Jak i w jaki sposób mierzy się przepływ gazu: metody pomiaru + przegląd wszystkich typów przepływomierzy gazu

Przepływomierz to urządzenie służące do pomiaru przepływu objętościowego lub masowego substancji, w tym gazu ziemnego, gazów palnych, żrących, produktów separacji powietrza. Obliczanie wielkości przepływu w przedsiębiorstwach przemysłowych lub w życiu codziennym można wykonać bez udziału specjalistów.

Następnie powiemy Ci, jak i w jakich ilościach mierzy się gaz, podamy opis przyrządów służących do tego celu, a także rozważymy główne metody określania przepływu gazu.

Bezpośrednia metoda pomiaru zużycia gazu

Objętość gazu obliczana jest w metrach sześciennych, inne jednostki masy, takie jak tony czy kilogramy, są rzadziej stosowane, zwykle w przypadku gazów procesowych.

Metoda bezpośrednia jest jedyną metodą, która pozwala na bezpośredni pomiar objętości przepływającego gazu.

Do słabych stron instrumentów obliczających przepływ objętościowy lub masowy substancji zalicza się:

1. Ograniczona wydajność przepływomierzy w warunkach zanieczyszczonego gazu.
2. Istnieje duże prawdopodobieństwo awarii spowodowanej częściowym zablokowaniem przepływu lub wstrząsem pneumatycznym.
3. Wysoki koszt liczników obrotowych w porównaniu do innych urządzeń.
4. Duże gabaryty urządzeń.

Liczne zalety tej metody przeważają nad wymienionymi wadami, dlatego stała się ona najbardziej rozpowszechniona pod względem liczby zainstalowanych liczników.

Za pomocą przepływomierza można obliczyć objętość lub masę substancji w jednostce czasu. Montaż na pochyłym odcinku rurociągu zmniejszy błąd pomiaru

Należą do nich bezpośredni pomiar objętości gazu, brak zależności od zniekształceń wykresu natężenia przepływu zarówno na wlocie, jak i wylocie, co pozwala na redukcję UUG. Szerokość zakresu wynosi do 1:100. W tym celu stosuje się urządzenia membranowe i obrotowe. Można je stosować w pomieszczeniach, w których zainstalowano kotły impulsowe.

Pośrednie metody pomiaru

Metody te polegają na obliczeniu np. prędkości przepływu substancji przez zadaną powierzchnię przekroju. Aby uzyskać jak najdokładniejsze wyniki, konieczne jest wyrównanie prędkości gazu.

Pomiar przepływu gazu metodą różnicy ciśnień

Jedna z najbardziej powszechnych i przebadanych metod przepływu gazu, polegająca na zastosowaniu urządzenia ograniczającego, ma kilka zalet, do których należy prostota mechanizmu przetwornika przepływu, którego działanie ma na celu pomiar spadku ciśnienia substancji przepływającej przez lokalne ograniczenie w gazociągu. Nie są wymagane żadne obliczenia przepływomierz stoi.

Pomimo istnienia pełnej bazy naukowo-technicznej, ta metoda pomiaru ma kilka istotnych wad - mały zakres pomiarowy, który nawet biorąc pod uwagę wielozakresowe czujniki ciśnienia nie przekracza wartości 1:10.

Standardowe urządzenia stożkowe produkowane są przy użyciu specjalnej technologii o wysokich wymaganiach dotyczących chropowatości. Można je stosować wyłącznie na gładkich rurociągach

Opór hydrauliczny w gazociągi zwiększyć wrażliwość na harmonogram zmian wprzeciętny prędkości wzdłuż głębokości lub szerokości przepływu na wejściu do membrany.Długość odcinków prostych przed urządzeniami zwężającymi musi wynosić co najmniej 10 średnic DN konstrukcji rurowej.

Szybka metoda wyznaczania kosztów

W metodzie tej stosowane są przetwornice typu turbinowego. Urządzenia te mają kilka zalet, m.in. niewielkie rozmiary i wagę oraz przystępną w swojej kategorii cenę.

Urządzenia te nie są wrażliwe na wstrząsy pneumatyczne. Zakres wartości pomiaru przepływu wynosi do 1:30, co znacznie przekracza ten sam wskaźnik dla urządzeń ograniczających.

Turbinowy przetwornik przepływu TPR może być stosowany w środowisku o temperaturze od -200 do +200°C, jeżeli urządzenie jest instalowane dla nieagresywnych i jednofazowych cieczy kriogenicznych. W przypadku cieczy agresywnych wskaźnik będzie wynosić od minus 60 do +50°C

Wady obejmują wrażliwość, choć nieistotną, na zniekształcenia przepływu na wlocie i wylocie urządzenia, odchylenie wyników pomiarów pulsujących przepływów gazu. Przy małych przepływach w zakresie od 8 do 10 m³/h, przepływomierze nie działają.

Metoda pomiaru ultradźwiękowego

Popularność przepływomierzy akustycznych, które mierzą ilość gazu, zwłaszcza w księgowości komercyjnej, wzrosła wraz z rozwojem mikroelektroniki. Przepływomierze akustyczne nie posiadają części ruchomych ani wystających do przepływu, co znacznie zwiększa ich niezawodność.

Pomiar przeprowadzany jest w szerokim zakresie wartości ze względu na zdolność urządzenia do długotrwałej pracy z wbudowanego źródła zasilania. Urządzenia domowe nie spełniają wszystkich niezbędnych wymagań, ponieważ aby uniknąć wpływu zniekształceń przepływu gazu na wyniki obliczeń, konieczne jest stosowanie wyłącznie wielowiązkowych przepływomierzy ultradźwiękowych.

Klasyfikacja przepływomierzy ze względu na zasadę działania

Przepływomierze różnią się kilkoma parametrami, w tym ciśnieniem, rodzajem stosowanego gazu i warunkami temperaturowymi. Urządzenie należy dobierać w zależności od warunków użytkowania, a także postawionych zadań.

Przyrządy pomiarowe składają się z części takich jak przetwornik odpowiedzialny za różnicę ciśnień, element łączący oraz manometr.

Typ nr 1 – drukarka atramentowa generator własny przepływomierze

Ten typ przepływomierza, przeznaczony również do pomiaru przepływu gazu ziemnego, ma kilka charakterystycznych cech. Urządzenie objęte jest ujemnym sprzężeniem zwrotnym, częstotliwość połączeń strumieniowych uzależniona jest od przepływu gazu.

Mierniki produkowane na bazie przepływomierzy strumieniowych służą do rozliczania komercyjnego bez wstępnego badania.

1 — element odrzutowy; 2 i 3 - konwertery; 4 - urządzenie izolujące sygnał; 5 — dysza zasilająca; 6 - komora robocza; 7 i 8 — ściany komory roboczej; 9 - separator; 10 i 11 — dysze sterujące; 12 i 13 — kanały odbiorcze; 14 i 15 - kanały spustowe; 16 i 17 — kanały informacji zwrotnej; 18 — rozszerzenie dyszy mocy; 19 — występ na dyszy zasilającej

Przepływomierz strumieniowy generator własny typ jest podatny na zatykanie, do jego wad można zaliczyć także niestabilność współczynnika konwersji.

Urządzenia te mają podobne wady do urządzeń wirowych:

• zależność od zniekształcenia wykresu prędkości, pod warunkiem, że jest on stosowany w połączeniu z urządzeniami zwężającymi;
• ogromne straty ciśnienia są nieodwracalne;
• główna część przepływomierza ma ogromne wymiary;
• znaczna niestabilność kursu konwersji.

Zalety generator własny przepływomierze nie różnią się od urządzenia wirowego, z wyjątkiem możliwości pracy z zanieczyszczonymi gazami.Te przepływomierze nie znalazły szerokiego praktycznego zastosowania w rachunkowości komercyjnej.

Typ #2 - przepływomierze-liczniki wirowe

Urządzenia mają kilka mocnych stron, m.in. dokładność pomiarów, brak wrażliwości na zabrudzenia i wstrząsy pneumatyczne, łatwość obsługi, a ponadto urządzenie nie posiada ruchomych części.

Urządzenia wytrzymują najtrudniejsze warunki zewnętrzne, dokładność wskaźników gwarantowana jest w temperaturach otoczenia do 500 stopni Celsjusza, maksymalny poziom ciśnienia wynosi 30 MPa

Znane są także istotne wady stosowania tego typu przepływomierzy – zwiększona wrażliwość na drgania mechaniczne, straty ciśnienia. Średnica rury powinna mieścić się w przedziale 15-30 cm.

Typ nr 3 – przepływomierze ultradźwiękowe

Urządzenie, zwane także urządzeniem akustycznym, ma kilka niezaprzeczalnych zalet:

• brak oporu hydraulicznego;
• urządzenie nie posiada ruchomych części, co zwiększa jego niezawodność;
• zwiększona wytrzymałość mechanizmu;
• szybka akcja.

Ten typ przepływomierza opiera się na określeniu różnicy czasu przejścia sygnału.

Działanie przepływomierzy ultradźwiękowych jest niezależne od temperatury, ciśnienia otoczenia, lepkości i przewodności elektrycznej, co gwarantuje dokładność uzyskiwanych danych

Czujniki ultradźwiękowe, umieszczone po przekątnej względem siebie, pełnią funkcje odbiornika i emitera. Zastosowanie wielu kanałów kompensuje odkształcenie profilu przepływu.

Typ #4 - przepływomierze bębnowe

Ta kategoria urządzeń jest z reguły wykorzystywana do badań laboratoryjnych. Ciśnienie powstające podczas obrotu bębna powoduje napełnienie sekcji gazem, a następnie ich opróżnienie.

Do pełnej pracy mechanizmów zliczających bębny (bez generatora impulsów) nie jest wymagane stałe źródło zasilania, co jest ich niezaprzeczalną zaletą.

Liczba obrotów bębna jest proporcjonalna do jednostek sześciennych gazu, wskaźnik jest przekazywany na tarczę struktury zliczającej. Przepływomierze bębnowe charakteryzują się dużą dokładnością pomiaru.

Typ #5 - lewitacja urządzenia

Ruchoma część obrotomierza obraca się w łożyskach, prędkość jest równa objętościowemu przepływowi gazu. Prędkość ruchu po okręgu przetwarzana jest na sygnał elektryczny za pomocą przetwornika wtórnego, a wyniki są odzwierciedlane na wskaźniku.

Urządzenia do pomiaru lewitacji pracują w warunkach od -30 do +50 stopni Celsjusza, błąd wartości mieści się w przedziale ± 1,5%

Lewitacja Urządzenia te są poszukiwane do komercyjnego pomiaru zużycia gazu ziemnego, zarówno do celów domowych, jak i użyteczności publicznej.

Typ #6 - mierniki membranowe

Patent na produkcję jednego z najpowszechniejszych urządzeń do pomiaru gazu został wydany w drugiej połowie XIX wieku w Anglii.

Zasada działania przepływomierza mechanicznego opiera się na zmianie położenia membran ruchomych komór w momencie wejścia gazu. Podczas wlotu i wylotu substancji następuje naprzemienny ruch.

Przepływomierz membranowy może składać się z 2 lub 4 komór, w zależności od objętości mierzonej substancji i konstrukcji

Urządzenie liczące napędzane jest poprzez układ przekładni i dźwigni. Mechanizmy posiadają szeroki zakres wartości pomiarowych – aż do 1:100.

Typ #7 - urządzenia obrotowe

W urządzeniu mechanicznym w komorze pomiarowej znajdują się dwa wirniki, które zaczynają się poruszać pod ciśnieniem substancji.Części obrotowe są umieszczone względem siebie pod kątem prostym, ich początkowe położenie ustala się za pomocą kół synchronizujących.

Ilość gazu jest proporcjonalna do liczby obrotów wirników. Za pomocą sprzęgła magnetycznego i przekładni obrót wirnika przekazywany jest na urządzenie zliczające, które odpowiada za zliczanie objętości przepuszczanej substancji.

Przepływomierz obrotowy ma wysoką przepustowość i jest stosowany w zakładach użyteczności publicznej oraz przedsiębiorstwach zużywających gaz o średniej i małej objętości

Do głównych zalet przepływomierzy obrotowych należy wysoka dokładność pomiaru, zwartość urządzenia oraz szeroki zakres pomiarów przepływu. Do wad należy hałas mechanizmu, jego wysoki koszt i wrażliwość na czynniki zewnętrzne, w tym zanieczyszczenia.

Typ #8 - przepływomierze turbinowe

Urządzenie typu mechanicznego ma kształt kawałka rury, wewnątrz przepływomierza znajduje się turbina z wałem i ruchomymi podporami. Urządzenie zasilające porusza się w wyniku przejścia substancji przez komorę pomiarową.

Prędkość ruchu mechanizmu jest równa prędkości przepływu i zużyciu gazu. Zgromadzona objętość odbija się na mechanizmie zliczającym, transmisja do niego odbywa się mechanicznie za pomocą skrzyni biegów lub układu przekładniowego.

W przepływomierzu turbinowym można stosować wyłącznie czyste substancje pędne – gaz, ciecz lub parę w zawiesinie, pod warunkiem, że nie zawierają one cząstek stałych

Oprócz wymienionych istnieją inne urządzenia, ale z reguły są one wykorzystywane w badaniach naukowych. Praktycznie nie zajmują się sferą komercyjną.

Polecamy również przeczytać nasz drugi artykuł, w którym szczegółowo omówiliśmy, jak wybrać gazomierz do swojego domu. Więcej szczegółów - przejdź do połączyć.

Przyrządy do pomiaru ilości gazów

Urządzenia do pomiaru przepływu gazu dzieli się na kilka kategorii w oparciu o metodę obliczeniową. Prędkościowe służą do określenia liczby objętościowej badanego ośrodka. Urządzenia te nie posiadają komór pomiarowych. Wrażliwa część to wirnik (styczny lub osiowy), który wprawiany jest w ruch obrotowy przez przepływ materii.

Mierniki wolumetryczne są mniej zależne od rodzaju produktu. Do ich wad można zaliczyć złożoność projektu, wysoką cenę i imponujące wymiary. Urządzenie składa się z kilku komór pomiarowych i ma bardziej złożoną konstrukcję. Urządzenia tego typu dzielą się na kilka typów - tłok, ostrze, przekładnia.

Znana jest inna klasyfikacja mierników ilości gazu, która obejmuje trzy rodzaje urządzeń: obrotowe, bębnowe i zaworowe.

Liczniki obrotowe charakteryzują się dużą przepustowością. Ich działanie polega na obliczeniu liczby obrotów łopatek wewnątrz urządzenia, wskaźnik odpowiada objętości gazu. Do ich głównych zalet należy trwałość, niezależność od prądu oraz zwiększona odporność na krótkotrwałe przeciążenia.

Gazomierze bębnowe działają na zasadzie wyporu. Wskaźniki korekcyjne, takie jak temperatura, skład gazu i poziom wilgotności, nie są brane pod uwagę

Liczniki bębnowe składają się z obudowy, mechanizmu zliczającego oraz bębna z komorami pomiarowymi. Zasada działania urządzenia do pomiaru zużycia gazu polega na określeniu liczby obrotów bębna, który obraca się pod wpływem różnicy ciśnień. Pomimo dokładności obliczeń, tego typu instrument nie znalazł szerokiego zastosowania ze względu na swoje nieporęczne rozmiary.

Zasada działania ostatniego typu liczników, tzw. zaworowych, opiera się na ruchu ruchomej przegrody, na którą działa różnica ciśnień substancji. Urządzenie składa się z kilku części - mechanizmu zliczającego i rozprowadzającego gaz oraz obudowy. Ma duże wymiary, dlatego wykorzystuje się go głównie w życiu codziennym.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Sposób działania przepływomierzy wirowych zostanie omówiony w następującym filmie:

Pomiar przepływu gazu jest jednym z kluczowych zadań w produkcji. Rynek przepływomierzy oferuje ogromną liczbę urządzeń o różnych konstrukcjach i zasadach działania, które nadają się również do potrzeb domowych. Za ich pomocą można oznaczyć niemal dowolną ilość cieczy lub gazu, bez konieczności stosowania specjalnej instalacji wzorca kalibracyjnego.

Możesz uzupełnić nasz materiał o ciekawe informacje na temat artykułu, zadać pytania lub wziąć udział w dyskusji. Zostaw swoje komentarze w bloku poniżej.