Методы измерения расхода газа: способы и обзор различных типов газовых расходомеров

Газовый расходомер – это устройство, предназначенное для определения объемного или массового расхода различных веществ, таких как природный газ, горючие и агрессивные газы, а также продукты разделения воздуха. Для расчета объемов потока газа в промышленности и быту не всегда требуется привлечение профессионалов.

В данной статье мы обсудим, каким образом и в каких единицах измеряется расход газа. Мы также представим описание используемых для этого приборов и рассмотрим основные методы оценки расхода газа.

Существует несколько основных методов измерения расхода газа, которые можно классифицировать на прямые и непрямые. Прямые методы основаны на непосредственном измерении объема или массы газа, в то время как непрямые методы предполагают расчет на основе других параметров, таких как давление, температура и скорость потока.

К основным типам газовых расходомеров можно отнести:

• Механические расходомеры: имеют движущиеся части, такие как турбины или мембраны, которые приводятся в движение потоком газа.
• Электромагнитные расходомеры: используют принцип электромагнитной индукции для измерения скорости потока газа.
• Ультразвуковые расходомеры: применяют ультразвуковые волны для определения скорости потока, измеряя время, необходимое для прохождения звукового сигнала через поток газа.
• Корреляционные расходомеры: основаны на анализе колебаний давления и температуры и используются для сложных процессов.

Для измерения расхода газа обычно применяются единицы измерения, такие как кубические метры в час (м³/ч), литры в минуту (л/мин), и кисти расхода (кг/ч), в зависимости от целей и условий эксплуатации. При выборе расходомера необходимо учитывать характеристики газа, условия эксплуатации, а также требуемую точность измерений.

Важно также отметить, что регулярная калибровка и обслуживание газовых расходомеров необходимы для поддержания их точности и надежности в работе. Это особенно актуально при использовании расходомеров в критически важных или высокоточных производственных процессах.

Прямой метод определения расхода газа

Объем газа обычно измеряется в кубических метрах, в редких случаях применяются такие единицы, как тонны или килограммы, чаще всего для технологического газа.

Прямой метод является единственным способом, который позволяет точно измерить объем газа, проходящего через трубы.

К недостаткам приборов, используемых для измерения объемного или массового расхода, можно отнести:

1. Ограниченную функциональность в условиях наличия загрязнений в газе.
2. Вероятность повреждения при частичном перекрытии потока или пневматическом ударе.
3. Высокую стоимость ротационных приборов по сравнению с другими моделями.
4. Большие размеры устройств.

Несмотря на вышеупомянутые недостатки, преимущества этого метода все же превышают их, что объясняет его широкое распространение и популярность в установках расходомеров.

Используя расходомер, можно определить объем или массу газа за определенное время. Установка прибора на наклонной трубе помогает уменьшить ошибки в измерениях.

К его достоинствам относятся: непосредственное измерение объема газа и отсутствие зависимости от искажений скорости потока как на входе, так и на выходе. Ширина рабочего диапазона достигает 1:100. Для этих целей могут использоваться мембранные и ротационные устройства, которые можно применять в помещениях с котлами импульсного типа.

Косвенные методы измерений

Данные методы заключаются в вычислениях, например, скорости потока через заданное сечение. Для максимально точного результата требуется выравнивание скорости потока газа.

Измерение расхода газа по перепаду давлений

Это один из наиболее широко используемых и изученных методов, который основывается на применении сужающего устройства. Он обладает несколькими преимуществами, включая простоту механизма преобразователя, который работает на измерении перепада давления потока газа в трубопроводе. Для расчетов не требуются специальные расходомерные стенды.

Однако, несмотря на наличие разветвленной научно-технической базы, данный метод не лишен недостатков, таких как ограниченный диапазон измерений, который даже с использованием многопредельных датчиков давления не превышает 1:10.

Стандартные сужающие устройства производятся по специальным технологиям и предъявляют высокие требования к шероховатости. Их использование рекомендовано исключительно в гладких трубопроводах.

Гидравлические сопротивления в газопроводах увеличивают чувствительность к изменениям среднего значения скорости на входе в диафрагму. Длина прямых участков перед сужающими устройствами должна составлять минимум 10 диаметров труб.

Скоростной метод измерений

В данной методике применяются преобразователи турбинного типа, которые имеют ряд преимуществ: компактные размеры, небольшой вес и доступная стоимость в своем классе.

Эти устройства не подвержены влиянию пневматических ударов. Диапазон измерений расхода может достигать 1:30, что значительно превышает показатели сужающих устройств.

ТПР преобразователь расхода турбинного типа может функционировать при температуре от -200 до +200 °C, если он используется с неагрессивными однофазными криогенными жидкостями. Для агрессивных жидкостей этот диапазон составляет от -60 до +50 °C.

К недостаткам можно отнести небольшую, хотя и незначительную, чувствительность к искажениям в потоке на входе и выходе прибора, а также отклонения при измерениях пульсирующего газа. При низких расходах, в диапазоне от 8 до 10 м³/ч, расходомеры становятся неэффективными.

Ультразвуковой метод измерения

С развитием микроэлектроники значительно возросла популярность акустических расходомеров, которые измеряют количество газа, особенно в коммерческом учете. В таких приборах отсутствуют подвижные части и детали, выступающие в поток, что заметно увеличивает их надежность.

Измерения могут проводиться в широких диапазонах благодаря способности устройств длительное время работать от встроенных источников питания. Однако отечественные приборы не всегда соответствуют всем необходимым требованиям, так как для точности измерений необходимо использовать исключительно многолучевые ультразвуковые расходомеры.

Классификация расходомеров по принципу действия

Газовые расходомеры имеют различные параметры, включая давление, тип газа и температурный диапазон. При выборе устройства важно учитывать условия применения и задачи, которые необходимо решить.

Измерительные приборы состоят из преобразователя, отвечающего за перепад давления, соединительного элемента и манометра.

Тип #1 — струйные автогенераторные расходомеры

Эти устройства предназначены для измерения расхода природного газа и имеют специфические характеристики. Они основаны на отрицательных обратных связях, и частота их подключения струи зависит от расхода газа.

Счетчики, использующие струйные расходомеры, предназначены для коммерческого учета и могут быть использованы 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.

Главными недостатками струйных автогенераторных расходомеров являются их предрасположенность к загрязнению и нестабильность преобразовательных показателей.

Эти приборы имеют схожие недостатки с вихревыми счетчиками:

• зависимость от искажений графика скоростей при использовании вместе с сужающими приборами;
• потери давления являются невозвратимыми;
• главная часть расходомера отличается большими размерами;
• значительная нестабильность показателей преобразования.

Преимущества автогенераторного расходомера аналогичны таковым вихревых устройств, за исключением развлечения в работе с загрязненными газами. Эти устройства не нашли массового применения в коммерческом учете.

Тип #2 — вихревые расходомеры-счетчики

У этого типа приборов можно выделить несколько явных преимуществ, таких как высокая точность измерений, отсутствие чувствительности к загрязнениям и пневматическим ударам, удобство в эксплуатации и отсутствие подвижных частей в конструкции.

Приборы успешно работают в сложных условиях, обеспечивая точность измерений при температурах до 500 градусов Цельсия и давлении до 30 МПа.

Тем не менее, у этих расходомеров также есть весомые недостатки, такие как высокая чувствительность к механическим колебаниям и снижение давления. Диаметр труб должен быть в пределах 15-30 см.

Тип #3 — ультразвуковые расходомеры

Эти устройства, известные как акустические, обладают рядом неоспоримых достоинств:

• отсутствие гидравлического сопротивления;
• нет подвижных частей, что повышает надежность;
• высокая прочность конструкции;
• быстрая реакция на изменения.

Расходомеры данного типа работают на основе измерения временных интервалов прохождения сигнала.

Эти устройства не зависят от температуры, давления окружающей среды, вязкости и электропроводности, что обеспечивает высокую точность полученных данных.

Ультразвуковые сенсоры, размещенные по диагонали друг от друга, выполняют функции приемника и излучателя. Использование нескольких каналов помогает компенсировать деформацию профиля потока.

Тип #4 — барабанные расходомеры

Данные устройства обычно применяются в лабораториях. Давление, создаваемое при вращении барабана, наполняет секции газом и затем опорожняет их.

Для функциональности барабанных счетчиков без импульсного генератора не требуется постоянный источник питания, что является их явным достоинством.

Количество оборотов барабана пропорционально количеству газа в кубических единицах, что отображается на циферблате счетного механизма. Барабанные расходомеры отличаются высокой точностью измерений.

Тип #5 — левитационные устройства

В данной категории приборов подвижная деталь тахометрического устройства вращается в подшипниках, а скорость соответствует объемному расходу газа. Превращение вращения в электрический сигнал осуществляется вторичным преобразователем, результат отображается на индикаторе.

Левитационные приборы работают в диапазоне температур от -30 до +50 градусов Цельсия, с погрешностью в ±1,5%.

Данные устройства часто используются для коммерческого учета потребления природного газа как в жилых, так и коммунальных целях.

Тип #6 — мембранные счетчики

Патент на создание одного из самых популярных устройств для учета газа был выдан в Англии в конце девятнадцатого века.

Механический расходомер функционирует благодаря изменению положения подвижных камерных мембран во время поступления газового потока. Движение происходит последовательно в процессе впуска и выпуска газа.

Газовый счетчик мембранного типа может быть сконструирован с двумя или четырьмя камерами, в зависимости от объема измеряемого газа и особенностей конструкции.

Работа счетного устройства осуществляется благодаря редукторной системе и рычагам. Эти механизмы обеспечивают широкий диапазон измерений — до 1:100.

Тип #7 — ротационные устройства

В механическом устройстве находятся два ротора в измерительной камере, которые начинают вращаться под воздействием газа. Эти вращающиеся элементы расположены под углом 90 градусов, их исходное положение фиксируется с помощью колес-синхронизаторов.

Количество проходящего газа прямо пропорционально количеству оборотов роторов. С помощью магнитной муфты и редуктора вращение одного из роторов передается на счетное устройство, которое фиксирует объем прошедшего газа.

Ротационные расходомеры отличаются высокой пропускной способностью и используются в коммунальных службах, а также на предприятиях с средними и малыми объемами потребления газа.

К преимуществам ротационных приборов стоит отнести точность измерений, компактные размеры и широкий диапазон вычисляемых расходов. Однако у них есть и недостатки, такие как шумность работы, высокая стоимость и чувствительность к внешним условиям, включая загрязнения.

Тип #8 — турбинные измерители

Данное механическое устройство представляет собой сегмент трубы, внутри которого размещена турбина с валом и подшипниками. Движение турбины обеспечивается течением газа в измерительной камере.

Скорость вращения механизма соответствует скорости потока газа. Накопленный объем отображается на счетном устройстве, к которому передача данных осуществляется с помощью редуктора и зубчатых передач.

Турбинные счетчики можно использовать исключительно с чистыми газами и жидкостями, а также с паром в состоянии, свободном от твердых частиц.

Существуют и другие типы измерительных устройств, однако они чаще применяются в научных исследованиях и в коммерческих целях практически не используются.

Также рекомендуем ознакомиться с другой нашей статьей, в которой мы подробно объясняем, как выбрать газовый счетчик для домашнего использования. Уточнения — по ссылке.

Устройства для измерения газового объема

Счетчики расхода газа классифицируются по принципам вычисления на несколько типов. Скоростные устройства предназначены для определения объемного потока исследуемой среды. В этих приборах нет измерительных камер; ключевой элемент — вращающаяся турбина (тангенциального или аксиального типа).

Объемные счетчики меньше зависят от вида газа. Их недостатками являются сложность конструкции, высокая стоимость и значительные габариты. Эти устройства состоят из нескольких измерительных камер и имеют более сложную организацию. Они делятся на несколько категорий: поршневые, лопастные и шестеренчатые.

Существуют и другие классификации газовых счетчиков, которые подразделяются на три типа: роторные, барабанные и клапанные.

Роторные счетчики обладают высокой пропускной способностью. Их работа основана на вычислении числа оборотов лопастей внутри устройства, что соответствует объему газа. К их главным достоинствам относятся долговечность, независимость от электричества и высокая устойчивость к кратковременным перегрузкам.

Газовые счетчики барабанного типа функционируют по принципу вытеснения. Параметры, такие как температура, состав газа и уровень влажности, остаются без учета.

Барабанные счетчики состоят из корпуса, счетного механизма и барабана с измерительными камерами. Принцип работы этого устройства заключается в подсчете оборотов барабана, который вращается благодаря разнице давления. Несмотря на высокую точность, такие приборы не нашли широкого применения из-за больших габаритов.

Принцип действия клапанных счетчиков основан на перемещении подвижной перегородки под влиянием разности давления вещества. Устройство состоит из нескольких компонентов — счетного и газораспределительного механизма, а также корпуса. Оно отличается крупными размерами, поэтому чаще всего используется в бытовых условиях.

Выводы и полезное видео по теме

В следующем видео мы расскажем, как работают вихревые газовые расходомеры:

Измерение расхода газа — это одна из важнейших задач на производстве. На рынке представлено множество различных устройств с разнообразными конструкциями и принципами действия, подходящих как для промышленных, так и для бытовых нужд. С их помощью можно точно определить объем практически любого газа или жидкости без необходимости в специализированных поверочных установках.

Мы будем рады увидеть ваши комментарии, вопросы или интересные дополнения по теме статьи. Оставляйте свои мысли в комментариях ниже.