabilitate ridicată de defecțiune ca urmare a blocării parțiale a fluxului sau a șocului pneumatic.
3. Costul ridicat al contoarelor rotative în comparație cu alte instrumente.
4. Dimensiuni mari ale dispozitivelor.

Numeroasele avantaje ale acestei metode depășesc dezavantajele enumerate, motiv pentru care aceasta a obținut cea mai largă răspândire în ceea ce privește numărul de contoare instalate.

Cu ajutorul debitmetrului, se poate calcula volumul sau masa substanței pe unitate de timp. Instalarea pe un tronson înclinat al conductei va permite reducerea erorii de măsurare.

Printre acestea se numără – măsurarea directă a volumului de gaz, absența dependenței de distorsiunile graficului vitezei fluxului, atât la intrare, cât și la ieșire, ceea ce permite reducerea UUG. Lățimea domeniului este de până la 1:100. În acest scop se utilizează aparate de tip membrană și rotațional. Acestea pot fi utilizate în încăperi cu centrale termice de tip impuls instalate.

Metode indirecte de măsurare

Aceste metode prevăd calcularea, de exemplu, a vitezei de curgere a substanței printr-o arie de secțiune dată. Pentru a obține rezultate cât mai precise, este necesar să se uniformizeze viteza de mișcare a gazului.

Măsurarea debitului de gaz prin diferența de presiune

Una dintre cele mai răspândite și studiate metode de măsurare a debitului de gaz, bazată pe utilizarea unui dispozitiv de strangulare, prezintă câteva avantaje, inclusiv simplitatea mecanismului traductorului de debit, a cărui acțiune este orientată spre măsurarea diferenței de presiune a substanței care curge printr-o strangulare locală în conducta de gaz. Pentru efectuarea calculelor nu vor fi necesare standuri de debitmetre.

În ciuda existenței unei baze științifice-tehnice complete, această metodă de măsurare are câteva dezavantaje semnificative – o gamă mică de măsurare, care, chiar și ținând cont de senzorii de presiune cu mai multe game, nu depășește valoarea 1:10.

Dispozitivele de strangulare standard sunt fabricate conform unei tehnologii speciale, cu cerințe ridicate de rugozitate. Se permite utilizarea lor exclusiv pe conducte netede.

Rezistențele hidraulice în conductele de gaz sporesc sensibilitatea la graficul modificării a medii vitezelor pe adâncimea sau lățimea fluxului la intrarea în diafragmă. Lungimea porțiunilor drepte înaintea dispozitivelor de strangulare trebuie să fie de cel puțin 10 diametre DN ale construcției din țevi.

Metoda rapidă de determinare a cheltuielilor

Pentru această metodă se utilizează traductoare de tip turbină. Aceste dispozitive au câteva avantaje, inclusiv dimensiuni și greutate reduse, un preț accesibil în categoria lor.

Aceste dispozitive nu au sensibilitate la șocurile pneumatice. Intervalul valorilor de măsurare a debitului este de până la 1:30, ceea ce depășește semnificativ indicatorul similar pentru dispozitivele de strangulare.

Traductorul de debit turbină TPR poate fi utilizat într-un mediu la o temperatură de la -200 până la +200 °C, dacă dispozitivul este instalat pentru lichide criogenice neagresive și monofazice. Pentru lichide agresive, intervalul va fi de la -60 până la +50 °C.

Printre dezavantaje se poate menționa sensibilitatea, deși nesemnificativă, la distorsiunile fluxului la intrarea și ieșirea dispozitivului, abaterea rezultatelor măsurătorilor pentru fluxurile de gaz pulsatorii. La debite mici, în intervalul de la 8 până la 10 m³/h, debitmetrele nu sunt funcționale.

Metoda de măsurare ultrasonică

Popularitatea debitmetrelor acustice, cu ajutorul cărora se măsoară cantitatea de gaz, în special în contorizarea comercială, a crescut odată cu dezvoltarea microelectronicii. În debitmetrele acustice nu există părți mobile, precum și piese care ies în flux, ceea ce le sporește semnificativ fiabilitatea.

Măsurarea se efectuează într-un interval larg de valori datorită capacității dispozitivului de a funcționa o perioadă îndelungată de la o sursă de alimentare internă. Aparatele autohtone nu îndeplinesc toate cerințele necesare, deoarece, pentru a evita influența distorsiunilor fluxului de gaz asupra rezultatelor calculelor, este necesar să se utilizeze exclusiv debitmetre ultrasonice cu fascicule multiple.

Clasificarea debitmetrelor după principiul de funcționare

Debitmetrele se deosebesc prin mai mulți parametri, inclusiv presiunea, tipul gazului utilizat, regimul de temperatură. Dispozitivul trebuie ales în funcție de condițiile de aplicare, precum și de sarcinile stabilite.

Instrumentele de măsurare sunt compuse din părți precum traductorul responsabil de căderea de presiune, elementul de legătură și manometrul.

Tip #1 – cu jet autogeneratoare debitmetre

Debitmetrul de acest tip, destinat și măsurării debitului de gaze naturale, are câteva caracteristici distinctive. Aparatul este acoperit de reacții negative, iar frecvența conexiunilor jetului depinde de debitul gazului.

Contoarele fabricate pe baza debitmetrelor cu jet sunt utilizate pentru contorizarea comercială fără expertiză prealabilă.

1 – element cu jet; 2 și 3 – traductoare; 4 – dispozitiv de extragere a semnalului; 5 – duză de alimentare; 6 – cameră de lucru; 7 și 8 – pereții camerei de lucru; 9 – separator; 10 și 11 – duze de comandă; 12 și 13 – canale de recepție; 14 și 15 – canale de evacuare; 16 și 17 – canale de reacție; 18 – extinderea duzei de alimentare; 19 – treaptă pe duza de alimentare

Debitmetrul de tip cu jet autogenerator este predispus la înfundare, printre neajunsurile sale se numără și instabilitatea raportului de conversie.

Aceste aparate au neajunsuri similare cu dispozitivele vortex:

• dependența de distorsiunile profilului de viteze, în cazul utilizării împreună cu dispozitive de strangulare;
• pierderile masice de sarcină sunt ireversibile;
• partea principală a debitmetrului are dimensiuni foarte mari;
• instabilitate semnificativă a raportului de conversie.

Avantajele debitmetrului autogenerator nu diferă de cele ale dispozitivului vortex, cu excepția capacității de a lucra cu gaze poluate. Aceste debitmetre nu au găsit o aplicare practică largă în contorizarea comercială.

Tip #2 – debitmetre-contor vortex

Se evidențiază câteva puncte forte ale aparatelor, inclusiv precizia măsurătorilor efectuate, lipsa sensibilității la impurități și șocuri pneumatice, ușurința în exploatare, iar dispozitivul nu are părți mobile.

Aparatele rezistă la cele mai dure condiții externe, precizia indicațiilor este garantată la o temperatură ambientală de până la 500 de grade Celsius, nivelul maxim de presiune – 30 MPa

Sunt cunoscute și dezavantaje semnificative ale utilizării acestui tip de debitmetre – sensibilitate crescută la vibrații mecanice, scăderea presiunii. Diametrul țevilor trebuie să se încadreze între 15-30 cm.

Tip #3 – debitmetre cu ultrasunete

Dispozitivul, cunoscut și sub denumirea de acustic, are câteva avantaje incontestabile:

• absența rezistenței hidraulice;
• în aparat nu există piese mobile, ceea ce îi sporește fiabilitatea;
• rezistență sporită a mecanismului;
• acțiune rapidă.

Debitmetrul de acest tip se bazează pe determinarea diferenței de timp de parcurgere a semnalului.

Funcționarea debitmetrelor ultrasonice nu depinde de temperatură, de presiunea ambiantă, de vâscozitate și de conductivitatea electrică, ceea ce garantează acuratețea datelor obținute.

Senzorii ultrasonici, amplasați în diagonală unul față de celălalt, îndeplinesc funcția de receptor și emițător. Utilizarea mai multor canale compensează deformarea profilului fluxului.

Tipul #4 – debitmetre cu tambur

Această categorie de dispozitive este utilizată, de regulă, pentru efectuarea cercetărilor de laborator. Presiunea care apare în timpul rotației tamburului duce la umplerea secțiunilor cu gaz și la golirea lor ulterioară.

Pentru funcționarea completă a mecanismelor de măsurare cu tambur (fără generator de impulsuri) nu este necesară o sursă permanentă de alimentare, ceea ce reprezintă un avantaj incontestabil al acestora.

Numărul de rotații ale tamburului este proporțional cu unitățile cubice de gaz, iar valoarea este transmisă pe cadranul mecanismului de numărare. Debitmetrele cu tambur au o precizie ridicată de măsurare.

Tipul #5 – levitaționale dispozitive

Piesa mobilă a dispozitivului tahometric se rotește în rulmenți, viteza fiind egală cu debitul volumetric al gazului. Transformarea vitezei de mișcare circulară în semnal electric se realizează cu ajutorul unui traductor secundar, iar rezultatele sunt afișate pe indicator.

Dispozitivele de măsurare levitaționale funcționează în condiții de la -30 până la +50 de grade Celsius, eroarea valorilor fiind în intervalul ± 1,5%

Dispozitivele levitaționale sunt solicitate în contorizarea comercială a consumului de gaze naturale, atât în scopuri casnice, cât și comunale.

Tipul #6 – contoare cu membrană

Brevetul pentru fabricarea unuia dintre cele mai răspândite dispozitive de măsurare a gazelor a fost acordat în a doua jumătate a secolului al XIX-lea pe teritoriul Angliei.

Principiul de funcționare al debitmetrului mecanic se bazează pe modificarea poziției membranelor mobile ale camerelor în momentul admisiei gazului. Deplasarea alternativă are loc în timpul admisiei și evacuării substanței.

Aparatul pentru măsurarea debitului de gaz de tip cu membrană poate fi format din 2 sau 4 camere, în funcție de volumele substanței măsurate și de construcție.

Dispozitivul de numărare este acționat de un sistem de reductor și pârghii. Mecanismele au o gamă largă de valori de măsurare – până la 1:100.

Tip #7 – aparate rotative

În dispozitivul de tip mecanic, în camera de măsurare sunt amplasați doi rotori, care încep să se miște sub presiunea substanței. Piesele rotative sunt poziționate în unghi drept una față de cealaltă, iar poziția lor inițială este fixată cu ajutorul roților de sincronizare.

Cantitatea de gaz este proporțională cu numărul de rotații ale rotorilor. Cu ajutorul unui cuplaj magnetic și al unui reductor, rotația rotorului este transmisă către dispozitivul de numărare, care răspunde de acumularea volumului de substanță trecută.

Debitmetrul rotativ are o capacitate mare de trecere, fiind utilizat în gospodăriile comunale, întreprinderi cu volume medii și mici de consum de gaz.

Printre principalele avantaje ale debitmetrelor rotative se numără precizia ridicată de măsurare, compactitatea aparatului, gama largă de măsurare a debitelor. Printre dezavantaje se evidențiază zgomotul mecanismului, costul său ridicat, sensibilitatea la factori externi, inclusiv la impurități.

Tip #8 – debitmetre turbină

Aparatul de tip mecanic are forma unui segment de țeavă, în interiorul debitmetrului fiind amplasată o turbină cu arbore și suporturi mobile. Dispozitivul de forță se mișcă datorită substanței care trece prin camera de măsurare.

Viteza de mișcare a mecanismului este egală cu viteza debitului și cu debitul de gaz. Volumul acumulat este reflectat pe mecanismul de numărare, transmisia către acesta fiind realizată mecanic cu ajutorul unui reductor, al unui sistem de roți dințate.

Dispozitivul de numărare cu turbină poate fi utilizat numai cu substanțe motrice curate – gaz, lichid sau abur în stare de suspensie, cu condiția ca acestea să nu conțină particule solide.

Pe lângă cele enumerate, există și alte dispozitive, dar acestea sunt utilizate, de regulă, în cercetări științifice. În sfera comercială, ele nu sunt practic implicate.

Vă recomandăm să citiți și un alt articol al nostru, unde am explicat în detaliu cum să alegeți un contor de gaz pentru casă. Mai multe detalii – accesați linkul.

Aparate pentru măsurarea cantității de gaz

Dispozitivele pentru măsurarea debitului de gaz se împart în mai multe categorii după metoda de calcul. Cele de viteză sunt utilizate pentru determinarea volumului mediului investigat. În aceste aparate nu există camere de măsurare. Elementul sensibil este turbina (tangentială sau axială), care este pusă în rotație de fluxul de substanță.

Contoarele volumetrice se caracterizează printr-o dependență mai mică de tipul produsului. Printre dezavantajele lor se numără complexitatea construcției, prețul ridicat și dimensiunile impunătoare. Dispozitivul este format din mai multe camere de măsurare și se distinge printr-o construcție mai complexă. Acest tip de aparate se împarte în mai multe variante – cu piston, cu palete, cu roți dințate.

Există și o altă clasificare a contoarelor de gaz, care include trei tipuri de dispozitive: rotative, cu tambur și cu clapetă.

Contoarele rotative au o capacitate mare de debit. Funcționarea lor se bazează pe calcularea numărului de rotații ale paletelor din interiorul dispozitivului, indicatorul corespunzând volumului de gaz. Printre principalele lor avantaje se numără durabilitatea, independența față de energia electrică și rezistența sporită la suprasarcini de scurtă durată.

Contoarele de gaz de tip tambur funcționează după principiul deplasării. Factori de corecție precum temperatura, compoziția gazului și nivelul de umiditate nu sunt luați în considerare.

Contoarele cu tambur sunt alcătuite dintr-un corp, un mecanism de numărare și un tambur cu camere de măsurare. Principiul de funcționare al dispozitivului pentru măsurarea consumului de gaz constă în determinarea numărului de rotații ale tamburului, care se rotește datorită diferenței de presiune. În ciuda preciziei calculelor, acest tip de aparate nu a găsit o aplicare largă din cauza dimensiunilor sale voluminoase.

Principiul de funcționare al ultimului tip de contoare, cunoscut sub denumirea de cu clapetă, se bazează pe deplasarea unui perete mobil, asupra căruia acționează diferența de presiune a substanței. Dispozitivul este format din mai multe părți – un mecanism de numărare și de distribuție a gazului, precum și un corp. Are dimensiuni mari, motiv pentru care este utilizat în principal în gospodării.

Concluzii și material video util pe această temă

Despre modul de funcționare a debitmetrelor de gaz vortex se va vorbi în următorul videoclip:

Măsurarea debitului de gaz este una dintre sarcinile cheie în producție. Pe piața debitmetrelor există un număr imens de dispozitive cu diferite construcții și principii de funcționare, care sunt potrivite și pentru uz casnic. Cu ajutorul lor se poate determina practic orice cantitate de lichid sau gaz, fără a fi nevoie de o instalație specială de verificare etalon.

Puteți să completați materialul nostru cu informații interesante pe tema articolului, să adresați întrebări care vă interesează sau să participați la discuție. Lăsați comentariile dumneavoastră în blocul de mai jos.