Finala Amc Corectura 21.04 [303161]

1 INTRODUCERE 3

1.1 Generalități 3

1.2 Mărimi și unități de măsură 4

1.3 Metode de măsurare 17

1.4 Mijlocul de măsurare 18

1.5 Etalonul 26

1.6 Evaluarea incertitudinilor (erorilor) în procesul de măsurare 27

1.6.1 Surse de erori de măsurare 28

1.6.2 Clasificarea erorilor de măsurare 28

1.6.3 Erori și incertitudini de măsurare 29

1.6.4 Incertitudini aleatoare 30

1.6.5 Erori grosolane 30

1.6.6 Incertitudini sistematice 31

1.6.7 Combinarea și compunerea incertitudinilor parțiale 31

1.7 Informația de măsurare 31

2 APARATE DE MĂSURĂ 34

2.1 Aparate de măsură pentru lungime 34

2.2 Aparate de măsură pentru timp 39

2.3 Aparate de măsură pentru masă 43

2.4 Aparate de măsură pentru viteză 47

2.4.1 Instrumentele directe de măsurare a vitezei fluidelor 47

2.4.2 Aparatele cu rotor pentru măsurarea vitezei. 48

2.4.1 Sondele de viteză 50

2.4.2 Termoanemometrele (TA) 51

2.4.3 Anometrele cu laser (AL) 53

2.5 Aparate de măsură pentru debite și volume 54

2.6 Aparate de măsură pentru presiune 66

2.7 Manometre cu lichid. Piezometre 67

2.8 Manometrele cu element elastic (cu deplasare) 76

2.9 [anonimizat] 82

2.10 Aparate de măsură pentru temperatură 87

3 MĂSURAREA GAZELOR 91

3.1 Generalități 91

3.2 Modelul de gaz perfect și legile lui 91

3.3 Gaze reale. Ecuația de stare a gazelor reale 92

3.4 Amestecuri de gaze 93

3.5 Proprietățile gazelor naturale 94

3.6 Legile gazelor perfecte 98

3.7 Măsurarea cantităților de gaze naturale tranzacționate în România 104

4 Tipuri de aparate de măsură gaze naturale 115

4.1 Contor de gaz cu membrană (pereți deformabili) 115

4.2 Contoare volumetrice cu pistoane rotative 145

4.3 Contoare de gaz cu turbină 164

4.4 Contoare de gaz cu ultrasunete 178

4.4.1 Contoare cu ultrasunete pentru presiuni maxime de 0.5 bar 184

4.5 Aparate de măsură cu element deprimogen 188

4.6 Sistem de măsurare a [anonimizat], producător SC ACK FLUID SRL Pașcani 192

4.7 Contoare Coriolis 199

4.8 Contoare Vortex 202

4.9 Telecitirea automată a contoarelor 204

4.10 Smart metering cu integrator electronic și comunicație GSM/GPRS 207

4.11 Convertoare de volum 208

4.12 Traductoare 217

4.12.1 Traductoare de presiune 217

4.12.2 Traductoare de temperatură 222

4.13 [anonimizat] 225

4.14 Stații de reglare măsurare echipate cu sistem SCADA 243

Bibliografie 251

INTRODUCERE

Generalități

Conform Dicționarului Explicativ al Limbii Române, a măsura înseamnă ”a [anonimizat]. valoarea unei mărimi (lungime, masă, greutate, tensiune electrică etc.)”.

Tehnica măsurărilor este parte a științei numite metrologie aplicată și are ca obiect aspectele teoretice și practice ale măsurării unei anumite mărimi sau a [anonimizat]. Esența tehnicii măsurării este aceea de a [anonimizat].

[anonimizat] (1824-1907) a explicat importanța măsurărilor: “[anonimizat]. [anonimizat]". [anonimizat] s-a sintetizat în "a măsura înseamnă a cunoaște".

[anonimizat] – [anonimizat] dezvoltarea societății și a schimburilor interumane. Știința măsurărilor se bazează pe faptul că procesul de cunoaștere a lumii înconjuratoare are la bază experimentul, adică evaluarea calitativă și/sau cantitativă.

Dacă considerăm că existența unei științe presupune fundamentarea unor ipoteze de lucru, a unor metode și mijloace de studiu, atunci putem considera metrologia ca o știință datând de aproximativ două sute de ani, de la prima tentativă de unificare a unităților de măsură într-un sistem general, pe care o datorăm lui Talleyrand (1799).

Dezvoltarea accentuată a tuturor ramurilor științei și tehnicii a impus necesitatea creării unor noi mijloace și metode de măsurare.

Măsurarea constituie, la acest moment, o componentă esențială a oricăror activități umane, deoarece furnizează informațiile cantitative necesare luării deciziilor asupra a ce trebuie făcut, precum și informațiile asupra rezultatelor activității.

În economia modernă, măsurarea constituie un fapt de mare răspundere și importanță, prezent în toate activitățile. De exemplu cercetarea științifică este de neconceput fără utilizarea unor mijloace de măsurare precise, iar proiectarea și realizarea de noi produse impune încercarea acestora în condiții de exploatare cu măsurarea performanțelor realizate.

În activitatea industrială, asigurarea controlului calității produselor necesită permanente măsurări, efectuate atât asupra tuturor materialelor folosite în producție cât și asupra reperelor rezultate după fiecare operație și asupra produselor finite.

În cadrul proceselor de producție cu grad înalt de automatizare, mijloacele de măsurare au un rol esențial.

În exploatarea instalațiilor complexe, pentru monitorizarea parametrilor de funcționare și pentru verificarea menținerii performanțelor, precum și pentru a asigura securitatea instalațiilor și protecția muncii, se efectuează măsurări permanente, periodice sau după reparații.

“Urmărirea consumurilor de materii prime și materiale, a consumurilor de energie și combustibil și luarea măsurilor de economisire necesită utilizarea mijloacelor de măsurare. Comerțul către populație, tranzacțiile comerciale între firme și gestionarea unor stocuri nu pot fi realizate decât pe baza unor măsurări din ce în ce mai complexe.

Din motivele arătate mai sus, mijloacele de măsurare sunt considerate ca o categorie de produse de importanță deosebită pentru economia națională, a căror fabricare, import, utilizare, verificare și reparare este reglementată prin lege.” [16]

Mărimi și unități de măsură

Mărimi fizice

Ȋn general, poate fi numită mărime fizică, acea mărime care caracterizează starea unui sistem fizic, variind cantitativ, putând fi exprimată de o valoare numerică, și calitativ, exprimată printr-o unitate de măsură. Mărimile fizice au o mare importanță practică, deoarece sunt măsurabile, direct sau indirect, cu mijloace de măsurare corespunzătoare. În scopul măsurării unei mărimi fizice se aleg mărimi de referință, de aceeași natură cu cele de măsurat, care se pun în corespondență biunivocă cu valorile din șirul numerelor naturale.

Mărimile fizice sunt caracteristice și exprimă proprietăți fizice ale materiei cum sunt: starea, evoluția stării, fenomene care satisfac legi obiective.

Mărimile fizice care expun aceeași proprietate, însă în cantități diferite, sunt mărimi de aceeași natură. În ceea ce urmează ne vom referi numai la mărimi fizice prin urmare, le vom numi pe scurt mărimi.

Mărimile fizice se definesc prin relații și prin legi fizice în care intervin.

Mărimi fundamentale și derivate

Mărimile independente, neredundante, care se exprimă prin indicarea directă a unității de măsură și a procedeului de măsurare și indirect în funcție de alte mărimi, se numesc mărimi fundamentale. O mărime poate fi clasificată ca mărime fundamentală în funcție de precizia cu care se poate realiza și reproduce unitatea de măsură a ei. Ȋn acest moment există un număr de șapte mărimi fundamentale. Pentru început, au fost adoptate ca mărimi fundamentale: lungimea, masa și timpul. Necesitatea practică a impus adoptarea și a altor mărimi fundamentale: forța, permitivitatea electrică, permeabilitatea magnetică, intensitatea curentului electric. În prezent, în cadrul Sistemului Internațional, sunt adoptate următoarele mărimi fundamentale: lungimea, masa, timpul, temperatura absolută (termodinamică), intensitatea curentului electric, intensitatea luminoasă și cantitatea de substanță.

Prin intermediul și cu ajutorul acestor mărimilor fundamentale sunt definite mărimile derivate. De exemplu, viteza și accelerația sunt mărimi derivate care se definesc în funcție de spațiul s și timpul t, care sunt mărimi fundamentale. Forța, în schimb, este o mărime derivată definită printr-o lege fizică: F = m·a, exprimată tot în funcție de mărimi fundamentale.

Ecuația dimensională. Sisteme de dimensiuni

Mărimilor fundamentale li se asociază simbolul de dimensiune, scris cu litere latine, drepte: lungimea – L, masa – M, timpul – T, temperatura absolută – Θ, intensitatea curentului electric – I, intensitatea luminoasă – J și cantitatea de substanță – M.

Mărimilor derivate li se asociază simbolul în paranteză unghiulară: viteză – ‹ v › , forță – ‹F › etc.

“Ecuația dimensională a unei mărimi derivate se obține înlocuind mărimile fundamentale, în relația de definiție, prin simbolul de dimensiune corespunzătoare. De exemplu, ecuația dimensională a vitezei:

(1.1)

ecuația dimensională a accelerației (în mișcarea uniform accelerată):

(1.2)

Dacă relația de definiție conține un factor numeric, diferențiale sau derivate ale unor mărimi, factorul numeric și semnul diferențialei respectiv derivatei se ignoră când se stabilește ecuația dimensională. De exemplu, ecuația dimensională a energiei cinetice:

(1.3)

ecuația dimensională a lucrului mecanic

(1.4)

ecuația dimensională a coeficientului de dilatare:

(1.5)

În virtutea invarianței legilor fizice, în raport cu schimbarea unităților de măsură, relațiile de definiție sau cele provenind din legi fizice, care se stabilesc între mărimi, trebuie să fie omogene dimensional și această proprietate fundamentală este verificată de ecuația dimensională. Numim sistem de dimensiuni, grupul de mărimi fundamentale cu ajutorul cărora se pot defini univoc toate mărimile derivate. Alegerea mărimilor fundamentale (natura și numărul lor) și ca urmare a sistemului de dimensiuni, deși arbitrară, ar trebui să satisfacă condițiile:

− în relațiile fizice care se stabilesc, să apară un număr mic de constante universale.

− numărul mărimilor cu aceeași dimensiune (de exemplu lucrul mecanic și momentul forței) să fie cât mai mic.

S-a constatat că aceste condiții sunt îndeplinite în mod optim, dacă se aleg mărimile fundamentale indicate mai înainte și în acest caz, ecuația dimensională a unei mărimi derivate A, are forma generală:

(1.6)

unde α, β,….., ω reprezintă respectiv dimensiunea mărimii A în raport cu mărimile fundamentale: lungime, masă, ……, intensitate luminoasă.” [17]

Măsurarea. Unități de măsură

“Măsurarea este un proces fundamental în fizică și constă în a stabili de câte ori se cuprinde într-o mărime, o altă mărime de aceeași natură, bine definită și aleasă prin convenție ca unitate de măsură. Astfel, dacă notăm cu [A] unitatea de măsură a mărimii A și cu a valoarea numerică măsurată, atunci ecuația măsurării este:

, (1.7)

care arată că valoarea unei mărimi este egală cu produsul dintre valoarea numerică și unitatea de măsură adoptată. Această ecuație trebuie să satisfacă condițiile: A și [A] să fie de aceeași natură și a ≠ 0.

Dacă o mărime A se măsoară cu două unități diferite, [A]1 și [A]2, ecuația (1.7) duce la :

, (1.8)

care arată că valoarea numerică a unei mărimi variază invers proporțional cu unitatea de măsură, iar raportul K se numește factor de transformare cu care se trece de la o unitate la alta. De exemplu, dacă [A]1 = 1 kg și [A]2 = 1 g, rezultă că factorul K = 10-3.

Considerăm că mărimea C se definește, în funcție de mărimile A și B, prin relația:

C = A · B (1.8)

În urma măsurării, se obține: C = c [C], A = a [A], B = b [B] și relația (1.8) se pune sub forma:

(1.9)

unde:

(1.10)

se numește coeficient parazit și depinde de unitățile cu care se măsoară mărimile respective.

Unitățile tuturor mărimilor fizice ar putea fi alese în mod arbitrar, independente unele de altele și ca urmare, toate relațiile fizice ar conține câte un coeficient parazit, complicându-le structura. Ansamblul unor astfel de unități constituie un sistem necoerent de unități de măsură.

Situația se simplifică considerabil dacă mărimea unităților de măsură se alege astfel încât q = 1 și se obține:

[C] = [A]· [B] (1.11)

numită relația de condiție, datorită căreia relația (1.9) devine:

c = a · b (1.12)

În acest caz, unitatea mărimii C nu mai este arbitrară, deoarece derivă din unitățile mărimilor A și B, iar numărul unităților definite arbitrar scade foarte mult.

Ca și mărimile, unitățile de măsură se împart în două grupe: unități fundamentale și unități derivate corespunzătoare mărimilor respective.

Unitățile fundamentale sunt independente, se aleg convențional și se notează prin simboluri consacrate (litere mici).

Unitățile derivate depind de unitățile fundamentale (sunt dependente) prin aceleași relații stabilite între mărimile derivate și mărimile fundamentale. O unitate derivată se notează prin simbolul mărimii în paranteză pătrată și unitățile fundamentale prin care se exprimă se menționează prin indici corespunzători, care se scriu în afara parantezei. Ecuația unității se stabilește înlocuind, în ecuația dimensională, mărimile fundamentale cu unitățile lor. Ca exemplu, dacă lungimea se măsoară în metri (m) și timpul în secunde (s), ecuația unității pentru viteză se stabilește:

(1.13)

Ansamblul tuturor unităților de măsură, fundamentale și derivate, constituie un sistem coerent de unități de masă. În sistemul coerent de unități, coeficientul parazit este eliminat din majoritatea relațiilor fizice.” [17]

Sisteme de unități de măsură. Sistemul Internațional de unități de măsură (S.I.)

Mărimile fundamentale împreună cu mărimile derivate definite constituie sistemul de unități de măsură.

Deoarece mărimile fundamentale se aleg în mod convențional, unui sistem de dimensiuni îi pot corespunde mai multe sisteme de unități de măsură, dar fiecare trebuie să îndeplinească anumite condiții, cum ar fi: mărimile fundamentale să fie independente, corente și să poată fi aplicate în toate capitolele fizicii.

De-a lungul timpului au fost în vigoare mai multe sisteme de unități de măsură, dar care nu au dat satisfacție în totalitate.

Primul sistem de unități de măsură științific a fost sistemul metric, propus în 1789 și avea la bază două unități fundamentale: metrul (m) și kilogramul (kg). Pe măsură ce s-au dezvoltat știința și tehnica, s-au constituit noi sisteme de unități de măsură, pornind de la sistemul metric. Astfel, amintim sistemele: CGS cu unitățile fundamentale: centimetru (cm), gram (g), secundă (s) și variantele CGSε0 și CGSμ0 cu câte o unitate fundamentală, în plus pentru primitivitatea electrică respectiv permeabilitatea magnetică, MKS cu unitățile fundamentale: metru (m), kilogram (kg), secunda (s), MKfS și MTS preferate în tehnică unde se lucrează cu kilogram forță (kgf) sau cu tona (T), MKSA care are în plus amperul (A) ca unitate fundamentală etc.

Existența unui număr mare de sisteme de unități de măsură, a dus la mari dificultăți în știință și tehnică și în consecință a apărut necesitatea uniformizării măsurărilor în toate domeniile fizicii utilizând un sistem standard de unități de măsură. [16]

În cadrul celei de-a XI-a Conferințe Generale de Măsuri și Greutăți (Paris 1960) s-a hotărât adoptarea Sistemului Internațional de unități (S.I.), bazat pe unități fundamentale, corespunzătoare mărimilor fundamentale menționate la 1.2.3, care se definesc astfel:

− 1 metru (m) reprezintă lungimea egală cu 1.650.763,73 lungimi de undă în vid ale radiației care corespunde tranziției între nivelele de energie 2p10 și 5d5 ale atomului de kripton.

− 1 secundă (s) reprezintă durata a 9.192.631.770 perioade ale radiației corespunzătoare tranziției între cele două nivele hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu.

− 1 kilogram (kg) reprezintă masa prototipului internațional al kilogramului confecționat dintr-un aliaj de platină și iridiu (90 % – 10 %) care se păstrează la Biroul Internațional de Măsuri și Greutăți (BIPM) de la Sèvres – Franța.

− 1 kelvin (K) reprezintă fracțiunea din temperatura absolută a stării triple a apei.

− 1 amper (A) reprezintă intensitatea curentului electric constant, care menținut în două conductoare paralele, rectilinii, de lungime infinită și de secțiune circulară neglijabilă, așezate în vid, la distanța de un metru unul de altul, ar produce între acestea, pe lungime de un metru, o forță egală cu 2 · 10-7 N.

− 1 candelă (cd) reprezintă intensitatea luminoasă, în direcția normalei, a unei suprafețe cu aria de metri pătrați, a unui corp negru la temperatura de solidificare a platinei la presiunea de 1,01325

− 1 mol (mol) reprezintă cantitatea de substanță a unui sistem care conține un număr de unități elementare (atomi, molecule, ioni, electroni etc.) egal cu numărul atomilor existenți în 0,012 kilograme de carbon C-12. [11]

“Sistemul Internațional de unități de măsură este un sistem general, coerent, practic și permite definirea unităților derivate în funcție de unitățile fundamentale adoptate și neadoptate încă.

Unitățile derivate se împart în patru grupe:

− unități derivate care se exprimă în funcție de unități fundamentale: metru pătrat (m2), metru pe secundă , kilogram pe metru cub etc.

− unități derivate care se exprimă în funcție de unități fundamentale și care au denumiri speciale: newton , joule , pascal etc.

− unități derivate care se exprimă în funcție de unități cu denumiri speciale și de unități fundamentale: newton pe metru pătrat , joule pe metru cub etc.

− unități derivate care se exprimă în funcție de unități suplimentare (neadoptate încă) și unități fundamentale și derivate: radian pe secundă , steradian- metru (sr · m), watt pe steradian etc.

Menționăm că pentru scrierea denumirilor unităților derivate s-au adoptat anumite prescripții:

− unitatea derivată care se definește prin produsul altor unități (fundamentale sau derivate) are denumirea formată din denumirile unităților respective, separate prin liniuță orizontală și simbolul se obține scriind simbolurile unităților componente separate prin punct: joule = watt · secundă (J = W · s), joule = newton · metru (J = N · m) etc.

− unitatea derivată care se definește prin raportul altor unități (fundamentale sau derivate) au denumirea formată din denumirile unităților respective separate prin silaba “pe”: pascal = newton pe metru pătrat , metru pe secundă etc.

− unitățile care poartă numele unui savant se scriu cu literă mică, iar simbolul cu literă mare: newton (N), joule (J), kelvin (K) etc; simbolul se scrie la fel la singular și la plural: 1m, 20m etc.” [17].

Unități de măsură pentru mărimi din fizica fenomenelor termice

În fizica fenomenelor termice sunt suficiente mărimile fundamentale: L, M, T, Θ, Q, cu unitățile fundamentale în S.I. respectiv: m, kg, s, K, mol. Ecuația dimensională devine:

‹A›S.I.= Lα M β T γ Θ δ (1.14)

și îi corespunde ecuația unității:

[A]S.I.= mα·kgβ·sγ·k δ (1.15)

Se stabilesc unitățile de măsură pentru mărimile care intervin în fizica fenomenelor termice și rezultatele sunt prezentate în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1. Unități de măsură ale Sistemului Internațional pentru mărimi din fizica fenomenelor termice

Unități ale mărimilor privind spațiul, timpul, masa și temperatura

Unități ale mărimilor de structură

Unități ale funcțiilor termodinamice

Unități ale coeficienților termodinamici

Unități ale mărimilor de transport

Pentru unele mărimi fizice sunt necesari multipli și submultipli unităților S.I., care se formează cu ajutorul unor factori zecimali și denumirea lor se exprimă prin prefixe S.I., prezentate în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2. multipli și submultipli pentru unele mărimi fizice

Unii multipli și submultipli ai unităților S.I. au primit nume și simboluri speciale prezentate în tabelul 1.3.

Tabelul 1.3. Nume și simboluri speciale pentru unii multipli și submultipli ai unităților S.I

Din motive practice și de uz, pentru unele mărimi, se admit unități tolerate și unele dintre acestea sunt prezentate în tabelul 1.4.

Tabelul 1.4. Unități tolerate pentru unele mărimi

În fine, unele relații dintre mărimile din fizică fenomenelor termice conțin și constante cum ar fi:

Volumul molar al gazului în condiții normale: Vom = 22,420·10-3 m3·mol-1 (p0 = 1atm, t0 = 00C )

Numărul lui Loschmidt (concentrația gazului în condiții normale): nL = 2,687 · 1025 m-3

Constanta gazelor :

Numărul lui Avogadro: NA = 6,02252 · 1023 mol-1

Constanta Boltzmann:

Echivalentul mecanic al caloriei: [11]

Metode de măsurare

Metodele de măsurare pot fi clasificate în metode generale și metode particulare.

Metodele generale de măsurare se bazează pe faptul că măsurarea este în esență o comparație și că acesta se poate face simultan sau succesiv în procesul de măsurare.

Metodele particulare de măsurare derivă din fenomenele, principiile sau legile pe care se bazează funcționarea mijocului de măsurare.

Metodelele generale de măsurare pot fi reprezentate în scheme structurale conform fig.1.1.

Cele două metode diferă prin raportul cu felul în care se face transferul de informație în procesul de măsurare.

Metoda de măsurare prin comparație simultană este specifică aparatelor cu punte electrică sau balanță mecanică. În această metodă se măsoară nemijlocit diferența dintre marimea de măsurat și o mărime de referință cunoscută, introdusă prin etalon. Efectiv acestă măsurare se face printr-o tehnică zero, de substituție sau de comparație.

Etalon

Aparat de măsură Operator uman sau sistem tehnic

Măsurând

Etalon Aparat de măsură

Măsurând Aparat de măsură Operator uman sau sistem tehnic

Fig.1.1. Scheme structurale ale clasificării metodelor generale de măsurare

Metoda de măsurare prin comparație succesivă este tipică aparatelor indicatoare. În procesul de măsurare se compară succesiv marimea de măsurat cu etalonul și apoi marimea de măsurat cu memoria aparatului de măsurare. De exemplu, la un manometru cu element elastic, acul indicator și scara gradată păstrează informația de etalonare jucând rolul de memorie a aparatului. Măsurarea este o comparație succesivă între presiunea de etalonare și presiunea de măsurare transferată într-o comparație simultană a unei deplasări mecanice a acului cu un cadran gradat. Metoda de comparație succesivă este mai simplă, dar poate introduce o sursă de erori în plus și anume a constanței memoriei aparatului. Aceasta se poate elimina prin recalibrarea periodică a aparatului. [1, pag. 5]

Mijloace de măsurare

Ansamblul de elemente tehnice utilizate pentru obținerea unei măsuri se numește mijloc de măsurare. Componenetele ansamblului sunt instrumentele, aparatele, instalațiile și sistemele de măsurare.

Instrumentele de măsurare sunt mijloace de măsurare simple în care mărimile măsurate se compară cu o scară de repere.

Aparatele de măsură (AM) sunt mijloace de măsurare formate din traductoare, amplificatori și dispozitive de afișare a rezultatelor. Unele aparate de măsură conțin dispozitive de stocare a informației. Aparatele de măsură pot cuprinde și intrumente de măsurare în componența lor.

Instalațiile de măsurare sunt formate din mai multe aparate și instrumente de măsurare reunite într-un sistem tehnic cu un scop comun.

Sistemele de măsurare sunt instalațiile complexe de măsurare susceptibile de automatizare [1, pag 6].

Schema aparatelor de măsură (AM)

Privit prin prisma teoriei sistemelor, orice aparat de măsură este format dintr-o intrare, un bloc de prelucrare a informației, o ieșire și o buclă de reacție, fig. 1.2.

Fig. 1.2. Schema de principiu a unui aparat de măsură

Intrarea este caracterizată prin una sau mai multe mărimi de intrare notate în cazul general cu x. Mărimea de intrare depinde de natura sa, intervalul de valori în care se încadrează și modul cum variază în timp.

Blocul de prelucrare a informației se realizează pe cât posibil liniar și este caracterizat, de exemplu în domeniul timpului de o funcție f(t) sau în domeniul frecvențelor de o funcție de transfer H(z) sau de o frecvență H(jω).

Bucla de reacție reprezintă interdependența dintre informația de la ieșirea din blocul de prelucrare a informației și informația de la intrare în blocul de prelucrare.

Ieșirea este caracterizată de una sau mai multe mărimi de ieșire notate cu y. Mărimea de ieșire depinde de mărimea de intrare, de funcția aparatului de măsură și de factori de influență care pot fi generate de mediu, perturbații vk și comenzi ce.

Pentru un aparat de măsură complex, legătura între aceste elemente poate fi exprimată ca:

y1= f1(x1 ,x2, …xn , v1, v2 ,… vn ,c1,c2,…cg), 1= 1,n (1.16)

Dezvoltând expresia (1) în serie Taylor și reținând numai o parte liniară a expresiei se obține:

(1.17)

În absența comenzilor (Δce= 0), rămân ca generatoarele de modificări ale mărimilor de

ieșire Δyi, termenii în care sunt cuprinse sensibilitățile utile și sensibilitățile parazit .

Sensibilitățile utile ale aparatului de măsură se caută să fie cât mai precise, stabile și constante și sensibilitățile parazite ale aparatului de măsură pot fi variabile, însă pe cât posibil se caută să aibe valori cât mai mici [1, pag. 7].

Structura aparatelor de măsurare

O parte importantă a unui aparat de măsură este formată din traductoare sub forma unor senzori, modificatori și/sau convertori și din amplificatori. Aceste elemente ale aparatului de măsură se pot conecta informațional între ele, cel mai des în serie sau cu reacție.

Aparatele de măsură cu elemetele legate în serie se numesc aparate de măsură cu conversie directă. Ele se pot reperezenta structural conform fig.1.3 a și se pot studia cantitativ prin ecuația aparatului de măsură sau prin funcția de transfer din relația (1.18).

(1.18)

Aparatele de măsură cu elementele legate într-o schemă de reacție negativă se numesc aparate de măsură cu compensare. Acestea sunt reprezentate în fig. 1.3 b, și se pot exprima cantitativ prin ecuația aparatului de măsură sau prin funcția de transfer din relația (1.19).

(1.19)

f1 f2 fn

a.

b.

Fig.1.3.Scheme structurale ale aparatelor de măsură

Comparativ, aparatul de măsură cu compensare este mai flexibil decât cel cu conversie directă. Realizarea calităților dinamice dorite ale aparatului de măsură – dacă și rezultă

depind mai mult sau numai de funcția de trasnfer a căii de reacție. Dar calea de reacție este controlată aproape exclusiv de constructor pe când calea directă are părți substanțiale impuse de procesul de măsurare [1, pag. 7].

Aparate de măsură analogice și digitale

Fenomenele din mecanica fluidelor utilizate în tehnică se desfășoară cel mai des în mod continuu, la scară macroscopică.

Rezultatele măsurătorilor se oferă deseori sub formă de numere, deci sunt discrete.

Discretizarea fenomenelor continue în procesul de măsurare se face de către operatorul uman pentru aparatele de măsură digitale sau numerice. De aceea aparatele de măsură analogice oferă un semnal discret la ieșire.

Afișarea digitală este lipsită de ambiguități, mai puțin obositoare pentru operator, permite creșterea nelimitată a rezoluției și prin aceasta și precizia aparatului. Semnalele digitale pot fi transmise, modificate și prelucrate cu precizie și siguranță mult mai mare decât cele continue, au o imunitate ridicată față de perturbații și sunt compatibile cu accesul direct la calculatoarele digitale.

Afișarea analogică este avantajoasă când este necesară o evaluare rapidă a valorii măsurate sau a tendinței de variație a acesteia. Afișarea analogică materializată prin acul indicator și scara gradată este mai bună pentru reglarea și ajustarea unui aparat de măsură (echilibrarea la zero, acordarea pe maxim sau minim), cât și urmărirea unor panouri cu mai multe aparate de măsură [1, pag. 9].

Clasificarea aparatelor de măsură hidropneumatice

Clasificarea aparatelor de măsură hidropneumatice se poate face după mai multe criterii. Astfel, după mediul măsurat există aparate de măsură monofazice, bifazice și polifazice.

Aparatele monofazice se subclasifică în aparate de măsură pentru gaze și lichide. Aparatele bifazice se subîmpart în cele care măsoară cuplurile gaz-lichid, gaz-solid și lichid-solid. Se observă că actualmente există mai ales aparate de măsură monofazice realizate tehnic în producția de serie, aparatele de măsură bifazice s-au construit în fază de prototip și se cercetează intens mai ales în legătură cu problemele de depoluare, iar aparatele de măsură polifazice se găsesc în fază de studiu.

Clasificarea aparatelor de măsură hidropneumatice după mărimea măsurată are în vedere următoarele categorii: presiunea, viteza, debitul, nivelul, volumul, efortul tangențial, turbulența, vâscozitatea, densitatea, conținutul de gaz în lichid, modulul de elasticitate, temperatura, etc.

Clasificarea aparatelor de măsură după tipul constructiv nu este utilă la aparatele hidorpneumatice deoarece conduce la o enumerare a tuturor apartelor fiindcă foarte puține aparate hidropneumatice au funcții de măsurare multiple.[1, pag. 10]

Caracteristicile metodologice ale aparatelor de măsurare

Domeniul de măsurare sau intervalul de măsurare reprezintă mulțimea de valori cuprinse între cea minimă și cea maximă măsurabile cu un mijloc de măsurare.

Extinderea aparatului de măsură reprezintă raportul dintre valorile maxime și cele minime ce pot fi măsurate cu același mijloc de măsurare.

Extinderea caracterizează scara aparatului de măsură decât intervalul metodei de măsurare fiind adimensională, nefiind funcție de dimensiunea mijlocului de măsurare (de ex.:10:1).

Rezoluția aparatului de măsură se definește drept cea mai mică variație a marimii de măsurat care poate fi apreciată de afișajul aparatului de măsurare.

La afișarea analogică cu scară gradată și ac indicator rezoluția se consideră de obicei o diviziune (uneori se consideră 1/2 sau 1/3 dintr-o diviziune). Pentru afișarea numerică rezoluția este egală cu o cifră a ultimului rang zecimal. Practic rezoluția de afișare analogică este de aproximativ 10-2…10-3 unități și pentru afișarea digitală ajunge până la 10-5…10-7 unități.

Sensibilitatea aparatului de măsură exprimă raportul între variația mărimii de ieșire și variația corespunzătoare a mărimii de intrare (în regimuri staționare).

Sensibilitatea medie este:

(1.20) și sensibilitatea punctuală este locală se definește:

(1.21)

Acestea sunt mărimi dimensionale pe când sensibilitatea relativă este adimensională.

(1.22)

Constanta aparatului de măsură este definită ca fiind inversa sensibilității, putând fi de asemenea medie, punctuală și/sau relativă.

(1.23)

Pragul de sensibilitate al aparatului de măsură reprezintă cea mai mare valoare a mărimii de măsurat care poate fi pusă în evidență cu ajutorul aparatului de măsură în condiții reale de funcționare ale acestuia.

Noțiunea de prag de sensibiliate este apropiată de noțiunea de rezoluție. Pragul de sensibilitate este determinat de rezoluție, de fluctuațiile proprii și exterioare ale procesului de măsurare și de afișajul de zero al mijlocului de măsurare. Comparativ, rezoluția poate fi mărită oricât de mult prin amplificare (mecanică, electrică, optică sau prin adăugarea unor ranguri zecimale), pe când pragul de sensibilitate nu poate fi mărit foarte mult din cauza zgomotului molecular datorat agitației termice.

Precizia aparatului de măsură este calitatea unui aparat de a oferi rezultate cât mai apropiate de valoarea adevărată a mărimii de măsurat.

Cantitativ, precizia aparatului de măsură este descrisă de eroarea aparatului. Eroarea aparatului se obține din însumarea erorilor sistematice ale aparatului și erorile aleatoare. Analog preciziei se introduce justețea aparatului de măsură caracterizată prin erorile sistematice ale aparatului și repetabilitatea (fidelitatea) exprimată de erorile aleatoare (întâmplătoare) ale aparatului.

Eroarea sistematică a aparatului de măsură (eroarea de justețe) se definește drept abaterea valorii medii a unui număr de afișaje ale aparatului față de valoarea reală a marimii de măsurat. Erorile de justețe se datoresc etalonării, îmbătrânirii pieselor, derivate de timp, cu temperatura, etc.

Erorile de justețe ale aparatului de măsură trebuie pe cât posibil eliminate.

În fig.1.4. se exemplifică grafic unele tipuri de erori sistematice (a – eroare de zero, b – eroare de proporționalitate, c – eroare de liniaritate, d – eroare de histreză)

Fig.1.4. Tipuri de erori sistematice ale AM

Eroarea aleatoare a aparatului de măsură (eroarea de repetabilitate) se definește drept abaterea afișajului unei măsurări individuale față de valoarea medie a afișajelor.

Erorile de repetabilitate se pot datora imperfecțiunilor constructive, fluctuațiilor mișcărilor electronice și moleculare și a unor perturbații exterioare, etc.

Erorile de repetabilitate ale aparatului de măsură se tolerează. Cuantificarea erorilor de repetabilitate ale apartului în regimuri staționare se poate introduce prin:

– eroarea absolută a aparatului de măsură, definită ca:

(1.24)

unde y1 este un afișaj oarecare și este media afișajelor valorilor marimii de măsurat (pentru aceași marimea de măsurat).

– eroarea relativă a aparatului de măsură, exprimată ca:

(1.25)

– eroarea raportată a aparatului de măsură, măsurată:

(1.26)

în care y0 este stabilit în mod convențional drept afișajul nominal sau maxim al scării gradate a aparatului.

Clasa de precizie a aparatului de măsură clasifică mijloacele de măsurare pe baza valorilor tolerate. Clasa de precizie reflectă un anumit ansamblu de proprietăți metrologice ale aparatului de măsură, dar nu reprezintă în mod necesar precizia măsurărilor efectuate în procesul de măsurare. Deoarece constructiv există unele aparate cu eroare relativă constantă, clasa de precizie se introduce simbolic pe afișajul aparatului sub forma unui cerc în interiorul căruia se trece valoarea în procente.

De asemenea, există aparate de măsură cu eroare raportată constantă, care este semnalată pe cadranul lor prin semnul trecut sub valoarea în procente a erorii raportate în scopul marcării clasei de precizie. Trebuie observat că alături de modalitățile semnalate de înscrierea grafică a clasei de precizie mai există și alte semne și simboluri convenționale pentru aparatele măsură de producție străină, cât și combinații între aceste simboluri grafice pentru aparatele de măsură complexe sau speciale. În general, în cartea tehnică a aparatului de măsură sunt redate detalii cu privire la clasa de precizie a aparatului.

Grafic, clasa de precizie pentru eroarea relativă constantă și eroarea raportată constantă sunt redate în fig.1.5.a și b, unde sunt hașurate domeniile în care se poate plasa mărimea afișată de aparatul de măsură [1, pag. 13].

b)

Fig.1.5 Clasa de precizie reflectată grafic: a) eroare relativă constantă; b) eroare raportată constantă

Există unele aparatele de măsură cu indicația de a evita folosirea primei treimi a scării gradate pentru măsurări de calitate. Aceasta se explică prin faptul că aceste aparate au eroarea raportată constantă și deci eroarea raportată crește la valori mai mici ale mărimii de măsurat și deci ale afișajului. Acest lucru este ilustrat calitativ grafic în fig.1.6.

Fig.1.6. Eroare relativă a unui aparat de măsură în funcție de afișaj pentru eroarea raportată constantă

Reproductivitatea unui aparat de măsură sau a unei metode de măsurare se referă la o valoare sub care se găsește diferența între două rezultate ale procesului de măsurare atunci când se folosește aceeași metodă, aceași marime de măsurat dar sub condiții diferite (de exemplu alt operator uman sau un interval mare de timp între măsurători). Noțiunea de reproductivitate a unui aparat este înrudită cu cea de repetabilitate (eroare de repetabilitate) a unui aparat de măsură, ultima determinându-se cu același operator și la intervale scurte de timp între măsurători.

Trasabilitatea unui aparat de măsură arată modul în care aparatul de măsură se poate raporta la alt aparat standard, la etalonarea față de acesta. Trasabilitatea se leagă într-un lanț ierarhic până la etalonele primare. Aparatul standard este mai precis și mai apropiat de etalonul primar decât aparatul care se etalonează.

Fiabilitatea aparatului de măsură este probabilitatea aparatului de a funcționa în timp în limitele parametrilor săi metrologici. Fiabilitatea este o parte a conceptului de calitate. Calitativ, fiabilitatea se exprimă prin timpul mediu de bună funcționare (TMBF), timpul mediu de depanare (TMD) și timpul mediu între reparații succesive (TMR), toate măsurându-se în unități de timp, cel mai des în ore.[1, pag. 14]

Legate de fiabilitate sunt: mentenabilitatea aparatului (M) care exprimă activitatea de menținere a calității unui aparat de măsură și disponibilitatea aparatului (D) care exprimă posibilitatea ca aparatul de măsură să fie în stare de funcționare, adică:

(1.27) Deseori, dar nu obligatoriu întotdeauna, există:

(1.28)

Comportarea dinamică a unui aparat de măsură

Calitatea aparatului de măsură în raport cu funcționarea în regimuri tranzitorii și nestaționare se caracterizează cantitativ prin erorile dinamice ale aparatului. Erorile dinamice apar atunci când marimea de măsurat este variabilă în timp sau când se fac măsurări succesive în diferite puncte cu același aparat de măsură.

Comportarea dinamică a unui aparat se poate deduce din ecuația sa. În general, un aparat de măsură se poate modela matematic sub forma unei ecuații diferențiale liniare cu coeficienți constanți de expresie:

(1.29)

cu n, m, Ai, Bk = constante, pentru

În regim staționar, ecuația (1.29) devine: (1.30)

cu soluția:

(1.31)

Erorile dinamice absolute se calculează cu relația:

(1.32)

și erorile dinamice relative se obțin cu:

(1.33)

Ambele fiind indicate să fie cât mai mici posibile pentru un aparat de măsură de calitate. Evaluarea erorilor dinamice presupune cunoașterea soluției ecuației (1.29) în forma y = y(t). De aici rezultă că și erorile dinamice sunt funcție de timp. Soluția generală a ecuației diferențiale liniare cu coeficienți constanți (1.29) se poate exprima ca sumă a două soluții corespunzătoare aparatului de măsură lăsat liber y1 și a aparatului de măsură solicitat forțat yf . Deci:

(1.34)

dar y1(t) presupune soluționarea ecuației (1.29) cu intrarea identic nulă x(t)=0 și condiții inițiale date y(0):

(1.35)

Practic, în funcționarea aparatului de măsură, intrarea x(t) poate să ia expresii foarte variate, imposibil de anticipat. În acest caz general soluția ecuației (1.29) a aparatului de măsură se poate găsi prin intermediul soluțiilor particulare și a integralelor de convoluție pe cale destul de laborioasă. Din aceste motive s-au introdus unele mărimi de intrare tip care să permită caracterizarea dinamică anticipată a aparatului de măsură. Mărimile de intrare tip s-au caracterizat în timp pe baza unor considerente legate de duritatea testului și de posibilitățile fizice de realizare. Mărimile de intrare tip sunt semnalul treaptă, semnalul impuls și semnalul sinusoidal. Acestea permit caracterizarea dinamică a unui aparat de măsură în domeniul timpului sau frecvențelor (pulsațiilor). Mărimea de ieșire sau răspunsul aparatului de măsură la aceste semnale are denumiri specifice. Astfel, funcția indicială este răspunsul la un semnal treaptă unitară iar funcția pondere este răspunsul la un semnal periodic sinusoidal. Funcția pondere este rar utilizată în mecanică datorită dificultăților de realizare a unui semnal impuls infinit.

Funcția indicială notată cu g(t) este un caz particular al răspunsului la un semnal treaptă. Analitic, semnalul treaptă și răspunsul său se exprimă prin setul de relații:

t< 0; x(t) = 0; y(t)=0 (1.36)

x(t) = X0=constantă (1.37)

y(t) = X0 g(t) (1.38)

Funcția indicială se obține pentru semnalul treaptă unitar, adică X0=1.

Comporatrea unui aparat de măsură perfect, ideal, nerealizabil întocmit practic, dar care arată spre ceea ce trebuie să întindă realizările tehnice este redat în fig.1.7.a. Alături în fig.1.7, b sunt reprezentate variante de răspunsuri ale unor aparate de măsură reale la un semnal treaptă.

Funcția de transfer se obține ca raport între mărimea de ieșire și mărimea de intrare extras din transformarea Laplace aplicată ecuației difernțiale cu toate condițiile inițiale nule.

Transformata Laplace a unei funcții f(t) este definită prin: (1.39)

unde z=p+jω si e =2,718…

Fig.1.7. Comportarea aparatelor de măsură ideale a și b în domeniul timpului ca răspuns la un semnal treaptă

Funcția de frecvență se obține prin particularizarea z=jω în funcția de transfer sau prin extragerea raportului între mărimea de ieșire și mărimea de intrare în transformata Fourier dintr-o discuție diferențială cu toate condițiile inițiale nule. [1, pag. 15]

Etalonul

Etalonul este un mijloc de măsurare destinat definirii, reproducerii, determinării, conservării, generării și corelării uneia sau mai multor valori ale unei mărimi pentru a servi drept referință în compararea cu alte mijloace de măsurare [1, pag. 33].

Există următoarele categorii de etalonare: de definiție (de ex.: pentru lungime și timp), de conservare (de ex.: pentru masă) și pentru transfer (de ex.: pentru presiune).

Subordonarea etaloanelor după precizie se face în etaloane de referință și de lucru, respectiv în etaloane primare și secundare [1].

Etalonele pentru mărimile fundamentale din mecanică se definesc, la ora actuală, astfel:

metrul – lungimea drumului parcurs de lumină în vid în timpul de 1/299.792,458 s,

kilogramul – masa standard de platină care se păstrează în biroul internațional de măsuri și greutăți de la Sevres, Franța.

secunda – durata definită precum 9.192.631.770 perioade ale radiației corespunzătoare tranziției între două nivele hiperfine ale stării de bază ale atomului de Cesiu – 133 [10, pag. 22-24].

Etalonul pentru mărimile mecanice derivate și suplimentare se definește în mod foarte variat. De exemplu pentru presiunea fluidelor etalonul primar îl formează un grup de manometre cu piston cu incertitudinea relativă de măsurare de (0,5…1,5)10-5.

Etalonarea mijloacelor de măsurare este problema fundamentală a metrologiei. Ea studiază metodele de etalonare, condițiile de etalonare, evaluarea incertitudinilor de la etalonare împreună cu transmiterea unităților de măsurare și asigurarea metrologică [1].

Etalonarea, denumită uneori și calibrare sau tarare, constă în comporarea aparatului de măsură cu un etalon în scopul gradării, acordării, verificării sau calibrării acestuia.

Gradarea aparatului de măsură înseamnă înscrierea valorilor semnificative din intervalul sau domeniul de măsurare.

Acordarea sau ajustarea aparatelor de măsură înseamnă stabilirea valorilor minime (de zero) și maxime (nominale) pe scara gradată a aparatelor.

Verificarea aparatelor de măsură se face referitor la încadrarea erorilor aparatelor în limitele tolerate conform clasei de precizie declarate a aparatului.

Calibrarea sau etalonarea aparatelor de măsură constă în determinarea corecțiilor necesare pentru aparatele de măsură în întreg intervalul de măsurare al aparatului.

Se poate observa că diferența dintre noțiunile de etalonare și calibrare nu este contradictorie, ci le plasează într-o interdependență ca și partea cu întregul.

Evaluarea incertitudinilor (erorilor) în procesul de măsurare

Se consideră de obicei că rezultatul măsurării conține întreaga informație care se obține în cursul unei măsurări. Pentru aceasta, rezultatul unui proces de măsurare (PM) trebuie însoțit de o apreciere a erorii cu care este acreditată măsura respectivă.

De exemplu, rezultatele unor măsurări de debit fluid volumic Q, oferite prin ecuațiile indicate în 1.40-1.42 sunt progresiv tot mai bogate în informații.

Q = 245 l/s (1.40)

Q = 245 2 l/s (1.41)

Q = 245 2 l/s cu P=0,9 (1.42)

Rezultatul (1.40) exprimă numai o valoare, (1.41) precizează un interval și (1.42) stabilește și probabilitatea P cu care se găsește rezultatul măsurării în intervalul dat.

De asemenea, la măsurări se acceptă intuitiv corelația ce trebuie să existe între valoare și interval. Astfel se recomandă ca ultimul rang semnificativ al valorii mijlocii și primul rang semnificativ al abaterii extreme să fie aproximativ de același ordin de mărime. De exemplu, în:

Q = 12,3 0,75 l/s (1.43)

Q = 12,3 10,25 l/s (1.44)

Q = 12,3 0,0002 l/s (1.45)

rezultatul (1.43) prezintă o situație acceptabilă. Situațiile (1.44) și (1.45) ilustrează cazuri necorelate, (1.44) aratând o măsurare imprecisă, iar (1.45) un caz suspect de precis.

Necesitatea evaluării incertitudinilor (erorilor) în procesul de măsurare se argumentează prin faptul că:

– înainte de efectuarea măsurării, experimentatorul trebuie să aleagă metoda, aparatura și condițiile de măsurare pentru obținerea preciziei de măsurare la costul minim.

– după efectuarea măsurării este necesar să se poată aprecia cât mai obiectiv incertitudinile (erorile) introduse prin procesul de măsurare, ținând cont de toate sursele și confirmând sau infirmând în final precizia prevăzută.

În scopul evaluării incertitudinilor unei măsurări experimentul unei măsurări, experimentatorul trebuie să aibă cunoștințele necesare despre:

– identificarea surselor de erori;

– aprecierea incertitudinilor datorate acestor surse;

– evaluarea incertitudinilor totale rezultate din procesul de măsurare prin reuniunea incertitudinilor parțiale;

– prezentarea corectă a informațiilor privitoare la rezultatul procesului de măsurare.[1, pag. 34]

Surse de erori de măsurare

În procesul de măsurare apar următoarele surse de erori de măsurare:

Obiectul (sistemul fizic) supus măsurării;

Aparatul de măsură;

Interacțiunea aparatului de măsură – obiect supus măsurării;

Influențe exterioare.

Erorile de model sunt datorate simplificării sau idealizării sistemului fizic asupra căruia se efectuează măsurarea. În domeniul hidropneumatic asemenea erori pot apărea din cauza ipotezelor de mediu continuu, omogen, izotrop, incomprensibil, nevâscos, etc.

Erorile datorate aparatului de măsurare sunt deseori cele mai importante.

Erorile de interacțiune sunt provocate atât de acțiuni exercitate de aparatul de măsură asupra obiectului supus măsurării, cât și invers de obiectul supus măsurării asupra aparatului de măsură. De exemplu: sonda Pitot – Prandtl prin tubul ei deranjează local curentul fluid cu temperatura variabilă alterează indicațiile termometrului la măsurarea fluidului.

Erorile de influență exterioară sunt o coincidență a variabilități factorilor de mediu (temperatura, presiune, umiditate, câmpuri electromagnetice, etc.). Factorii de mediu influențează atât parametrii mărimii de măsurat, cât și ai apartului de măsură. [1, pag. 35]

Clasificarea erorilor de măsurare

Există erori de măsurare aleatoare și sistematice în procesul de măsurare.

La aparatele de măsură mărimea de ieșire depinde în special de marimea de măsurat și apoi de mărimile de influență. La procesul de măsurare se definesc:

Erorile aleatoare de măsurare se datorează unor mărimi de influență rapid luând valori întâmplătoare la măsurări repetate.

Erorile sistematice de măsurare apar din cauza unor mărimi de influență ce variază relativ lent sau rămân constante în timpul unor măsuri repetate.

Uneori clasificarea este dificilă și neunivocă în raport cu durata măsurătorilor repetate sau cu viteza de variație a mărimilor de influență. Astfel în timp mai îndelungat erorile sistematice pot deveni aleatoare. De asemenea pot exista mărimi a căror perioadă de fluctuație să fie comparabilă cu durata măsurărilor dând naștere la erori care să nu se manifeste nici ca erori aleatoare și nici ca erori sistematice.

Calitatea unui proces de măsurare de a nu fi afectat de erori de măsurare se numește precizie de măsurare. Neafectarea de erori de măsurare sistematice de măsurare se numește justețe în procesul de măsurare. Neafectarea de erori aleatoare de măsurare se numește repetabilitate în procesul de măsurare. În fig.1.8 sunt ilustrate aceste noțiuni pentru trasul la țintă drept proces de măsurare.[1, pag. 36]

Fig.1.8. Calibrarea prin masuratori repetate

Cantitativ erorile în procesul de măsurare se pot clasifica în:

erori absolute e, definite ca diferența între valoroarea măsurată xmăs și valoarea adevărată a mărimii măsurate:

e = xmas – x (1.46)

erori relative εr, definite ca raportul între eroarea absolută și valoarea adevărată a mărimii de măsurat:

εr = (1.47)

și erori raportate εR, definite drept raportul dintre eroarea absolută și valoarea convențională (nominală sau maximă) x0 a mărimii măsurate:

εR = (1.48)

Eroarea absolută cu semn schimbat se numește corecție.

Valoarea adevărată a unui mărimi nu poate fi cunoscută. Deci nici erorile din procesul de măsurare. Problema se poate totuși soluționa prin evaluarea intervalului în care se poate situa valoarea marimii de măsurat cu o anumită probabilitate sau se poate găsi eroarea probabilă. În acest sens este mai corect a se introduce incertitudinile de măsurare în locul erorilor de măsuare.

Incertitudinea de măsurare este intrevalul de valori în care se precizează că se află valoarea adevărată a marimii de măsurat.

Cantitativ, incertitudinea de măsurare se exprimă ca un intreval de abateri posibile în jurul rezultatului unei măsurări sau în jurul celei mai bune estimări a acesteia (de ex.: media aritmetică).

Incertitudinile de măsurare pot fi aleatoare și sistematice. Incertitudinile aleatoare se evaluaează prin metoda statistică pe baza rezultatelor unor măsurări repetate.

Incertitudinile sistematice se estimează prin aprecieri subiective pe baza unor informații provenite din alte surse sau experiențe independente de procesul de măsurare în cauză.

Incertitudinile sistematice și aleatoare nu corespund întocmai erorilor sistematice și aleatoare.[1, pag. 36]

Incertitudini aleatoare

Repetarea unor măsuri de mai multe ori, în condiții practiv identice permite realizarea a două deziderate:

– obținerea unui rezultat mai apropiat de cel adevărat, față de valoarea individuală, prin medierea rezultatelor parțiale;

– estimarea incertitudinilor (erorilor) aleatoare care afectează măsurarea.

Rezultatele individuale ale măsurărilor repetate au valoare întâmplătoare, distribuite după o anumită lege în jurul valorii medii. Legea de distribuție a probabilității apariției rezultatelor individuale depinde de aparatura de măsurare, de condițiile măsurării etc. Oricare ar fi legea de distribuție a densității de probabilitate, practica arată că se pot admite axiomatic următoarele afirmații:

Media aritmetică a ”n” rezultate individuale xi este cea mai bună aproximare a valorii adevărate a mărimii x:

(1.49)

Eroarea medie pătratică (eroarea standard) este măsură a dispersiei rezultatelor în jurul valorii adevărate (sau a unei valori), adică o măsură a erorilor aleatoare:

(1.50)

Eroarea medie pătratică a mediei este măsurată a dispersiei rezultatelor în jurul valorii medii, adică o măsură a incertitudinilor aleatoare:

(1.51)

Se observă că rezultatele obținute prin formulele (1.49) –(1.51) sunt atât mai bune cu cât numărul măsurătorilor este mai mare. De asemenea se apreciază că valorile cantitative locale se pot face numai dacă se cunoaște sau se admite o anumită lege de distribuție a erorilor sau incertitudinilor. Se constată că în domeniul măsurărilor hidraulice și pneumatice este valabilă aproape în exclusivitate legea normală de distribuție a erorilor aleatoare.[1, pag. 37]

Erori grosolane

Se consideră erori grosolane, cele care depășesc cosiderabil erorile probabile, specifice unui proces de măsurare.

Eliminarea erorilor grosolane dintr-un set de măsurări repetate se poate face cu diferite criterii: Grubbs – Smirnov, Charlier, Dixon, Chauvanet. Criteriul Grubbs – Smirnov cere calculul parametrului de calitate v:

(1.52)

xk este valoarea suspectă a fi afectată de eroare grosolană. [1, pag. 41]

Incertitudini sistematice

Incertitudinile sistematice în procesul de măsurare nu se pot estima prin experimentul sau măsurarea în cauză. Ele se determină prin alte metode sau măsurări (eventual cu aparate de măsură mai precise) sau pe baza informațiilor din alte surse. Cauzele incertitudinilor sistematice se găsesc în marimea de măsurat (sau obiectul măsurii), aparatul de măsură (mijlocul de măsurare), interacțiunea aparat de măsură – marimea de măsurat și influențe exterioare. Caracterizarea cantitativă a incertitudinilor sistematice este uneori foarte dificilă. Între cauzele enumerate, eroarea tolerată a aparatului de măsură se poate aprecia din clasa de precizie a aparatului. De aici limitele intervalului de eroare a. În absența unor indicații cu privire la legea distribuției echiprobabilă (referitor la densitatea de probabilitatea denumită și distribuție rectangulară).

Nu există o justificare riguroasă a legii de distribuție, dar ea se poate folosi totuși în scopuri practice.

Eroarea medie pătratică pentru o distribuție rectangulară este:

(1.53)

În general, nu există incertitudini sistematice determinabile și nedeterminabile. Sunt mai multe metode prin care se încercă evaluarea erorilor sitematice cum ar fi: prin stabilirea corelației între incertitudine (eroare) și factorul care produce sau prin aleatorizarea erorilor sistematice.[1, pag. 43]

Combinarea și compunerea incertitudinilor parțiale

În proocesul de măsurare se disting măsurări directe și indirecte. La măsurări directe valoarea marimii de măsurat se obține nemijlocit în procesul de măsurare. La măsurări indirecte valoarea marimii de măsurat se obține altor mărimi măsurate direct care se leagă printr-o dependență funcțională de mărimea de măsurat.

Combinarea incertitudinilor parțiale se referă la modul de reuniune a incertitudinilor aleatoare și simetrice ale marimii de măsurat.

Compunerea incertitudinilor parțiale se referă la măsurări indirecte și anume la modul cume se aditivează mărimile măsurat direct.[1, pag. 44]

Informația de măsurare

Măsurarea în esență este o comparație prin care se obțin informații cu privire la obiectul cercetat.

Măsurarea, respectiv procesul de măsurare, poate fi considerat în principiu ca un proces de obținere și transmitere a unei informații. Informația vehiculată în cadrul procesului de măsurare se numește informație de măsuare. Interpretarea internațională a procesului de măsurare face posibilă analogia între (de exemplu) măsurarea presiunilor cu un manometru și o aruncare cu zarul. În acest mod, procesul de măsurare va beneficia de noțiunile, mărimile și relațiile introduse în teoria informației. Astfel se vor folosi cantitatea de informație măsurată prin unitatea bit (binary digit), debitul sau viteza de informație măsurată în baud (1 bit/s) și cuantificarea reperezentărilor grafice prin puncte, măsurată în pixeli.

Cantitatea de informație primită în cadrul unui eveniment, proces sau fenomen depinde de raportul între numărul răspunsurilor considerate corecte înainte și după primirea informațiilor cu privire la o problemă dată.

Informațiile se consideră că se obțin atunci când răspunsurile la o problemă dată au fost reduse la unul singur.

Pe baza acestor considerente, cantitatea de informație I, pentru echipamente echiprobabile (de exemplu aruncarea zarului) se poate determina cantitativ cu formula:

I= log2 N (1.54)

unde N reprezintă numărul cazurilor posibile.

Cantitatea de informație pentru evenimente neechiprobabile cere introducerea noțiunii de entropie informațională.

Entropia informațională este o mărime de stare ce caracterizează cantitativ măsura stării de nedeterminare a unui eveniment, proces sau fenomen (sistem).

Entropia informațională S pentru procese discrete, se poate calcula cu relația:

(1.55)

unde argumentele entropiei informaționale reprezintă o problemă precizată Q la care se cunosc ansamblul de date X.

Densitățile de probabilitate pi de apariție a rezultatelor trebuie să îndeplinească condiția și provine din schimbarea bazei logaritmului în relația (1.55).

Semnul minus din relația (1.55) este introdus convențional pentru a defini pozitiv entropia informațională (nenegativ)

Entropia informațională pentru procese continue se definește ca fiind:

(1.56)

cu variabila x și celelalte notații similare și cu condiția .

Evenimentele certe se definesc prin p1=1, pi=0, pentru i= și rezultă entropia informațională S=0.

Sistemul este determinat și deci gradul de nedeterminare este nul

Evenimentele echiprobabile definite prin pi = oferă o entropie informațională maximă.

Cantitatea de informație pentru evenimente neechiprobabile se definește ca diferența entropiilor informaționale înainte și după proces astfel:

(1.57)

Cantitatea de informație în procesul de măsurare (PM) se poate exprima sau calcula în funcție de modalitățile de asimilare a PM. [1, pag. 48]

APARATE DE MĂSURĂ

Aparate de măsură pentru lungime

Lungimea reprezintă o mărime fundamentală. Noțiunea de lungime se referă la: lățime, înălțime, grosime, rază, diametru și distanță.

Metode de măsurare a lungimii:

Metoda absolută constă în măsurarea valorii totale a lungimii cu ajutorul unui instrument sau aparat de măsură. Măsurarea lungimii cu ajutorul riglei, șublerului, etc. reprezintă o metodă absolută de măsurare a lungimilor.

Metoda comparativă constă în măsurarea diferenței unei lungimi față de o lungime-etalon. Măsurarea unei lungimi cu ajutorul comparatorului cu cadran, de exemplu, reprezintă o metodă comparativă de măsurare a lungimilor. [14, pag. 45]

Instrumente de măsurat lungimi

Instrumentele de măsurat lungimi reprezintă mijloace de măsurat care materializează unitatea de lungime, multiplii sau submultiplii acesteia.

Se disting:

Instrumente de măsurat lungimi cu repere.

Acestea sunt instrumente ale căror valori reprezintă distanța dintre două repere, trasate perpendicular pe axa instrumentului:

– rigle metalice rigide;

– rigle metalice flexibile;

– metri articulați;

– rulete.

Riglele metalice rigide conțin mai multe repere și sunt cu secțiune pătrată, dreptunghiulară sau trapezoidală.

Riglele cu secțiune dreptunghiulară și trapezoidală sunt rigle de lucru și se folosesc la trasaj, control și măsurări curente.

Riglele metalice cu secțiune pătrată se folosesc ca etalon pentru verificarea riglelor de lucru.

Riglele metalice rigide se confecționează din oțel nealiat, oțel inoxidabil, alamă, bronz sau aluminiu. [14, pag. 45]

Fig. 2.1. Riglă metalică rigidă etalon cu recțiune pătrată

Riglele metalice flexibile conțin, ca și riglele rigide, mai multe repere. Ele se confecționează dintr-o bară de oțel călită și revenită. Riglele metalice flexibile se utilizează pentru măsurători mai puțin precise.

În vederea întreținerii și conservării, riglele metalice se curăță cu benzină, se șterg cu cârpă moale, se ung cu vaselină neutră pentru a nu fi supuse oxidării.

Lungimea scării gradate a riglelor uzuale este cuprinsă între 100 și 1000 m.

Fig. 2.2. Riglă metalică flexibilă

Metrii articulați sunt instrumente de măsurat de tipul riglelor, dar pliante. Ele se folosesc la măsurări curente în ateliere de tâmplărie, construcții, țesături.

Se confecționează din 10 lame articulate și nituite la capetele lamelor. Lamele pot fi din duraluminiu, oțel sau lemn.

Lungimea uzuală este de 1000 mm dar se confecționează metri articulați cu lungime mai mare de 1000 mm. [14, pag. 45]

Fig.2.3. Metru metalic articulat

Ruletele. Sunt măsuri de lungime cu valori multiple, sub formă de benzi de măsurare,  divizate în unități de lungime. Ele sunt fixate la capătul terminal de axul unui dispozitiv de înfășurare, care rulează banda în interiorul unei casete.

Ruletele se fabrică în următoarele variante:

rulete obișnuite, folosite la măsurări curente, în industrie sau în activitățile obișnuite;

rulete cu lest, utilizate la măsurări în plan vertical, pentru măsurarea stocurilor din rezervoare;

rulete din fibră de sticlă, utilizate la măsurări sub tensiune electrică;

rulete de buzunar, folosite la măsurări curente. [14, pag. 48]

Fig. 2.4. Ruletă de buzunar

Instrumente de măsurat lungimi terminale

Sunt instrumente ale căror valori sunt unice și reprezentate de distanța dintre suprafețele de măsurare, perpendiculară pe axa instrumentului. Acestea sunt:

– cale plan-paralele, utilizate pentru reglarea instrumentelor de măsurat, măsurarea pieselor dispozitivelor, reglarea mașinilor unelte;

– spioni (lere de grosime), sunt instrumente de măsurat terminale cu valoare unică, în formă de lamelă metalică flexibila, prevăzută cu suprafețe plan-paralele;

– calibre, sunt instrumente de măsurat terminale care se folosesc la controlul dimensiunilor, formei efective a pieselor, din acest motiv, se mai numesc și verificatoare. [14, pag. 48]

Aparate de măsurat lungimi

Sunt dispozitive care se folosesc la transformarea lungimii într-o informație sau o indicație echivalentă, exprimată în unități de lungime.

Aparate mecanice de măsurat lungimi:

– șublere;

– compasuri pentru măsurat;

– micrometre,

– comparatoare mecanice.

Șublerele sunt aparate de măsurat cu vernier și cursor, folosite pentru măsurarea de dimensiuni exterioare, interioare sau de adâncime. Vernierul este o scară gradată ajutătoare, suprapusă peste o riglă gradată pentru a permite citirea mai precisă a fracțiunilor de diviziune ale riglei gradate.

Precizia de măsurare poate fi: 0,1 mm; 0,05 mm; 0,02 mm. Șublerele sunt caracterizate de: limita superioară de măsurare (mm), exactitatea de măsurare, grosimea peste cele două ciocuri, lungimea ciocurilor și greutatea lor. Limita superioară de măsurare, L: 150; 200; 300; 500; 800; 1500; 2000 mm.

Tipurile mai răspândite de șublere sunt:

– șublere de exterior și interior

– șublere de exterior, interior și adâncime

– șublere de adâncime.

Părțile componente ale șublerului sunt indicate în figura 2.5 b:

a) b)

Fig. 2.5. Șubler de exterior și interior

Vedere de ansamblu b) Componența

1 – rigla gradată

2 – șurub de fixare

3 – cursor

4 – șurub de blocare

5, 6 – ciocuri scurte

7, 8 – ciocuri lungi

9 – vernier

10 – dispozitiv de avans fin

11 – tija

Compasurile pentru măsurat sunt aparate de măsurat lungimi compuse din două brațe articulate, terminate cu extremități în formă de vârfuri care se folosesc la încadrarea dimensiunii de măsurat. Sunt prevăzute cu un sector circular gradat pe care se citește valoarea dimensiunii care se măsoară.

Fig.2.6. Compas de măsurat (de exterior)

Micrometrele sunt aparate de măsurat lungimi cu vernier circular, folosite pentru măsurarea de dimensiuni exterioare, interioare sau de adâncimi. Funcționează pe baza transformării mișcării de rotație a unui șurub micrometric în mișcare de translație. Pasul șurubului micrometric este de 0,5 mm, deci la o rotație completă a tamburului deplasarea liniară a tijei este de 0,5 mm.

Au precizie de măsurare mai mare decât șublerele (0,01;0,002 sau 0,001 mm).

a) b)

Fig. 2.7. Micrometru de exterior

Vedere de ansamblu; b) Componența

Părțile componente ale micrometrului sunt următoarele:

1 – corp în formă de potcoava

2 – nicovala

3 – tija șurubului micrometric

4 – dispozitiv de fixare a tijei

5 – brațul cilindric

6 – tambur

7 – dispozitiv de limitare a apăsării.

Comparatoarele mecanice sunt aparate de măsurat lungimi cu ajutorul cărora se efectuează măsurări relative, adică se determină abaterile dimensiunilor efective față de dimensiunile nominale ale pieselor. Tot cu ajutorul acestora se determină abaterile de formă și abaterile de poziție ale pieselor; abateri de la circularitate, planitate, rectilinitate, cilindricitate, paralelism, perpendicularitate etc.

Aparatele comparatoare sunt aparate cu amplificare care se prezintă în diferite variante constructive. Ele se folosesc la compararea dimensiunilor liniare ale piesei măsurate, în raport cu dimensiunea de comparație.

Din aceasta categorie fac parte:

– comparatoarele cu cadran circular;

– comparatoarele cu pârghie;

– comparatoarele de interior;

– minimetrele;

– ortotestele;

– pasametrele;

– optimetrele.

Scara gradată a comparatorului cu cadran circular (fig. 2.8) are 100 de diviziuni, iar deplasarea palpatorului cu 1 mm conduce la rotirea acului indicator cu 360°. Pentru a putea realiza o măsurare cu ajutorul comparatorului, acesta se fixează într-un suport. Pentru a verifica funcționarea comparatorului, se ridică și se coboară ușor tija palpatorului, folosind butonul 5.

Reglarea la cota nominală (la zero) se face fixând  comparatorul în suport și punându-1 în contact cu blocul de cale de  reglare, astfel ca tija palpatorului să se găsească aproximativ la jumătatea cursei. Orientarea pentru aprecierea mărimii cursei se face cu ajutorul indicatorului de rotații 6. în acest fel, acul indicator  7 poate ocupa o poziție oarecare față de scara gradată.  După aceasta, se aduce reperul zero în dreptul acului  indicator, prin desfacerea șurubului 4 și rotirea ramei 3 odată cu cadranul circular.  Cu ajutorul indicilor 7, se indică câmpul de toleranță stabilit conform documentației constructive. [14, pag. 52-70]

Fig.2.8. Comparatorul cu cadran

Aparate de măsură pentru timp

Timpul este o mặrime fundamentalặ în Sistemul Internațional. Unitatea de măsură pentru timp este secunda notată s.

Ȋn anul 1967, la a XIII-a Conferință Generală pentru Măsuri și Greutăți, a fost adoptată decizia ca secunda  să fie definită astfel: "Secunda este durata a 9.192.631,770 perioade ale radiației corespunzătoare tranziției între cele două niveluri hiperfine ale stări fundamentale ale atomului de cesiu 133". Inițial, definiția secundei a fost legată de perioada de rotație a Pământului în jurul propriei axe, prin împărțirea unei zile solare medii în 24 de ore, a fiecărei ore în 60 de minute, și a fiecărui minut în 60 de secunde. Acest mod de definire a fost suficient de exact până când s-a dovedit că rotația Pămîntului nu are o perioadă constantă.

Mijloacele de măsurare a timpului se numesc ceasuri. Domeniul care se ocupă cu proiectarea și construcția acestor dispozitive se numește orologie.

Din punct de vedere constructiv, ceasurile se împart în: mecanice, electromecanice, electronice.

Ceasurile mecanice folosesc pentru acționare energia cedată de un arc spiral tensionat.

Ceasurile electromecanice folosesc pentru acționare energie electrică, iar mișcarea este transmisă pe cale mecanică

Ceasurile electronice sunt considerate ceasurile care au în construcția lor dispozitive electronice atât pentru acționare cât și pentru indicație.

Ceasurile mecanice au în construcția lor traductoare de timp de tip oscilatoriu, cu sau fără perioadă proprie de oscilație. Antrenarea ceasurilor mecanice se face folosind energia mecanică eliberată de un arc. Acest tip de aparat prezintă dezavantajul că perioada de oscilație este dependentă de momentul motor creat de dispozitivul mecanic de antrenare. Tipurile de traductoare de timp cel mai des folosite în construcția ceasurilor mecanice sunt: traductoare de timp cu pendul, traductoare de timp cu sistem oscilatoriu arc-balans, traductoare de timp cu masă oscilantă fără perioadă proprie de oscilație.

Traductorul de timp cu pendul are perioada de oscilație dependentă de masa pendulului, de lungimea pendulului, dar și de accelerația gravitațională și de momentul de inerție al pendulului.

Traductorul de timp cu sistem oscilatoriu arc-balans are perioada de oscilație dependentă de elementele geometrice ale arcului spiral (lungime, lățime, și grosimea secțiunii), de momentul de inerție al balansului, dar și de momentul de elasticitate al arcului spiral.

Traductorul de timp cu masa oscilantă fără perioadă proprie de oscilație dependentă de momentul de inerție al mesei oscilante și de amplitudinea unghiulară a oscilației are următoarele avantaje: construcția este simplă, are posibilitatea reglării perioadei de oscilație și perioada este independentă de poziția în spațiu.

Ceasurile electromecanice se caracterizează prin faptul că energia mecanică înmagazinată la ceasurile anterior prezentate în arcul motor a fost înlocuită cu energia electrică înmagazinată într-o baterie sau obținută direct de la rețea.

Cele mai raspândite ceasuri electromecanice sunt echipate cu motoare sincron, la care baza de timp este furnizată de frecvența rețelei.

Ceasurile electromecanice au o parte mecanică, iar precizia lor depinde de frecvența rețelei electrice.

Folosirea ceasurilor electromecanice nu este posibilă în cazul rețelelor electrice a căror frecvență nu este stabilizată. În aceasta situație, se folosește acționarea electrică, dar se introduce un traductor mecanic de timp și un mecanism pentru rezerva de timp. Un astfel de ceas are în componență un ceas mecanic cu arc motor tensionat de un motor elastic sincron, folosind o reducție corespunzătoare.

Pentru a evita supratensionarea arcului motor, se introduce în mecanism un limitator de cuplu, care începe să patineze la atingerea cuplului maxim admis. Acest tip de ceas are avantajul că va continua să funcționeze și în cazul întreruperii alimentarii cu energie electrică, datorită faptului că arcul rămâne tensionat.

Ceasurile electronice au o largă răspândire, atât în industrie, cât și în viața de toate zilele. Avantajele pe care le prezintă sunt: precizie de indicare ridicată, operații de asamblare simple, cost de producție și de întreținere scăzut.

Fig. 2.9. Ceas electromecanic

Din punct de vedere al indicației, ceasurile electronice pot fi:

cu indicație analogică;

cu indicație numerică.

Din punct de vedere constructiv, elementul principal al unui astfel de ceas este micromotorul pas-cu-pas, care are rolul de transformare a impulsurilor electrice într-o mișcare mecanică. Același sistem se folosește și în cazul în care, la ieșire, este necesară o mișcare mecanică pentru antrenarea suporturilor înregistratoarelor sau programatoarelor.

La acest tip de ceasuri, indicația numerică se poate face prin mai multe metode. Dintre acestea, cea mai cunoscută este cea cu cristale lichide. Ele se caracterizează prin faptul că nu generează lumină, ci dispersează lumina din mediul ambiant. Contrastul indicației nu variază cu intensitatea luminoasă din încăperea în care sunt folosite.

Traductoarele de timp folosite sunt de tipul oscilatoarelor mecanice cu pendul, cu arc-balans și, cel mai frecvent, de tip diapazon cu cuarț. Oscilatoarele de tip diapazon cu cuarț folosesc oscilațiile unei plăcuțe de cuarț care vibrează liber într-o capsulă etanșă, sub influența curentului electric de întreținere. Frecvența de oscilație a traductorului are valori de la 32 kHz până la 4,194304 MHz. Funcționarea acestor ceasuri este cu atât mai bună cu cât frecvența folosită este mai mare. Dacă, din punct de vedere constructiv, este necesar un consum mic de energie electrică, atunci frecvența aleasă va fi mai mică.

Cronometrele sunt mijloace folosite pentru măsurarea intervalelor de timp. Ele se utilizează în competiții sportive și în activități de producție, atunci când este necesară cronometrarea unor operații tehnologice de prelucrare sau de montaj. Au o precizie ridicată.

Cronometru mecanic Cronometru digital

Fig. 2.10. Cronometre

Dupa modul de funcționare se disting:

ceasurile solare, care indică timpul solar adevărat:

cadranul solar

gnomonul

clepsidrele cu nisip sau cu apă

lumânarea gradată

ceasurile mecanice:

ceasul cu pendul (ce utilizează un pendul gravitațional)

ceasul cu pendul de torsiune

ceasul cu balansier (ce utilizează un pendul elastic)

ceasul electromecanic

ceasul electronic, care în ciuda numelui, măsoară timpul pe baza unui fenomen mecanic, vibrația unui cristal de cuarț

ceasul atomic ce utilizează oscilațiile produse de un dispozitiv de tip laser.

Funcțiile ceasului pot să varieze, putându-se distinge din acest punct de vedere:

tahimetrul – scara de pe cadranul sau de pe luneta unui cronograf, cu ajutorul careia se pot măsura vitezele

pulsometrul – folosit în medicină pentru măsurarea pulsului

altimetrul – folosit de alpiniști pentru determinarea timpului și altitudinii

sau ceasuri prelucrate în calculatoare de buzunar, telefon mobil etc.

După utilizare și formă ceasurile pot fi:

Ceasuri de perete (cu pendula), sau ceasuri de turn (orologii)

Ceasuri de buzunar, sau ceasuri de mână

Ceasuri deșteptătoare

Ceasuri atomice (de o precizie mare)

Ceasuri pentru scufundători, pentru șah

Ceasuri pentru piloți

Ceasuri astronomice

În trecut au fost folosite ceasuri de meridian, clepsidre, ceasuri cu nisip, cu apă, sau ceasuri solare.

Aparate de măsură pentru masă

Fundamentarea științifică a noțiunii de masă a fost formulată de Isaac Newton, atunci când a emis al doilea principiu al mecanicii:

(2.1)

unde:

F – forța care acționează asupra unui corp;

a – accelerația imprimată corpului;

m – masa corpului, o mărime constantă care reprezintă cantitatea de materie dintr-un corp.

Masa reprezintă o mărime fizică scalară ce măsoară proprietatea materiei de a fi inertă și de a produce câmp gravitațional.

Operația de măsurare a masei se numește cântărire iar mijloacele de măsurare se numesc aparate de cântărit.

Clasificarea intrumentelor de cântărit se poate face:

a) după modul de efectuare a cântăririlor:

– manuale;

– semiautomate;

– automate.

b) după numărul de pârghii utilizate:

– instrumente cu o pârghie, numite balanțe, care pot fi cu brațe egale sau inegale;

– instrumente cu mai multe pârghii, numite bascule, la care brațele pârghiilor sunt în general

inegale.

c) după modul de instalare:

– fixe;

– transportabile

Principalele tipuri de mijloace de cântărit mecanice sunt:

Balanțe etalon

Balanțe analitice

Balanțe tehnice

Balanțe compuse

Balanțe romane

Balanțe zecimale

Bascule romane

Bascule romane obișnuite

Balanțe semiautomate cu cadran

Balanțele etalon:

Sunt aparate de cântărit de precizie specială care se utilizează în laboratoare metrologice pentru transmiterea unității de masă, respectiv pentru verificarea și elaborarea maselor etalon.

Fig.2.11. Balanța etalon MB-A-03/10

Balanțe analitice:

Sunt aparate de cântărit de precizie specială care permit cântăriri de materiale în cantități mici, utilizate în laboratoare de cercetare și analiză.

Cântărirea se face prin echilibrarea masei de cântărit cu măsuri echivalente.

Fig.2.12. Balanța analitică MB-C-03/02

Balanțe tehnice:

Acestea sunt aparate de cântărit utilizate pentru măsurători de precizie în laboratoare de cercetare și analiză

.

MB-C-12/22 MB-C-036 MB-C-034

Fig.2.13. Balanțe tehnice

Balanțe compuse:

Aparate de cântarit utilizate în industrie, comerț și gospodarie. Au talerele așezate deasupra pârghiilor.

Fig.2.14.Balanțe compuse, MB-G-01/01

Balanțe romane:

Aparate de cântărit utilizate în piețe, pentru cântărirea legumelor și fructelor. Au o singură pârghie cu brațe inegale. Pe brațul scurt se suspendă corpul de cântărit, iar pe cel lung se culisează un cilindru metalic de masă constantă, care se numește cursor sau greutate romană.

Fig.2.15. Balanța romana

Bascule romane:

Aparate de cântărit montate deasupra solului utilizate la cântarirea materialelor în comerț, industrie, transporturi și agricultură. Echilibrarea sarcinilor de cântărit se face prin deplasarea unor greutăți constante, numite cursoare sau romane, de-a lungul unor brațe cu diviziuni.

Fig.2.16. Bascule romane

Balanțe semiautomate cu cadran:

Aparate de cântărit utilizate pentru cântărirea comerciala a produselor alimentare. Cântărirea se face automat prin citirea indicațiilor. Dispozitivul de înclinare are rolul de a transforma mișcarea verticală a platanului în mișcare de rotație a acului indicator.

Fig. 2.17. Balanța semiautomata cu cadran, MB-H-06/10

Mijloace de cântărire electromecanice:

Acestea au dimensiuni mici, construcții robuste, manipulare ușoară. Prezintă avantajul că afișează și înregistreaza rezultatele, precum și în, unele situații, prelucrează aceste rezultate. Sunt folosite pentru cântarirea produselor alimentare și calcularea prețului de plată.

Fig. 2.18. Mijloace de cântărire elctromecanice

Aparate de măsură pentru viteză

Viteza este o mărime fizică vectorială egală cu raportul dintre vectorul poziție și unitatea de timp.

Viteza reprezintă raportul dintre distanța parcursă și durata deplasării corpului. Denumire arhaică, velocitate, iuțeală, repeziciune.

Viteza medie a punctului material este raportul dintre vectorul deplasare Δd și intervalul de timp Δt în care s-a efectuat deplasarea:

(2.2)

Viteza fluidului formează un câmp vectorial compus din vitezele particulelor de fluid, mărime intrinsec legată de mișcare deci de curenții fluizi.

Instrumentele directe de măsurare a vitezei fluidelor

1. Trasori macroscopici: În ipoteza că trasorul introdus în curentul fluid se mișcă identic cu fluidul adiacent, se folosesc drept trasori macroscopici, solizi, corpuri solide precum: plutitori, prăjini sau paravane mobile fig.2.19. Acești trasori măsoară viteza medie în timp și deasemenea plutitorii au extensiune punctuală, prăjinile o extensiune monodimensională (deci o mediere a vitezelor după o direcție) și paravanele mobile o dezvoltare bidimensionale (deci se mediază vitezele pe o secțiune transversală). Se măsoară Δt în care trasorul străbate distanța Δl și se calculează viteza medie.

Fig.2.19 Trasori macroscopici sub forma de corpuri solide.

Trasorii macroscopici se utilizează pe râuri și canale, în general la curenți lichizi cu suprafață liberă. [1, pag. 87]

2.Trasorii microscopici. Se prezintă sub forma unor indicatori optici electrici chimici și radioactivi respectiv sub forma unor coloranți, soluții saline, bule de gaz și substanțe radioactive. Se utilizează în orice rețea hidraulică sau pneumatică, în conducte.

Fig.2.20 Trasori macroscopici sub forma de indicatori optici electrici chimici și radioactivi

În general se măsoară viteza medie în timp și în spațiu. Instrumentul se folosește pentru viteze și are o precizie modestă de . [1, pag. 88]

3.Vitezometre cu ultrasunete. Instrumentul se bazează pe emisia și recepția unor ultrasunete în curentul fluid. Se utilizează două posturi de emisie-recepție la distanță apreciabilă de-a lungul unei conducte în care curge un fluid.

Fig. 2.21 Emisia si receptia ultrasunetelor intre doi traductori in interiorul conductei

Cronometrarea duratelor necesare semnalelor ultrasonore de a parcurge în ambele sensuri distanța cunoscută între posturi este suficientă pentru determinarea vitezei curentului fluid. [1, pag. 89]

Aparatele cu rotor pentru măsurarea vitezei

Aparatele de măsurare a vitezei curenților fluizi cu rotor sunt de fapt microturbine ce exploatează dependența între viteza curentului și turația (viteza unghiulară) rotorului la turbomașini. În metrologie se folosesc microturbine tangențiale axiale într-un regim apropiat de ansamblare. Aceste aparate de măsură determină viteza medie corespunzătoare ariei transversale măsurate de rotor. Apratele cu rotor pentru gaze se numesc anemometre și cele pentru lichide moriști hidraulice (hidrometrice).

Anemometrele se construiesc cu cupe semisferice (microturbină tangențială eoliană) (fig.2.22) sau cu palete (microturbine axiale eoliene, fig. 2.23). Intervalul de măsurare obișnuit este 1-50 m/s.

Fig. 2.22. Anemometre cu cupe semisferice Fig.2.23. Anemometre cu palete

Moriștile hidraulice se construiesc numai cu palete asemănătoare geometric cu aneomometrul cu palete. Intervalul uzual de măsurare este 0,03-10 m/s.

Caracteristica statică a aparatelor cu rotor, determinată experimental este destul de liniară, cu excepția vitezelor reduse și are alura din fig.2.24. Fiecare aparat de măsură este însoțit de caracteristica statică sub forma de etalonare, pentru a putea fi folosit în procesele de măsurare. Precizia aparatelor cu rotor este de 1…2%.

Fig. 2.24. Caracteristica statică a aparatelor cu rotor

Calitățile dinamice ale aparatelor cu rotor se caracterizează prin frecvențe maxime ale benzii de frecvență între câțiva și câteva zeci de hertzi. Măsurarea vitezei curenților fluizi cu aparate cu rotor implică măsurarea turația. Aceasta se poate face determinând numărul de impusuri (semnale luminoase) în unitatea de timp sau prin aparate de măsură a turației pe principii mecanice, optice sau magnetice, analogice sau digitale.

Domeniile de utilizare a acestui tip de aparat sunt: meteorologia, ventilație și hidroenergetica. Cu aparatele cu rotor se măsoara viteza locală sau medie în aproximație tehnică în funcție de raportul ariei transversale a rotorului aparatului făță de aria transversală a curentului fluid măsurat.

Aparatul cu rotor tangențial nu este sensibil la direcția curentului fluid în planul transversal al rotorului dar măsoară numai componenta vitezei curentului în acest plan.

Aparatul cu rotor axial trebuie poziționat cu axa s pe direcția curentului fluid înainte de a se efectua măsurarea.

Aparatul cu rotor combinat cu sonde de direcție și busole permite determinarea vitezei curenților fluizi ca și vector (în atmosferă sau în oceane). [1, pag. 90-92]

Sondele de viteză

Sonda de viteză este un aparat de măsură format dintr-un tub de viteză (canulă), racorduri flexibile și unul sau mai multe piezometre. Tubul de viteză este de formă cilindrică sau sferică, special profilată, pentru a permite determinarea vitezei ca scalar și vector într-un punct al unui curent fluid prin măsurarea presiunilor totale și statice ale fluidului.

Tubul Pitot-Prandtl (fig.2.25, a) este modificatorul standard viteză-presiune în scopul determinării mărimii vitezei locale a curentului de fluid. Tubul în formă de L are un orificiu frontal pentru măsurarea presiunii totale și niște orificii laterale pentru măsurarea presiunii statice. Tubul se plasează cu axa după direcția curentului,

Tubul Fuhrman (fig. 2.25, b) permite măsurarea presiunii statice în curenți puternic turbulenți,.

Tubul cilindric de direcție (fig.2.25, c) oferă pe baza diferenței de presiuni între orificii și a curbei de etalonare direcția și sensul vectorului viteză într-un plan dat.

Tubul sferic cu 5 orificii permite determinarea vitezei ca valoare și direcție în spațiu pe baza indicațiilor piezometrelor legate de orificii.

Tubul dublu de direcție, găsește prin rotirea sa, direcția vitezei într-un plan dat în momentul când diferența de presiune între tuburi se anulează. Constructiv se acceptă .

Tubul Pitot-Prandtl b. Tubul Fuhrman

c. Tubul cilindric de directie

d. Tubul sferic cu 5 orificii e. Tubul dublu de direcție

Fig.2.25. Tuburi de viteză pentru sondele de viteză

Tubul Pitot-Prandtl se utilizează la determinarea vitezelor în interiorul fluidelor în mișcare. Tubul se compune dintr-o porțiune cilindrică orizontală având o extremitate de forma unui paraboloid de rotație. În interiorul tubului cilindric se află un tub interior coaxial cu primul, având o deschidere la extremitatea paraboloidului, punctul A. În dreptul punctului B există niște orificii, prin care fluidul pătrunde în spațiul dintre cele două tuburi. Astfel putem determina presiunea statică a curentului de fluid, iar prin tubul central se transmite presiunea totală a fluidului. Capetele opuse ale celor două tuburi se racordează la un manometru diferențial cu mercur. [1, pag. 92]

Fig.2.26 Tubul Pitot-Prandtl

Principiul de măsurare cu acest tub este următorul: prin anularea vitezei fluidului energia cinetică a acestuia se transformă în energie de presiune provocând denivelarea mercurului din tub.

Tubul Venturi (fig. 2.27) se compune din două porțiuni tronconice de conductă, având bazele mici unite printr-o porțiune cilindrică. Tubul conține două tuburi cilindrice transparente (piezometre), deschise la partea superioară.

Fig.2.27 Tubul Venturi

Termoanemometrele (TA)

Termoanemometrele (fig. 2.28) sunt aparate de măsură a vitezei curenților de fluid, bazate pe debitul cantității de căldură disipate (puterea calorică pierdută) de către un element sensibil (senzorul) a cărui temperatură este obținută din rezistența sa electrică.

Termoanemometrele măsoară vitezele instantanee locale și fluctuațiile de viteză, permițând caracterizarea cantitativă a structurii curenților turbulenți.

Termoanemometrele se compun din traductori mecano-electrici de prelucrare electronică a semnalului și din dispozitive de afisaj și înregistrare a rezultatelor. Traductorul mecano-electric se prezintă sub forma unei sonde cu senzor cu fir, fibră sau fiole. Blocurile de prelucrare electronică a semnalului sunt: punți, amplificatoare, compesatoare, adaptoare, liniarizatoare, aparate de măsură electrice, analizatoare de frecvență, corelatoare.

Traductoarele mecano-electrice (sondele termoanemometre) se compun din senzori, suport, corp și conexiuni. Senzorul se poate realiza miniatural și este foarte sensibil

Clasificarea sondelor termoanemometrice se poate face în raport cu tipul constructiv: se disting sonde cu fir cald, cu fibră și respectiv cu folie. La rândul lor sondele cu fir cald se împart în sonde în formă de U, sonde înclinate, sonde în X, sonde în cruce, sonde triedru. [1, pag. 106]

In U b) înclinată

în X d) în cruce

e) in triedru f) cu fibra

g) cu folie conică sau în unghi diedru (suprapuse) h) cu folie lisă (pastilă)

Fig.2.28. Sonde termoanemometrice

Anometrele cu laser (AL)

Măsurarea vitezei fluidelor cu anometrul cu laser, prin efect Doppler, se bazează pe detectarea modificării frecvenței unei raze laser, care a fost difuzată de micile particule (trasori) dintr-un fluid care se deplasează odată cu fluidul.

Avantajele măsurării cu AL sunt:

măsurare nedestructivă;

aparat neperturbat;

măsurarea nu depinde de proprietățile termofizice ale fluidului;

intervalul de măsurare mare (de ordinul până la 1 km/s);

precizia de măsurare este de ordinul 0,1%;

calitățile dinamice excelente (BF are );

rezoluția spațială bună (volumul probei = 1 mm3).

Dezavantajele și problemele ce însoțesc PM cu AL sunt:

intensitatea slabă a luminii difuzate face ca semnalul util să fie afectat de mult zgomot (semalul perturbator) și să fie dificil de analizat;

poziția aleatoare în spațiul curentului fluid a particulelor difuzate;

frecvența razelor laser, dată de particulele difuzante face necesară introducerea unor metode speciale de analiză stohastică;

sensibilitate mărită la vibrații a echipamentului optic;

necesitatea unor pereți solizi și medii fluide transparente.

Exista trei scheme optice de baza ale anometrelor cu laser:

a. cu raza de referință

b. cu raze duale

c. cu difuziune duală

Corespunzător celor 3 scheme optice de bază există și relații optice ale AL deosebite, reprezentate în fig. 2.29. Varianta de instalație optica cu raza de referință este cel mai des folosita. Variantele de instalație optică cu raze duale cu difuziune înainte și respectiv înapoi se folosesc în funcție de posibilitățile constuctiv-funcționale ale aplicației.

Varianta de retrodifuzie (difuziune înapoi) este aptă pentru zonele greu accesibile și varianta cu difuziune înainte oferă avantajul unui semnal mai puternic.

Cele 2 variante permit măsurarea concomitentă a două componente ale vitezei curentului fluid.

Sursele laser cel mai des folosite sunt cu gaz, He-Ne de putere mică 5…25 mW, Ar-ioni sau CO2. [1, pag. 132-133]

cu rază de referință

cu rază duală

cu difuziune duală

Fig.2.29 Scheme optice de baza ale anometrelor cu laser

Aparate de măsură pentru debite și volume

Debitul de fluid este cantitatea de fluid măsurată volumetric sau masic care trece în unitatea de timp printr-o secțiune de control transversală, de arie cunoscută. Debitul volumetric se poate defini prin fluxul vitezei sau debitului masic prin fluxul impulsului specific printr-o secțiune cunoscută.[1, pag. 145]

Debitmetrul cu rezervor calibrat [1]

Debitmetrul cu rezervor (calibrat) volumic

Funcționarea aparatului de măsurare a debitului volumic al lichidelor este bazată pe relația de definiție a debitului, relația:

[1] (2.3)

Aparatul de măsură, debitmetrul cu rezervorul calibrat volumetric, este compus dintr-un rezervor etalonat volumetric, cu cronometru, un nevelmetru, un dispozitiv de deviere a vânei de lichid și de un sincronizator ce culpează cronometrul ci dispozitivul de deviere a vânei de lichid.

Fig.2.30. Debitmetrul cu rezervor (calibrat) volumic

Debitmetrul cu rezervor (calibrat) masic

Funcționarea aparatului de măsură a debitului masic al lichidelor este bazată pe relația de definiție a debitului:[1]

(2.4)

Debitmetrul cu rezervor calibrat masic, măsoară intervalul de timp Δt în care masa lichidului de pe cântar s-a modificat cu Δm. Aparatul de măsură, este compus dintr-un mijloc de măsurare a masei lichidului (un cântar), un rezervor, un dispozitiv de deviere a vânei de lichid, un cronometru și un sincronizator.[1, pag. 146]

Fig. 2.31. Debitmetrul cu rezervor (calibrat) masic

Debitmetrul cu rezervor volumic, dinamic

Pentru lichide. Debitmetrul cu rezervor volumic, dinamic este un aparat de măsură, volumul rezervorului fiind determinat din indicațiile piezometrului care este cuplat opto-electric cu un cronometru ce servește la evaluarea duratelor. Comanda prin vana de golire îi conferă aparatului de măsură o funcționare intermitentă cu posibilitatea automatizării procesului de măsurare.[1, pag. 148]

Fig. 2.32. Debitmetrul cu rezervor volumic, dinamic

Pentru gaze. Debitmetrul cu rezervor volumic, dinamic este un aparat de măsură, volumul rezervorului fiind determinat din indicațiile contactelor electrice într-un anumit interval de timp și permite determinarea debitului unui curent de gaz.

Debitmetrul cu rezervor masic, dinamic.

Funcționarea debitmetrului cu rezervor masic, dinamic este cvasicontinuă și constă în determinarea duratei semiperioadei de basculare a cântarului pentru o masă de lichid prestabilită prin greutățile cântarului. La atingerea unui anumit grad de umplere al rezervorului aceasta basculează, contactele electrice marchează momentul, vana de evacuare intră automat în acțiune golind rezervorul. Durata de golire este mereu aceeași și cunoscută.[1, pag. 150]

Debitmetrul cu rezervor volumic, automat.

Funcționarea debitmetrului cu rezervor volumic, automat se bazează pe dislocarea în timp cunoscut a unor volume date. Debitmetrul cu rezervor dispune de un volum în formă de cilindru cu generatoare în U și o sferă ajustată cu joc la diametrul interior al cilindului. Montajul permite măsurarea debitului volumic aproape continuu, în mod automat.[1, pag. 150]

Fig. 2.33. Debitmetrul cu rezervor volumic, automat

Contoare de fluid pentru măsurarea debitului

Aparatul de măsură contorizează volumele sau masele de fluid ce trec prin dispozitive hidraulice speciale sau mașini hidraulice volumice.[1, pag. 151]

1.Contorul de fluid, volumic

Principiul de funcționare al aparatului de măsură cu contor de fluid, volumic rezidă în divizarea temporară a fluidului în volume separate și numărarea lor. Debitul contoarelor volumetrice este:

(2.5)

În funcție de tipul constructiv al blocului traductorului primar, contoarele de fluid volumice pot fi: cu disc oscilant, cu palete glisante, cu piston inelar, cu roți dințate ovale și pistoane rotative elicoidale.

Pentru lichide, intervalul de măsurare este de la 0,1 la 100 m3/s iar pentru gaze de la 0,5 la 10000 m3/s. Pierderile de presiune în aparatul de măsură sunt de p = 0,002…1,5 bar.

Contorul de fluid cu disc oscilant (fig. 2.34.a) funcționează astfel: discul circular din interiorul sectorului sferic execută o mișcare de precesie, fără a se roti, în jurul unei articulații sferice centrale. Acestă mișcare preluată de tija discului este transmisă la un ac indicator. Pentru determinarea debitului se măsoară turația acului sau numărului de rotații într-un anumit interval de timp. Se cunoaște că la tură discul mătură întreg volumul interior al sectorului sferic și de aici se poate obține debitul volumic.

Contorul de fluid cu palete glisante (fig. 2.34.b) este construit asemănător mașinilor volumice cu palete radiale. Amplasarea rotorului transveral și execentric într-o conductă permite determinarea debitului volumic cunoscând geometria rotorului și turația sa.

Contorul de fluid cu piston inelar (fig. 2.34.c) are o acționare asemănătoare cu cea a contorului de fluid cu disc oscilant. Constructiv spațiul interior se prezintă sub forma unui cilindru în loc de sector sferic. Sub acțiunea lichidului care curge, cilindrul excentric mobil execută o mișcare de precesie, fără a se roti. Mișcarea de precesie a cilindrului se produce datorită umplerii și golirii succesive a spațiilor cuprinse între acest cilindru excentric și carcasa fixă formată din cel de-al doilea cilindru excentric.

Contorul cu fluid cu pistoane elicoidale (fig. 2.34.d) are secțiunea transversală a rotoarelor sub forma unor lemniscate și funcționează asemănător motoarelor volumetrice de același tip constructiv.

Contorul cu fluid cu roți cilindrice ovale (fig.2.34.e) este folosi deseori în industria chimică, are principiul de funcționare al motorului volumic corespunzător. [1, pag. 151-154].

Fig.2.34. Contoare de fluid volumic

2. Contorul de fluid masic

Principiul de funcționare al contorului de fluid, masic constă în divizarea curentului fluid în masa de valoare cunoscută și numărarea maselor într-un anumit interval de timp. Tipul constructiv prezentat în fig.2.35 este utilizabil pentru lichide. El măsoară debitul masic prin umplerea unor compartimente prismatice cu lichid. Atunci când din cauza greutății momentul mecanic al lichidului învinge momentul de frecare se produce bascularea părților mobile din poziția de linie continuă în poziția cu linie întreruptă.[1, pag. 154]

Fig. 2.35. Contor de fluid masic utilizat pentru lichide

Debitmetrul cu turbină

Principiul de funcționare al debitmetrului cu turbină se bazează pe legătura ce există între debitul volumic și turația rotorului turbomașinilor.

În scopul măsurării debitului se folosesc microturbine axiale și tangențiale funcționând într-un regim apropiat turației de ambalare (turația de ambalare este turația pentru care momentul este nul, fiind cea mai mare turație care o poate atinge o turbină).

Traductorul primar, turbina, se prezintă ca un convertor debit volumic-turație. Traductorul secundar este un aparat de măsură a vitezei unghiulare sub forma unui tahometru mecanic sau electric.

Fig.2.36. Debitmetrul cu turbină

Debitmetrul cu turbină axială (fig.2.36.a) este compus dintr-un tronson de conductă în care s-a introdus un rotor de turbină axială, butuc și 3-8 palete profilate sau elicoidale, apoi un ante- și un post- stator cu ogivele respective cu rol de susținere a lagărelor arborlui rotorului și totodată cu intenția de ghidare a curentului de fluid.

Debitmetrul cu turbină tangențială (fig.2.36.b) se prezintă ca un rotor cu palete radiale cu funcționarea similară cu cea a turbinelor cu acțiune. Rotorul este placat într-o carcasă cilindrică cu racorduri de aducțiune și evacuare a curentului fluid. [1, pag. 155]

Măsurare debitului prin micșorarea locală a secțiunii de curgere.

Măsurarea debitului se face datorită unui mijloc de micșorare locală a secțiunii de curgere. Se pot folosi în acest scop diafragme, ajutaje sau tuburi Venturi.

1.Diafragmele se prezintă sub forma unui perete transversal cu orificiu în el. Constructiv diafragmele se pot clasifica în circulare, segment și inelare.

Diafragmele circulare sunt cel mai des utilizate, diafragmele segment se folosesc la zonele cu suspensii solide, diafragmele inelare se aplică acolo unde există dimensiuni mari ale secțiunii transversale a circuitului fluid.

Diafragma circulară este prezentată în fig.2.37 în 2 variante constructive :

Cu cameră internă colectoare

Cu prize de presiune înclinate [1, pag. 167]

Fig.2.37. Diafragma circulară

cu cameră internă colectoare; b. Cu prize de presiune înclinate

2.Ajutajele se prezintă sub forma unui tub scurt convergent. În fig. 2.38 sunt prezentate 2 variante constructive analoage cu cele de la diafragme. [1, pag. 169]

Fig.2.38. Ajutaj

cu cameră internă colectoare; b. cu prize de presiune înclinate

3.Tubul Venturi se execută sub forma unui ajutaj convergent –divergent. Ajutajul Venturi este asemănător tubului cu deosebirea că partea divergentă este mai scurtă. [1, pag. 169]

Fig.2.39. Tub Venturi

Conducte și canale debitmetrice

Măsurarea debitelor fluidelor la curgerea lor printr-o conductă sau canal se face prin dependența funcțională ce apare între debitul volumic și parametrii geometrici și hidraulici ai mijlocului de măsurare.

Aparatul de măsură este format dintr-un traductor primar, element intrinsec al rețelei hidraulice respective, conducta cu canalul debitmetric și traductorul secundar, care se prezintă cel mai des sub forma unui piezometru diferențial sau al unui nivelmetru. [1, pag. 175]

Debitmetrul centrifugal

Principiul de măsurare al debitului cu debitmetrul centrifugal are la bază faptul că dacă un curent fluid parcurge o zonă curbă, diferența de presiune între diferitele sale puncte este o măsură a vitezei curentului și cunoscând dimensiunile transversale ale curentului de fluid se poate determina debitul volumic.

Aparatele de măsură sunt compuse dintr-un traductor primar sub forma unui cot sau unei camere spirale, elemente intrinseci ale rețelelor hidraulice și dintr-un traductor secundar sub forma unui piezometru diferențial. [1, pag. 179]

Fig.2.40. Debitmetru centrifugal

Rotametrul și debitmetrul cu clapetă

Principiul de funcționare al rotametrelor și debitmetrelor cu clapetă se bazează pe forțele și/sau momentele mecanice ce apar asupra corpurilor solide plasate într-un curent solid.

În general aceste forțe și momente mecanice sunt proporționale cu viteza curentului de fluid și pentru curgeri interne se pot corela cu debitul de fluid. Traductorul primar va fi rotametrul cu clapetă iar traductorul secundar va fi un liniar sau raportor deoarece deplasările liniare sau unghiulare vor fi o măsură a forțelor ce apar, echilibrate de alte forțe, în scopul măsurării debitului. [1, pag. 170]

Fig.2.41. Rotametrul cu clapetă

Debitmetrul cu vortex (turbulență)

În principiu, un obstacol introdus într-un curent de fluid produce vortexuri (turbulențe, vârtejuri) în urma sa. Frecvența de desprindere a vortexurilor de obstacole este direct proporțională cu viteza curentului de fluid, respectiv cu debitul de fluid în curgere internă.

Principiul celei mai utilizate soluții constructive se prezintă ca în fig 2.42 și apare sub forma unui element perturbator plasat transversal într-un tronson de conductă. Acesta formează generatorul de vortexuri, generator care trebuie completat cu traductoare de presiune, forță, viteză sau frecvență eventual cronometru.

Fig.2.42. Debitmetrul cu vortex

Debitmetrul ultrasonic

Principiul de funcționare a acestui tip de debitmetru se bazează pe emisia și recepția ultrasunetelor pe o direcție oblică față de axa conductei. Debitmetrul se instalează pe un tronson de conductă prin care curge un fluid. Diferența frecvențelor ultrasunetelor emise și recepționate în cruce este o măsură a vitezei curentului fluid care la curenți interni poate deveni o măsură a debitului fluid. Fig.2.43 prezintă schema de principiu a debitmetrului ultrasonic. [1, pag. 184]

Fig.2.43. Debitmetrul ultrasonic

Debitmetrul electromagnetic

Principiul de funcționare se bazează pe faptul că un fluid electroconductor ce curge printr-o zonă spațială înfluentață de un câmp magnetic produce o tensiune electromotoare după o direcție perpendiculară pe planul format de viteza curentului și inducția magnetică. Pentru curenți interni, tensiunea electromotoare produsă este proporțională cu debitul de fluid. Schema de principiu a aparatului de măsură din fig. 2.44 explică funcționarea debitmetrului electromagnetic. [1, pag. 186]

Fig. 2.44. Debitmetrul electromagnetic

Debitmetrul bazat pe lovitura de berbec

Principiul de funcționare al aparatului de măsură rezidă în înregistrarea variațiilor de presiune care apar la o lovitură de berbec creată artificial, cu intensitate mai scăzută, într-un sistem hidraulic. Din aceste înregistrări se pote calcula debitul inițial prin sistem.

Metoda se folosește în hidroenergetică și în sistemele de acționare hidraulică, peste tot unde există condiții favorabile de apariție a loviturii de berbec în sistemele cu fluid sub presiune. [1, pag. 187]

Debitmetrul termoelectric

Principiul de funcționare al debitmetrului termoelectric constă în legătura ce apare între debitul masic de fluid și diferența de temperatură ce se realizează între două puncte ale unui curent de fluid prin introducerea unei puteri calorice între ele. Introducerea puterii calorice se face sub formă electrică prin efect caloric (Joule).

Fig. 2.45.Debitmetrul termoelectric

Instalația din fig 2.45, constă dintr-un tronson de conductă în care prin rezistența R se încălzește electric curentul de fluid adiacent și prin senzorii termodinamici 1 și 2 se măsoară temperatura curentului de fluid. [1, pag. 189]

Debitmetrul stereodinamic

Funcționarea debitmetrului stereodinamic se bazează pe acordarea unei mișcări adiționale a unui curent de fluid cu forțe sau momente mecanice proporționale cu debitul masic al fluidului.

Dispozitivul din fig.2.46 se aseamnănă cu un rotor de pompă centrifugală radială și este bazat pe forțele Coriolis ce apar în mișcarea relativă a unui curent de fluid, forțe evaluate de momentul de torsiune aplicat părților mobile prin transmisia cu roți dințate. Debitmetrul stereodinamic se intercalează în locul unui tronson de conductă în instalația hidraulică. El constă dintr-o pompă centrifugă cu revenirea curentului la direcția axială antrenată din exterior și sprijinită pe zona de trecere de la părțile fixe la cele mobile, cu rol de etanșare și susținere. [1, pag. 190]

Fig.2.46. Debitmetrul stereodinamic

Debitmetrul cu trasor

Principiul de funcționare al debitmetrului cu trasor se bazează pe principiul injectării unui fluid cu o concentrație cunoscută într-un fluid a cărui debit trebuie determinat. Măsurarea poate fi realizată în 2 variante:

Injectarea unui debit constant, folosind legea amestecurilor

Injectarea unui volum cunoscut, măsurând evoluția concentrației amestecului.

Debitmetrul cu gaz ionizat

Principiul de măsurare se bazează pe determinarea vitezei de deplasare a norului ionizat într-un curent fluid și de aici a debitului pentru curgeri interne cunoscând în prealabil aria secțiunii transversale a curentului flui.

Debitmetrul cu gaz ionizat cu electrozi plasați pe direcție longitudinală. [1, pag. 194]

Fig.2.47. Debitmetru cu gaz ionizat

Debitmetrul cu rezonanță magnetică nucleară

Debitmetru cu rezonanță magnetică nucleară se bazează pe modificarea spinului nucleelor particulelor de fluid din curentul care trece între două secțiuni transversale situate la distanță cunoscută, într-un interval de timp măsurat. Se determină astfel viteza curentului de fluid și se poate calcula debitul volumic la curenți interni de secțiune transversală cunoscută.

Nucleele de hidrogen sau ale altui element chimic ușor din componența fluidului a cărui debit se dorește a se calcula intră în secțiunea magnetică cu o orientare complet aleatoare (haotică) a câmpului magnetic propriu al nucleelor. Sub acțiunea câmpului magnetic exterior, nucleele din curentul de fluid părăsesc secțiunea magnetică cu nucleele aliniate și orientate după câmpul exterior. Curentul trece apoi prin dreptul secțiunii etichetate în care se injectează unde radio sub forma unor rafale puternice, scurte și de intensitate ridicată. Acestea demagnetizează o fereastră în fluidul cercetat, care în aval este sesizată de o bobină plasată într-o secțiune de detecție ca pe o zonă fără semnal.

Cunoscând distanța dintre secțiunea etichetată și secțiunea de detecție și durata parcurgerii ei de norul de nuclee demagnetizate se obține viteza medie a fluidului și apoi folosindu-se aria secțiunii transversale se calculează debitul. [1, pag. 195]

Aparate de măsură pentru presiune

Presiunea se poate defini în două feluri, în mod independent: pe baza conceptului mecanic sau termic.

Conceptul mecanic de presiune presupune că universul este format din medii continue, între părțile cărora există interacțiuni, forțe de contact descrise local prin tensori ai stării de solicitare. Măsurarea componentelor acestor tensori este o problemă dificilă. Componentele normale ale tensorului stării de solicitare în medii fluide conduc spre diferite formulări ale noțiunii de presiune. Pentru măsurarea presiunii fluidelor se va accepta o definiție particulară a mărimii.

Presiunea sau presiunea statică este forța specifică (efortul), normală, interioară într-un fluid în repaus sau între particulele fluide în mișcare, în repaus relativ una față de alta. Forța specifică, normală, interioară este forța de compresiune raportată la aria normală pe ea. Presiunea este forța de compresiune pe unitatea de arie.

Presiunea într-un lichid în repaus este o mărime scalară.

Conceptul termic de presiune în cadrul teoriei cinetico-moleculare a materiei presupune că mediul fluid este compus din molecule separate care se mișcă (deplasează) prin vid și care se ciocnesc cu alte molecule. Interacțiunea lor este descrisă de presiune, definită ca medie a impulsurilor moleculelor în unitatea de timp și prin unitatea de arie normală.

Diferențe între cele două concepte ale presiunii există mai ales în domeniul mediilor lichide.

Ecuația termodinamică de stare a gazelor utilizează presiunea ca o variabilă termodinamică. Experimental s-a constatat că ea corespunde conceptului de presiune mecanică. Cu toată confuzia creată prin cele două definiții se reține că în domeniul tehnic al măsurărilor hidraulice și pneumatice (0,01 Pa < p < 1 T Pa), cele două concepte se suprapun. Egalitatea conceptelor trebuie limitată la suprafețe prin care nu vrem transfer de masă.

În tehnică se măsoară deseori presiuni absolute și relative. Acestă clasificare se datorează omniprezenței presiunii atmosferice a mediului înconjurător. Presiunea atmosferică se modifică relativ lent și puțin în timp și este funcție de altitudinea punctului considerat.

Relația cantitativă de legătură între presiunile absolute și relative este:

pabs=prel+pat (2.6)

Din acestă relație se observă că trecerea de la presiunile absolute la cele relative și invers se face prin deplasarea originii cu păstrarea unității de măsurare.

Presiunile absolute, în fluide, în regim staționar sunt întotdeauna pozitive.

Suprapresiunile sunt definite prin presiunile mai mari decât presiunea atmosferică și sunt determinate de presiunile relative pozitive conform relației (2.6).

Depresiunile sunt definite prin presiunile mai mici decât presiunea atmosferică și sunt determinate prin presiunile relative negative lute în valoare absolută, adică pat –pabs.

Aparatele de măsurare a presiunii se numesc manometre. [1, pag. 153-154]

Manometre cu lichid (Piezometre)

Manometrele cu lichid sau piezometrele sunt instrumentele ce convertesc presiunea într-o lungime, mai exact înalțime a unei coloane de lichid. Piezometrele se compun dintr-o priză de presiune cu rol de senzor, dintr-un racord flexibil cu rol de element de legătură, dintr-un tub transpararent cu rol de vizualizare a nivelului de lichid la o scară gradată, dintr-un suport cu rol de fixare a tubului transparent și a scării gradate și dintr-un lichid piezometric pentru măsurare.

Piezometrele măsoară presiunea relativă sau o diferență de presiuni.

Pentru măsurarea presiunii absolute măsurarea trebuie completată cu informații referitoare la presiunea atmosferică, ce se poate obține de la un barometru.

Tipuri constructive de piezometre

Piezometrul simplu, direct, vertical. Fig 2.48

Fig.2.48. Piezometru simplu, direct, vertical

Formula de calcul:

(2.7)

Caracteristici metrologice:

Intervalul: (0;0,1) bar

Rezoluția: 0,5 mm la lungime

Precizia: orientativ 0,5% pentru presiunea relativă.

Piezometrul se numește direct atunci când folosește pentru măsurarea presiunii același lichid a cărui presiune se măsoară.

Piezometrul simplu, direct, înclinat.

Fig. 2.49. Piezometru simplu, direct, înclinat

Formula de calcul:

(2.8)

Caracteristicile metrologice:

Intervalul: (0;0,05) bar

Rezoluția : 0,5 mm la lungime

Precizia: orientativ 0,1%

Comparativ, față de piezometrul vertical, precizia celui înclinat crește pe măsura înclinării, micșorându-se concomitent intervalul de măsurare.

Înclinarea este limitată de posibilitățile de formare corespunzătoare și de citire corectă a meniscului.

Piezometrul în formă de U, indirect. (Fig.2.50)

Formule de calul:

(2.9)

sau

(2.10)

Piezometrul indirect utilizează alt lichid în instrument decât fluid a cărui presiune o măsoară.

Fig.2.50. Piezometru în formă de U, indirect

Avantajul acestui piezometru constă în posibilitatea citirii suprapresiunilor și a subpresiunilor fără deplasarea instrumentului. Dacă densitățile ρl și ρf sunt apropiate se pot face măsurători precise într-un interval mic, iar dacă ρl >>ρf crește intervalul de măsurare pe seama preciziei.

Piezometrul cu brațe neegale, indirect

Fig. 2.51. Piezometru cu brațe neegale, indirect

Formule de calul :

(2.11)

Dacă ρl >>ρf atunci:

(2.12)

Dacă d << D atunci:

(2.13)

Dacă ρl >>ρf și d << D, atunci:

(2.14)

Piezometrul cu brațe neegale derivă din piezometrul în formă de U deformat.

Comparativ cu cel sub formă de U, piezometrul cu brațe neegale are avantajul unei singure citiri la măsurarea presiunii.

Piezometrul multiplu, serie

Fig. 2.52. Piezometru multiplu

Formula de calul:

(2.15)

Piezometrul multiplu serie permite extinderea intervalului de măsurare.

Piezometrul diferențial în formă de U întors

ZA+Δh= zB+z (2.16)

Fig. 2.53. Piezometrul diferențial în formă de U întors

Formule de calcul:

(2.17)

Dacă ρA = ρB = ρ atunci:

(2.18)

Dacă ρ >> ρ1 atunci:

(2.19)

Piezometrul diferențial măsoară diferența de presiune între două puncte A și B. Deseori mediul ρ1 este aerul.

Piezometrul diferențial în formă de U

Fig.2.54. Piezometrul diferențial în formă de U

Formula de calcul:

(2.20)

Dacă ρA = ρB =ρ, atunci:

(2.21)

Daca ρ1 >> ρ atunci:

(2.22)

zB +h = zB + z (2.23)

Piezometrul diferențial măsoară diferența de presiune între două puncte și este util indirect la diferite mijloace de măsurare a vitezei și a debitului fluidelor.

Multipiezometrul

Fig. 2.55. Multipizometrul

Se utilizează pentru determinarea repartiției presiunilor pe suprafața corpurilor solide adiacente curentului fluid. În fig.2.55 se exemplifică aplicarea multipiezometrului la determinarea repartiției presiunilor într-o curgere internă și anume la un ajutaj convergent-divergent.

Bateria de piezometre

Fig. 2.56. Bateria de piezometre

Se obține prin trasarea mai multor piezometre pe același suport (vertical sau înclinat).

Bateria de piezometrie și multipiezometrul permite determinarea concomitentă a presiunii în mai multe puncte oferind o sugestivă distribuție a lor. Bateria de piezometrie fig 2.56, este aplicată punctelor de pe periferia unui profil aero-hidrodinamic, deci într-o curgere externă.

Piezometrul diferențial magnetohidrodinamic

Fig.2.57. Piezometrul diferențial magnetohidrodinamic

Principiul de funcționare se bazează pe variația inductanței unei bobine datorită umplerii miezului ei până la un anumit nivel cu lichid magnetic. Acest piezometru are o sensibilitate foarte mare, de sute de div./mm H2O și măsoară diferențe mici de presiune.

Alături de tipurile constructive de piezometre prezentate, există și alte variante cât și combinații între ele. De exemplu manometrul cu brațe neegale înclinat, multipiezometrul înclinat etc.

Micromanometrele sau micropiezometrele sunt denumite acelea care au intervalul sub sau egal cu 1000 Pa.

Pulsația proprie a sistemului amortizat format din coloana de lichid ce apare în racordul flexibil și tubul transparent al piezometrului se calculează cu formula

(2.24)

unde:

L = este lungimea coloanei de lichid;

g = accelerația gravitațională;

ν = vâscozitatea cinematică a lichidului;

r = raza interioară a tubului și racordului flexibil.

Durata procesului de liniștire a oscilațiilor după un semnal de tip treaptă este:

(2.25)

Formulele (2.24) și (2.25) sunt valabile dacă priza de presiune are același diametru ca și diametrul racordului flexibil. [1, pag. 54-62]

Condițiile tehnice pentru piezometre

Intervalul de măsurare este de aproximativ ( -1; +1) bar presiune relativă.

Rezoluția piezometrului depinde de scara gradată, lichidul piezometric și poziția instrumentului. Rezoluția la scara gradată este în mod obișnuit de 0,5 mm.

Sensibilitatea piezometrului se poate mări prin dispozitive optice (de exemplu cu lupă) sau traductori mecano-electrici de deplasare nivel (de exemplu rezistivi, inductivi, capacitivi, sau foto-electrici).

Clasa de precizie este definită pentru o eroare raportată constantă.

Fluidele piezometrice folosite sunt: apa, tetraclorura de carbon, mercurul, alcoolul și toluenul. Toate cu excepția primului fluid sunt ușor inflamabile.

Fig.2.58. Priza de presiune sub forma unui orificiu în peretele solid

Fig. 2.59. Priza de presiune sub forma unui orificiu într-o placă

Priza de presiune (senzorul) este realizată sub forma unui orificiu în peretele solid (fig.2.58) sau într-o placă (fig.2.59) introdusă în fluid. Priza de presiune are diametrul 0,25 …3 mm, realizată cu axa normală la perete sau placă, este lisă (netedă), fără bavuri, practicată lateral sau lateral înspre sus (pentru că dacă se face sus, orificiul poate colecta incluziuni gazoase, iar dacă se realizeză jos, depunerile solide pot obtura orificiul).

Racordul flexibil se execută din cauciuc sau masă plastică, preferabil transparentă.

Tubul transparent se realizează din sticlă sau plexiglas (masă plastică transparentă) la un diametru interior suficient de mare pentru a evita corecția datorată tensiunii superficiale.

b.

Fig.2.60. Modul de citire a nivelului lichidului piezometric

a. menisc concav; b. menisc convex

Nivelul lichidului piezometric se citește, pentru menisc concav sau convex, la mijlocul tubului.

Scara gradată și suportul se extind pe o lungime de maximum dimensiunile operatorului uman (deci aproximativ 1..2 m) pentru ușurința citirilor.

Caracteristicile dinamice ale piezometrelor sunt slabe. Banda de frecvențe BF are vM < 1Hz. Cu cât racordul flexibil este mai lung, cu atât calitățile dinamice sunt mai slabe și cu cât orificiul prizei de presiune este mai mic deasemenea calitățile dinamice ale piezometrului se micșorează. Uneori este necesară strangularea racordului flexibil penru a putea citi presiuni variabile cu aproximație.

Condițiile de asigurare a unei bune funcționări a piezometrului sunt:

etanșarea legăturilor perete – racord metalic, racord metalic – racord flexibil și racord flexibil – tub transparent;

neutralitatea chimică a mediilor fluide și solide în contact;

absența discontinuităților coloanei de lichid. Prezența discontinuităților sub forma unor incluziuni gazoase introduce erori grosoloane la măsurarea presiunii. Înlăturarea incluziunilor de aer se poate face prin purjare, separare inerțială sau separare gravitațională;

evacuarea depunerilor solide din piezometru. Ele apar cel mai des sub formă de murdărie sau rugină;

curățirea periodică a tubului pentru a avea un menisc simetric.

Principalele tipuri de erori în procesul de măsurare cu pizometrele sunt:

de paralaxă la citirea nivelului;

de gradare a scării;

de evaluare a densității fluidelor implicate;

de măsurare a temperaturii fluidelor;

de apreciere a accelerației gravitaționale locale;

de influență a tensiunii superificiale a lichidelor.

Unele piezometre au o construcție mai complexă și sunt prevăzute cu dotări suplimentare. Dacă în procesul de măsurare se depășește intervalul de presiuni pentru care a fost construit instrumentul, la piezometrele obișnuite se pierde lichid piezometric. Există însă și piezometre cu dispozitive de protecție a lichidului piezometric.

Fig.2.61Piezometru cu dispozitiv de protectie

Majoritatea piezometrelor sunt dotate conform fig.2.61, cu un robinet de scurtcircuitare (șuntare) (1) și robinete de evacuare (purjare) (3). Se recomandă ca înclinarea racordurilor flexibile de legătură să fie de cel puțin 1/12 spre instrument, pentru a facilita migrarea eventualelor incluziuni gazoase, dacă apar sau dacă există înspre zona robinetelor de evacuare. [1, pag. 62-65]

Manometrele cu element elastic (cu deplasare)

Manometrele cu element elastic (cu deplasare) sunt aparate de măsură a presiunii formate dintr-un modificator mecanic presiune-deplasare (cu deformare elastică), un amplificator mecanic al deplasării și un afișaj analogic. Uneori se intercalează în această structură traductori mecano- electrici cuplați cu afișaje analogice sau digitale.

Tipuri constructive de manometre cu deplasare

Elementul cel mai important din compunerea unui manometru îl formează modificatorul mecanic presiune – deplasare.

Manometrul cu arc spiral (cu tub Bourdon)

Fig. 2.62. Modificator mecanic al manometrului cu arc spiral

Modificatorul mecanic este format dintr-un tub metalic cu pereți subțiri, de secțiune transversală eliptică cu generatoarea sub forma unui arc de cerc cu unghiul la centru de aproximativ 270o, tubul fiind închis la un capăt și deschis la celălat. Capătul închis se leagă de amplificatorul mecanic compus cel mai des din pârghii și un sector dințat sau o roată dințată ce este solidară cu acul indicator al afișajului.

Capătul deschis este în contact cu sursa de fluid a cărui presiune trebuie măsurată. Funcționarea se bazează pe tendința tubului metalic, ca un corp filiform, de a realiza un volum interior maxim sub acțiunea unei creșteri a presiunii fluidului din interior. Apare tendința de deformare a tubului spre generatoare și spre secțiunea transversală circulară (volumul maxim la aceeași arie pentru corpuri cu extensie monodimensională). Capătul deschis fiind solidar cu suportul aparatului de măsură, se produce o deplasare (deformare elastică) la capătul închis cu mărimea s, conform fig.2.62.

Manometrele cu arc spiral, cele mai des utilizate aparate de măsură a presiunii, se construiesc într-o varietate foarte mare a intervalelor de măsurare și a preciziei. Limita superioară a presiunii relative măsurată cu aceste manometre poate fi de la 0,6 până la 1000 bar. Clasa de precizie are valori între 0,06% și 4%. Banda de frecvență BF are limita superioară a frecvenței vM ≤ 10Hz. Tubul se realizează în mod obișnuit din bronz, alamă sau oțel odată cu creștrea valorilor presiunii prin procedee tehnologice precum tragerea la rece, laminarea sau turnarea și apoi se lipește sau se sudează.

Manometrele cu membrană. Fig.2.63 arată principiul modificatorului mecanic aferent. Sensibilitatea sa este mai constantă pentru membrane inelare decât pentru cele circulare (sub formă de disc).

Intervalul de măsurare are limita superioară între 0,2 și 30 bar (există și construcții până la 1000 bar). Banda de frecvență BF= (0;100) Hz. Acest tip constructiv este util la măsurarea presiunii mediilor fluide vâscoase sau agresive. Atunci modificatorul se realizează din oțel inoxidabil sau masă plastică chimic neutră.

Fig.2.63. Principiul modificatorului mecanic al manometrului cu membrană

Manometrul cu burduf (cu silfoane). Fig.2.64 prezintă principiul modificatorului acestui tip constructiv. Intervalul de măsurare se extinde până la 0,1 sau 5 bar, dar există și variante de 700 bar. Burduful realizat din aliaje de nichel (Ni) are o bună liniaritate într-un interval larg de temperaturi (77…323) K. Manometrul cu burduf este folosit la măsurarea presiunii atmosferice (la barometre).

Fig. 2.64. Modificator mecanic al Fig.2.65. Modificator mecanic al

manometrului cu burduf manometrului cu tub cilindric

Manometrul cu tub cilindric. Fig.2.65 redă principiul modificatorului corespunzător. Aceste aparate de măsură extind banda de frecvență până la mii de Hertz și cresc intervalul de măsurare în detrimentul sensibilității și preciziei.

Manometrul cu piston poate fi realizat în două variante constructive: cu arc (cu resort) (fig. 2.66a) sau cu greutăți (cu mase) (fig.2.66.b).

b.

Fig. 2.66. Modificator mecanic al manometrului cu piston

cu arc (resort) b. cu greutăți (mase)

Manometrul cu piston cu arc funcționează prin echilibrarea forțelor datorate presiunii cu forțele datorate resortului ce acționează asupra pistonului și îi modifică poziția. Presiunea se măsoară prin deplasarea tijei pistonului fig. 2.66.a.

Manometrul cu piston cu greutăți funcționează prin echilibrarea forțelor datorate presiunii cu cele datorate greutăților plasate pe pistonul aparatului. Presiunea se măsoară prin valoarea greutăților de echilibrare necesare.

Manometrele cu piston se pot realiza într-un interval extrem de larg de măsurare și cu precizii apreciabile, datorită metodei directe de măsurare a presiunii. Manometrele cu piston se folosesc deseori la etalonarea altor aparate de măsură. [1, pag. 65-68]

Condițiile tehnice pentru manometre

Manometrele, vacuumetrele și manovacuumetrele indicatoare cu element elastic sunt descrise în STAS 3589-78. Manometrele măsoară suprapresiunile, vacuumetrele măsoară depresiunile și manovacuumetrele măsoară ambele presiuni relative.

Intervalele de măsurare agreate sunt redate în tabelul 2.1.

Tab.2.1. Intervalale de măsurare agreate

Clasele de precizie mai des întâlnite sunt din șirul: 0,06; 0,4 ; 1; 1,6; 2,5; 4 eroare relativă constantă exprimată în procente.

Condițiile de funcționare ale manometrelor solicită încadrarea în intervalul de temperaturi ( -30, +60)oC și umiditate relativă χ 80%.

Manometrele pot fi prevăzute cu protecție specială contra prafului , apei, mediului agresiv sau exploziv.

Manometrele sunt aparate de măsură ce nu trebuie să intre în rezonanță pentru vibrațiile indicate în tabelul 2.2.

Tab.2.2. Condițiile de natură vibratorie ce trebuie satisfăcute de către manometre

Stabilirea manometrelor la suprasarcini exprimată prin suprasarcina admisibilă este prezentată în tabelul 2.3.

Tab.2.3. Condițiile admisibile de suprasarcină a manometrelor

Rezistența la oboseală a manometrelor se exprimă prin condiția aparatelor să fie stabile 15000 de cicluri de presiune variabilă a amplitudini de 30%…70% din valoarea presiunii maximă cu frecvența de 60 cicluri pe minut.

Fiabiliateta manomentrelor se poate evalua cu indicatorii: timpul mediu de bună funcționare ce iau valori din șirul 500…1000h (ore) timpul mediu de reparații cu valori din șirul 1800…25000h.

Corecția de instalare a manometrului se aplică mai ales la măsurarea presiunilor apropiate de presiunea atmosferică, conform fig. 2.67.

Fig.2.67 Distanta pe verticala la care este montat manometrul, tinind cont ca altitudinea influentiaza presiunea atmosferica

Aparatele de măsură din clasa de precizie 0,06;0,4 și 0,6 se utilizează la măsurări de precizie sau pentru verificarea manometrelor din clasa 1; 1,6;2,5;4.

La manometrele cu eroare raportată constantă este recomandat ca în procesul de măsurare să se evite prima treime din scara gradată, pentru a nu introduce erori mari.

Manometrele au prevăzute pe racordul flexibil un robinet care în procesul de măsurare se manevrează lent pentru a se evita șocurile asupra aparatului de măsură din cauza loviturii de berbec.

Manometrele se feresc de vibrații prin racorduri flexibile.

De asemenea, manometrele se izolează de sursele de temperaturi ridicate și de aburi prin racorduri în formă de U sau spirale. Manometrele se leagă de punctul de măsurare a printr-o mufă de strângere (piuliță olandeză) ce permite orientarea dorită a aparatului. Manometrele se montează cu o cheie fixă acționând asupra capului șurubului indicat în fig. 2.67. În niciun caz nu se va strânge cu mâna carcasa în poziția dorită.

Carcasa aparatelor de măsură a presiunii se întâlnește în forme foarte variate. Deseori carcasa este cilindrică – cu racord radial (fig. 2.68.a), cu racord axial (fig. 2.68.b) sau cu racord paralel cu axa cilindrului (fig.2.68.c). Unele carcase au formă paralelipipedică (fig. 2.68.d). Manometrul cu membrană arată uneori precum se vede în fig. 2.69.

Fig. 2.68. Carcasa aparate de măsură a presiunii

Fig. 2.69. Manometru cu membrană Fig.2.70.Cadran manometru cilindric

Cadranul manometrelor cilindrice este prezentat în figura 2.70.

Aici se disting:

reperul colorat pentru indicarea presiunii maxime;

spațiul afectat înscrierii de măsurare (de lucru);

clasa de precizie;

întreprinderea producătoare;

ansamblu de simboluri grafice de tipul constructiv, poziția de funcționare și temperatura de etalonare a aparatului conform tabelului 2.4 și anul de fabricație al manometrului. [1, pag. 71-75]

Tab.2.4.Calitatea functie de varianta aleasa

Manometrele mecano-electrice

Aparatele de măsură denumite manometre mecano-electrice conțin traductori mecano-electrici de deplasare sau de forță.

Traductorii mecano-electrici de deplasare și de forță

Categorii:

Rezistiv potențiometric. Acest traductor mecano-electric este format dintr-un potențiometru ce convertește deplasarea cursorului în tensiune electrică U la ieșire conform schemei din fig. 2.71. Uneori rezistența variabilă se realizează sub forma unui fir electric înfășurat pe un tambur izolator. Atunci funcționarea traductorului se realizează prin contactul electric între lama metalică și spirala rezistenței și ecuația sa este:

(2.26)

în care :

D – diametrul tamburului;

d – diametrul firului;

ρ – rezistivitatea electrică a firului.

Fig. 2.71. Traductor rezistiv potențiometric

Traductorul rezistiv potențiometric este liniar dacă are sensibilitatea mică și o clasă de precizie moderată: 1,5…2,5%.

Rezistiv tensiometric. Acest traductorul mecano-electric se prezintă sub forma unui timbru tensiometric, ce are elementul sensibil un fir sau peliculă sau semiconductor, lipit de o membrană elastică.

Funcționarea, conform fig. 2.72 a, se bazează pe introducerea elementului sensibil într-o punte Wheatstone pe partea electrică și atașării sale mecanice de un element ce suferă o deformare elastică (fig. 2.72.b) pe partea mecanică.

Sensibilitatea traductorului rezistiv tensiometric se poate defini ca o variație relativă a rezistenței timbrului tensiometric corespunzătoare unei variații de presiune:

(2.27)

Constructiv și funcțional se constată că variația relativă a rezistenței timbrului tensiometric este corelată cu alungirea relativă a firului timbrului prin:

(2.28)

Coeficientul 2…5 apare datorită micșorării secțiunii transversale a firului odată cu alungirea sa. Dar

(2.29)

unde A este aria liberă a membranei.

Fig.2.72. a. Rezistiv potențiometric b. Rezistiv tensiometric

Aplicarea mai multor timbre tensometrice pe diferite direcții și plasate în locuri diferite pe o membrană elastică, produce o creștere a sensibilității traductorului și o compensare a erorilor introduse de variațiile de temperatură ale mediului.

Clasa de precizie a traductorilor rezistivi tensiometrici este de aproximativ 1%.

Inductiv. Traductorul mecano-electric de deplasare inductiv este format dintr-o bobină cu miezul feromagnetic mobil (de fapt un transformator electric diferențial liniar variabil) conform fig.2.73.

Fig.2.73. Traductorul mecano-electric de deplasare inductiv

Ecuația de funcționare este:

(2.30)

Inductanța bobinei se modifică în funcție de poziția miezului, deci L(s) și rezultă un curent electric de amplitudine și fază variabilă. Timpul de răspuns depinde de frecvența curentului electric alternativ al sursei. Clasa de precizie a traductorului inductiv este în jur de 0,5%.

Capacitiv. Traductorul mecano-electric de deplasare capacitiv se bazează pe modificarea capacității unui condensator prin deplasarea plăcilor sau dielectricului dintre variante ale unor scheme de principiu.

Deseori traductorii mecano-electrici capacitivi se asociază cu modificatorii (convertorii) electrici capaciatate –frecvență. Circuitul electric echivalent și formulele de calcul sunt redate în fig. 2.74.

Fig.2.74. Traductorul mecano-electic de deplasare capacitiv

Piezometric (de forță). Există substanțe cristalaline la care o forță normală pe axa optică produce deformări și polarizări electrice după axa electrică. Polarizarea electrică se manifestă prin sarcini electrice respectiv printr-o diferență de potențial electric. Situația este redată în fig. 2.75 unde sunt enumerate câteva materiale piezoelectrice cu sensibilitatea lor.

Traductorul mecano – electric piezometric de forță are avantajul unei sensibilități constante (element liniar) și dezavantajul că măsoară numai variațiile de presiune. [1, pag. 75-80]

Fig.2.75 Traductor piezometric de forta

Senzorii electrici de presiune

Senzorii de presiune sunt de fapt traductori mecano-electrici miniaturali. Miniaturizarea senzorului (traductorului) atrage după sine două avantaje foarte importante în procesul de măsurare: rezoluția spațială foarte mărită, în sensul că se poate măsura presiunea într-un punct și calități dinamice deosebite, reușindu-se măsurarea corectă a presiunilor variabile în timp, deci a fluctuațiilor de presiune.

Senzorii de presiune rezistivi (fig. 2.76.a)

Principiul lor de funcționare se bazează pe faptul că un corp filiform (un fir) supus la o creștere de presiune din toate părțile își modifică rezistența electrică din cauza distorsionării structurii moleculare (cristaline). La unele materiale rezistența electrică crește cu presiunea, în timp ce la altele rezistența electrică scade cu presiunea.

Materialele folosite cel mai des sunt manganinul (aliajul Mn 12%, Ni 2%, Cu 86%) cu sensibiliatea S=2 10-6Ω/bar, rubidiul Rb, siliciul Si, acidul acetic, isotanul, isoohmul, cetaniul etc.

Senzori de presiune capacitivi (fig. 2.77.b)

Principiul lor de funcționare se bazează pe faptul că unele materiale își schimbă constanta dielectrică sub acționarea presiunii și astfel se modifică capacitatea unui condensator dacă dielectricul său este supus la diferite presiuni.

c

Fig.2.76. Senzori de presiune

a. rezitivi; b. capacitivi; c. piezolectrică;

Materialale dielectrice cu acestă proprietate sunt: titanatul de bariu BaTiO3, oxidul de magneziu MgO, clorura de potasiu KCl, bromura de potasiu HBr, zirconatul de plumb PbZr, sarea Rochelle etc.

Avantajele acestui tip de senzor de presiune rezidă în timpul de creștere foarte mic Tc 10-7 s și în posibilitatea de a măsura foarte exact capacitatea elctrică.

Senzori de presiune piezolectrică (fig.2.76.c)

Principiul lor de funcționare constă în faptul că există materiale (substanțe cristaline și amorfe) ce dezvoltă o polaritate electrică dacă sunt supuse presiunii (sau eforturilor tangențiale) din toate părțile.

Materialele folosite actualmente cu asemenea proprietăți sunt: acidul tartaric, turmalina și sucroza, toate cu sensibilitatea S=0,5 *10-11 C/bar. Avantajele senzorilor de presiune piezoelectrici sunt: timpul de creștere redus, nu sunt influențați de temperatură și sunt utili la măsurarea în regimuri dinamice. [1, pag. 82]

Instalații de măsurare a presiunii

Instalții de măsurare a presiunii în mai multe variante sunt prezentate în schema bloc. [1, pag. 86]

Fig. 2.77. Schema bloc pentru instalții de măsurare a presiunii

p – presiunea;

Sp – senzor de presiune;

Mpd – modificator presiune deplasare;

Tpp – traductor de presiune pasiv;

Tpa – traductor de presiune activ;

S – sursa (energetică)

pA – preamplificator;

A – amplificator;

C – citire;

V – vizualizare;

I – inregistrare;

P – prelucrare.

Aparate de măsură pentru temperatură

Senzorii de temperatură sunt peste tot – de la termometrul medical al familiei sau termostatul de pe perete la senzorii de pe liniile de producție sau cei de pe navetele spațiale. Pentru satisfacerea multiplelor aplicații, industria senzorilor a dezvoltat tehnici de sesizare diverse.

Temperatura este o măsură a stării termodinamice a obiectului ori sistemului, și descrie macroscopic cantitatea de energie cinetică microscopică din material:

m∙<v>2/2 = (3/2)∙kB∙T (2.31)

unde: m – masa unei molecule;

<v>2 – viteza pătratică medie a unei molecule;

kB – constanta Boltzmann (1,38∙10–23 J/K);

T – temperatura în grade absolute, Kelvin, K (273 + t°C).

Dacă două corpuri au aceeași temperatură, ele sunt în echilibru termodinamic unul față de celălalt. Punându-le în contact nu va exista nici un schimb de căldură între ele (principiul zero al termodinamicii).

Temperatura nu e o măsură a cantității de energie termodinamică a sistemului. Materiale diferite cu masa unitară (1 kg) cedează sau primesc cantități diferite de energie pentru a-și modifica temperatura cu o valoare dată. Temperaturile identice a două corpuri implică doar că nu se va transfera căldură între ele, indiferent de energia termică stocată în fiecare corp. Cantitatea de căldură (energie termică) necesară schimbării cu un grad a temperaturii unui kilogram dintr-un material dat reprezintă căldura specifică "c" a materialului:

c = Q/(m∙Δt) [c]SI= J/(kg∙grd) (2.32)

unde: Q – căldura schimbată (primită sau cedată) de corp în Joule-i "J";

m – masa corpului în kilograme "kg";

Δt – variația temperaturii (creștere/scădere) în grade Celsius (Kelvin). [18]

Dispozitive mecanice de măsurare a temperaturii

Termometrul cu lichid

Modificarea temperaturii unui material produce dilatarea (sau contractarea) materialului. Pe acest fenomen se bazează multe termometre. Tipic este termometrul cu lichid, unde un volum "V" de lichid închis în bulbul termometrului se dilată și volumul suplimentar urcă într-un tub subțire capilar. Înălțimea la care urcă va fi:

h= t ∙4∙Vo∙(alichid – asticla) /(π∙d2) (2.33)

rezultând din egalarea volumului suplimentar de lichid ΔV care iese din bulb și ocupă un volum cilindric în capilar:

ΔV = Vo∙[1+(alichid – asticla)∙t] – Vo = h∙π∙d2/4 (2.34)

unde:

Vo – este volumul bulbului (și de lichid din bulb) la t=0

alichid – coeficientul de dilatare volumică al lichidului

asticla – coeficientul de dilatare volumică al sticlei termometrului

d – diametrul tubului capilar

t – temperatura în grade Celsius.

Lichidele cele mai folosite sunt alcoolul (colorat cu un colorant pentru a fi vizibil în tubul capilar) și mercurul. [18]

Termometrul cu bimetal

Dilatarea termică este utilă în termometrele cu bimetal. Termobimetalele se realizează din lamele subțiri din metale sau aliaje cu coeficienți de dilatare termică liniară diferiți, sudate pe întreaga lor lungime prin laminare la cald. Sub acțiunea căldurii apar deformații dinspre materialul activ (A) cu coeficient de dilatare termică mare, spre materialul inert (I) sau pasiv cu coeficient de dilatare mic. Dacă la temperatura de 0°C lamela bimetalică este dreaptă, reprezentată cu culoare roșie, la creșterea temperaturii cu Δt°C, prin alungirea termică diferită a celor două materiale, lamela se va curba aproximativ ca un arc de cerc cu raza "R" care închide unghiul la centru "Δφ=2∙u" (reprezentat cu linie neagră). Exprimând alungirile termice ale celor două lamele cu condiția aderenței lor pe întreaga lungime de contact, rezultă:

L1 = ∙R1 = L∙(1+I∙t) (2.35)

L2 = ∙(R1 +g) = L∙(1+ A∙t) ∙g =L∙(A–I)∙t (2.36)

unde: A, I – coeficienții de dilatare termică liniară ai celor două materiale;

g – grosimea totală a celor două lamele;

L – lungimea lamelei în stare nedeformată. [18]

Fig.2.78. Deformarea bimetalului sub acțiunea căldurii

Termometrul cu gaz la volum constant

Termometrul cu gaz la volum constant funcționează pe baza ecuației termice a gazelor:

p∙V = n∙R∙T (2.37)

unde: p – presiunea gazului;

V–volumul gazului;

n–numărul de kilomoli de gaz;

R–constanta universală a gazelor (8310 J/(K∙kmol))

T–temperatura în grade absolute, Kelvin, K (273+t șC).

Ecuația (2.37) arată că se poate măsura temperatura din dilatarea unui gaz la presiune constantă. În practică este mai avantajos să menținem volumul de gaz constant și să măsurăm presiunea pentru a determina temperatura. Avantajele acestui tip de termometru sunt deosebita liniaritate și repetabilitatea.

Fig.2.79.Termometru cu gaz la volum constant

La termometrul cu gaz la volum constant, temperatura este măsurată de presiunea generată de un volum fix de gaz. [18]

Dispozitive electrice pentru măsurarea temperaturii

Termocuplul

Într-un fir metalic ale cărui capete se află la temperaturi diferite TA > TB apare o diferență de potențial electric (o tensiune termoelectrică) UAB cauzată de faptul că electronii de conducție din capătul cu temperatură mai mare au o energie cinetică mai mare și vor difuza către capătul mai rece. În acest fel capătul cald se va încărca pozitiv iar capătul rece al firului se va încărca negativ. De remarcat că în cazul în care purtătorii mobili de sarcină sunt golurile, sarcini pozitive, atunci capătul cald se încarcă negativ iar cel rece pozitiv. Acest fenomen a fost pus în evidență de Seebeck în anul 1821 și poartă ca atare numele de efect Seebeck. Efectul termoelectric sau efectul Seebeck este folosit și pentru determinarea tipului de purtători de sarcină liberi dintr-un semiconductor.

Fig.2.80. Principiul termocuplului. Generarea unei tensiuni termoelectrice prin aplicarea unei diferențe de temperatură unui dispozitiv format din 2 metale diferite. [18]

Termorezistența din platină

Din cauza vibrațiilor atomilor în nodurile rețelei cristaline a unui metal, deplasarea electronilor de conducție este îngreunată. În acest fel se mărește rezistivitatea electrică a metalelor cu o componentă dependentă de temperatură fiindcă amplitudinea vibrațiilor rețelei cristaline este dependentă de temperatură. Cunoscând dependența de temperatură a rezistivității electrice a metalului, putem construi un senzor de temperatură bazat pe acest fenomen. Platina se utilizează la construirea termorezistențelor fiindcă se prelucrează relativ ușor și este stabilă din punct de vedere chimic și fizic pe o gamă largă de temperaturi în diverse medii.

Fig.2.81. Construcția unei termorezistențe din platină

Moduri de măsurare a temperaturii

Sesizarea temperaturii se poate face prin:

contact cu obiectul

fără contact.

Sesizarea prin contact a temperaturii se face cu:

Termometre mecanice

Termocuplul

Termorezistența (RTD, Resistance Temperature Detector)

Termistorul

Dispozitive semiconductoare

Sesizarea fără contact a temperaturii se face prin măsurarea energiei undelor electromagnetice emise de corpurile solide sau lichide, de obicei radiația infraroșie (IR).

Avantajele termocuplelor

Lucreză la temperaturi mari

Robuste

Pot să răspundă repede

Avantajele RTD

Domeniu larg de temperaturi

Repetabilitate și stabilitate

Liniaritate

Costuri mici de interconectare

Avantajele termistoarelor

Preț mic

Rezistență electrică mare

Dimensiuni mici

Semnal mare

Sensibilitate mare

Avantajele IR

Interacțiune minimă cu mediul

Măsoară temperatura obiectelor în mișcare

Nu contaminează obiectul măsurat

Poate fi izolat de mediile periculoase[18]

MĂSURAREA GAZELOR

Generalități

Transportul gazelor naturale din zonele de extracție spre centrele de consum se face, în general, prin conductele de transport și distribuție.

Problemele care apar în legătură cu proiectarea, construcția și exploatarea acestor conducte de gaze au o deosebită importanță practică și prezintă o serie de aspecte speciale, afectate esențial de proprietățile gazelor naturale.

Modelul de gaz perfect și legile lui

Gazele sunt corpuri care se află în stare gazoasă în condiții de presiune și temperatură depărtate de punctul de lichefiere. Vaporii sunt corpuri în stare gazoasă în condiții de presiune și temperatură din vecinătatea punctului de lichefiere.

Se numește gaz perfect un corp în stare gazoasă ipotetică, format din molecule perfect sferice, perfect elastice, lipsite de forțe de interacțiune și cu volum propriu neglijabil. Modelul de gaz perfect poate fi asemănat cu un gaz real, aflat în condiții de presiune foarte mică și de temperatură foarte înaltă.

Principalele legi respectate de gazele perfecte sunt următoarele:

Legea Boyle-Mariotte: La temperatură constantă, volumul unei anumite cantități de gaz perfect variază invers proporțional cu presiunea:

(3.1)

Legea Gay-Lussac: La presiune constantă, volumul unei anumite cantități de gaz variază direct proporțional cu temperatura:

(3.2)

Legea lui Charles: La volum constant, presiunea unei anumite cantități de gaz variază direct proporțional cu temperatura:

(3.3)

Legea lui Avogadro: La aceeași presiune și temperatură, volume egale din gaze diferite conțin același număr de molecule.

În condiții normale, caracterizate prin presiunea pN = 1 atm = 1,013·105 Pa și temperatura TN = 273,16 K, volumul unui kilomol de gaz, oricare ar fi acesta este VM,N = 22,414

Numărul de molecule de gaz aflate într-un kilomol este același pentru orice gaz și în orice condiții. Această valoare, numită numărul lui Avogadro, este NA = 6,023·1026.

Se observă că primele trei legi caracterizează trei procese termodinamice simple și anume acelea în care din cei trei parametri de stare, p, V, T, câte unul rămâne constant. Dacă toți parametrii variază, prin combinarea a două din cele trei legi amintite, se obține relația:

(3.4)

Pentru un kilogram de gaz perfect, această relație se scrie:

(3.5)

și se numește ecuația generală de stare a gazelor perfecte (ecuația lui Clapeyron), fiind masa specifică a gazului.

Constanta R este specifică fiecărui gaz considerat și se determină din formula:

(3.6)

unde RM = 8314,2 J/kmol/K este constanta universală a gazelor, iar M – masa molară a gazului respectiv.

Gaze reale. Ecuația de stare a gazelor reale

Experimental au fost constatate abateri semnificative de la legile gazelor perfecte, datorate interacțiunilor moleculare care apar în cazul gazelor reale. A fost propus un număr mare de ecuații de stare pentru gazele reale, fără a se ajunge la o rezolvare completă a acestei probleme. Dintre acestea, un rol deosebit l-a jucat ecuația lui van der Waals, stabilită pe baza unor considerații cinetico-moleculare sub forma:

(3.7)

constantele a, b și R depinzând de natura gazului real. Calitativ, ecuația (3.7) redă particularitățile de comportare ale gazelor reale, dar cantitativ ea nu concordă cu experiențele efectuate.

Mulți cercetători au apelat la metoda semiteoretică a corelării datelor experimentale, obținând numeroase ecuații de stare ale căror expresii sunt cu atât mai complicate cu cât aproximează în condiții mai bune comportarea reală a gazelor.

Cea mai utilizată ecuație de stare a gazelor reale este:

(3.8)

unde Z este factorul de abatere a gazului de la modelul de gaz perfect. Acesta se poate obține grafic din „diagrama universală” în funcție de parametrii reduși ai gazului:

(3.9)

unde și sunt parametrii critici ai gazului. De asemenea, pot fi utilizate relații de calcul de forma:

(3.10)

cu A și B constante, C(T) – o funcție de temperatură și n – un număr constant. În această categorie se încadrează formula lui Adamov:

(3.11)

temperatura t fiind exprimată în grade Celsius și presiunea p în atmosfere.

Pentru gazele naturale, la o bună concordanță cu datele experimentale conduce și formula lui Berthelot :

(3.12)

care se mai poate scrie, ținând seamă de (3.9):

(3.13)

Această formulă este foarte des utilizată în calculele de dimensionare a conductelor de transport gaze naturale, dar și a celor de distribuție.

Amestecuri de gaze

Un amestec de gaze se definește prin fracțiile (participațiile) componenților acestuia. Fracțiile pot fi masice, volumice și molare. Relațiile de definire sunt:

(3.14)

(3.15)

(3.16)

unde N este numărul de componenți, mi – masa componentului i, Vi – volumul ocupat de componentul i, iar ni – numărul de kilomoli ai componentului i.

Relațiile dintre fracții sunt:

(3.17)

fiind masa molară a componentului i. Un amestec de gaze perfecte se comportă ca un gaz perfect, iar masa sa molară, având un caracter aparent, se calculează cu una dintre formulele:

(3.18)

Corespunzător se definește constanta aparentă de gaz perfect a amestecului:

(3.19)

Cu ajutorul acesteia pot fi calculate masa specifică și volumul specific ale amestecului:

(3.20)

În cazul amestecurilor de gaze reale, se poate apela la regula empirică a lui Kay pentru calculul presiunii și temperaturii pseudocritice în funcție de valorile parametrilor critici ai componenților:

(3.21)

Dacă nu se cunoaște compoziția amestecului de gaze, parametrii pseudo-critici pot fi calculați în funcție de densitatea relativă Δ a amestecului cu formulele aproximative (Istomin):

ppc = (49,37–6,40 Δ)·105, Tpc = 171,5 Δ + 97 (3.22)

presiunea rezultând în pascal, iar temperatura în kelvin.

Cunoscându-se parametrii pseudocritici, se poate trece la calculul parametrilor reduși (în cazul amestecurilor de gaze se utilizează și denumirea de parametrii pseudoreduși), iar din diagrama universală se poate determina valoarea factorului de abatere de la legea gazelor perfecte. Acest mod de calcul al factorului de abatere Zam nu este destul de precis, având mai mult un caracter orientativ. Un calcul mai riguros al lui Zam se poate face pe baza legilor amestecurilor de gaze. Astfel, apelând la legea lui Amagat, și respectiv la legea lui Dalton se poate scrie:

(3.23)

(3.24)

Aparent, formulele (3.23) și (3.24) sunt identice, dar conduc la rezultate diferite deoarece formulele cu ajutorul cărora se determină Zi sunt diferite. În general, valoarea lui Zam dată de formula (3.23) este mai exactă.

Proprietățile gazelor naturale

Gazele naturale sunt hidrocarburi ușoare parafinice (alcani), care în condiții normale de presiune și temperatură se află în stare gazoasă. Gazele neasociate, pentru care se utilizează de obicei denumirea de gaze naturale, sunt hidrocarburi gazoase care se găsesc sub formă de gaze libere în condițiile inițiale de presiune și de temperatură ale unui zăcământ care nu conține petrol.

Gazele asociate sunt definite ca hidrocarburi gazoase ce se găsesc sub formă de gaze libere, în condiții de zăcământ și în contact cu o zonă saturată cu petrol din care se produce sau se poate produce acesta din urmă.

Gazele dizolvate sunt hidrocarburi gazoase care, în condiții inițiale de zăcământ se găsesc dizolvate în petrol.

Masa specifică a gazelor poate fi definită dacă se precizează condițiile de presiune și temperatură, deoarece volumul gazelor variază în funcție de acestea. În condiții normale (pN = 1,013·105 Pa și TN = 273,16 K), se definește masa specifică normală:

(3.25)

exprimată în kilograme pe metru cub normal, M și VM,N având semnificațiile precizate anterior. La presiunea p și temperatura T, gazul are masa specifică:

(3.26)

m fiind masa de gaz iar V – volumul ocupat de acesta.

Densitatea relativă Δ a unui gaz este raportul dintre masa lui specifică și cea a aerului, în aceleași condiții:

(3.27)

indicii g și a referindu-se la gaz, respectiv la aer.

Gazele naturale sunt amestecuri de hidrocarburi gazoase. Cunoscând fracțiile volumice sau molare ale componenților gazului, se poate calcula masa specifică cu:

(3.28)

unde ρi este masa specifică a componentului i. Aceasta se poate calcula ținând seamă de factorul de abatere Zi cu:

(3.29)

Presiunea parțială pi rezultă din:

(3.30)

De asemenea se poate utiliza și formula:

(3.31)

unde Ma se calculează cu una din formulele (3.18), iar Zam cu formula (3.23).

Vâscozitatea, definită ca proprietatea fluidelor de a se opune mișcării datorită forțelor interne de frecare, în cazul gazelor, prezintă caracteristica de a scădea cu creșterea masei molare. Când presiunea nu depășește 70 bar, vâscozitatea dinamică crește cu temperatura, conform formulei lui W. Sutherland: (3.32)

în care este valoarea vâscozității în condiții normale, iar C este o constantă specifică gazului respectiv. Pentru metan C = 168, iar

Pentru amestecuri de gaze, vâscozitatea cinematică se determină cu ajutorul formulei:

(3.33)

vâscozitatea dinamică fiind:

(3.34)

Căldura specifică sau capacitatea calorică, reprezintă cantitatea de căldură necesară unității de substanță pentru ca temperatura acesteia să crească cu un kelvin. La gaze, căldura specifică se definește în funcție de natura procesului termic. Există astfel căldură specifică izobară masică cp J/kg/K, molară Cp,m J/kmol/K și volumică Cp J//K, respectiv căldură specifică izocoră masică cv J/kg/K, molară Cv,M J/kmol/K și volumică Cv J//K. Între aceste două feluri de căldură specifică există relațiile:

(3.35)

unde k este exponentul adiabatic și are valorile: 1,67 pentru gaze monoatomice, 1,40 pentru gaze biatomice, 1,33 pentru gaze poliatomice.

De asemenea există relațiile:

(3.36)

Între căldurile specifice izobară și izocoră se pot scrie relațiile:

(3.37)

Pentru amestecuri de gaze, se utilizează formulele de exprimare a căldurilor specifice ale amestecurilor în funcție de fracțiile componenților:

(3.38)

(3.39)

(3.40)

Dependența de temperatură a căldurii specifice izobare a gazelor naturale, este dată de relația:

(3.41) C onductivitatea termică, definită ca proprietatea corpurilor aflate în repaus de a permite trecerea căldurii din zone cu temperatură mai înaltă spre zonele cu temperatură mai joasă, este foarte mică în cazul gazelor. Pentru amestecuri de gaze cu compoziție cunoscută conductivitatea termică medie se calculează cu:

(3.42)

unde este conductivitatea termică a componentului i, a cărei participație molară este yi .

Dependența de temperatură a conductivității termice a gazelor naturale, este dată de relația

(3.43)

unde W/m/K este conductivitatea termică în condiții normale.

În tabelul 1 sunt prezentate principalele proprietăți fizico-chimice ale hidrocarburilor gazoase care intră în componența gazelor naturale.

Tabelul 3.1. Principalele proprietăți fizico-chimice ale hidrocarburilor gazoase

Proprietățile fizice ale gazelor naturale

Cunoașterea comportării gazelor naturale, care reprezintă amestecuri de gaze reale ce diferă de gazele ideale, reprezintă o necesitate în contextul proceselor termodinamice ce au loc în condițiie agregatelor de comprimare sau în instalațiile tehnologice aferente.

Legile gazelor perfecte

Ecuația generală a gazelor perfecte (Clapeyron)

PV =RT – pentru 1 Kg de gaz (3.44)

PV = GRT – pentru G Kg de gaze (3.45)

în care :

P – presiunea absolută a gazului [Kgf/m2]

V –volumul de gaz [m3]

T –temperatura absoluta a gazelor [K]

R – constanta gazului [Kmol/ Kg*K]

Presiunea absoluta (Pa) =presiunea relativa (Prel) + presiunea barometrica (B)

Pa=Prel+B/735,5 (3.46) Unitatea de măsură pentru temperatură este gradul centesimal, temperatura absolută T, este temperatura măsurată (termometrică) sau luată în considerare față de zero absolut.

T=trel+273,15 (3.47)

Trel – temperatura relativa masurata fata de 00C

Între presiunea absoluta și temperatura absolută și volumul specific există relația:

PVM=RT, pentru un Kmol gaz; (3.48) PV= nRT, pentru n Kmol de gaz (3.49)

în care:

P –presiunea absoluta a gazului [Kgf/m2]

V- volumul de gaz [m3]

T- temperatura absoluta a gazelor [K]

R – constanta universala a gazelor

R=MR=1,988 Kcal/KmolK [Kmol/Kg*K]

n- numarul de Kmoli

Daca se cunoaște volumul V1, la starea P1, T1,volumul la starea P2,T2 se determina cu formula:

(3.50)

Legea lui Avogadro

La temperaturi și presiuni egale, volume egale din diferite gaze conțin un număr egal de molecule.

Greutățile specifice ale gazelor la temperaturi și presiuni sunt direct proporționale cu greutățile moleculare:

(3.51)

unde semnificația și unitățile de măsură sunt aceleași cu cele expuse mai sus

VM=constant (3.52)

Volumul molar a unui Kmol este același pentru un anumit gaz, la aceeași temeperatură și presiune.

Astfel:

La 00C și 760 mm col.Hg volumul molar pentru fiecare gaz = 22,41 Nmc

La 200C si 760 mm col Hg, volumul molar pentru fiecare gaz= 24,05Nmc

Greutatea specifică la starea normală a oricărui gaz:

γ= M/22,41 (3.53)

Densitatea relativă (față de aer)

pentru metan (M= 16 kg/kmol) (3.54)

Legea lui Henry

Greutatea gazului dizolvat la temperatură constantă în unitate de volum dizolvant este aproximativ proporțional cu presiunea absolută a gazului deasupra dizolvantului:

G = C p (3.55)

Se mai poate exprima cantitatea de gaz dizolvat cu ajutorul fracției molare N=P1/P

unde:

P1 –presiunea gazului in solutie

P – presiunea de saturație a vaporilor la temperatura dată.

În cazul unui amestec fiecare component se va dizolva la presiunea sa parțială și nu la presiunea totală.

Dizolvarea gazului va continua până în momentul în care presiunea parțială în faza de vapori se va egla cu presiunea lui parțială în faza lichidă, adică disoluția se face datorită diferenței de presiune parțială a gazului în cele două faze.

Solubilitatea depinde de tipul de contact între gaz și lichid, crește cu presiunea mai ales până la presiunea de saturație, iar creșterea temperaturii scade de obicei solubilitatea.

Legea lui Raoult

Într-o soluție cu mai mulți componenți, presiunea parțială Pa a gazului sau a vaporilor a oricărui component deasupra soluției este:

Pa=A1*PA (3.56)

unde:

Pa- presiunea parțială a gazului

A1- concentrația molară a gazului în lichid

PA- tensiunea de vapori

Concentrația molară în faza gazoasă ai cărei componenți nu reacționează chimic între ei, conform acestei legi, presiunea totală este egală cu suma presiunilor parțiale ale componenților

P=P1+P2+…+Pn (3.57)

Volumul fiecărui component este egal cu volumul total al amestecului.

Din legea lui Dalton conjugată cu legea lui Boyle se obține relația cu care se calculează presiunea parțială în funcție de presiunea totală și fracția molară sau volumetrică:

Pi=r1 P (3.58)

unde

P1 –presiunea parțială a componentului i

r1- fracția molară egală cu fracția volumetrică a gazului respectiv

P- presiunea totală a oricărui component într-un amestec omogen sau într-o soluție este definită ca numărul total al molilor din amestec sau din soluție,

Fie N1…Nn numărul de moli, G1,…Gn greutatea moleculară a componenților amestecului, fracția unui component n este:

(3.59)

Greutatea moleculară medie (aparentă)

(3.60)

Legea lui Graham

Vitezele medii ale moleculelor de gaze sunt invers proporționale cu rădăcinile pătrate ale greutăților specifice.

(3.61)

unde:

W1,2- vitezele medii a doua gaze [m/s]

γ1,2 – greutățile specifice a două gaze [Kgfm3 ]

M1,2 –greutățile moleculare a două gaze [kg/kmol]

Dacă două gaze diferite, la aceeași presiune și temperatură, ies prin orificiu, atunci timpii t1 și t2 în decursul cărora presiunea fiecărui gaz scade cu aceeași valoare, vor fi invers proporționali cu vitezele moleculelor gazelor.

(3.62)

Legile gazelor reale

Toate gazele prezintă abateri de la legile gazelor perfecte, mărimea abaterilor variind în funcție de temperatura, de presiune și de natura gazelor. Abaterile sunt cu atât mai reduse cu cât gazul este mai departat de starea în care condenseaza.

Legile și relațiile gazelor perfecte se corectează prin introducerea unui termen empiric, determinat de regulă prin măsurători practice, sau pe cale teoretică (formulele Van der Waals, D. Berthelot, Beatty-Bridgman, Benedict, Rubin, Kazarovski, etc.) [10, pag. 54]

Coeficienți de corectare a legii gazelor perfecte

Coeficientul de compresibilitate

Legea gazelor perfecte devine:

PV=ZRT – pentru 1 kg de gaz (3.63)

PV=ZGRT – pentru G kg de gaze (3.64)

PV=ZnRT – pentru n kmoli de gaz (3.65)

Coeficientul Z reprezintă o mărime adimensională (coeficient de compresibilitate) și variază în funcție de temperatură, presiune și natura gazului.

Valorile coeficientului Z se determină mai ușor prin curbe experimentale PV=f(P) din tabelele sau din diagrame Z =(P,T) și în funcție de densitatea relativă.

În locul lui Z se mai poate utiliza raportul compresibilităților:

(3.66)

Z’ se regăsește în tabele și diagrame, în funcție de natura gazului, presiune și temperatura.

Factorul Z de abatere a gazelor de la legea gazelor perfecte este redat în fig 3.1. [10, pag. 55-56]

Fig.3.1. Factorul Z de abatere a gazelor de la legea gazelor perfecte

Căldura specifică

Căldura specifică a gazelor naturale variază în limite largi în funcție de presiuni și temperaturi, fiind corelată cu acești parametri prin relația de calcul de dimensionează diferența entalpiilor:

La presiune constantă se aplică relația:

(3.67)

În figura 3.2 se prezintă căldura specifică a hidrocarburilor gazoase. [10, pag. 67]

Fig.3.2. Căldura specifică a hidrocarburilor gazoase

Valorile necesare calculelor căldurii specifice se regăsesc în tabele și diagrame, ca în exemplul redat în tabelul de mai jos:

Tab. 3.2.

Fugacitatea

Fugacitatea se definește prin presiunea pe care trebuie să o dezvolte un gaz real, pentru a avea aceeași acțiune ca și gazul ideal. [10, pag. 67]

În cazul presiunilor mici f/P=1, dar în domeniul presiunilor mari, fugacitatea diferă mult de presiunea de vapori.

Laminarea gazelor naturale

Determinarea scăderii temperaturii obținuta prin laminarea gazelor naturale se realizează cu ajutorul diagramelor.

O abatere importantă față de gazul ideal o prezintă gazele naturale în procesul de laminare unde, neexistând schimb de căldura cu exteriorul și nici efectuare de lucru mecanic, entalpia rămâne constantă.

În figura 3.3 se prezintă scăderea temperaturii obținută prin laminarea gazelor cu densitatea relativă 0,6. [10, pag. 71-72]

Fig.3.3. Scăderea temperaturii obținută prin laminarea gazelor cu densitatea relativă 0,6

Măsurarea cantităților de gaze naturale tranzacționate în România

Conform Regulamentului de Măsurare, gazele naturale tranzacționate între producători/furnizori, transportator, distribuitori și consumatorii de gaze naturale se măsoară în punctele de predare-preluare comercială a gazelor naturale.

Sistemele/mijloacele de măsurare ce se vor utiliza pentru măsurarea gazelor naturale tranzacționate în România vor îndeplini cerințele tehnice, funcționale și de montaj minime precizate în Regulamentul de măsurare a cantităților de gaze naturale.

Regulamentul de măsurare se aplică măsurării gazelor naturale în punctele de predare-preluare comercială, după cum urmează:

a) la intrarea în SNT din câmpurile de producție și din depozitele de înmagazinare subterană;

b) la ieșirea din SNT, respectiv la intrarea în sistemele de distribuție, în depozitele de înmagazinare subterană sau direct la consumatorii racordați la SNT;

c) la ieșirea din conductele colectoare ale producătorilor, respectiv la intrarea în sistemele de distribuție sau la consumatorii racordați direct la acestea;

d) la ieșirea din sistemele de distribuție, respectiv la intrarea la consumatorii casnici sau noncasnici ori la alte sisteme de distribuție;

e) la ieșirea din SNT/sistemul de distribuție, respectiv la intrarea în stațiile de producere a gazelor naturale comprimate pentru autovehicule;

f) la ieșirea din conductele din amonte sau din punctele de import, în cazul măsurării cantităților de gaze naturale tranzacționate prin magistralele directe.

Măsurarea comercială a gazelor naturale se realizează prin intermediul sistemelor de măsurare sau al mijloacelor de măsurare montate în punctele de predare-preluare comercială (PM-uri, SM-uri sau SRM-uri). Sistemele/mijloacele de măsurare utilizate trebuie să corespundă parametrilor de curgere (viteză, debit, presiune, temperatură, număr Reynolds), de calitate a gazelor naturale măsurate și de mediu în are acestea sunt montate.

SM-urile sau SRM-urile trebuie să fie proiectate, construite, exploatate și întreținute în conformitate cu legislația în vigoare, cu normele și reglementările tehnice europene și internaționale aplicabile, cu instrucțiunile producătorilor de contoare/sisteme și echipamente de măsurare. Pentru gazele naturale măsurate pe piața gazelor naturale este obligatorie conversia volumelor măsurate în condiții de lucru la condiții de bază.

Condițiile de bază sunt p = 1,01325 bar și T = 288,15 K

Temperatura de combustie pentru determinarea compoziției chimice a gazelor naturale este de 15°C.

Sistemele/mijloacele de măsurare sunt în proprietatea titularului de autorizație de funcționare/licență care predă gazele naturale, respectiv producătorii, operatorii de înmagazinare, de transport și de distribuție de gaze naturale.

Proprietarul/operatorul sistemelor de bază, la solicitarea celeilalte părți, va accepta, pe baza unei documentații tehnice avizate de către proprietarul/operatorul sistemelor de bază, ca aceasta să monteze în SM-uri sau SRM-uri sisteme de măsurare proprii, numite sisteme de control, cu aceeași clasă de exactitate ca a celor de bază. Măsurarea cu sistemele de control nu este opozabilă măsurării cu sisteme de bază. [13]

Caracteristici metrologice ale sistemelor de măsurare utilizate pe piața gazelor naturale

Sistemul de măsurare cu element deprimogen este alcătuit din următoarele componente:

– tronsoane de conducte amonte și aval;

– element primar:

a) element deprimogen de tipul:

1. diafragmă cu prize de presiune în unghi;

2. diafragmă cu prize de presiune la flanșe;

3. diafragmă cu prize de presiune la D și D/2.

Diafragmele se pot monta în dispozitive port-diafragmă;

b) prize de presiune;

– elemente secundare (traductoare), care pot fi:

traductoare de presiune statică;

traductoare de presiune diferențială;

traductoare de temperatură;

traductor multivariabil;

termorezistență;

traductor de densitate;

cromatograf de linie;

– element terțiar (calculator de debit);

– elemente auxiliare, care sunt țevi de impuls pentru preluarea parametrilor gazelor naturale.

Incertitudinea de măsurare cu aceste sisteme a volumelor de gaze naturale trebuie să fie de maximum ± 1,5%.

Elementele secundare din sistemul de măsurare, respectiv traductoarele de presiune statică, diferențială, temperatură, multivariabile sau densitate, nu trebuie să depășească o eroare maximă de ± 0,1%.

Elementul terțiar al sistemului de măsurare, respectiv calculatorul de debit (incluzând convertoarele de intrare), va avea eroarea maximă admisă de calcul a volumului corectat de ± 0,2%. [13]

Sistemul de măsurare cu contoare cu pistoane rotative sau cu turbină poate fi alcătuit în două configurații:

1. a) contor cu pistoane rotative sau contor cu turbină;

b) convertor electronic de volum de gaz, care poate fi de două tipuri:

– complet (cu traductoare integrate);

– cu traductoare externe;

2. a) contor cu pistoane rotative sau contor cu turbină;

b) traductoare:

– de presiune statică și de temperatură;

– de densitate;

c) calculator de debit.

Operatorul licențiat care exploatează sistemele de măsurare va lua toate măsurile pentru funcționarea sistemelor de măsurare cu o incertitudine de măsurare a cantităților de gaze naturale (în volume) de ± 1%.

Convertoarele electronice de volum trebuie să fie în conformitate cu normativele europene și/sau internaționale în vigoare. Erorile maxime admise la verificarea metrologică inițială pentru contoarele cu pistoane rotative sau cu turbină sunt:

a) pentru Qmin ≤ Q < Qt, eroarea maximă este de ± 2%;

b) pentru Qt ≤ Q ≤ Qmax, eroarea maximă este de ± 1%;

unde:

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qt – debitul de tranzit; este debitul care desparte domeniul de debit în două zone distincte, care au erori maxime admise diferite.

Valoarea debitului de tranzit este funcție de raportul Qmax/Qmin.

Tab.3.2. Raportul între debitul maxim/minim pentru contoare cu turbină, cu pistoane rotative

Dacă verificarea metrologică inițială se face la presiuni mai mari de 4 bar, erorile maxime admise sunt următoarele:

a) pentru Qmin ≤ Q < Qt, eroarea maximă este de ± 1%

b) pentru Qt ≤ Q ≤ Qmax, eroarea maximă este de ± 0,5%

Erorile maxime admise la verificarea metrologică inițială pentru convertoarele electronice sunt:

a) ± 0,5%, pentru condiții de referință (t = 20± 5°C și presiune atmosferică)

b) ± 1%, pentru condiții de lucru. [13]

Sistemul de măsurare cu contoare cu ultrasunete este alcătuit din:

1. contor cu ultrasunete;

2. traductoare, care pot fi:

– de presiune statică și de temperatură;

– de densitate;

3. calculator de debit.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică a contoarelor cu ultrasunete sunt cele din tabelul 3.3:

Tab. 3.3. Erorile maxime admise a contoarelor cu ultrasunete

unde:

Dn reprezintă diametrul contorului;

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qt – debitul de tranzit; este debitul care desparte domeniul de debit în două zone distincte, care au erori maxime admise diferite. [13]

Contoarele de gaz cu membrană (pereți deformabili) se recomandă ca din punct de vedere constructiv să fie conforme cu prevederile SR EN 1359. Erorile maxime admise la verificarea metrologică pentru aceste tipuri de contoare sunt cele din tabelul 3.4.

Tab. 3.4. Erorile maxime admise a contoarelor cu membrană

unde:

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică a contoarelor cu membrană prevăzute cu dispozitiv de conversie a temperaturii se majorează în conformitate cu prevederile legislației metrologice aplicabile. [13]

Cerințe tehnice și funcționale pentru sistemele de măsurare

Conform regulamentului de măsurare toate mijloacele de măsurare trebuie să fie realizate de către producători care dețin un sistem al calității certificat. Pe piața gazelor naturale se pot folosi și alte tipuri de mijloace/sisteme de măsurare pentru care regulamentul de măsurare nu prevede cerințe tehnice și funcționale minime. Acestea trebuie să respecte prevederile legislației metrologice și se vor folosi numai cu acordul părților participante la tranzacție.

Contoarele cu pistoane rotative, cu turbină sau cu ultrasunete trebuie să funcționeze corespunzător și în cazul măsurării unui debit de 1,2 Qmax timp de minimum o oră.

Contoarele de gaze naturale, în funcție de clasa de exactitate, trebuie să îndeplinească condițiile din tabelul de mai jos:

Tab.3.5. Condiții ale contoarelor de gaze naturale în funcție de clasa de exactitate

unde:

Qmax – cea mai mare valoare a debitului la care contorul de gaz furnizează indicații ce îndeplinesc cerințele privind erorile maxime tolerate;

Qmin – cea mai mică valoare a debitului la care contorul de gaz furnizează indicații ce îndeplinesc cerințele privind erorile maxime tolerate;

Qt – debitul de tranzit; este debitul situat între debitul maxim și debitul minim la care domeniul de debit este împărțit în două zone, "zona inferioară" și "zona superioară". Fiecare zonă are o eroare maximătolerată caracteristică;

Qr – debitul de suprasarcină; este cea mai mare valoare a debitului la care contorul funcționează într-o manieră satisfăcătoare pentru o perioadă scurtă de timp, fără să se deterioreze. Proprietarul/operatorul punctelor de predare/preluare comercială a gazelor naturale va alege echipamentul de măsurare în funcție de domeniul de debit și de parametrii de livrare.

Dacă un singur echipament nu poate acoperi întregul domeniu de debit se vor alege două sau mai multe mijloace de măsurare, instalate în paralel, care pot fi utilizate simultan sau alternativ în funcție de debitul solicitat în anumite perioade, astfel încât înregistrarea consumului de gaze livrate să nu fie afectată de debitele extreme.

Domeniul de temperatură a gazului măsurat trebuie să fie de minimum 40°C. Se recomandă ca limitele domeniului să fie între -10°C … +30°C.

Contoarele trebuie să fie proiectate și executate pentru condiții climatice de lucru în domeniu de cel puțin -20°C … +40°C.

Dispozitivul indicator trebuie să aibă un număr de cifre suficient astfel încât cantitatea măsurată timp de 8.000 de ore la Qmax să nu aducă cifrele la valoarea inițială. [13]

Cerințe funcționale pentru contoare cu preplată sau cu teletransmisie de date

În cazul utilizării contoarelor de gaz alimentate cu energie electrică (contoare cu preplată sau teletransmisie), bateria va avea o durată de viață de minimum 5 ani. După consumarea a 90% din energia bateriei, un semnal de avertizare corespunzător va fi afișat pe ecranul contorului.

Cartelele utilizate la acest tip de contor pot fi construite având ca model orientativ SR ISO/CEI 7816-4+A1. Acestea vor avea posibilitatea de reîncărcare și de îmbunătățire a performanțelor, operație asigurată de către operatorul de distribuție licențiat.

În cazul utilizării contoarelor cu teletransmisie, operatorul de distribuție licențiat va asigura gestionarea unei baze de date care să asigure păstrarea valorilor a cel puțin 20 de citiri în regim operativ și minimum pentru 3 ani pe suport extern. [13]

Convertoare electronice, traductoare și calculatoare de debit

Convertoare electronice de volum

Montarea convertoarelor de volum este obligatorie pentru toate contoarele, cu excepția contoarelor cu membrană pentru presiuni de lucru sub 50 mbar.

Convertorul trebuie să afișeze toate datele relevante ale măsurării fără utilizarea unor echipamente adiționale. Afișarea volumului corectat trebuie să se facă, de regulă, la nivel de unitate de volum. Prin acordul părților implicate în măsurarea gazelor naturale, pentru indicarea volumului corectat se pot utiliza afișaje de tipul 10n unități de volum. Convertorul nu trebuie să influențeze funcționarea corectă a contorului.

Convertorul trebuie să sesizeze funcționarea în afara domeniului de măsurare a diverșilor parametri (temperatură, presiune, debit). În acest caz, echipamentul va opri contorizarea volumului corectat și va contoriza în alt registru de memorie volumul necorectat înregistrat de contor sau corectat cu valori de presiune și temperatură de substituție presetate. Valorile de presiune și temperatură de substituție vor fi stabilite de comun acord de către operatorul care predă gazele naturale și de beneficiar.

Bateria de alimentare a convertorului trebuie să aibă o durată de viață de minimum 5 ani. La consumarea a 90% din durata de viață a acesteia, convertorul trebuie să afișeze un semnal de avertizare vizibil pe ecran.

Convertoarele electronice de volum și mecanismele indicatoare ale contoarelor cu pistoane rotative sau cu turbină trebuie să aibă un grad de protecție de cel puțin IP 64.

În cazul montării într-o incintă, este permisă și utilizarea contoarelor/sistemelor și echipamentelor de măsurare care au un grad de protecție IP 54. Convertoarele electronice de volum și accesoriile lor vor fi în construcție antiex dacă locul de montaj o impune. [13]

Traductoare și calculatoare de debit

Traductoarele de presiune statică, de presiune diferențială, de temperatură, multivariabile și de densitate vor fi construite din materiale rezistente la solicitările la care sunt supuse în timpul funcționării.

Elementele componente care alcătuiesc traductorul, aflate în zona de contact cu mediul ambiant și cu fluidul de lucru, trebuie să aibă acoperiri de protecție sau să fie executate din materiale care să reziste la acțiunea corosivă a acestora. Pentru a evita erorile introduse de variația presiunii atmosferice, pentru măsurarea presiunii statice se vor utiliza traductoare de presiune absolută. Pentru presiuni absolute ale gazelor naturale de peste 21 bar se pot utiliza și traductoare de presiune relativă. Elementul sensibil al termorezistenței trebuie să fie alcătuit din metale pure. Termorezistența va fi, cel puțin, de tip cu 3 fire.

Calculatoarele de debit vor fi echipate cu imprimantă în vederea tipăririi declarației de configurare, a consumurilor sau a parametrilor de livrare ai gazelor naturale ori trebuie să dispună de o interfață la care, prin conectarea unui calculator, să poată fi citiți indicatorii menționați. Calculatoarele de debit vor afișa separat consumul înregistrat în timpul alarmelor.

Pentru a asigura continuitatea alimentării cu energie electrică a sistemelor de măsurare electronice, acestea vor fi prevăzute cu surse neîntreruptibile de tensiune cu autonomie de cel puțin 8 ore. În cazul în care sistemul de măsurare este echipat cu grup electrogen automat, autonomia sursei neîntreruptibile de tensiune trebuie să fie de cel puțin două ore. [13]

Proiectarea SM și SRM

SM-urile sau SRM-urile vor fi proiectate astfel încât să fie asigurată funcționarea lor corectă pentru întregul domeniu de debite, presiuni și temperaturi specificate în tema de proiectare și în limitele de variație a compoziției chimice a gazelor. Pentru cazul în care sunt prezente impurități solide și lichide în gazele naturale, se vor prevedea din proiectare separatoare și filtre adecvate.

SM-urile sau SRM-urile vor fi proiectate astfel încât să asigure continuitatea în furnizare în condiții de siguranță și în timpul efectuării operațiunilor de întreținere. În cazuri extreme, trebuie să fie posibilă separarea stației de conducta amonte și aval prin robinete de secționare cu închidere rapidă, în condiții de siguranță.

Sistemele/mijloacele de măsurare se montează, de regulă, într-o/într-un încăpere/incintă/cofret. Este permisă și montarea în aer liber, cu condiția ca o astfel de instalare să nu influențeze exactitatea acestor aparate.

Pentru cazurile în care este posibilă o curgere bidirecțională a gazelor naturale prin sistemul de măsurare și acest lucru este de natură să afecteze măsurarea corectă, este obligatorie montarea unei clapete de curgere unisens.

La proiectarea SM-urilor și SRM-urilor, diametrul interior al conductelor situate în amonte de dispozitivul de reglare a presiunii se va calcula astfel încât viteza de curgere a gazelor să fie de maximum 30 m/s (cu excepția SM-urilor amplasate în sistemele de distribuție a gazelor naturale unde viteza de curgere a gazelor trebuie să fie de maximum 20 m/s). Pentru determinarea diametrului interior al conductelor situate în aval de organul de reglare se va lua în calcul o viteză de maximum 20 m/s.

Excepție de la această regulă vor face conductele situate în amonte/aval de elementul deprimogen sau de contor, prin care, indiferent dacă se află înainte sau după elementul de reglare a presiunii, se limitează viteza maximă la 20 m/s.

Se acceptă viteze de curgere mai mari în cazul liniilor de măsurare cu debitmetre cu ultrasunete, în conformitate cu recomandările producătorului. Robinetele din amonte și aval de sistemul de măsurare vor fi cu deschidere completă la dimensiunea diametrului interior al conductelor (această condiție nu este obligatorie în cazul utilizării contoarelor cu pistoane rotative).

Proiectele de SM sau SRM vor fi realizate pe baza temei de proiectare date de titularul de licență care urmează să predea gazele naturale în punctul respectiv și care va cuprinde cel puțin următoarele precizări:

a) destinația;

b) locația de amplasare;

c) date climaterice;

d) studii de teren, pentru amplasamente noi;

e) compoziția gazelor, tipul și nivelul impurităților;

f) fișa tehnică care să cuprindă parametrii de intrare și ieșire ai gazului livrat, și anume:

– debitul de gaze naturale maxim și minim;

– presiunea maximă/minimă, temperatura la intrare în stație, presiunile reglate și temperatura la ieșirea din stație;

– căderea maximă de presiune admisă pe stație și pe fiecare echipament;

– cerințele funcționale ale stației (grad de automatizare, cu/fără personal operativ, monitorizare parametri, teletransmisie de date).

Tabelul de mai jos prezintă unele cerințe recomandate la proiectarea SM-urilor sau SRM-urilor, în funcție de mărimea debitului vehiculat.

Tab.3.6. Cerințe recomandate la proiectarea SM-urilor sau SRM-urilor, în funcție de mărimea debitului vehiculat

În cazul proiectării mai multor linii de măsurare a gazelor naturale, numărul acestora trebuie să fie ales astfel încât debitul maxim pe stație să poată fi măsurat cu o linie închisă și cu celelalte linii funcționând în condițiile specificate.

Odorizarea gazelor nu trebuie să influențeze performanțele mijloacelor de măsurare. Punctul de injecție al odorantului va fi în aval de sistemul de măsurare.

Orice echipament periferic care se conectează la mijloacele de măsurare nu trebuie să influențeze exactitatea măsurării. [13]

Echiparea stațiilor de reglare-măsurare/măsurare

În funcție de necesități, SM-urile sau SRM-urile pot fi echipate cu următoarele componente principale:

a) mijloace de măsurare pentru determinarea cantităților de gaze naturale;

b) echipament pentru determinarea compoziției gazului;

c) robinete de izolare;

d) sisteme de monitorizare;

e) filtre și separatoare;

f) încălzitoare de gaze naturale;

g) echipamente pentru reducerea zgomotului;

h) echipament de reglare a debitului;

i) echipamente de reducere a pulsațiilor și vibrațiilor;

j) flanșe electroizolante;

k) aparate indicatoare. [13]

Condiții de montaj al mijloacelor de măsurare

La sistemele de măsurare cu element deprimogen se recomandă respectarea condițiilor de montaj prevăzute în SR EN ISO 5167-1, SR EN ISO 5167-2, SR EN ISO 5167-3 și SR EN ISO 5167-4. Elementele secundare se vor monta astfel încât să poată fi izolate de proces, pentru a putea fi verificate pe teren.

La sistemele de măsurare cu contoare cu pistoane rotative, cu turbină și ultrasonice, pentru a asigura un profil uniform al curgerii, se prevăd porțiuni de conductă rectilinii, fără obstacole, deviații, prize de presiune în amonte și aval de contor. Dacă producătorul de contoare nu recomandă altfel, lungimile tronsoanelor amonte și aval de contor recomandate de SR EN 1776 sunt date în tabelul următor.

Tab.3.7. Lungimile tronsoanelor amonte și aval de contor recomandate de SR EN 1776

*) În cazul în care contorul ultrasonic este amplasat astfel încât să măsoare fluxul de gaze naturale bidirecțional, tronsoanele din ambele capete ale contorului vor avea lungimea 10 Dn.

Pentru mijloacele de măsurare aflate în funcțiune la data intrării în vigoare a Regulamentului de măsurare, lungimile tronsoanelor amonte/aval pot rămâne neschimbate. Lungimile tronsoanelor rectilinii pot fi reduse prin montarea de dispozitive de uniformizare a curgerii, conform standardelor aplicabile fiecărei metode de măsurare în parte.

Contoarele cu ultrasunete utilizate pe piața gazelor naturale vor fi montate în conformitate cu indicațiile producătorului. [13]

Montarea traductoarelor de temperatură, de presiune statică, de presiune diferențială, multivariabile și de densitate

Traductoarele electronice de presiune statică, de presiune diferențială, de temperatură, multivariabile și de densitate se pot monta în cofrete termostatate, pentru a asigura o temperatură de lucru corespunzătoare exactității indicațiilor, dacă prin aprobarea de model nu se specifică altfel.

Amplasarea traductoarelor se va face în conformitate cu indicațiile din aprobarea de model.

Pentru sisteme de măsurare, altele decât cele cu contoare cu pistoane rotative sau cu element deprimogen, sondele de temperatură se montează în aval de contor pentru a evita deformarea profilului curgerii.

Pentru asigurarea măsurării corecte a temperaturii, teaca pentru sonda termometrică trebuie să pătrundă în interiorul conductei aproximativ o treime din diametrul conductei. La conducte cu diametrul mai mare de 300 mm este permisă reducerea lungimii de inserție la minimum 75 mm. Teaca pentru sonda termometrică se proiectează și se execută de așa manieră încât să fie redus la minimum riscul apariției vibrațiilor în acest element.

Teaca de temperatură se va monta numai în amonte de elementul deprimogen.

La panourile existente unde lungimea tronsoanelor nu permite montarea tecii în amonte se admite montarea acesteia în aval, cu condiția ca sistemul de măsurare să dețină aprobare de model cu precizarea expresă a posibilității de măsurare a temperaturii gazelor naturale în aval de elementul deprimogen.

Cu ocazia modernizării acestor panouri, teaca pentru măsurarea temperaturii se va monta în amonte de elementul deprimogen.

Pentru a asigura măsurarea corectă a temperaturii gazelor naturale poate fi necesară izolarea părții exterioare a traductorului de temperatură și a unor porțiuni de conductă amonte și aval de contor/elementul deprimogen, în funcție de precizia dorită a măsurării.

Traductoarele de presiune statică, de presiune diferențială, de temperatură și multivariabile se montează astfel încât să poată fi izolate de proces, pentru a putea fi verificate și calibrate. Robinetele de izolare trebuie să aibă posibilitatea de sigilare pentru a preîntâmpina închideri accidentale care afectează calitatea măsurării.

În cazul utilizării traductoarelor de densitate, trebuie îndeplinite prevederile normativelor europene și/sau internaționale în vigoare.

În cazul în care se utilizează un alt sistem de măsurare decât cel cu element deprimogen, proba de gaz pentru traductorul de densitate trebuie prelevată de la priza de presiune a contorului marcată pm. Conducta de legătură între punctul de prelevare pm și traductorul de densitate trebuie să fie izolată termic pentru a minimiza efectul temperaturii exterioare.

În cazul în care se utilizează traductoare de densitate care se montează în conductă, acestea se vor monta numai în aval de contor/sistem sau echipamentul de măsurare, pentru a evita deformarea profilului curgerii. Această regulă nu este obligatorie în cazul contoarelor cu pistoane rotative. [13]

TIPURI DE APARATE DE MĂSURĂ GAZE NATURALE

Conform regulamentului de măsurare sistemele de măsurare se pot împărți în:

Contoarele de gaz cu membrană (pereți deformabili)

Sistem de măsurare cu contoare cu pistoane rotative sau cu turbină

Sistem de măsurare cu contoare cu ultrasunete

Sistem de măsurare cu element deprimogen

Contor de gaz cu membrană (pereți deformabili)

Aceste sisteme de măsurare sunt compuse din contoare de gaz cu pereți deformabili și convertoare de volum mecanice sau electronice care transformă în regim automat volumul de gaze naturale măsurat în condiții de lucru în volum de gaze naturale la condiții standard și sunt utilizate la măsurarea gazelor naturale furnizate consumatorilor noncasnici.

Măsurarea volumului de gaze cu contoarele cu pereți deformabili se efectuează cu ajutorul camerelor de măsurare cu pereții deformabili, cu sau fără dispozitive încorporate de conversie a temperaturii.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică pentru aceste tipuri de contoare sunt:

Tab.4.1. Erorile maxime admise pentru contoare de gaz cu membrană

unde:

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică a contoarelor cu membrană prevăzute cu dispozitiv de conversie a temperaturii se majorează în conformitate cu prevederile legislației metrologice aplicabile.

Contoare de gaz pentru aplicații rezidențiale

Contoarele de gaz cu pereți deformabili la care racordurile de intrare/ieșire de gaz sunt proiectate să asigure un debit optim al fluidului de gaz și au de asemenea o cădere de presiune scăzută în funcționare. Sunt ideale pentru măsurarea gazului natural și a altor gaze la presiuni de 0,5bar/ 1 bar. [12]

Descriere, particularități constructive

Carcasele sunt confecționate din tabla galvanizată / aluminiu

Mecanismele de măsură pot fi echipate cu compensator mecanic de temperatură, tip bimetal (în cazul instalării contoarelor de gaz în exteriorul clădirilor; proprietățile binecunoscute ale bimetalului sunt utilizate în acest caz pentru a influența mișcările camerelor de măsurare în așa fel încât precizia de măsurare, în intervalul de temperatură declarat, să fie în conformiate cu SR EN 1359)

Temperatura gazului -25oC…+40oC

Presiunea de măsurare 0,5bar-tabla galvanizată / 1bar –aluminiu

Contoarele sunt rezistente la temperaturi de până la 650oC pentru presiuni de 0.1bar [12]

Principiul de funcționare:

Patru camere de măsură sunt separate prin intermediul unor membrane sintetice. Camerele se umplu și se golesc periodic, iar mișcarea membranelor este transferată prin intermediul unui angrenaj la un arbore cotit. Acesta mișcă sertarele de control al admisiei gazului. Printr-un sistem de roți dințate, mișcarea este transmisă cu ajutorul unui cuplaj magnetic la integratorul mecanic al contorului. Facilitatea de compensare a volumului funcție de temperatură, este asigurată, mecanic, de un bimetal [12].

Fig.4.1. Contoar de gaz cu pereți deformabili

Părțile componente ale contoarelor de gaz volumetrice sunt:

Mecanismul de măsură

Carcase

Integratorul mecanic

Mecanismul de măsură este de tip volumetric cu pereți deformabili (membrane) și funcționează sub acțiunea curgerii gazului prin camerele de măsură, condiționată de diferența de presiune dintre rețeaua de distribuție a gazului natural și consumator. Mecanismul de măsură este format din:

sistem distribuție

camere de măsurare

sistem de acționare și transformare a mișcării plan paralele în mișcare de rotație

sistem de reglaj

Mecanismul de măsură:

Sistem distribuție: are rolul de a condiționa intrarea, respectiv ieșirea gazului în și din camerele de măsurare în momentul trecerii gazului prin mecanismul de măsură. Este format dintr-un distribuitor prevăzut cu ferestre pentru fiecare camera de măsurare. Pe distribuitor se deplasează într-o mișcare plan paralelă, acționate de un sistem de pârghii, două sertare care în mișcarea lor continuă acoperă sau descoperă ferestrele camerelor de maăsură. Astfel se comandă umplerea sau golirea camerelor de măsură. Atât distribuitorul cât și sertarele sunt fabricate dintr-un material rezistent la uzura mecanică, frecare și coroziune chimică, având un grad ridicat de precizie al prelucrărilor suprafețelor de contact.

Camerele de măsură: au rolul de a delimita volumele de măsura care compun volumul ciclic al mecanismului de măsură.

Sistem de acționare și transformare a mișcării plan paralele în mișcare de rotație: are rolul de a transmite mișcarea comandată de deplasarea membranelor din camerele de măsură la sertarele subansamblului de distribuție și transformă acestă mișcare plan paralelă în mișcare de rotație pentru a fi transmise ca informație în volum către integratorul mecanic. Materiale plastice utilizate la fabricarea acestui sistem reduc uzura de frecare și asigură menținerea în timp a poziționării lor la montaj.

Sistemul de reglaj: are rolul de a diminua imperfecțiunile de montaj ale mecanismului de măsură în sensul echilibrării și reglării optime a subansambului de distribuție la trecerea gazului. [12]

Fig.4.2. Mecanismul de măsură a contorului de gaz volumetric

Sistemul K-Sistem este o caracteristică unică a contoarelor de gaz model BK, Elster Aeroteh. Arborele sistemului este prevăzut cu o curbă special proiectată care asigură mișcarea sertarelor de control de admisie/ remisie a gazului. Acest sistem generează o precizie superioară.

Fig.4.3. Sistemul K-Sistem a contorului de gaz model BK, Elster Aeroteh

Sistemul de reglaj needle-scale este o caracteristică unică a contoarelor de gaz model BK.

Acest sistem permite o ajustare individual ușoară pentru îmbunătățirea preciziei de măsurare. Înainte de carcasare mecanismul de măsură se va precalibra. Precalibrarea mecanismului de măsură presupune verificarea și corectarea pantei adică a diferenței dintre eroarea la Qmax și eroarea la 0.2Qmax, valoarea pantei trebuie să se încadreaze în intervalul ±1.5%. Modificarea pantei mecanismului de măsură se realizează prin deplasarea cursorului pe discul gradat.

În medie o diviziune a cursorului modifică eroarea la 0.2Qmax cu 0.35%, eroarea la Qmax cu 0.7% panta cu 0.35% și eroarea medie cu 0.5% în sensul creșterii la rotirea cursorului către plus sau în sensul scăderii la rotirea cursorului către minus. [12]

Fig.4.4. Sistemul de reglaj-needle-scale a contorului de gaz model BK

Compensator mecanic de temperatură – funcționare

Pentru compensarea mecanică cu temperatura gazului este folosit un bimetal.

Un element bimetalic este fixat pe discul mecanismului de măsură; acesta influențează mișcarea camerelor de măsură astfel încât precizia de măsurare în intervalul de temperatură declarat rămâne în limitele erorilor admise.

Bimetalul este un ansamblu executat din 2 lamele metalice sudate între ele care sub influența temperaturii poate efectua o deplasare limitată dezvoltând o anumita forță.

Domeniul temperaturii de măsurare

tm = – 25… +40°C

Temperatura de bază tb= +15 °C

Temperatura specificată tsp= +20 °C Conform SR EN 1359

Fig.4.5. Compensator mecanic de temperatura cu bimetal

Integratorul mecanic are rolul de a transforma informația primită de la mecanismul de măsurare în sistem zecimal prin intermediul roților de corecție și a dispozitivului de indicare cu tamburi cifrați.

Transmiterea mișcarii de la mecanismul de măsură către dispozitivul de înregistrare a volumului de gaz – integratorul mecanic se realizează printr-un cuplaj magnetic montat pe bucșa sertizată în carcasa superioară.

Integratorul mecanic este format din 8 tamburi cifrați, după cum urmează:

primii 5 sunt încadrați de ecran negru indicând multiplii in m³, iar ultimii 3 sunt încadrați de ecran roșu indicând submultiplii de m³.

Ultimul tambur al dispozitivul indicator este prevăzut cu un magnet permanent destinat unui generator de impulsuri. Ultima rolă este prevăzută cu pastilă refectorizantă pentru citirea automată la verificarea contorului pe instalația de verificare metrologică. [12]

Fig.4.6Transmiterea la integratorul mecanic a informatiei de masurare

Precizie, referințe metrologice

Fig. 4.7. Precizia de măsurare funcție de debit

Fig.4.8. Precizia de măsurare funcție de temperatură

Erorile maxim admise în conformitate cu MID și SR EN 1359:
Qmin ≤ Q < 0,1Qmax: ±3%

0,1Qmax ≤ Q <Qmax: ± 1,5%

Fig.4.9. Căderea de presiune funcție de domeniul de debit

Căderea de presiune în conformitate cu CU SR EN 1359:
Pentru Qmax=2,5…10 m3/h: 2 mbar.

Fig.4.10 Contoare de gaz volumetrice cu pereti deformabili G4 6mc/h

Contoare de gaz pentru aplicații comerciale

Contorul de gaz cu pereți deformabili are în componență un sistem de măsurare format din 2 mecanisme de măsură cu Vc=6 dm3, care funcționează în paralel, sistemul de măsurare este montat într-o incintă etanșă formată din două semicarcase din tablă galvanizată special concepută pentru protecția împotriva coroziunii îmbinarea celor două semicarcase este realizată cu etanșant Sikaflex și unite cu un inel de sertizare. [12]

Fig. 4.11.Mecanism de măsură:V6dm3 Fig.4.12. Sistem needle – scale de ajustare al mecanismului măsură

Principiul de funcționare:

În interiorul carcasei metalice este montat un mecanism de măsurare care este compus din două camere de măsurare egale, fiecare fiind împărțită în două incinte de câte un perete deformabil (membrană). Cele patru camere de măsură sunt separate printr-o membrană sintetică. Incintele sunt umplute și golite periodic. Mișcarea membranelor este transmisă prin intermediul unor angrenaje unui rotor ce mișcă sertarele de comandă pentru umplerea și golirea incintelor. Mișcarea de rotație este transmisă la un integrator mecanic cu 8 tamburi prin intermediul unui cuplaj magnetic. Ultimul tambur al dispozitivului indicator are prevăzut pe cifra 0 o oglindă reflectorizantă și un magnet generator de impuls [12].

Fig.4.13. Contoare de gaz volumetrice cu pereti deformabili G10 16mc/h si G16 25mc/h

Contoare de gaz cu membrană pentru aplicații industriale

Principiul de funcționare:

Sistemul de măsurare al acestor contoare de gaz este mai avansat deoarece acesta este capabil a roti în același timp un număr de până la 8 mecanisme de măsura, ale căror volume ciclice sunt 6 dm3, în paralel.

Echipamentul de măsurare al contoarelor de gaz pentru aplicații industriale (G25 ) este format dintr-un ansamblu format din 2 mecanisme de măsură care funcționează în paralel pe principiul controlului pneumatic, de unde rezultă o funcționare fără zgomot. Fiecare dintre mecanismele de măsură este format din patru camere de măsură ce sunt separate printr-o membrană sintetică. Incintele sunt umplute și golite periodic. Mișcarea membranelor este transmisă, prin intermediul unor angrenaje, unui rotor ce mișcă sertarele de comandă pentru umplerea și golirea incintelor. Mișcarea de rotație este transmisă la un integrator mecanic prin intermediul unui cuplaj magnetic. Ultimul tambur al dispozitivului indicator are prevăzut pe cifra 0 oglindă reflectorizantă și magnet generator de impuls.

Volumul de gaz tranzitat prin contor-mecanismele de măsură este direcționat de sistemul de cuplare al mecanismelor de măsură către racordul de ieșire al contorului. [12]

Fig.4.14. Contor de gaz cu membrană pentru aplicații industriale G25 40mc/h

Funcționare contor tip G40/65:

G40: mecanismul de măsură are în componență un număr de 3 mecanisme de măsură ce funcționeză în paralel;

G65: mecanismul de măsură are în componență un număr de 4 mecanisme de măsură ce funcționeză în paralel;

Fig.4.15. Contor de gaz cu membrană pentru aplicații industriale tip G40/65 65/100mc/h

Funcționare contor tip G100: mecanismul de măsură are în componență un număr de 8 mecanisme de măsură ce funcționeză în paralel.

Fig. 4.16. Contor de gaz cu membrană pentru aplicații industriale tip G100 160mc/h

Contoare de gaz cu pereți deformabili model etichetă integrator mecanic ELSTER AEROTEH

Fig.4.17. Model etichetă integrator mecanic ELSTER AEROTEH pentru contor de gaz cu pereți deformabili

În continuare sunt prezentate exemple de aparate de măsură cu caracteristicile principale ale acestora. [12]

Contor de gaz cu pereți deformabili BK-G1,6T / BK-G2,5T / BK G4T

Fig.4.18. Contor de gaz cu pereți deformabili BK 2.5

Caracteristici principale:

Aprobare MID emisă de PTB

În conformitate cu SR EN 1359

Aprobare CE emisă de PTB

Domeniul de debit:

G1,6 : 0,016 m3/h … 2,5 m3/h

G2,5 : 0,025 m3/h … 4 m3/h

G4 : 0,04 m3/h … 6 m3/h

Volum ciclic 1,2 litri

Presiunea maxima de lucru 0,5 bar (tablă); 1 bar (aluminiu)

Rezistența la foc (HTB) până la 0,1bar în conformitate cu SR EN 1359 (tablă)

Precizie de măsurare și fiabilitate

Vopsea pulbere culoare gri RAL 7035

Standard: impuls magnetic; un sensor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,01m3/puls.

Făra suspiciune de contaminare (RPF=0,9)

Domeniul de temperatura:

Standard: -10 °C la +40 °C (la cerere firma constructoare poate oferi alte temperaturi)

Compensare Temperatura disponibilă

Tehnologia indexului inteligent, Sistemul Chekker, Absolut-ENCODER și aplicații radio.

CHEKKER ® este un contor cu role brevetate care, cu ajutorul a două role suplimentare în index, oferă posibilitatea pentru a verifica citirea consumului sau înregistrare de date.

Absolut-ENCODER acționează ca indexul principal și oferă citirea inițială a contorului de la cele mai mari șapte role în format digital. [12]

Fig.4.19. Dimensiuni și greutăți pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK 2.5

Fig.4.20. Curba caracteristică de erori pentru contor de gaz cu pereți deformabili BK 2.5

Fig. 4.21. Curba căderii de presiune pentru contor de gaz cu pereți deformabili BK 2.5

Contor de gaz cu pereți deformabili BK-G4 și BK-G4T

Fig.4.22. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK-G4

Caracteristici principale:

Aprobare MID emisă de PTB

În conformitate cu SR EN 1359

Aprobare CE emisă de PTB

Domeniul de debit: 0,06 m3/h la 10 m3/h

Volum ciclic 2 litri

Rezistența la foc (HTB) până la 0,1 bar în conformitate cu SR EN 1359

Presiunea maximă de lucru 0,5 bar

Precizie de măsurare și fiabilitate

Vopsea pulbere culoare gri RAL 7035

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,01m3/puls

Făra suspiciune de contaminare (RPF=0,65)

Domeniul de temperatură: Standard: -10 °C la +40 °C (la cerere firma constructoare poate oferi alte temperaturi)

Compensare Temperatura disponibilă

Tehnologia indexului inteligent, Sistemul Chekker, Absolut-ENCODER și aplicații radio.[12]

Fig.4.23.Dimensiuni și greutăți pentru contore de gaz cu pereți deformabili BK-G4 și BK-G4T

Fig.4.24.Curba caracteristică de erori pentru contore de gaz cu pereți deformabili BK-G4 și BK-G4T

Fig. 4.25. Curba căderii de presiune pentru contore de gaz cu pereți deformabili BK-G4 și BK-G4T

Contor de gaz cu pereți deformabili BK-G6 și BK-G6T

Fig.4.26. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK-G6

Caracteristici principale:

Aprobare MID emisă de PTB

În conformitate cu SR EN 1359

Aprobare CE emisă de PTB

Domeniul de debit: 0,06 m3/h la 10 m3/h

Volum ciclic 2 litri

Presiunea maximă de lucru 0,5 bar

Rezistența la foc (HTB) până la 0,1 bar în conformitate cu SR EN 1359

Precizie de măsurare și fiabilitate

Vopsea pulbere culoare gri RAL 7035

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,01m3/puls

Făra suspiciune de contaminare (RPF=0,9)

Domeniul de temperatură: Standard: -10 °C la +40 °C (la cerere firma constructoare poate oferi alte temperaturi)

Compensare temperatura disponibilă

Tehnologia indexului inteligent, Sistemul Chekker, Absolut-ENCODER și aplicatii radio.[12]

Fig.4.27.Dimensiuni și greutăți pentru contore de gaz cu pereți deformabili BK-G6 și BK-G6T

Fig.4.28.Curba caracteristică de erori pentru contore de gaz cu pereți deformabili BK-G6 și BK-G6T

Fig. 4.29. Curba căderii de presiune pentru contore de gaz cu pereți deformabili BK-G6 și BK-G6T

Contor de gaz cu pereți deformabili BK-G10 și BK-G16

Fig.4.30. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK-G10T

Caracteristici principale:

Aprobare MID emisă de PTB

În conformitate cu SR EN 1359

Domeniul de debit:

0,1 m3/h … 16 m3/h (G10)

0,16 m3/h … 25 m3/h (G16)

Volum ciclic 6 litri pentru varianta BK-G10T / BK-G16T este 5,6 litri

Presiunea maximă de lucru 0,5 bar

Rezistența la foc (HTB) până la 0,1bar în conformitate cu SR EN 1359

Precizie de măsurare și fiabilitate

Vopsea pulbere culoare gri RAL 7035

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1 m3/puls

Făra suspiciune de contaminare (RPF=0,8)

Domeniul de temperatură:

Standard: -10 °C la +40 °C (la cerere firma constructoare poate oferi alte temperaturi)

Compensare Temperatura disponibilă

Tehnologia indexului inteligent, Sistemul Chekker, Absolut-ENCODER și aplicații radio [12]

Fig.4.31.Dimensiuni și greutăți pentru contoarele de gaz cu pereți deformabili BK-G10 și BK-G16

Fig.4.32.Curba caracteristică de erori pentru contoarele de gaz cu pereți deformabili BK-G10 și BK-G16

Fig. 4.33.Curba căderii de presiune pentru contoarele de gaz cu pereți deformabili BK-G10 și BK-G16

Contor de gaz cu membrană echipat cu integrator mecanic și convertor de volum DTC20A

Fig.4.34. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK-G16 – DTC20A

Caracteristici principale:

Aprobare CE conform MID emisă de PTB

Conform EN 1359

Convertorul DTC20A are aprobarea de model nr.318/00

Volum ciclic 6 litri

Conectare la rețea cu două racorduri verticale: G 2"

Domeniul de debit 0,16m3/h … 25m3/h

Presiunea maximă de lucru 0.5 bar

Rezistență la foc (HTB) până la 0,1 bar conform EN 1359

Precizie de masură și fiabilitate

Model compact

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1m3/puls

Temperatură

Mediu : -25°C …+55°C

Gaz : -25°C … +40°C

Membrană sintetică rezistentă la îmbătrânire și coroziune. [12]

Fig.4.35. Dimensiuni și greutăți pentru contoarele de gaz cu pereți deformabili BK-G16 – DTC20A

Fig.4.36.Curba caracteristică de erori pentru contoarele de gaz cu pereți deformabili BK-G16 – DTC20A

Fig. 4.37.Curba căderii de presiune pentru contoarele de gaz cu pereți deformabili BK-G16 – DTC20A

Contor de gaz cu membrană echipat cu integrator mecanic și convertor de volum DTC20A

Fig.4.38. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK-G25 – DTC20A

Caracteristici principale:

Aprobare CE conform MID emisă de PTB

Conform EN 1359

Convertorul DTC20A are aprobarea de model nr.318/00

Volum ciclic 12 litri

Conectare la rețea cu două racorduri verticale: G 2"

Domeniul de debit 0,25m3/h … 40m3/h

Presiunea maximă de lucru 0.5 bar

Rezistența la foc (HTB) până la 0,1 bar conform EN 1359

Precizie de masură și fiabilitate

Model compact

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1m3/puls

Temperatură

Mediu : -25°C …+55°C

Gaz : -25°C … +40°C

Membrană sintetică rezistentă la îmbătrânire și coroziune. [12]

Fig.4.39. Dimensiuni și greutăți pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G25 – DTC20A

Fig.4.40.Curba caracteristică de erori pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G25 – DTC20A

Fig. 4.41.Curba căderii de presiune pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G25 – DTC20A

Contor de gaz cu membrană echipat cu integrator mecanic BK-G40

Fig.4.42. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK G40T

Caracteristici principale:

Aprobare CE conform MID emisă de PTB

Conform EN 1359

Volum ciclic

BK-G40 : 18 litri

BK-G40T : 16,8 litri

Conectare la rețea: flanșe DN 80

Domeniul de debit 0,40m3/h … 65m3/h

Presiunea maximă de lucru 0.5 bar

Rezistență la foc (HTB) până la 0,1 bar conform EN 1359

Precizie de măsură și fiabilitate

Model compact

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1m3/puls

Temperatură

Mediu : -25°C …+550C

Gaz : -25°C … +40 0C

Membrană sintetică rezistentă la îmbătrânire și coroziune

Compensare mecanică de temperatură (opțional)

Supapa de sens (opțional). [12]

Fig.4.43. Dimensiuni și greutăți pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK G40T

Fig.4.44.Curba căderilor de presiune și curba caracterisctică de erori pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK G40T

Contor de gaz cu membrană echipat cu integrator mecanic și convertor de volum DTC20A

Fig.4.45. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK G40-DTC20A

Caracteristici principale:

Aprobare CE conform MID emisă de PTB

Conform EN 1359

Convertorul DTC20A are aprobarea de model nr.318/00

Volum ciclic 18 litri

Conectare la rețea: flanșe DN 80

Domeniul de debit 0,40m3/h … 65m3/h

Presiunea maximă de lucru 0.5 bar

Rezistența la foc (HTB) până la 0,1 bar conform EN 1359

Precizie de măsură și fiabilitate

Model compact

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1m3/puls

Temperatură

Mediu : -25°C …+55°C

Gaz : -25°C … +40°C

Membrană sintetică rezistentă la îmbătrânire și coroziune. [12]

Fig.4.46. Dimensiuni și greutăți pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK G40-DTC20A

Fig.4.47.Curba căderilor de presiune și curba caracterisctică de erori pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK G40-DTC20A

Contor de gaz cu membrană echipat cu integrator mecanic BK-G65

Fig.4.48. Contor de gaz cu pereți deformabili tip BK-G65

Caracteristici principale

Aprobare CE conform MID emisă de PTB

Conform EN 1359

Volum ciclic 24 litri

BK-G65 : 24 litri

BK-G65T : 22,4 litri

Conectare la rețea: flanșe DN 80

Domeniul de debit 0,65m3/h … 100m3/h

Presiunea maximă de lucru 0.5 bar

Rezistența la foc (HTB) pană la 0,1 bar conform EN 1359

Precizie de măsură și fiabilitate

Model compact

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1m3/puls

Temperatură

Mediu : -25°C …+55°C

Gaz : -25°C … +40°C

Membrană sintetică rezistentă la îmbătrânire și coroziune

Compensare mecanică de temperatură (opțional)

Supapa de sens (opțional). [12]

Fig.4.49. Dimensiuni și greutăți pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G65

Fig.4.50.Curba căderilor de presiune și curba caracterisctică de erori pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G65

Contor de gaz cu membrană echipat cu integrator mecanic BK-G100, BK-G100T și BK-G100 – DTC20A

Fig.4.51. Contore de gaz cu pereți deformabili tip BK-G100, BK-G100T și BK-G100 – DTC20A

Caracteristici principale:

Aprobare CE conform MID emisă de PTB

Conform EN 1359

Convertorul DTC20A are Aprobarea de model nr.318/00

Volum ciclic 48 litri

Conectare la rețea: flanșe DN100

Domeniul de debit 1m3/h … 160m3/h

Presiunea maximă de lucru 0.5 bar

Rezistența la foc (HTB) pînă la 0,1 bar conform EN 1359

Precizie de măsură și fiabilitate

Model compact

Standard: impuls magnetic; un senzor de impuls de joasă frecvență LF poate fi atașat I=0,1m3/puls

Temperatură

Mediu : -25°C …+55°C

Gaz : -25°C … +40°C

Membrană sintetică rezistentă la îmbătrânire și coroziune. [12]

Fig.4.52. Dimensiuni și greutăți pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G100 – DTC20A

Fig.4.53.Curba căderilor de presiune și curba caracterisctică de erori pentru contorul de gaz cu pereți deformabili BK-G100

Contoare volumetrice cu pistoane rotative

Principiul de funcționare:

Contorul de gaz cu pistoane rotative este un mijloc de măsurare a volumului de înaltă precizie. În corpul cu o intrare și o ieșire există două pistoane rotative ce se rotesc în sens opus, mișcarea lor fiind sincronizată de roțile de sincronizare.

Contoarele cu pistoane rotative sunt contoare volumetrice de gaz pentru mediu gazos și lucrează în conformitate cu principiul deplasării pozitive. Aceste contoare măsoară volumul de gaz în condiții de lucru. Pentru transformarea acestui volum în condiții standard, contoarele se echipează cu corectoare electronice de volum de gaz cu diferite caracteristici disponibile. Camera de măsură efectivă constă din două pistoane rotative în formă de 8, care creează împreună cu peretele corpului 4 camere care prin rotație se umplu și se golesc periodic. Numărul de rotații este proporțional cu volumul tranzitat prin camera de măsură. Mișcarea de rotație este transmisă la un integrator mecanic, care indică acest volum.

Cu ajutorul curgerii gazului pistoanele se rotesc și transportă către partea de ieșire o cantitate de gaz, care este definită de volumul camerei de măsurare.

Proiectarea contorului de gaz precum și precizia prelucrării pistoanelor și a corpului de măsurare, asigură un joc minim ceea ce mărește precizia de măsurare.

Fig.4.54. Contorul de gaz cu pistoane rotative

Contoarele de gaz cu pistoane rotative sunt caracterizate de un domeniu larg de măsură și dimensiuni compacte. Datorită principiului lor de măsurare ele nu necesită tronsoane de țeavă dreaptă la intrare sau la ieșire. Contoarele cu pistoane rotative necesită lubrifiere cu ulei. Pentru acces ușor și pentru a se putea controla nivelul uleiului, camerele de ulei din față și din spate sunt conectate pentru a permite ca întreținerea să se facă doar prin partea frontală. [12]

Este important ca asupra contoarelor de gaz cu pistoane rotative să nu se exercite șocuri puternice, cum ar fi căderea liberă chiar de la înalțimi reduse.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică inițială pentru contoarele cu pistoane rotative sunt:

a) pentru Qmin ≤ Q < Qt, eroarea maximă este de ± 2%;

b) pentru Qt ≤ Q ≤ Qmax, eroarea maximă este de ± 1%;

unde:

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qt – debitul de tranzit; este debitul care desparte domeniul de debit în două zone distincte, care au erori maxime admise diferite.

Valoarea debitului de tranzit este funcție de raportul Qmax/Qmin.

Tab.4.2. Raportul între debitul maxim/minim pentru contoare cu pistoane rotative

Contoare volumetrice cu pereti nedeformabili sau contor cu pistoane rotative model RVG Elster Aeroteh- sectiune

Fig.4.55. Schema constructivă pentru Contoare volumetrice cu pereti nedeformabili sau contor cu pistoane rotative model RVG Elster Aeroteh

1 – corp contor (carcasă)

2, 3 – capac frontal / spate

4 – pistoane

5 – cuplaj magnetic

6 – roți de sincronizare

7- integrator mecanic

8 – generator impuls de înaltă frecvență

9 – generator impuls de joasă frecvență

10 – priză de presiune

11 – priză de temperatură

12 – corector de volum (opțional). [12]

Generator de impuls LF tip E1 si PCM

În mod standard, contoarele cu pistoane rotative model GP/E-RVG ELSTER AEROTEH sunt echipate cu două generatoare de joasă frecvență (LF) și cu un generator adițional de monitorizare (PCM) pentru detectarea întreruperilor de conexiune sau interferențe datorate unui câmp magnetic [12].

Aceste generatoare de impulsuri sunt atașabile și pot fi schimbate fără demontarea numărătorului.

Fig. 4.56. Instalarea, dezinstalarea generatorului de impulsuri IN-S1x

IN-S10: semnificația culorilor Vedere mufă Vedere mufă

1. E1: alb – maro In desen apare o mufă In desen apar două mufe 2. E1: verde – galben mamă cu 6 pini tip mamă cu 6 pini PCM: gri – roz PG 9 DIN 45322 tip PG 9 DIN 45322

PCM

Fig.4.57. Tipuri de generatoare de impulsuri

Generator de joasă frecvență (LF): tensiune Umax=24V; curent Imax=50 mA; capacitate de comutare Pmax=0,25W; rezistență Ri=100\ Ω ± 20%

Contactul controlului PCM este un contact special REED. În funcționare acest contact închide un circuit cu o rezistență de protecție de 100 Ω în serie. Când un câmp magnetic exterior acționează asupra mufei tip IN-S1x (încercând să distorsioneze/ suprime semnalul de debit) contactul REED se deschide. Dacă acest contact REED este monitorizat permanent (ex. de către un convertor electronic de volum) este posibil să recunoscă momentul exact al disfuncției: întreruperea liniei și acțiunea unui câmp magnetic exterior. [12]

Generator de impuls LF tip IN W11 Opțional contoarele cu pistoane rotative model GP/E-RVG pot fi echipate cu un senzor tip Wiegard model IN-W11 în loc de generatorul de impuls LF model IN-S1x Modelul IN-W11 este un generator de joasă frecvență cu amplitudinea semnalului: 50ms de înaltă precizie. [12]

Fig. 4.58. Generatorul de impulsuri LF tip IN W11

Teaca sondei de temperatură: Se pot monta două teci de temperatură tip EBL 67, standard contorul are montată 1 teacă de temperatură. (pentru senzor de temperatură cu diametrul de până la 6 mm). Generator de impuls HF tip A1K.Schema de mai jos prezintă principiul de preluare impuls de către un generator de impuls de înaltă frecvență (HF) tip A1K.

Fig. 4.59. Schema prezintă principiul de preluare impuls de către un generator de impuls de înaltă frecvență (HF) tip A1K.

Fig.4.60. Schemă de instalare contor cu pistoane rotative fără by pass

Se poate monta un bypass extern care asigură trecerea gazului prin contor chiar și în cazul când pistoanele sunt blocate. Atunci când apare o valoare fixă a diferenței de presiune dintre intrarea și ieșirea contorului, o valvă internă se deschide și direcționează gazul pe lângă cartușul de măsură. [12]

Fig.4.61 Schemă de instalare contor cu pistoane rotative cu by pass.

Fig.4.62Contoare volumetrice cu pereti nedeformabili, CPR

Contoare volumetrice cu pistoane rotative model RVG – desen explodat

Fig. 4.63. Schema contorului volumetric cu pistoane rotative model RVG

În continuare sunt prezentate exemple de aparate de măsură cu caracteristicile principale ale acestora.

IRM1 Contor de gaz cu pistoane rotative

Fig. 4.64. Contor cu pistoane rotative IRM1

Caracteristici principale:

Debite nominale: G16 – G250

Diametre nominale : 0.5 – 400 m3/h

Presiuni nominale PN10/16 ANSI150, variantă specială ANSI600

Carcasa din fonta (GGG 40) sau aluminiu

Opțional: Mecanism de măsură cu by–pass

Gama de temperatură mediu:-30°C la +60°C

Gama de temperatură gaz:-25°C la +55°C

Generator de impulsuri LF integrat

Teacă sondă de temperatură integrată în carcasa contorului

Fluid de lucru: gaz natural, gaz de sondă, gaz de iluminaat, butan, aer, nitrogen și alte gaze la cerere

Aprobare de model CE

Opționale

Generator de impulsuri HF integrat

Absolute-ENCODER S1. [12]

Fig.4.65. Date tehnice contor cu pistoane rotative IRM1

Fig.4.66 .Gama de măsurare pentru contorul cu pistoane rotative IRM 1

Index universal:

Fig. 4.67. Index universal

IRM 1 HD: Contoarele pentru ANSI 300 și ANSI 600 au carcasa de oțel și sunt întodeauna echipate cu by-pass. Direcția de curgere trebuie comunicată când se face comanda. [12]

Fig. 4.68. Contorul cu pistoane rotative IRM1HD

Fig.4.69. Dimensiuni și greutăți pentru contorul cu pistoane rotative IRM1HD

Fig.4.70. Curba pierderilor de presiune pentru contorul cu pistoane rotative IRM1HD

Valorile pentru căderile de presiune se referă la gaz natural (0.8 Kg/m3) la presiunea atmosferică.

IRM 3 Contor de gaz cu pistoane rotative

Fig.4.71. Contor cu pistoane rotative IRM 3

Caracteristici principale

Debite nominale: G25 – G1000

Diametre nominale : 0.6 – 1600 m3/h

Presiuni nominale PN10 / 16 si ANSI 150

Carcasa și pistoanele din aluminiu

Gama de temperatură mediu:-30°C la +60°C

Gama de temperatură gaz:-25°C la +55°C

Generator de impulsuri LF integrat

Teaca sondei de temperatură integrată în carcasa contorului

Fluid de lucru: gaz natural, gaz de sondă, gaz de iluminat, butan, aer, nitrogen și alte gaze la cerere

Aprobare de model CE

Funcționare corespunzătoare și în cazul măsurării unui debit de 1,2 Qmax timp de minim o oră

Opționale

Generator de impulsuri HF integrat

Absolute-ENCODER S1

Contorul poate fi livrat opțional cu by-pass. [12]

Fig.4.72. Date tehnice pentru contorul cu pistoane rotative IRM 3

Fig. 4.73. Gama de măsurare pentru contorul cu pistoane rotative IRM 3

IRM3 DUO-G400: DN100/150, se poate monta un by-pass extern care asigură trecerea gazului prin contor chiar și în cazul cand pistoanele sunt blocate. Atunci când apare o valoare fixă a diferenței de presiune dintre intrarea și ieșirea contorului, o valvă internă se deschide și direcționează gazul pe lângă cartușul de măsură. [12]

Fig.4.74. Contorul cu pistoane rotative IRM 3DUO

Fig.4.75. Dimensiuni și greutăți pentru contorul cu pistoane rotative IRM 3 DUO

Fig.4.76. Curba pierderilor de presiune pentru contorul cu pistoane rotative IRM 3 DUO

GP/E-RVG Contor de gaz cu pistoane rotative

Fig.4.77. Contorul cu pistoane rotative GP/E-RVG

Caracteristici principale:

Mărimi: G16 – G250

Pentru debite 0.5 m3/h la 400 m3/h

Diametru nominal DN 50 – DN 100

Presiuni nominale PN 10/16 și ANSI 150

Aprobare de Model nr. RO 041/2007

Conform cu EN 12480/2002

Carcasa contorului fonta (GGG-40) sau aluminiu

Pistoane rotative din aluminiu. [12]

Fig.4.78. Date tehnice pentru contorul cu pistoane rotative GP/E-RVG

Fig. 4.79. Gama de măsurare pentru contorul cu pistoane rotative GP/E-RVG

RVG – Contoare de gaz cu pistoane rotative

Fig.4.80.Contorul cu pistoane rotative RVG

RVG: Conexiune cu flanșe G16 – G400

Caracteristici principale

Mărimi: G10 – G400

Pentru debite 0.5 m3/h la 650 m3/h

Diametru nominal DN 25 – DN 150

Presiuni nominale PN 10/16 și ANSI 150

Carcasă de fontă (GGG 40) sau carcasă de aluminiu

Rezistență la temperaturi înalte până la 4 bar pentru GGG 40

Opțional: integrator cu dublă direcție S1D pentru instalare pe orice direcție a fluxului. [12]

Fig.4.81. Date tehnice pentru contorul cu pistoane rotative RVG

Fig. 4.82. Gama de măsurare pentru contorul cu pistoane rotative RVG

Integrator cu dublă direcție S1D (opțional):

Fig. 4.83. Integrator cu dublă direcție S1D

RVG-ST Contor de gaz cu pistoane rotative

Fig.4.84.Contorul cu pistoane rotative RVG-ST

RVG-ST: Conexiune cu filet G10 – G25

Caracteristici principale

• Mărimi: G10 – G25

• Pentru debite 0.8 m3/h la 40 m3/h

• Diametru nominal DN 25 , DN 32, DN 40, DN 50

• Presiune de lucru max.20 bar

• Carcasă din aluminiu. [12]

Fig. 4.85. Moduri de conexiune contorul cu pistoane rotative RVG-ST

Fig. 4.86. Contor de gaz RVG-ST Fig.4.87. Sistem RVG-ST+EK210+MR25

cu corector de volum

Fig.4.88. Date tehnice pentru contorul cu pistoane rotative RVG -ST

Fig.4.89. Generator de impuls LF tip E1

Fig.4.90. Kit montaj contor cu pistoane rotative

Fig.4.91. Diagrama pierderilor de presiune pentru contorul cu pistoane rotative RVG -ST

Fig. 4.92. Eticheta integratorului mecanic, aprobare de model RO, GAMA G16-G250

Fig. 4.93. Eticheta integratorului mecanic, aprobare de model MID, GAMA G400

Fig.4.94. Condiții de montaj și punere în funcțiune pentru contorul cu pistoane rotative

Contoare de gaz cu turbină

Contoarele de gaz cu turbină se pretează pentru măsurarea gazului natural, propanului, butanului, hidrogenului, nitrogenului, aerului, gazelor neutre.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică inițială pentru contoarele cu pistoane rotative sunt:

a) pentru Qmin ≤ Q < Qt, eroarea maximă este de ± 2%;

b) pentru Qt ≤ Q ≤ Qmax, eroarea maximă este de ± 1%;

unde:

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qt – debitul de tranzit; este debitul care desparte domeniul de debit în două zone distincte, care au erori maxime admise diferite.

Valoarea debitului de tranzit este funcție de raportul Qmax/Qmin. [12]

Tab.4.3. Raportul între debitul maxim/minim pentru contoare de gaz cu turbină

Principiul de funcționare:

Debitul de gaz intră în contor printr-un tronson de laminare (1) care armonizează curgerea și crește viteza gazului. Gazul parcurge apoi un canal paletat (2) și intră în paletele rotorului. Rotorul (3) este conceput să asigure o curgere laminară a debitului de gaz și să să confere o energie maximă la viteze reduse ale gazului. Turația turbinei este proporțională cu debitul de gaz care parcurge contorul. Gazul părăsește contorul printr-o secțiune liniară și un canal de expansiune care să reducă la minimum pierderile de presiune. Turația turbinei este transmisă printr-un sistem de roți dințate și transferat din spațiul presurizat printr-un cuplaj magnetic (4) integratorului (5). Semicuplajul condus antrenează sincron un numător mecanic. [12]

Fig.4.95. Schema constructivă a contorului cu turbină

Montarea contorului de gaz cu turbină

Intrare: Tronsonul țeavă în amonte de contor trebuie să fie cu lungime 2 DN indiferent de perturbare

Ieșire: Tronsonul țeavă în aval de contor trebuie să fie cu lungime de cel puțin 1 DN. [12]

Fig.4.96. Variante de montaj pentru contorul de gaz cu turbină

Fig.4.97. Condiții de montaj pentru contorul de gaz cu turbină

Contorul de gaz cu turbină trebuie să lucreze fără nici o pulsație / vibrații, oscilație de presiune, care se suprapune peste presiunea statică a gazului. Acestea conduc la variații de viteze sau de accelerații ce pot afecta caracteristica de măsurare a contoarelor cu turbină.

Contoarele de gaz cu turbină pot fi echipate cu corectoare de volum de gaz model convertoare de volum de gaz. [12]

Fig.4.98. Contorul de gaz cu turbină echipat cu corector de volum

În continuare sunt prezentate exemple de aparate de măsură cu caracteristicile principale ale acestora.

Contoare de gaz cu turbină DN 50 – 600

Fig.4.99. Contorul de gaz cu turbină DN 50 – 600

Caracteristici principale:

Mărimi: G40 – G16000

Pentru debite de la 8 la 25000 m3/h

Diametru nominal DN50 – DN600(2”-24”)

Presiuni nominale PN 10-100 și ANSI150-600

Gama de temperatură mediu -30°C la +70°C

Gama de temperatură gaz -25°C la +70°C

Instalare compactă, lungime țeavă la intrare ≥2DN

Lungime contor 3 DN

Paletajul turbinei este din aluminu

Teacă sondă de temperatură integrată în carcasa contorului

Generator de impulsuri LF integrat

Fluid de lucru: gaz natural, gaz de sondă, gaz de iluminat, butan, aer, nitrogen și alte gaze la cerere

Aprobare de model CE

Grad de protecție: IP 67

Erorile standard specificate sunt:

± 0,5% pentru debit 0,2Qmax – Qmax

± 1% pentru debit Qmin – 0,2Qmax

Opțional:

Generator de impulsuri HF integrat

Absolute-ENCODER S1

Sistem de ungere automată

Multi index: Un numărător mecanic robust dotat standard cu un contact REED de joasă frecvență LF

Standard – Conector 723 mamă cu 6 pini Binder

Opțional

2 contacte REED LF

Slot senzor MF

Contact REED antifraudă

Angrenare mecanică (tip 25H7 conform EN 12261)

Mecanism de sens fluid

Cutie de conexiuni cu mufă tată Binder, mufă mamă Harting

Extesie „CRYO” pentru evitarea problemelor legate de depunerile de gheață impreună cu capsula silicat de aluminiu

Fig.4.100 Integrator mecanic la contoarele cu turbina

Absolute ENCODER S1 (opțional) este un idex mecanic ce se folosește pentru transferul datelor otico-electronic via o enterfață electronică (ex. convertor EK260). Deci absolute ENCODER S1 este combinația ideală între indexul mecanic și electronic. Absolute ENCODER S1 nu necesită alimentare separată, el fiind alimentat prin cablul de transfer date. Variante de interfață: NAMUR, M-Bus și SCR Absolute ENCODER S1 se poate atașa la orice alt index. [12]

Fig.4.101. Absolute ENCODER S1

Precizie

Contoarele cu turbină model SM-RI-X respectă din punct de vedere metrologic standardul european pentru contoare cu turbină EN 12261. Erorile de măsură sunt chiar de două ori mai mici decât erorile specificate.

Erorile standard specificate sunt:

±0,5% pentru debit 0,2Qmax – Qmax

±1% pentru debit Qmin – 0,2Qmax

La cerere se pot oferi contoare cu erori de măsură mai mici. [12]

Fig.4.102 Diagrama cu erorile de masura

Caracteristicile erorilor de măsură

Fiecare contor SM-RI-X este testat cu aer la presiunea atmosferică. Opțional contorul se poate testa și cu gaz natural. [12]

Fig.4.103 Erorile de masura functie de diametrul nominal al contorului

Pierderi de presiune Pierderea de presiune medie pentru contoare cu turbină model SM-RI-X folosind gaz natural la presiunea atmosferică și densitate 0,8 este măsurată de la o secțiune din amonte la o secțiune în aval de contor pe o țeavă dreaptă de diametru egal cu DN al contorului. [12]

Impuls:

Fig.4.104 Tipul de preluare a semnalului HF

Fig.4.105 Modul de preluare a semnalului HF functie de diametrul nominal al contorului si debitul maxim masurat

Fig.4.106. Dimensiuni și greutăți pentru contoarele de gaz cu turbină DN 50 – 600

Contoare de gaz cu turbină DN 50 – DN 150 TRZ2

Fig.4.107. Contorul de gaz cu turbină DN 50 – DN 150 TRZ2

Caracteristici principale:

Mărimi: G65 – G1000

Pentru debite de la 5 la 1600 m3/h

Diametru nominal DN50* – DN150(2”-6”)

Presiuni nominale PN 10-100 și ANSI 150-600

Gama de temperatură mediu: – 30°C la +55°C

Gama de temperatură gaz: – 25°C la +55°C

Contor de gaz cu turbină cu modul de măsurare

Pompă de ulei manuală (standard pentru PN25-100 și ANSI 300-600)

Instalare compactă, lungime țeavă la intrare ≥2DN

Lungime contor 3 DN

Paletajul turbinei este din aluminu

Generator de impulsuri LF integrat

Teacă sondă de temperatură integrată în carcasa contorului

Fluid de lucru: gaz natural, gaz de sondă, gaz de iluminaat, butan, aer, nitrogen și alte gaze la cerere

Aprobare de model CE

Funcționare corespunzătoare și în cazul măsurării unui debit de 1,2 Qmax timp de minim o oră

Grad de protecție: IP 67

Opționale

Generator de impulsuri HF integrat

Absolute-ENCODER S1. [12]

Numărător S1 (standard)

– Index mecanic cu 8 role

– Capul numărător poate fi rotit cu 350°

– Clasa de protecție IP 67

– Absolute – ENCODER S1 (opțional) care poate fi folosit ca numărător principal al contorului. [12]

Fig.4.108 Traductorul mecanic al contorului cu turbina

Numărător S1 (standard)

Frecvență joasă: Contoarele cu turbină Elster-Instromet model TRZ2 sunt dotate cu două generatoare de frecvență si un generator auxiliar de monitorizarea (PCM). Pulsurile de joasă frecvență care sunt generate de contact REED în mufa IN-S1x sunt folosite pentru transmiterea volumului măsurat în m3 la un convertor de volum. Frecvența maximă este de 0,5Hz .

Versiunea standard

IN-S10 cu cablu cu 6 fire de lungime 2,5m liber la un capăt

Opționale

IN-S11 cu mufă cu 6 pini (Binder 423)

IN-S12 cu două mufe de 6 pini (Binder 423)

Frecvență înaltă (opțional): Dacă se dorește o precizie ridicată de măsurare și controlul mai fin al procesului de măsurare, contoarele cu turbină pot fi echipate cu generatoare de înaltă frecvență. Un avantaj al contoarelor cu turbină Elster-Instromet model TRZ2 este acela că pot funcționa cu două sisteme separate.

A1S citește paletele turbinei

A1R citește un disc cu fante solidar cu axul turbinei

Cele două sisteme de înaltă frecvență pot fi comandate separat. Locașul de prindere al generatorului HF este proiectat să ocupe cat mai puțin spațiu fiind localizat lateral. [12]

Fig.4.109 Traductoare de inlata frecventa HF

Precizia

Limite

Conform standardului european

± 1,0% pentru 0,2Qmax la Qmax

± 2,0% pentru Qmin la 0,2 Qmax

Opțional

± 0,5% pentru 0,2Qmax la Qmax

± 1,0% pentru Qmin la 0,2 Qmax. [12]

Fig.4.110. Curba de erori pentru contorul de gaz cu turbină DN 50 – DN 150 TRZ2

Domeniul de măsură

Domeniul de măsură pentru joasă presiune (presiune atmosferică) este 1:20 si 1:30. Odată cu creșterea presiunii limită debitul minim (Qmin) scade prin creșterea energiei. Deci domeniul de măsură devine mai larg. Valorile pentru QminHP sunt prezentate în tabelul 4.4. Trebuie ținut cont de faptul că mărimea rangeabilității este definită de legislația națională. [12]

Tab.4.4 valorile debitului maxim si minim masurat functie de presine

Presiune absolută [bar]

5 10 15 20 25 30 35 40

Mărime Qmax[m3/h] Qmin[m3/h] QminHP [m3/h]

G 65 100 5 3 2 2 1 1 1 1 1

G 100 160 8 4 3 3 2 2 2 2 2

G 160 250 13 7 5 4 4 3 3 3 3

G 250 400 20 11 8 6 6 5 5 4 4

G 400 650 32 17 12 10 9 8 7 7 6

G 650 1000 50 27 19 16 13 12 11 10 10

G 1000 1600 80 44 31 25 22 19 18 16 15

(4.1)

dv – densitatea gazului (gaz natural = 0,65

p – presiune absolută (bar)

Pierderea de presiune:

Fig.4.111. Pierderea de presiune pentru contorul de gaz cu turbină DN 50 – DN 150 TRZ2

Pierderea de presiune în condiții de măsurare:

(4.2)

Densitatea în condiții de măsură:

Pierderea de presiune pentru orice gaz G:

(4.3)

(4.4)

Simbol Descriere UM

ρ b Densitatea în condiții de măsurare kg/m3

ρ n Densitatea în condiții standard kg/m3

ρ G Densitate fluid kg/m3

ρ ng Densitate gaz natural kg/m3

p atm Presiunea atmosferică (absolută) bar

p b Presiunea absolută de măsurare bar

Δp1 Pierderea de presiune pentru gaz natural la 1 bar mbar

Δpb Pierderea de presiune pentru gaz natural măsurat mbar

Δpng Pierderea de presiune pentru gaz natural mbar

ΔpG Pierderea de presiune pentru alte gaze mbar

Despre instalare Montarea contoarelor cu turbină Elster- Instromet, conform EN 12261, se poate face atât în poziție orizontală cât și verticală

Țeava de intrare ≥ 2DN indiferent de fluid pentru DN 80 -150

≥ 5DN pentru DN 50

Țeava de ieșire cuplaj nominal conform contorului

Fig.4.112. Tronsonul de linistire si turbionare amonte de masurare

Fig. 4.113. Date tehnice pentru contorul de gaz cu turbină DN 50 – DN 150 TRZ2

Contoare cu turbina model SM-RI-X

Fig. 4.114. Contorul cu turbină model SM-RI-X

Aparatul SM-RI-X este echipat în serie cu un sistem de lubrifiere manual (optional si automat) și un indice mecanic cu capac metalic. [12]

Contor cu turbină model SM-RI-2

Fig. 4.115. Contorul cu turbină model SM-RI-2

Modelul -SM-RI 2 permite măsurarea bidirecțională. În timp ce debitul a fost mărit pentru a se potrivi contoarele de gaz ultrasonice existente, pierderea de presiune poate fi jumătate de contoare de gaz cu turbină convenționale.

Avantaje și dezavantaje ale contoarelor cu turbină:

Precizie bună.

Valoarea măsurată este influențată de vâscozitatea fluidului.

Sensibile la șocuri mecanice.

Sensibile la murdărie (se ancrasează).

Contoarele cu turbină nu răspund instantaneu la variațiile de debit, datorită inerției pieselor mobile. [12]

Contoare de gaz cu ultrasunete

Contoarele de gaz cu ultrasunete sunt dispozitive de măsurare electronice fără piese mecanice în mișcare. Ele sunt caracterizate de răspunsul imediat la schimbările de debit și de lipsa pierderilor de presiune. Contoarele ultrasonice sunt, prin urmare, deosebit de potrivite pentru reglarea proceselor și pentru măsurarea unei game largi de gaze combustibile și non-combustible.

Avantajele acestei tehnologii includ următoarele:

Precizia: pot fi calibrate la <0.1%;

Rangeabilitate tipică > 50:1

Măsoară volume bidirecțional, cu performanțe comparabile

Toleranță la gaz umed: important pentru aplicații de producție

Non-intruzive: cădere de presiune minimă

Mentenanță scăzută: fără părți în mișcare, înseamnă mentenanță redusă

Toleranță la erori: contoarele rămân relativ precise chiar dacă senzori eșuează

Diagnostic integral: date pentru a determina starea contorului.

Cea mai importantă dintre toate acestea este abilitatea de a diagnostica starea contorului. Alte dispozitive primare de măsură, cum ar fi contoarele cu turbină oferă o mică perspectivă dacă încă mai funcționează corect după o perioadă de timp. [15, pag. 187-192]

Contoarele ultrasonice oferă posibilitatea de diagnostic electronic care poate ajuta la validarea corectă a operației care trebuie efectuată și astfel reduce inspecția internă, necesară altor dispozitive. Aceste diagnostice interne pot fi de asemena folosite pentru a identifica dacă alte componente ale stației de măsurare, precum măsurarea temperaturii și a compoziției gazelor funcționează de asemenea corect.

Contoarele de gaz cu ultrasunete funcținează pe principiul de măsurare a timpului de tranzit. [19]

Principiul de funcționare este prezentat în figura 4.116.

Fig.4.116. Principiul de funcționare pentru contorul de gaz cu ultrasunete

Contoarele ultrasonice sunt contoare de viteză. Asta înseamnă ca ele măsoară viteza gazului prin corpul contorului. Cunoscând viteza și suprafața secțiunii transversale, se poate calcula volumul necorectat. În măsurarea debitului cu ultrasunete, sunetul undelor sau impulsurilor acustice sunt trasnmise și primite de către o pereche de traductoare piezoelectrice. [19]

Figura 4.117 arată modul de montare a 2 traductoare, A și B, la un unghi φ, față de axul țevii cilindrice drepte.

Fig. 4.117. Modul de montare a două traductoare aferente contorului cu ultrasunete

Ecuațiile necesare pentru calculul curgerii:

Fig.4.117Traductori emisie receptie ultrasunete

unde:

L – lungimea

D- diametrul

V –vectorul de viteză

Tab – timpul de tranzit al unui semnal ultrasonic de deplasare în curgere și măsurat de traductorul A și B.

Când măsurarea este completă, timpul de tranzit Tba a unui semnal ultrasonic de deplasare împotriva curgerii măsurată de la traductorul B la traductorul A.

Când nu este debit, timpul de transit este egal în ambele direcții și diferența de timp dintre ele este 0. Astfel cu debitul, timpul de tranzit al semnalului care se deplasează cu debitul va fi mai mic decât cel care se deplasează împotriva curgerii datorită vitezei gazului în intreiorul contorului. [19]

Fig.4.118 URMEAZA SA Tai aceasta figura si sa renumerotez dupa ea….

Timpul de tranzit în amonte și aval poate fi calculat cu formulele:

(4.6)

(4.7)

unde :

L – este lungimea

α – este unghiul în ceea ce privește aspectul țevii

c – este viteza sunetului (SOS) în gaz

dacă viteza sunetului este constantă în timpul celor 2 timpi de tranzit, cele 2 ecuații pot fi combinate:

(4.8)

unde v este viteza debitului (pozitivă în aval).

Deoarece viteza sunetului este legată de densitatea mediului în sistemul de transport, aceasta poate fi utilizată pentru a calcula debitul masic. Se remarcă faptul că anularea vitezei sunetului de la ecuația medie de viteză (proprietățile gazului, cum ar fi densitatea, afectează și Tab și Tba la fel) înseamnă că viteza absolută măsurată nu este dependentă de densitatea gazului. Ceea ce înseamnă că, presiunea, temperatura și compoziția gazului nu au nici un efect la calcularea vitezei din pulsul timpului de tranzit.

Timpul mediu de tranzit, fără a avea gaz în curgere, este o funcție a mărimii contorului la viteza sunetului prin gaz (presiune, temperatura și compoziția gazului). Dacă considerăm un contor de 30 cm, timpul tipic de tranzit, în ambele direcții, sunt de ordinul milisecundelor (și egale) când nu este curgere. Diferența în timpul de tranzit în timpul perioadelor de curgere, este semnificativ mai mică, și este de ordinul nanosecundelor.

Viteza necesară pentru a calcula rata debitului, este viteza medie a gazului pe suprafața contorului.

Operațiunile contorului cu ultrasunete sunt:

a. Măsurarea timpului de tranzit, atât în aval cât și în amonte, este principala funcție a electronicelor.

b. Calcularea randamentului contorului, rezultat al mediei de furnizare a ratei debitului vitezei.

c. Identificarea sensului de curgere al gazului, deoarece componetele electronice pot determina care timp de tranzit este mai lung.

d. Viteza sunetului este calculată din aceleași măsurători ca și viteza gazului. [19]

Traductoare generatoare de impulsuri

Special creați, traductorii sunt folosiți pentru generarea impulsurilor ultrasonice care atât transmit cât și primesc aceste impulsuri. Principalul element component într-un traductor, pentru efectuarea acestor funcții, este elementul piezoceramic. În modul de transmitere aceste elemente piezoceramice sunt exicitate cu o tensiune caracteristică, care duce la emisia unui impuls sonic bine caracterizat. Când este utilizat ca și receptor, impulsul sonic primit generează o tensiune mică, care este prelucrată după amplificare. Frecvența și modelul de direcționare a unui traductor depinde, în cea mai mare parte, de dimensiunea și caracteristicile elementului piezoceramic. [19]

Traductor detector de impulsuri

Înainte ca detectarea și recunoașterea să aibă loc, unda sonoră primită este preprocesată folosind un reglaj automat al amplificării și filtrarea circuitelor pentru a asigura deosebirea impulsului. După ce faza preprocesării (detecția) are loc, semnalul este digitizat și comparat cu o amprentă a unui impuls de referință. Această metodă asigură posibilitatea unică de a verifica calitatea fiecărui impuls în conformitate cu standardele prestabilite înainte de a se procesa pentru măsurarea vitezei. Impulsurile sunt fie acceptate când semnalul întreg întâlnește calitatea prestabilită sau refuzate când se detectează deviații de la standardul stabilit.

Doar când ambele impulsuri sunt acceptate, timpul lor de deplasare este folosit pentru a se calcula viteza de curgere și viteza sunetului. Acestă metodă are cele mai precise rezultate.

În timpul detecției semnalului și procesării, se fac diagnosticări interne care furnizează informații în timp real pentru utilizator despre performanța sistemului, și pot fi folosite la setări de alarme limită privind performanța contorului. [19]

Caracteristici de temporizare

Acuratețea necesară în măsurarea timpului de deplasare poate fi dată prin ecuații. De exemplu când viteza de 1 m/s este măsurată cu o precizie de 0.5% de-a lungul lungimii într-un gaz cu viteza sunetului de aproximativ 390 m/s, amândoi timpii de deplasare sunt de ordinul a 2.5 milisecunde și diferențele lor sunt de aproximativ 6 microsecunde, care trebuie să fie măsurate cu o eroare nu mai mare de 30 nanosecunde. Acest minut de diferență a timpului de deplasare necesită o viteză mare și o acuratețe înaltă a componentelor electronice.

Timpul de deplasare de numai câteva milisecunde permite măsurători individuale ale vitezei de curgere cu ultrasunete la rate de repetiție înalte. Ratele tipice sunt de la 20 la 50Hz, în funcție de diametrul conductei. [19]

Indicatori de diagnostic de bază

Una din principalele proprietăți ale contoarelor cu ultrasunete este abilitatea de a-și monitoriza singure starea de funcționare și de a diagnostica orice problemă care poate apărea. Contoarele cu mai multe căi sunt unice în această privință deoarece acestea pot compara anumite măsurători dintre diferitele trasee, precum și verificarea fiecărei căi în parte. Măsurătorile pot fi folosite în verificarea stării de funcționare online sau pot fi clasate ca diagnostice interne sau exetrne.

Diagnosticele interne sunt indicatorii derivați doar din măsurătorile interne ale contoarelor.

Diagnosticările externe sunt metodele la care măsurătorile de la contor sunt combinate cu parametrii derivați din surse independente pentru a detecta și identifica condiții de defect. [19]

Calitatea semnalului – Performanța traductorului

Această expresie este adesea menționată ca performanță (dar ar trebui să nu se confunde cu acuratețea contorului). Toate modelele de contoare ultrasonice trimit multiple impulsuri peste corpul contorului la traductorul opus în pereche, înainte de a actualiza ieșirea. Ideal, toate impulsurile trimise ar trebui primite și utilizate. Cu toate acestea, în lumea reală, uneori, semnalul este distorsionat, prea slab, sau impulsul primit nu îndeplinește anumite criterii stabilite de către producător. Când se întâmplă acest lucru, electronica respinge pulsul mai degrabă decât să folosească ceva de o calitate îndoielnică care ar putea distorsiona rezultatele.

Nivelul de acceptare (sau de respingere) pentru fiecare cale este în general considerată ca o măsură de performanță, și este adesea menționată ca semnal calitate. Dacă nu sunt alți factori care influențează, contorul va funcționa normal la 100% performanță până va atinge limita superioară de viteză. Unde semnalul traductorului devine mai distorsionat, câteva forme de undă vor fi în cele din urmă eliminate, deoarece acestea nu se potrivesc criteriilor de detectare a pulsului. În acest punct performanța contorului va scădea de la 100% la ceva mai puțin. Figura 4.119 arată performanța unui contor cu o viteză de aproximativ 20 de cadre pe secundă. [19]

Fig. 4.119. Performanța traductorului la 20 cadre pe secunda

Figura 4.120 arată același contor funcționând cu 155 cadre pe secundă. Se poate vedea că performanța a scăzut de la 100% pe toate căile la 90%. Este normal pentru viteze mari ca distorsiunile de semnal să aibă un anumit impact asupra formelor de undă. [19]

Fig. 4.120. Performanța traductorului la 155 cadre pe secundă

Raportul semnal-zgomot

Raportul semnal-zgomot (SNR) oferă informații care sunt utile pentru verificarea stării contorului, sau pentru alertarea utilizatorului la posibile probleme iminente. Fiecare traductor este capabil să primească informații de zgomot de la surse externe (mai degrabă decât traductorul opus). În intervalul dintre impulsurile primite, contorul monitorizează acest zgomot pentru a oferi o informație a zgomotului de fond. Acest zgomot poate să fie în același spectru de frecvențe cu ultrasunete ca și cum ar fi transmise de la traductorul în sine.

Măsurarea puterii semnalului la nivelul de zgomot de fond se numește raport semnal- zgomot. [19]

Profilul vitezei

Monitorizarea profilului vitezei este cea mai trecută cu vederea și nefolosită unealtă de diagnosticare a contoarelor ultrasonice. Ea poate oferi multe informații referitoare la starea sistemului de contorizare, precum și a contorului.

Stațiile de contorizare performante produc modele cu un profil relativ uniform de viteză în interiorul aparatului de măsură.

Fișierul jurnal de bază ar putea fi de ajutor în cazul în care performanța contorului este pusă la îndoială la o dată ulterioară.

Figura 4.121 arată raportul de viteză pentru fiecare cale în raport cu viteza medie contorului. Acest raport se calculează prin luarea mediei, fiecărei cale de viteză în timpul unei perioade de timp și împărțind-o prin viteza medie, raportată de contor pentru aceeași perioadă de timp. Deoarece raportul pentru fiecare cale rămâne în esență constant la toate vitezele contoarelor, schimbări în funcționarea contorului sunt mai ușor de detectat decît uitandu-te la viteza reală de pe fiecare cale. [19]

Fig. 4.121. Raportul de viteză pentru fiecare cale în raport cu viteza medie contorului

Contoare cu ultrasunete pentru presiuni maxime de 0.5 bar

În continuare este prezentat un contor de gaz cu ultrasunete construit pentru măsurarea volumului de gaze naturale având presiuni maxime de funcționare de 0.5 bar, la o gamă de măsurare a debitului de 0.04-6 m3.

Contoarele sunt construite într-o carcasă din tablă de oțel presat care îi conferă robustețe, etanșeitate externă, rezistență la coroziune externă și internă și rezistență la temperaturi înalte ale mediului încojurător. Senzorul UltraSonic Measurement Unit este montat în interiorul carcasei în calea fluxului de gaz. Contorul este dotat cu o valvă de închidere pe calea de intrare și poate fi controlat local și de la distanță.

Circuitele electronice, inclusiv modulul senzorului ultrasonic, sunt alimentate de la o baterie locală, cu o durată de viață de minim 10 ani. Părțile electronice sunt distribuite în două compartimente: unul care are funcționalități metrologice – complet sigilat și al doilea conținând modem de comunicație, driver pentru valvă și functionalități de monitorizare a bateriei. În al doilea compartiment este plasată bateria și acesta poate fi deschisă fără a rupe sigiliul metrologic. [12]

Sistemul de măsurare cu contoare cu ultrasunete este alcătuit din:

1. contor cu ultrasunete;

2. traductoare, care pot fi:

– de presiune statică și de temperatură;

– de densitate;

3. calculator de debit.

Erorile maxime admise la verificarea metrologică a contoarelor cu ultrasunete sunt:

Tab.4.5. Erorile maxime admise a contoarelor cu ultrasunete

Dn reprezintă diametrul contorului;

unde:

Qmax – debitul maxim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qmin – debitul minim la care echipamentul furnizează indicații care satisfac cerințele cu privire la erorile maxime admise;

Qt – debitul de tranzit; este debitul care desparte domeniul de debit în două zone distincte, care au erori maxime admise diferite.

Valorile stocate

Contorul de gaz cu ultrasunete are o memorie non volatilă în care sunt stocate evenimentele și metodele de diagnostic, după cum urmează:

Toate datele referitoare la ultimele 70 de zile de gaz în modul de lucru normal, precum și în unul cu erori;

Toate datele pentru perioada curentă și cea precedentă, utile în cazul facturării;

Registrul de evenimente are capacitatea maximă de 180 de evenimente cu următorii parametrii aferenți fiecărui eveniment:

Ora și data fiecărui eveniment;

Tipul de eveniment;

Numărul de evenimente care au început de la ultima resetare;

Numărul de identificare al operatorului care a generat evenimentul;

Valoarea anterioară și curentă pentru parametrul utilizat pentru calculul volumului (dacă este cazul);

Valoarea totală a volumului în condițiile de referință la momentul evenimentului;
Lista altor evenimente:

Ștergerea registrului de evenimente;

Schimbarea valorii de compensare a temperaturii;

Baza de date coruptă;

Înregistrarea momentului în care se face instalarea unui nou program de facturare;

Înregistrarea momentului la care se actualizează noua versiune de firmware;

Resetarea bazei de date;

Înlocuirea bateriei.

Registrul de diagnosticare:

Baterie lipsă;

10% din durata de viață a bateriei;

90% din registrul evenimentelor;

Registrul de evenimente plin;

Deschiderea compartimentului de metrologie;

Deschiderea compartimentului pentru baterie;

Temperatura măsurată în afara intervalului temperaturii de lucru (-25° … +55°) C;

Tentativele de fraudă.

Interfețe de comunicație

Contorul de gaz cu ultrasunete are două interfețe seriale de comunicație: o interfață optică în scopul comunicației locale și o alta prevăzută cu un modem radio pentru comunicația la distanță. Ambele utilizează protocolul DLMS/COSEM.

Interfața optică este în conformitate cu EN 62056-21 și protocolul utilizat la nivelul aplicației este DLMS/COSEM.

Portul optic este proiectat pentru configurarea, verificarea metrologică sau citirea datelor, având viteza de comunicație: 9600 bps, 8 biți de date și paritate egală. Interfața de comunicație la distanță poate fi dotată cu modem M-bus radio având frecvența 169MHz/868MHz în concordanță cu EN 13757-3 și EN 13757-4 sau cu modem GSM/GPRS folosind protocolul DLMS/COSEM.

Caracteristici metrologice

Condiții de operare:

Temperatura: -25 0C – +550C

Umiditate: 95% la temperatura atmosferică 0-35°C; pentru Ta>35°C, maximul de cantitate de vapori de apă este 37.6 g/m³;

Domeniul de măsurare: de la 0 la 7.2 m³/h;

Performanța măsurătorii de la 40 la 600 L/h este ±3%, de la 600 la 6000L/h este ±1,5%, în concordanță cu EN 14236:2007;

Pierderile de presiune: mai puțin de 200 Pa în concordanță cu EN 14236:2007.

Valorile afișate: (în concordanță cu UNI/TS 11291 6)

Data și ora în formatul: zz_ll_aa; hh_mm;

Facturarea curentă (F1/F2/F3);

ID-ul stației de relivrare;

Diagnosticul;

Volumul total în condiții de bază;

Volumul total în condiții de alarmă;

ID-ul planului tarifar aferent perioadei de facturare curente;

Volumul total pentru fiecare fază a perioadei de facturare curente (Tot-F1, Tot-F2, Tot-F3);

Sfârșitul perioadei anterioare de facturare;

Volumul total în condiții de bază pentru perioada de facturare anterioară;

Volumul total în condiții de alarmă înregistrate la sfârșitul perioadei de facturare anterioare;

ID-ul planului tarifar folosit pentru perioada de facturare anterioară;

Volumul total pentru fiecare fază a perioadei de facturare anterioară (Tot-F1; Tot-F2; Tot-F);

Maximul debitului de gaz convențional pentru perioada de facturare anterioară;

Schimbarea valorilor programabile se poate face local sau de la distanță, accesul fiind limitat cu user și parolă: (în conformitate cu UNI 11291_6 TS)

Pentru modul configurare:

Data curentă: zz_ll_aa;

Ora curentă: hh_mm_ss cu opțiunea PM/AM;

ID-ul stației de relivrare;

Pentru modul normal:

ID-ul stației de relivrare;

Data și ora curentă;

Tb și Pb utilizate pentru a compensa volumele;

Parametrii de comunicație;

Planul de facturare;

Actualizarea software-ului pentru comunicație.

Datele cum ar fi: facturarea a 3 perioade de timp, volumul total în modul de alarmă, debitul maxim convențional sunt în formatul cerut de UNI TS 11291-6. [12]

Fig.4.122. Contor cu ultrasunete pentru aplicații rezidențiale

Fig.4.123.Contor cu ultrasunete pentru aplicații industriale

Aparate de măsură cu element deprimogen

Sistemele de măsurare a cantităților de gaze naturale cu element deprimogen sunt construite pe principiul măsurării debitelor cu elemente deprimogene de tip diafragmă. Sistemul de măsurare cu element deprimogen este alcătuit din următoarele componente:

Tronsoane de conducte amonte și aval;

Element primar

element deprimogen de tipul :

– diafragmă cu prize de presiune în unghi;

– diafragmă cu prize de presiune la flanșe;

– diafragmă cu prize de presiune la D și D/2;

Diafragmele se pot monta în dispozitive port-diafragmă.

prize de presiune

Elemente secundare (traductoare), care pot fi:

traductoare de presiune statică;

traductoare de presiune diferențială;

traductoare de temperatură;

traductor multivariabil;

termorezistență;

traductor de densitate;

cromatograf de linie;

Element terțiar (calculator de debit);

Elemente auxiliare, care sunt țevi de impuls pentru preluarea parametrilor gazelor naturale;

Incertitudinea de măsurare cu aceste sisteme a volumelor de gaze naturale, trebuie să fie de maxim ±1,5%.

Elementele secundare din sistemul de măsurare, respectiv traductoarele de presiune statică, diferențială, temperatură, multivariabile sau densitate, nu trebuie să depășească o eroare maximă de ±0,1%.

Elementul terțiar al sistemului de măsurare, respectiv calculatorul de debit (incluzând convertoarele de intrare) va avea eroarea maximă admisă de calcul a volumului corectat de ±0,2%

Măsurarea debitelor fluidelor în conducte cu ajutorul elementelor deprimogene (diafragmă, ajutaj, etc.) se bazează pe variația energiei potențiale a fluidului la scurgerea lui printr-o secțiune transversală, artificial îngustată a unei conducte, montată ca în figura de mai jos. [15, pag. 162]

Fig. 4.124. Măsurarea debitelor fluidelor ajutorul elementelor deprimogene

Astfel se produce o reducere a secțiunii de trecere, având ca urmare o creștere a vitezei de curgere în secțiunea diafragmei. Cele două tuburi manometrice 1 și 2 reunite alcătuiesc un manometru diferențial ce măsoară diferența presiunilor fluidului înainte și după diafragma. [15, pag. 162]

Această diferență de presiune este proporționala cu viteza gazului și, prin urmare, după cum s-a văzut, poate servi la determinarea debitului.

O relație de calcul simplificată este următoarea:

(4.9)

în care:

Dv- debitul de fluid măsurat

p1- presiunea amonte

p2- presiunea aval

α -coeficientul de debit; α = f ( Re, m )

A0 – secțiunea orificiului diafragmei

ε – coeficientul de corecție pentru expansiune

ρ – densitatea fluidului

kt – coeficientul de corecție pentru compresie

Fig. 4.125. Diafragmă

– fața amonte

– fața aval;

E – grosimea diafragmei,

e – lungimea porțiunii cilindrice a deschiderii diafragmei,

G, H, I – margine;

d – diametrul orificiului;

D – diametrul secțiunii transversale de curgere a conductei de măsurare;

α – unghi față de axa deschiderii conului (45° ± 15°)

Schema generală a unui aparat de masură cu element deprimogen se regăsește în figura 4.126.

Fig. 4.126. Schema generală a unui aparat de masură cu element deprimogen

PdT-traductor de presiune diferențială, PT-traductor de presiune,

TT-traductor de temperatură, BC-bloc de calcul, FR- înregistrator de debit.

În figura 4.127 se regăsește schema unui aparat de măsură cu element deprimogen de tip Rofar.

Fig.4.127. Schema unui aparat de măsură cu element deprimogen de tip Rofar

Avantaje și dezavantaje în cazul utilizării aparatelor de măsură cu element deprimogen:

introduc pierderi de presiune locale permanente

preț scazut

nu există componente în mișcare

montaj și întreținere ușoară

apare coroziunea, în timp, rezultând erori de măsură

este necesară o porțiune liniara de conductă atât înainte cât și după dispozitivul de strangulare, pentru relaxarea curgerii

valoarea măsurată este influențată de locul de amplasare al prizelor de presiune, dimensiunile dispozitivului de strangulare și ale conductei, parametrii de stare ai fluidului, etc. [15, pag. 163]

Sistem de măsurare a cantități de gaze, tip SMG, producător SC ACK FLUID SRL Pașcani

Generalități

Sistemul de măsurare a cantității de gaze, tip SMG, este destinat măsurării și contorizării cantității de gaze vehiculate printr-o conductă cu secțiune circulară, sub presiune, utilizând drept traductor de debit cu element deprimogen.

Configurația recomandată a SMG este prezentată în fig.4.128 și cuprinde:

Calculator MULTICALC- CEG

Traductor principal de pesiune diferențială;

Traductor secundar de presiune diferențială;

Traductor de presiune absolută;

Traductor de temperatură – termorezistență;

Dispozitiv de strangulare – diafragmă sau ajutaj;

Baterie de robinete și robinete de separare;

Sursă auxiliară.

Fig.4.128. Componența unui sistem de măsură SMG

1- dispozitiv de strangulare; 2 – baterie de robinete; 3 – traductoare de presiune diferențială; 4-traductor de presiune absolută; 5 – robinete de izolare; 6 – termorezistență; 7 – calculator MULTICALC – CEG; 8 – sursă auxiliară.

Ca principiu de măsură se utilizează perturbarea curgerii fluidului cu ajutorul unui element deprimogen (diafragmă de măsură, ajutaj), măsurarea căderii de presiune pe acesta, a presiunii și temperaturii gazului din conductă și calcularea și integrarea debitului de gaz.

Fig.4.129. Masca frontală a calculatorului

Caracteristici tehnice

Sistemul SMG poate fi utilizat pentru măsurarea cantității de gaz metan, dar se poate utiliza și pentru măsurarea altor gaze, cum ar fi: oxigen, aer comprimat etc., diferența între aplicații fiind numai din punct de vedere al programului implementat în memoria calculatorului.

Utilizarea de componente de înaltă fiabilitate și precizie determină obținerea unei erori reduse de măsură pentru un domeniu relativ extins al debitului.

Eroarea relativă de măsurare și contorizare a cantității de gaze este de ± 1,5%, în cazul utilizării traductoarelor de presiune Honeywell, și de ± 2%, în cazul utilizării traductoarelor tip FEPA Bîrlad.

Calculatorul MULTICALC – CEG

Calculatorul CEG face parte din familia calculatoarelor MULTICALC, produse de SC ACK FLUID SRL Pașcani, care au la bază un microprocesor din familia 80C51, produsă de Analog Devices.

Schema bloc a unui calculator MULTICALC este prezentată în figura următoare:

4.130. Schema bloc a calculatorului MULTICALC

În figura anterioară se pot observa cele cinci grupe de funcții pe care le poate efectua calculatorul MULTICALC și anume:

măsurarea termorezistențelor și a semnalelor de tip curent unificat;

afișarea mărimilor măsurate și contorizate;

conectarea la un înregistrator sau la alte sisteme de calcul în vederea prelevării de date sau pentru efectuarea verificării calculatorului;

memorarea datelor măsurate și integrate, precum și a evenimentelor apărute în exploatare;

accesarea unui ceas de timp real (RTC) și raportarea tuturor evenimentelor din sistem la acesta.

Codificarea calculatorului

Calculatorul MULTICALC – CEG se codifică astfel:

C.E.G. – X.X.X.X.

a b c d

cu semnificațiile din tabelul 4.6.

Tab.4.6. Codificarea calculatorului MULTICALC – CEG

Semnale de intrare

Etajul de achiziție de date poate măsura următoarele mărimi:

– patru semnale tip curent unificat, în domeniul 4…20 mA;

– patru termorezistențe în sistem cu patru fire.

În aplicația de față, sunt utilizate maxim trei intrări de curent unificat și o intrare de termorezistență. Conversia valorilor analogice în valori digitale se realizează cu ajutorul unui convertor pe 16 biți.

Intervale de măsură

– temperatură: – 40 … + 98 °C;

– presiune absolută:

– domeniul minim: 0…1 bar;

– domeniul maxim: 0…50 bar.

– presiune diferențială: 0…ΔPmax, unde ΔPmax este valoarea limitei superioare a domeniului de măsură al traductorului de presiune diferențială principal.

Afișajul

Calculatorul CEG este prevăzut cu un afișaj cu cristale lichide (LCD), cu 2×20 caractere alfanumerice. Sunt afișate următoarele:

– mărimi instantanee:

· debitul în condiții normale (m3N/h);

· debitul în condiții standard (m3S/h);

. presiunea diferențială (kPa _i mmH2O);

· presiunea absolută (kPaA _i barA);

· temperatura (°C).

-mărimi contorizate:

· volumul de gaz în condiții normale (m3N);

· volumul de gaz în condiții standard (m3S);

· timpul de funcționare (zile:ore:minute).

– diferite mesaje:

· de inițializare a calculatorului;

· de eroare.

Semnale de ieșire

Calculatorul este prevăzut cu o interfață tip RS 232C, pentru conectarea cu un alt sistem de calcul, în vederea prelevării datelor memorate și pentru verificarea aparatului.

Trebuie remarcat faptul că intern calculatorul este prevăzut cu o singură cale de comunicare serială, iar interfața cu care este echipat trebuie să corespundă mediului de comunicație de care dispune utilizatorul.

De regulă se utilizează interfața M-Bus sau RS 485 pentru conectarea calculatorului într-o rețea de dispecerizare iar interfața RS 232C se utilizează pentru accesări ocazionale, cum ar fi verificarea funcționării calculatorului sau pentru trimiterea spre imprimantă a unui raport de consum.

Memoria calculatorului

Calculatorul este prevăzut cu trei tipuri de memorie și anume:

– memoria program, de tip EPROM, în care este înscris programul de lucru al calculatorului;

– memoria de lucru, de tip RAM, în care sunt înscrise variabilele de lucru și listele cu consumurile zilnice și lunare;

– memoria nevolatilă, de tip EEPROM și NVRAM, în care se înscriu trei tipuri de variabile și anume:

– datele inițiale ale instalației:

– diametrul interior al conductei;

– diametrul orificiului dispozitivului de strangulare;

-caracteristicile gazului (densitate, fracțiile molare ale elementelor componente);

– domeniile pe care sunt calibrate traductoarele.

– mărimile contorizate:

– volumul de gaz;

– timpul de funcționare.

– listă cu erori – erori sistem1, conținând maxim 50 de evenimente și erori sistem2, conținând contori de eroare pe 34 zile.

– rapoarte de consum – din oră în oră pe interval de o zi, sau consumuri zilnice pe interval de 34 zile.

Erorile calculatorului:

– eroarea de contorizare a cantității de gaze: ± 0,2 %;

– eroarea de indicare a timpului de funcționare: ± 0,05%.

Condiții de alimentare:

– conform nivelului "d" din codificarea SMG;

– puterea consumată: max. 10 VA.

Caracteristici mecanice:

– dimensiuni de gabarit: 220 x 212 x 105 mm;

– masa netă: max. 1 kg.

– grad de protecție: IP 65;

– carcasa este executată din ABS (partea inferioară) și polistiren antișoc transparent (partea superioară).

Condiții pentru mediul înconjurător:

– zona climatică: N, conform STAS 6535-83;

– categoria de exploatare: 3, conform STAS 6692-83;

– gradul de agresivitate al mediului: greu, conform STAS 7222-84;

– temperatura mediului: + 5 … + 55 °C;

– umiditatea relativă medie lunară: max. 93%, fără condens;

– câmp magnetic perturbator: max. 400 A/m;

– lipsă zdruncinări.

Traductorul de temperatură

Traductorul de temperatură utilizat în sistemul SMG, destinat măsurării temperaturii gazului din conductă, este o termorezistență cu element sensibil din platină, tip Pt100, W100=1,391.

Caracteristici tehnice

– clasa de precizie: II(B), conform STAS 8420-86;

– interval de măsură: – 50 … +100 °C;

– distanța la care se poate transmite semnalul de temp. : max.50 m;

– pot fi realizate în construcție antiex (EEX dII CT6), pentru utilizarea la gaz metan;

– măsurarea termorezistenței se realizează în sistem cu patru fire.

Traductoarele de presiune

În componența sistemului SMG se pot utiliza traductoare de presiune de tip Honeywell (STD, STA) sau de tip FEPA Bîrlad (FE3D, FE1A), dar numai toate de același tip la un moment dat.

Traductoarele de presiune Honeywell

Traductoarele Honeywell sunt din clasa "smart", fiind prevăzute cu microprocesor dedicat, care controlează conversiile presiune – curent, precum și compensarea mărimii măsurate în funcție de temperatura capsulei de măsură. De asemenea, sunt prevăzute cu un protocol de comunicare cu un comunicator portabil (SFC), cu ajutorul căruia se poate verifica sau calibra traductorul.

Traductoarele Honeywell nu au părți în mișcare, elementul sensibil fiind piezoelectric.

Dispozitivul de strangulare

Dispozitivul de strangulare care intră în componența contorului SMG se realizează și se montează în conformitate cu prevederile STAS 7347/1-83 și poate fi unul din următoarele tipuri:

– diafragmă cu prize în unghi;

– diafragmă cu prize la flanșe;

– diafragmă cu prize la D și D/2;

– ajutaj ISA 1932.

Funcționarea contorului SMG

Componenta centrală a sistemului SMG este un calculator cu microprocesor, dedicat acestei aplicații, structurat pe blocuri funcționale astfel:

– bloc de alimentare;

– bloc de calcul;

– bloc de achiziție și conversie a datelor de intrare;

– bloc de memorare;

– bloc de afișare;

– bloc de comunicare serială.

În memoria calculatorului este implementat un program prin care se execută următoarele:

– măsurarea mărimilor de intrare;

– decizie asupra unor eventuale situații anormale apărute în sistem;

– calcularea debitului de gaz în funcție de mărimile de intrare, tipul gazului și tipul dispozitivului de strangulare utilizat;

– integrarea debitului de gaz;

– contorizarea timpului de funcționare;

– controlul afișajului;

– controlul interfeței seriale și a ieșirii în curent unificat;

– subrutine de autotestare.

Calcularea debitului de gaz

Succesiunea operațiilor pentru calcularea debitului sunt:

– citirea mărimilor de intrare:

· valoarea rezistenței termorezistenței;

· valoarea curentului generat de traductorul principal de presiune diferențială;

· valoarea curentului generat de traductorul secundar de presiune diferențială;

· valoarea curentului generat de traductorul de presiune absolută;

– decizie asupra corectitudinii valorilor de intrare;

– decizie asupra valorii de presiune diferențială luată în calcul;

-calcularea debitului de gaz.

Citirea mărimilor de intrare se realizează cu ajutorul etajului de achiziție a datelor, comutarea între mărimi efectuându-se prin intermediul unui multiplexor. Acesta selectează ciclic mărimile de intrare, pe care le transmite unui convertor analog/digital pe 16 biți.

Decizia asupra corectitudinii m_rimilor de intrare se referă la verificarea încadrării mărimilor măsurate în domeniile de variație prestabilite și anume:

– pentru rezistența termorezistenței: 80…138 W;

– pentru curenții unificați: 3,5…21,8 mA.

Decizia asupra valorii de presiune diferențială luată în calcul se referă la stabilirea, pe baza valorilor curenților generați de traductoarele de presiune diferențială, care este valoarea presiunii diferențiale care va fi luată în calcul.

Așa cum am menționat anterior, pentru mărirea domeniului de debit se utilizează două traductoare de presiune diferențiale, montate în cascadă. Trebuie remarcat faptul că această soluție poate fi utilizată doar dacă se folosesc traductoare Honeywell.

Unul din traductoare (denumit traductor principal) se calibrează pe domeniul rezultat din calculul dispozitivului de strangulare, iar cel de al doilea (denumit secundar) pe un domeniu cu capătul de scală la cel puțin 10% din capătul de scală al traductorului principal.

Măsurarea presiunii diferențiale se face astfel:

– se măsoară curentul de la fiecare traductor de presiune diferențială:

· dacă curentul de la traductorul secundar este în limitele 4…20 mA, în calculul presiunii diferențiale se ia acest curent;

· dacă curentul de la traductorul secundar este în afara intervalului 4…20 mA, în calculul presiunii diferențiale se ia curentul măsurat de la traductorul principal. Prin utilizarea a două traductoare Honeywell, se mărește raportul DPmax/DPmin de la 10 la 100.

Calcularea debitului de gaz se realizează conform prevederilor STAS 7347/2-90, pentru tipul de dispozitiv de strangulare și gazul din instalație, utilizând o formulă de forma:

Q = f( ΔP, P, t) (4.2)

unde:

ΔP = presiunea diferențială;

P = presiunea absolută a gazului;

t = temperatura gazului.

Ieșirea în curent unificat 4-20 mA este prevăzută în scopul conectării la un înregistrator și oferă un curent proporțional cu debitul în condiții normale.

Afișajul calculatorului

Informațiile afișate de calculatorul CEG sunt grupate pe cadre, prezentate ciclic, câte 10 secunde fiecare. Cadrele de afișare pot fi împărțite în trei categorii, în funcție de starea calculatorului, și anume:

– la punerea sub tensiune a calculatorului;

– la functionarea normală;

– la apariția unei erori.

Contoare Coriolis

Contorul Coriolis este un contor masic utilizat la măsurarea debitelor lichidelor și gazelor.

Principiul de funcționare se bazează pe forța Coriolis care este o forță aparentă, de inerție, care acționează asupra unui corp când acesta este situat într-un sistem de referință aflat în mișcare de rotație. Pe lângă debitul masic, debitmetrele cu efect Coriolis oferă informații despre densitatea, fracția și temperatura agentului. Contoarele Coriolis nu au nici o restricție privind numărul Reynolds al fluidului.

Exista două configurații de baza ale contoarelor Coriolis: cele cu tub curbat (tub U) și cele cu tub drept.

În cele mai multe variante constructive, tubul este fixat în două puncte, oscilând între aceste puncte. [8, pag. 196]

Fig. 4.131. Principiul Coriolis

Debitul masic = Fc/(2wx); Fc – forță de inerție Coriolis

În funcție de raportul fluid-accelerație, forța Coriolis va genera rotirea tubului, astfel că valoarea devierii (forța Coriolis) va depinde de debitul masic. Fluidul este pompat prin debitmetru. Unde exista debit, tubul se răsucește încet. Forța devierii (răsucirea), aplicabilă la tub va fi întotdeauna direcționată către dreapta vectorului de viteză. Brațul prin care trece fluidul, departe de axa de rotație, trebuie să exercite o forță pe fluid pentru a-i crește momentul unghiular, astfel că tubul se îndoaie înapoi. Brațul prin care fluidul este împins înapoi spre axa de rotație trebuie să exercite o forță către fluid pentru a-i micșora momentul unghiular astfel că brațul prin care trece lichidul se va îndoi înainte. Vectorul de forța de inerție Coriolis și vectorului de viteză al fluidului se vor regăsi în același plan (orizontal). [8, pag. 196]

În cazul contoarelor Coriolis cu tub drept, la extremitățile tubului se află doi senzori care detectează poziția, viteza sau accelerația tubului. Pentru debit nul deformarea tubului este simetrică iar pentru debit diferit de zero deformarea tubului este asimetrică (datorită forței Coriolis)

În figura 4.132 și în figura 4.133 este reprezentat schematic principiul de funcționare al debitmetrului Coriolis.

Fig. 4.132. Principiul de funcționare al debitmetrului Coriolis

1- fără debit de fluid; 2, 3 – cu debit de fluid

Fig. 4.133. Principiul de funcționare al debitmetrului Coriolis

În cazul utilizării unui tub curbat (tub U), cele două laturi ale tubului sunt parcurse de fluid în direcții opuse. Consecința acestui fapt este că laturile sunt supuse unor forțe de inerție opuse, forțe care tind să deformeze tubul diferit. Contorul Coriolis utilizează două tuburi paralele în formă de U. Celor două tuburi li se imprimă o mișcare oscilatorie (o mișcare de rotație la care viteza unghiulară W își schimbă periodic semnul), cu ajutorul unui generator de vibrații.

Generatorul de vibrații constă dintr-un miez conectat la un tub și un magnet conectat la celălalt tub. Miezului i se aplică un curent alternativ. Datorită schimbării polarității curentului, magnetul este atras sau respins, iar tuburile se apropie sau se depărtează. [15, pag. 184]

Dacă debitul prin tuburi este nul, vibrația produsă de ansamblul miez-magnet are ca rezultat deplasări egale în punctele A și B (fig.4.134).

Dacă debitul prin tuburi este diferit de zero, forța Coriolis generează o deviere suplimentară, producând o diferență a semnalului provenit de la senzori (referitor la poziția, viteza sau accelerația tuburilor). Deviația datorată efectului Coriolis apare numai dacă debitul este diferit de zero și dacă tuburilor li se aplică o mișcare de rotație.

Fig. 4.134. Tuburi paralele în formă de U ale contorului Coriolis

Locul cel mai tipic de utilizare în industria gazului îl constituie sistemele de transport și înmagazinare precum și în stațiile de comprimare a gazelor deoarece în aceste cazuri, presiunile mari fac ca și densitatea să fie suficientă pentru a utiliza această metodă.

Avantaje și limitări ale contoarelor Coriolis:

sunt unele dintre cele mai precise contoare (eroarea relativă de măsurare 0.5%)

asigură o măsură directă a debitului masic

se poate utiliza pentru toate tipurile de gaze și lichide

valoarea măsurată nu depinde de parametrii fluidului (presiune, temperatură, densitate) și nici de profilul de viteze

întreținere ușoară

nu are piese în mișcare care să intre în contact direct cu fluidul

nu are obstrucții în interior (induce o pierdere de presiune minimă)

este sensibil la șocuri și vibrații

greutate și preț ridicat [8, pag. 196]

Fig. 4.135.Contor Coriolis cu tub U

Contoare Vortex

Principiul de funcționare al contoarelor Vortex se bazează pe fenomenul descoperit de Vortex: atunci când se introduce un obstacol în calea unui curent de fluid aflat în curgere turbulentă, aval de acesta apare o oscilație periodică a fluidului. Această oscilație se datorează formării unor turbioane (vortexuri), care provoacă variații periodice ale vitezei și presiunii fluidului. [15, pag. 196]

Aceste contoare măsoară debitul în mai multe etape. În prima etapă se formează turbioanele care generează oscilații de presiune, acestea fiind proporționale cu debitul volumetric. În a doua etapă, aceste oscilații sunt transformate în semnal de ieșire, de obicei electric. Pentru aceasta sunt traductoare de presiune (piezo), temperatură (termoanemometre), tensiune, traductoare ultrasonice de viteză etc.

Traductorul determina debitul volumetric prin măsurarea locală a vitezei la adâncimea de inserție a senzorului pe care o convertește într-o viteza medie și apoi într-un debit mediu. Viteza locală este determinată, de către un senzor, prin detectarea frecvenței de succesiune a turbioanelor antrenate de corpul cu contur nehidrodinamic al elementului perturbator. Turbioanele trec prin aripioarele senzorului determinând o mică deformație a acestora. Aceste deformații sunt detectate de un traductor tensiometric semiconductor care generează un semnal electric a cărui frecvență este proporțională cu viteza locală.

Microprocesorul amplifică, filtrează și convertește semnalul de la senzor în debit volumic, asigură ieșiri proporționale cu debitul curent în frecvența 4 – 20mA.

De asemenea debitul curent și volumul total pot fi afișate local în diferite unități de măsură.

Fig.4.136. Contor Vortex – schema de principiu

Variația debitului influențează numai frecvența de desprindere a turbioanelor, nu și distanța la care acestea se formează. Distanța la care se formează turbioanele depinde numai de forma și dimensiunile elementului perturbator.

Frecvența de desprindere a turbioanelor este dată de relația:

(4.3)

unde:

f – frecvența de desprindere a turbioanelor

w – viteza

d – lățimea elementului perturbator

St – numărul Strouhal (caracterizează elementul perturbator)

(uzual St=6) (4.4)

unde:

l – distanța între două turbioane consecutive

Rezultă debitul volumic de gaze naturale:

(4.5) unde:

A – aria secțiunii de trecere a gazului natural.

Fig. 4.137. Contor Vortex

Avantaje și dezavantaje ale contoarelor Vortex:

– Sistem de măsurare robust.

– Fără componente în mișcare.

– Precizie bună (eroare de ± 0,5 … 1,5 %)

– Sensibilitate scăzută la șocurile exterioare.

– Multe posibilități de montaj.

– Independent de presiune si temperatură.

– Mentenanță minimă deoarece nu au piese în mișcare și au o construcție solidă.

– Dependent de vâscozitatea lichidului.

– Montaj pe conductă, cea ce crează căderi de presiune.

– Nu sunt potrivite pentru viteze mici de curgere datorită dificultății de măsurare a semnalelor de frecvență joasă. [15, pag. 206]

Telecitirea automată a contoarelor

Telecitirea contoarelor

Soluții de telecitire s-au obținut combinând diverse tehnologii pentru a acoperi un număr cât mai mare de modele de contoare rezidențiale și industriale din diferite generații.

Contoare mecanice, fără ieșiri de date

Orice tip de contor cu ieșire în impuls

Contoare cu ieșire serială sau Ethernet care comunică prin protocoale standard

Corectoare de volum Elster EK2xx, Actaris Corus si Schlumberger SEVC-D

Avantaje ale telecitirii:

Date corecte, fără erori de transcriere

Timp record de citire (câteva minute pentru întregul parc de contoare)

Reducerea costurilor de deplasare și de personal pentru citirea fizică a contoarelor

Creșterea frecvenței de citire fără eforturi suplimentare

Creșterea satisfacției clientului prin eliminarea autocitirii

Managementului consumurilor pe centre de costuri în producție

Arhitectura soluției de telecitire

Soluțiile de telecitire sunt compuse din modulele de preluare a datelor de la contoare, concentratoare locale pentru transmiterea centralizată a datelor din teren și serverul central pe care este instalată aplicația BlueMonitor.

Modulele de achiziție preiau datele optic sau digital și le transmit către concentrator prin radio sau fir. Acestea sunt alimentate cu baterii cu durată mare de viață (până la 10 ani) Concentratoarele adună datele de la modulele de achiziție și le transmit către serverul central prin GPRS. Rolul acestora este de a scădea costurile de comunicație prin transmiterea de pachete centralizate de date.

Aplicația SCADA instalată pe serverul central colectează datele, le organizează în baza de date și le afișează în interfață. [12]

Fig.4.138 Telecitirea automata

Tehnologii de telecitire

Telecitire optică cu transmiterea datelor prin GPRS

Telecitirea contoarelor de energie electrică cu transmitere PowerLine

Telecitirea corectoarelor de volum de gaze

Telecitirea corectoarelor de volum de gaze

Una dintre soluțiile de telecitire a corectoarelor de volum de gaze are la bază comunicatorul GPRS BN11P. Acesta preia datele relevante de la corectorul de volum, le stochează local și le transmite prin GPRS către serverul central.

Fig.4.139. Comunicatorul GPRS BN11P

Avantaje ale sistemului BN11P:

Compatibilitate cu corectoarele de volum din familiile Elster EK2xx, Actaris Corus și Schlumberger SEVC-D;

Preia datele la momente prestabilite dar și la interogarea spontană a operatorului;

Stochează datele local pentru siguranța în cazul întreruperii comunicației cu serverul;

Alertează la sesizarea de fluctuații critice ale parametrilor monitorizați;

Un singur comunicator poate prelua datele de la mai multe corectoare prin conectarea dispozitivului opțional de comutare;

Programarea acestuia se poate face local sau de la distanță, prin GPRS;

Monitorizarea stării comunicatoarelor din teren se face de la distanță, dispozitivul transmițând date de starea bateriei și alertând la întreruperea comunicației cu corectorul;

Este alimentat cu baterie, starea acesteia fiind permanent monitorizată de la punctul central prin intermediul aplicației de management a soluției;

Sesizează vandalizarea firului de comunicație dintre acesta și corectorul de volum și transmite alerte către serverul central;

Permite personalizarea prin introducerea de suport pentru protocoale custom și pentru preluarea de date ale oricărui parametru nesuportat în varianta standard.

Date vizate:

Volum de gaz corectat

Volum de gaz necorectat

Temperatura

Presiunea

Data și ora locală

Seria dispozitivului

Parametri de operare ai sistemului ce pot fi configurați de la distanță:

Periodicitatea citirilor din corectoarele de volum

Periodicitatea conectării la punctul central prin GPRS

Data și ora dispozitivului

Datele de conectare la punctul central prin GPRS (adresa IP, port, APN)

Data și ora din zi la care se face conectarea la server

Lista de parametri care se extrage din Corector de Volum

Aplicarea software:

Interfața de administrare a sistemului de telecitire poate fi accesată de pe orice PC din rețea, printr-un browser Web

Accesul în interfață este securizat prin username și parola

Nu este condiționată configurația PC-ului

Nu necesită instalarea de software

Datele de consum sunt integrate direct în softul de facturare. [12]

Smart metering cu integrator electronic și comunicație GSM/GPRS

Fig.4.140. Themisalpha cu GSM/GPRS

Aplicații:

Fluide: Gaz natural, propan și butan

Utilizare: Distribuție de gaz

Funcții: Citirea dateleor de la distanță/ posibilitatea închiderii alimentării cu gaz la distanță. [12]

Informații generale:

Themisalpha oferă o soluție modulară pentru opțiuni de comunicație la distanță. Acestă soluție modulară va asigura în viitor posibilitatea înlocuirii sistemului de transmisie de date în situația în care tehnologia comunicațiilor se schimbă.

Elster a dezvoltat de-a lungul timpului diferite module de comunicație pentru integratorul electronic interfață M-Bus wireless, interfață M-Bus cu cablu, interfață ZigBe, precum și interfață GSM/GPRS.

Themisalpha vizează piețe care necesită viitoarea generație de Smart Metering dincolo de aplicațiile simple AMR – Citirea automată de contoare. Integratorul electronic oferă o platformă extrem de flexibilă care ar trebui să corespundă tuturor nevoilor actuale și anticipate de contorizare inteligentă. [12]

Caracteristici principale:

Funcțional pentru contoare de gaz cu pereți deformabili echipate cu integrator electronic. Comunicație flexibilă cu interfață de măsurare inovatoare –universală (UMI):

– standard deschis (fără costuri)

– modulul de comunicație poate fi schimbat în teren fără distrugerea sigiliilor metrologice

– comunicație GSM GPRS

– antenă integrată sau externă

Gestionarea parametrilor contorului:

– se poate rescrie firmware în condiții de maximă siguranță

– se pot extrage date din contor și de asemenea profilul de consumator zilnic

– date arhivate:

– se arhivează volumele la fiecare oră și transmisia de date se face o dată pe zi

– stocare peste 30 săptămâni în arhivă

– supapă integrată (smart valve)

– informații asupra poziției închis sau deschis a supapei integrate

Durata de viață a bateriei depinde de modelul operațional:

– bateria poate fi înlocuită în teren fără distrugerea sigiliului metrologic. [12]

Comunicație:

Cartelă SIM cu 900/1800 MHz

Blocare acces pentru Dial-in (Dial-in-offset)

Comandă la distanță a modemului GSM/modem status

Comunicație criptată

Accesarea meniului o dată pe zi

Posibilitatea rescrierii firmware la distanță (doar pentru comunicare)

Optical bidirecțional IEC 62056-21

Port de comunicare pentru servicii locale (exemplu de configurare). [12]

Supapa integrată:

Deschidere în condiții de siguranță (supapa nu se deschide în cazul unei instalări neetanșe)

Confirmare locală (client) prin apăsarea pe buton

Domeniul de temperatură:-100C până la +400C

Debitul maxim suportat 6m3/h, căderea maximă de presiune sub 2 mbar. [12]

Corecție de volum în funcție de temperatură:

Compensare mecanică cu temperatura

Compensare electronică cu temperatura. [12]

Convertoare de volum

Conversia volumelor măsurate în condiții de lucru la condițiile de bază se face cu ajutorul convertoarelor de volum.

Convertorul de volum este un dispozitiv electronic sau mecanic, conectat/încorporat unui contor de gaz, care transformă automat volumul de gaz măsurat în condiții de lucru în volum de gaz în condiții standard.

Contorul de gaz măsoară un volum (VM) în anumite condiții specifice de presiune și temperatură. Acest volum este corectat într-un volum (VB) real, corespunzător presiunii și temperaturii de referință, astfel:

(4.6) unde:

VB = volumul de gaz corectat, în condițiile de referință (m3)

VM = volumul măsurat de contor (m3)

TB = temperatura de referință (273,15 K sau 288,15 K în majoritatea cazurilor)

(0C = 273,15 K)

T = temperatura absolută a gazului în condițiile de măsurare

P = presiunea absolută a gazului (bar)

PB = presiunea absolută de referință (1,01325 bar)

ZB = factorul de compresibilitate al gazului în condițiile de referință

Z = factorul de compresibilitate al gazului în condițiile de măsură

C = factorul de corecție

Conform regulamentelor de măsurare montarea convertoarelor de volum este obligatorie pentru toate contoarele cu excepția contoarelor cu membrană. Pentru contoarele cu membrană care lucrează la presiuni de peste 50 mbar se vor monta convertoare de volum, iar pentru contoarele cu membrană pentru presiuni de lucru sub 50 mbar montarea convertoarelor nu este obligatorie.

Convertorul mecanic de temperatură

Convertorul mecanic de temperatură pentru contoare volumetrice este de obicei un element bimetalic fixat pe discul mecanismului de masură, astfel încât precizia de măsurare în intervalul de temperatură declarat rămâne în limitele erorilor admise.

Bimetalul este un ansamblu executat din 2 lamele metalice sudate între ele care sub influența temperaturii poate efectua o deplasare limitată dezvoltând o anumita forță.

Convertorul electronic de volum

Fără a intra în detalii legate de construcția convertorului, acesta are, în general, următoarele părți componente:

blocul electronic, care prelucrează, afișează și stochează date;

senzor de temperatură;

senzor de presiune, care poate fi separat sau înglobat în carcasa convertorului (acesta lipsește la convertoarele de tip T care fac conversia numai cu temperatura);

sursa de alimentare.

În figura 4.141 este reprezentată o schemă simplificată a unui ansamblu contor-convertor.

Fig.4.141. Schemă ansamblu contor-convertor

Convertorul preia informația referitoare la volumul de gaz care trece prin contor prin intermediul generatorului de impuls montat pe contor. Figura reprezintă un generator de impuls de joasă frecvență cu contact uscat, care este alcătuit dintr-un magnet permanent montat pe ultima rolă indicatoare a integratorului mecanic și un contact în poziția normal deschis. În momentul în care rola indicatoare ajunge în dreptul contactului normal deschis, îl închide, astfel generându-se un impuls transmis la convertor. Unui impuls transmis îi corespunde un anumit volum de gaz care trece prin contor. Acest volum, numit valoare a impulsului, este marcat pe plăcuța contorului sub forma m3/impuls. Valoarea impulsului se programează.

Convertorul preia informația referitoare la presiunea Pm și temperatura Tm a gazului prin intermediul traductorului de presiune, respectiv de temperatură cu care este prevăzut.

Presiunea de bază Pb, respectiv temperatura de bază Tb sunt valori fixe, programate în convertor, iar coeficienții de compresibilitate Zb, Zm sunt calculate de către convertor pe baza compoziției gazului (programată) și a mărimilor Pb, Tb, Pm și Tm.

Procesul de conversie a volumelor de gaz se face în cicluri de măsurare în felul urmator:

– Pe durata ciclului i se măsoară numărul n de impulsuri transmise de generatorul de impuls, presiunea medie Pmi și temperatura medie Tmi, se calculează Z și Zmi;

– Se calculează apoi volumul de gaz necorectat care a trecut prin contor în ciclul i

(4.7)

Se calculează volumul de gaz corectat care a trecut prin contor în ciclul i

(4.8)

Se compară presiunea și temperatura medie a ciclului de măsurare cu valorile lor extreme, caracteristice fiecărui tip de convertor. Dacă Pmi, Tmi se află în limitele admise, volumele Vi, respectiv Vbi se introduc în regiștri separați care le adună, rezultând volumele necorectate/corectate în regim normal de funcționare. Dacă Pm/ Tmi se află în afara limitelor admise, volumele Vi se trec în alt registru de însumare corespunzător volumului necorectat în regim de avarie, iar volumul Zbi se calculează cu o valoare de substituție Pms și Tms programate și se trece în alt registru de însumare, corespunzător volumului corectat în regim de avarie.

Mărimile calculate și măsurate se arhivează, urmând ca la cerere să se poată extrage din arhivă un istoric al consumului.

Funcționarea în regimuri anormle este indicată prin apariția unui mesaj de eroare.

Concomitent cu procesul de măsurare și conversie, valorile măsurate relevante precum și mesajele de eroare sunt afișate pe display-ul convertorului.

Fig.4.142. Convertor electronic de volum DTC20A tip T

Informații generale:

DTC20A este un convertor electronic de volume de gaz pentru contoare volumetrice de gaz cu membrană, ce au integratoare mecanice prevăzute cu generator de impulsuri de joasă frecvență. Conversia volumelor de gaz se face funcție de temperatura gazului măsurată și presiunea de rețea setată. DTC20A poate fi montat în paralel cu indexul mecanic echipând contoare ELSTER din gama G16 – G100 instalate în exteriorul clădirilor și supuse continuu la variațiile termice determinate de mediu. DTC20A se livrează în variante de montaj pentru contoare cu membrană: G16, G25, G40, G65, G100 ELSTER, cu una sau două cifre zecimale. Montajul convertorului nu implică demontarea din instalație a contorului. Prin parolare și salvare în memoria nevolatilă se asigură protecția datelor stocate (arhive, setări etc). Este confecționat din materiale reciclabile. [12]

Caracteristici principale:

Proiectat în concordanță cu recomandările SR EN 12405-1:2006/A1:2007 și HG 264/22.02.2006 (MI 002)

Proiectat și realizat în concordanță cu ISO 9001; SR EN ISO 14001;

Temperatura de bază este setabilă pe una din valorile 0 °C; +15 °C.

Domeniul de setare a presiunii de lucru : 0,02 … 0,5 bar;

Domeniul traductorului de temperatură : -25°C … +55°C;

Domeniul temperaturii mediului ambiant : -25°C … +55°C;

Erori maxime tolerate :

în condiții de referință ± 0,5%

în condiții de lucru ±0,7%

Sistem de preluare magnetică a impulsurilor generate de contor (max 2Hz);

Senzor de temperatură integrat – precizie de ± 0,2°C

Baterie tip alcalin 3 V, 1340 mAh, cu durata de viață 10 ani în condiții standard de utilizare;

Dispozitiv de semnalizare și înregistrare a tentativelor de fraudă;

Periodicitatea de actualizare a mărimilor la 60 secunde;

Etichetă rezistentă la raze UV;

Port optic de comunicație;

Arhivare index volum corectat și necorectat pentru ultimele 60 zile;

Grad de protecție IP65;

Certificare ATEX pt zona 2. [12]

Fig.4.143. Caracteristici convertor electronic de volum DTC20A

Fig.4.144 Afisajul convertorului de volum DTC

Fig.4.145. Dimensiuni ale convertorului electronic de volum DTC20A

Fig.4.146. Convertor electronic de volum de gaz EK220

Aplicații

– corecție de volum pentru tranzacții fiscale

– înregistrare de date pentru diverse aplicații

– monitorizarea valorilor măsurate și funcțiile stației. [12]

Informații generale

EK220 este un convertor de volum ce funcționează alimentat de la baterie. Convertorul preia impulsurile de joasă frecvență de la contorul de gaz, presiunea și temperatura gazului și calculează coeficientul de compresibilitate K precum și factorul de corecție C. Volumele și debitele necorectate și corectate precum și debitele instantanee pot fi calculate folosind aceste date inițiale. EK220 constă într-o unitate centrală conectată la un traductor de presiune care poate fi intern sau extern și la un traductor de temperatură extern. Coeficientul de compresibilitate K poate fi programat ca o constantă pentru toate tipurile de gaz sau calculat în conformitate cu diverse metode de calcul (S-GERG 88, AGA NX- 19, AGA 8 GC1 si GC2). Convertorul EK220 poate fi folosit în multe aplicații de măsurare în domeniul gazelor naturale și a stațiilor de monitorizare datorită celor patru ieșiri digitale, a flexibilității bazei de date în raport cu o interfață serială configurabilă și a diferitelor protocoale de comunicare. Componente adiționale pentru asigurarea funcționării în medii potențial explosive, sursa externă de alimentare cu protecție intrinsecă și bariere de securitate pentru transmiterea de date, extind domeniul de utilizare a convertorului. [12]

Monitorizarea unei stații

Pe lângă corecția de volum și achiziția de date, convertorul poate fi utilizat pentru o înregistrare flexibilă a datelor privind diferite măsurători și prin conectare la un modem sau RTU, pentru monitorizarea unui sistem de stații. Două intrări digitale adiționale pot fi folosite pentru înregistrarea și monitorizarea senzorilor, de exemplu privind închiderea sigură a valvelor de pe regulatoare, a comutatoarelor de presiune diferențială de la filtru sau simplul contact de închidere a ușilor. Semnalele de la acești senzori pot fi salvate în arhivele de evenimente și pot fi transmise instantaneu ca mesaj text sau e-mail prin modemul conectat. [12]

Caracteristici principale

Sistem convertor de volum

În conformitate cu SR EN 12405:2005-1

Aprobare CE: DE-08-MI002-PTB001

Coeficient de compresibilitate calculat conform S-GERG 88, AGA 8 (GC1 si GC2), AGA NX-19 sau programabil ca o constantă

Flexibilitatea funcțiilor de înregistrare și memorare a datelor

Precizie ridicată

Funcționare independentă de rețeaua de alimentare cu energie

Posibilitatea funcționării in Zona 1 de risc

Trei intrări digitale

Patru ieșiri digitale programabile cu posibilități de protecție

Diverse variante ale protocolului de comunicare

IEC 62056-21

Modbus

Interfață optică pentru configurare și citire (IEC 62056-21)

Interfață serială configurabilă, RS232 sau RS485. [12]

Funcționare și afișare

Valorile curente și parametrii sunt afișați pe un display alfanumeric, pe două rânduri cu posibilitatea modificării. Utilizarea a patru butoane–săgeată asigură o navigare simplă în meniuri. Fiecare parametru este afișat cu descrierea clară a unității de măsură. Pentru situația în care citirea se face zilnic, cele mai importante valori sunt grupate în lista de utilizator. Afișarea pe display poate fi limitată la această listă ceea ce garantează operarea simplă în punctul de măsură. Prin acționarea câtorva butoane, pot fi verificate măsurările curente și principalii parametri. Prelucrarea datelor în baza de date integrată creează diverse arhive și agende de evenimente. Se pot configura liber 6 arhive, adică valori ce se înregistrează, evenimente ce se înregistrează precum și intervalul de înregistrare (perioada de măsură) ce poate fi selectată. În funcție de configurarea arhivelor, datele pot fi salvate pe o perioadă până la un an sau mai mult. Pe lângă arhive, convertorul deține trei jurnale prin care funcționarea acestuia este monitorizată constant. Jurnalul de evenimente salvează ultimele 500 evenimente și schimbări de stare. Jurnalul de modificări înregistrează ultimele 200 schimbări de stare iar jurnalul de calibrare (agenda PTB) conține până la 50 de parametri și valori privind calibrarea. În cazul depășirii limitelor de alarmă, volumele se vor integra într-un registru separat – registrul indicații perturbate. [12]

Interfețe de comunicare

Programarea și citirea datelor în teren se face prin interfața optică (SR EN 62056-21) de pe panoul frontal. Interfața serială poate fi configurată pentru funcționare RS232 sau RS485 și permite conectarea la modemuri sau alte componente de comunicație. Când este configurat modul RS485 se poate comunica pe magistrală, în sensul citirii a două convertoare prin intermediul modulului de comunicație (modem, RTU). În conformitate cu certificarea ATEX, interfața poate fi utilizată în medii cu atmosferă potențial explozivă, în oricare configurare. [12]

Protocoale de comunicare

EK220 suportă diverse protocoale de comunicare. Date importante pentru facturare, date legate de proces și date de operare pentru rețeaua managerială pot fi astfel folosite simultan în multe sisteme centrale de apelare și sisteme de tip EDM (Enterprise Data Management). Utilizând protocolul de comunicare conform cu SR EN 62056-21, toți parametrii pot fi citiți și modificați iar arhivele înregistrate. Informația despre protocol este cunoscută și disponibilă la cerere pentru dezvoltarea propriilor aplicații de sisteme de achiziție. Ca o alternativă la protocolul conform cu SR EN 62056-21, poate fi folosit protocolul Mod-bus pentru comunicare prin interfața internă care permite conectarea la sistemul SCADA. Sunt acceptate modalități de operare de tip Modbus / RTU și Modbus / ASCII. Pentru a garanta cea mai mare flexibilitate în ceea ce privește diferitele cerințe, elementele datelor, aparatele de măsură asociate și formatul datelor pot fi astfel liber configurate. [12]

Funcții adiționale

Doua intrări digitale adiționale pot fi folosite fiecare ca intrare de impuls sau ca intrări de stare pentru diverse aplicații, de exemplu stații de monitorizare și compararea impulsurilor. Patru ieșiri digitale liber programabile permit transmiterea unui set de informații. Când sunt programate ca ieșiri de impuls, ele permit transmiterea impulsurilor de volum determinate pentru un ciclu de măsură în forma de pachete de impulsuri. Când sunt utilizate ca ieșiri de stare, se transmit mesaje și avertizări (ex. depășirea valorilor minime și maxime de consum sau a valorilor măsurate, erori ale traductoarelor, etc.). Ieșirile pot fi protejate împotriva modificărilor neautorizate prin blocajul de furnizor sau blocajul de calibrare. Opțional, convertorul poate fi dotat cu al doilea traductor de presiune. În funcție de configurarea sistemului, se poate măsura și înregistra în una din arhive presiunea la intrarea sau ieșirea sistemului de măsură. Starea sistemului poate fi monitorizată continuu cand convertorul este conectat în sistemul SCADA. [12]

Alimentarea

Alimentarea convertorului este asigurată de o baterie cu litiu. In condiții standard de funcționare, durata de viață a bateriei este 5 ani. Opțional se poate folosi o baterie adițională pentru dublarea duratei de viață. Starea de funcționare a convertorului este determinată de capacitatea rămasă a bateriei. Dacă durata de viață a bateriei este de 3 luni sau mai mică, pe display apare indicația corespunzătoare. In plus, această informație poate fi de asemenea apelată prin intermediul registrului de stare a convertorului. Bateria poate fi înlocuită fără a afecta sigilarea convertorului. Toți parametrii sunt salvați în memoria nonvolatilă. Pe lângă acestea, este posibilă utilizarea unei surse externe de alimentare. În acest caz, rămâne în circuit și asigură funționarea convertorului in situații de intreruperi ale rețelei de alimentare a sursei externe. [12]

Variante de montaj

Pentru montajul pe perete, carcasa convertorului este prevăzută cu găuri de fixare. De asemenea, convertorul poate fi montat direct pe contorul de gaz sau pe țeava de gaz cu ajutorul unui suport de fixare. [12]

Fig.4.147. Traductor de presiune pentru monitorizarea stației (opțional):

Fig.4.148. Arhiva flexibilă și funcțiile jurnalului

Unitate de extensie FE260 – interfață flexibilă între convertorul de volum și sistemul de management al datelor

Fig.4.149. Unitate de extensie FE260

Traductoare

Traductoare de presiune

Principiul de funcționare al traductoarelor de presiune constă în convertirea unei presiuni într-o deplasare liniară care este convertită apoi într-o variație de tensiune cu ajutorul unui montaj potențiometric sau cu o punte de măsură. [20]

Elementele sensibile ale traductoarelor de presiune pot fi:

membrane elastice;

tuburi elastice;

pistoane cu resort (fig. 4.150)

Fig.4.150. Elementele sensibile ale traductoarelor de presiune

Au o sensibilitate relativ redusă, precizia lor fiind influențată de vibrații și șocuri, temperatură, umiditate, existența derivei de zero etc.

Pentru presiuni foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, la care elementul sensibil este executat de obicei din oțel inoxidabil și care, sub acțiunea unei presiuni, este supus unei dilatări. Acest lucru va duce la variația lungimii unui fir rezistiv bobinat, adică la variația rezistenței electrice a acestuia. [20]

Traductoare de presiune cu senzori elastici.

Aceste traductoare conțin elemente elastice care convertesc presiunea în deformația elastică a unor corpuri de formă specială. Senzorii utilizați sunt: tub simplu curbat, tubul spiral, membrana simplă sau dublă (capsula) și tip burduf.

Membranele sunt plăci elastice de grosime mică, de formă circulară, încastrate la extremitate pe un contur. Sub acțiunea presiuni aplicate pe o față, se produc deformații ușor măsurabile. Membranele pot măsura presiuni de la câțiva mmH2O până la sute de atmosfere. Se utilizează ca senzori separați sau împreună cu alte traductoare de presiune (piezoelectrice, magnetoelastice). După forma constructivă, membranele sunt plane, grofate și sferice.

Tuburile ondulate (silfoanele) sunt tuburi cilindrice cu gofraje transversale pe suprafața laterală. Profilul tubului este diferit, în funcție de modul în care este utilizat. Astfel, dacă solicitările sunt de întindere, profilul se execută cu un punct de inflexiune, iar pentru solicitările de compresiune se folosesc profiluri drepte.

Tuburile Burdon au forma unui arc de cerc cu un unghi la centru de aproximativ 2500. Sunt simplu de executat și au o mare răspândire. Deoarece sensiblitatea lor este mică, se folosesc mecanisme de multiplicare a deplasării capătului liber. Tuburile Bourdon se folosesc la măsurarea presiunilor de la câțiva mmHg până la eproximativ 400 daN/cm2. Secțiunea tuburilor Bourdon poate fi ovală, eliptică, în forma literei D.

Adaptoarele folosite pentru traductoare de presiune cu senzori elastici sunt:

– adaptorul deplasare unghiulară-tensiune electrică, care transformă variația unghiulară într-o tensiune alternativă modulară în amplitudine;

– adaptorul bazat pe principiul balanței de forțe, care convertește presiunea relativă în semnal electric unificat. [20]

Traductoare de presiune cu lichid

Cele mai reprezentative traductoare din această categorie folosesc senzori tip clopot sau tor oscilant.

Senzorii tip clopot sunt folosiți la măsurarea presiunilor < 100 mmH2O, în fluide neutre sau corozive. În starea inițială, când presiunea de măsurat este egală cu presiunea atmosferică, clopotul este scufundat în lichid, la o anumită adâncime la care greutatea clopotului este echilibrată de greutatea volumului de lichid dezlocuit. Dacă sub clopot se introduce o presiune mai mare decât presiunea atmosferică, pe suprafța interioară a clopotului va acționa o forță suplimentară ascensională care va ridica clopotul. Se obține o dependență liniară a deplasării clopotului sub acțiunea presiunii. Senzorii de tip tor oscilant, fig. 4.151 sunt folosiți la măsurarea unor presiuni sau diferențe de presiuni mici (mmH2O) deoarce au o mare sensibilitate. [20]

Fig. 4.151. Senzori de tip tor oscilant

Traductoare de presiune cu elemente piezorezistive

Aceste traductoare permit realizarea în același ansamblu atât a senzorului cât și a dispozitivului de conversie intermediară. Piezorezitivitatea este proprietatea unui corp de a-și varia rezistivitatea sub influența unei acțiuni mecanice, statice sau dinamice. Fenomenul este mai puternic la semiconductoare.

Expresia rezistivității unui semiconductor este:

(4.9)

unde e reprezintă sarcina, n este numărul de purtători iar µ este mobilitatea medie.

Aplicarea unei tensiuni mecanice modifică numărul de purtători și mobilitatea lor. La semiconductoare, aplicarea unor tensiuni mecanice crește mobilitatea purtătorilor pe o anumită direcție, față de direcția perpendiculară. Mobilitatea depinde de concentrația de purtători și de orientarea cristalografică în raport cu direcția de aplicare a solicitărilor. În funcție de planul cristalografic și de direcție, mobilitățile pot avea valori egale și semne opuse pe diverse direcții, permițând fabricarea unor dispozitive compensate la variațiile de temperatură.

Elementele piezorezistive sunt difuzate într-o diafragmă de monocristal de siliciu. După modul de obținere, senzorii piezorezistivi din SI sunt de 2 tipuri:

– prin depunerea în vid a unor pastile de siliciu pe un suport;

– prin difuzia siliciului. [20]

Traductoare de presiune piezoelectrice

Senzorii piezoelectrici se folosesc la traductoare pentru presiuni foarte înalte, variabile în timp (500…1000 Hz). Senzorii piezoelectrici au forma unui disc pretensionat, așezat între 2 discuri metalice, cu ajutorul a două arcuri laterale sau a unei membrane. La realizarea unui astfel de senzor, trebuie eliminate erorile de încovoiere date de centrări imperfecte și erorile parazite date de vibrații mecanice.

Folosind ca senzor piezolectric un tranzistor MOSFET din GaAs, se poate introduce în aceeași structură convertorul sarcină –tensiune pentru temperaturi mari, fără necesitatea răcirii cu apă. Pe lângă efectul piezoelectric longitudinal, GaAs are și efect piezolectric transversal, ceea ce face semnalul piezoelectric independent de deformarea paralelă cu direcția de aplicare a presiunii, determinată de variația cu temperatura. Cel mai simplu convertor sarcină – tensiune este un tranzistor cu efect de câmp în care sarcina electrică se folosește pentru a controla curentul drenă. [20]

Traductoare de presiune speciale

Traductoare de vacuum

În domeniul presiunilor foarte mici (< 0,1 torr) construcțiile obișnuite cu senzori elastici nu dau rezultate. Forțele produse de presiunea de măsurat sunt atât de mici, încât trebuie să se recurgă la metode indirecte de măsurare, bazate pe dependența de presiune a unuia din parametrii fizici ai gazului. Cele mai multe din aceste metode au însă dezavantajul că indicațiile depind de natura gazului, fiind nevoie de o etalonare specială pentru fiecare caz.

Traductoarele de vacuum sunt de mai multe feluri:

cu variația conducibilității termice,

cu ionizare,

cu ionizare în câmp magnetic,

cu ionizare radioactivă etc.

Domeniul de măsurare ajunge până la 10-18 torr. [20]

Traductoare pentru presiuni foarte înalte

În domeniul presiunilor foarte înalte (zeci de mii de atmosfere) se folosesc traductoare ai căror senzori realizează o dublă conversie presiune-deformare-parametru electric, cu următoarele avantaje: măsurarea presiunii cu variații foarte mici de volum, sensibilitate ridicată, liniaritate bună, dimensiuni mici.

Se folosesc:

elemente rezistive a căror rezitență variază cu presiunea (metale, aliaje sau materiale polimorfice),

elemente inductive, la care modificările de presiune determină modificări de inductanță, datorită variației volumului miezului magnetic;

celule electrolitice, a căror tensiune de ieșire scade la creșterea presiunii. [20]

Traductoare de presiune cu elemente elastice vibrante

Acestea funcționează după principiile traductoarelor cu coardă vibrantă pentru măsurarea forțelor. Există 2 variante:

cu membrană vibrantă (p>100 at)

cu cilindru vibrant (). [20]

Traductoare de presiune integrate

Au senzorul și adaptorul integrate într-un singur ansamblu. Avantajele acestor traductoare sunt: domenii de presiune mari, precizie sub 1%, sensibilitate sub 0,5%, eroare de neliniaritate < 0,1%, alimentare cu tensiune continuă 24…30V, bandă largă de frecvențe 0 Hz … 50 kHz, imunitate la șocuri și vibrații mecanice, dimensiuni reduse, instalare și exploatare simplă, cuplare ușoară cu alte sisteme de măsurare. [20]

Traductoare de presiune cu fibre optice

Traductoare de presiune cu senzor de deplasare

Schema bloc a traductorului de presiune cu senzor de deplasare cu fibre optice este dată în fig.4.152.

Fig.4.152. Schema bloc a traductorului de presiune cu senzor de deplasare cu fibre optice

Senzorul de deplasare cu fibre optice este cu variația intesității radiației optice și are trei FO multimod, o fibră optică fixă de intrare și două fibre optice de ieșire, într-o consolă elastică ce se deplasează sub acțiunea presiunii. Fibrele optice de ieșire au captele liniare lipite între ele și deplasabile în fața capătului fibrei optice de intare.

Intensitățile radiației optice de ieșire din cele două fibre I1 și I2 sunt detecate cu ajutorul a două fotodiade FD1 și FD2, conectate într-o schemă diferențială. Diferența I1 –I2 este o măsură a deplasări relative a capetelor fibrelor optice. [20]

Traductor interferometric de presiune cu FO cu lumină albă

Traductorul se bazează pe fibră optică cu birefrigerență mare și folosește avantajele scanării electronice cu cameră video.

Fig. 4.153. Traductor interferometric de presiune cu FO cu lumină albă

Ca sursă de radiație optică se folosește o diodă laser DL, comandată în curent mic pentru a avea funcționare de bandă largă. Dioda laser este cuplată cu fibră optică cu menținerea polarizării. Senzorul este realizat cu fibre optice și este compensat cu temperatura. Fibrele optice de legătură, de intrare și de ieșire, sunt montate cap la cap și au axele de polarizare rotite la 450. Radiația optică de ieșire este colimată de lentila L și trece prin linia de întârziere în trepte LI și o prismă Wollaston PW (ambele realizate din cuarț cristalin), analizorul de polarizare A și lentila cilindrică LC. Axele de polarizare de la iesirea din fibra optica de legatura de iesire sunt aliniate la 45o fata de axele de polarizare ale liniei de întârziere în trepte, compusă din 2 plăci de întârziere de cuarț, pentru creșterea gamei interferometrului receptor.[20]

Traductor fotoelastic de presiune cu FO cu birefrigență mică

Dacă o fibră optică unimod fără înveliș exterior este presată între plăci paralele, în regiunea miezului se induce birefrigență datorită distribuției transversale asimetrice a efortului.

Presiunea se determină prin măsurarea schimbării polarizării radiației propagate prin fibra optică. Birefrigența indusă în miez permite realizarea configurațiilor mici a FO, apar eforturi mari în regiunea miezului FO, obținându-se astfel o sensibilitate mare.

Sursa de radiație optică folosită este monocromatică, polarizată liniar, aliniată la 450 față de direcția presiunii, rezultând astfel două moduri de polarizare cu intensități egale (paralel și perpendicular pe direcția forței). La capătul de ieșire al FO, după elementele electrice defazate la 900 și cu variație sinusoisală, al treilea fotodetector are rolul de monitorizare a intesității radiației optice de ieșire.

Configurația poate fi privită ca un interferometru diferențial, în care cele două fascicole optice se propagă prin aceeași FO, dar cu polarizări perpendiculare. Schimbarea birefrigerenței fibrei optice datorită presiunii se măsoară prin determinarea interferenței între cele 2 moduri de polarizare. Pentru acesata se plasează în fața celor 2 fototdetectoare un polarizator, aliniat la 450 față de direcția presiunii. Defazajul de 900 se obține introducând o placă sfert de undă, aliniată cu axa rapidă paralel sau perpendicular cu direcția presiunii, plasată între capătul FO și polarizator, în fața unui fotodetector.

Cele 2 semnale defazate la 900 și semnalul referință de intensitate sunt trasnmise la un sistem de măsurare a fazei cu microcontroler, care numără perioadele și interpolează faza. Comparativ cu tehnicile analogice, acest sistem de măsurare are avantajul ajustării electronice, optice și mecanice prin parametrii numerici din programul software

Acuratețea sistemului depinde de rezoluția convertorului analog-numeric ales. Gama dinamică a sistemului este limitată doar de capacitatea numărătorului electronic. Deoarece răspunsul fibrei optice la presiune este instantaneu, lățimea de bandă de măsurare a sistemului este limitată de timpul de eșantionare și procesarea datelor. [20]

Traductor de presiune cu rețea de difracție în fibră optică

Schema unui asemenea traductor de presiune, cu rețea de difracție în fibră optică este prezentată în fig.4.154.

Fig. 4.154. Traductor de presiune cu rețea de difracție în fibră optică

Traductoarele cu rețele de difracție în FO sunt avantajoase doar dacă se compensează efectele variației cu temperatura. Metodele de compensare sunt:

folosirea altei rețele de difracție într-un material diferit,

măsurarea simultană a efortului și temperaturii cu două rețele de difracție suprapuse,

poziționarea rețelei de difracție pe suprafață și realizarea rețelei de difracție independentă de temperatură cu o rețea de difracție cu formă specială în fibră optică plată.

Pentru creșterea sensibilității, fibra cu rețea de difracție se introduce într-o mică sferă cu pereți subțiri de sticlă. Când sfera este presurizată, variația diametrului sferei este funcție de grosimea peretului de sticlă al sferei. Dacă FO este lipită bine de sfera de sticlă, efortul indus de presiune în sfera goală este egal cu variația relativă a diametrului sferei. [20]

Traductoare de temperatură

Traductoarele de temperatură sunt dispozitive care convertesc temperatura într-o deplasare sau dilatare (gaz sau metal), într-o variație a unui parametru al circuitelor electrice (de obicei rezistență) sau într-o tensiune electromotoare.

Măsurarea temperaturii se bazează pe diferite fenomene și efecte fizice, în care modificarea temperaturii determină modificări ale unor proprietăți sau caracteristici ale materialelor: variația dimensiunilor geometrice, variația rezistenței electrice, apariția unei tensiuni electromotoare de-a lungul joncțiunii a două metale, variația intensității radiaței emise, variația frecvenței de rezonanță a unui cristal de cuarț etc. Acuratețea procesului de măsurare a temperaturii este foarte importantă pentru cele mai multe aplicații de control a diferitelor procese tehnologice. În tabelul 4.7 sunt prezentate patru dintre cele mai utilizate tipuri de traductoare de temperatură, împreună cu câteva caracteristici semnificative ale lor.

Tab.4.7. Caracteristici semnificative ale traductoarelor de temperatură

Termocuplurile sunt capabile să măsoare temperaturi extreme dar necesită tehnici de realizare a temperaturii de referință, sunt neliniare și au un nivel mic al semnalului de ieșire. Senzorii de temperatură cu semiconductori se pretează la realizarea lor sub formă integrată, au un nivel mare al semnalului de ieșire dar acoperă un domeniu relativ restrâns de temperaturi. Termometrele cu rezistență metalică au o acuratețe și o liniaritate mai bune, dar necesită o sursă de energie de excitare și un circuit de masură de tip punte. Termistorii au cea mai mare sensibilitate dar sunt puternic neliniari.

Funcționarea traductoarelor de temperatură are la bază proprietatea materialelor conductoare de a-și modifica rezistivitatea electrică (deci și rezistența electrică), în funcție de temperatură, conform relației :

Cele mai simple traductoare de temperatură sunt temometrele cu sau fără contact (reglabil sau nereglabil), ambele tipuri fiind cu mercur.

Măsurând (prin metode cunoscute) rezistența electrică a unui conductor cu o anumită temperatură, se pot obține informații despre valoarea temperaturii respective. [20]

Traductoarele termorezistive

Din această categorie fac parte :

termorezistoarele, care sunt traductoare termorezistive metalice, realizate cu materiale conductoare, fie ca o înfășurare pe un suport izolant (termorezistențe), fie ca un ansamblu de două conductoare (traductoare bimetalice), fie ca o peliculă (film) depusă pe o placă din aluminiu, oxidată (timbre termorezistive)

termistoarele, care sunt traductoare termorezistive realizate cu materiale semiconductoare

Termorezistențele – sunt traductoare la care, odată cu modificarea temperaturii se modifică rezistența electrică a materialului conductor. Aspectul exterior al termorezistențelor tehnice este similar cu cel al termocuplelor.

Elementul sensibil al termorezistenței este realizat dintr-o înfășurare conductoare plată sau cilindrică, peste un suport izolant din mică, izoplac, ceramică, textolit ș.a.; înfășurarea conductoare este un fir din platină (-180 ÷ +6000 C și mai rar –200 ÷ +10000 C), nichel (-100 ÷ +2500 C), cupru, wolfram, fier, fir bobinat neinductiv pe suport.

Cele mai utilizate sunt termorezistențele din platină, care se folosesc și ca etaloane de temperatură în intervalul 0÷6000C.

Traductoare bimetalice – sunt realizate din materiale metalice, fabricate din table sau benzi din componente diferite, unite intim între ele și caracterizate de coeficienți de dilatare termică liniară diferiți.

Prin deformarea lamelei bimetalice la variații de temperatură, se pot închide sau deschide contacte electrice fixe sau reglabile cu temperatura.

În aplicațiile industriale traductoarele bimetalice sunt elemente esențiale în cazul protecției la suprasarcini a mașinilor electrice, transformatoarelor, conductelor electrice, iar în scopuri mai puțin “industriale” sunt utilizate la aparatele și dispozitivele electrocasice (calorifere, perne, plite, uscătoare, fiare de călcat etc.).

Termistoarele – sunt traductoare de temperatură realizate din material semiconductor, fenomenele de conducție în acest caz fiind mult mai complexe.

Termistoarele de siliciu au o bună stabilitate pentru temperaturi între –50 ÷ +1200C. Până la 1200C, în mecanismul de conducție intervine dopajul ce reduce mobilitatea purtătorilor de sarcină, pentru temperaturi mai mari, datorită ionizărilor termice, rezistența scade cu temperatura.

Traductoare termoelectrice (termocuple)

Constructiv, se realizează din două conductoare metalice sau aliaje diferite (termoelectrozi) sudate împreună la unul din capete.

Funcționare: prin încălzirea locală a sudurii (joncțiunea de măsurare – capăt cald), datorită efectului termoelectric direct (efectul Seebeck) se va genera o tensiune termoelectromotoare la capetele libere ale conductoarelor (joncțiunea de referință – capăt rece) indicată de un milivoltmetru.

Fig.4.155.Traductor termoelectric (termocuplu)

Electrodul M3 se utilizează la prinderea, lipirea, răsucirea sau sudarea capătului cald.

Cu toate că sensibilitatea termocuplelor este mai redusă decât a termorezistențelor, ele nu produc semnal de ieșire dacă nu există o diferență de temperatură, însă sensibilitatea scade foarte mult la temperaturi scăzute. [20]

Pirometrele

Permit măsurarea temperaturii prin intermediul energiei radiante, fără contact, în concordanță cu legile radiației termice.

Măsurarea se face prin comparație, adică pe imaginea suprafeței radiante, ce emite o radiație în spectrul vizibil, se suprapune o lampă etalon.

Reglând curentul de filament se va modifica temperatura acestuia și implicit culoarea.

Fig.4.156. Pirometrul

În funcție de temperatura filamentului Tf, valoarea curentului prin acesta constituie o măsură a temperaturii urmărite Tm .

Pirometrele obișnuite au domeniile: 7000C (filament roșu închis) și temperatura maximă a filamentului 15000C, dar pot fi extinse până la 30000C prin utilizarea unor atenuatoare optice.

Pirometrele sunt foarte mult utilizate în siderurgie (metalurgie) pentru măsurarea temperaturii șarjei în cuptoare, furnale etc. [20]

Stații de reglare – măsurare

Stațiile de reglare-măsurare (S.R.M.) sau panourile de reglare-măsurare (P.R.M.) sunt un ansamblu de aparate, armături și accesorii montate într-un cofret metalic și au rolul de filtrare – reglare – măsurare a gazelor naturale, atât pentru aplicații industriale cât și pentru aplicații civile.

Stațiile de reglare-măsurare gaze sunt utilizabile atât în sistemul de transport cât și în cel de distribuție a gazelor naturale, atât pentru aplicațiile industriale cât și pentru aplicații civile.

Stațiile de reglare – măsurare gaze asigură menținerea constantă a presiunii de ieșire, în limitele grupei de reglare a regulatoarelor de presiune la variația presiunii de intrare și a debitului, precum și măsurarea cantității gazelor livrate către consumatori. Suplimentar asigură funcții de curățire, protecție la suprapresiune și subpresiune.

În funcție de caracteristicile instalației de automatizare stațiile asigură: monitorizarea parametrilor, transmiterea la distanță a parametrilor, comanda de la distanță a presiunii de ieșire, comanda robinetelor, etc.

Stațiile de reglare – măsurare, (SRM), sunt compuse din două linii de filtrare, legate prin intermediul distribuitoarelor și colectoarelor cu linia (liniile), de măsură care la randul sau sunt legate de liniile de reglare. Cele două linii de reglare si respectiv filtrare se pot izola prin intermediul robinetelor de izolare. Dimensionarea stațiilor este făcută astfel încât debitul maxim sa fie preluat de o singura linie de filtrare, reglare sau filtrare-reglare. În mod normal stația lucrează cu o linie activă (de lucru), și una de rezervă. Trecerea de pe o linie pe alta se face în mod automat în cazul apariției unei defecțiuni sau manual în cazul intervențiilor voluntare. În caz de defectare simultană a ambelor brațe se întrerupe furnizarea de gaz către consumator.

Pentru a se putea realiza schimbarea automată de pe linia de lucru pe linia de rezervă, presiunea de ieșire a regulatorului de pe linia de rezervă va fi puțin mai mică decât presiunea de ieșire de pe linia de lucru. La stabilirea presiunilor se ține cont de grupa de reglare (RG), și de închidere (SG), a regulatoarelor de presiune.

Dacă regulatorul de presiune nu poate ține presiunea reglată – (apariția uniui defect la regulator), – intră în acțiune supapa (supapele) de blocare, care este montată pe același corp cu regulatorul. Pentru trecerea automată de pe linia de lucru pe linia de rezervă, valoarea de blocare la creșterea presiunii a brațului de rezervă este reglată peste valoarea de blocare la creșterea presiunii a brațului de lucru, iar valoarea presiunea de blocare la scăderea presiunii pe linia de rezervă este reglată sub valoarea presiunii de blocare la scăderea presiunii liniei de lucru.

Valorile exacte ale presiunilor de intervenție a supapelor precum și presiunile de ieșire din regulatoare se stabilesc pentru fiecare stație ăn parte în funcție de condițiile specifice. Fiecare linie de reglare este prevăzută cu o supapă de descărcare. Valoarea presiunii de intervenție a acesteia este de regulă mai mică decît valoarea de blocare la creșterea presiunii a brațului de lucru. Supapa permite eliberarea în atmosferă a unei cantități relativ mici de gaz.

Toate componentele conductoare ale instalației mecanice și ale cofretului sunt legate la pământ. Rezistența de dispersie măsurată este mai mică de 1Ω. Este asigurată continuitatea electrică între toate piesele componente ale instalației și ale cofretului. Stațiile sunt prevăzute cu paratrăsnet. Podelele spațiilor susceptibile de prezența unei atmosfere inflamabile, sunt acoperite cu tablă striată de aluminiu sau în cazul pardoselilor cu șapa antistatică și antiscânteie.

Fig. 4.157. SRM 975 Nmc/h

Codificări

În codificarea stațiilor (codul este prezent pe eticheta stației), sunt prezente elemente relevante cu privire la: structura stației, debitul maxim, diametrul nominal și presiunea nominala a racordurilor de intrare și ieșire.

Fig.4.158. Codificarea stației de reglare măsurare gaze naturale

Clasificări

Din punct de vedere al construcției mecanice, stațiile se impart în:

Stații fără linie (linii), de măsura – SRTG (denumite și stații de reglare de sector -SRS), acestea realizează funcții de reglare a gazelor (eventual și funcții de curățire).

Stații cu o linie linie de măsură – SRMTG, acestea realizează funcții de măsurare și reglare a gazelor (eventual și funcții de curățire).

Stații cu două sau mai multe linii de măsură – SRMTG, acestea realizează funcții de măsurare și reglare a gazelor (eventual și funcții de curățire). A doua și a treia linie de măsura sunt linii pentru măsurarea debitelor de gaz mai mici decât debitul măsurat de contorul principal.

Din punct de vedere al dotării stației cu instalație de automatizare: acestea se împart în:

Stații fară instalație de automatizare;

Stații cu instalație de automatizare tip SMC 706 A000. Este varianta standard pentru instalația de automatizare. Aceasta asigură monitorizarea și transmiterea la distanță a parametrilor (presiuni de intrare și ieșire, temperaturi, debite de gaz, presiuni diferențiale pe filtre, senzori de gaz, senzori de efracție (în funcție de cerințele specifice ale stației).

Stații cu instalație de automatizare tip SMC 706 A100. Realizează funcțiile variantei standard, suplimentar asigură comanda robinetelor cu acționare electrică de intrare/ieșire în/din stație.

Stații cu instalație de automatizare tip SMC 706 A010. Realizează funcțiile variantei standard, suplimentar asigură trecerea de pe o linie de măsură pe alta în funcție de debit, (asigură comanda robinetelor cu acționare electrică de pe liniile de măsură).

Stații cu instalație de automatizare tip SMC 706 A001. Realizează funcțiile variantei standard, suplimentar asigură comanda la distanță a presiunii de ieșire.

Principalele elemente componente

Principalele elemente mecanice care intră în componența unei stații sunt: flanșe electroizolante, robinete fluture, robinete cu sferă, regulatoare de presiune cu supapă de blocare încorporată, filtre pentru gaz, supape de descărcare, contoare, manometre, termometre, tronsoane de țeavă, colectoare, distribuitoare, cofret metalic termoizolant.

Fig. 4.159.Elemente componente ale stației de reglare măsurare gaze naturale

Specificațiile tehnice de proiectare pentru stațiile de reglare măsurare

Elementele stației:

Separare electrică

Pentru separarea electrică a stației, pe conductele de intrare și iesire, se prevăd îmbinări de tip flanșa electroizolantă. Flanșele electroizolante se vor instala la fiecare robinet de închidere aflat la limita sistemului, fiind poziționate către exteriorul sistemului. Nici un element conductor (suporții și elementele de susținere) sa nu șunteze flanșele electroizolante prin formarea unei punți conductoare neprevăzute.

Racordurile de intrare – ieșire

Robineții de separare de la punctele de intrare și de ieșire reprezintă limita dintre stația de reglare măsurare și sistemul de conducte. Acești robineți sunt parte integrantă a stației de reglare-măsurare.

Diametrul nominal minim al conductei de racord va fi de Dn 50. Diametrul nominal al robinetului de închidere va fi de cel puțin Dn 50. Robinetul de închidere va fi adaptat cerințelor locale și reglementarilor oficiale privind instalarea conductelor și astfel va fi amplasat suprateran sau subteran, în funcție de acestea.

Conectarea cât și punerea în funcțiune a SRM-urilor se face numai după ce se verifică starea conductei de racord care va fi refulată pentru a elimina eventualele impurități.

In aval de elementul de separare de la intrare se va monta un manometru radial.

Instalația de filtrare

În funcție de natura și conținutul de impurități al gazelor naturale, se montează echipamente de filtrare și separare adecvate dispuse în aval de robinetul de separare de la intrare, înaintea dispozitivelor de măsurare și reglare. Tipul și selecția tehnologiei de filtrare utilizată se face în concordanță cu calitatea locală a gazelor naturale.

Instalația de filtrare este dimensionată astfel încât să asigure debitul maxim la presiunea minimă de intrare. Aceasta este compusă din două filtre verticale, dimensionate astfel încât să asigure debitul maxim la presiunea minimă de intrare (unul în funcțiune, al doilea de rezervă).

Cartușele filtrante vor avea o finețe de filtrare de 160 μm. Producătorul trebuie să poată oferi, în cazul dorinței ulterioare de îmbunătățire a procesului de filtrare, cartușe cu o finețe superioară compatibile din punct de vedere constructiv cu cele din dotarea inițială.

Curățarea și schimbarea cartușelor filtrante trebuie să se realizeze fără demontarea filtrului din instalație. Se admite și poziția orizontală de montare în special pentru filtrele de dimensiuni mari, acolo unde nu sunt prezente particule lichide, pentru ușurarea operațiunilor mai sus menționate.

Filtrele sunt prevăzute cu manometru pentru măsurarea presiunii diferențiale folosit la indicarea gradului de colmatare. Căderea de presiune maximă admisibilă pe filtrul de gaz este de 0,2 bar la debitul maxim pentru SRM-urile cuplate în rețeaua de presiune medie și de 0,1 bar pentru cele în rețeaua de presiune redusă.

Filtrele trebuie să reziste la o presiune statică de 1,5 ori presiunea nominală, pentru care a fost proiectată stația.

Partea exterioară a filtrelor trebuie acoperită prin vopsire sau prin alte mijloace, corespunzatoare gradului de agresivitate al atmosferei. Straturile de vopsea protectoare se vor aplica conform normelor tehnice SR EN ISO 12944.

Pe distribuitorul instalației de filtrare se va monta un manometru.

Instalația de reglare

Reglarea debitului va fi proiectată în așa fel încât să asigure stabilitatea acestuia pentru toate condițiile de exploatare prevăzute și să prevină apariția fluctuațiilor de debit care pot perturba funcționarea dispozitivului de măsurare.

Instalația de reglare va fi astfel dimensionată încât să asigure debitul maxim la presiunea minimă de intrare P1 și presiunea de ieșire P2, pe fiecare linie.

Instalația de reglare va fi dimensionată pentru două linii (o linie de reglare în lucru și una de rezervă), care vor asigura menținerea constantă a presiunii de ieșire, în limitele grupei de reglare și la variația presiunii de intrare și a debitului.

Pentru cazurile în care presiunea de intrare poate scădea frecvent la nivelul, sau sub nivelul presiunii de ieșire prescrisă, se vor utiliza regulatoare normal deschise (în poziție de repaus, la presiunea de intrare nulă, au orificiul de trecere deschis), conform cerințelor beneficiarului;

Regulatoarele vor trebui să îndeplinească următoarele caracteristici și condiții tehnice:

grupa presiunii de reglare – GR 5 sau mai bună;

grupa presiunii de închidere – GI 20 sau mai bună;

grupa de presiune de reacție pentru decuplarea la limita superioară: AG 20 sau mai bună;

corpul regulatorului trebuie să reziste la o presiune de cel puțin 1,5 ori presiunea nominală;

corpul regulatorului va fi obținut prin turnare; materialele vor fi conform ASTM A 352 LCB / ASTM A 216 WCB sau echivalent;

regulatoarele vor funcționa între debitul minim și maxim fără înlocuirea componentelor;

trebuie să existe posibilitatea înlocuirii scaunelor în cazul coroziunii sau abraziunii acestora;

regulatoarele vor fi dotate cu urechi de prindere pentru instalare și întreținere facilă;

regulatoarele vor avea obligatoriu certificat CE;

fiecare regulator trebuie să conțină o etichetă inscripționată care să conțină numele producătorului, seria și anul fabricatiei, presiuni nominale de operare;

pentru o bună funcționare a regulatorului, distanța minimă de la care se va preleva semnalul pentru presiunea de ieșire va fi de minim 4 x Dn. Pe aceste tronsoane se vor monta manometre radiale;

zgomot redus în funcționare chiar și la debite foarte mari;

nivelul de zgomot pentru stație va fi de maxim 65dBA la distanță de 1 metru, la presiunea maximă de admisie și debit maxim;

pe fiecare linie se vor monta robineți cu clapetă fluture acționați manual;

pentru protecția instalațiilor de utilizare din aval de SRM, pe fiecare linie de reglare se vor monta cate un dispozitiv de blocare la suprapresiune și o supapa de descărcare (grupa de acționare: 2);

dispozitivele de siguranța (supape de blocare, supape de descarcare) trebuie să conțina o eticheta de inscriptionare care sa contină numele producatorului, seria și anul fabricatției, presiunile nominale de operare;

exteriorul regulatoarelor trebuie sa fie protejate pe termen lung impotriva coroziunii si a acțiunii factorilor externi;

Pe fiecare linie de reglare și pe colectorul instalației de reglare se vor monta manometre. Acestea trebuie să fie însoțite de un buletin de verificare metrologică eliberat de un laborator autorizat BRML.

Sisteme de măsurare a cantitătilor de gaze

Toate instrumentele și echipamentele care sunt parte a sistemelor de măsurare fiscală a cantităților de gaze sau energiei, trebuie să dețină „Aprobare de Model” din partea unei instituții recunoscute oficial, conform legilor din România. Tranzacționarea fiscală se va efectua numai prin sisteme de măsurare care respectă cerințele legislației din România.

Sistemele de măsurare utilizate în SRM-uri, în vederea tranzacționării fiscale, vor fi dimensionate în funcție de debitul stației.

Sistemul de măsurare va consta întotdeauna dintr-un contor de gaz și un convertor electronic de volum tip PTZ echipat cu traductoare pentru diferiți parametri care sunt necesari în determinarea cantităților livrate.

Contoarele cu pistoane rotative sau cu turbină, vor fi dotate cu un traductor de impulsuri de joasă frecvență LF (releu REED), care va conține și un circuit „anti-tampering”. Valorile generate vor fi standard, în funcție de tipodimensiunea aleasă (0,1 imp/m3, 1 imp/m3 sau 10 imp/m3).

Se poate opta și pentru ieșirea în frecvență înaltă HF tip traductor inductiv (NAMUR), dacă este necesar, numai la cererea E.ON Gaz Distribuție.

Integratorul mecanic trebuie să aibă un număr suficient de cifre pentru ca volumul măsurat timp de 9.000 ore la valoarea Qmax să nu aducă cifrele la valoarea inițială.

Domeniul de debit al gazului trebuie să îndeplinească cel puțin următoarele condiții:

Tab. 4.8. Condiții pentru domeniul de debit al gazului

Erori maxime tolerate:

Tab.4.9. Erori maxime tolerate

În cazul în care erorile între Qt și Qmax au toate același semn, ele nu trebuie să depășească 0,5 % pentru clasa 1,0.

Tipodimensiunea maximă admisă la echiparea SRM-urilor, pentru contoarele cu pistoane rotative va fi G650 Dn200, iar pentru cele cu turbină va fi G4000 Dn300. Nu se admit contoare cu rangeabilitate inferioară valorii de 1/20.

Nu se admite montarea contoarelor cu pistoane în SRM-urile ce deservesc clienți cu flux continuu, a căror întrerupere a furnizării datorate eventualei blocări sau deteriorări ale echipamentului de măsurare, poate avea repercursiuni asupra siguranței în exploatare sau poate crea grave prejudicii de natură financiară prin compromiterea procesului de fabricație (fabrici de sticlă sau ceramică, unități de panificație, industria chimică, etc). În aceste situații este recomandată montarea unei linii redundante identice în paralel.

De asemenea, nu se admite montarea contoarelor cu turbină în SRM-urile ce deservesc clienți cu un profil de curgere de tip pulsatoriu.

Contoarele cu turbină vor avea încorporat, din construcție, un redresor (liniștitor) de flux. În cazul utilizării contoarelor cu ultrasunete ca și contoare „master”, se vor folosi dispozitive redresoare de flux auxiliare pentru a diminua perturbațiile introduse de instalația de reglare, avându-se în vedere și dispunerea celorlalte echipamente din interiorul SRM-ului (contor cu turbină și regulator).

Dispozitive de conversie a volumului de gaze

Toate echipamente de măsurare, contoare cu turbină sau cu pistoane rotative, vor fi dotate cu convertoare electronice de volum tip PTZ, cu protecție împotriva accesului neautorizat (sigilii acces setări, acces parolat, etc.), având posibilitatea jurnalizării evenimentelor pe o perioadă îndelungată de timp pentru a preveni suprascrierea acestora.

Convertorul de volum trebuie să poată afișa următoarele valori:

volumul standard în Sm³ (Tb = 15 oC = 288,15 K, Pb = 1,01325 barA);

volumul normal în Nm³ (Tn = 0 oC = 273,15 K, Pn = 1,01325 barA);

presiunea instantanee (barA);

temperatura instantanee (oC);

debitul instantaneu (Sm3/h);

alarma;

și, dacă este necesar,

energia (kWh sau MJ).

Este permisă utilizarea de valori fixe a compoziției gazului pentru a determina factorul de compresibilitate al gazului, în cazul în care compoziția gazului nu este determinată prin intermediul unui gazcromatograf online. Valorile relevante vor fi introduse în memoria de date a convertorului de volum PTZ și vor fi actualizate conform reglementărilor.

Afișajul indicator trebuie să aibă un număr suficient de digiți, cel puțin egal cu cel al contorului la care este conectat, pentru a preveni posibilitatea afișării parțiale a volumului mecanic necorectat.

Convertoarele electronice de volum și accesoriile lor vor fi în construcție antiex corespunzătoare cerințelor impuse de locul de montaj.

Carcasa și traductorii convertorului de volum trebuie să permită sigilarea, pentru a evita intervenția neautorizată și scoaterea acestora din instalație. Nu este permisă izolarea traductorilor de presiune prin robineți pentru a preîntâmpina manipulări accidentale care afectează calitatea măsurării.

Dispozitivul electronic de conversie trebuie să fie capabil să detecteze funcționarea în afara domeniului de funcționare stabilit de producător pentru parametrii care sunt importanți pentru exactitatea măsurării; în acest caz, dispozitivul de conversie trebuie să înceteze integrarea mărimii convertite și să poată totaliza într-un registru de memorie separat, cantitatea contorizată cu valorile de presiune și/sau temperatură de substituție presetate pe toată durata funcționării sale în afara domeniilor de funcționare. Dispozitivul electronic de conversie trebuie să fie capabil să afișeze toate informațiile legate de măsurare fără un echipament suplimentar.

Dispozitivele de conversie a volumului vor avea interfață standardizată pentru transferul datelor fiscale și de control și vor putea stabili un canal complet independent de comunicație cu sistemul de achiziții date și control. Va fi posibilă primirea online a valorilor compoziției gazului de la cromatograf, în cazul în care există în componența SRM-ului un astfel de dispozitiv. Protocolul de comunicație cu convertorul trebuie să poată fi pus la dispoziție pentru a putea fi conectat, ulterior, într-un sistem de achiziții date și control.

Bateria de alimentare a convertorului trebuie să aibă o durată de viață de minim 5 ani. La consumarea a 90 % din durata de viață a acesteia, convertorul trebuie să afișeze un semnal de avertizare vizibil pe ecran.

Detalii constructive

Măsurarea cantităților de gaze prin SRM-uri se realizează cu echipamente de măsurare ce se vor monta de regulă în amonte de treapta de reglare pe o linie „tip 1” (filtru-contor-regulator cu elementele aferente de separare) în situația unei presiuni de intrare cu variații foarte mici.

Opțional, se poate alege și varianta filtru-reglare-măsurare „tip 2” în condițiile în care există variații mari ale presiunii de intrare iar presiunea de ieșire să nu fie mai mică de 0,5 bar.

În funcție de dimensiune și prescripțiile referitoare la siguranța în exploatare, acuratețea măsurării cât și pentru a mări disponibilitatea rezultatelor măsurării, se recomandă dublarea aparatelor de măsură sau de control, cu ajutorul unora care funcționează separat, independente, dispuse pe o linie paralelă.

Astfel, este posibil a se realiza și pe două linii identice de reglare și măsurare, independente una față de cealaltă, conform celor enunțate mai sus.

Alegerea a două linii diferite se poate face și în considerentul departajării consumurilor de tip sezonier (iarnă – vară), în situația în care nu se poate alege un sistem de măsurare cu o rangeabilitate care să asigure înregistrarea corectă a ambelor tipuri de regim de consum.

O linie de debit mic dacă este necesar compusă din contor (cu turbină sau pistoane rotative și corector) și doi robineți de izolare.

La SRM-urile echipate cu doua linii de măsurare (vară-iarnă), trecerea de pe o linie de măsurare pe cealaltă se va face automat.

Pot fi alese două linii identice (din care una redundantă), independente una față de cealaltă, din considerente de siguranță.

Indiferent de geometria SRM-ului și de tipul contorului se va respecta 5D amonte și 2D aval, adică situația cea mai defavorizată.

Fiecare SRM va fi dotat cu tronsoane de tip „mosor”, având dimensinea sistemelor de măsurare folosite, pentru situații de urgență (defecțiuni ale echipamentului de măsurare, verificări metrologice, etc).

Pentru SRM-urile cu un debit mai mare de 10.000 Nmc/h trebuie să existe posibilitatea montării unui contor „martor” pentru verificarea contorului fiscal.

Legarea în serie va fi proiectată în așa fel încât să nu se modifice profilul de curgere în contorul fiscal prin înserierea contoarelor.

Nu este necesară aprobarea unei instituții autorizate oficial pentru un astfel de contor, dar se va arăta că precizia măsurătorii este comparabilă cu cea a contoarelor fiscale.

Pentru SRM-urile cu un debit mai mare de 10.000 Nmc/h se vor monta una sau mai multe linii de măsurare, paralele, independente una față de cealaltă, ținînd cont de raportul dintre debitele maxime și minime orare, și de considerațiile tehnice și economice.

Pentru liniile dispuse în paralel, traseul liniilor va fi proiectat în așa fel încât sarcina pe contoare să fie pe cât posibil distribuită egal pe durata exploatării.

SRM-urile cu un debit mai mare de 10.000 Nmc/h vor conține pe lângă liniile de măsurare și reglare și o linie redundantă, identică cu liniile proiectate, linie care a putea fi folosită ca și by-pass și ar putea prelua sarcina în cazul defectării uneia din liniile active sau în cazul activităților planificate (revizii, verificări metrologice, etc). Se recomandă ca numărul liniilor paralele să fie suficient, astfel încât, debitul maxim să poată fi măsurat în condițiile în care un contor să nu fie în funcțiune iar celelalte contoare să funcționeze în condițiile specificate.

Intrarea și scoaterea din funcțiune a liniilor de măsurare se va face automat, în funcție de debitul instantaneu.

În general, este necesară instalarea cel puțin a unui robinet de izolare în amonte și a unui robinet de izolare în aval pentru fiecare linie de măsurare. Robinetii amonte și aval de sistemul de măsurare vor fi cu deschidere completă, la dimensiunea diametrului interior al conductelor (această condiție nu este obligatorie în cazul utilizării contoarelor cu pistoane rotative).

Cel puțin un set de șuruburi/prezoane și piulițe aferente fiecărei flanșe de conectare a contoarelor, vor avea orificii pentru aplicarea sigiliilor împotriva demontării neautorizate a acestor echipamente.

La dispunerea componentelor în SRM, se va avea în vedere ca sistemele de măsurare a cantităților de gaze să nu fie amplasate la cota cea mai de jos a instalației mecanice, pentru a preveni acumularea eventualelor lichide în interiorul acestora.

Se va avea în vedere eliminarea din faza de proiectare a elementelor care ar putea introduce perturbații prin natura lor și care ar putea influența calitatea procesului de măsurare, cum ar fi eventuale fitinguri de conductă sau echipamente care generează profiluri ale vitezei puternic asimetrice și / sau turbioane (coturi simple, coturi în „U”, coturi necoplanare, robinete cu trecere redusă, pulsații ale debitului introduse de regulator, etc) pe o lungime suficientă de conductă în amonte și în aval de echipamentul de măsurare.

Tronsoanele de conductă amonte – aval contorului, trebuie să aibă același diametru nominal și trebuie să fie instalate și fixate astfel încât să se evite orice tensiune mecanică excesivă la nivelul racordurilor, de exemplu prin susținerea acestora. Instalația trebuie să permită demontarea cu ușurință a contorului. La punerea în funțiune, filtrele sau sitele temporare trebuie amplasate în amonte de tronsonul de lungime dreapta care precede aceste contoare.

Viteza maximă în conductele și componentele SRM-ului va fi de 20 m/s conform NTPEE-2008, iar temperatura de lucru al SRM-urilor intre între -20°C și +60°C.

Pentru asigurarea măsurării corecte a temperaturii, teaca traductoarelor de temperatură trebuie să pătrundă în interiorul conductei aproximativ o treime din diametrul conductei.

SRM-urile pot fi :

standard (fără automatizare și/sau teletransmisie)

cu automatizarea inclusă (trecerea automată de pe o linie de măsură pe alta) și teletransmisie

cu teletransmisie fără automatizare

SCADA

Dispozitive de uniformizare a profilului de curgere (liniștitoare/redresoare de flux)

Dacă condițiile cerute în amonte de un contor dat, pentru menținerea exactității lui, nu pot fi obținute din cauza lipsei de spațiu sau a combinării cu o instalație de reglare, trebuie utilizat un liniștitor de curgere adecvat.

În aval de liniștitorul de curgere trebuie instalată o lungime de conductă dreaptă care să permită profilului vitezei să atingă calitatea cerută din punct de vedere a vitezei și a distribuției turbulențelor

Odorizarea

Dacă va fi necesară odorizarea, dispozitivul va fi instalat în aval de dispozitivele de reglare și de măsurare, întrucât utilizarea produselor necesare odorizării nu trebuie să afecteze performanțele acestor dispozitive.

Gaz-cromatograf

Dacă se solicită acest lucru, gaz-cromatografele trebuie să dețină aprobare de model, conform reglementărilor din România.

Pe lângă indicarea compoziției gazului, cromatograful de proces trebuie să determine puterea calorifică superioară, densitatea și indicele Wobbe conform ISO 6976:1999. Calibrarea automată a cromatografului de gaze va fi efectuată la intervale regulate conform cu aprobarea de model sau cu procedurile specifice producătorului.

Gaz-cromatograful va avea o interfață de comunicație standardizată pentru transferul datelor către convertorul de volum și dispozitivul de înregistrare a măsurătorilor. De asemenea, protocolul de comunicație trebuie să poată fi pus la dispoziția beneficiarului pentru a putea fi conectat, ulterior, într-un sistem de achiziții date și control.

Instalația electrică

Instalația electrică trebuie să fie conform standardelor și normelor europene aplicabile.

Eventualele zone periculoase trebuiesc clasificate conform SR EN 60079-10:2004.

În situația echipării stației cu elemente de acționare și echipamente de automatizare pentru controlul debitului și comutarea sau selectarea numărului de linii corespunzător sarcinii reale a stației, se va avea în vedere posibilitatea alimentării acestora cu energie electrică trifazică.

Configurație

Configurația de bază

instalația de filtrare (filtre cu finețea de 800, 400, 160 sau 10 μm)

instalația de reglare (regulatoare cu acționare directă)

elemente de siguranță (dispozitive de blocare la sub și suprapresiune, supape de descărcare)

instalația de măsurare (contor cu turbină sau pistoane rotative și corector PTZ import – cu aprobare de model din partea B.R.M.L.)

aparate indicatoare (manometre și termometre)

Opțional pot fi echipate cu:

manometre diferențiale

măsurare cu alte aparate omologate

separare (separatoare ciclon)

separare – filtrare (separator – filtru)

cofret metalic

Caracteristici tehnice:

Tab. 4.10. Principalele caracteristici ale panourilor

Variante constructive de stații de reglare:

Fig.4.160. Stație de reglare măsurare gaze naturale cu două linii de reglare

Fig.4.160. Stație de reglare măsurare gaze naturale cu trei linii de reglare

Fig. 4.161. Schema izometrică a unei stații de reglare-măsurare

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 – robinete cu sferă Dn…Pn 16

R8, R9 – robinete cu sertar Dn …Pn 16

R10, R11, R12, R13, R14, R15 – robinete de depresurizare

R16 – robinet pornire contor

R17, R18, R19, R20– robinete manometre diferențiale

R21, R20, R23, R24, R25 – robinete manometre

R26, R27 – robinete purjare filtre

RG1, RG2 – regulatoare RTG Dn … Pn 6

SB1, SB2 – supape de blocare SBTG Dn …Pn 6

SD1 – supape de descărcare SDTG Dn …Pn 6

F1, F2 – filtre de gaze naturale FTG Dn … Pn 6

M1, M2, M3, M4, M5 – manometre 0-6 bar

MD1, MD2 – manometre diferențiale

T1, T2 – termometre

Red1, Red2 – reducție

E1, E2 – flanșe electroizolante

C- contor cu turbină, cu corector PTZ

Stații de reglare măsurare cu un contor – SRMTG

Sunt stații cu o linie de măsură. Se compun din: flanșe electroizolante (intrare și ieșire); robinete de izolare (intrare și ieșire); instalație de filtrare; linie de măsură; linii de reglare; AMC-uri; cofret termoizolant.

Funcționare

Gazul intră în stație prin robinetul de izolare (R1) și ajunge în distribuitorul instalației de filtrare (R2, F1, R3 și R4, F2, R5). Filtrele sunt dimensionate astfel încât debitul maxim de proiectare să fie asigurat de un singur filtru. Gazul este filtrat și ajunge în colectorul instalației de filtrare. Trece în continuare prin linia de măsură (R6, C1, R7), este măsurat de către contor și ajunge în distribuitorul instalației de reglare. Este distribuit pe cele 2 linii de reglare. Linia de lucru (R8; RTG1; R9) și linia de rezervă (R10; RTG 2; R11). Gazul filtrat și cu presiunea redusă ajunge în colector și prin robinetul de izolare aval (R12) către consumatori. Presiunea de ieșire reglată de regulatorul de pe linia de rezervă este mai mică decât presiunea de ieșire reglată de regulatorul de pe linia de lucru. Acest reglaj face ca linia de rezervă să intre în funcțiune în cazul apariției unui defect pe linia de lucru. Defectul va duce la scăderea presiunii sau la intervenția supapei de blocare.

Fig.4.162…………………………..

Fig. 4.163. Stație de reglare măsurare gaze naturale Q= 1500 Nm3/h

Fig.4.164. Stație de reglare măsurare gaze naturale Q= 975 Nm3/h

Fig.4.165. Stație de reglare măsurare gaze naturale Q= 600 Nm3/h

Fig.4.166. Stație de reglare măsurare gaze naturale Q= 375 Nm3/h

Stații de reglare-măsurare echipate cu sistem SCADA

SCADA este prescurtarea pentru Monitorizare, Control și Achiziții de Date (Supervisory Control And Data Acquisition). Termenul se referă la un sistem amplu de măsură și control. Automatizările SCADA sunt folosite pentru monitorizarea sau controlul proceselor chimice, fizice sau de transport.

Conceptul sistemului

Termenul SCADA  se referă de obicei la un centru de comandă care  monitorizează și controlează un întreg spațiu de producție. Cea mai mare parte a operațiunilor se execută automat de catre RTU – Unități Terminale Comandate la Distanță (Remote Terminal Unit) sau de către PLC- Unități Logice de Control Programabile (Programmable Logic Controller).  Funcțiile de control ale centrului de comandă sunt de cele mai multe ori restrânse la funcții decizionale sau funcții de administrare generală.

Fig.4.167. ……………………………………

Achiziția de date începe la nivelul RTU sau PLC și implică citirea indicatoarelor de măsură și a stării echipamentelor care apoi sunt comunicate la cerere către SCADA. Datele sunt apoi restructurate într-o formă convenabilă operatorului care utilizează o HMI, pentru a putea lua eventuale decizii care ar ajusta modul de lucru normal al RTU/PLC. (Un sistem SCADA include componentele: HMI, controllere, dispozitive de intrare-iesire, rețele, software și altele)

Un sistem SCADA tipic implementează o bază de date distribuița care conține elemente denumite puncte. Un punct reprezintă o singura valoare de intrare sau ieșire monitorizată sau controlată de către sistem. Punctele pot fi fie hard, fie soft. Un punct hard este reprezentarea unei intrări sau ieșiri conectată la sistem, iar un punct soft reprezintă rezultatul unor operații matematice și logice aplicate altor puncte hard și soft. Valorile punctelor sunt stocate de obicei împreună cu momentul de timp când au fost înregistrate sau calculate. Seria de puncte+timp reprezintă istoricul acelui punct.

RTU – Unitățile Terminale Comandate la Distanță – (Remote Terminal Unit)
RTU realizează conexiunea cu echipamentele supravegheate, citesc starea acestora (cum ar fi poziția deschis/închis a unui releu sau valve), citesc mărimile măsurate cum ar fi presiunea, debitul, tensiunea sau curentul. RTU pot controla echipamentele trimițind semnale, cum ar fi cel de închidere a unui releu sau valve sau setarea vitezei unei pompe.

RTU pot citi stări logice digitale sau măsurători analogice, și pot trimite comenzi digitale sau setări de valori analogice de referință.

O parte importantă a implementărilor SCADA sunt alarmele. O alarmă este starea logică a unui punct care poate avea valoarea NORMAL sau ALARMAT. Alarmele pot fi create în așa fel încât ele se activează atunci când condițiile sunt îndeplinite. Un exemplu de alarmă este avertizorul luminos “rezervorul de benzină gol” al unei mașini. Alarmele îndreaptă atenția operatorului SCADA spre partea sistemului care necesită o intervenție. La activarea alarmelor, un manager de alarme poate trimite mesaje email sau text operatorului.

HMI – Interfața om-mașina (Human Machine Interface)

Industria de HMI/SCADA a apărut din nevoia unui terminal prietenos pentru utilizator într-un sistem alcătuit cu unități PLC.

Un PLC este programat să controleze automat un proces, însa faptul ca unitatile PLC sunt distribuite într-un sistem amplu, colectarea manuală a datelor procesate de PLC este dificilă. De asemenea informațiile din PLC sunt de obicei stocate într-o formă brută, neprietenoasă.

HMI/SCADA are rolul de a aduna, combina și structura informațiile din PLC printr-o formă de comunicație. Înca din anii 1990 rolul sistemelor SCADA în sistemele inginerești civile s-a schimbat, necesitind o mai mare cantitate de operațiuni executate automat. Un HMI elaborat, poate fi de asemenea conectat la o baza de date pentru realizarea de grafice în timp real, analiza datelor, proceduri de întreținere planificate, scheme detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum și metode de depanare a sistemului. Din 1998, majoritatea producatorilor de PLC ofera sisteme HMI/SCADA integrate, cele mai multe folosind sisteme de comunicație și protocoale deschise, neproprietare. Majoritatea sistemelor HMI/SCADA ofera compatibilitate cu PLC-urile.

Fig. 4.168. Camera de comanda

Componentele sistemului SCADA

Cele trei componente ale sistemului SCADA sunt:

mai multe RTU sau PLC

stația Master și HMI Computer

Infrastructura de comunicație

Stația Master și HMI

Termenul se refera la șerverele și software-ul responsabil de comunicarea cu echipamentele amplasate la distanta (RTU,PLC, etc) si apoi cu software-ul HMI care ruleaza pe stațiile de lucru din camera de control. In sistemele SCADA mici, stația master poate fi un singur PC. In sistemele mari, stația master poate include mai multe servere, aplicații software distribuite, și unități de salvare iîn caz de dezastre.

Un sistem SCADA prezintă de regulă informația operatorului sub forma unei schițe sugestive. Aceasta înseamna ca operatorul poate vedea o reprezentare a instalației supravegheate. De exemplu, o imagine a unei pompe conectate la o conducta poate afișa operatorului faptul ca pompa lucreaza și cât fluid este pompat prin conducta la un moment dat. Operatorul poate apoi opri pompa. Software-ul HMI afișeaza debitul fluidului în scădere in timp real.

Pachetul HMI/SCADA include de obicei un program de desenare pe care operatorul sau personalul de întreținere il folosețte pentru a schimba modul în care punctele sint reprezentate în interfata utilizator. Aceste reprezentari pot lua forme simple cum ar fi un semafor sau chiar forme complexe cum ar fi poziția unor lifturi sau a unor trenuri.

Infrastructura de comunicație

Sistemele SCADA folosesc combinate conexiuni radio, seriale sau conexiuni modem în funcție de necesități. Protocoalele SCADA sunt concepute foarte compacte si multe sint concepute ca sa poata trimite informații stației master chiar și când stația master interogheaza RTU.

Fig. 4.169. Sistemul de comanda

Parametrii monitorizați ai SRM/SRS –ului în cazul dotării cu SCADA

În cazul dotării stațiilor cu sistem SCADA, se va asigura, transmiterea următorilor parametri și asigurarea următoarelor funcțiuni:

presiunea de intrare (P1), presiunea de ieșire (P2), temperatura gazului la ieșire (T);

doar în cazul SRM – debitul instantaneu (Q), indexul mecanic al contorului și indexul de pe convertorul electronic de volum (index corectat/index necorectat);

starea căilor de acces (uși cofret) în SRM și alarmare optoacustică locală; dezactivarea alarmei se va putea face și local, cu ajutorul unei tastaturi montate în cabina tabloului electric de automatizare;

monitorizare scăpări gaze;

căderea de presiune pe filtre;

starea supapei de blocare de pe regulator (blocată sau deblocată);

monitorizarea funcționării instalației de iluminat;

monitorizarea alimentării cu energie electrică a SRM/SRS-urilor;

arhive

comanda de la distanță a robinetelor de pe intrare, respectiv ieșire;

comanda de la distanță a robinetelor de după regulator, permițând astfel izolarea liniilor stațiilor de reglare sau reglare măsurare;

căderea de presiune pe filtre;

gradul de colmatare al filtrelor;

indicarea în procente a nivelului de deschidere al regulatoarelor;

indicarea liniei de reglare în funcțiune;

modificarea presiunii de ieșire de la distanță;

indicarea stării robinetelor de pe liniile de măsurare în cazul SRM-urilor cu automatizare (cu trecere automată de pe o linie pe alta) și indicarea stării Automat sau Manual;

starea supapei de blocare de pe regulator (blocată sau deblocată);

posibilitatea monitorizării liniei de rezervă.

Modul de transmitere a datelor. Modalități de comunicație.

Comunicația pentru achiziționarea datelor prin citire automată a contoarelor va avea următoarele caracteristici:

Sistem de comunicație GPRS dual SIM – fiind considerat principalul canal de citire/transmisie;

Opțional, sistemul trebuie să poată permite transmiterea datelor și prin Ethernet sau Modem Radio;

Sistemul trebuie să asigure rezervarea comunicației, astfel:

1. Pentru fiecare punct de măsură, se va defini comunicația activă – GPRS;

2. Soluția secundară de citire/transmisie va fi stabilită ulterior,

Sistemul trebuie să comute automat în cazul căderii comunicației. La restabilirea comunicației, va trebui să treacă de pe comunicația secundară pe cea definită ca fiind pricipală.

Fig. 4.170. Sistemul de teletransmisie

Sistemul de teletransmisie și control va trebui să ofere următoarele funcționalități în vederea optimizării procesului de operare din aplicația centrală și a reducerii traficului de date:

datele vor fi transmise către dispecerat prin intermediul unui modul GPRS cu stivă TCP/IP;

RTU/PLC-ul va funcționa în modul client în cadrul rețelei, având responsabilitatea de a iniția și menține conexiunea cu serverul;

comunicația se va realiza folosind pachete de date și pachete de comandă în ambele direcții;

pachetele de date (trimise de PLC/RTU spre server) vor conține date de tip boolean, registru 16 biți, registru 32 biți;

PLC/RTU-ul va oferi posibilitatea de a defini praguri de notificare pentru toate mărimile din sistem, astfel încât transmiterea datelor în cauză se va realiza doar în momentul în care valoarea curentă a mărimii s-a modificat, cu cel puțin valoarea pragului de notificare definit, față de ultima valoare transmisă (transmisia datelor va fi inițiată de către PLC/RTU);

PLC/RTU-ul va permite transmiterea automată a anumitor parametri la intervale de timp configurabile, pentru fiecare parametru în parte, în funcție de importanța acestora;

PLC/RTU-ul va oferi posibilitatea de a defini limite de alarmare pentru toate mărimile din sistem, astfel încât transmiterea datelor în cauză se va realiza doar în momentul depășirii acestor limite (transmisia datelor va fi inițiată de către PLC/RTU). Se va permite definirea limitelor : Low-Low, Low, High, High-High;

fiecare pachet de date va conține un indicator al stării de normalitate a mărimii (încadrarea în limitele de alarmare stabilite pentru mărimea respectivă);

depășirea limitelor de alarmare va genera semnalizarea optoacustică locală;

PLC/RTU-ul va oferi posibilitatea monitorizării căilor de acces prin intermediul unor senzori de efracție ce vor genera transmiterea automată în cazul schimbării stării acestora sau a unor alarme;

fiecare pachet de date va conține informația de TimeStamp formată din următoarele câmpuri : zzllaahhmmss;

PLC/RTU-ul va oferi posibilitatea sincronizării datei și orei cu serverul la cererea serverului;

ștampila de timp va permite indetificarea cu exactitate a succesiunii evenimentelor din proces;

PLC/RTU-ul va oferi posibilitatea transmiterii datelor monitorizate la cererea serverului (bloc de date sau date individuale);

pachetele de comandă vor permite modificarea parametrilor de control din PLC/RTU de tip analogic (setpoint, parametri, algoritmi de control, praguri alarmare, praguri notificare) și de tip boolean (comenzi acționări robinete, activare/dezactivare mecanisme alarmare, activare/dezactivare algoritmi de control);

pachetele de date și de comandă vor conține câmpuri pentru adresă (identificator unic) a sursei și destinației pachetului;

posibilitatea de a transmite/recepționa semnale “alive” către/de la server pentru a menține și testa linia de comunicație atunci când nu sunt date de transmis;

recepția corectă a unui pachet de către una din părți va fi confirmată în cazul în care acest lucru a fost solicitat de către sursă; în cazul în care pachetul nu a fost recepționat, sursa va retransmite pachetul;

integritatea pachetelor va fi verificată folosind un mecanism de detecție a erorilor (CRC);

posibilitatea de a memora local datele monitorizate, în cazul în care linia de comunicație nu este disponibilă și transmiterea acestor date odată cu restabilirea comunicației; datele memorate local vor avea stampila de timp a momentului în care au fost stocate;

PLC/RTU-ul va oferi cel puțin următoarele moduri de lucru:

1. Local manual (interlock hardware) – PLC/RTU va monitoriza procesul fără a interveni prin comenzi asupra elementelor de execuție. Vor fi active doar comenzile de pe panoul electric.

2. Manual PLC/RTU – control local (HMI) și de la distanță (Server) asupra elementelor de execuție. Algoritmii interni sunt dezactivați în acest mod de lucru.

3. Automat PLC/RTU – controlul procesului este preluat de către PLC/RTU prin intermediul algoritmilor interni. Serverul are acces doar la parametrii de funcționare ai algoritmilor.

SRM cu capacitate mai mare de 225 m3/h, cu SCADA

Fig. 4.171. Schița unei stații de reglare măsurare gaze naturale echipată cu sistem SCADA

Bibliografie

Chiliban, M., Aparate de măsură și control a mediilor fluide, Sibiu, Editura „Alma Mater”, 2002.

Dodoc, P., Metrologie generală, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979.

Gallagher, J. E., Natural Gas Measurement handbook –

lonescu, G. și col., Traductoare; principii și metode de proiectare, Institutul Politehnic București, 1980.

lonescu, G., Măsurări tehnice și traductoare, Institutul Politehnic București, 1975.

Miilea, A., Cartea metrologului – Metrologie generală, Editura Tehnică, București, 1985.

Neagu, I., Constantin, M., Ciocîrlea-Vasilescu, A., Măsurători și legislație metrologică, Editura Cvasidocumentația PROSER & Printech, București, 2007.

Чухарева, Н.В., Рудаченко, А.В., ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ИХ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В СИСТЕМЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, Издательство Томского политехнического университета, 2008

Popescu, D., Echipamente pentru măsurarea și controlul parametrilor de proces, Sgârciu, V.,Editura Electra, București, 2002.

Simescu, N, Chisăliță, D, Proiectarea, construirea și exploatarea conductelor magistrale de transport gaze naturale, Editura “Alma Mater”, Sibiu, 2001

*** Le Système international d’unités – The International System of Units, 8e édition

2006

*** Specificatii tehnice Elster Aeroteh

*** Regulament de măsurare al cantităților de gaze naturale tranzacționate în România

*** Aparate de măsură și control, I.I.R.U.C., 1985

*** Fluid Flow Measurement – A Practical Guide to Accurate Flow Measurement (2nd ed.) UPP, E. L. (2001).

Scritube, Mijloace pentru masurarea timpului,[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MIJLOACE-PENTRU-MASURAREA-TIMP653121818.php] [20.08.2014]

Sistemul de mărimi și unități CGS (centimetru-gram-secundă) – Dinnobolique [https://dinnobolique.files.wordpress.com/2013/01/sistemul-de-unități-de-măsură-csg.pdf] [25.09.2013]

Barlea, A. Notite de curs fizica, [www.phys.utcluj.ro/PersonalFile/Cursuri/BarleaCurs/Fise_curs.pdf]

Thompson, E., Fundamentals of multipath ultrasonic flow meters for gas measurement [https://de.scribd.com/doc/301750939/Fundamentals-of-Multipath-Ultrasonic-Flow-Meters-for-Gas-Measurement] [19.09.2013]

Tipuri de traductoare, https://www.scribd.com/doc/297595878/Tipuri-de-Traductoare-referat [25.09.2013]