Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсыhttps://media.dom-i-remont.info/2020/08/1-1-1-768x360.jpgТатьяна

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

25.08.2020
18 мин.
Газоснабжение

Практически любая новинка, относительно недавно появившаяся на рынке, неизменно вызывает повышенный интерес потенциальных покупателей. Поскольку экономия сейчас стала задачей, которую хотят поскорее решить многие, счетчики из года в год появляются в большом количестве домов и квартир. Если говорить об относительно новых приборах, то таковым может считаться ультразвуковой расходомер газа. Именно это название абсолютно правильное, так как счетчик в устройстве только один из его элементов. Сейчас существует несколько подобных конструкций: помимо ультразвукового прибора в список входит еще 5 основных видов. У каждого из них свой принцип работы, свои преимущества и слабые стороны.

Типы газовых расходомеров

Расходомер — устройство, которое измеряет количество рабочего вещества, пройденного по трубопроводу — газа, пара или жидкости. Топливо и теплоноситель сильно отличаются, потому измеряют их расход по-разному. Так как ультразвуковой расходомер газа — лишь один из списка кандидатов, не помешает познакомиться и с остальными конструкциями, которые отличаются принципом работы, предназначением и эксплуатационными характеристиками.

Вихревые устройства

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Данные конструкции измеряют частоту колебаний, возникающих в потоке газа или жидкости, вынужденной обтекать препятствия на их пути. Эту специальную помеху называют телом обтекания. Во время затрудненного движения создается вихрь, благодаря которому приборам дали такое название. Преимущества данных моделей — полное отсутствие движущихся элементов, которые могут стать причиной поломки конструкции.

Недостатки:

  • характеристики, которые могут меняться, если на теле обтекания появляется осадок;
  • механические препятствия, располагающиеся в сечении трубопровода;
  • неточные результаты измерений из-за возникающих вибраций;
  • высокая чувствительность к изменению температур.

Еще один минус — небольшой динамический диапазон. Используют такие расходомеры для измерения газа, насыщенного пара, технического воздуха и воды.

Тахометрические приборы

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Второе их название — турбинные. Они измеряют количество оборотов, а также скорость вращения турбины или крыльчатки. Она пропорциональна величине расхода. Достоинства конструкций — невысокая цена, отсутствие необходимости обеспечивать питание от сети.

Минусы:

  • механические препятствия, находящиеся в сечение прибора;
  • влияние примесей в воде на точность показаний;
  • неустойчивость измерений, ненадежность;
  • малый динамический диапазон.

Поскольку внутри расходомера находятся движущиеся элементы, они становятся причиной ограниченного срока службы тахометрических расходомеров. Турбинные устройства используют для измерения расхода воды, жидкого топлива, охлаждающих жидкостей, горюче-смазочных материалов и т. д.

Расходомеры перепада давления

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Ротаметр — счетчик постоянного перепада давления — еще один, относительно простой вид измерительного оборудования. Его принцип работы основывается на измерении перепадов давления, которые возникают при прохождении газа либо жидкости через сужающееся устройство (сопло, диафрагма) внутри расходомера. На этом участке скорость потока уменьшается, а давление увеличивается. Замеры производятся с помощью дифференциального датчика давления. Недостаток приборов — некоторая потеря потоком энергии.

Плюсы:

  • независимость от температуры и давления среды;
  • универсальность расходомеров, их удобство;
  • относительно высокая точность измерений.

Простота изготовления расходомеров перепадов давления, отсутствие движущихся частей — причины популярности этих приборов. Диаметр трубопроводов для таких расходомеров составляет 50-1600 мм.

Кориолисовые расходомеры

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Это сложный электронные устройства, принцип работы которых основан на измерении колебания (вверх-вниз) трубок, расположенных перпендикулярно движению потока. Такие воздействия называют силой Кориолиса, она пропорциональна массовому расходу рабочего вещества. Недостатки данных расходомеров — сложность конструкции, подразумевающая строгое следование технологии изготовления, высокая цена.

Достоинства:

  • возможность измерения не только расхода, но и ряда других параметров — температуры, плотности и т. д.;
  • универсальность: приборы способны работать с неоднородными средами — с включениями песка, газа, с бензином/нефтью;
  • высокая точность результатов, такая же надежность.

Кориолисовым приборам не требуются прямые участки трубопроводов. Минусом их является высокая цена, однако если правильно эксплуатировать прибор, то можно гарантировать, что он вскоре окупится.

Электромагнитные конструкции

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Данные приборы используются для измерения потока электропроводящих жидкостей. Работают электромагнитные устройства по закону электромагнитной индукции (Фарадея). В проводнике, пересекающем линию электромагнитного поля, появляется электродвижущая сила. Ее значение пропорционально скорости движения потока. Направление тока — перпендикулярно движению проводника. Прибор измеряет расход, фиксируя напряжение, возникающее между двумя электродами. Недостаток — повышенные требования к жидкости: она не должна иметь токопроводящие, магнитные включения.

Плюсы:

  • отсутствие в поперечном сечении устройства неподвижных или движущихся элементов, это дает возможность сохранить скорость потока;
  • возможность использования для трубопроводов большого диаметра, эксплуатация в большом динамическом диапазоне:
  • точная работа при минимальных длинах участков для измерения;
  • использование в напорных и безнапорных системах.

Стабильная работа этих устройств — одна из важнейших характеристик, благодаря которой электромагнитные расходомеры относятся к одному из самых популярных видов измерительных приборов.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Это только главные конкуренты, которые есть у ультразвуковых приборов. Еще существует оптическое, поршневое, парциальное, тепловое, мембранное (диафрагменное), струйное, калориметрическое, ионизационное, винтовое и поплавковое (расходомеры переменного перепада давления) измерительное оборудование.

Список этот неполный, его можно, но не очень нужно, продолжать: многие из приведенных конструкций предназначаются не для бытового использования.

Ультразвуковой расходомер газа

Поскольку он главный герой, на ультразвуковом приборе-счетчике необходимо остановиться отдельно. Это позволит познакомиться с элементами устройства, с принципом его работы, оценить достоинства и слабые сторону кандидата.

Что такое ультразвук?

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Из названия приборов понятно, что ультразвуковое устройство для работы использует ультразвук, который человеческим ухом не воспринимается, зато его слышат некоторые виды животных. К ним относятся дельфины, некоторые киты, летучие мыши, отдельные виды жуков и бабочек, которые могут спасаться на земле при приближении «летучих грызунов», издающих эти сигналы.

Звук появляется благодаря вибрациям, распространяющимся в виде волн. Однако для того чтобы колебания возникли, необходимо обеспечить несколько условий. Нужен:

  • источник, посылающий сигналы;
  • подходящая (воздушная или жидкая) среда, способствующая их распространению;
  • и определенный объект, который в состоянии улавливать или принимать звуковые волны.

Количество волн, создаваемых вибрирующим объектом в некоторый (заданный) отрезок времени, называют частотой звуковых волн. Она зависит от скорости вибрирования: чем быстрее происходят колебания, тем выше частота. И наоборот, медленная скорость вибраций становится причиной низкой частоты.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Ультразвук — звук, частота которого выше того уровня, что может восприниматься человеческим ухом. Для определения движения рабочей среды используют ультразвуковые расходомеры газа или жидкости. Их предназначение — измерение изменений ультразвуковых частот.

Ультразвуковой метод измерения

Ультразвуковой расходомер газа или жидкости имеет принцип работы, основанный на прохождении через поток ультразвуковой волны. Работают такие приборы в широком частотном диапазоне — от 20 кГц до 1000 МГц. Устройства измеряют скорость распространения звуковых колебаний в рабочей среде: это может быть как газ, так и жидкость (вода, канализационные стоки и т. п.).

Принцип их функционирования построен на эффекте Доплера, его можно назвать примером естественного феномена. Это сдвиг по частоте, который происходит между переданными и принятыми волнами. Причина — препятствия, возникающие на пути ультразвука в среде. Это могут быть твердые частица или воздушные пузырьки. Те и другие объекты способны отражать от себя звуковые волны, которые начинают движение в обратном направлении.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Уровень частоты волн изменяется (сдвигается) благодаря изменению скорости движения потока. При ее увеличении сдвиг по частоте также увеличивается. Если скорость потока среды уменьшается, то сдвиг по частоте тоже становится меньше. Именно эта взаимосвязь используется в ультразвуковых расходомерах: после измерения параметра величина скорости потока преобразуется в величину его расхода.

На участок трубы устанавливают 2 датчика, оснастка для их монтажа присутствует в комплекте расходомера. Каждый из приборов выполняет сразу две роли: он одновременно является приемником и передатчиком сигнала. При измерениях ультразвук отправляется по течению рабочей среды, затем против него: сначала от первого ко второму сенсору, затем наоборот.

Так как сигнал неминуемо «сносится» потоком газа или жидкости, скорость его прохождения в обе стороны будет различной. Благодаря этой разнице величин устройство вычисляет скорость потока, а так как геометрические параметры трубопровода известны, оно выдает объемный расход топлива или теплоносителя.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

В этом случае нужно знать плотность рабочей среды. Если требуется произвести пересчет из рабочих кубов в нормальные единицы (массу), то в устройство необходимо ввести дополнительные показатели — давление и температуру, причем могут быть использованы или константы, или информация, получаемая с других, внешних измерительных приборов.

Классификация расходомеров

Такие приборы для измерения расхода газов классифицируются по пропускной способности. Это понятие означает диапазон расходов, при которых погрешность показаний не выходит за рамки, заявленные производителем этого вида газового оборудования. Есть и еще два важных показателя:

  1. Максимальный расход — Qмакс. Большинство производителей использует такие значения — 1, 2,5, 4 и 6 (6,5) с множителем 10n (м3/ч).
  2. Минимальный расход — Qмин. Это значение используется для определения ширины диапазона измерений прибора: ее определяют как соотношение второго и первого значения — Qмин/Qмакс. Ширина диапазона у моделей, выпускаемых сейчас, составляет от 1:10 до 1:4000.

Чувствительность механических приборов — минимальный расход, при котором счетчик в состоянии проводить измерения, но погрешность их не соответствует нормативам. Главным показателем считается максимальная пропускная способность, по которой все расходомеры условно делятся на промышленные, коммунально-бытовые и бытовые.

Бытовые

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Максимальная пропускная способность этих устройств составляет 1-6 м3/ч. Данные расходомеры используют в квартирах, частных домах, в небольших котельных и офисах. В этом случае ультразвуковые устройства пока используют редко.

Коммунально-бытовые

У таких расходомеров пропускная способность намного выше — 10-40 м3/ч. Их также используют для учета газа в котельных, в технологических установках. Коммунально-бытовые устройства отличаются более крупными размерами, чаще используются мембранные, струйные, ротационные приборы, реже — ультразвуковые устройства.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Промышленные расходомеры-счетчики

В этом случае минимальная пропускная способность составляет 40 м3/ч, а максимальная величина не ограничивается. Такое ультразвуковое оборудование приобретают для очень крупных потребителей. К их числу относят промышленные, сельскохозяйственные предприятия, газовые котельные, узлы учета распределительных сетей, магистрали. Виды наиболее часто используемого оборудования — ультразвуковое, турбинное, струйное, ротационное, вихревое. На участках трасс нередко монтируют расходомеры перепада давления.

Достоинства, недостатки расходомеров

Не так давно ультразвуковой расходомер газа использовался только для коммерческого учета природного топлива, для технологического контроля. Теперь ситуация немного изменилась: появились небольшие, удобные бытовые приборы, которые имеют несколько преимуществ перед другими видами измерительного оборудования. Однако они также не лишены некоторых недостатков.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

К плюсам ультразвуковых расходомеров относится:

  • стабильность показаний;
  • длительный срок эксплуатации;
  • устойчивость к вибрациям, ударам;
  • высочайшая точность измерения (0,3-1%);
  • независимость от малого давления, скорости;
  • невысокий уровень потребления электричества;
  • отсутствие подвижных частей, требующих замены;
  • возможность работы с загрязненной газовой средой;
  • довольно широкий диапазон измерений (от 1:200 до 1:400);
  • возможность контроль расхода газообразных веществ, жидкостей;
  • разные условия эксплуатации: диапазон температур от -50 до +50°;
  • возможность измерения скорости потока сразу в двух направлениях;
  • универсальность: ультразвуковые приборы могут измерять разные виды топлива: природный газ, биогаз, промышленные газы;
  • отсутствие для потока любых препятствий, которые могут спровоцировать внезапное падение давления или повреждение оборудования.

Есть модели приборов, в которых предусмотрено питание от аккумулятора. Ультразвуковой расходомер газа может устанавливаться на трубопроводы любого диаметра, начиная от 10 мм.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Минусы у данных расходомеров есть. Это:

  • сложность ультразвуковых устройств, их высокая цена, превышающая стоимость электромагнитных и тахометрических моделей в 3-4 раза;
  • необходимость обеспечить относительно длинные участки перед и после прибора;
  • потенциальное влияние на измерительное оборудование пузырьков воздуха;
  • контроль отложений, его необходимо обеспечить на рабочем участке;
  • ограничения, касающиеся минимальной скорости потока;
  • необходимость грамотной настройки оборудования;
  • зависимость от температуры воды.

Несмотря на то, что недостатки у ультразвукового оборудования есть, достоинств у него все же больше, поэтому популярность таких приборов постепенно растет.

Ультразвуковой расходомер газа: сферы применения

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Эти устройства применяют для научных исследований, а также используют в различных отраслях промышленности. Примеры:

  • измерение скорости подземных источников;
  • нефтедобыча, переработка сырья;
  • электро- и теплогенерация;
  • противопожарные системы;
  • коммунальное хозяйство.

Есть максимально удобный вид ультразвуковых расходомеров. Это приборы с накладными датчиками. Такое оборудование позволяет проводить экспресс анализы на трубопроводах без остановки движения топлива или теплоносителя.

Ультразвуковой расходомер газа: принцип работы, сферы применения и плюсы

Выбор производителя изделий

Ультразвуковые приборы нельзя назвать элементарными: такие сложные расходомеры требуют точных расчетов, такого же соблюдения технологии. Поэтому лучше сделать выбор в пользу компаний, уже зарекомендовавших себя. Качественное оборудование для систем с теплоносителями выпускает фирма Kamstrup, расходомеры для жидкостей и газов — KROHNE, Panametrics, Siemens, Endress+Hauser.

Никто не будет отрицать, что лучше один раз увидеть. Потому о том, что такое ультразвуковой расходомер газа, о его принципе работы коротко, но понятно расскажет следующее видео:

Была ли статья полезна?
Мы хотим стать лучше. Спасибо за мнение!
Теги:
газоснабжение
ультразвуковой расходомер газа
Комментарии
Комментариев пока нет
Добавить комментарий
Ваше имя
Ваш комментарий