Расходомер Endress+Hauser t-mass: конструктивные особенности и преимущества термального метода измерения

Endress+Hauser t-mass — семейство промышленных приборов, определяющих массовый расход газа по интенсивности теплоотдачи от нагретого сенсора. Их используют в системах распределения технических газов, воздушных магистралях и технологических установках для непосредственного учета массы газа. Линейка Proline включает полнопроходные исполнения F и погружные I с преобразователями 300 и 500. Исполнения различаются монтажом и интерфейсами.

Технические характеристики

Параметры различаются по исполнениям. Для Proline t-mass F 300/500 и I 300/500 характерны следующие значения:

• принцип измерения — термический, с непосредственным определением массового расхода,
• исполнение F — врезной измерительный участок для трубопроводов DN 15–100,
• исполнение I — погружной датчик для трубопроводов DN 80–1500,
• температура измеряемой среды — от −40 до +180 C,
• совокупный диапазон расходов F — 0,5–3750 кг/ч,
• совокупный диапазон расходов I — 20–733501 кг/ч,
• номинальное давление для F — до PN 40 в соответствующем исполнении,
• рабочее избыточное давление для I — от −0,5 до 20 бар,
• предел погрешности при 10–100 % верхнего предела — ±1 % от показания,
• предел погрешности при 1–10 % верхнего предела — ±0,1 % от верхнего предела.

Диапазоны приведены для всей линейки; шкала отдельного прибора зависит от конфигурации и газа.

Особенности конструкции

Версия F встраивается в линию и содержит измерительную трубу с сенсорным узлом в потоке. Предусмотрены фланцевые либо резьбовые присоединения. Для труб используются коррозионностойкие стали: CF3M/1.4408 на малых диаметрах и 1.4404 на более крупных. Сенсорный узел съемный. В исполнении I датчик вводится внутрь газового потока на расчетную глубину. Такая геометрия востребована на трубопроводах большого сечения и в прямоугольных воздуховодах. Контактирующие со средой детали выполняются, в частности, из стали 1.4404; для отдельных однонаправленных сенсоров доступен Alloy C22. Совместимость материалов проверяют по составу газа. Преобразователи 300 выполнены в компактном корпусе и поддерживают до трех каналов ввода-вывода. Серия 500 предусматривает разнесенное размещение сенсора и электронного блока, до четырех конфигурируемых каналов. Доступны дисплей с подсветкой и сенсорным управлением, связь по WLAN и передача сигналов в АСУ ТП.

Принцип работы

Тепловой способ основан на зависимости отвода энергии от массы газа, проходящего мимо чувствительного элемента. Один терморезистивный измеритель регистрирует температуру среды, второй нагревается. При появлении потока газ отводит тепло. Электроника увеличивает мощность нагрева, поддерживая заданную разность температур, и по калибровочной зависимости вычисляет массовый расход. Расчет учитывает теплофизические свойства выбранного газа. Предусмотрена параметризация по 21 стандартному газу и смесям на их основе. Изменение долей компонентов влияет на теплоемкость и теплопроводность, поэтому неверно указанный состав вызывает систематическое смещение результата. В современных исполнениях применяется компенсация изменений температуры, давления и направления потока; ее возможности зависят от конфигурации. Помимо массового расхода электроника способна вычислять приведенный объемный расход, скорость и энергетические показатели. При приведении объемов фиксируют базовые температуру и давление: без единых условий данные разных узлов несопоставимы.

Монтаж и условия измерения

Колена, задвижки и регулирующая арматура искажают профиль скоростей, создавая завихрения и асимметрию потока. Перед расходомером и после него предусматривают прямые участки согласно требованиям конкретного исполнения. Учитывают влияние соседних местных сопротивлений. Для погружного зонда критичны ориентация относительно оси трубы, герметичность ввода и глубина установки. В больших сечениях локальная скорость отличается от средней, поэтому расчет должен соответствовать геометрии канала. Капельная влага и отложения на поверхности сенсора изменяют теплообмен и показания. Приборы размещают в зоне однофазного газового потока с соблюдением ограничений по температуре и давлению.

Интеграция и диагностика

В зависимости от исполнения t-mass передает данные через токовый сигнал 4–20 мА, HART, Modbus RS485, импульсные и дискретные выходы. Возможны входы состояния и аналоговые входы. Назначение величин отдельным каналам облегчает архивирование расхода, формирование аварийных сигналов, контроль материального баланса газовой сети и расчет удельного расхода газа. Функции Heartbeat Technology обеспечивают внутреннюю диагностику и проверку измерительной цепи без демонтажа прибора. Эта проверка не заменяет обязательную метрологическую поверку. Обнаружение обратного направления потока помогает контролировать переключаемые газовые магистрали.

Области применения

Расходомеры t-mass применяют для оперативного контроля газовых потоков и учета ресурсов:

• измерение потребления сжатого воздуха по производственным участкам,
• контроль распределения азота, кислорода и аргона,
• регистрация подачи природного газа к промышленным горелкам,
• мониторинг углекислого газа в технологических линиях,
• измерение воздушных потоков в вентиляционных и сушильных системах,
• ведение баланса газоснабжения и выявление нештатного расхода.

Для каждой среды определяют влажность, состав и наличие конденсируемых компонентов. Термомассовый принцип рассчитан на газовую фазу; измерение меняющихся смесей требует оценки погрешности при рабочих условиях.

Таким образом, Endress+Hauser t-mass объединяет термическое определение массового расхода с диагностикой и промышленными интерфейсами. Приборы F предназначены для труб небольшого диаметра, а погружные I — для крупных газопроводов и воздуховодов. Достоверность измерений зависит от соответствия диапазона фактическому расходу, правильной газовой модели и соблюдения монтажной геометрии. Компания «Олниса» осуществляет поставку промышленного оборудования Endress+Hauser t-mass для газовых измерительных систем.