Лабораторные расходомеры газов, объемные счетчики газа.
Задача измерения расхода газа, т.е его общего объема, прошедшего или пропущенного через систему, а также выделившегося в результате определенного технологического или лабораторного процесса требует применения специальных устройств.
Эти устройства называют газовыми счетчиками или расходомерами.
Одним из наиболее распространенных видов газовых счетчиков являются объемные газовые счетчики (positive displacement gas meter).
Другие их названия:
- Газовые счетчики объемные с принудительным наполнением.
- Расходомеры объемные камерные.
- Камерные счетчики газа.
Принцип действия объемного газового счетчика объемного типа состоит в том, что измеряемый газ заполняет попеременно камеры (ячейки) фиксированного объема внутри счетчика. Процесс заполнения реализуется с помощью синхронной работы соответствующих клапанов. Их переключение инициирует вращательное движение ротора, по количеству оборотов которого затем рассчитывается объем прошедшего газа.
Объемный газовый счетчик барабанного типа.
Из всех объемных счетчиков газа самую длительную историю производства имеют счетчики газа барабанного типа с жидкостным затвором. Выпускаемые с начала 19-го века, они до настоящего времени являются наиболее точными устройствами для измерения расхода газа. Принцип действия таких счетчиков предельно ясен – проходящий через жидкость газ вращает лопасти барабана. Тем не менее, необходимо понимать, что эта простота только поверхностная. Эти устройства имеют многолетнюю историю, их инженерное исполнение у признанных производителей доведено до совершенства и позволяют считать барабанные счетчики газа наиболее точными.
Счетчики с жидкостным затвором имеют различное применение. Они используются в:
- лабораторных экспериментах (Лабораторные расходомеры газов),
- при учете энергоресурсов,
- на экспериментальных производствах,
- а также в качестве счетчиков для поверки газовых счетчиков менее точных, например бытовых, их калибровки или стандартизации.
Необходимо учитывать, что у счетчиков с жидкостным затвором есть две существенные особенности эксплуатации. Во-первых, уровень залитой в счетчик жидкости должен строго контролироваться, а во-вторых, нельзя допускать ее замерзания. Эти нюансы полтора века назад послужили толчком к изобретению другого типа газовых счетчиков.
Объемный газовый счетчик диафрагменного типа.
В 1843 году англичанин Томас Гловер (Thomas Glover) изобрел суховоздушный лопастной счетчик с двумя диафрагмами. Мембраны (диафрагмы) первых диафрагменных счетчиков изготавливались из овечьей кожи, а в последствии они были заменены резиновыми. Отсеки (иначе компартменты или ячейки) поначалу изготавливались из железа, а затем их стали отливать из алюминиевых сплавов. За 150 лет производства счетчиков данного типа было сделано множество усовершенствований и в плане материалов, и дизайна, и методов калибровки, однако основной принцип работы остался неизменным!
Принцип действия объемного счетчика газа диафрагменного типа.
Этапы работы диафрагменного счетчика газа представлены на рисунке.
Измерительный отсек состоит из четырех ячеек (компартментов), границы которых с одной стороны сформированы мембранами и центральной частью счетчика, а с другой мембранами и стенками корпуса. Перепад давления вызывает расширение одной диафрагмы и одновременное сужение другой. Происходит поочередное заполнение/опустошение четырёх компартментов. Синхронность движения диафрагм обеспечивается системой клапанов-задвижек и кривошипного механизма, которые гарантируют плавный поток измеряемого газа. Эти узлы разработаны таким образом, что полностью исключают заклинивание механизма в верхних мертвых точках.
Вращающаяся часть кривошипного механизма посредством редуктора соединена с одометром, который отображает количество прошедшего через систему газа.
Небольшие диафрагменные счетчики рассчитаны на скорости потока, выраженные кубических футах в час (или 0,03 м3/ч) для газа с удельным весом 0,6, что вызывает падение давления на 0,13 кПа водяного столба на манометре диаметром 0,5 дюйма. Большие счетчики рассчитаны на поток, приводящий к падению давления на 0,5 кПа водяного столба манометра диаметром 2 дюйма.
Значение удельного веса (плотности) 0,6 характерно для природного газа. Если же измеряется газ с другим значением удельного веса, то формула для пересчета выглядит следующим образом:
Qn – новое значение потока
Qc – текущее значение потока
(SG)c – текущий удельный вес (обычно 0,6)
(SG)n – значение удельного веса нового газа.
Производителей мембранных счетчиков довольно много. Приборами, работающими по этому принципу, оснащают также все узлы учета газа, включая домашнее хозяйство для контроля потребления бытового газа населением.
Они, как правило, рассчитаны на высокие значения потоков.
Общеизвестными произодителями лабораторных мембранных счетчиков газа являются Ritter (Германия) и Shinagawa (Япония).
Среди лабораторных расходомеров газов, помимо счетчиков объемного типа распространены также модели счетчиков, требующие подключения к электропитанию.
Лабораторный расходомер газа тахометрический.
Одним из типов таких счетчиков являются тахометрические, например счетчики РГС производства ООО «Мониторинг». В основу их работы положен принцип измерения объемного расхода газа тахометрическим преобразователем. В них количество оборотов тахометра регистрируется оптопарой. Приборы такого рода не предназначены для измерения потоков взрывоопасных газов и газов, загрязненных механическими примесями.
Лабораторный расходомер газа термоанемометрический.
К другому типу таких счетчиков относятся термоанемометрические, например счетчики РГТ производства ООО «Мониторинг». Эти приборы также не предназначены для измерения потоков взрывоопасных газов и газов, загрязненных механическими примесями. Как правило, они используются для поверки и калибровки аспираторов, а также для регулировки расходов газов в хроматографах или газоанализаторах.
Газовые счетчики ГОСТ 15528-86
В отраслевом стандарте ГОСТ 15528-86 прописаны все методы измерения расхода газов и жидкостей, включая терминологию и принципы действия.
К таким в первую очередь относятся счетчики барабанного типа с жидкостным затвором. Они не имеют ограничений по типам измеряемых газов или смесей. Могут применяться для измерения взрывоопасных газов, что обязательно должно подтверждаться наличием сертификата о взрывобезопасности. Эти счетчики используются также для измерения коррозионно активных газов. Материал, из которого изготавливаются такие счетчики – это сталь марок AISI 304 или AISI 316.
Как правило, барабанные счетчики газа заполняются водой, однако если предполагается их использовать в низкотемпературной атмосфере, при которой вода замерзает, возможно использование антифризов (это должно оговариваться изначально с производителем).
Большинство моделей барабанных счетчиков оснащены стрелочными циферблатами для визуального считывания результатов, однако некоторые модели барабанных счетчиков позволяют отображать данные также и в цифровом виде и передавать их для обработки на компьютер или в ЛИМС. К таким счетчикам относятся модели отечественного производства ВИКС (ООО «Прагматех»).
Ниже представлена сравнительная таблица технических характеристик лабораторных расходомеров газов. Мы перевели рабочие диапазоны для разных приборов, указанные в различных источниках, в одни единицы измерения для удобства подбора (используйте фильтры).
