Как и в чем измеряется расход газа: методы измерения + обзор всех видов газовых расходомеров

Расходомер – устройство для измерения объемного или массового расхода вещества, включая природный газ, горючие, агрессивные газы, продукты разделения воздуха.  Вычисление объемов потока на предприятиях промышленной отрасли или в быту можно выполнить и без привлечения специалистов.

Далее мы расскажем как и в чем измеряется газ, приведем описание приборов которые используются для этой цели, а также рассмотрим основные методы определения расхода газа.

Прямой метод измерения потребления газа

Объем газа вычисляют в кубических метрах, реже используются другие единицы массы, такие как тонны или килограммы, как правило, для технологических газов.

Прямой метод — это единственный метод, обеспечивающий  прямое измерение объема проходящего газа.

К слабым сторонам приборов, вычисляющих объемный или массовый расход вещества, относятся:

1. Ограниченная работоспособность расходомеров в условиях загрязненного газа.
2. Существует высокая вероятность поломки в результате частичного перекрытия потока или пневматического удара.
3. Высокая стоимость ротационных счетчиков по сравнению с другими приборами.
4. Крупные габариты устройств.

Многочисленные достоинства этого метода перекрывают перечисленные недостатки, благодаря чему и он и получил наибольшее распространение по числу установленных счетчиков.

С помощью расходомера можно вычислить объем или массу вещества в единицу времени. Установка на наклонном участке трубопровода позволит уменьшить ошибку измерения

В их числе — прямое измерение объема газа, отсутствие зависимости от искажений графика скоростей потока, как на входе, так и на выходе, что позволяет сократить УУГ. Ширина диапазона составляет до 1:100. Для этой цели применяются приборы мембранного и ротационного типа. Они могут использоваться в помещениях, с установленными котлами импульсного типа.

Косвенные методы измерения

Эти методы предусматривают вычисление, к примеру, скорости потока вещества через заданную площадь сечения. Для получения максимально точных результатов необходимо выровнять скорость движения газа.

Измерение расхода газа по перепаду давлений

Один из самых распространенных и изученных методов расхода газа, основанный на использовании сужающего устройства, имеет несколько преимуществ, включая простоту механизма преобразователя расхода, действие которого направлено на измерение перепада давления вещества, протекающего через местное сужение в газовом трубопроводе. Для проведения расчетов не потребуются расходомерные стенды.

Несмотря на наличие полной научно-технической базы, этот метод измерения имеет несколько существенных недостатков — небольшой диапазон измерения, который даже с учетом многопредельных датчиков давления, не превышает значение 1:10.

Стандартные сужающиеся устройства производят по специальной технологии, с высокими требованиями к шероховатости. Допускается их использование исключительно на гладких трубопроводах

Гидравлические сопротивления в газовых трубопроводах повышают чувствительность к графику изменения усредненных скоростей по глубине или ширине потока на входе в диафрагму. Длина прямых участков перед сужающими устройствами должна составлять не менее 10 диаметров Ду сооружения из труб.

Скоростной метод определения расходов

Для этого метода используются преобразователи турбинного типа. Эти приборы имеют несколько преимуществ, включая небольшие габариты и вес, доступную цену в своей категории.

У этих устройств отсутствует чувствительность к пневматическим ударам. Интервал значений измерения расхода составляет до 1:30, что существенно превышает аналогичный показатель для сужающих устройств.

ТПР преобразователь расхода турбинный может использоваться в среде, при температуре от минус 200 до +200 °С, если устройство установлено для неагрессивных и однофазных криогенных жидкостей. Для агрессивных жидкостей показатель составит от минус 60 до +50 °С

К недостаткам можно отнести чувствительность, хоть и незначительную, к искажениям потока на входе и выходе прибора, отклонение результатов измерений пульсирующих потоков газа. На небольших расходах, в диапазоне от 8 до 10  м³/ч, расходомеры неработоспособны.

Ультразвуковой метод измерения

Популярность акустических расходомеров, с помощью которых измеряется количество газа, в особенности в коммерческом учете, возросла с развитием микроэлектроники. В акустических расходомерах отсутствуют подвижные части, а также детали, выступающие в поток, что существенно повышает их надежность.

Измерение производится в широком интервале значений благодаря способности устройства продолжительное время работать от встроенного источника питания. Отечественные приборы не отвечают всем необходимым требованиям, так как во избежание влияния искажений потока газа на результаты расчетов необходимо использовать исключительно многолучевые ультразвуковые расходомеры.

Классификация расходомеров по принципу действия

Расходомеры отличаются по нескольким параметрам, включая давление, тип используемого газа, температурный режим. Выбирать устройство следует в зависимости от условий применения, а также поставленных задач.

Измерительные приборы состоят из таких частей, как преобразователь, отвечающий за перепад давления, соединяющего элемента и манометра.

Тип #1 — струйные автогенераторные расходомеры

Расходомер этого типа, предназначенный также для измерения расхода природного газа, имеет несколько отличительных характеристик. Прибор охвачен отрицательными обратными связями, частота подключений струи зависит от расхода газа.

Счетчики, выпущенные на основе струйных расходомеров, применяются для коммерческого учета без предварительной экспертизы.

1 — струйный элемент; 2 и 3 — преобразователи; 4 — устройство выделения сигнала; 5 — сопло питания; 6 — рабочая камера; 7 и 8 — стенки рабочей камеры; 9 — разделитель; 10 и 11 — сопла управления; 12 и 13 — приемные каналы; 14 и 15 — сливные каналы; 16 и 17 — каналы обратной связи; 18 — расширение сопла питания; 19 — уступ на сопле питания

Расходомер струйного автогенераторного типа подвержен засорению, в числе его недостатков также нестабильность показателя преобразования.

Эти приборы имеют схожие недостатки с вихревыми устройствами:

• зависимость от искажений графика скоростей, при условии использования в комплекте с сужающими приборами;
• массовые потери напора невозвратимы;
• основная часть расходомера имеет огромные габариты;
• значительная нестабильность показателя преобразования.

Достоинства автогенераторного расходомера не отличаются от вихревого устройства, за исключением способности работать с загрязненными газами. Эти расходомеры не нашли широкого практического применения в коммерческом учете.

Тип #2 — вихревые расходомеры-счетчики

Выделяют несколько сильных сторон приборов, включая точность проведенных измерений, отсутствие чувствительности к загрязнениям и пневматическим ударам, легкость эксплуатации, в устройстве также отсутствуют подвижные части.

Приборы выдерживают самые сложные внешние условия, точность показателей гарантирована при температуре окружающей среды до 500 градусов по Цельсию, максимальный уровень давления – 30 МПа

Известны и существенные недостатки использования этого типа расходомеров — повышенная чувствительность к механическим колебаниям, просадка давления. Диаметр труб должен находиться в диапазоне 15-30 см.

Тип #3 — ультразвуковые расходомеры

Устройство, также известное как акустическое, имеет несколько неоспоримых преимуществ:

• отсутствие гидравлического сопротивления;
• в приборе нет подвижных деталей, что усиливает его надежность;
• повышенная прочность механизма;
• быстрое действие.

Расходомер этого типа базируется на определении разницы во времени прохождения сигнала.

Работа ультразвуковых расходомеров не зависит от температуры, давления окружающей среды, вязкости и электропроводности, что гарантирует точность полученных данных

Ультразвуковые сенсоры, расположены по диагонали относительно друг друга, выполняют функцию приемника и излучателя. Задействование нескольких каналов компенсирует деформацию профиля потока.

Тип #4 — барабанные расходомеры

Эта категория устройств используется, как правило, для проведения лабораторных исследований. Давление, возникающее во время вращения барабана, приводит к заполнению секцию газом и их последующему опорожнению.

Для полноценной работы барабанных счетных механизмов (без импульсного генератора) не нужен постоянный источник питания, что является их неоспоримым преимуществом

Количество оборотов барабана пропорционально кубическим единицам газа, показатель передается на циферблат счетной конструкции. Барабанные расходомеры обладают высокой точностью измерения.

Тип #5 — левитационные устройства

Подвижная деталь тахометрического устройства вращается в подшипниках, скорость равняется объемному расходу газа. Превращение быстроты кругового движения в электрический сигнал осуществляется с помощью вторичного преобразователя, результаты отражаются на индикаторе.

Левитационные приборы учета функционируют в условиях от -30 до +50 градусов по Цельсию, погрешность значений находится в диапазоне ± 1,5%

Левитационные приборы востребованы в коммерческом учете потребления природного газа, как в бытовых, так и в коммунальных целях.

Тип #6 — мембранные счетчики

Патент на изготовление одного из самых распространенных приборов учета для измерения газа был выдан во второй половине девятнадцатого века на территории Англии.

Принцип действия механического расходомера основан на изменении положения подвижных камерных мембран в момент поступления газа.  Поочередное перемещение осуществляется во время впуска и выпуска вещества.

Прибор для учета расхода газа мембранного типа может состоять из 2 или 4 камер в зависимости от объемов измеряемого вещества и конструкции

Счетное устройство приводит в действие система редуктора и рычагов. Механизмы обладают широким диапазоном значений для измерений – до 1:100.

Тип #7 — ротационные приборы

В устройстве механического типа в измерительной камере расположены два ротора, которые начинают двигаться под напором вещества. Вращающиеся детали расположены под прямым углом друг к другу, их начальное местонахождение фиксируется с помощью колес-синхронизаторов.

Количество газа пропорционально числу оборотов роторов. С помощью магнитной муфты и редуктора вращение ротора передается на счетное устройство, отвечающее за накопление объема прошедшего вещества.

Ротационный расходомер обладает большой пропускной способностью, используется в коммунальных хозяйствах, предприятиях средних и малых объемов по потреблению газа

К основным достоинствам ротационных расходомеров можно отнести высокую точность измерения, компактность прибора, широкий диапазон измерений расходов. Среди недостатков выделяют шумность механизма, его высокую стоимость, чувствительность к внешним факторам, в том числе загрязнению.

Тип #8 — турбинные расходомеры

Прибор механического типа имеет форму отрезка трубы, внутри расходомера размещена турбина с валом и движущимися опорами. Силовое устройство двигается за счет вещества, проходящего через измерительную камеру.

Скорость движения механизма равняется скорости потока и расходу газа. Накопленный объем отражается на счетном механизме, передача на него осуществляется механическим способом с помощью редуктора, системы шестеренок.

Турбинное счетное устройство может использоваться только с чистыми движущими веществами — газом, жидкостью или паром во взвешенном состоянии, при условии, что они не содержат твердые частицы

Помимо перечисленных, существуют и другие устройства, но они используются, как правило, в научных исследованиях. В коммерческой сфере они практически не задействованы.

Рекомендуем также прочесть другую нашу статью, где мы подробно рассказали о том, как выбрать газовый счетчик для дома. Подробнее — переходите по ссылке.

Приборы для измерения количества газа

Устройства для измерения расхода газа по способу вычисления делятся на несколько категорий. Скоростные используются для определения объемного числа исследуемой среды. В этих приборах отсутствуют измерительные камеры. Чувствительной деталью выступает турбинка (тангенциальная или аксиальная), которую приводит во вращение поток вещества.

Объемные счетчики отличаются меньшей зависимостью от типа продукта. К их недостаткам можно отнести сложность конструкции, высокую цену и внушительные габариты. Устройство состоит из нескольких измерительных камер, отличается более сложной конструкцией. Делится этот тип приборов на несколько видов – поршневые, лопастные, шестеренчатые.

Известна и другая классификация счетчиков количества газа, которая включает три типа устройств: роторные, барабанные и клапанные.

Роторные счетчики обладают большой пропускной способностью. Их действие основано на вычислении количества оборотов лопастей внутри устройства, показатель соответствует объему газа. К основным их преимуществам можно отнести долговечность, независимость от электроэнергии, повышенную устойчивость к кратковременным перегрузкам.

Газовые счетчики барабанного типа работают по принципу вытеснения. Такие поправочные показатели как температура, состав газа и уровень влажности не учитываются

Барабанные счетчики состоят из корпуса, счетного механизма и барабана с измерительными камерами. Принцип действия устройства для измерения потребления газа состоит в определении количества оборотов барабана, который вращается за счет разности давления. Несмотря на точность вычислений, этот тип приборов не нашел широкого применения по причине своих громоздких размеров.

Принцип действия последнего типа счетчиков, известного как клапанный, базируется на перемещении подвижной перегородки, на которую действует разность давления вещества. Устройство состоит из нескольких частей – счетного и газораспределительного механизма, а также корпуса. Имеет большие габариты, поэтому в основном используются в быту.

Выводы и полезное видео по теме

О том как работают вихревые газовые расходомеры пойдет речь в следующем видеоролике:

Измерение расхода газа – одна из ключевых задач на производстве. На рынке расходомеров представлено огромное количество устройств с различными конструкциями и принципами действия, которые подойдут и для бытовых нужд. С их помощью можно определить практически любое количество жидкости или газа, при этом не потребуется специальная поверочная образцовая установка.

Вы можете дополнить наш материал интересными сведениями по теме статьи, задать интересующие вопросы или поучаствовать в обсуждении. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.