Счетчик для местного и дистанционного измерения объема природного газа по ГОСТ 5542, приведенного к нормальным условиям (ГОСТ 2939), а также времени нахождения счетчика в нерабочем состоянии.

Счетчик используется для коммерческого учета расхода газа в жилых домах, административных зданиях, производственных помещениях, в которых предусмотрено использование газа, и на другие, кроме бытового пищеприготовления нужды (горячее водоснабжение, местное отопление и т.д.) с целью осуществления взаимных финансовых расчетов между газораспределительной станцией и потребителем газа.

Счетчик предназначен для работы в зонах В-1 и В-1а (по классификации главы 7.3 ПУЭ, издание шестое), где возможно образование смесей горючих газов и паров с воздухом категории IIA температурной группыТ5 включительно согласно ГОСТ 12.1.011.

Счетчики имеют взрывозащищенное исполнение, соответствуют требованиям ГОСТ Р 51330.0 и ГОСТ Р 51330.10, имеют вид взрывозащиты "Искробезопасная электрическая цепь", уровень взрывозащиты "взрывобезопасный" для взрывобезопасных смесей категории IIAT5 по ГОСТ 12.1.011 параметры искробезопасных входов (от литиевых батарей) Uxx=3,6В, Iкз=0,07 А.

Маркировка взрывозащиты 1ExibIIAT5 по ГОСТ 12.2.020.

Счетчик, состоящий из первичных преобразователей расхода, давления, температуры и информационно-вычислительного блока, выполнен в едином конструктивном исполнении, и маркировка относится ко всему счетчику.

По устойчивости к климатическим воздействиям исполнение Н счетчиков соответствуют исполнению УХЛ4.2 по ГОСТ 15150, для работы при температуре окружающей среды от 0 до 50 °С, а исполнение Т счетчиков соответствует исполнению УХЛ3 по ГОСТ 15150 для работы в интервале температур от -40 до +50°С.

Счетчик относится к многофункциональным многоканальным, ремонтируемым и невосстанавливаемым изделиям.

Счетчик изготовлен в соответствии с техническими условиями ТУ 311-00227465.059-01.

Счетчики имеют следующие варианты исполнений:

• по пределам измерения абсолютного давления газа в сети: - от 90 до 150 кПа; - от 150 до 200 кПа;
• по наличию или отсутствию архива;
• по положению счетчика при установке в трубопроводе: вертикальное и горизонтальное;
• по пределам температуры окружающей среды: - от минус 40 °С до плюс 50М; - от 0 до плюс 50 °С.

Прибор состоит из следующих конструктивно законченных частей: преобразователя расхода, в состав которого входят преобразователь давления и преобразователь температуры, измерительно-вычислительного блока и комплекта переходных устройств.

2.1 Счетчик в зависимости от диапазона измерения расхода газа имеет следующие типоразмеры: G10; G16; G25; G40; G65; G100.

2.2 Обозначение счетчика по конструкторской документации, исполнение, диаметр условного прохода, типоразмер (номинальный расход), максимальный, переходный и минимальный объемные расходы приведены в таблице 1.

Таблица 1

2.3 Пределы допускаемой относительной погрешности объема газа, приведенного к нормальным условиям, при выпуске из производства и после ремонта не превышают:

2.4 Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения объема и объемного расхода газа в рабочих условиях не превышают:

2.5 Дополнительная абсолютная погрешность счетчика при измерении объемного расхода газа в рабочих условиях, вызванная отклонением температуры измеряемого газа от нормальной (20±5)°С, в зависимости от температуры счетчика не должно превышать Dt=±9,42Ду² , где Ду - диаметр условного прохода счетчика, мм.

2.6 Дополнительная относительная погрешность счетчика при измерении объемного расхода газа в рабочих условиях, вызванная отличием физических свойств воздуха (среда, на которой производится градуировка канала измерения расхода) и природного газа (среда, на которой производится эксплуатация счетчика), не превышает ± 0,25 %.

2.7 Порог чувствительности счетчика не превышает значения 0,1 Qmin.

2.8 Предел допускаемой абсолютной погрешности счетчика при измерении времени наработки и времени нахождения в неисправном состоянии не превышает ± 5 с за 24 часа.

2.9 Рабочий диапазон канала измерения абсолютного давления составляет от 90 кПа до 200 кПа, разделенный на два поддиапазона: от 90 до 150 кПа и от 150 до 200 кПа. Предел допускаемой относительной погрешности канала измерения давления при индивидуальной его градуировке в рабочем диапазоне давлений и в рабочем диапазоне температур окружающего воздуха и рабочей среды не превышает ± 0,25 %.

2.10 Рабочий диапазон канала измерения температуры составляет от минус 10 до 50 °С. Предел допускаемой относительной погрешности канала измерения температуры при индивидуальной его градуировке в рабочем диапазоне температур не превышает ± 0,25 %.

2.11 Предел допускаемой относительной погрешности счетчика при вычислении объема газа, приведенного к нормальным условиям, не превышает ± 0,15 %.

2.12 Счетчик обеспечивает приведенные выше метрологические характеристики при следующих параметрах и физических свойствах измеряемого газа:

• температура - от 263 до 330 К;
• абсолютное давление - от 90 до 200 кПа;
• плотность при нормальных условиях - от 0,67 до 0,88 кг/м³;
• молярная концентрация азота - от 0 до 15 %;
• молярная концентрация диоксида углерода - от 0 до 8 %.

2.13 Максимальное избыточное давление в счетчике не более 300 кПа.

2.14 Показания счетчика по функции измерения объема нарастающим итогом не изменяются, если через него не протекает газ.

2.15 Потеря давления на счетчике при максимальном расходе не превышает 300 Па.

2.16 Счетчик не измеряет объем газа, протекающего в обратном направлении.

2.17 Счетчик осуществляет автоматическое измерение, вычисление и индикацию:

• объемного расхода газа в рабочих условиях, Qp, м³/ч;
• температуры газа, Т, °С;
• давления газа, Р, кПа;
• суммарного, нарастающим итогом, объема газа, приведенного к нормальным условиям, м³.

2.18 Счетчик обеспечивает индикацию следующей, кроме указанной в предыдущем пункте, информации:

• текущее время (часы, минуты);
• текущая дата (год, месяц, число);
• время нахождения счетчика в нерабочем состоянии (часы);
• результаты самодиагностики каналов измерения расхода, давления и температуры;
• заводской номер счетчика.

2.19 Счетчик обеспечивает индикацию и хранение во внутренней энергонезависимой памяти в течение не менее 10 лет со дня выпуска из производства значений следующих запрограммированных параметров: 

• скорости ультразвука в воздухе при температуре калибровки, С, м/с;
• внутреннего диаметра измерительного участка, D, м
• расстояния между торцами ПЭП, L, м;
• коэффициентов коррекции градуировочных характеристик канала измерения объемного расхода в рабочих условиях - А_q1, А_q2, В_q1, В_q2, канала измерения температуры - А_т, В_т;времени задержек в электронном и акустическом тракте счетчика - t₁, t₂, нс.Изменение служебных параметров, влияющих не вычисления объема газа, защищено от несанкционированного вмешательства паролем.

Цифровой индикатор ИВБ (отсчетное устройство) содержит 8 разрядов.

Наибольший индуцируемый объем газа в зависимости от типоразмера счетчика и измеряемого параметра составляет:

• при измерении объема газа счетчиками типоразмеров:
  • G 10, G 16 - 99999,999 м³;
  • G 25 - G 100 - 999999,99 м³;
• при измерении времени нерабочего состояния - 99999 час.

2.21 Цена единицы младшего разряда индикатора счетчика для основных измеряемых параметров в зависимости от типоразмера и измеряемого параметра соответствует указанной в таблице 2.

Таблица 2.

 2.22 Цена единицы младшего разряда цифрового индикатора счетчика при индикации служебных параметров составляет:

• внутреннего диаметра - 0,01 мм;
• расстояния между торцами ПЭП - 0,01 мм;
• коэффициентов коррекции:
  • А_q; А_q; А_т - 0,001,
  • В_q - 0,001 м³/ч,
  • В_q - 0,001 кПа,
  • В_т - 0,001 °С;
• скорости ультразвука в газе при температуре калибровки - 0,1 м/с;
• значения расхода в точке перегиба градуировочной характеристики - 0,01 м³/ч;
• времени задержек t₁ и t₂ в электронном и акустическом трактах -0,01 нс.

2.23 Конструкция счетчика предусматривает возможность передачи информации на расстояние до 1200 м по стандартным протоколам обмена.

2.24 Электропитание счетчика осуществляется от автономного источника питания и обеспечивает его работоспособность в течение двух лет . Замена источника питания происходит без нарушения работоспособности и полного распломбирования счетчика.

2.25 К месту установки счетчика не налагается никаких ограничений по конфигурации газопроводной магистрали.

2.26 Размеры присоединительных частей счетчика и комплекта переходных устройств в зависимости от типоразмера счетчика указаны в таблице 3.

Таблица 3.

2.27 Счетчик устойчив и прочен к воздействию окружающего воздуха:

• в диапазоне температур от минус 40 до плюс 50 °С для исполнения Т;
• в диапазоне температур от 0 до плюс 50 °С для исполнения Н;
• при относительной влажности (95±3) % при температуре 35 °С и более высокой без конденсации влаги (группа исполнения С3 по ГОСТ 12997).

2.28 Счетчик устойчив и прочен к воздействию синусоидальных вибраций в соответствии с группой исполнения L12 по ГОСТ 12997.

2.29 Степень защиты корпуса от проникновения воды, пыли и посторонних твердых частиц - IP54 по ГОСТ 12997.

2.30 Счетчик устойчив к воздействию постоянных магнитных полей и переменных полей с частотой 50 Гц и напряженностью до 400 А/м.

2.31 Конструкция счетчика устойчива к содержанию в измеряемом газе жидких и твердых включений с объемной концентрацией до 1 % и наибольшим размером 200 мкм.

2.32 Счетчик в упаковке для транспортирования выдерживает воздействие:

• температуры окружающей среды от минус 50 до 50 °С;
• относительной влажности до (95±3) % при температуре 35°С;
• транспортной тряски с ускорением 30 м/с² при частоте ударов от 60 до 120 в минуту.

2.33 Полный средний срок службы - 25 лет

2.34 Средняя наработка на отказ не менее 70000 час.

3.1 Комплект поставки счетчика соответствует указанному в таблице.

Таблица 4.

Документация

3.2 По желанию заказчика в комплект поставки может входить за отдельную плату комплект переходных устройств в соответствии с таблицей 3.

Устройство и принцип работы

4.1 Счетчик имеет литой корпус из алюминиевого сплава АК-12, в котором находятся:

• преобразователь расхода (ПР) с установленными в нем двумя пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП);
• преобразователь давления (ПД);
• преобразователь температуры (ПТ);
• измерительно-вычислительный блок (ИВБ).

ПР для каждого типоразмера счетчика имеет свои геометрические размеры при едином конструктивном решении, остальные части счетчика одинаковы для всего типоразрядного ряда.

Рис. Структурная схема счетчика

4.1.1 ПР представляет собой устройство с нормированными геометрическими характеристиками и состоит из входного и выходного патрубков, профильных дисков и измерительного участка. Для достижения стабильности метрологических характеристик и долговечности работы счетчика все ответственные элементы конструкции выполнены из износоустойчивых, коррозийностойких материалов. Уплотнения всех разъемных  соединений осуществляется с помощью паронитовых прокладок или резиновых колец.

Входной и выходной патрубки счетчика обеспечивают подключение счетчика к трубопроводу с помощью переходных устройств через муфтовые или фланцевые соединения.

Профильный диск служит для установки ПЭП соосно потоку газа, а также для герметичного вывода его соединительных проводов в ИВБ. Профильные диски устанавливаются на входе и выходе ПР между фланцами измерительного участка и фланцами входного и выходного патрубков. Пьезоэлектрические преобразователи установлены в профильных дисках, обтекаются проходящим потоком газа и обеспечивают излучение и прием ультразвуковых сигналов по оси направления потока. Вывод соединительного провода ПЭП с ИВБ производится через специальное отверстие, находящееся внутри одного из ребер профильного диска.

Измерительный участок является важнейшим элементом счетчика, обеспечивающим высокие метрологические характеристики счетчика. В измерительном участка происходит сложение векторов скоростей потока газа и распространение ультразвуковых сигналов. Для каждого типоразмера счетчика нормированы его геометрические размеры - внутренний диаметр D и расстояние L между торцами ПЭП. Обеспечение высокой повторяемости этих параметров является особенно важным при серийном производстве счетчиков.

4.1.2 Преобразователь давления служит для измерения абсолютного давления газа. Чувствительный элемент преобразователя давления расположен во входной части ПР. Измеряемое давление подается на чувствительный элемент через отверстие, выполненное в профильном диске и опорной стойке. В качестве ПД используются серийно выпускаемые преобразователи-датчики абсолютного давления тензорезистивного типа ИПН-А-2кл.0,5/100 кПа -9е2.832.001 ТУ с термокомпенсацией в рабочем диапазоне температур со со следующими техническими характеристиками:

• диапазон давления - от 0 до 400 кПа;
• выходной сигнал - от 0 до (50±0,5) мВ;
• напряжение питания - (5±0,02) В;
• основная погрешность -  ±0,25 % (при индивидуальной градуировке в составе канала измерения);
• диапазон рабочих температур - от минус 40 до 85 °С.

4.1.3 Преобразователь температуры предназначен для измерения температуры газа. Чувствительный элемент преобразователя температуры размещен в защитной гильзе, выполненной из материала с высокой теплопроводностью. Гильза с чувствительным элементом вводится в поток газа, вворачивается в профильный диск и контрится опорной стойкой. В качестве чувствительного элемента используются серийно выпускаемые чувствительные элементы полупроводникового типа ТМР36 со следующими техническими характеристиками:

• диапазон измерения - от минус 40 до 125 °С;
• выходной сигнал - от 0 до 750 мВ;
• напряжение питания - (5±0,5) В;
• основная погрешность - ±0,25 % (при индивидуальной градуировке в составе канала измерения);

4.1.4 Измерительно-вычислительный блок размещен в корпусе счетчика и имеет мембранную клавиатуру с многоразрядным жидкокристаллическим индикатором. Питание измерительно-вычислительного блока осуществляется от встроенного в герметичный отсек литиевого элемента питания. Для подключения к внешним устройствам используется разъемный соединитель, установленный на корпусе блока. На лицевой панели размещаются надписи маркировки счетчика, а также поясняющие назначение элементов индикации, управления и коммутации. Электронная плата с индикатором крепится в крышке корпуса счетчика.
Автономный источник питания устанавливается в специальный герметичный отсек и закрывается крышкой, которая пломбируется.
Схема внешних соединений счетчика приведена в Приложении.

4.2 Основным измеряемым параметром счетчика является объем газа, приведенный к нормальным условиям. Для решения этой задачи в счетчике созданы три измерительных канала - канал измерения объема и объемного расхода газа в рабочих условиях, канал измерения абсолютного давления и канал измерения температуры. На основании полученных измерений производится вычисление за заданный интервал времени объема газа, приведенного к нормальным условиям.

4.2.1 По способу измерения объемного расхода газа в рабочих условиях в счетчике реализован ультразвуковой время-импульсный метод. Принцип работы основан на измерении разности времен прохождения импульсов ультразвуковых колебаний (УЗК) по направлению потока газа в трубопроводе и против него. Возбуждение зондирующих импульсов производится пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭ), установленными в ПР, по которому протекает поток газа.

4.2.2 Измерительно-вычислительный блок (ИВБ) имеет две платы: 

плату модуля измерений (МИ);

плату индикации (ПИ).

4.2.3 Плата МИ обеспечивает:

• формирование управляющих сигналов, синхронизирующих работу счетчика:
• посылку зондирующих импульсов на пьезопреобразователи:
• прием, коммутацию и усиление сигналов от пьезопреобразователей;
• формирование и измерение временных интервалов;
• выполнение вычислений, хранение величин введенных уставок и результатов вычислений;
• передачу информации на плату индикации и во внешние устройства;
• питание узлов счетчика необходимыми для функционирования напряжениями.

По результатам измерения расхода в рабочих условиях, давления и температуры вычисляются расход и объем газа, приведенные к нормальным условиям.

Микропроцессор MSP430P337AIPJM D20 управляет работой счетчика и осуществляет все вычислительные и сервисные операции по программе, размещенной во встроенном ПЗУ. Тактирование микросхемы осуществляется с частотой 32,768 кГц и задается кварцем ZQ3.

Периферийные устройства включают в себя часы реального времени, собранные на микросхеме D19, супервизор D8, осуществляющий формирование сигнала начального сброса микросхемы D20, и микросхемы интерфейса RS-485(D17).

Питание цифровой части счетчика и контроль за состоянием литиевой батареи осуществляется стабилизатором, выполненным на микросхеме D11. АЦП питается от стабилизатора, выполненного на микросхеме D3. Источник опорного напряжения АЦП выполнен на микросхемах D1, D4.

4.2.4 Плата индикации ПИ.

На плате установлены ЖКИ - индикатор (D3)  и два драйвера индикатора (D1, D2). Питание платы осуществляется от стабилизатора D10 платы МИ.

Мембранная трехкнопочная клавиатура расположена на лицевой панели и имеет одно поле с мнемоническими символами. Клавиатура подключена к порту Р2 микросхемы D20 через разъем Х5.

Пример записи при заказе

Примечание - при заказе счетчика без переходных устройств индекс "П" не проставляется. Пример записи в спецификации заказа счетчика "Гобой -1" на наибольшее абсолютное давление газа 150 кПа, с номинальным расходом 16 м³/ч, с архивированием данных, для горизонтальной установки, на температуру окружающей среды 0 °С, с переходным устройством: Счетчик "Гобой-1 - 1- 16 - А - Г - Н - П".

Дополнительная информация

• Габаритные и установочные размеры
• Чертежи счетчика газа "Гобой-1" с габаритными  и установочными размерами предоставляются дополнительно по запросу потребителей.
• Схема внешних соединений