Газовый счетчик – это специализированный расходомер , используемый для измерения объема топливных газов , таких как природный газ и сжиженный нефтяной газ . Газовые счетчики используются в жилых, коммерческих и промышленных зданиях, потребляющих топливный газ, поставляемый газовой компанией . Газы труднее измерять, чем жидкости, поскольку на измеряемые объемы сильно влияют температура и давление. Газовые счетчики измеряют определенный объем независимо от количества и качества газа под давлением, проходящего через счетчик. Компенсация температуры, давления и теплотворной способности должна быть произведена для измерения фактического количества и стоимости газа, проходящего через счетчик.
Обычно используются несколько различных конструкций счетчиков газа, в зависимости от объемного расхода измеряемого газа, предполагаемого диапазона расходов, типа измеряемого газа и других факторов.
Газовые счетчики, которые существуют в более холодном климате в зданиях, построенных до 1970-х годов, обычно располагались внутри дома, обычно в подвале или гараже. С тех пор подавляющее большинство из них теперь размещается на улице, хотя есть несколько исключений, особенно в старых городах.
Это наиболее распространенный тип газовых счетчиков, который можно встретить практически во всех жилых и небольших коммерческих объектах. Внутри счетчика имеются две или более камеры, образованные подвижными диафрагмами . Благодаря тому, что поток газа направляется внутренними клапанами , камеры поочередно наполняют и вытесняют газ, создавая почти непрерывный поток через счетчик. Когда диафрагмы расширяются и сжимаются, рычаги, соединенные с кривошипами , преобразуют линейное движение диафрагм во вращательное движение коленчатого вала, который служит основным элементом потока . Этот вал может приводить в действие счетчиковый механизм , подобный одометру , или генерировать электрические импульсы для компьютера расхода .
Мембранные счетчики газа являются счетчиками объемного типа .
Ротационные счетчики представляют собой прецизионные приборы с высокой степенью механической обработки, способные работать с более высокими объемами и давлениями, чем мембранные счетчики. Внутри счетчика два лепестка в форме восьмерки, роторы (также известные как крыльчатки или поршни), вращаются в точном выравнивании. За каждый оборот они пропускают через счетчик определенное количество газа. Принцип работы аналогичен принципу воздуходувки Рутса . Вращательное движение коленчатого вала служит основным элементом расхода и может генерировать электрические импульсы для компьютера расхода или может приводить в действие счетчик , подобный одометру .
Турбинные счетчики газа определяют объем газа, определяя скорость газа, движущегося через счетчик. Поскольку объем газа определяется по расходу, важно, чтобы условия потока были хорошими. Небольшая внутренняя турбина измеряет скорость газа, которая механически передается на механический или электронный счетчик. Эти счетчики не препятствуют потоку газа, но ограничены при измерении более низких скоростей потока.
Газовый счетчик с диафрагмой состоит из прямой трубы, внутри которой точно известная диафрагма создает перепад давления, тем самым влияя на расход. Диафрагменные счетчики представляют собой тип дифференциальных счетчиков, каждый из которых определяет скорость потока газа путем измерения разницы давлений в специально спроектированном и установленном возмущении потока. Статическое давление газа, плотность, вязкость и температура должны быть измерены или известны в дополнение к дифференциальному давлению, чтобы счетчик мог точно измерить жидкость. Диафрагменные расходомеры часто не справляются с широким диапазоном расходов . Однако они приняты и понятны в промышленном применении, поскольку их легко обслуживать на месте и они не имеют движущихся частей.
Ультразвуковые расходомеры более сложны, чем чисто механические счетчики, поскольку они требуют значительных возможностей обработки сигналов и вычислений. Ультразвуковые счетчики измеряют скорость движения газа, измеряя скорость, с которой звук распространяется в газовой среде внутри трубы. Американская газовая ассоциация [1] описывает правильное использование и установку этих счетчиков, а также определяет стандартизированный расчет скорости звука, который прогнозирует скорость звука в газе с известным давлением, температурой и составом .
Наиболее сложные типы ультразвуковых расходомеров измеряют среднюю скорость звука по нескольким путям в трубе. Длина каждой дорожки точно измеряется на заводе. Каждый путь состоит из ультразвукового преобразователя на одном конце и датчика на другом. Измеритель создает «пинг» датчику и измеряет время, прошедшее до того, как датчик получит звуковой импульс. Некоторые из этих путей направлены вверх по потоку, так что сумму времени прохождения звуковых импульсов можно разделить на сумму длин полета, чтобы получить среднюю скорость звука в направлении против потока. Эта скорость отличается от скорости звука в газе скоростью движения газа в трубе. Другие пути могут быть идентичными или похожими, за исключением того, что звуковые импульсы распространяются вниз по потоку. Затем счетчик сравнивает разницу между скоростями на входе и выходе для расчета скорости потока газа.
Ультразвуковые счетчики являются дорогостоящими и лучше всего работают при полном отсутствии жидкости в измеряемом газе, поэтому они в основном используются в устройствах с высоким расходом и высоким давлением, таких как измерительные станции коммунальных трубопроводов, где газ всегда сухой и бедный. и где небольшие пропорциональные неточности недопустимы из-за большой суммы денег, поставленной на карту. Коэффициент регулирования ультразвукового счетчика, вероятно, является самым большим среди всех типов счетчиков природного газа, а точность и дальность действия высококачественного ультразвукового счетчика на самом деле выше, чем у турбинных счетчиков, с которыми они проверены.
Недорогие разновидности ультразвуковых расходомеров доступны в виде накладных расходомеров, которые можно использовать для измерения расхода в трубах любого диаметра без каких-либо дополнительных модификаций. Такие устройства основаны на двух типах технологий: (1) время полета или время прохождения; и (2) взаимная корреляция. Обе технологии включают датчики, которые просто крепятся на трубу, программируются с учетом размера и графика трубы и могут использоваться для расчета расхода. Такие счетчики можно использовать для измерения практически любого сухого газа, включая природный газ, азот, сжатый воздух и пар. Также доступны накладные расходомеры для измерения расхода жидкости.
Счетчик Кориолиса обычно представляет собой одну или несколько труб со смещенными в продольном или осевом направлении секциями, которые возбуждаются вибрировать на резонансной частоте. Счетчики Кориолиса используются с жидкостями и газами. Когда жидкость внутри смещенной секции находится в покое, как верхняя, так и нижняя часть смещенной секции будут вибрировать синхронно друг с другом. Частота этой вибрации определяется общей плотностью трубы (включая ее содержимое). Это позволяет счетчику измерять плотность потока газа в режиме реального времени. Однако как только жидкость начинает течь, в игру вступает сила Кориолиса . Этот эффект подразумевает связь между разностью фаз вибрации входной и выходной секций и массовым расходом жидкости, содержащейся в трубе.
Опять же, из-за количества логических выводов, аналогового управления и вычислений, присущих счетчику Кориолиса, счетчик не состоит только из своих физических компонентов. Для работы счетчика должны присутствовать исполнительные, сенсорные, электронные и вычислительные элементы.
Счетчики Кориолиса могут работать в широком диапазоне скоростей потока и обладают уникальной способностью выводить массовый расход – это обеспечивает высочайшую точность измерения расхода, доступную в настоящее время для измерения массового расхода. Поскольку они измеряют плотность потока, кориолисовые измерители также могут определять скорость потока газа в условиях потока.
Отчет № 11 Американской газовой ассоциации содержит рекомендации по получению хороших результатов при измерении природного газа с помощью кориолисового счетчика.
Объем потока газа, обеспечиваемый газовым счетчиком, — это всего лишь показание объема. Объем газа не учитывает качество газа или количество тепла, выделяемого при сжигании. Потребителям коммунальных услуг счета выставляются в зависимости от количества тепла, содержащегося в газе. Качество газа измеряется и корректируется в каждом расчетном цикле. Это известно под несколькими названиями: теплотворная способность , теплотворная способность или теплотворная способность.
Теплотворную способность природного газа можно получить с помощью технологического газового хроматографа , который измеряет количество каждого компонента газа, а именно:
Кроме того, для преобразования объема в тепловую энергию необходимо учитывать давление и температуру газа. Давление обычно не является проблемой; счетчик просто устанавливается сразу после регулятора давления и калибруется для получения точных показаний при этом давлении. Компенсация давления затем происходит в системе выставления счетов коммунального предприятия. С изменением температуры справиться не так легко, но некоторые счетчики имеют встроенную температурную компенсацию, позволяющую поддерживать достаточную точность в расчетном температурном диапазоне. Другие корректируются по температуре электронно.
Любой тип газового счетчика можно приобрести с самыми разнообразными показателями. Наиболее распространенными являются индикаторы, в которых используются несколько стрелок часов (стиль указателя) или цифровые показания, подобные одометру , но также становятся популярными дистанционные показания различных типов — см. Автоматическое считывание показаний счетчика и Интеллектуальный счетчик .
Газовые счетчики обязаны регистрировать объем потребленного газа с приемлемой степенью точности. Любая значительная ошибка в зарегистрированном объеме может привести к убыткам поставщика газа или к завышению счета потребителя. Точность обычно определяется законом для места, в котором установлен счетчик. Законодательные положения также должны определять процедуру, которой следует следовать, если точность будет оспорена.
В Великобритании допустимая погрешность для газового счетчика, изготовленного до принятия Европейской директивы по измерительным приборам [2], составляет ±2%. [3] Однако Европейская директива по средствам измерений унифицировала погрешности счетчиков газа по всей Европе, и, следовательно, счетчики, изготовленные с момента вступления директивы в силу, должны показывать показания в пределах ±3%. Счетчики, точность которых оспаривается клиентом, должны быть сняты для проверки уполномоченным специалистом по проверке счетчиков. [4] Если обнаруживается, что показания счетчика выходят за установленные пределы, поставщик должен возместить потребителю деньги за неправильно измеренный газ, когда у этого потребителя был этот счетчик (но не наоборот). Любой возврат ограничен предыдущими шестью годами. [5] Если счетчик не может быть проверен или его показания ненадежны, потребитель и поставщик должны договориться об урегулировании спора. Если показания счетчика находятся в допустимых пределах, потребитель должен оплатить расходы на тестирование (и оплатить любые непогашенные платежи). Это контрастирует с положением в отношении электрических счетчиков, где проверка бесплатна, а возмещение предоставляется только в том случае, если можно определить дату, когда счетчик начал показывать неточные показания.
Дистанционное считывание становится популярным для счетчиков газа. Часто это делается через электронный импульсный выход, установленный на счетчике. Доступны разные стили, но наиболее распространенным является переключатель с замыканием контактов.
Для турбинных, ротационных и мембранных расходомеров можно выполнить компенсацию с использованием расчета, указанного в отчете № 7 Американской газовой ассоциации. Этот стандартизированный расчет компенсирует измеренное количество объема с количеством объема при наборе базовых условий . Сам расчет AGA 7 представляет собой простое соотношение и, по сути, представляет собой подход к коррекции плотности для перевода объема или расхода газа в условиях потока в объем или расход в базовых условиях .
Диафрагменные счетчики являются очень широко используемым типом счетчиков, и из-за их широкого использования характеристики потока газа через диафрагменные счетчики были тщательно изучены. Отчет № 3 Американской газовой ассоциации рассматривает широкий круг вопросов, связанных с диафрагменным измерением природного газа, и определяет алгоритм расчета расхода природного газа на основе перепада давления, статического давления и температуры газа с известными значениями. состав.
Эти расчеты частично зависят от закона идеального газа , а также требуют расчета сжимаемости газа , чтобы учесть тот факт, что реальные газы не идеальны. Очень часто используемый расчет сжимаемости - это отчет № 8 Американской газовой ассоциации, подробная характеристика.
Бытовые, коммерческие и промышленные счетчики газа имеют свои стандартные размеры резьбы. Газовый счетчик подключается к трубопроводу потребителя через вертлюг и гайку, имеющую специальный набор размеров резьбы. Эти размеры резьбы первоначально были названы в честь количества газа, проходящего через них, в газовых лампах, например, 30-литровых. Счетчик газа может обеспечить достаточно газа для 30 лампочек, и в конце 19 века его называли газовым счетчиком на 30 лампочек. [6] Обычно эти размеры составляют 10, 20, 30, 45 или 60 литров, хотя доступны меньшие и большие размеры. Размеры резьбы немного, примерно на 1 ⁄ 16 дюйма (1,6 мм), больше, чем ближайший размер NPT , чтобы обеспечить соответствующий внутренний диаметр вертлюга. [7]
