ультразвуковой расходомер 4 20

Когда говорят ?ультразвуковой расходомер 4-20?, многие сразу думают о токовой петле. Но это лишь вершина айсберга. Сам по себе аналоговый выход — это просто язык, на котором прибор говорит с системой. Гораздо важнее, что он ?говорит?, насколько точно и в каких условиях. Частая ошибка — выбирать прибор только по наличию выхода 4-20 мА, забывая, что за этой цифрой стоит вся метрология ультразвукового измерения: стабильность преобразователей, алгоритмы обработки сигнала в условиях турбулентности, температурная компенсация. У нас на объекте был случай: поставили, казалось бы, приличный ультразвуковик, сигнал 4-20 есть, а показания плавают. Оказалось, проблема в неправильном выборе места установки относительно прямых участков до и после — вихри сказывались. Так что ?4-20? — это не волшебная таблетка, а финальный аккорд, который зависит от всей симфонии прибора.

От теории к практике: где важен аналоговый выход

В современных АСУ ТП, конечно, всё чаще идут по цифровым протоколам. Но представьте старый заводской цех, где щитовая автоматика времён СССР, модернизация идёт поэтапно. Там интерфейс RS-485 или Modbus может быть просто некуда подключить. Вот тут-то старый добрый токовый сигнал 4-20 мА становится спасательным кругом. Он гальванически развязан, помехоустойчив, позволяет передавать данные на километры по простой паре проводов. Мы интегрировали ультразвуковые расходомеры в такую систему на газораспределительной станции — задача была заменить устаревшие тахометрические счётчики, не меняя всю кабельную инфраструктуру и контроллеры. Ультразвуковой расходомер с выходом 4-20 мА идеально лег в эту нишу.

Ещё один нюанс — резервирование и дублирование. Часто на критичных участках ставят два датчика разных принципов действия. Один может ?общаться? по HART (тот же аналоговый сигнал 4-20 мА, но с наложенным цифровым), второй — по чистой токовой петле. Это вопрос надёжности и стоимости проекта. Иногда проще и дешевле протянуть две пары проводов для аналоговых сигналов, чем прокладывать цифровую шину с необходимыми конвертерами и настройкой.

И, конечно, простые локальные задачи: вывод на стрелочный или цифровой индикатор, запись на самописец. Для таких целей цифровой протокол — избыточен. Токовая петля — это классика, которая, уверен, ещё долго не умрёт. Особенно в газовой отрасли, где консерватизм в вопросах безопасности и надёжности оправдан.

Выбор прибора: на что смотреть помимо ?4-20 мА?

Итак, нужен ультразвуковой расходомер с аналоговым выходом. Берём технические условия. Первое — среда. Газ? А если газ, то какой? Природный, биогаз, воздух, технологический? Состав, давление, температура, возможные примеси. Ультразвуковой метод чувствителен к ним. Для газа, кстати, часто критична компенсация по давлению и температуре для приведения к нормальным условиям (СУГ или НУ). Прибор должен это делать внутри себя, и уже скорректированный объём выдавать на выход 4-20 мА. Иначе придётся ставить отдельные датчики давления и температуры и считать в контроллере — лишние точки отказа.

Второе — диапазоны. Не только по расходу (от минимального измеряемого до максимального), но и по диаметру трубопровода. Тут стоит посмотреть на предложения компаний, которые специализируются на газовых решениях. Например, у ООО ?Чжэцзян Сапфир Приборная Технология? в ассортименте есть ультразвуковые газовые счётчики, охватывающие типоразмеры от G1.6 до G40 и ультразвуковые расходомеры для диаметров от DN32 до DN600. Это важный момент, потому что для малых диаметров (G-ряда) и больших (DN-ряда) могут применяться немного разные конструктивы и алгоритмы. Их сайт https://www.zjlbs.ru полезно изучить, чтобы понять типовые решения.

Третье — давление в линии. В спецификациях ?Сапфира? указан диапазон от низкого (60 кПа) до высокого (10 МПа). Это серьёзный разброс. Для низкого давления, скажем, в сетях биогаза, требования к чувствительности преобразователей выше. Для высокого давления — к механической прочности корпуса и уплотнений. Наличие прибора в линейке, который покрывает ваш рабочий диапазон, — хороший знак.

Монтаж и настройка: подводные камни

Допустим, прибор выбран. Пришёл на объект. Коробка красивая, паспорт с калибровочными коэффициентами. Самое простое и самое часто игнорируемое правило — требования к прямым участкам. Для ультразвуковых, особенно многолучевых, это святое. Производитель пишет: 10D до и 5D после. На практике, если есть возможность, лучше дать 15D до. Мы однажды в стеснённых условиях городской сети дали только 7D — и получили стабильную, но систематическую погрешность в +1.5%. Пришлось вводить поправочный коэффициент уже в контроллере, что, конечно, не есть хорошо для метрологической чистоты.

Настройка выходного сигнала 4-20 мА. Казалось бы, что тут сложного: выставил нижнюю точку (4 мА = нулевой расход или минимальный из диапазона измерения) и верхнюю (20 мА = максимальный расход). Но! Важно понимать, что калибруется именно выходной преобразователь, а не сам измерительный канал. То есть сначала нужно убедиться, что сам расходомер правильно измеряет на контрольных точках (например, с помощью проливной установки или эталонного счётчика). А уже потом ?привязывать? к этим точкам токовый выход. Часто эту процедуру можно выполнить с магнитным ключом или через инфракрасный порт, не вскрывая корпус.

И ещё про монтаж: если прибор с фланцевым соединением, обязательно проверьте прокладку. Она не должна заходить внутрь трубы и создавать турбулентность на входе в измерительный участок. Мелочь, а влияет. Особенно на малых расходах.

Опыт с конкретными решениями и диапазонами

Вернёмся к вопросу о покрытии диапазонов. В работе с газовыми сетями среднего давления (до 0.6 МПа) часто требуются приборы на DN100-DN200. Здесь хорошо себя показывают многолучевые ультразвуковые схемы. Они менее чувствительны к неравномерности профиля скорости. Если брать пример из линейки ?Сапфира?, то их ультразвуковые расходомеры как раз перекрывают эти типоразмеры. Важно, что они заявляют работу в широком диапазоне давлений — это говорит об универсальности сенсорной части и расчётного блока.

Для коммерческого учёта на выходе из ГРС или на входе на крупное предприятие уже нужны приборы с повышенной точностью, часто с возможностью работы по цифровым протоколам параллельно с аналоговым выходом. Выход 4-20 мА в этом случае может играть роль резервного или сигнала для быстрой визуализации на диспетчерском щите. Сам же учёт и архивирование идут по цифровому каналу. Такая гибридная схема очень живуча.

А вот для технологического контроля внутри производства, где нужно просто поддерживать расход в каком-то коридоре и подавать сигнал на регулирующий клапан, часто достаточно простого и надёжного ультразвукового расходомера именно с аналоговым выходом. Цифровая начинка здесь излишня, она только удорожает прибор и потенциально снижает надёжность (больше электроники — больше точек отказа). Главное — стабильность сигнала и правильная его интерпретация ПИД-регулятором.

Мысли вслух о будущем аналогового интерфейса

Будет ли жить токовая петля 4-20 мА в эпоху IIoT? Думаю, да, но ниша её сузится. Она останется там, где нужна максимальная простота, надёжность и защита от киберрисков (в цифровые шины теоретически можно ?внедриться?, в аналоговый сигнал — нет, если только физически не перерезать провода). Она останется для простых задач и для интеграции в старый парк оборудования.

Но уже сейчас видна тенденция: даже приборы с ?аналоговым? выходом 4-20 мА почти всегда имеют оверлейный цифровой протокол HART. Это уже не чистая аналоговая линия. Это цифра, замаскированная под аналог. Позволяет и со старыми системами работать, и диагностику проводить, и параметры подстраивать. Это разумный компромисс.

Так что, выбирая сегодня ультразвуковой расходомер 4 20, по сути, часто выбираешь прибор с HART. И это правильно. Это даёт гибкость на будущее. Главное — не гнаться за ?самым цифровым?, а чётко понимать задачу. Если система управления принимает только токовую петлю — бери чистую петлю. Если есть возможность и перспектива модернизации — бери с HART. А если проект новый — возможно, стоит сразу смотреть в сторону полноценных цифровых интерфейсов. Но это уже совсем другая история, не про ?4-20?.