Диафрагменные счетчики группы Elster. Надежность конструкции и точность метода измерения

Дилером по г. Калининград и Калининградской обл. в распоряжении ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» был предоставлен диафрагменный счетчик газа 1941 г. выпуска с целью проведения анализа его конструктивных особенностей и метрологических характеристик.

На сохранившемся шильдике указано: Камерный газовый счетчик, типоразмер (по классификатору завода-изготовителя) — 122; межцентровое расстояние между присоединительными штуцерами — 76 дюйм (~193мм); циклический объем — 2,1 л; Qр (номинальный расход) −2,5 м3/ч. ELSTER u Co A-G. KONIGSBERG (Кёнигсберг), номер 2562500, 1941 г.

Счетчик был установлен в Кёнигсберг (в настоящее время — Калининград), в неотапливаемом помещении. За все время эксплуатации, насчитывающее около 60 лет, через счетчик прошло более 200 000 м3 природного газа.

Для проведения испытаний ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» имеет все необходимое оборудование, включая климатическую камеру, позволяющую проводить исследования в заданном диапазоне температур. Конструкция и метрологические характеристики счетчика были подвергнуты всестороннему анализу и исследованию с применением поверочной установки УПСГ-6500 (см. рис. 1). Механическая счетная голова счетчика не сохранилась, однако современные установки позволяют снимать сигналы с любых звеньев механической передаточной цепи. Так на установке УПСГ-6500 сигнал снимался с помощью лазерного устройства с зубьев шестерни муфты, передающей вращение от измерительного механизма счетчика к его счетной голове.

Рисунок 1 — Поверка испытуемого диафрагменного счетчика на поверочной установке УПСГ-6500 (Красным отмечен лазерный датчик)

Результаты поверки счётчика приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 — Кривые погрешности испытуемого и серийно выпускаемого диафрагменных счетчиков

Из графика, представленного на рис. 2, видно, что погрешность счетчика соответствует современным требованиям, предъявляемым к точности диафрагменных счетчиков: кривая погрешности счетчика имеет характерный вид без резких спадов и в зоне номинальных и максимальных расходов погрешность счетчика практически укладывается в ±1,5%. Погрешность счетчика, по прошествию 60 лет эксплуатации, осталась на уровне погрешности диафрагменного счетчика, которая требуется при выпуске из производства. И это несмотря на то, что российские, европейские стандарты, а также рекомендации Международной Организации Законодательной Метрологии (МОЗМ) допускают почти двукратное увеличение этой погрешности в процессе эксплуатации (ГОСТ Р 50818-95 (Россия), EN 1359:1998 с изменениями 2006 г. (Германия), BS EN 1359:1998 с изменениями 2006 г., (Англия), СТБ EN 1359/ПР-2 (Республика Беларусь)) [1-3].

Важным критерием при эксплуатации газового оборудования в бытовом секторе с избыточным давлением 2-3 кПа является перепад давления на счетчике. Согласно действующим нормативам максимальный перепад давления на диафрагменных счетчиках не должен превышать значения 200 Па. Для испытуемого счетчика перепад давления на максимальном расходе 4 м3/ч составил 113 Па. Причем этот перепад был зафиксирован на воздухе, плотность которого значительно выше, чем плотность природного газа (см. рис. 3).

Рисунок 3 Перепады давления на испытуемом и серийно изготовленном диафрагменных счетчиках

За долгие годы работы через счетчик прошел большой объем природного газа, счетчик эксплуатировался как при отрицательных, так и при положительных температурах, подвергался различному роду механическим воздействиям и загрязнениям, веществами, содержащимися в природном газе. Временная стабильность счетчика объясняется не только правильными конструктивными решениями, тщательным подбором используемых материалов и высоким уровнем технологий и технологической дисциплины при производстве, но и прямым объемным методом измерения, который лежит в основе работы диафрагменного счетчика газа. Применяемый метод измерения в совокупности с конструктивными решениями и применяемыми материалами обеспечивает стабильность коэффициента преобразования диафрагменных счетчиков газа в широком диапазоне числа Рейнольдса Re. Это позволяет, в отличие от других методов, проводить их градуировку и поверку на воздушных расходомерных стендах с последующим распространением полученных результатов на случаи измерения природного и других газов при рабочих условиях, без потери точности измерений.

Для справки: средний срок службы современных диафрагменных счетчиков газа составляет более 20 лет и характеризует его работоспособность до момента перехода в предельное состояние, при котором дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна. Предельное состояние счетчиков газа определяется метрологическими характеристиками и безопасностью их эксплуатации (герметичностью счетчиков). Срок службы счетчика определяется качеством конструкции и изготовления, а также бережностью эксплуатации и может значительно превышать упомянутые 20 лет, как, например, в случае с испытуемым счетчиком, 1941 г. выпуска.

Диафрагменные счетчики газа разных производителей имеют схожий принцип действия, но различаются конструкторскими решениями и применяемыми материалами. По конструктивному исполнению диафрагменные счетчики условно можно разделить на два вида: надежные и упрощенные [4]. При выходе из производства счетчики газа различных конструктивных решений имеют нормированную погрешность, соответствующую требованиям национальных стандартов. Однако, у счетчиков упрощенной конструкции, в отличие от надежных счетчиков, в течение срока эксплуатации погрешность значительно изменяется и становится отрицательной, причем процесс изменения погрешности непрогнозируем во времени, что значительно снижает достоверность показаний узла учета газа. Безусловно, что одной из главных причин временной нестабильности является применение дешевых материалов и упрощенные конструкторские решения.

На рис. 4 представлены графики изменения погрешности для счетчиков надежной и упрощенной конструкции в течение межповерочного интервала.

Упрощенная конструкция	Счетчик Elster (надежная конструкция)

Рисунок 4 Кривые погрешности диафрагменных счетчиков различных вариантов исполнения в зависимости от года эксплуатации

Из графиков, приведенных на рис. 4, видно, что точность диафрагменных счетчиков с упрощенной конструкцией значительно падает в течение межповерочного интервала и достигает значений 20 и более процентов.

Таким образом, высокие метрологические характеристики и временная стабильность диафрагменных счетчиков, стабильность коэффициента их преобразования в широком диапазоне числа Рейнольдса Re, обусловленные прямым объемным методом измерения, правильными конструктивными решениями, тщательным подбором используемых материалов и высоким уровнем технологий и технологической дисциплины при производстве стали основой для дальнейшего развития и расширения выпускаемой производственной линейки диафрагменных счетчиков газа.

Современные диафрагменные счетчики газа типа ВК, выпускаемые ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» по лицензии Elster GmbH (см. рис. 5), являются непосредственным развитием первых камерных счетчиков, созданных фирмой «Kromshröder», в которых реализованы наиболее удачные конструкторские решения, применены современные материалы, обеспечивающие высокие метрологические, надежностные и эксплуатационные характеристики, а также временную стабильность счетчиков. Наряду с этим в современных диафрагменных счетчиках типа ВК усовершенствованы механические счетные механизмы, появились устройства для передачи информации (датчики импульсов, абсолютные энкодеры) и устройства коррекции объема газа по температуре (механическая и электронная термокомпенсация) и давлению, применены отсечные клапаны, существует возможность встраивания их в автоматические системы сбора данных.