Pomiar wody - Water metering

Typowy wodomierz mieszkaniowy

Pomiar wody to praktyka polegająca na mierzeniu zużycia wody . Wodomierze mierzą ilość wody zużywanej przez budynki mieszkalne i komercyjne, które są zasilane wodą z publicznej sieci wodociągowej . Służą również do określania przepływu przez określoną część systemu.

W większości krajów na świecie wodomierze są kalibrowane w metrach sześciennych (m 3 ) lub litrach, ale w Stanach Zjednoczonych i niektórych innych krajach wodomierze są kalibrowane w stopach sześciennych (stopy 3 ) lub galonach amerykańskich na rejestrze mechanicznym lub elektronicznym. Nowoczesne liczniki zazwyczaj mogą wyświetlać oprócz całkowitej objętości również natężenie przepływu.

W powszechnym użyciu jest kilka typów wodomierzy, które można scharakteryzować metodą pomiaru przepływu, typem użytkownika końcowego, wymaganymi natężeniami przepływu i wymaganiami dotyczącymi dokładności.

W Ameryce Północnej normy dotyczące produkcji wodomierzy są ustalane przez American Water Works Association . Poza Ameryką Północną w większości krajów stosowane są normy ISO .

Rodzaje urządzeń pomiarowych

Istnieją dwa powszechne podejścia do pomiaru przepływu , przemieszczenia i prędkości , z których każde wykorzystuje różnorodne technologie. Typowe projekty przemieszczeń obejmują mierniki z tłokami oscylacyjnymi i dyskami nutacyjnymi. Projekty oparte na prędkości obejmują mierniki jedno- i wielostrumieniowe oraz przepływomierze turbinowe.

Istnieją również konstrukcje niemechaniczne, na przykład mierniki elektromagnetyczne i ultradźwiękowe oraz mierniki przeznaczone do zastosowań specjalnych. Większość liczników w typowym systemie dystrybucji wody jest przeznaczona tylko do pomiaru zimnej wody pitnej . Specjalne liczniki ciepłej wody są zaprojektowane z materiałów, które mogą wytrzymać wyższe temperatury. Liczniki do odzyskanej wody mają specjalne lawendowe osłony, które sygnalizują, że woda nie powinna być używana do picia.

Dodatkowo dostępne są liczniki elektromechaniczne, takie jak wodomierze przedpłacone i liczniki automatyczne. Ten ostatni integruje elektroniczny element pomiarowy i wyświetlacz LCD z mechanicznym wodomierzem. Wodomierze mechaniczne zwykle wykorzystują jako wyjście sygnału kontaktron, halę lub fotoelektryczny rejestr kodowy. Po przetworzeniu przez jednostkę mikrokontrolera (MCU) w module elektronicznym dane są przesyłane do wyświetlacza LCD lub wyprowadzane do systemu zarządzania informacjami.

Wodomierze są na ogół własnością publicznego dostawcy wody, takiego jak miasto, wiejskie stowarzyszenie wodociągowe lub prywatna firma wodociągowa , odczytywane i konserwowane . W niektórych przypadkach właściciel parku domków mobilnych, zespołu apartamentowego lub budynku komercyjnego może zostać obciążony rachunkiem za media na podstawie odczytu jednego metra, a koszty dzielone między najemców na podstawie pewnego rodzaju klucza (wielkość mieszkania, liczba lokali mieszkańców lub osobno śledząc zużycie wody w każdej jednostce w ramach tzw. podliczników ).

Wodomierze wyporowe

Wodomierz w Belo Horizonte .

Mierniki przemieszczenia są powszechnie nazywane miernikami przemieszczenia dodatniego lub „PD”. Dwa popularne typy to mierniki z tłokiem oscylacyjnym i mierniki z tarczą nutacyjną . Obie metody polegają na tym, że woda fizycznie przemieszcza poruszający się element pomiarowy wprost proporcjonalnie do ilości wody przepływającej przez wodomierz. Tłok lub dysk porusza magnesem, który napędza rejestr.

Mierniki PD są generalnie bardzo dokładne przy niskich do umiarkowanych natężeniach przepływu, typowych dla użytkowników mieszkalnych i małych komercyjnych, i zwykle mają rozmiar od 5/8 "do 2". Ponieważ przepływomierze wyporowe wymagają, aby cała woda przepływała przez wodomierz w celu „popchnięcia” elementu pomiarowego, generalnie nie są one praktyczne w dużych zastosowaniach komercyjnych wymagających dużych natężeń przepływu lub małych strat ciśnienia. Mierniki PD zwykle mają wbudowany filtr siatkowy, który chroni element pomiarowy przed kamieniami lub innymi odłamkami, które mogłyby zatrzymać lub złamać element pomiarowy. Mierniki PD zwykle mają korpusy z brązu, mosiądzu lub tworzywa sztucznego z wewnętrznymi komorami pomiarowymi wykonanymi z formowanego tworzywa sztucznego i stali nierdzewnej.

Wodomierze prędkości

Wodomierz do pomiaru prędkości.
Budowa wewnętrzna wodomierza prędkościowego.

Miernik prędkości mierzy prędkość przepływu przez miernik o znanej pojemności wewnętrznej. Prędkość przepływu można następnie przekształcić w objętość przepływu, aby określić zużycie. Istnieje kilka typów mierników, które mierzą prędkość przepływu wody, w tym mierniki strumieniowe (jednostrumieniowe i wielostrumieniowe), mierniki turbinowe, mierniki śmigłowe i mierniki magnetyczne. Większość mierników prędkości ma łopatkę regulacyjną do kalibracji miernika z wymaganą dokładnością.

Liczniki wielostrumieniowe

Mierniki wielostrumieniowe są bardzo dokładne w małych rozmiarach i są powszechnie używane w rozmiarach od 1/2 "do 2" dla użytkowników mieszkalnych i małych użytkowników komercyjnych. Mierniki wielostrumieniowe wykorzystują wiele portów otaczających wewnętrzną komorę w celu wytworzenia wielu strumieni wody skierowanych przeciwko wirnikowi , którego prędkość obrotowa zależy od prędkości przepływu wody. Strumienie wielostrumieniowe są bardzo dokładne przy małych natężeniach przepływu, ale nie ma mierników o dużych rozmiarach, ponieważ nie mają one prostej ścieżki przepływu wymaganej przy dużych prędkościach przepływu stosowanych w rurach o dużych średnicach. Mierniki wielostrumieniowe zwykle mają wewnętrzny element filtrujący, który może chronić otwory dysz przed zatkaniem. Mierniki wielostrumieniowe zwykle mają korpusy ze stopu brązu lub obudowy zewnętrzne, z wewnętrznymi częściami pomiarowymi wykonanymi z nowoczesnych tworzyw termoplastycznych i stali nierdzewnej.

Liczniki turbinowe

Przepływomierze turbinowe są mniej dokładne niż przepływomierze wyporowe i strumieniowe przy małych natężeniach przepływu, ale element pomiarowy nie zajmuje ani nie ogranicza poważnie całej ścieżki przepływu. Kierunek przepływu jest przeważnie prosty w przepływomierzu, co pozwala na wyższe natężenia przepływu i mniejsze straty ciśnienia niż w przypadku przepływomierzy wyporowych. Są to liczniki wybierane przez dużych użytkowników komercyjnych, do ochrony przeciwpożarowej oraz jako liczniki nadrzędne do instalacji wodociągowych. Zasadniczo wymagane jest, aby filtry siatkowe były instalowane przed licznikiem, aby chronić element pomiarowy przed żwirem lub innymi odpadami, które mogłyby dostać się do systemu dystrybucji wody. Przepływomierze turbinowe są generalnie dostępne dla rur o średnicach od 1 ½ "do 12" lub większych. Korpusy przepływomierzy turbinowych są zwykle wykonane z brązu, żeliwa lub żeliwa sferoidalnego . Wewnętrzne elementy turbiny mogą być wykonane z tworzywa sztucznego lub ze stopów metali odpornych na korozję. Są dokładne w normalnych warunkach pracy, ale duży wpływ ma na nie profil przepływu i warunki płynu.

  • Pożaromierze to wyspecjalizowany typ przepływomierza turbinowego spełniający wymagania dotyczące dużych przepływów w ochronie przeciwpożarowej. Często są zatwierdzane przez Underwriters Laboratories (UL) lub Factory Mutual (FM) do stosowania w ochronie przeciwpożarowej.
  • Wodomierze przeciwpożarowe to specjalistyczny typ przenośnych przepływomierzy turbinowych podłączonych do hydrantu przeciwpożarowego do pomiaru wody wypływającej z hydrantu. Liczniki są zwykle wykonane z aluminium, aby utrzymać ich niską wagę i zwykle mają pojemność 3 cale. Media często wymagają ich do pomiaru wody używanej na placach budowy, do napełniania basenów lub tam, gdzie nie zainstalowano jeszcze stałego licznika.

Mierniki złożone

Miernik wieloskładnikowy jest używany tam, gdzie konieczne są wysokie natężenia przepływu, ale czasami występują również mniejsze wartości, które należy dokładnie zmierzyć. Mierniki sprzężone mają dwa elementy pomiarowe i zawór zwrotny do regulacji przepływu między nimi. Przy dużych prędkościach przepływu woda jest zwykle kierowana głównie lub całkowicie do elementu o wysokim przepływie. Elementem o dużym przepływie jest zwykle przepływomierz turbinowy. Gdy natężenia przepływu spadają do miejsca, w którym element o wysokim przepływie nie może dokonać dokładnego pomiaru, zawór zwrotny zamyka się, aby skierować wodę do mniejszego elementu, który może dokładnie zmierzyć niższe natężenia przepływu. Elementem niskiego przepływu jest zwykle miernik wielostrumieniowy lub miernik PD. Dodając wartości rejestrowane przez elementy wysokie i niskie, zakład ma zapis całkowitego zużycia wody przepływającej przez licznik.

Mierniki elektromagnetyczne

Przepływomierz elektromagnetyczny

Przepływomierze magnetyczne , powszechnie określane jako „mierniki magnetyczne ”, są technicznie wodomierzami typu prędkości, z tym wyjątkiem, że do określania prędkości przepływu wody wykorzystują właściwości elektromagnetyczne, a nie środki mechaniczne stosowane w wodomierzach strumieniowych i turbinowych. Mierniki Mag wykorzystują do pomiaru zasadę fizyki prawa indukcji Faradaya i do działania elektromagnesów wymagają prądu zmiennego lub stałego z linii energetycznej lub akumulatora . Ponieważ mierniki magnetyczne nie mają mechanicznego elementu pomiarowego, zwykle mają tę zaletę, że mogą mierzyć przepływ w dowolnym kierunku i wykorzystywać elektronikę do pomiaru i sumowania przepływu. Mierniki magnetyczne mogą być również przydatne do pomiaru wody surowej (nieoczyszczonej / niefiltrowanej) i ścieków, ponieważ nie ma mechanicznego elementu pomiarowego, który mógłby zostać zatkany lub uszkodzony przez zanieczyszczenia przepływające przez licznik. W przypadku mierników magnetycznych nie są wymagane filtry, ponieważ w strumieniu przepływu nie ma elementu pomiarowego, który mógłby ulec uszkodzeniu. Ponieważ błądząca energia elektryczna przepływająca przez rurę przepływową może powodować niedokładne odczyty, większość mierników magnetycznych jest instalowanych z pierścieniami uziemiającymi lub elektrodami uziemiającymi, aby skierować rozproszoną energię elektryczną z dala od elektrod używanych do pomiaru przepływu wewnątrz rury przepływowej.

Mierniki ultradźwiękowe

Wodomierze ultradźwiękowe wykorzystują jeden lub więcej przetworników ultradźwiękowych do wysyłania ultradźwiękowych fal dźwiękowych przez płyn w celu określenia prędkości wody. Ponieważ pole przekroju poprzecznego korpusu wodomierza jest wartością stałą i znaną, po wykryciu prędkości wody można obliczyć objętość wody przepływającej przez wodomierz z bardzo dużą dokładnością. Ze względu na zmiany gęstości wody wraz z temperaturą, większość wodomierzy ultradźwiękowych mierzy również temperaturę wody jako składnik obliczeń objętości.

Istnieją 2 podstawowe ultradźwiękowe technologie pomiarowe stosowane w pomiarach wody:

  • Mierniki efektu Dopplera, które wykorzystują efekt Dopplera do określenia prędkości wody przepływającej przez miernik.
  • Mierniki czasu przejścia, które mierzą ilość czasu potrzebną do przejścia sygnału ultradźwiękowego między 2 lub więcej stałymi punktami wewnątrz licznika.

Mierniki ultradźwiękowe mogą mieć konstrukcję przepływową lub zaciskaną. Konstrukcje przepływowe to te, w których woda przepływa bezpośrednio przez licznik i zwykle znajdują się w zastosowaniach mieszkalnych lub komercyjnych. Konstrukcje zaciskowe są zwykle używane w przypadku większych średnic, w których czujniki są montowane na zewnątrz rur itp.

Wodomierze ultradźwiękowe są zazwyczaj bardzo dokładne, a wodomierze mieszkalne mogą mierzyć do 0,01 galona lub 0,001 stopy sześciennej. Ponadto mają szerokie zakresy pomiaru przepływu, wymagają niewielkiej konserwacji i mają długą żywotność ze względu na brak wewnętrznych elementów mechanicznych, które ulegają zużyciu. Chociaż mierniki ultradźwiękowe są stosunkowo nowe na amerykańskim rynku wodociągów, są używane w zastosowaniach komercyjnych od wielu lat i stają się szeroko akceptowane ze względu na ich przewagę nad tradycyjnymi konstrukcjami mechanicznymi.

Przedpłacone wodomierze

Liczniki mogą być opłacone z góry lub z dołu, w zależności od metody płatności. Większość wodomierzy mechanicznych jest typu abonamentowego, podobnie jak wodomierze elektromagnetyczne i ultradźwiękowe. W przypadku wodomierzy opłacanych z góry, użytkownik kupuje i płaci z góry określoną ilość wody ze stacji vendingowej. Ilość pobranej wody jest wprowadzana na nośniku, takim jak karta typu IC lub RF. Główna różnica polega na tym, czy karta wymaga kontaktu z częścią przetwarzającą wodomierza przedpłaconego. Na niektórych obszarach wodomierz opłacony z góry wykorzystuje klawiaturę jako interfejs do wprowadzania kredytu wodnego.

Rejestry

Typowy rejestr wodomierza pokazujący odczyt licznika 8,3 galona. Zwróć uwagę, że czarna cyfra „1” na liczniku kilometrów nie jest jeszcze całkowicie odwrócona, więc odczytywana jest tylko czerwona wskazówka.
Wodomierze podłączone do urządzeń zdalnego odczytu za pomocą kabli trójżyłowych

Istnieje kilka rodzajów rejestrów na wodomierzach. Standardowy rejestr zwykle ma tarczę podobną do zegara, z gradacjami na całym obwodzie, aby wskazać jednostkę pomiarową i ilość zużytej wody, jeśli jest mniejsza niż najniższa cyfra na wyświetlaczu podobnym do kół licznika kilometrów w samochodzie, ich suma wynosi całkowitą wykorzystaną objętość. Nowoczesne rejestry są zwykle napędzane sprzężeniem magnetycznym między magnesem w komorze pomiarowej przymocowanym do elementu pomiarowego a innym przymocowanym do dna rejestru. Koła zębate w rejestrze konwertują ruch elementu pomiarowego na właściwy przyrost użytkowania w celu wyświetlenia na dłoni zamiatającej i kołach w stylu licznika kilometrów. Wiele rejestrów ma również detektor wycieku. Jest to mały widoczny dysk lub dłoń, która jest ustawiona bliżej prędkości obrotowej magnesu napędowego, tak że można zobaczyć bardzo małe przepływy, które byłyby wizualnie niewykrywalne na zwykłej dłoni przesuwającej.

Dzięki automatycznemu odczytowi liczników producenci opracowali rejestry impulsów lub enkoderów do wytwarzania wyjścia elektronicznego dla nadajników radiowych, urządzeń do odczytu i rejestrowania danych. Mierniki impulsów wysyłają cyfrowy lub analogowy impuls elektroniczny do urządzenia rejestrującego. Rejestry enkodera mają środki elektroniczne umożliwiające zewnętrznemu urządzeniu sprawdzanie rejestru w celu uzyskania albo pozycji kół, albo zapisanego odczytu elektronicznego. Aby zapewnić funkcjonalność inteligentnego licznika, można wykorzystać częste transmisje danych dotyczących zużycia .

Istnieją również wyspecjalizowane typy rejestrów, takie jak mierniki z wyświetlaczem LCD zamiast kół mechanicznych oraz rejestry do wysyłania danych lub impulsów do różnych urządzeń rejestrujących i kontrolujących. W zastosowaniach przemysłowych wyjście jest często analogowe 4-20 mA do rejestrowania lub kontrolowania różnych natężeń przepływu oprócz sumowania.

Odczyt wodomierza

Mierniki o różnych rozmiarach wskazują różne rozdzielczości odczytu. Jeden obrót ręki przesuwającej może odpowiadać 10 galonom lub 1000 galonom (1 do 100 stóp 3 , 0,1 do 10 m 3 ). Jeśli jeden obrót ręki odpowiada 10 galonom, miernik ma przemiatanie 10 galonów. Czasami ostatnie cyfry na tarczy nie obracają się lub są nadrukowane na tarczy. Stałe liczby zerowe są reprezentowane przez położenie obracającej się ręki przesuwającej. Na przykład, jeśli jeden obrót ręki wynosi 10 galonów, ręka zamiatająca jest na 7, a wyświetlacz koła pokazuje 123456 plus stałe zero, rzeczywiste całkowite zużycie wyniesie 1 234 567 galonów.

W Stanach Zjednoczonych większość usług komunalnych wystawia rachunki tylko do najbliższych 100 lub 1000 galonów (10 do 100 stóp 3 , 1 do 10 m 3 ), a często odczytuje tylko 4 lub 5 skrajnych cyfr na kołach wyświetlacza. Korzystając z powyższego przykładu, przeczytaliby i wystawili rachunek za 1234, zaokrąglając do 1234000 galonów w oparciu o rozdzielczość rozliczeniową 1000 galonów. Najczęstsze zaokrąglenie dla miernika o określonej wielkości jest często wskazywane przez różnokolorowe kółka liczbowe, z których ignorowane są czarne, a te używane do rozliczeń są białe.

Rozpowszechnienie

Wodomierz w budynku

Pomiar wody jest powszechny w przypadku zaopatrzenia w wodę pitną w mieszkaniach i obiektach komercyjnych w wielu krajach, a także w przypadku przemysłowego zaopatrzenia w wodę. Jednak jest mniej powszechny w rolnictwie nawadnianym , które jest głównym użytkownikiem wody na świecie. Pomiary wody są również rzadkie w przypadku rurociągów zaopatrujących w wodę pitną na obszarach wiejskich i małych miasteczkach, chociaż istnieją przykłady udanych pomiarów na obszarach wiejskich w krajach rozwijających się, takich jak Salwador.

Opomiarowanie wody dostarczanej przez media do użytkowników mieszkalnych, komercyjnych i przemysłowych jest powszechne w większości krajów rozwiniętych, z wyjątkiem Wielkiej Brytanii, gdzie tylko około 52% użytkowników jest mierzonych. W niektórych krajach rozwijających się pomiar jest bardzo powszechny, na przykład w Chile, gdzie wynosi 96%, podczas gdy w innych nadal pozostaje niski, na przykład w Argentynie .

Odsetek liczników wody do celów mieszkalnych w wybranych miastach w krajach rozwijających się przedstawia się następująco:

Prawie dwie trzecie krajów OECD mierzy ponad 90% domów jednorodzinnych. Kilka z nich rozszerza również opomiarowanie mieszkań (np. Francja i Niemcy).

Korzyści

Korzyści z pomiaru są następujące:

  • w połączeniu z cenami wolumetrycznymi stanowi zachętę do oszczędzania wody,
  • pomaga wykryć wycieki wody w sieci dystrybucyjnej, dając tym samym podstawę do zmniejszenia ilości wody nieprzynoszącej dochodu ;
  • Jest to warunek wstępny dla ilościowego ukierunkowania dopłat do wody dla ubogich.

Koszty

Koszty opomiarowania obejmują:

  • Koszty inwestycyjne zakupu, instalacji i wymiany liczników,
  • Powtarzające się koszty odczytu liczników i wystawiania rachunków na podstawie zużycia zamiast rachunków opartych na miesięcznych opłatach ryczałtowych.

Chociaż koszt zakupu liczników mieszkaniowych jest niski, całkowite koszty cyklu życia liczników są wysokie. Na przykład modernizacja mieszkań w dużych budynkach z licznikami na każde mieszkanie może wiązać się z poważnymi, a tym samym kosztownymi pracami hydraulicznymi.

Problemy

Problemy związane z pomiarami pojawiają się szczególnie w przypadku przerywanej dostawy, która jest powszechna w wielu krajach rozwijających się. Nagłe zmiany ciśnienia mogą spowodować uszkodzenie liczników do tego stopnia, że ​​wiele liczników w miastach krajów rozwijających się nie działa. Ponadto niektóre typy liczników stają się mniej dokładne wraz z wiekiem, a niepełna rejestracja zużycia prowadzi do niższych przychodów, jeśli wadliwe liczniki nie są regularnie wymieniane. Wiele typów liczników rejestruje również przepływy powietrza, co może prowadzić do nadmiernej rejestracji zużycia, szczególnie w instalacjach z przerywanym zasilaniem, gdy przywraca się dopływ wody, a dopływająca woda przepycha powietrze przez liczniki. i woda są liczone jako płyn. Istnieją 2 przepisy, zgodnie z którymi przedsiębiorstwa wodociągowe i producenci wodomierzy nie przestrzegają i nie ładują powietrza do wody. Instalacja pomiarowa powinna być wyposażona w skuteczny separator powietrza / oparów lub inne automatyczne środki zapobiegające przechodzeniu powietrza / oparów przez miernik. ref. [Podręcznik 44 - 2019 3.30. S.2.1.] Systemy pomiarowe powinny zawierać urządzenie do usuwania gazu w celu właściwego usunięcia powietrza lub nierozpuszczonych gazów, które mogą być zawarte w cieczy przed jej wejściem do licznika.

Wpływ na konsumpcję

Nie ma zgody co do wpływu pomiarów i cen wody na zużycie wody. Elastyczność cenowa odmierzonej zapotrzebowania na wodę jest bardzo zróżnicowana w zależności od warunków lokalnych. Wpływ wolumetrycznych cen wody na zużycie jest zwykle większy, jeśli rachunek za wodę stanowi znaczną część wydatków gospodarstwa domowego. Istnieją dowody z Wielkiej Brytanii, że po zainstalowaniu liczników następuje natychmiastowy spadek zużycia o około 10%, chociaż w większości przypadków zużycie nie jest bezpośrednio mierzone przed instalacją licznika, więc korzyści są niepewne. Podczas gdy użytkownicy mierzonej wody w Wielkiej Brytanii zużywają mniej wody niż użytkownicy nie mierzący wody, w większości obszarów pomiar nie jest obowiązkowy, więc klienci z licznikami stanowią grupę samodzielnie wybierającą. Istnieją również obawy, że licznik wody może być społecznie regresywny, ponieważ gospodarstwa domowe o niskich dochodach mają mniejsze możliwości inwestowania w środki służące oszczędzaniu wody i mogą doświadczać ubóstwa wodnego (definiowanego jako sytuacja, w której gospodarstwo domowe wydaje ponad 3% dochodu netto na usługi wodno-kanalizacyjne) ). W Hamburgu w Niemczech zużycie wody w mieszkaniach z licznikami (112 litrów / mieszkańca / dzień) było o 18% niższe niż w mieszkaniach bez liczników (137 litrów / mieszkańca / dzień) w 1992 roku.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • American Water Works Association Manual of Water Supply Practices Manual M6, Water Meters - Selection, Installation, Testing and Maintenance, ISBN   1-58321-017-2
  • Normy American Water Works Association C700-02: Wodomierze do wody zimnej - typ wyporowy, obudowa główna z brązu
  • Normy American Water Works Association C701-02: Liczniki zimnej wody - typ turbiny
  • Normy American Water Works Association C702-01: Wodomierze zimnej wody - typ mieszany
  • Normy American Water Works Association C703-96: Liczniki zimnej wody - typ straży pożarnej
  • Normy American Water Works Association C707-05: Systemy zdalnej rejestracji typu enkodera dla liczników wody zimnej
  • Normy American Water Works Association C708-05: Wodomierze do zimnej wody typu Multijet

Linki zewnętrzne

Ręczne liczniki wody http://watflux.in/manual-water-meters/