Πώς και σε τι μετριέται η ροή αερίου: μέθοδοι μέτρησης + επισκόπηση όλων των τύπων μετρητών ροής αερίου

Ο μετρητής ροής είναι μια συσκευή για τη μέτρηση της ογκομετρικής ή μαζικής ροής μιας ουσίας, συμπεριλαμβανομένου του φυσικού αερίου, των εύφλεκτων, των διαβρωτικών αερίων, των προϊόντων διαχωρισμού αέρα. Ο υπολογισμός των όγκων ροής σε βιομηχανικές επιχειρήσεις ή στο σπίτι μπορεί να γίνει χωρίς την προσέλκυση ειδικών.

Στη συνέχεια θα σας πούμε πώς και με τι μετριέται το αέριο, θα δώσουμε περιγραφή των συσκευών που χρησιμοποιούνται για αυτόν τον σκοπό, καθώς και θα εξετάσουμε τις κύριες μεθόδους προσδιορισμού της κατανάλωσης αερίου.

Άμεση μέθοδος μέτρησης της κατανάλωσης αερίου

Ο όγκος του αερίου υπολογίζεται σε κυβικά μέτρα, σπανιότερα χρησιμοποιούνται άλλες μονάδες μάζας, όπως τόνοι ή χιλιόγραμμα, συνήθως για τεχνολογικά αέρια.

Η άμεση μέθοδος – είναι η μόνη μέθοδος που εξασφαλίζει άμεση μέτρηση του όγκου του διερχόμενου αερίου.

Στα αδύνατα σημεία των συσκευών που υπολογίζουν την ογκομετρική ή μαζική ροή της ουσίας περιλαμβάνονται:

1. Περιορισμένη λειτουργικότητα των μετρητών ροής υπό συνθήκες μολυσμένου αερίου.
2. Υπάρχει υψηλή πιθανότητα βλάβης λόγω μερικής απόφραξης της ροής ή πνευματικού σοκ.
3. Υψηλό κόστος των περιστροφικών μετρητών σε σύγκριση με άλλες συσκευές.
4. Μεγάλες διαστάσεις συσκευών.

Τα πολυάριθμα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου υπερτερούν των αναφερθέντων μειονεκτημάτων, χάρη στα οποία και αυτή έχει λάβει την ευρύτερη διάδοση όσον αφορά τον αριθμό εγκατεστημένων μετρητών.

Με τη βοήθεια του μετρητή ροής μπορεί να υπολογιστεί ο όγκος ή η μάζα της ουσίας ανά μονάδα χρόνου. Η εγκατάσταση σε κεκλιμένο τμήμα του αγωγού θα μειώσει το σφάλμα μέτρησης.

Σε αυτά περιλαμβάνονται – η άμεση μέτρηση του όγκου αερίου, η απουσία εξάρτησης από παραμορφώσεις του διαγράμματος ταχυτήτων ροής, τόσο στην είσοδο όσο και στην έξοδο, γεγονός που επιτρέπει τη μείωση του ΥΥΓ. Το εύρος της κλίμακας είναι έως 1:100. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται συσκευές μεμβρανικού και περιστροφικού τύπου. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε χώρους με εγκατεστημένους λέβητες παλμικού τύπου.

Έμμεσες μέθοδοι μέτρησης

Αυτές οι μέθοδοι προβλέπουν τον υπολογισμό, για παράδειγμα, της ταχύτητας ροής μιας ουσίας μέσω μιας δεδομένης διατομής. Για την επίτευξη των πιο ακριβών αποτελεσμάτων, είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί η ταχύτητα κίνησης του αερίου.

Μέτρηση ροής αερίου με διαφορά πίεσης

Μία από τις πιο διαδεδομένες και μελετημένες μεθόδους μέτρησης παροχής αερίου, που βασίζεται στη χρήση μιας διάταξης στένωσης, έχει πολλά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της απλότητας του μηχανισμού του μετατροπέα παροχής, η λειτουργία του οποίου στοχεύει στη μέτρηση της διαφοράς πίεσης του μέσου που ρέει μέσω μιας τοπικής στένωσης σε έναν αγωγό αερίου. Για τη διεξαγωγή υπολογισμών δεν απαιτούνται μετρητικά παροχής συστήματα δοκιμών.

Παρά την ύπαρξη μιας πλήρους επιστημονικής και τεχνικής βάσης, αυτή η μέθοδος μέτρησης έχει αρκετά σημαντικά μειονεκτήματα – ένα μικρό εύρος μέτρησης, το οποίο ακόμα και λαμβάνοντας υπόψη τους αισθητήρες πίεσης πολλαπλών ορίων, δεν υπερβαίνει την αναλογία 1:10.

Οι τυποποιημένες διατάξεις στένωσης κατασκευάζονται με ειδική τεχνολογία, με υψηλές απαιτήσεις τραχύτητας. Επιτρέπεται η χρήση τους αποκλειστικά σε λείους αγωγούς.

Οι υδραυλικές αντιστάσεις στους αγωγούς αερίου αυξάνουν την ευαισθησία στο διάγραμμα μεταβολής των μέσων ταχυτήτων σε σχέση με το βάθος ή το πλάτος της ροής στην είσοδο του διαφράγματος. Το μήκος των ευθύγραμμων τμημάτων πριν από τις διατάξεις στένωσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 φορές η ονομαστική διάμετρος της σωληνοειδούς κατασκευής.

Μέθοδος ταχύτητας προσδιορισμού ροών

Για αυτή τη μέθοδο χρησιμοποιούνται μετατροπείς τύπου στροβίλου. Αυτές οι συσκευές έχουν πολλά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένων των μικρών διαστάσεων και βάρους, καθώς και προσιτής τιμής στην κατηγορία τους.

Αυτές οι συσκευές δεν έχουν ευαισθησία σε πνευματικές κρούσεις. Το εύρος τιμών μέτρησης παροχής είναι έως 1:30, το οποίο υπερβαίνει σημαντικά τον αντίστοιχο δείκτη για τις διατάξεις στένωσης.

Ο μετατροπέας παροχής τύπου στροβίλου TPR μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιβάλλον με θερμοκρασία από -200 έως +200 °C, εάν η συσκευή έχει εγκατασταθεί για μη διαβρωτικά και μονοφασικά κρυογενικά υγρά. Για διαβρωτικά υγρά, το εύρος είναι από -60 έως +50 °C.

Στα μειονεκτήματα μπορεί να συμπεριληφθεί η ευαισθησία, αν και ελάχιστη, σε παραμορφώσεις της ροής στην είσοδο και την έξοδο της συσκευής, και η απόκλιση των αποτελεσμάτων μέτρησης παλλόμενων ροών αερίου. Σε χαμηλές παροχές, στην περιοχή 8 έως 10 m³/h, οι μετρητές παροχής δεν λειτουργούν.

Υπερηχητική μέθοδος μέτρησης

Η δημοτικότητα των ακουστικών μετρητών παροχής, με τους οποίους μετράται η ποσότητα αερίου, ιδιαίτερα στην εμπορική μέτρηση, έχει αυξηθεί με την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής. Οι ακουστικοί μετρητές παροχής δεν έχουν κινούμενα μέρη, ούτε εξαρτήματα που προεξέχουν στη ροή, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την αξιοπιστία τους.

Η μέτρηση πραγματοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα τιμών χάρη στην ικανότητα της συσκευής να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα από την ενσωματωμένη πηγή τροφοδοσίας. Οι εγχώριες συσκευές δεν πληρούν όλες τις απαραίτητες απαιτήσεις, καθώς για την αποφυγή της επίδρασης των παραμορφώσεων της ροής αερίου στα αποτελέσματα των υπολογισμών, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται αποκλειστικά πολυδεσμικοί υπερηχητικοί μετρητές ροής.

Ταξινόμηση μετρητών ροής ανάλογα με την αρχή λειτουργίας

Οι μετρητές ροής διαφέρουν ως προς διάφορες παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της πίεσης, του τύπου αερίου που χρησιμοποιείται και της θερμοκρασιακής κατάστασης. Η επιλογή της συσκευής πρέπει να γίνεται ανάλογα με τις συνθήκες εφαρμογής και τα καθορισμένα καθήκοντα.

Τα όργανα μέτρησης αποτελούνται από μέρη όπως ο μετατροπέας που είναι υπεύθυνος για τη διαφορά πίεσης, το συνδετικό στοιχείο και το μανόμετρο.

Τύπος #1 – αεριωθούμενοι αυτογεννητικοί μετρητές ροής

Ο μετρητής ροής αυτού του τύπου, που προορίζεται επίσης για τη μέτρηση της ροής φυσικού αερίου, έχει ορισμένα ξεχωριστά χαρακτηριστικά. Η συσκευή καλύπτεται από αρνητικές ανατροφοδοτήσεις, η συχνότητα των συνδέσεων του πίδακα εξαρτάται από τη ροή του αερίου.

Οι μετρητές που κατασκευάζονται με βάση τους αεριωθούμενους μετρητές ροής χρησιμοποιούνται για εμπορική λογιστική χωρίς προηγούμενη εξέταση.

1 – στοιχείο πίδακα· 2 και 3 – μετατροπείς· 4 – διάταξη εξαγωγής σήματος· 5 – ακροφύσιο τροφοδοσίας· 6 – θάλαμος εργασίας· 7 και 8 – τοιχώματα θαλάμου εργασίας· 9 – διαχωριστής· 10 και 11 – ακροφύσια ελέγχου· 12 και 13 – κανάλια λήψης· 14 και 15 – κανάλια εκροής· 16 και 17 – κανάλια ανάδρασης· 18 – διαπλάτυνση ακροφυσίου τροφοδοσίας· 19 – προεξοχή στο ακροφύσιο τροφοδοσίας

Ο μετρητής ροής αεριωθούμενου αυτογεννητικού τύπου είναι επιρρεπής σε φράξιμο, μεταξύ των μειονεκτημάτων του είναι και η αστάθεια του συντελεστή μετατροπής.

Αυτές οι συσκευές έχουν παρόμοια μειονεκτήματα με τις δινώδεις διατάξεις:

• εξάρτηση από παραμορφώσεις του διαγράμματος ταχυτήτων, υπό την προϋπόθεση χρήσης σε συνδυασμό με συσκευές στένωσης·
• οι μαζικές απώλειες πίεσης είναι μη αναστρέψιμες·
• το κύριο μέρος του μετρητή ροής έχει τεράστιες διαστάσεις·
• σημαντική αστάθεια του συντελεστή μετατροπής.

Τα πλεονεκτήματα του αυτογεννητικού μετρητή ροής δεν διαφέρουν από εκείνα της δινώδους διάταξης, εκτός από την ικανότητα λειτουργίας με ρυπαρά αέρια. Αυτοί οι μετρητές ροής δεν βρήκαν ευρεία πρακτική εφαρμογή στην εμπορική λογιστική.

Τύπος #2 – μετρητές ροής δίνης

Διακρίνονται αρκετές ισχυρές πλευρές των συσκευών, συμπεριλαμβάνοντας την ακρίβεια των μετρήσεων, την απουσία ευαισθησίας σε ρύπους και πνευματικά πλήγματα, την ευκολία λειτουργίας, ενώ η συσκευή δεν διαθέτει κινούμενα μέρη.

Τα όργανα αντέχουν τις πιο δύσκολες εξωτερικές συνθήκες, η ακρίβεια των ενδείξεων είναι εγγυημένη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος έως 500 βαθμούς Κελσίου, μέγιστη πίεση – 30 MPa

Είναι γνωστά και σημαντικά μειονεκτήματα της χρήσης αυτού του τύπου ροόμετρων – αυξημένη ευαισθησία σε μηχανικές δονήσεις, πτώση πίεσης. Η διάμετρος των σωλήνων πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 15-30 εκ.

Τύπος #3 – υπερηχητικοί μετρητές ροής

Η συσκευή, γνωστή και ως ακουστική, έχει πολλά αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα:

• απουσία υδραυλικής αντίστασης;
• στη συσκευή δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη, γεγονός που αυξάνει την αξιοπιστία της;
• αυξημένη αντοχή του μηχανισμού;
• ταχεία δράση.

Το ροόμετρο αυτού του τύπου βασίζεται στον προσδιορισμό της διαφοράς χρόνου διέλευσης του σήματος.

Η λειτουργία των υπερηχητικών ροόμετρων δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την πίεση περιβάλλοντος, το ιξώδες και την ηλεκτρική αγωγιμότητα, γεγονός που εγγυάται την ακρίβεια των δεδομένων που λαμβάνονται.

Οι υπερηχητικοί αισθητήρες, τοποθετημένοι διαγώνια ο ένας ως προς τον άλλον, εκτελούν λειτουργία δέκτη και πομπού. Η χρήση πολλαπλών καναλιών αντισταθμίζει την παραμόρφωση του προφίλ ροής.

Τύπος #4 – μετρητές ροής τυμπάνου

Αυτή η κατηγορία συσκευών χρησιμοποιείται συνήθως για τη διεξαγωγή εργαστηριακών ερευνών. Η πίεση που δημιουργείται κατά την περιστροφή του τυμπάνου οδηγεί στην πλήρωση του τμήματος με αέριο και στη συνέχεια στην εκκένωσή του.

Για την πλήρη λειτουργία των μηχανισμών μέτρησης τυμπάνου (χωρίς γεννήτρια παλμών) δεν απαιτείται σταθερή πηγή τροφοδοσίας, γεγονός που αποτελεί αναμφισβήτητο πλεονέκτημά τους.

Ο αριθμός των στροφών του τυμπάνου είναι ανάλογος με τις κυβικές μονάδες αερίου, η ένδειξη μεταφέρεται στο καντράν της μετρητικής διάταξης. Τα ροόμετρα τυμπάνου διαθέτουν υψηλή ακρίβεια μέτρησης.

Τύπος #5 – αιωρητικές συσκευές

Το κινητό μέρος της ταχομετρικής συσκευής περιστρέφεται σε έδρανα, η ταχύτητα ισούται με την ογκομετρική ροή αερίου. Η μετατροπή της ταχύτητας κυκλικής κίνησης σε ηλεκτρικό σήμα πραγματοποιείται με τη βοήθεια δευτερεύοντος μετατροπέα, τα αποτελέσματα αντικατοπτρίζονται στην ένδειξη.

Οι αιωρητικές συσκευές μέτρησης λειτουργούν σε θερμοκρασίες από -30 έως +50 βαθμούς Κελσίου, η απόκλιση των τιμών κυμαίνεται στο ± 1,5%

Οι αιωρητικές συσκευές είναι ζητούμενες στην εμπορική μέτρηση κατανάλωσης φυσικού αερίου, τόσο για οικιακούς όσο και για δημόσιους σκοπούς.

Τύπος #6 – μεμβρανικοί μετρητές

Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την κατασκευή μιας από τις πιο διαδεδομένες συσκευές μέτρησης αερίου χορηγήθηκε στο δεύτερο μισό του δέκατου ένατου αιώνα στο έδαφος της Αγγλίας.

Η αρχή λειτουργίας ενός μηχανικού ροόμετρου βασίζεται στην αλλαγή θέσης των κινούμενων μεμβρανών του θαλάμου κατά τη στιγμή εισόδου του αερίου. Η εναλλασσόμενη μετακίνηση πραγματοποιείται κατά την εισαγωγή και εξαγωγή της ουσίας.

Η συσκευή μέτρησης ροής αερίου μεμβρανικού τύπου μπορεί να αποτελείται από 2 ή 4 θαλάμους ανάλογα με τον όγκο της μετρούμενης ουσίας και τον σχεδιασμό

Η μετρητική διάταξη ενεργοποιείται από ένα σύστημα μειωτήρα και μοχλών. Οι μηχανισμοί διαθέτουν ευρύ φάσμα τιμών μέτρησης – έως 1:100.

Τύπος #7 – περιστροφικές συσκευές

Στη συσκευή μηχανικού τύπου, εντός του θαλάμου μέτρησης υπάρχουν δύο ρότορες που αρχίζουν να κινούνται υπό την πίεση της ουσίας. Τα περιστρεφόμενα εξαρτήματα βρίσκονται σε ορθή γωνία μεταξύ τους και η αρχική τους θέση σταθεροποιείται με τη βοήθεια τροχών συγχρονισμού.

Η ποσότητα αερίου είναι ανάλογη προς τον αριθμό περιστροφών των ροτόρων. Μέσω ενός μαγνητικού συνδέσμου και ενός μειωτήρα, η περιστροφή του ρότορα μεταδίδεται στη μετρητική διάταξη, η οποία είναι υπεύθυνη για τη συσσώρευση του όγκου της διερχόμενης ουσίας.

Το περιστροφικό ροόμετρο διαθέτει μεγάλη ικανότητα ροής και χρησιμοποιείται σε δημόσιες υπηρεσίες, επιχειρήσεις μεσαίας και μικρής κλίμακας κατανάλωσης αερίου

Στα κύρια πλεονεκτήματα των περιστροφικών ροόμετρων συγκαταλέγονται η υψηλή ακρίβεια μέτρησης, η συμπαγής συσκευή και το ευρύ φάσμα μετρήσεων ροής. Μεταξύ των μειονεκτημάτων ξεχωρίζουν ο θόρυβος του μηχανισμού, το υψηλό κόστος του και η ευαισθησία σε εξωτερικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της ρύπανσης.

Τύπος #8 – στροβιλομετρητές ροής

Η συσκευή μηχανικού τύπου έχει μορφή τμήματος σωλήνα. Στο εσωτερικό του ροόμετρου υπάρχει ένας στρόβιλος με άξονα και κινούμενα έδρανα. Η συσκευή ισχύος κινείται από την ουσία που διέρχεται μέσω του θαλάμου μέτρησης.

Η ταχύτητα κίνησης του μηχανισμού ισούται με την ταχύτητα ροής και την κατανάλωση αερίου. Ο συσσωρευμένος όγκος εμφανίζεται στη μετρητική διάταξη και η μετάδοση σε αυτήν γίνεται μηχανικά μέσω μειωτήρα και συστήματος γραναζιών.

Η μετρητική διάταξη τύπου στροβίλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο με καθαρές κινούμενες ουσίες – αέριο, υγρό ή ατμό σε αιώρηση, υπό την προϋπόθεση ότι δεν περιέχουν στερεά σωματίδια

Εκτός από αυτές που αναφέρονται, υπάρχουν και άλλες συσκευές, αλλά χρησιμοποιούνται συνήθως σε επιστημονικές έρευνες. Στον εμπορικό τομέα δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν καθόλου.

Σας συνιστούμε επίσης να διαβάσετε ένα άλλο άρθρο μας, όπου περιγράφουμε λεπτομερώς πώς να επιλέξετε μετρητή αερίου για το σπίτι. Περισσότερα – ακολουθήστε τον σύνδεσμο.

Συσκευές μέτρησης ποσότητας αερίου

Οι συσκευές μέτρησης ροής αερίου ανάλογα με τη μέθοδο υπολογισμού χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες. Οι ταχυμετρικές χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό του ογκομετρικού αριθμού του υπό μελέτη μέσου. Σε αυτές τις συσκευές δεν υπάρχουν θάλαμοι μέτρησης. Το ευαίσθητο στοιχείο είναι η τουρμπίνα (εφαπτομενική ή αξονική), η οποία τίθεται σε περιστροφή από τη ροή του υλικού.

Οι ογκομετρικοί μετρητές διακρίνονται από μικρότερη εξάρτηση από τον τύπο του προϊόντος. Στα μειονεκτήματά τους συγκαταλέγονται η πολυπλοκότητα της κατασκευής, η υψηλή τιμή και οι ογκώδεις διαστάσεις. Η συσκευή αποτελείται από αρκετούς θαλάμους μέτρησης και διακρίνεται για την πιο σύνθετη κατασκευή της. Αυτός ο τύπος συσκευών υποδιαιρείται σε διάφορα είδη – εμβολοφόρους, πτερυγιοφόρους, οδοντωτούς.

Είναι γνωστή και μία άλλη ταξινόμηση των μετρητών ποσότητας αερίου, η οποία περιλαμβάνει τρεις τύπους συσκευών: περιστροφικούς, τυμπανικούς και βαλβιδικούς.

Οι περιστροφικοί μετρητές διαθέτουν μεγάλη ικανότητα διαβίβασης. Η λειτουργία τους βασίζεται στον υπολογισμό του αριθμού των στροφών των πτερυγίων εντός της συσκευής, η ένδειξη αντιστοιχεί στον όγκο αερίου. Στα κύρια πλεονεκτήματά τους συγκαταλέγονται η ανθεκτικότητα, η ανεξαρτησία από ηλεκτρική ενέργεια και η αυξημένη αντίσταση σε βραχυπρόθεσμες υπερφορτίσεις.

Οι μετρητές αερίου τύπου τυμπάνου λειτουργούν με βάση την αρχή της εκτόπισης. Δεν λαμβάνονται υπόψη διορθωτικοί παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η σύνθεση του αερίου και το επίπεδο υγρασίας.

Οι τυμπανικοί μετρητές αποτελούνται από το σώμα, τον μηχανισμό μέτρησης και το τύμπανο με τους θαλάμους μέτρησης. Η αρχή λειτουργίας της συσκευής για τη μέτρηση της κατανάλωσης αερίου συνίσταται στον προσδιορισμό του αριθμού των στροφών του τυμπάνου, το οποίο περιστρέφεται λόγω της διαφοράς πίεσης. Παρά την ακρίβεια των υπολογισμών, αυτός ο τύπος συσκευών δεν βρήκε ευρεία εφαρμογή λόγω των ογκωδών διαστάσεών τους.

Η αρχή λειτουργίας του τελευταίου τύπου μετρητών, γνωστού ως βαλβιδικού, βασίζεται στη μετακίνηση ενός κινητού διαφράγματος, το οποίο επηρεάζεται από τη διαφορά πίεσης του υλικού. Η συσκευή αποτελείται από διάφορα μέρη – τον μηχανισμό μέτρησης και διανομής αερίου, καθώς και το σώμα. Έχει μεγάλες διαστάσεις, επομένως χρησιμοποιείται κυρίως σε οικιακές εφαρμογές.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Στο επόμενο βίντεο θα μιλήσουμε για το πώς λειτουργούν οι μετρητές ροής αερίου δίνης:

Η μέτρηση της ροής αερίου είναι μία από τις βασικές εργασίες στη βιομηχανία. Στην αγορά μετρητών ροής υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός συσκευών με διάφορες κατασκευές και αρχές λειτουργίας, οι οποίες είναι κατάλληλες και για οικιακές ανάγκες. Με τη βοήθειά τους μπορεί να προσδιοριστεί σχεδόν οποιαδήποτε ποσότητα υγρού ή αερίου, χωρίς να απαιτείται ειδική πρότυπη διάταξη βαθμονόμησης.

Μπορείτε να συμπληρώσετε το υλικό μας με ενδιαφέρουσες πληροφορίες σχετικά με το θέμα του άρθρου, να κάνετε ερωτήσεις που σας ενδιαφέρουν ή να συμμετάσχετε στη συζήτηση. Αφήστε τα σχόλιά σας στο παρακάτω πλαίσιο.