STUDIUM PRZYPADKU: PRZELICZNIK OBJĘTOŚCI GAZU

Inteligentne urządzenia na rynku gazu z zastosowaniem czujników ciśnienia i platynowych rezystorów termometrycznych firmy JUMO

Rozwój rynku gazomierzy — prognozy: według analiz szacuje się, że globalny rynek inteligentnych gazomierzy osiągnie w 2026 roku wartość 2,5 mld USD, przy skumulowanym rocznym wskaźniku wzrostu na poziomie 4,7%, z szacowanych 2,0 mld USD w 2021 roku. Kluczowym czynnikiem napędzającym rynek inteligentnych gazomierzy jest globalna cyfryzacja sieci dystrybucyjnych oraz zwiększenie inwestycji w technologie inteligentnych sieci w celu pomiaru i późniejszej analizy danych.

Zbieranie i analiza danych pomiarowych

W przemyśle na dobre trwa rewolucja Przemysł 4.0., której jednym z filarów jest Internet rzeczy (IoT). To system powiązanych ze sobą obiektów i urządzeń, które przesyłają informacje w sposób cyfrowy. Rosnące zastosowanie Internetu Rzeczy w znacznym stopniu zwiększyło cyfryzację w wielu branżach, do których należą między innymi rynek gazu i elektryczność. Sieci komunikacyjne IoT umożliwiają operatorom sieci i przedsiębiorstwom energetycznym świadczenie nowoczesnych usług energetycznych. Cyfryzacja obejmuje również infrastrukturę chmury hybrydowej, która pozwoli wykorzystać duże możliwości przetwarzania danych i IoT do zarządzania sieciami w sposób coraz bardziej elastyczny i wydajny.

Inteligentne technologie w rynku gazowniczym

Dane zebrane z inteligentnego urządzenia pomiarowego można wykorzystać do różnorodnych analiz, a jednym z podstawowych zadań jest monitorowanie zachowań konsumentów gazu. Inteligentne sieci to kluczowe technologie, które unowocześniły sieci gazowe, dostarczając przedsiębiorstwom użyteczności publicznej i konsumentom informacje umożliwiające efektywne zarządzanie zużyciem gazu. Przedsiębiorstwa energetyczne na całym świecie coraz częściej inwestują w technologie inteligentnych sieci, które umożliwiają automatyczne monitorowanie i kontrolowanie zużycia gazu, opracowywanie nowych modeli biznesowych, a także ograniczanie przestojów i skrócenie czasu reakcji w przypadku zagrożeń naturalnych. Ważnym aspektem w świetle tych założeń jest rzetelna informacja o objętości gazu pochodząca z wyspecjalizowanego przelicznika.

Co to jest przelicznik objętości gazu?

Przelicznik objętości gazu to urządzenie zewnętrzne współpracujące z gazomierzem, które służy do obliczania, sumowania oraz wyznaczania przyrostu objętości gazu zmierzonej za pomocą gazomierza w warunkach odpowiadających warunkom bazowym. Przeliczniki gazu znajdują zastosowanie przy rozliczeniach handlowych hurtowych ilości gazu. Warunki bazowe to stan gazu, do którego przelicza się objętość mierzonego gazu (np. temperatura i ciśnienie bazowe). Jako warunki bazowe przyjmuje się temperaturę bazową wybieraną z następujących wartości: 0°C, 15ׄ°C, 20°C oraz ciśnienie bazowe o wartości 101,325 kPa, do których przelicza się objętość gazu zmierzoną w warunkach pomiarowych. Warunki pomiaru to stan gazu, którego objętość trzeba zmierzyć w punkcie pomiaru i w tym celu konieczny jest pomiar temperatury i ciśnienia mierzonego gazu, który realizowany jest przez przelicznik objętości z pomocą odpowiednich czujników temperatury i sensorów ciśnienia. W tym celu stosuje się czujniki ciśnienia wyskalowane na zakresy absolutne (bezwzględne) oraz czujniki temperatury na bazie sensorów temperatury Pt100 lub Pt1000. Rozróżnia się następujące typy przeliczników objętości:

• przeliczające objętość gazu tylko z temperatury pomiarowej na objętość w temperaturze bazowej,

• przeliczające objętość gazu tylko z ciśnienia pomiarowej na objętość w ciśnieniu bazowym,

• przeliczające objętość gazu z temperatury i ciśnienia pomiarowego na objętość w temperaturze i ciśnieniu bazowym.

Budowa inteligentnego przelicznika objętości gazu

Nowoczesne inteligentne przeliczniki objętości gazu mają zasilenia bateryjne oraz zintegrowany modem GSM. Realizują one korekcję objętości na warunki bazowe z gazomierza rotorowego, turbinowego oraz ultradźwiękowego na stacjach redukcyjno-pomiarowych gazu. Jako że są to wysokiej klasy urządzenia pomiarowo-rozliczeniowe, spełniające w pełni wymagania dyrektywy MID. Do pomiaru ciśnienia i temperatury w warunkach pomiarowych konieczne jest zastosowanie niezawodnych urządzeń najwyżej klasy o wysokiej dokładności o odpowiednio dobranym zakresie pomiarowym. Tutaj właśnie odnajdują zastosowanie przetworniki ciśnienia oraz czujniki temperatury firmy JUMO.

Celki ciśnienia (mostki pomiarowe) i platynowe rezystory termometryczne Pt100, Pt1000 firmy JUMO

JUMO to światowy lider w produkcji szerokiej gamy aparatury kontrolno-pomiarowej, a w tym wyżej wspomnianych czujników temperatury oraz przetworników ciśnienia z płaską celką pomiarową stosowanych m.in w przelicznikach objętości gazu. Producenci tychże urządzeń często integrują w procesie produkcyjnych elementy przetwarzające ciśnienia i temperaturę takie jak celki (mostki ciśnienia), które są sercem pomiarowym przetwornika ciśnienia oraz platynowe rezystory termometryczne Pt100, które analogicznie są sercem czujnika temperatury.

Budowa i rodzaje platynowych rezystorów termometrycznych

Oferta JUMO obejmuje szeroką gamę termorezystancyjnych platynowych czujników temperatury o różnych wartościach nominalnych, np. Pt100 i Pt1000. Przy rocznej produkcji rzędu kilku milionów sztuk rezystorów pomiarowych, jesteśmy jednym z czołowych dostawców na świecie. Wysokiej jakości platynowe czujniki temperatury w technologii cienkowarstwowej gwarantują doskonałą dokładność, długotrwałą stabilność i wysoką elastyczność. Spełniają one również specyfikowane wymagania aplikacyjne, jak np. najwyższa klasa tolerancji oraz charakteryzują się wysoką stabilnością długoterminową. Czujniki w formie cienkowarstwowej tworzone są w procesie napylania warstwy platyny, która funkcjonuje jako warstwa aktywna nakładana na nośnik ceramiczny w procesie napylania jonowego, a następnie formowana w meandrujący wzór w procesie foto litograficznym.

Rezystory tego typu tworzą główną część czujników temperatury stosowanych w przemyśle. Umieszczane są w osłonach ze stali nierdzewnej, która chroni tego typu czujniki przed wpływami środowiska zewnętrznego m.in ciśnieniem. Otrzymuje się w ten sposób odporność, która chroni czujnik temperatury przed ciśnieniem, które może osiągać wartości rzędu 450 bar ciśnienia względnego.


Rezystor termometryczny z zaciskami przyłączeniowymi

Jak zbudowany jest czujnik ciśnienia OEM – struktury krzemowe

Czujniki ciśnienia oem dla zapewnienia optymalnego pomiaru zbudowane są jako cienkowarstwowe piezorezystancyjne struktury krzemowe (mostki/celki ciśnienia) ze wzmocnionym wyjściem np. 3,5k Ohm lub 6k Ohm, jak i cyfrowe przetworniki ciśnienia z wyjściem I2C, w których możliwa jest regulacja punktu zera. Wszystkie czujniki z płaską celką pomiarową mogą być produkowane zgodnie ze specyfikacją klienta, na podany zakres pomiarowy. Dla przykładu możliwa jest produkcja skalibrowanej struktury o wysokiej dokładności ze zintegrowanym sensorem temperatury do kompensacji temperatury medium lub wersja bez sensora temperatury, gdzie kalibrację i zrównoważenie mostka Wheatstone’a, klient prowadzi we własnym zakresie.

Konstrukcja mostka Wheatstone'a zapewnia kompensację kładu pomiarowego. Dzięki równoległym połączeniu dwóch dzielników napięcia wyznacza się nieznaną wartość rezystancji wynikającej z temperatury otoczenia. Układ doprowadzony do punktu równowagi kompensuje wartość zmierzonego ciśnienia, dzięki czemu osiąga się wysoką dokładność czujnika ciśnienia w różnych warunkach temperatury otoczenia. Możliwe są również dostawy czujnika ciśnienia wspawanego w dostępne przyłącze procesowe wykonane ze stali nierdzewnej np. G1/4” czy G1/2”. Sensor ciśnienia precyzyjnie wspawany w element mechaniczny, jakim jest przyłącze procesowe, czyli cześć montażowa w procesie – gazociągu, wymaga specjalistycznych maszyn. JUMO dzięki zautomatyzowanym linią produkcyjnym jest w stanie zapewnić wyżej wymianie rozwiązanie wg zapotrzebowania klienta i dostarczać czujnik ciśnienia w wersji OEM.


Celka ciśnienia z wyprowadzeniami

JUMO w świecie technologii gazowej

Dynamiczny rozwój rynku dystrybucji gazu spowodował rozwój inteligentnych technologii takich jak przeliczniki objętości gazu, które zgodnie z trendem IoT wyposażone są w rejestratory danych pomiarowych oraz komunikację zdalną, oraz charakteryzują się najwyższą dokładnością rozliczeniową. Producenci tak zaawansowanej profesjonalnej elektroniki wymagają współpracy na najwyższym poziomie z rzetelnymi oraz sprawdzonymi dostawcami komponentów automatyki jak JUMO, stąd też produkty takie jak celki ciśnienia oraz rezystory termometryczne Pt100 są tak cenione wśród naszych klientów.