При выборе ультразвукового расходомера для напорного трубопровода обычно сравнивают три цифры: погрешность, диапазон диаметров и цену. Для проекта этого недостаточно. Погрешность из описания типа подтверждается на поверочной установке, а точность узла учёта на объекте зависит от геометрии измерительного участка, числа акустических лучей и профиля скоростей. На стоимость эксплуатации влияет то, как прибор будет поверяться в течение срока службы. В статье по этим критериям сравниваются два прибора из Госреестра СИ: StreamLux SLS-720F (рег. № 78336-20) и расходомер-счётчик «Иволга» (рег. № 96879-25).
Краткий вывод. SLS-720F — одноканальный однолучевой расходомер для DN15–6000 с единой нормой погрешности ±1 % и низкой ценой. Он удобен для одиночных узлов и объектов без сетевого питания. «Иволга» рассчитана на DN100–6000 и на задачи промышленного учёта. У неё двуххордовая схема на заводском измерительном участке, до четырёх трубопроводов на один вторичный преобразователь, Ethernet и MQTT, а для DN300 и выше — имитационная поверка на месте.
Исходные данные
Основной источник для сравнения — описания типа СИ: именно они определяют, что будет проверять метролог при приёмке и поверке.
| StreamLux SLS-720F | «Иволга» | |
|---|---|---|
| Тип СИ, рег. № | «Стримлюкс», 78336-20 | «Иволга», 96879-25 (тип утверждён до 17.11.2030) |
| Изготовитель | ООО «Энергетика», Москва | ООО НКФ «Волга», Москва |
| Номинальный диаметр | DN15–6000 | DN100–6000 |
| Диапазон скоростей, м/с | ±(0,01–12) | ±(0,01–12) |
| Температура среды, °C | −30…+160 (датчики) | −30…+160 |
| Число акустических лучей | 1 | 1 или 2 |
| Измерительных каналов на вторичный преобразователь | 1 | до 4 |
| Средний срок службы | 12 лет | 12 лет, наработка на отказ не менее 120 000 ч |
Откуда берётся погрешность времяимпульсного расходомера
Оба прибора работают по одному принципу. Пара акустических преобразователей (АП) поочередно излучает и принимает ультразвуковой импульс по потоку и против него. Средняя скорость вдоль акустического луча вычисляется по разности времён прохождения:
Здесь L — длина акустического пути в жидкости, θ — угол между лучом и осью трубы, t↑ и t↓ — время прохождения против потока и по потоку. Объёмный расход получают через гидравлический коэффициент k, который переводит скорость на луче в среднюю по сечению:
Из этих двух выражений видны три основных источника погрешности.
Геометрия измерительного участка. Расход пропорционален квадрату внутреннего диаметра, поэтому относительная ошибка в D удваивается в Q. На трубе DN100 ошибка внутреннего диаметра в 1 мм даёт около 2 % по расходу — больше, чем вся норма погрешности прибора. При монтаже на действующую трубу D вычисляют по наружному диаметру и толщине стенки, и сюда же попадают отложения и овальность. У накладных АП добавляется неопределённость угла θ: луч преломляется на стенке, и угол зависит от скорости звука в металле и в жидкости. На заводском участке с врезными АП и D, и L, и θ измерены при изготовлении.
Профиль скоростей. Коэффициент k рассчитан на развитый осесимметричный профиль. После отводов, тройников, задвижек и насосов профиль искажён и закручен. Один луч по диаметру видит скорость только в одной плоскости и не может отличить искажённый профиль от развитого. Две хорды в разных положениях интегрируют скорость по сечению точнее и снижают требования к прямым участкам. На этом же принципе построены многолучевые расходомеры для водоводов большого диаметра.
Малые скорости. Разность времён t↑ − t↓ пропорциональна скорости и на DN100 при 0,1 м/с составляет единицы наносекунд. Дрейф нуля и асимметрия трактов дают примерно постоянную абсолютную ошибку по скорости, а относительная ошибка растёт как 1/v. Поэтому нормы погрешности ультразвуковых расходомеров записывают в виде ±(a + b/v) %, где a — составляющая геометрии и профиля, b — составляющая нуля.
Метрологические характеристики
Описания типа двух приборов нормируют погрешность по-разному. Для типа «Стримлюкс» задана одна норма для всех исполнений и схем установки: ±1,0 % при 0,5 ≤ |v| ≤ 12 м/с и ±0,5/v % при 0,01 ≤ |v| < 0,5 м/с. Для «Иволги» норма задана отдельно для каждой конфигурации первичного преобразователя расхода в форме ±(a + 0,4/v) %.
| Конфигурация «Иволги» | Предел погрешности, % | При v = 1 м/с | При v = 3 м/с |
|---|---|---|---|
| Накладные АП, одна хорда по диаметру | ±(2,5 + 0,4/v) | ±2,9 | ±2,63 |
| Врезные АП, луч вдоль оси | ±(1,8 + 0,4/v) | ±2,2 | ±1,93 |
| Врезные АП, одна хорда | ±(1,5 + 0,4/v) | ±1,9 | ±1,63 |
| Врезные АП, две хорды | ±(1,0 + 0,4/v) | ±1,4 | ±1,13 |
| Врезные АП, одна хорда, заводской участок | ±(0,8 + 0,4/v) | ±1,2 | ±0,93 |
| Врезные АП, две хорды, заводской участок | ±(0,6 + 0,4/v) | ±1,0 | ±0,73 |
Распределение норм в таблице повторяет физику предыдущего раздела. Вторая хорда снижает составляющую профиля на 0,5 %, заводской участок с известной геометрией — ещё на 0,4–0,7 %. Накладная схема на действующей трубе несёт наибольшую геометрическую неопределённость, и её норма самая широкая.
Формально по данным описаний типа SLS-720F имеет более узкую норму почти во всём диапазоне, особенно в накладном исполнении. С лучшей конфигурацией «Иволги» нормы совпадают при 1 м/с, а при больших скоростях норма «Иволги» уже. При проектировании стоит учесть, что единая норма не показывает разницы между схемами установки. Для накладной схемы на действующей трубе фактическую точность узла во многом определит точность замера внутреннего диаметра и толщины стенки, и её стоит оценивать отдельно.
Отдельно у «Иволги» нормирована дополнительная погрешность выходных каналов. У токового выхода она равна ±(8/I) %, то есть 0,4 % при 20 мА и 2 % при 4 мА. У импульсного выхода — ±0,05 %, у частотного — ±0,1 %. Для коммерческого учёта объёма лучше снимать показания по импульсному или цифровому каналу, а не по токовому.
Первичный преобразователь и монтаж
SLS-720F поставляется как комплект для установки на действующую трубу. Накладные датчики выпускаются для DN25–100, DN50–700 и DN300–6000 и крепятся нержавеющими хомутами. Врезные датчики для DN80–6000 ставятся под давлением через шаровой кран. Для DN15–20 предлагается прямой участок на фланцах или резьбе. Датчики можно вынести от электронного блока на расстояние до 400 м. Для затапливаемых колодцев есть исполнение накладных датчиков IP68.
У «Иволги» первичный преобразователь расхода — это измерительный участок с установленными АП. Он выполняется в двух вариантах. Заводская вставка монтируется на фланцах, сэндвиче или приваркой. Второй вариант — подготовленный участок действующего трубопровода надлежащего качества. Описание типа предусматривает девять моделей АП и три траектории луча: Z (одна или две хорды), V (с отражением от стенки) и P (вдоль оси трубы, только для врезных АП).
| АП | Тип | DN | Давление, МПа | Назначение |
|---|---|---|---|---|
| В-01, В-02, В-03 | врезные | 100–6000 | до 1,6 | монтаж через приварную бобышку с шаровым краном без осушения трубопровода; возможна установка на полимерные трубы через стальной бандаж |
| В-04 | врезной | 100–2000 | до 3 | аналог ПЭП 3-4, устанавливается на существующие участки УРС-003, Piezosonic, US800 |
| В-05 | врезной | 100–1000 | до 3 | только заводские вставки из углеродистой или нержавеющей стали |
| Н-01, Н-02, Н-03 | накладные | 100–6000 | по трубопроводу | временные измерения; среды, с которыми контакт недопустим |
| Н-04 | накладной | 100–300 | по трубопроводу | фиксирующая рейка для быстрого монтажа |
Для реконструкции действующих узлов учёта важен датчик В-04. На многих объектах работают расходомеры с ПЭП 3-4, и их измерительные участки в хорошем состоянии пригодны для дальнейшей работы. Замена прибора в этом случае сводится к замене АП и вторичного преобразователя без сварочных работ.
Ограничения «Иволги» по среде заданы в описании типа: однородная изотропная жидкость плотностью 800–2000 кг/м³, напорный режим. Для сред с высоким содержанием взвеси или газа применимость нужно оценивать отдельно.
Вторичный преобразователь, связь и питание
Электронные блоки двух приборов рассчитаны на разные условия эксплуатации. SLS-720F — одноканальный блок с низким потреблением, который может работать автономно. Вторичный преобразователь «Иволги» — многоканальное устройство для подключения к промышленной сети предприятия.
| StreamLux SLS-720F | «Иволга» | |
|---|---|---|
| Аналоговые и дискретные выходы | 4–20 мА, импульсный, частотный, релейный | 4–20 мА, частотно-импульсный до 5000 Гц, релейный |
| Цифровые интерфейсы | RS-232/RS-485 (Modbus) | RS-485 (Modbus RTU), Ethernet (Modbus TCP), MQTT, VNC |
| Беспроводная связь | GSM, LoRaWAN (опции) | 4G (опция) |
| Дополнительные входы | 2 датчика температуры, 3 аналоговых входа | не предусмотрены |
| Индикация | ЖК-дисплей 2 × 20 символов | сенсорный экран 4,3″ или 7″ |
| Питание | \~220 В, =8–36 В, батарея (опция) | \~198–242 В, =24 В, батарея для переносного исполнения «Н» |
| Потребляемая мощность | до 2 Вт | до 20 Вт |
| Температура окружающего воздуха | −10…+60 °C, по заказу от −50 °C | −20…+60 °C |
У «Иволги» три исполнения вторичного преобразователя. «Ц» обслуживает один измерительный участок и в базовой комплектации имеет только цифровые интерфейсы. «П» подключает до четырёх первичных преобразователей и до двух интерфейсных модулей: аналоговые и импульсные выходы или 4G-модем. «Н» — переносной кейс с батарейным питанием для временных измерений и водного аудита, тоже до четырёх каналов.
На практике выбор здесь определяется объектом. В колодце без сетевого питания преимущество у SLS-720F с батареей и LoRaWAN. На насосной станции или в цехе, где есть сеть 220 В и Ethernet, один блок «Иволги» «П» заменяет до четырёх одноканальных приборов и отдаёт данные в SCADA по Modbus TCP или в IIoT-платформу по MQTT без промежуточных шлюзов. Встроенный VNC-сервер даёт доступ к экрану прибора, журналу событий и диагностике акустических каналов с рабочего места инженера. Защита программного обеспечения — уровень «высокий» по Р 50.2.077-2014.
Поверка в эксплуатации
За 12 лет среднего срока службы расходомер проходит несколько периодических поверок. На малых диаметрах поверка на проливной установке не вызывает трудностей. На водоводах DN300 и больше демонтаж измерительного участка означает остановку трубопровода, транспортировку крупногабаритного узла и перерыв в учёте. Поэтому методика поверки и интервал влияют на стоимость владения не меньше, чем цена прибора.
«Иволга» поверяется по методике МП 1755-1-2025, согласованной ВНИИР, с интервалом 5 лет. Методика допускает два способа. Первый — непосредственное сличение с эталоном 2-го или 3-го разряда на поверочной установке в трёх точках (0,1; 0,25 и 0,5 Qнаиб) в прямом и обратном направлении. Второй — метод косвенных измерений (имитационная поверка) для DN300 и больше, который можно выполнять на месте установки. Имитационная поверка включает три операции:
- Проверка акустического тракта: измеренную скорость звука по каждому каналу сравнивают со справочной по ГСССД 190-2000 при измеренных температуре и давлении воды. Так контролируется сохранность геометрии акустического пути.
- Проверка нуля: поток перекрывают запорной арматурой и контролируют показания на нулевом расходе.
- Проверка выходных сигналов калибратором тока и частотомером.
Демонтаж и проливная установка при этом не нужны. Остановка потока нужна только на время проверки нуля.
В описании типа 78336-20 методика поверки и межповерочный интервал SLS-720F не приведены. Перед выбором прибора для большого диаметра их следует уточнить по записи типа в ФГИС «Аршин» и у поставщика.
Выбор прибора под задачу
Рассмотренные приборы не являются прямыми заменителями друг друга. Они пересекаются в диапазоне DN100–6000, но рассчитаны на разные задачи.
SLS-720F целесообразен для одиночных узлов с ограниченным бюджетом, для труб меньше DN100, для объектов без сетевого питания и для задач, где важны поставка со склада и фиксированная цена (от 87 000 руб. с НДС). Входы для датчиков температуры позволяют использовать его и для тепловых расчётов.
«Иволга» целесообразна для узлов коммерческого и технологического учёта DN100–6000 в тех случаях, когда важны:
- погрешность не хуже 1 % при искажённом профиле скоростей — двуххордовая схема на заводском участке;
- несколько трубопроводов на одном объекте — до четырёх на один вторичный преобразователь;
- интеграция в АСУ ТП или IIoT по Ethernet и MQTT;
- реконструкция узлов с ПЭП 3-4 без сварки;
- поверка на месте для водоводов от DN300 и известный интервал 5 лет.
Для труб DN15–80 в линейке НКФ «Волга» есть счётчики iVIS 100 и iVIS 200 (рег. № 97945-26). Для водоводов ГЭС, ТЭС и АЭС круглого и прямоугольного сечения до 15 м — многолучевой расходомер «Волга МЛ» (рег. № 78414-20) с погрешностью до ±(0,25 + 0,20/v) % на четырёх и более хордах.
Для подбора схемы измерений и оценки ожидаемой погрешности на конкретном объекте можно направить схему трубопровода или опросный лист на volga@volgaltd.ru.
Частые вопросы
Что такое StreamLux SLS-720F?
StreamLux SLS-720F — стационарный ультразвуковой расходомер для напорных трубопроводов DN15–6000. Он входит в тип СИ «Стримлюкс» (рег. № 78336-20), работает с накладными или врезными датчиками и измеряет по одному лучу.
Какая погрешность у SLS-720F?
По описанию типа 78336-20 — ±1 % при скорости потока от 0,5 до 12 м/с и ±0,5/v % при скорости от 0,01 до 0,5 м/с. Например, при 0,1 м/с допускается ошибка до ±5 %.
Какой межповерочный интервал у SLS-720F?
В описании типа 78336-20 он не указан. Актуальное значение нужно смотреть в записи типа в ФГИС «Аршин» или запрашивать у поставщика. У «Иволги» интервал — 5 лет.
Чем «Иволга» отличается от SLS-720F?
«Иволга» измеряет по двум хордам, обслуживает до четырёх трубопроводов одним блоком и подключается по Ethernet и MQTT. Для DN300 и выше её можно поверять на месте. SLS-720F дешевле, есть на складе, работает от DN15 и потребляет до 2 Вт.
Есть ли российская альтернатива SLS-720F для больших труб?
Да. Расходомер «Иволга» разработан и производится НКФ «Волга» в Москве для труб DN100–6000. Для водоводов ГЭС и ТЭС диаметром до 15 м мы выпускаем многолучевой «Волга МЛ».
Можно ли поверить «Иволгу» без демонтажа?
Да, для трубопроводов от DN300. Методика МП 1755-1-2025 допускает имитационную поверку на месте установки: проверяют акустический тракт, нулевой расход и выходные сигналы. На время проверки нуля поток перекрывают задвижками.
Можно ли подключить «Иволгу» к SCADA или АСУ ТП?
Да. Расходомер передаёт данные по Modbus RTU (RS-485), Modbus TCP (Ethernet) и MQTT, а также по токовому выходу 4–20 мА, частотно-импульсному и релейным выходам. Для удалённых объектов есть модуль 4G.
Можно ли заменить УРС-003 или US800 на «Иволгу»?
Да. Датчики «Иволги» В-04 — аналог ПЭП 3-4. Они ставятся на уже смонтированный измерительный участок УРС-003, Piezosonic, US800 и других расходомеров с ПЭП 3-4 для DN100–2000.
Какие датчики выбрать: накладные или врезные?
Для коммерческого учёта мы рекомендуем врезные: у «Иволги» с врезными датчиками погрешность от ±(0,6 + 0,4/v) %, с накладными — ±(2,5 + 0,4/v) %. Накладные удобны для временных замеров и там, где датчик не должен касаться среды.
Сколько стоит «Иволга»?
Цена зависит от исполнения, числа трубопроводов, хорд и типа датчиков. Пришлите опросный лист на volga@volgaltd.ru — мы подготовим расчёт.
