Принцип работы газового счетчика и устройство
Какие бывают счетчики газа и как они работают
Счетчики газа работают на различных физических принципах.
Перечислю для удобства восприятия в виде списка:
Мембранный счетчик газа: принцип работы
Мембранные счетчики газа — самый распространенный вид газовых счетчиков.
Принцип работы мембранного газового счетчика следующий: счетчик внутри разделен на 2 камеры известного объема, в которых расположены газонепроницаемые мембраны (или как их еще называют — диафрагмы). Газ, поступая на вход счетчика, создает давление на мембраны.
Они, в свою очередь, приводят счетный механизм в движение. Далее количество оборотов переводится в кубические метры в час.
Показания мембранного счетчика зависят от температуры, при которой работает счетчик. Связано это с тем, что газы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются.
Данные счетчики могут быть по исполнению левыми или правыми. Это просто указывает с какой стороны у них расположен выходной патрубок.
На многих современных моделях мембранных счетчиков есть функция калибровки показаний по температуре механическая или электронная.
Ротационный счетчик газа: принцип работы
Ротационные счетчики — более дорогой, но более надежный вид механических счетчиков.
Такие счетчики применяются в основном для промышленных объектов, но есть и бытовые модели.
Принцип их действия основан на том, что поток газа, проходящий через счетчик вращает роторы.
А число оборотов переводится механизмом в показания. Смотрим видео:
Ультразвуковой счетчик газа: принцип работы
Ультразвуковой газовый счетчик — в таком счетчике при помощи ультразвука измеряется скорость движения газа через счетчик.
Волны ультразвука внутри счетчика распространяются в двух противоположных направлениях (по движению и против движения газа), исходя из анализа отраженных ультразвуковых сигналов и вычисляется скорость.
А из скорости получают расход газа в кубических метрах в час. Кроме того, электроника внутри счетчика может автоматически корректировать показания по давлению или температуре. Это называют приведением к нормальным условиям.
Принцип работы ультразвуковых счетчиков иллюстрирует следующее видео:
https://youtube.com/watch?v=_tN2k3evMxs
Турбинный счетчик газа: принцип работы
Турбинный счетчик газа — его принцип работы такой же как у ротационного счетчика, только вместо двух синхронно движущихся роторов у него внутри стоит турбина.
Газ оказывает давление на лопасти турбины, приводя их в движение.
Вращательное движение передается на счетный механизм. Вот собственно и весь принцип его работы.
Применяют турбинные счетчики газа преимущественно в промышленных целях при подсчете больших объемов газа.
Принцип работы ультразвукового расходомера
Как понятно из названия, ультразвуковой расходомер в своей работе использует ультразвук, который не воспринимается человеческим ухом.
Звук возникает в результате вибраций, которые распространяются в виде волн. Для того, чтобы появился звук, необходимо учесть несколько моментов: источник, посылающий звуковые волны, воздушную или жидкую среду, в которой могут распространяться звуковые волны и объект, принимающий или улавливающий звуковые волны.
Количество звуковых волн, воспроизведенных вибрирующим объектом в течение некоторого заданного отрезка времени называется частотой звуковых волн. Чем быстрее вибрирует объект, тем больше будет посылаться звуковых волн, тем выше будет частота звука. И соответственно, чем медленнее происходит вибрирование, тем ниже частота.
Термином «ультразвук» называется звук с частотой выше уровня частоты, воспринимаемой человеческим ухом. Для того, чтобы определить скорость движения среды с помощью ультразвуковых расходомеров измеряют изменения ультразвуковых частот.
Если работает ультразвуковой расходомер, то источник, вибрируя, посылает ультразвуковые волны с некоторой заведомо известной частотой. Звуковые волны распространяются, двигаются в потоке среды до тех пор, пока они ни наталкиваются на пузырьки воздуха или на твердые частицы в потоке движущейся среды. Когда звуковые волны сталкиваются с воздушными пузырьками или твердыми частицами, они отталкиваются или отражаются от пузырька или частицы и двигаются в обратном направлении к принимающему устройству или приемнику.
Частица или пузырек в среде, находящейся в покое
При замере среды в покое у отраженных звуковых волн будет та же самая частота, что и у посланных источником звуковых волн. На рисунке выше изображен пузырек воздуха или твердая частица в среде, находящейся в покое. Пузырек или частица начинают вибрировать с частотой, посланных звуковых волн.
Если среда находится в движении, уровень частоты отраженных звуковых волн, ультразвукового расходомера, сдвигается или изменяется по сравнению с уровнем частоты посланных звуковых волн. На рисунке ниже ряд звуковых волн «впереди» движущегося пузырька более уплотнен в своем последовательном чередовании, чем «позади» пузырька.
Пузырек воздуха в потоке движущейся среды
Волны позади пузырька вытянуты по своей конфигурации по причине наличия скорости движущегося потока. Сам пузырек тоже несколько деформирован по той же самой причине наличия скорости движущегося потока.
Поскольку пузырек движется по мере того, как он посылает обратно или отражает звуковые волны, то фактически он движется «догоняя» звуковые волны впереди него и удаляясь от волн позади него. Другими словами, пузырек начинает вибрировать с той же самой частотой, что и посланные источником звуковые волны, но в результате наличия скорости движущегося потока, который несет этот пузырек, уровень частоты отраженных волн сдвигается. Когда звуковые волны, скомпрессированные в процессе движения потока впереди пузырька, достигают приемника, частота их выше, чем частота звуковых волн, посланных источником, потому, что интенсивность попадания волн на приемник будет выше, чем интенсивность их попадания на приемник в условиях среды, находящейся в покое.
После того, как пройдет пузырек, на приемник ультразвукового расходомера попадают вытянутые по своей конфигурации волны. Частота этих волн ниже, чем частота звуковых волн, посланных передатчиком. Т.к. в последовательности этих волн отмечается расширение, для того, чтобы попасть на приемник этим вытянутым по своей конфигурации волнам понадобиться больше времени.
По мере увеличения скорости движения потока, увеличивается также и сдвиг по частоте. И наоборот, если скорость движения потока среды уменьшается, то уменьшается и сдвиг по частоте. Другими словами, каждому изменению скорости потока присущ соответствующий сдвиг по частоте. Для измерения скорости потока среды в ультразвуковых расходомерах используется эта взаимосвязь. Затем расходомер преобразует величину скорости потока в соответствующую величину расхода потока.
Сдвиг по частоте между переданными и принятыми звуковыми волнами — это один пример естественного феномена, известного по названием эффект Доплера. Он имеет место при условии наличия относительного движения между источником волны и приемником этой волны. В ультразвуковом расходомере движущиеся вместе с потоком среды пузырьки воздуха или твердые частицы становятся передатчиками волн, т.к. от них отражаются волны.
