Комерційний облік води?
вибираємо ультразвукової
витратомір!
кандидат технічних наук
ЗАТ "Ірвіс", Москва
кандидат технічних наук.
Комплексний науково-дослідний і конструкторсько-технологічний
інститут водопостачання. каналізації, гідротехнічних споруд і
інженерної гідрогеології Держбуду Росії (ГНЦ РФ НДІ ВОДГЕО)
Метрологія - будьте обережні, уважні і прискіпливі!
В першу чергу споживачеві важлива точність вимірювань. За традицією, що склалася для облікових операцій у водопостачанні та теплопостачанні похибка вимірювання за обсягом пройшла рідини не повинна перевищувати ± 2% в якомога ширшому діапазоні витрат. Більшість виробників УЗР заявляють значення похибок 1-2%, і вибір приладу за даними параметрами, на перший погляд, не представляє складності: слід з'ясувати необхідну точність вимірювань і ді - апазоне витрат, в якому вона повинна виконуватися. Якщо діапазон витрат для лічильника заданий неявно, наприклад, вказано діапазон швидкостей або нижню межу вимірювань заданий як частка від верхньої межі вимірювання, то за допомогою нескладних обчислень слід отримати цікаві для нас значення. Проте і тут можуть бути "підводні камені".
По-перше, слід пам'ятати, що зазначена точність вимірювань виконується тільки при дотриманні вимог до довжин прямих ділянок трубопроводу. Наприклад, для однопроменевих ультразвукових витратомірів з розташуванням променя по діаметру довжина прямої ділянки може досягати 30-50 Ду (діаметрів умовного проходу), що для користувача часто є неприйнятним вимогою. Багатопроменеві витратоміри з розташуванням променів по діаметру (в тому числі і при використанні накладних датчиків) не рятують положення, так як усереднення швидкості в цьому випадку проводиться без урахування її "ваги" (внесок швидкості в витрата, виміряний у стечки труби більше, ніж її внесок в центрі труби). Тому УЗР з розташуванням променів по діаметру по мимо всього іншого, додаткову похибка за рахунок шорсткості стінок проводить трубопроводу. У двопроменевих УЗР з розташуванням променів по хордам інтегрування профілю швидкостей здійснюється більш точно, і довжини прямих ділянок перед витратоміром вдається знизити до 7-10 Ду. Ще менша довжина прямих ділянок потрібно для витратомірів з формувачем потоку. Однак калібрування цих приладів повинна проводитися тільки проливним методом, і область їх застосування за максимальними витратами обмежена існуючими витратомірного установками.
По-друге, якщо в документації на лічильник задається межа допустимої основної похибки, то обов'язково слід звернути увагу на додаткові похибки вимірювання (вони повинні бути вказані в технічній документації), потім розрахувати їх значення, визначивши відхилення реальних умов експлуатації від зазначених нормальних умов. Наприклад, для ультразвукового витратоміра ІРВІКОН СВ-200 з формувачем потоку похибка вимірювання об'єму не перевищує 1% при довжині прямої ділянки перед приладом не менше 10 Ду. Якщо довжина прямої ділянки скорочена до 5Ду, то до основної похибки додається додаткова похибка 0,5%.
Ультразвукові (як, втім, і електромагнітні) витратоміри мають зазвичай високе значення верхньої межі вимірювання (приблизно відповідне швидкості 10 м / с). Оскільки на практиці швидкості в трубопроводах не перевищують 3 м / с, на перший погляд видається доцільним зменшити перетин трубопроводу на вимірювальній ділянці і за рахунок цього забезпечити необхідну точність вимірювань на малих витратах. Однак до даного рішення слід підходити обережно. По - перше на великих витратах швидкість на "стиснуті" ділянці зростає в 4-9 разів, і при скостити 10 м / с відповідно до рівняння Бернуллі тиск зменшується на 0,05 МПа. При, невеликих тисках на вході гідравлічної системи це може призводити до виділення з води бульбашок повітря (або іншого розчиненого газу) і неправильної роботи приладу. По-друге, на нижній межі вимірювання швидкість води в трубопроводі, що підводить може бути недостатньою для забезпечення турбулентного перетину. При поджатия (переході до вимірювального ділянці малого діаметра) розвиток турбулентного потоку відбувається досить повільно - потрібно довжина ділянки до 50 Ду. При менших довжинах прямого ділянки профіль швидкостей в трубопроводі буде мати істотні відмінності від профілю розвиненого турбулентного потоку, т. Е. Умови експлуатації будуть відмінні від умови повірки, що і призведе до додаткових похибок вимірювання.
Ультразвукові витратоміри з автономним живленням мають специфічну особливість, пов'язану з дискретизацією вимірювальної інформації в часі. Для економічного використання енергії електричних батарей вимір в цих приладах проводиться протягом короткого часу (1-10 мс) з великим періодом повторення, що досягає у деяких виробників 30 с і більше. Така дискретизація вимірюваної величини не робить помітного впливу на результат вимірювання об'єму за великі проміжки часу (доба і більше), але призводить до неточностей усереднення результату вимірювання за короткий час. Якщо, наприклад, користувачеві важливі точні часові значення витрати, то необхідно у виробника отримати відомості про період вимірювання і пов'язаної з ним додаткової похибкою.
Комерційний облік води у відкритих каналах
Крім систем вимірювань витрати і об'єму води в напірних трубопроводах, ультразвукові прилади широко застосовують для вимірювань в каналах і трубопроводах, що працюють неповним перетином (далі - відкритих каналах). При цьому витратоміри реалізують, як правило, один з трьох методів: змінного рівня, "швидкість-рівень" і фіксованого русла.
Принцип роботи приладів, що реалізують метод змінного рівня, заснований на використанні стандартних пристроїв звуження потоку, і його застосування регламентовано документом МІ 2406-97. Для вимірювання рівня найбільш зручні ультразвукові рівнеміри, які спільно з обчислювальним пристроєм забезпечують індикацію витрати і об'єму води. Наприклад, витратомір з інтегратором акустичний ЕХО-Р-02.
Принцип роботи витратомірів, що реалізують метод "швидкість-рівень", заснований на вимірюванні як середньої швидкості потоку, так і рівня (фактично при цьому реалізується метод "площа-швидкість"). Це найбільш досконалий метод, однак він вимагає застосування двох вимірювачів: швидкості течії і рівня, що збільшує вартість приладу, але такі прилади мають високу точність вимірювання. На сьогодні не відомі сертифіковані пристрої, що реалізують даний метод.
Принцип роботи приладів, що реалізують метод фіксованого русла, полягає в вимірі рівня води на прямолінійній ділянці каналу (чим більше рівень, тим більше витрата). При цьому вкінці водоводу не повинно бути підпору води (так званого підтоплення). Згідно з документом МІ 2229-96 для приладів, що реалізують даний метод, повинен бути попередньо визначено градуювальних коефіцієнт за допомогою вимірювання швидкості потоку в одній точці поперечного перерізу. Такий спрощений підхід забезпечує точність не краще 4%, тому використання даних приладів для комерційного обліку, по всій видимості, не можна вважати доцільним.
Інтерфейс приладу - можливість показати товар лицем
Сучасні електронні вимірювальні прилади мають досить багатими можливостями додаткової обробки і формі представлення вимірювальної інформації: створення архівів (часових, добових, місячних), формування звітів із зазначенням можливих виходів вимірюваної величини за допустимі межі, облік часу справної роботи, передача накопиченої інформації на комп'ютер для подальшої її обробки. Докладне обговорення проблем, пов'язаних з інтерфейсом УЗР, - тема окремої статті. Проте хотілося б звернути увагу на наступні моменти:
- більшість УЗР комплектуються пристроями перенесення даних, які дозволяють зчитувати накопичену інформацію з декількох (20 і більше) приладів, переносити її на комп'ютер і створювати на ньому розвинені бази даних;
- для дистанційної передачі інформації сучасні УЗР мають, як правило, імпульсні і струмові виходи, а також послідовні цифрові інтерфейси, найбільш поширені з яких RS-232, RS-485, М-Bus (останній - в основному в зарубіжних розробках). Інтерфейс RS-232 використовується для безпосереднього зв'язку з комп'ютером або модемом (зв'язок точка - точка), а інтерфейси RS-485 і М-Вus - для створення приладових мереж. Локальні приладові мережі дозволяють повністю автоматизувати процес обліку, але вимагають розробки спеціального програмного забезпечення.
На закінчення наведемо основні характеристики пропонованих на російському ринку ультразвукових витратомірів, забезпечених батарейках (табл. 1). Це прилади нового покоління, що отримали розвиток в останнім часом. На малюнках 1 і 2 представлені промислові зразки даних витратомірів.
Таблиця 1. Основні характеристики пропонованих на російський ринок ультразвукових витратомірів, забезпечених БП