1.5 Debitmetre Si Contoare

8/16/2019 1.5 Debitmetre Si Contoare

1/28

1.6 DEBITMETRE ŞI CONT OARE INDUSTRIALE 108

1.5 Debitmetre şi contoare de lichide, gaze şi căldură

1.5.1 Noţiuni generale despre debitmetre şi contoare

Debitul (расход) reprezintă productivitatea curentă pricipală a multor

mecanisme şi instalaţii – pompe, ventilatoare, compresoare, conveiere, şnecuri,dozatoare, utilaje şi linii tehnologice. El se determină ca volumul V lichidelor/gazelor, sau ca masa materialelor solide m, într -o unitate de timp t – [h],[s] :

s

m sau

h

m

t

V Q

33

, , sau ,mm kg kg

Q saut h s

.

Majoritatea sistemelor moderne de automatizare ale proceselor tehnologice

prevăd controlul direct/indirect al acestui parametru, care este măsurat cu ajutoruldebitmetrelor. În funcţie de unităţile menţionate de măsură, debitmetrele pot fi devolum sau de masă. În raport cu domeniile de aplicaţii ele pot fi casnice,

comunale sau industriale, mecanice sau electronice, discrete sau continue .În practică deseori este necesară aprecierea valorii integrale (medii) a

volumului, sau masei (cantităţii) unui produs într -un interval de timp relativ maimare – într -o lună, sau într -un an. A paratele de măsurare a volumului, sau cantităţiiconsumate se numesc contoare de volum/cantitate. Ele mai sunt numite şiintegratoare, deoarece au bază integrarea debitului de volum (masă):

3,

2

1

mdt t QV

t

t

V , sau k g dt t Qm

t

t

m ,

2

1

.

Dacă ,const t QV c o nt Qm , atunci volumul sumar, sau masa sumară, înintervalul de timp

12 t t t se calculează fără integrare:

3

12 , mt Qt t QV V V , sau kg t Qt t Qm mm ,12 .

De aceea debitmetrele şi contoarele se execută deseori într -un singur constructiv.Deoarece în diferite ramuri industriale există o mare varietate de lichide şi gaze

cu diferite proprietăţi, au fost elaborate o varietate relativ mare de debitmetre cudiferite principii de măsurare. Fiecare dine ele are avantajele şi dezavantajele sale.

În trecut cea mai largă răspândire o aveau debitmetrele bazate pe măsurareaunei presiuni diferenţiale (перепад давления) , create cu ajutorul unei strangulărisau unui tub Venturi în conducta de lichid, sau de gaz. Această strangulare (cужающее устройство) creează de ambele părţi o cădere de presiune

21 p p p , care este proporţională cu pătratul debitului Q2 şi care este aplicată

asupra unor diafragme flexibile, axul cărora acţionează asupra traductor de inducţie

210 2 p pS QV ;

219 2 p pS Qm .

unde - coeficient constructiv de debit; 420 d S - secţiunea strangulării cu

diametrul d; - densitatea lichidului sau gazului.

Difmanometrele însă au următoarele dezavantaje: cauzează o cădere

substanţială de presiune în conductă, eroarea depinde de densitate şi temperatur ă.De aceste dezavantaje sunt lipsite debitmetrele electromagnetice, ultrasonore,

cu turbine rotative, cu vârtejuri, care se folosesc pe larg în prezent [11-12].


2/28


1.5.2 Debitmetre industriale de inducţie electromagnetică

Aceste debitmetre au o construcţie simplă, o precizie şi fiabilitate înaltă, nuasigură nici o micşorare a presiunii lichidului, iar indicaţiile lor nu depind detemperatura, presiunea, viscozitatea lichidului. În plus, temperatura lichidului

poate să varieze de la -20º C şi până la 200º C. Singura restricţie de utilizare a lorse referă la conductivitatea electrică a lichidului, care trebuie să fie nu mai mică de5 µS/cm.

În figura 1.5.1 este reprezentată construcţia simplificată a unui debitmetruelectromagnetic, constituit dintr-o porţiune de conductă din material nemagnetic, amplasată între polii unui electromagnet, constituit din 2 bobine cu curent continuusau alternativ de excitaţie. Conductorul, care se deplasează în câmpul magnetic deexcitaţie cu o viteză liniară este însăşi lichidul din conductă. Conform legiiinducţiei electromagnetice, în el se induce o tensiune electromotoare E, defazată

(după regula mânii stângi) cu 90ºşi proporţională cu viteza ,inducţia B şi distanţa (diametrul)D dintre 2 electrozi

perpendiculari, prin care se

închide curentul determinat de D . Ţinând cont, că debitul

42 DQ , se obţine, că

QQ D B E 4 .

Această tensiune se amplifică şise transformă de dispozitivulsecundar în semnal standardizatde curent 4-20 mA.

Fig. 1.5.1. Principiul debitmetrului electromagnetic

Pentru a micşora gabaritele traductorului, bobinele de excitaţie se alimenteazăcu curent alternativ de frecvenţă înaltă. Însă în acest caz tensiunea indusă seînsumează cu o componentă sinusoidală ca la transformatoare. Aceasta din urmăeste apoi compensată în dispozitivul secundar de amplificare şi convertire.

În figura 1.5.2 sunt prezentate 4 modificaţii de bază MAG 1100, 1100F, 3100şi 5100W ale blocului primar (senzorului) debitmetrelor de inducţieelectromagnetică SITRANS MAGFLOW ale companiei Siemens cu diametreinterioare până la 2000 mm şi productivităţi până la 20000 m3/h . Prima modificaţieare o construcţie fără flanşă, fiind prevăzută pentru diametre mici – 2-100 mm.Modificaţia MAG 1100F este destinată în special pentru industria alimentară saufarmaceutică şi satisface tuturor cerinţelor şi normelor sanitare, iar MAG 3100 –

pentru cele mai grele condiţii industriale de funcţionare, inclusiv în industriachimică. Ultima modificaţie este destinată în special pentru apă (Water), inclusiv

pentru apă de canalizare cu conţinut mare de impurităţi. O modificaţie


3/28


asemănătoare – TRANSMAG 2 este prevăzută pentru industria hârtiei, cartonului,minieră cu conţinut mare de particule solide ale lichidelor.

Fig. 1.5.2. Modificaţii ale senzorului primar MAG 1100, 1100F, 3100 şi 5100W

În figura 1.5.3 sunt prezentate 2 variante de dispozitive secundare deamplificare –convertire MAG 5000 şi MAG 6000 ale companiei Siemens cualimentare 24V DC sau 230 VAC. Blocurile secundare conţin un microcontroler de prelucrare a datelor măsurate de senzorul magnetic şi asigură un număr mare defuncţii, mai ales de diagnosticare. Primul bloc asigură o precizie de măsurare 0,5%, iar al doilea - 0,25% şi o execuţie constructivă IP67 pentru condiţii grele. Ambele dispozitive, montate cu senzorul lor primar, sunt arătate în figura 1.5.4

Fig. 1.5.3. Dispozitive secundare MAG 5000 (a) şi MAG 6000 (b) aledebitmetrelor de inducţie electromagnetică ale companiei Siemens


4/28


În f igura 1.5.5 este reprezentat debitmetrul electromagnetic FXT 4000 (COPA – XT ) al companiei ABB, iar în figura 1.5.6 schema bloc a acestuia cu 2 semnalede ieşire: analogic 4-20 mA şi discret cu o frecvenţă proporţională cu debitul Q.Curentul de ieşire IE=4-20mA este stabilizat în buclă închisă de un regulator decurent, care are ca semnal de prescriere ieşirea senzor ului de debit Q≡IE.

Fig. 1.5.5. DebitmetruFXT4000 (COPA -XT) al

companiei ABB

Fig. 1.5.4. Debitmetre de inducţie magnetică SITRANSMAGFLOW Siemens cu ambele părţi montate

Fig.1.5.6 Schema funcţională a debitmetrelor FXT4000 (COPA-XT) ABB


5/28


1.5.3 Debitmetre industriale de masă

Funcţionarea debitmetrelor masice MASSFLOW se bazează pe principiulforţelor CORIOLIS, care apar , când masele, aflate în mişcare, sunt supuse unoroscilaţii perpendiculare sau unghiulare. La început ele erau constituite din 2 ţevi

metalice paralele în formă de U, care preluau conducţia lichidului/gazului şi carevibrau perpendicular sub acţiunea unui electromagnet de curent alternativ(Привод) şi a unui magnet permanent, fixat pe ţeava a doua, amplitudinea devibraţie a cărora AEM era măsurată cu ajutorul a 2 senzori inductivi(Индукционная катушка правая, …левая) (fig.1.5.7, a). În bobinele acestorsenzori se induc tensiuni sinusoidale de o amplitudine ~100-150 mV şi o frecvenţă,egală cu cea de rezonanţă mecanică, însă decalate în timp ∆T, proporţional cudebitul masic M şi dependent de forţele de inerţie (acceleratoare) CORIOLIS, care

produc vibraţii şi îndoituri adăugătoare (fig. 1.5.7,b), Debitul masic M şi densitatea

lichidului sunt calculate apoi de microprocesor pe baza relaţiilor de mai jos. Cu-noscănd debitul masic M şi densitatea , se calculează debitul volumic Q=M/

a)

b) Fig.1.5.7. Principii constructive şi de măsurare a debitului masic

În prezent principiile constructive ale debitmetrelor MASSFLOW sausimplificat - în loc de 2 ţevi se utilizează o singură ţeavă încovoiată, iar oscilaţiileliniare ale ei sunt înlocuite cu oscilaţii unghiulare (fig.1.5.8).

C A amplitudinea

tevilor subactiunea

fortelorCORIOLIS

EM f frecventa

oscilatiilor EM

de

C k coeficient de

calibrare dependent

temperatura si de

materiale

2

2 1G

EM

f k

f

G f frecventa

oscilatiilor tevilor

goale

,

de

k coeficient de

calibrare dependent

temperatura si de

materialeletevilor

1C C

EM EM

A M k

A f


6/28


Fig. 1.5.8. Principii constructive ale debitmetrelor MASSFLOW moderne

Indiferent de principiul constructiv, toate debitmetrele masice sunt constituite

din 2 părţi: primară (senzor ii) şi secundară (electronică - amplificatorul, procesorul, convertorul şi indicatorul) (fig. 1.5.9). Partea secundară alimenteazăelectromagnetul (катушка привода) de generarare a oscilaţiilor conductei în

rezonanţă, când frecvenţa tensiunii electromagnetului devine egală cu frecvenţamecanică a conductei, acest fenomen generând, la rândul său, apariţia forţelor Coriolis. Pentru a asigura regimul de rezonanţă, amplitudinea şi frecvenţa tensiuniielectromagnetului se reglează automat. Forţele Coriolis amplifică oscilaţiileconductei, care favorizează funcţionarea legii inducţiei electromagnetice însenzorii inductivi, aflaţi în câmpul unui magnet permanent. Însă datorită

particulelor solide din lichidul (gazul) transportat, tensiunea sinusoidală, indusă însenzorul de ieşire, întârzie faţă de tensiunea alternativă, indusă în senzorul deintrare a lichidului/gazului cu un interval ΔT≡M. Conform relaţiilor de calcul,menţionate mai sus, debitul masic M şi coeficientul de calibrare k C depind detemperatura lichidului, de aceea traductorul o măsoară print-un senzor PT100.

Fig. 1.5.9. Schema funcţională a dispozitivului electronic a unui debitmetru masic


7/28


Debitmetrele masice se utilizează în diferite sisteme de dozare a unorcomponente solide în orice lichide/gaze din multe ramuri industriale, de exemplu: în industria chimică şi farmaceutică – pentru pentru controlul concentraţiei şi

dozarea chimicatelor, dizolvate în diferite lichide; în industria alimentară – pentru controlul concentraţiei de zahăr, sau sare şi

dozarea acestor oriduse în sucuri, bere, produse lactate şi altele; în industria petrolieră şi automobilelor – dozarea carburanţilor, raportuluicarburant-aer al arzătoarelor, concentraţiei vopselelor, uleiurilor şi altele. Aceste debitmetre asigură precizii înalte (0,1%), un diapazon foarte mare de

variaţie a debitului (500:1) şi pierderi interioare de presiune relativ mici, însăconectarea lor la conducte necesită respectarea anumitor cerinţe.

În figura 1.5.10,a este arătat senzorul debitmetrului masic MASS 2100 Siemens cu modificaţii pentru diferite diametre standardizate mici ale conductelorDI (6,10,15, 25,40), diametrul corpului cilindric propriu de măsurare fiind cuprins

între 100-270mm, iar lungimea - între 400-1000mm. Aceste modificaţii asigurămăsurarea debitului masic într-un diapazon relativ mare: 0-250 kg/h....0-50000kg/h, iar măsurarea densităţii gazului/lichidului este posibilă în diapazonul 0-3g/cm3. Pentru conducte cu diametre mari DN 50-150 sunt utilizate alte modificaţiiconstructive ale senzorului cilindric MASS 2100 MC2 (fig.1.5.10,b-c).

a)

b)

c)

Fig. 1.5.10. Modificaţii constructive ale senzorilor MASS 2100 Siemens


8/28


Partea electronică a acestor senzori, cu microcontroler de efectuare a calculelornecesare, se realizează în 3 variante constructive MASS 6000 (fig. 1.5.11,a).Aceste dispozitive asigură nu numai măsurarea şi indicarea debitului masic şi volumic, densităţii şi temperaturii, ci calculează şi cantitatea substanţei de dozare,sau volumul consumat de lichid, precum şi o comandă automată a întregului sistem

de dozare. Pentru acesata sunt prevăzute mai multe intrări şi ieşiri (fig. 1.5.11,b).

a)

b) Fig. 1.5.11. Dispozitive electronice MASS 6000 ale debitmetrelor masice Siemens


9/28


1.5.4 Debitmetre ultrasonore SONOFLOW ale companiei Siemens

Compania Siemens propune 3 variante de debitmetre ultrasonore :

1) cu emisie-recepţie a undelor ultrasonore în lichid prin senzori electroacustici, montaţi la uzina producătoare într -o porţiune de conductă din

oţel, care trebuie introdusă în conducta de măsurare a utilizatorului;2) cu emisie-recepţie a undelor ultrasonore în lichid prin senzori, introduşila uzina productoare în 2-8 segmente circulare de oţel (în funcţie dediametrul exterior al conductei de măsusre), care înfăşoară pe deasupra oriceconductă existentă din material insudabil (masă plastică, beton - Clamp on),fără a tăia conducta şi fără a intrerupe fluxul interior de lichid (Hot-Tap);

3) cu emisie-recepţie şi reflecţie a undelor ultrasonore în exteriorullichidului prin senzori electroacustici, fixaţi pe suprafaţa exterioară aconductei de măsurare, când undele pătrund prin metalul conductei şi prin

lichid, reflectându-se de suprafaţa interioară opusă a conductei (Clamp on şi Hot-Tap).Principiul de funcţionare al tuturor acestor debitmetre este simplu, fiind bazat

pe măsurarea timpului diferenţial dintre impulsurile ultrasonore, orientate după şiîmpotriva fluxului de lichid din conductă (fig.1.5.12). Unda sonoră, care coincidecu sensul fluxului, se deplasează mai repede faţă de unda în contrasens. Deferenţaacestui timp este proporţională cu viteza lichidului v m/s. Această viteză, la rândulei, la o secţiune S şi lungime constantă, este proporţională cu debitul volumicQ=vS, calculat de dispozitivul electronic secundar.

O variantă mai precisă de măsurare este obţinută în cazul amplasăriiemiţătorului şi receptorului sub acelaşi unghi Ө, când undele ultrasonore nu sereflectă de la corpul senzorului, ci sunt orientate direct:A-B şi B-A (fig. 1.5.12).Pentru o fiabilitate înaltă de măsurareînsă, debitmetrele ultrasonoreSONOFLOW sunt prevăzute cu câte 2

perechi de electrozi - A,B,C,D şi 2emiţătoare– receptoare de unde, cutoate că funcţionarea normală poate fiasigurată de o singură pereche. Pe baza

vitezei sunetului şi timpului diferenţialΔt, microcontrolerul calculează debitulde volum, volumul, precum şi densitatea, debitul masic, cantitatea

de lichid în intervalul corespunzător detimp, de aceea debitmetrul este integrat

cu contorul de volum / contorul de

cantitate într -un singur bloc, având unsingur panou şi indicator.

Fig. 1.5.12. Principiul senzorului ultrasonor de debit cu

orientarea unghiulară directă a undelor sonore prin lichid


10/28


În figura 1.5.13 sunt arătate 2 modificaţii ale debitmetrelor ultrasonorecu contact direct SONO 3100 şi SONO 3300 Siemens cu diametre 50-1200mm, viteze 0,5-10m/s, lungimi 475-1100 mm şi productivităţi 28-13200 m3/h.Dispozitivul lor secundar FUS 060 are aceeaşi construcţie şi date tehnicestandardizate, ca şi debitmetrele electromagnetice din figura 1.5.3-1.5.4. Acest

dispozitiv, în execuţia IP67, poate fi instalat direct pe senzor, permiţând o rotire la90º/180º, sau pe perete, la o distanţă până la 15 m.

Fig. 1.5.13. Debitmetre ultrasonore cu contact direct SONO 3100, 3300 cudispozitive electronice secundare FUS 060 ale companiei Siemens

Debitmetrele asemănătoare FUS 380, FUE 380 au la bază aceleaşi principii,însă sunt prevăzute cu ieşiri dicrete pentru contoare de căldură sau de volum,frecvenţa impulsurilor acestor ieşiri fiind proporţională cu debitul lichidului(calibrarea – în funcţie de diametrul conductei, de exemplu: 0,1 l/impuls pentrudiametru DN50; 100 l/impuls-DN500; 1000m

3/impuls – DN1200). Diferenţa dintre

aceste debitmetre constă doar în precizia lor : FUS 380 asigură o eroarea 0,5%, iar

FUE 380 -o eroarea de 1,5%.

În figura 1.5.14 sunt prezentate 2 elemente principale ale debitmetrelor SONOKIT - 2 hamutri

în formă de semicerc cu senzori electroacustici, careînfăşoară conducta insudabilă a utilizatorului dinmasă plastică sau beton (Clamp on). Senzoriii emit – recepţionează undele sonore direct în lichid, fiindconectaţi la acelaşi dispozitiv electronic secundar FUS 060, prezentat în figura precedentă.

Fig. 1.5.14. Hamuturile exterioare ale debitmetruluicu contact direct SONOKIT de tipul Clamp on


11/28


Principiul Clamp-on de control al debitului conductelor existente prin

montarea exterioară a senzorilor debitmetrelor FUS 1010 este arătat în figura1.5.15. Senzorii undelor sonore A-B în acest caz sunt montaţi, la o distanţă micăunul faţă de altul, în exteriorul conductei de măsurare. Aceste unde trec prin 2materiale diferite: prin grosimea conductei metalice, utilizând-o ca un difuzor de

emisie Wide-Beam, şi prin lichid, reflectându-se de la peretele opus al conducteisub un anumit unghi Ө, conform fenomenelor Dopler şi Snellius (fig. 1.5.15,b-c).Microprocesorul calculează diferenţa dintre timpul parcurs de unde prin grosimeaconductei şi prin lichid, în direcţţia şi contra sensului fluxului acestuia, iar pe bazalor – debiul volumic.

a)

Fig. 1 5.15. Principiul Clamp-on al debitmetrelelor FUS 1010 fără contact direct

Debitmetrul ultrasonor de bază (standard) FUS 1010 cu control Clamp-on este prevăzut cu mai multe modificaţii speciale de aplicaţii:

modificaţia portatativă FUP 1010, cu alimentare de la o baterie; modificaţia de contorizare a energiei termice FUE 1010, care se obţine prin

integrarea debitului şi a diferenţei de temperatură tur-retur ΔT=T1-T2; modificaţia de măsurare a debitului gazelor FUG 1010 (pentru gaz natural,

oxigen, azot, bioxid de carbon etc); Această mpdificaţie este mai complicată,deoarece măsurările trebuie compensate în funcţie de presiunea, temperaturaşi comprimarea gazelor;


12/28


debitmetre hidrocarbon FUH 1010, destinate pentru petrol şi produse petroliere. calculând şi compensând adăugător vâscozitatea (вязкость);

alte opţiuni adăugătoare, de exemplu pentru condiţii grele de exploatare.În figura 1.5.16 este arătat însăşi debitmetrul ultrasonor Clamp on FUS

1010 în varianta Standard cu procesorul său de efectuare a calculelor necesare şi

cu 2 senzori, care se fixează deasupra conductelor existente prin intermediul unorhamuturi. Prosesorul conţine un display relativ mare şi 33 de taste numerice,operaţionale şi funcţionale (F1-F4) (fig. 1.5.16,b). Grosimea conductei de metaltrebuie să fie cuprinsă în intervalul 6,4-9,1 mm, iar viteza lichidului în conductă –

până la 12 m/s. Acest procesor prevede 2 intrări/ieşiri analogice în curent 4-20mA,2 intrări / ieşiri analogice în tensiune 0-10V, 2 intrări pentru termorezistenţe demăsurare a temperaturii cu 4 conductoare, 2 ieşiri frecvenţiale 0-5000Hz, 4 ieşiridiscrete de tip releu. Precizia de măsurare a lui constituie 0,5-1,0%. Procesorul maiinclude o memorie constantă de 1 MBait pentru arhivarea datelor măsurate.

b)

Fig.1.5.16. Debitmetrul ultrasonor FUS 1010 Siemens fără contact direct Clamp on


13/28


1.5.5 Debitmetre cu turbine rotative

Senzorul acestor debitmetre reprezintă o turbină cu palete radiale metalice (fig.1.5.17, a), viteza de rotaţie a căreia este proporţională cu debitul lichidului dinconductă. Pentru a măsura (fără contact direct) această viteză, se recurge la metoda

câmpului electromagnetic, produs de un magnet permanent PM, montat deasupraturbinei şi la legea inducţiei electromagnetice. Câmpul magnetic al magnetului esteconstant în cazul staţionării turbinei. Dacă aceasta se roteşte, câmpul PM devinevariabil datorită reluctanţei magnetice diferite la o trecere a fluxului prin palete şi

prin spaţiul dintre ele. Acest câmp variabil induce într -o bobină de măsurare otensiune variabilă în frecvenţă, proporţională cu viteza lichidului din conductă. În

partea electronică componenta varia bilă a acestei tensiuni se transformă într-un şirde impulsuri dreptunghiulare, f recvenţă cărora este măsurată şi indicată.

În figura 1.5.17, c sunt prezentate 2 variante ale debitmetrelor companiei

KOBOLD de tipul TUP, din material plastic (PVC), cu turbină rotativă, cudiametre 20-100 mm, debite 0,2-100 m3/h, precizie de măsurare ±1 %.

a)

c) Fig. 1.5.17. Debitmetre cu turbină rotativă TUP ale companiei KOBOLD

Aceste debitmetre au însă unele dezavantajele: cădere mare de presiune şi probabilitate înaltă de blocare a turbinei rotative cu diferite impurităţi mecanice, deaceea în prezent ele se înlocuiesc cu debitmetre ultrasonore.


14/28


1.5.6 Debitmetre cu vârtejuri VORTEX (SWIRLFLOW)

Aceste debitmetre, constituite de asemenea din 2 părţi componente, suntrelativ simple şi compacte, nu necesită nici o acordare sau calibrare şi nu depindde proprietăţile gazelor sau lichidelor. Ele se bazează pe fenomenul cunoscut în

fizică sub numele CARMAN - apariţia unor oscilaţii turbulente hidraulice în cazulunui lichid, sau pneumatice (vârtejuri) în cazul unor gaze, la introducerea în calealor a unor obstacole de o anumită formă. În cazul unui obstacol în formă de „T”vârtejurile au o axă verticală (fig. 1.5.18, a), iar în cazul unui obstacol în formă despirală – ele au o axă orizontală (fig. 1.5.18, b). Aceste vârtejuri apar de ambele

părţi ale obstacolului, alternând unul după altul. Frecvenţa lor este direct proporţională cu viteza de curgere a fluxului V şi invers proporţională cu lăţimeaobstacolului d:

d

vSt f , unde St — numărul lui Strouhal.

De aceeaşi frecvenţă este şi presiunea diferenţială până şi după obstacol,detectată de un senzor din cuarţ (piezometric) 2, montat în spatele obstacolului.Frecvenţa acestui senzor este prelucrată apoi de blocul electronic secundar, carecalculează debitul în funcţie de vitează Q(V) după relaţia din figura 1.5.18, d.

a)

1. . d)Fig. 1.5.18. Principii şi modificaţii ale debitmetrelor cu vârtejuri VORTEX


15/28


În figura 1.5.19 sunt indicate modificaţiile reale ale debitmetrelor FV4000-VT4 (a), FS4000-ST4 ABB (a) şi FX 300 Siemens (b), care pot avea o instalare adispozitivului secundar fie direct pe conductă, fie pe perete la o distanţă < 10 m.

Dezavantajul principal al acestor debitmetre constă în limitarea valorilorminime Qmin şi maxime Qmax ale debitului pentru fiecare diametru al conductei.

Aceste valori trebuie calculate după anumite relaţii, care sunt indicate îninstrucţiunile de exploatare. Debitmetrele FX 300 prevăd un ventil de blocare asenzorului de presiune în timpul încercărilor conductelor la suprapresiuni.

a)

b

Fig. 1.5.19. Modificaţiile reale ale debitmetrelor cu vârtejuri ale companiei ABB FV4000, FS400 ŞI FX300 Siemens


16/28


1.5.7 Contoare de căldură

Aceste contoare (Теплосчетчики) sunt necesare în toate sistemele deîncălzire şi alimentare cu apă caldă pentru a contoriza energia termică W(consumul de căldură), care depinde de debitul volumic curent al agentului termic

Q (t) şi diferenţa de temperatură intrare-ieşire 1 2T T T . Produsul acestor 2 parametri determină fluxul de căldură curent, sau puterea termică curentă:

1 2T p t Q t T T .

Acest flux apoi se integrează, contorizându-se astfel energia termică consumată într -un anumit interval de timp, la fel ca şi volumul agentului termic consumat :

T C W p t dt Q t T dt V T k

unde V Q t dt - volumul de agent termic; Kc- coeficient termic de calibrare.

Energia termică poate fi calculată în diferite unităţi de măsură:Djouli J, Calorii

(KiloCalorii, GegaCalorii) Cal, kW h , MW h ( 7 41 2,78 10 2,39 10 J kW h kCal )

( 3 31 4,19 10 1,16 10kCal J kW h ).

În legătură cu aceasta, majoritatea contoarelor de căldură au la bază 3componente principale: un debitmetru de volum, 2 senzori de temperatură intrare-ieşire şi un dispozitiv microelectronic de calculare şi integrare (Procesor sauВычислитель) a tuturor parametrilor necesari. Acest procesor înregistrează, deasemenea, şi debitul volumic maxim consumat, durata de funcţionare în ore,

precum şi alţi parametri. În figura 1.5.20 sunt arătate schemele hidraulice şi reale

de conectare ale contoarelor COMBIMETER, elaborate de compania belorusă ISTA pentru sistemele de încălzire şi alimentare cu apă caldă. Aceste contoare suntrealizate cu debitmetre electromagnetice 1,5-120 3m h , senzori Pt 100 şi oalimentare 220V, 50Hz. În caz de deconectare a tensiunii de alimentare, toatedatele principale sunt memorizate în memoria constantă a procesorului.


17/28


Fig. 1.5.20. Principii de montare ale contoarelor de căldură COMBIMETER alecompaniei beloruse ISTA pentru sisteme de încălzire şi alimentare cu apă caldă

Aceste contoare prevăd, de asemenea, o conectare a debitmetrelor în ambeleconducte tur-retur, ceea ce permite depistarea scurgerilor posibile şi a altor funcţii,inclusiv citirea datelor la un calculator printr-un adaptor standardizat RS232.

Scanarea informaţiilor stocate de la distanţă se efectuează cu ajutorul unui soft

special. Preţul acestor contoare, produse şi utilizate pe larg în Belorusia, estecuprins între 600 şi 2000 de Euro, în funcţie de diapazonul debitului.

Compania Siemens a elaborat un contor (procesor) multifuncţional şi modular de energie termică Sitrans FUE 950, prevăzut pentru o integrare cu debitmetrele electromagnetice MAG 5000/6000 şi ultrasonore FUS Sonocall 3000, FUE 380,descrise mai sus, care au ieşiri cu impulsuri frecvenţiale


18/28


b)

Fig. 1.5.21,b. Pictograme cu funcţii adăugătoare ale procesorului FUE 950

c)Fig. 1.5.21. Procesorul FUE 950 Siemens de contorizare a energiei termice (a) cudebitmetre electromagnetice sau ultrasonore şi schema lor de conectare (c)

O utilizare mai largă în Rusia, Ucraina şi Republica Moldova au obţinut-ocontoarele de căldură ale companiei daneze Kamstrup, realizate cu procesoareMULTICAL, debitmetre ultrasonore ULTRAFLOW cu un diapazon de la 0,6

3m h şi până la 3000 3m h , senzori de temperatură Pt 500. În ultimii 10 anicompania Kamstrup a elaborat peste 7 generaţii de procesoare, ultimele fiind

MULTICAL 401 (pentru debite 0,6-15

3

m h ) şi MULTICAL 601 (până la 10003m h ) (fig. 1.5.22, a). Modificaţia 401 este cea mai simplă şi mai ieftină, care secaracterizează în plus prin următoarele particularităţi: construcţie compactă,alimentare autonomă de la o baterie de 3,6 VDC, simplitate de montaj, fiabilitateînaltă în exploatare, durată lungă de funcţionare şi de verificare (4-5 ani),

posibilităţi de multiplicare a funcţiilor realizate cu ajutorul unor moduleadăugătoare. Consumul de energie al procesorului şi debitmetrului este relativ mic,de aceea bateria autonomă de litiu de 3,6 VDC ajunge pentru o durată defuncţionare de 10-12 ani, cu toate că este prevăzută şi o alimentare de la blocuri de

24 VDC,sau 230 VAC. Modificaţia 601 se caracterizează printr -o multiplicare şi oflexibilitate înaltă a funcţiilor realizate, obţinute printr -o optimizare a programuluide prelucrare a informaţiilor şi o utilizare a modulelor adăugătoare incorporate.


19/28


Procesoarele MULTICAL sunt foarte compacte, de aceea pot fi montate direct

pe debitmetru (fig. 1.5.22, a), sau pot fi atârnate de perete prin intermediul unuicablu cu 3 fire. Ele au doar 2 butoane de comandă: primul buton asigură un accesconsecutiv la principalii parametri integrali, curenţi şi de autodiagnosticare (info),iar butonul al doilea – o resetare sau un acces la parametri adăugători, de exemplu

la consumul de energie pe zi, lunar, anual sau arhivat, la temperatura lunară sauanuală medie, la debitul maximal lunar sau anual şi altele . Datele curente şiarhivate pot fi transmise la un computer personal prin intermediul unor module

adăugătoare, inclusiv a unui modul radio. Consumul de căldură poate fi afişat înkWh (pentru debite până la 15 3m h ), MWh, Gj, Gcal (pentru debite mai mari).

Debitmetrele ultrasonore mici (cu diametre 15-50 mm) sunt prevăzute curacorduri filetate de conectare la conductele reale, iar cele mari (până la 250 mm)

– prin flanşe (fig. 1.5.22, b). Corpul lor este confecţionat din cupru sau oţelinoxidabil. Debitmetrele mici au incorporate în interiorul lor senzorii de

temperatură Pt 500, ceea ce permite montarea contoarelor fără lucrări de sudare.

a)

Fig. 1.5.22. Procesorul MULTICAL şi debitmetrele ultrasonore ULTRAFLOW

Compania Kamstrup produce 2 modificaţiiasemănătoare de contoare de volum (apă) MULTICAL41 (0,6-1,5 3m h , DU 15-15-20 mm) şi MULTICAL 61 (1,5-80 3m h , DU 15-50 mm) (fig. 1 5.23).

Pentru înregistrarea computer izată a datelorcontoarelor MULTICAL a fost elaborat u soft special,

care asigură, în plus, o prelucrare a informaţiilorscanate în scopul alcătuirii unor refer ate lunare sauanuale cu anumite grafice în intervalul analizat.

Fig. 1.5.23. Contor de volum MULTICAL 61


20/28


1.5.8 Contoare mecanice de volum

Debitmetrele şi contoarele elctronice continue, descriese mai sus, sunt destinate pentru măsurarea debitelor şi volumelor relativ mari. Pentru apartamente şi casecomunale au fost elaborate, de asemenea, multe tipuri de contoare mecanice

simple de volum cu debite relativ mici (0,1-1,5 m3

/h, 20-1000 l/min), bazate nu pemăsurarea debitullui, ci a vitezei fluxului de lichid) (fig. 1.5.24). La început acestecontoare tahometrice (indirecte) erau constituite din 2 părţi separate: hidraulică (cusenzorul de viteză a fluxului de apă) şi partea de integrare-înregistrare mecanică.

Partea hidraulică este confecţionată din metal inoxidabil cu 2 racorduristandardizate DN20 la capete, un filtru la racordul de intrare pentru filtrarea apei, o

elice cilindrică din masă plastică cu axă de rotaţie, perpendiculară faţă de sensulapei, şi un senzor magnetic (magnet permanent) de viteză a lichidului pe capul desus al elicei. Această elice se roteşte cu o viteză, direct proporţională cu debitul

volumic Qv din conducta de măsurare, de contoarele se mai numesc rotametre.Partea de înregistrare (integrare) este constituită dintr-un indicator mecanicde volum cu câte o roată cifrată 0-9 pentru fiecare unitate, un reductor de viteză cucâteva roţi dinţate mici, rotit de o axă din masă plastică şi cu un senzor magneticasemănător , coaxial şi în apropiere de senzorul magnetic din partea hidraulică.Când fluxul curgător de apă din partea hidraulică roteşte elicea şi senzorul eimagnetic, acest senzor atrage după sine senzorul magnetic al părţii separate deînrezistrare, punând în mişcare reductorul de viteză de acţionare a roţilorînregistratorul mecanic cu una, sau mai multe roţi de verificare operativă frontală.Cifrele înregistratorului mecanic la contoare cu precizie mai mare, sunt împărţite în2 grupe, separate prin virgulă: 3 cifre de culoare roşie pentru indicarea volumuluiîn litri, decalitri şi hectolitri şi 5 cifre de culoare neagră pentru indicarea volumuluiîn m3, zeci de m3, cute de m3,etc. Înregistratorul mecanic din figura 1,5,24,b nuindică litrii şi nu este separat absolut de lichid, de aceea este numit „umed”, în care

poate pătrunde apa, sau este umplut cuulei de ungere.

Fig. 1.5.24. Contoare mecanicetahometrice de volum cu înregistratorseparat uscat (a) şi integrat umed (b)


21/28


Contoarele-dozatoarele mecanice directe (de volum) se bazează pe principiulde transmitere periodică (ciclică) a unor porţii discrete de volum de la intrarea 2spre ieşirea 7, cu ajutorul unui rotor 6 cu o cameră interioară V2, (Кольцевой Поршень), care alunecă pe suprafaţa interioară a camerei de măsurare 5 (fig.1.5.25,b). rotorul se roteşte sub acţiunea diferenţei de presiune a apei dintre

intrarea 2 şi ieşirea 7, adică fără nici o sursă electromecanică exterioară. La început(poziţia 1) se absoarbe o porţie de volum V2 în interioarul rotorului, împingândspre gaura de ieşire porţia rotaţiei precedente devolum V2, ambele porţii fiind separate prin pereţelul1. După ce s-a umplut camera interioară a pistonuluiV2, începe să se umple camera exterioară a rotoruluiV1, iar porţia ciclului precedent V1 începe să segolească (poziţia 2). În poziţia 3 aceastăumplere/golire continue până la o finalizare completă

în poziţia 4, apoi începe următorul ciclu. Porţiile exterioare de volum V1 şi V2 în aceste procese au oformă de seceră. La o rotaţie completă la ieşire setransmite un volum sumar VΣ=V1+V2. a)

b)Fig. 1.5.25. Contorul mecanic direct de volum 7MR Siemens (a) şi poziţiile principale de funcţionare ale lui în secţiune (b)


22/28


În figura 1.5.26 sunt arătate toate elementele constructive dezasamblate ale contorului mecanic de volum 7MR Siemens cu un diametru DN25, descris mai sus.Rotaţiile rotorului sunt transmise în sus spre mecanismul de inregistrare mecanicăşi indicare cu ac. Compania Siemens a elaborat, de asemenea, modificaţii decontoare mecanice cu înregistratoare şi indicatoare electronice digitale. Astfel de

contoare şi debitmetre produce şi compania KROHNE (Danemarca).

Fig. 1.5.26. Elemente constructive dezasamblate ale contorului mecanic direct de

volum 7MR Siemens cu un diametru DN25.

Pentru industria chimică şi petrolieră (benzinării) au fost elaborate contoare-dozatoare mecanice de volum DTJ Oval cu 2 rotoare elipsoidale şi debite 20-


23/28


200l/min (fig. 1.5.27). Aceste rotoare alunecă unul faţă de altul, transmiţând laieşire 4 porţii de 250ml, adică 1 litru de lichid lubrifiant la o fiecare roţie completă.

Un alt tip de contor-dozator mecanic de produse petroliere FMC 40-1400

l/min, cu un singur rotor excentric, este prezentat în figura 1.5.28. Acest rotor arela suprafaţa lui exterioară 4 palete, care alunecă pe suprafaţa interioară a carcasei

cilindrice, preluînd câte o porţie de carburant şi transmiţând-o apoi la ieşire. La orotaţie completă la ieşire se transmit 4 porţii constante, la fel ca şi în cazul precedent. Paletele menţionate mai asigură încă o funcţie: acţionează asupraindicatorului mecanic printr- un sistem de roţi dinţate (fig. 1.5.28,b). În prezentacest contor mecanic este completat cu un înregistrator -indicator electronic.

Fig. 15.27. Contor – dozator mecanic direct cu 2 rotoare elipsoidale DTJ Oval

b)Fig. 1.5.28. Contor – dozator mecanic direct FMC 40-1400 l/min cu un singur rotorexcentric şi 4 palete exterioare (a) şi înregistratorul mecanic (b)


24/28


1.5.9 Contoare de gaz

Gazul natural constituie unul din cele mai eficiente şi mai puţin poluantesurse energetice, mai ales pentru centralele electrice/termice şi pentru instalaţiileindustriale/casnice de încălzire. Utilizarea în masă a acestor sisteme impune,

evident, necesitatea contorizăr ii gazului. Cerinţele tehnice faţă de contoarele de gazsunt mai înalte faţă de contoarele de lichide. În particular, diapazonul de variaţie adebitului de gaz, măsurat de un contor, este, de regulă, mai mare faţă de diapazonuldebitului unor lichide. În tot acest diapazon eroarea de măsurare nu trebuie sădepăşească anumite valori maxime. În afară de aceasta, volumul gazului, conformlegilor termodinamice, depinde substanţial de temperatura şi presiunea lui, ceea ceimpune o corecţie respectivă. Ca urmare, contoarele de gaz trebuie dotate cusenzori de temperatură şi presiune. O altă cerinţă a contorizării moderne oconstituie achiziţia datelor acestor aparate de la distanţă, care poate fi făcută cu

ajutorul unor dispozitive electronice adăugătoare (modeme GSM şi altele).De aceea au fost elaborate mai multe tipuri de contoare de gaz, care seclasifică, în raport cu debitul maximal, în 3 grupe principale: contoare mecanice casnice, cu un debit maxim până la 10 3m h ; contoare comunale, cu un debit maxim până la 40-50 3m h ; contoare industriale, cu un debit mai mare de 50 3m h .

În raport cu principiul fizic de măsurare a debitului, contoarele de gaz pot fi: cumembrane (diafragme), ultrasonore, rotative (cu mai multe rotoare), cu osingură turbină rotativă, cu vârtejuri şi altele. Fiecare din aceste tipuri are

avantajele şi dezavantajele sale, precum şi domeniul său de presiuni ale gazului (joase, medii, înalte). Unele din aceste debitmetre au fost deja prezentate mai sus,de aceea în continuare vor fi analizate doar unele din ele.

Cele mai simple şi mai ieftine, cu un diapazon relativ mare de măsurare(

min max 1 100Q Q ), sunt contoarele mecanice casnice de volum NPM ale asociaţiei

ruse „Газдевайс” din regiunea Moscova (fig. 1.5.29), producţia căreea se bazează pe licenţa firmei italiene Pietro Florentino. Contoarele NPM asigură un diapazon1,6-10 3m h , o precizie 1,5-3 %, la un diapazon de

temperaturi -30ºC...+50ºC şi la presiuni până la 0,5

bari. Construcţia lor se bazează pe 2 perechi decamere 1-2 şi 3-4, separate prin 2 membrane(diafragme) cu deplasare (funcţionare) ciclică. Laumplerea unei camere (din fiecare pereche),

diafragma ei goleşte cealaltă cameră, transmiţând o porţie de gaz la ieşire. Funcţionarea ciclică esteasigurată de un sistem încrucişat de biele şi pârghii.Volumul sumar al unui ciclu V Σ=V1+V2+V3+V4.

Modificaţiile NPMT se deosebesc printr -o

completare adăugătoare cu dispozitive de interfaţă şi de achiziţie a datelor de la distanţă. Fig. 1.5.29. Contor casnic de gaz NPM ale asociaţiei Газдевайс


25/28


Compania italiană Pietro Florentino este reprezentată şi în România - prinfirma SamGas, care produce mai multe tipuri de contoare mecanice şi electronicede gaz. Dintre cele electronice fac parte: picoELCOR, UNIFLOW, RSE 2001 La,

pentru debite G1,6-25 m3/h (fg. 1.5.30-1.5.31). Aceste dipozive îmbină cu succes

performanţele contoarelor mecanice clasice, realizate cu camere volumetrice şi

membrane, cu posibilităţile tehnologiilor electronice moderne. În particular, eleinclud o baterie de litiu-ioni pentru o durată de funcţionare de 10-20 de ani, undisplay digital de afişare a informaţiilor, un corector electronic de temperatură, ocartelă SIM şi un un modem GSM/GPRS pentru telemetrie (wirwless - citireadatelor la distanţă), o memorie de stocare a volumului în decursul unui an de zile, senzor cu unde InfraRoşii pentru protecţie la intervenţii neautorizate, robinetincorporat pentru închidere/deschidere autorizată de furnizorul de gaz.

b)Fig. 1.5.30. Contoare electronice casnice de gaz UNIFLOW ale companiei

SamGas din România (a) şi display-iul lor digital (b)


26/28


b)

Fug. 1.5.31. Contoare electronice casnice de gaz RSE 2001 LA ale companiei

SamGas din România (a) şi display-iul lor digital (b)

Contoarele rotative de gaz fac parte din grupa contoarelor industriale

(debite până la 1000 3m h şi presiuni până la 16 bari, iar în unele cazuri şi maimari). Ele sunt alcătuite din 2 perechi de rotoare în formă de cifra 8, decalate subun unghi de 90º. În figura 1.5.32 este arătat un contor de gaz rotativ CGR-01 alsocietăţii poloneze pe acţiuni COMMON. Rotirea sincronă a acestor perechi derotoare este asigurată de nişte roţi dinţate speciale. Pentru o precizie înaltăsuprafaţa exterioară a rotoarelor şi interioară a corpului trebuie să fie foarte bineşlefuită. Sub presiunea gazului aceste 2 perechi de rotoare alunecă unele pe altele,

precum şi faţă de suprafaţa interioară a corpului imobil. În decursul unei rotaţii setransferă la ieşire 4 porţiuni de gaz, volumul cărora este egal cu volumul dintrerotorul respectiv şi această suprafaţă. Însumarea volumului de gaz se efectuează în

baza numărului de rotaţii săvârşite, utilizând un cuplaj magnetic (Magneticcupling - 2 magneţi permanenţi (ca şi în contoarele de apă, când rotirea sub

presiunea gazului a unuia atrage după sine rotirea celui de-al doilea) şi undispozitiv de integrare-indicare (Index head). Este prevăzută şi o corecţie avolumului măsurat în funcţie de presiunea curentă (Pressure resistant housing).


27/28


Fig. 1.5.32. Construcţia contorului rotativ industrial de gaz CGR-01 al societăţii poloneze COMMON

Pentru debite şi presiuni relativ mari (65-10000 3m h şi 16-100 bari) suntconcepute contoarele cu turbină. În figura 1.5.33 este arătat un astfel de contorCGT-01 al societăţii poloneze COMMON cu elementele lui principale, inclusivdispozitivul de indicare (Index head). Pentru indicatorul de volum este prevăzutun acelaşi tip de cuplaj magnetic (Magnetic coupling).

Fig. 1.5.33. Contor de gaz cu turbină CPT-01 al societăţii poloneze COMMON


28/28


Corectorul de volum CMK-02 (fig. 1.5.34) înregistrează şi corectează volumulmăsurat de contor în condiţii reale ale presiunii şi temperaturii gazului, aducându-le la condiţii standardizate (20ºC, 1,01325 bar), ţinând cont de coeficientul decompresibilitate al gazului. Pentru aceasta corectorul conţine un micro procesorINTEL cu o memorie de program 2/4 MB, o memorie operativă de 256kB, un

display LCD de 4x20 de caractere, precum şi un senzor de temperatură Pt 1000, untraductor de presiune absolută şi mai multe conectoare pentru diferite intrări/ieşiri.Alimentarea acestui dispozitiv de calcul se efectuează cu ajutorul a 2 baterii de litiude 3,6V, care ajung pentru 5 ani de funcţionare.

Asociaţia COMMON produce, de asemenea, module de transmitere ainformaţiilor contorizate la distanţă, numite şi module de telemetrie. Transmitereadatelor se efectuează printr -o reţea de telefonie fixă obişnuită, folosind un modemindustrial digital/analogic M144Rm, sau printr-o reţea GSM,sau INTERNET,utilizând un modul CMB-03 (fig. 1.5.35), sau CMT/GSM-01 (fig.1.5.36).

Fig. 1.5.34. Corector de volum CMK-02 Fig.1.5.35. Modul telemetric CMB-03

Fig. 1.5.36. Modul complex de transmitere la distanţă a datelor CMT/GSM-01

Documents

1.5 Debitmetre Si Contoare