Rodzaje gazomierzy - miechowy, rotorowy, turbinowy i ultradźwiękowy. Jak działają i czym się różnią?

Ten sam gaz może być mierzony na cztery zupełnie różne sposoby. W jednym gazomierzu jego przepływ porusza elastyczne membrany, w drugim obraca dwa precyzyjnie dopasowane wirniki, a w trzecim napędza turbinę. Istnieją również urządzenia, które określają przepływ za pomocą ultradźwięków, bez mechanicznych części ruchomych w torze pomiarowym.

Najważniejsza różnica pomiędzy gazomierzami miechowymi, rotorowymi, turbinowymi i ultradźwiękowymi dotyczy sposobu wyznaczania objętości gazu. To właśnie zastosowana technologia wpływa na charakterystykę pomiarową, wymagania montażowe oraz przydatność urządzenia w określonych warunkach pracy.

Dlaczego ma to znaczenie? Ponieważ instalacja gazowa w domu jednorodzinnym pracuje inaczej niż układ zasilający przemysłowy piec czy linię produkcyjną. Różnią się nie tylko ilości zużywanego gazu, ale również zmienność poboru, ciśnienie i wymagania dotyczące ciągłości pomiaru.

Jakie są rodzaje gazomierzy?

Cztery popularne technologie pomiaru objętości gazu to gazomierze miechowe, rotorowe, turbinowe i ultradźwiękowe. Dwie pierwsze należą do urządzeń wyporowych, natomiast pozostałe wykorzystują odpowiednio ruch turbiny lub zjawisko propagacji fal ultradźwiękowych.

Żaden z wymienionych typów nie jest uniwersalnie najlepszy. Technologia odpowiednia dla instalacji o stosunkowo niewielkim, okresowym poborze gazu niekoniecznie będzie optymalna dla zakładu, w którym przepływ osiąga setki metrów sześciennych na godzinę.

Gazomierz miechowy - dlaczego sprawdza się przy niewielkim zużyciu gazu?

Gazomierz miechowy mierzy objętość gazu poprzez cykliczne napełnianie i opróżnianie komór pomiarowych wyposażonych w elastyczne membrany. Każdy pełny cykl pracy mechanizmu odpowiada określonej objętości przepływającego medium. Można wyobrazić sobie dwie komory, które naprzemiennie zwiększają i zmniejszają swoją objętość. Gaz wprawia membrany w ruch, a mechanizm rozrządu kieruje jego przepływem. Ruch jest przekazywany do układu zliczającego, który rejestruje całkowitą objętość gazu.

To rozwiązanie znane jest od wielu lat, ale nadal szeroko stosowane. Powód jest prosty: gazomierze miechowe pozwalają realizować pomiar przy stosunkowo niewielkich przepływach, charakterystycznych między innymi dla gospodarstw domowych.

Co dzieje się, gdy odbiornik gazu pracuje tylko przez chwilę?

W typowym budynku mieszkalnym pobór gazu nie jest równomierny. Kocioł może uruchamiać się okresowo, a kuchenka pracować przez kilkanaście lub kilkadziesiąt minut. Gazomierz musi rejestrować zarówno niewielki przepływ pojedynczego odbiornika, jak i większe zużycie w sytuacji, gdy jednocześnie pracuje kilka urządzeń. Właśnie dlatego znaczenie ma nie tylko maksymalna przepustowość gazomierza, lecz również jego dolna granica pomiarowa. 

Dla zobrazowania różnic można wykorzystać dane rzeczywistego urządzenia. Gazomierz miechowy serii EM w wersji mG4 ma deklarowany zakres pomiarowy od 0,04 do 6 m³/h. Oznacza to, że jego zatwierdzony zakres obejmuje przepływy różniące się 150-krotnie. Nie oznacza to jednak, że każdy gazomierz miechowy ma identyczną charakterystykę. Parametry zależą od wielkości i konstrukcji konkretnego urządzenia.

Czy gazomierze miechowe to przestarzała technologia?

Nie. Mechaniczny sposób pomiaru nie wyklucza zastosowania nowoczesnej elektroniki. Przykładowo konstrukcja miechowa może współpracować z elektronicznym liczydłem, rejestratorem zdarzeń i modułem komunikacyjnym. W takim rozwiązaniu sama objętość gazu nadal jest mierzona mechanicznie, lecz jej rejestracja i przekazywanie do operatora odbywa się elektronicznie.

Taką zasadę wykorzystuje między innymi EM-eG4, łączący mechanikę miechową z komunikacją bezprzewodową. To istotne rozróżnienie: gazomierz SMART nie oznacza automatycznie nowej technologii pomiaru. Inteligentne funkcje mogą być dodane do sprawdzonego mechanizmu.

Więcej o tym, jak odczyty trafiają do systemów operatorów, wyjaśnia artykuł Gazomierz SMART - jak działa i jakie korzyści daje użytkownikom oraz operatorom.

Gazomierz rotorowy - co daje pomiar wyporowy w przemyśle?

Gazomierz rotorowy mierzy objętość gazu dzięki dwóm wirnikom obracającym się w przeciwnych kierunkach. Podczas ich ruchu między wirnikami a obudową przemieszczane są kolejne, określone porcje gazu. Zasada pomiaru pozostaje więc wyporowa, podobnie jak w gazomierzu miechowym. Zamiast elastycznych membran pracuje jednak mechanizm wirnikowy.

Istotna jest tutaj precyzja wykonania. Wirniki muszą poruszać się z zachowaniem odpowiednich odstępów, a ich ruch powinien odpowiadać objętości przepływającego gazu.

Dlaczego gazomierze rotorowe stosuje się przy zmiennym przepływie?

Wyobraźmy sobie zakład produkcyjny, w którym kilka urządzeń gazowych pracuje niezależnie od siebie. W określonych godzinach uruchomione są wszystkie, natomiast w pozostałym czasie działa tylko część instalacji. Różnica między najmniejszym a największym poborem może być znacząca. W takich warunkach szczególnie ważna staje się zakresowość gazomierza, czyli stosunek przepływu maksymalnego do minimalnego.

Przykładowo zakresowość 160:1 oznacza, że maksymalny przepływ jest 160 razy większy od minimalnego. Nie jest to deklaracja dotycząca wszystkich gazomierzy rotorowych, ale parametr osiągany przez określone konstrukcje. W dokumentacji gazomierza rotorowego wskazano właśnie zakresowość minimum 160:1 w warunkach atmosferycznych.

Szeroki zakres pomiarowy bywa szczególnie przydatny tam, gdzie instalacja pracuje ze zmiennym obciążeniem, a pomiar musi obejmować zarówno niewielki pobór gazu, jak i okresy zwiększonego zapotrzebowania. Nie oznacza to jednak, że każdy gazomierz rotorowy będzie właściwy do takiej instalacji. Trzeba jeszcze uwzględnić ciśnienie, wielkość urządzenia, charakterystykę przepływu oraz warunki montażu.

Gazomierz turbinowy - dlaczego warunki przepływu mają tak duże znaczenie?

Gazomierz turbinowy wyznacza objętość przepływającego gazu na podstawie prędkości obrotowej wirnika umieszczonego w strumieniu medium. W uproszczeniu: przepływający gaz wprawia turbinę w ruch, a liczba jej obrotów jest wykorzystywana do wyznaczania objętości. W tym przypadku nie dochodzi do odmierzania kolejnych porcji gazu w komorach wyporowych, jak w gazomierzach miechowych i rotorowych.

Dlaczego zawirowania gazu mogą wpływać na pomiar?

Gaz przemieszczający się przez rurociąg nie zawsze płynie w jednakowy sposób. Kolana, zawory, zwężenia i inne elementy instalacji mogą powodować zaburzenia profilu prędkości oraz zawirowania. W gazomierzu turbinowym ma to znaczenie, ponieważ sposób napływu gazu na wirnik wpływa na jego pracę. Dlatego w konstrukcjach turbinowych stosuje się rozwiązania służące odpowiedniemu ukształtowaniu strumienia.

Przykładem jest wieloetapowy kondycjoner przepływu opisany w dokumentacji gazomierza turbinowego oferowanego przez Elektrometal. Jego zadaniem jest poprawa warunków przepływu przed elementem pomiarowym. Nie eliminuje to jednak konieczności przestrzegania wymagań montażowych. Dopuszczalna konfiguracja instalacji oraz ewentualne wymagania dotyczące prostych odcinków rurociągu powinny wynikać z dokumentacji konkretnego gazomierza.

Gazomierz rotorowy a turbinowy – najważniejsze różnice

Oba typy gazomierzy znajdują zastosowanie w instalacjach przemysłowych, jednak wykorzystują odmienne mechanizmy pomiaru. Różnice stają się szczególnie istotne przy zmiennym zapotrzebowaniu na gaz, ograniczonej przestrzeni montażowej oraz wymaganiach dotyczących stabilności przepływu.

Co z tego wynika w praktyce? Jeżeli instalacja pracuje z dużymi wahaniami poboru gazu, gazomierz rotorowy może być korzystniejszym rozwiązaniem ze względu na szeroki zakres pomiarowy dostępny w wielu konstrukcjach. Z kolei przy dużych, stosunkowo stabilnych przepływach warto rozważyć gazomierz turbinowy.

Nie jest to jednak sztywny podział. Ostateczny wybór powinien wynikać z porównania rzeczywistych charakterystyk urządzeń, a nie wyłącznie z zastosowanej technologii.

Gazomierz ultradźwiękowy - jak zmierzyć przepływ bez mechanicznego wirnika?

Gazomierz ultradźwiękowy, nazywany również ultrasonicz­nym, wykorzystuje różnicę czasu propagacji fal ultradźwiękowych przemieszczających się zgodnie z kierunkiem przepływu gazu i przeciwnie do niego. Przepływ gazu wpływa na czas przejścia sygnału między przetwornikami. Elektronika analizuje uzyskane wyniki i na tej podstawie wyznacza prędkość przepływu oraz objętość medium.

To istotna różnica konstrukcyjna: urządzenie nie wymaga membran ani wirnika poruszanego przez strumień gazu.

Czy brak ruchomych części oznacza większą trwałość?

Brak mechanicznych części ruchomych w torze pomiarowym ogranicza zużycie związane z ich pracą. Nie należy jednak utożsamiać tego z całkowitą bezobsługowością. Gazomierz ultradźwiękowy nadal wymaga odpowiednich warunków eksploatacji, a jego poprawna praca zależy między innymi od elektroniki, przetworników i konstrukcji toru pomiarowego. Również dokładność nie wynika automatycznie z samego zastosowania ultradźwięków. Konkretną klasę dokładności i zakres pomiarowy określa dokumentacja urządzenia.

Technologia ta jest wykorzystywana zarówno w rozwiązaniach przeznaczonych dla odbiorców indywidualnych, jak i w przemysłowych systemach pomiaru gazu. Poszczególne konstrukcje mogą jednak znacznie różnić się sposobem realizacji pomiaru oraz wymaganiami instalacyjnymi.

Dlaczego sam rozmiar gazomierza nie wystarcza do prawidłowego doboru?

Jednym z częstszych uproszczeń jest utożsamianie wielkości gazomierza z jego maksymalną wydajnością. Oznaczenia takie jak G4, G65 czy G160 odnoszą się do wielkości gazomierzy, ale liczby występujące po literze G nie oznaczają bezpośrednio maksymalnego przepływu w m³/h.

Przykładowo gazomierz miechowy G4 może mieć Qmax równy 6 m³/h, a nie 4 m³/h.

Przy doborze należy rozpatrywać przede wszystkim:

• Qmin - najmniejszy przepływ objęty deklarowanym zakresem pomiarowym.
• Qmax - największy przepływ objęty tym zakresem.
• Zakresowość - relację między Qmax a Qmin.
• Ciśnienie robocze - warunki, w których urządzenie może bezpiecznie i prawidłowo pracować.
• Wymagania instalacyjne - w tym położenie montażowe i warunki przepływu przed gazomierzem.

Dlaczego dwa zakłady o podobnym zużyciu gazu mogą potrzebować innych gazomierzy?

Załóżmy, że dwa przedsiębiorstwa zużywają w ciągu miesiąca podobną ilość gazu. Pierwsze pracuje przez całą dobę, utrzymując stosunkowo równomierny pobór. Drugie uruchamia energochłonne urządzenia na kilka godzin dziennie, a przez pozostały czas zużywa znacznie mniej gazu.

Choć miesięczne zużycie może być zbliżone, profile przepływu będą różne.

W pierwszym przypadku kluczowa może być stabilna praca urządzenia przy stosunkowo stałym obciążeniu. W drugim szczególnego znaczenia nabiera zakres pomiarowy i zdolność rejestracji przepływu przy niskim obciążeniu instalacji.

Dlatego miesięczne zużycie wyrażone w m³ nie wystarczy do prawidłowego doboru gazomierza. Potrzebne są również dane o chwilowych przepływach minimalnych i maksymalnych.

Czy gazomierz pokazuje rzeczywistą ilość zużytego gazu?

Gazomierz objętościowy rejestruje objętość gazu w określonych warunkach pomiaru. Nie oznacza to jednak, że każdy metr sześcienny gazu zawiera identyczną ilość energii. Objętość gazu zależy między innymi od ciśnienia i temperatury. Z tego powodu w systemach pomiarowych, szczególnie przemysłowych, stosuje się rozwiązania pozwalające przeliczać zmierzoną objętość do określonych warunków odniesienia.

To ważne rozróżnienie pomiędzy samym pomiarem objętości a rozliczaniem ilości dostarczonej energii.

W Polsce zużycie gazu jest rozliczane w jednostkach energii, a przeliczenie objętości na kWh uwzględnia odpowiedni współczynnik konwersji. Sam gazomierz objętościowy nie musi jednak bezpośrednio mierzyć wartości energetycznej paliwa.

Gazomierz nie jest jedynym elementem układu pomiarowego

W instalacjach gazowych gazomierz współpracuje z innymi elementami infrastruktury. Jednym z nich jest reduktor ciśnienia.

Gazomierz odpowiada za pomiar objętości przepływającego gazu, natomiast reduktor obniża i reguluje jego ciśnienie. Urządzenia te pełnią różne funkcje, ale mogą pracować w ramach wspólnego układu redukcyjno-pomiarowego. Właśnie dlatego dobór aparatury pomiarowej powinien uwzględniać parametry całej instalacji, a nie wyłącznie samego licznika.

Informacje o rozwiązaniach wykorzystywanych w takich układach znajdują się w dziale Gazownictwo Elektrometal, obejmującym urządzenia pomiarowe, redukcyjne i wyposażenie instalacji.

Najczęściej zadawane pytania o rodzaje gazomierzy

Jaki gazomierz jest najczęściej stosowany w domach?

W instalacjach domowych powszechnie wykorzystuje się gazomierze miechowe. Stosowane są również konstrukcje ultradźwiękowe, zwłaszcza w nowoczesnych systemach elektronicznego pomiaru i zdalnego odczytu.

Czy gazomierz rotorowy i turbinowy działają tak samo?

Nie. Gazomierz rotorowy jest urządzeniem wyporowym, które odmierza kolejne objętości gazu. Gazomierz turbinowy wykorzystuje prędkość obrotową wirnika napędzanego przepływającym medium.

Czy gazomierz ultradźwiękowy jest dokładniejszy od miechowego?

Nie można tego stwierdzić na podstawie samej technologii. Dokładność należy porównywać w oparciu o parametry metrologiczne konkretnych urządzeń i warunki, w jakich mają pracować.

Czy gazomierz SMART może być miechowy?

Tak. Gazomierz SMART może wykorzystywać mechaniczny pomiar miechowy, a jednocześnie być wyposażony w elektroniczny układ rejestracji i transmisji danych. Funkcjonalność SMART dotyczy przede wszystkim sposobu gromadzenia, udostępniania i przesyłania informacji.

Dlaczego nie każdy gazomierz nadaje się do instalacji przemysłowej?

Instalacje przemysłowe mogą charakteryzować się większym przepływem, wyższym ciśnieniem roboczym i znacznymi zmianami obciążenia. Gazomierz musi być dobrany do tych warunków oraz spełniać odpowiednie wymagania metrologiczne i montażowe.

Podsumowanie - co naprawdę odróżnia poszczególne gazomierze?

• Gazomierze miechowe, rotorowe, turbinowe i ultradźwiękowe mierzą objętość gazu, lecz wykorzystują odmienne zjawiska fizyczne i rozwiązania konstrukcyjne. 
• Największe różnice dotyczą sposobu pomiaru, charakterystyki pracy przy różnych przepływach oraz wymagań dotyczących montażu i eksploatacji. 
• Dobry gazomierz to nie urządzenie o najwyższej możliwej przepustowości, lecz takie, którego zakres i charakterystyka pomiarowa odpowiadają rzeczywistym warunkom pracy instalacji.
• Dobór powinien więc rozpoczynać się od analizy parametrów przepływu, ciśnienia i profilu zużycia gazu, a dopiero później prowadzić do wyboru konkretnej technologii.

Szczegółowe informacje o rozwiązaniach pomiarowych można znaleźć w kategorii Gazomierze oraz w sekcji Gazownictwo.