Датчики-расходомеры, или водосчетчики, в последнее время приобрели особую значимость благодаря начавшейся реформе ЖКХ.
Однако используются они давно и в самых разных областях, где требуется точный учет расхода проточной воды. Водосчетчики применяются для коммерческого учета потребления воды в коммунальной и коммунально-бытовой сфере, в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. С их помощью ведется учет питьевой, сетевой и сточной воды (как холодной, так и горячей), а также учет теплоносителя - в составе теплосчетчиков. Соответственно широкому спектру применения существует значительное разнообразие, как в конструктивных особенностях этих приборов, так и в типоразмерах.
По устройству механизма учета расхода воды водосчетчики подразделяются на тахометрические, электромагнитные, волюмометрические, ультразвуковые, комбинированные и счетчики перепада давления или диафрагменные.
Все тахометрические водосчетчики включают в свое устройство механизм (тахометр), в котором поток воды напрямую, путем механического давления воз-действует на лопасти крыльчатого колеса или турбины, вызывая вращение. Это вращение посредством зубчатой передачи сообщается счетному устройству, регистрирующему количество расходуемой воды. По дополнительным конструктивным особенностям все тахометрические водосчетчики разделяют на одноструйные, многоструйные и турбинные.
В одноструйных и многоструйных тахометрических водосчетчиках плоскость лопасти колеса крыльчатки в своем нижнем положении располагается перпендикулярно направлению водяного потока. В турбинных водосчетчиках (счетчики Вольтмана) лопасти размещены по отношению к направлению потока воды под углом менее 90°, так же как в классической турбине.
Многоструйные водосчетчики отличаются от одноструйных тем, что поток воды перед попаданием на лопасть крыльчатки делится на несколько струй. Благодаря этому значительно снижается погрешность турбулентности потока. И, как следствие, многоструйные счетчики оказываются более точными при учете расхода воды, однако стоят они дороже одноструйных.
И многоструйные и одноструйные водосчетчики бывают к тому же "сухими" и "мокрыми". Счетчики мокрого типа - это самые простые, но достаточно эффективные приборы учета воды, счетное устройство которых от протекающего потока никак не изолировано. Простота исполнения и сопутствующая дешевизна при достаточно высокой надежности - вот главные достоинства счетчиков мокрого типа. Однако, такие водосчетчики нельзя применять для учета расхода воды, обильно загрязненной взвешенными механическими частицами.
Счетчики сухого типа лишены этого недостатка. В них счетный механизм герметично отделен от воды немагнитной перегородкой, благодаря чему на нем не образуется отложений взвешенных частиц. Передача же показаний с вращающейся крыльчатки или турбины на счетный механизм осуществляется с помощью закрепленного на них магнита. Подобное устройство делает счетчик пригодным для учета воды любой степени загрязнения, но в то же время значительно повышает его стоимость. Поэтому "сухим" механизмом чаще оснащаются и так более дорогие многоструйные счетчики, которые применяются в тех случаях, когда действительно необходим особенно точный учет расхода воды. "Сухой" механизм на одноструйных счетчиках устанавливается редко: это лишило бы данные приборы их главного преимущества, дешевизны. Кроме того, показания "сухих" водосчетчиков в связи с особенностями их устройства наиболее часто подвергаются фальсификации со стороны потребителя.
Компромиссное решение представляет собой "полусухой" счетчик, разработанный фирмой ABB. В этом приборе счетный механизм не отделяется от струи воды перегородкой, вращение крыльчатки передается на него посредством зубчатой передачи, но вода внутрь счетного механизма не проникает. Этот эффект достигается заполнением камеры счетного механизма вязким гидрофобным наполнителем, не смешивающимся с водой, что препятствует движению шестерен, но изолирует их от воды.
Еще одной конструктивной разновидностью счетчиков-тахометров являются комбинированные водосчетчики, в устройстве которых, как правило, сочетаются обычный крыльчатый счетчик и турбинный, размещенный на параллельной отводке. Когда напор воды в системе водоснабжения невысок, вода движется через крыльчатый счетчик, когда же напор возрастает, трубопровод с этим счетчиком перекрывается клапаном и вода поступает по отводке через турбинный. В наиболее современных моделях и турбинный и крыльчатый счетчики располагаются в одной плоскости. При том же принципе учета воды дополнительной боковой отводки в таких устройствах не требуется.
Обычный диаметр трубопровода, на котором устанавливаются одноструйные водосчетчики, - 15-20 мм (квартиры), многоструйные -15-50 мм, турбинные -40-500 мм. Соответственно этому очевидны и возможные места их применения. В Европе одноструйные водосчетчики повсеместно используются для поквартирного учета воды. В России из-за плохого качества воды, возможно, для тех же целей будут часто применяться более надежные и долговечные многоструйные счетчики, однако фактор цены может неблагоприятно сказаться на широте их распространения. На данный момент многоструйные модели диаметром 25-50 мм устанавливаются в системах водоснабжения административных зданий, отдельных коттеджей, школ, яслей, бензозаправок и других объектов подобного типа.
Турбинные водосчетчики большого диаметра (свыше 50 мм), как правило, устанавливаются на водозаборах, на входах систем водоснабжения промышленных предприятий, вводах многоэтажных домов и в системе водоканалов.
Комбинированные водосчетчики находят применение, прежде всего, в системах водоснабжения гостиниц, отелей и на промышленных объектах, где в зависимости от сезона (увеличение или снижение числа потребителей) или условий технологического процесса расход воды может значительно меняться.
В свете реформы ЖКХ большое внимание уделяется тахометрическим водосчетчикам с импульсным выходом. В таких приборах показания счетного механизма преобразуются в электрический сигнал и в импульсном (цифровом) виде могут передаваться и выводиться на конечное регистрирующее устройство, удаленное от места непосредственного учета расхода воды потребителем. Это создает предпосылки для создания единых компьютеризированных пунктов автоматического контроля, и, вероятно, именно такие водосчетчики станут в будущем самыми распространенными счетчиками для поквартирного учета воды.
Принцип действия электромагнитных (магнитно-индукционных) водосчетчиков основан на измерении ЭДС индукции, наводящейся, согласно закону Фарадея, в электропроводящей жидкости (в т. ч. в воде), которая движется в магнитном поле, создаваемом электромагнитом прибора. Эта ЭДС пропорциональна скорости потока и преобразуется электронным блоком расходомера в электрический аналоговый или цифровой сигнал, отображаемый на дисплее самого прибора или транслируемый в контроллер или компьютер. Очевидно, что расходомеры данного типа значительно дороже описанных выше тахометрических и поэтому практически не применяются для поквартирного учета бытовой питьевой воды, а в коммунальном хозяйстве могут использоваться как домовые водосчетчики. Чаще такие приборы предназначаются для измерения потоков воды в пищевой, пивоваренной, фармацевтической промышленности, порой довольно медленных, а также для потоков сточных вод.
Расходомеры волюмометрического типа в России используются редко. В этих устройствах вода под давлением подается в камеру определенного объема, которая вращается, пропуская за каждый оборот один и тот же объем воды. Это вращение посредством зубчатой передачи сообщается счетчику, регистрирующему количество потребленной воды. В Великобритании волюмометрические водомеры используются организациями водоснабжения в качестве основных приборов для измерения расхода. Применяются они также в специальных системах промышленных зданий и лабораторий для мониторинга очень слабых водяных потоков.
Измерение разности времени, затраченного на прохождение ультразвукового сигнала в направлении движения потока жидкости и противоположном ему, положено в основу принципа работы данного типа расходомеров. Два датчика монтируются на трубопроводе и испускают генерируемый пьезоэлектрическим кристаллом сигнал в противоположных направлениях. Ультразвуковой сигнал, посланный по направлению потока, первым достигает расположенного в противоположном конце участка трубопровода преобразователя, а по разности времени прохождения обоих сигналов вычисляется скорость потока. Естественно, что в случае отсутствия потока оба сигнала регистрируются датчиком одновременно. Регистрирующее устройство прибора может монтироваться на удален-ном расстоянии и оснащается дисплеем.
Существует два типа ультразвуковых расходомеров: один монтируется на наружной поверхности трубы (Clamp on), другой находится в контакте с рабочей средой (врезной тип, Insertion). Первый тип применяется при работе с агрессивными жидкостями, для него не существует ограничений по давлению и температуре. Монтаж на наружной поверхности трубы не требует остановки технологического процесса. Второй тип расходомеров чаще применяется для измерения потоков жидкости внутри трубопроводов, изготовленных из материалов с низкой проводимостью звукового сигнала. Вода для промышленных предприятий и сточные воды - основные сферы применения ультразвуковых расходомеров.
Как известно из курса гидрогазодинамики, при обтекании препятствия потоком жидкости или газа возникают завихрения (вихревая дорожка Кармана), которые вызывают на поверхности обтекаемого тела перепады давления. Частота перепадов пропорциональна скорости потока и объемному расходу жидкости или газа. На регистрации количества перепадов давления и преобразовании их в аналоговый или цифровой электрический сигнал основан принцип работы вихревых расходомеров, применяемых для учета расхода не только воды и других маловязких жидкостей, но также пара и газов.
Используются такие приборы чаще всего для регулирования технологических процессов и управления ими.
Для учета горячей воды используются такие же типы расходомеров, что и для холодной. Коммунально-бытовые водосчетчики горячей воды - это все те же тахометрические крыльчатые счетчики, счетчики Вольтмана и комбинированные. Отличия их от тахометрических счетчиков холодной воды заключаются в применяемых материалах и более высокой степени допустимой погрешности. Если допустимая погрешность для счетчиков холодной воды при скорости потока между минимальной (Qmin) и переходной (Qt) составляет ±5%, а между Qt и максимальной (Qmax) ±2%, то для счетчиков горячей воды соответственно ±6% и ±3%.
Номинальная скорость потока (Qn) для вариантов счетчиков горячей и холодной воды одинаковых типоразмеров от одного производителя, как правило, совпадает. По требованиям Госстандарта минимальный срок эксплуатации счетчиков горячей и холодной воды составляет 12 лет с двумя обязательными поверками (межповерочный срок 5-6 лет) для холодной воды и тремя (межповерочный срок 4 года) для горячей. Все тахометрические счетчики для горячей воды обязательно сухого типа.
В промышленности для учета горячей воды, где это необходимо, применяются электромагнитные и ультразвуковые расходомеры.
На сегодняшний день на российском рынке присутствуют водосчетчики всех типов от множества зарубежных и российских компаний, Госреестром РФ зарегистрировано и сертифицировано более 500 видов счетчиков воды. Среди крупнейших производителей, чья продукция пользуется спросом на российском рынке, такие компании, как: ABB, "Ценнер-Водоприбор", Viterra, Wehrle, группа предприятий "Мытищинская теплосеть", "Взлет ЭР" и др. Среди них есть фирмы, собирающие свою продукцию на территории России из импортных комплектующих и по лицензиям западных компаний, фирмы, использующие отечественные наработки и собственные комплектующие, а также и такие, которые используют продукцию, полностью изготовленную другим производителем, но по договоренности с ним ставящие на приборе свое клеймо. Разнообразие водосчетчиков отражает насущную потребность российского рынка в этих устройствах.
