Kako in v čem se meri poraba plina: merilne metode + pregled vseh vrst plinskih merilnikov pretoka

Merilnik pretoka je naprava za merjenje prostorninskega ali masnega pretoka snovi, vključno z zemeljskim plinom, gorljivimi, agresivnimi plini, produkti ločevanja zraka. Izračun pretoka v industrijskih obratih ali v gospodinjstvih je mogoče opraviti tudi brez vključevanja strokovnjakov.

V nadaljevanju vam bomo povedali, kako in v čem se meri plin, predstavili opis naprav, ki se uporabljajo za ta namen, ter si ogledali osnovne metode določanja porabe plina.

Neposredna metoda merjenja porabe plina

Prostornina plina se izračuna v kubičnih metrih, redkeje se uporabljajo druge enote mase, kot so tone ali kilogrami, praviloma za tehnične pline.

Neposredna metoda je edina metoda, ki omogoča neposredno merjenje prostornine prehajajočega plina.

K slabim stranem naprav, ki izračunavajo prostorninski ali masni pretok snovi, sodijo:

1. Omejena delovna sposobnost merilnikov pretoka v pogojih umazanega plina.
2. Obstaja velika verjetnost okvare zaradi delnega zapiranja pretoka ali pnevmatskega udara.
3. Visoka cena rotacijskih merilnikov v primerjavi z drugimi napravami.
4. Velike dimenzije naprav.

Številne prednosti te metode odtehtajo naštete pomanjkljivosti, zaradi česar je tudi najbolj razširjena po številu nameščenih merilnikov.

S pomočjo merilnika pretoka je mogoče izračunati prostornino ali maso snovi na enoto časa. Namestitev na nagnjenem delu cevovoda bo zmanjšala merilno napako.

Med njimi so neposredno merjenje prostornine plina, neodvisnost od popačenj profila hitrosti toka tako na vstopu kot na izstopu, kar omogoča skrajšanje UUG. Širina območja je do 1:100. V ta namen se uporabljajo naprave membranskega in rotacijskega tipa. Uporabljajo se lahko v prostorih z nameščenimi impulznimi kotli.

Posredne metode merjenja

Te metode vključujejo izračun, na primer, hitrosti pretoka snovi skozi določen prerez. Za doseganje čim bolj natančnih rezultatov je treba izenačiti hitrost gibanja plina.

Merjenje pretoka plina z diferenčnim tlakom

Ena najpogostejših in najbolj raziskanih metod merjenja pretoka plina, ki temelji na uporabi zožitvenega elementa, ima več prednosti, vključno s preprostostjo mehanizma pretvornika pretoka, katerega delovanje je namenjeno merjenju diferenčnega tlaka snovi, ki teče skozi lokalno zožitev v plinovodu. Za izvedbo izračunov ne bodo potrebne merilne stojnice.

Kljub obstoju popolne znanstveno-tehnične podlage ima ta merilna metoda več bistvenih pomanjkljivosti – ozek merilni obseg, ki tudi ob upoštevanju večobmočnih tlačnih senzorjev ne presega vrednosti 1:10.

Standardne zožitvene elemente izdelujejo po posebni tehnologiji z visokimi zahtevami glede hrapavosti. Njihova uporaba je dovoljena izključno na gladkih cevovodih.

Hidravlični upori v plinovodih povečujejo občutljivost na diagram spremembe povprečnih hitrosti po globini ali širini toka na vstopu v diafragmo. Dolžina ravnih odsekov pred zožitvenimi elementi mora znašati najmanj 10 premerov DN cevne strukture.

Hitrostna metoda določanja pretokov

Za to metodo se uporabljajo pretvorniki turbinskega tipa. Te naprave imajo več prednosti, vključno z majhnimi dimenzijami in težo ter dostopno ceno v svoji kategoriji.

Te naprave niso občutljive na pnevmatske udarce. Merilno območje pretoka znaša do 1:30, kar bistveno presega primerljivo vrednost za zožitvene elemente.

Turbinski pretvornik pretoka TPR se lahko uporablja v okolju s temperaturo od minus 200 do +200 °C, če je naprava nameščena za neagresivne in enofazne kriogene tekočine. Za agresivne tekočine znaša vrednost od minus 60 do +50 °C.

Med pomanjkljivosti lahko prištejemo občutljivost, čeprav majhno, na popačenja toka na vstopu in izstopu naprave ter odstopanje merilnih rezultatov pri pulzirajočih plinskih tokovih. Pri majhnih pretokih, v območju od 8 do 10 m³/h, merilniki pretoka niso delujoči.

Ultrazvočna metoda merjenja

Priljubljenost akustičnih merilnikov pretoka, s katerimi se meri količino plina, zlasti v komercialnem obračunu, je narasla z razvojem mikroelektronike. Akustični merilniki pretoka nimajo gibljivih delov niti delov, ki bi štrleli v tok, kar bistveno povečuje njihovo zanesljivost.

Meritev se izvaja v širokem razponu vrednosti zaradi sposobnosti naprave, da dolgo časa deluje na vgrajenem napajalniku. Domače naprave ne izpolnjujejo vseh zahtev, saj je za preprečitev vpliva izkrivljanja pretoka plina na rezultate izračunov treba uporabljati izključno večpotne ultrazvočne merilnike pretoka.

Klasifikacija merilnikov pretoka po principu delovanja

Merilniki pretoka se razlikujejo po več parametrih, vključno s tlakom, vrsto uporabljenega plina in temperaturnim režimom. Napravo je treba izbrati glede na pogoje uporabe in zastavljene naloge.

Merilne naprave so sestavljene iz delov, kot so pretvornik, odgovoren za pad tlaka, spojni element in manometer.

Tip #1 – reaktivni avtogeneratorski merilniki pretoka

Merilnik pretoka tega tipa, namenjen tudi merjenju pretoka zemeljskega plina, ima več posebnih značilnosti. Naprava je pokrita z negativnimi povratnimi zvezami, frekvenca priključitev curka je odvisna od pretoka plina.

Števci, izdelani na podlagi reaktivnih merilnikov pretoka, se uporabljajo za komercialno merjenje brez predhodnega strokovnega pregleda.

1 – reaktivni element; 2 in 3 – pretvornika; 4 – naprava za izločanje signala; 5 – dovodna šoba; 6 – delovna komora; 7 in 8 – steni delovne komore; 9 – ločilec; 10 in 11 – krmilni šobi; 12 in 13 – sprejemna kanala; 14 in 15 – odtočna kanala; 16 in 17 – kanala povratne zveze; 18 – razširitev dovodne šobe; 19 – stopnica na dovodni šobi

Reaktivni merilnik pretoka avtogeneratorskega tipa je nagnjen k zamašitvi, med njegovimi pomanjkljivostmi je tudi nestabilnost pretvorbenega koeficienta.

Te naprave imajo podobne pomanjkljivosti kot vrtinčne naprave:

• odvisnost od izkrivljanj hitrostnega profila, če se uporabljajo v kompletu z zožitvenimi napravami;
• masivne izgube tlaka so nepovratne;
• glavni del merilnika pretoka ima ogromne dimenzije;
• znatna nestabilnost pretvorbenega koeficienta.

Prednosti avtogeneratorskega merilnika pretoka se ne razlikujejo od vrtinčne naprave, razen zmožnosti dela z onesnaženimi plini. Ti merilniki pretoka niso našli široke praktične uporabe v komercialnem merjenju.

Tip #2 – vrtinčni merilniki pretoka

Izpostavlja se več prednosti naprav, vključno z natančnostjo meritev, neobčutljivostjo na onesnaženja in pnevmatske udarce, enostavnostjo uporabe, naprava tudi nima premikajočih se delov.

Naprave prenesejo najzahtevnejše zunanje pogoje, natančnost meritev je zagotovljena pri temperaturi okolice do 500 stopinj Celzija, maksimalni tlak je 30 MPa.

Znane so tudi pomembne pomanjkljivosti uporabe te vrste merilnikov pretoka – povečana občutljivost na mehanske tresljaje, padec tlaka. Premer cevi mora biti v območju 15–30 cm.

Tip #3 – ultrazvočni merilniki pretoka

Naprava, znana tudi kot akustična, ima več nespornih prednosti:

• odsotnost hidravličnega upora;
• v napravi ni gibljivih delov, kar povečuje njeno zanesljivost;
• povečana trdnost mehanizma;
• hitro delovanje.

Merilnik pretoka te vrste temelji na določanju razlike v času prehoda signala.

Delovanje ultrazvočnih merilnikov pretoka ni odvisno od temperature, tlaka okolice, viskoznosti in električne prevodnosti, kar zagotavlja natančnost pridobljenih podatkov.

Ultrazvočna senzorja, nameščena diagonalno drug glede na drugega, opravljata funkcijo sprejemnika in oddajnika. Uporaba več kanalov kompenzira deformacijo profila toka.

Tip #4 – bobnasti merilniki pretoka

Ta kategorija naprav se praviloma uporablja za izvajanje laboratorijskih raziskav. Tlak, ki nastane med vrtenjem bobna, povzroči, da se odseki napolnijo s plinom in se nato izpraznijo.

Za popolno delovanje bobnastih števnih mehanizmov (brez impulznega generatorja) ni potreben stalen vir napajanja, kar je njihova nesporna prednost.

Število obratov bobna je sorazmerno kubičnim enotam plina, vrednost se prenaša na številčnico števne naprave. Bobnasti merilniki pretoka imajo visoko natančnost merjenja.

Vrsta #5 – levitacijske naprave

Gibljivi del tahometrične naprave se vrti v ležajih, hitrost je enaka volumskemu pretoku plina. Pretvorba hitrosti krožnega gibanja v električni signal se izvaja s pomočjo sekundarnega pretvornika, rezultati so prikazani na indikatorju.

Levitacijske merilne naprave delujejo v pogojih od –30 do +50 stopinj Celzija, napaka vrednosti je v območju ± 1,5 %.

Levitacijske naprave so iskane pri komercialnem merjenju porabe zemeljskega plina, tako v gospodinjstvu kot v komunalne namene.

Tip #6 – membranski merilniki

Patent za izdelavo ene najbolj razširjenih merilnih naprav za merjenje plina je bil podeljen v drugi polovici devetnajstega stoletja na območju Anglije.

Princip delovanja mehanskega merilnika pretoka temelji na spremembi položaja premičnih komornih membran ob dotoku plina. Izmenično premikanje poteka med vstopom in izstopom snovi.

Naprava za merjenje pretoka plina membranskega tipa je lahko sestavljena iz 2 ali 4 komor, odvisno od količine merjene snovi in konstrukcije.

Številčno napravo poganja sistem reduktorja in ročic. Mehanizmi imajo širok merilni razpon – do 1:100.

Tip #7 – rotacijske naprave

V mehanski napravi v merilni komori sta nameščena dva rotorja, ki se začneta premikati pod pritiskom snovi. Vrteči se deli sta pod pravim kotom drug glede na drugega, njuno začetno mesto pa se določi s pomočjo koles za sinhronizacijo.

Količina plina je sorazmerna s številom obratov rotorjev. Z magnetno sklopko in reduktorjem se vrtenje rotorja prenaša na številčno napravo, ki skrbi za zbiranje prostornine pretekle snovi.

Rotacijski merilnik pretoka ima veliko prepustnost, uporablja se v komunalnih gospodarstvih, podjetjih srednjega in majhnega obsega porabe plina.

Glavne prednosti rotacijskih merilnikov pretoka so visoka natančnost merjenja, kompaktnost naprave, širok merilni razpon. Med pomanjkljivostmi so hrupnost mehanizma, visoka cena, občutljivost na zunanje dejavnike, vključno z onesnaženjem.

Tip #8 – turbinski merilniki pretoka

Naprava mehanskega tipa ima obliko odseka cevi, v merilniku je nameščena turbina z gredjo in premičnimi ležaji. Pogonska naprava se premika zaradi snovi, ki teče skozi merilno komoro.

Hitrost gibanja mehanizma je enaka hitrosti toka in pretoku plina. Akumulirana prostornina se prikaže na številčnem mehanizmu, prenos nanj se izvede mehansko s pomočjo reduktorja in sistema zobnikov.

Turbinska številčna naprava se lahko uporablja samo s čistimi gibajočimi snovmi – plinom, tekočino ali paro v suspenziji, pod pogojem, da ne vsebujejo trdnih delcev.

Poleg naštetih obstajajo tudi druge naprave, vendar se praviloma uporabljajo v znanstvenih raziskavah. V komercialni sferi skoraj niso v uporabi.

Priporočamo tudi branje našega drugega članka, kjer smo podrobno opisali, kako izbrati plinski števec za dom. Več – kliknite na povezavo.

Naprave za merjenje količine plina

Naprave za merjenje pretoka plina glede na metodo izračuna so razdeljene v več kategorij. Hitrostne se uporabljajo za določanje volumenskega števila preučevanega medija. Ti instrumenti nimajo merilnih komor. Občutljivi del je turbinica (tangencialna ali aksialna), ki jo poganja tok snovi.

Volumenski števci se odlikujejo po manjši odvisnosti od vrste produkta. Med njihove pomanjkljivosti lahko štejemo kompleksnost konstrukcije, visoko ceno in impozantne dimenzije. Naprava je sestavljena iz več merilnih komor in se odlikuje po bolj zapleteni konstrukciji. Ta vrsta instrumentov se deli na več vrst – batne, lopatične, zobniške.

Znana je tudi druga klasifikacija števcev količine plina, ki vključuje tri vrste naprav: rotacijske, bobnaste in ventilne.

Rotacijski števci imajo veliko prepustno zmogljivost. Njihovo delovanje temelji na izračunu števila vrtljajev lopatic znotraj naprave, indikator ustreza volumnu plina. Med njihove glavne prednosti lahko štejemo trajnost, neodvisnost od električne energije, povečano odpornost na kratkotrajne preobremenitve.

Plinski števci bobnastega tipa delujejo po principu izpodrivanja. Takšni korekcijski kazalniki, kot so temperatura, sestava plina in stopnja vlažnosti, se ne upoštevajo.

Bobnasti števci so sestavljeni iz ohišja, števnega mehanizma in bobna z merilnimi komorami. Načelo delovanja naprave za merjenje porabe plina je v določanju števila vrtljajev bobna, ki se vrti zaradi razlike tlaka. Kljub natančnosti izračunov ta vrsta instrumentov ni našla široke uporabe zaradi svojih okornih dimenzij.

Načelo delovanja zadnje vrste števcev, znane kot ventilni, temelji na premikanju premične pregrade, na katero deluje razlika tlaka snovi. Naprava je sestavljena iz več delov – števnega in plinsko-distribucijskega mehanizma ter ohišja. Ima velike dimenzije, zato se večinoma uporablja v gospodinjstvih.

Zaključki in koristen video na to temo

O tem, kako delujejo vrtinčni plinski merilniki pretoka, bo govora v naslednjem videoposnetku:

Merjenje pretoka plina je ena ključnih nalog v proizvodnji. Na trgu merilnikov pretoka je na voljo ogromno naprav z različnimi konstrukcijami in principi delovanja, ki so primerne tudi za gospodinjske potrebe. Z njihovo pomočjo je mogoče določiti praktično katero koli količino tekočine ali plina, pri tem pa ne bo potrebna posebna kalibracijska referenčna naprava.

Naše gradivo lahko dopolnite z zanimivimi informacijami o temi članka, postavite vprašanja, ki vas zanimajo, ali sodelujete v razpravi. Svoje komentarje pustite v spodaj nameščenem bloku.