Contatori intelligenti del gas: come sono strutturati e funzionano i misuratori intelligenti + caratteristiche di installazione dei nuovi contatori

Le tecnologie digitali aprono nuove possibilità per ottenere informazioni precise sul consumo di elettricità, acqua, gas e altre risorse energetiche consumate dalla popolazione. E ora il mercato offre ai consumatori contatori intelligenti del gas, in grado di misurare il consumo con elevata precisione.

Inoltre, oltre a misurazioni precise, la nuova classe di dispositivi garantisce una trasmissione completa dei dati di misurazione senza il coinvolgimento delle persone – i consumatori di gas. Ma come funziona un tale contatore e si può installare da sé?

Proprio queste domande affronteremo nel nostro articolo – esamineremo la struttura e il principio di funzionamento dei nuovi contatori, parleremo delle regole di installazione e della preparazione all'uso. Arricchiremo il materiale presentato con foto e video tematici.

Che cos'è un misuratore «intelligente»?

Proviamo insieme a capire cos'è un nuovo contatore del gas intelligente e come funziona. Dunque, il termine «intelligente», applicato al nuovo dispositivo di misurazione, va considerato semplicemente come la funzionalità dell'elettronica moderna basata su microprocessore.

Il controllo a microprocessore (essenzialmente computerizzato) di diversi tipi di apparecchiature – è un fenomeno che è già diventato una consuetudine. Ora è arrivato il turno anche dei dispositivi di misurazione del gas, che fino a poco tempo fa nella maggior parte dei casi erano ancora meccanici. Ma se si combina il controllo intelligente con la funzione di misurazione, si ottiene un contatore intelligente.

Esempio di dispositivo di misurazione del gas a principio meccanico. Dispositivi di questo tipo non soddisfano pienamente le esigenze dell'economia nazionale moderna.

Se si realizza l'idea di installare contatori completamente intelligenti per il gas, si otterrà un serio progresso nell'ambito della misurazione del consumo di gas da parte della popolazione. Si consiglia inoltre di consultare le norme sul consumo di gas.

Nel caso di installazione di dispositivi di misurazione intelligenti, si garantisce:

• elevata precisione delle misurazioni;
• elevato grado di affidabilità dei dispositivi;
• protezione affidabile contro l'accesso non autorizzato;
• versatilità di montaggio;
• trasmissione automatica dei dati.

Il nuovo dispositivo intelligente può essere considerato davvero 'smart', considerando la capacità di eseguire misurazioni del volume del gas indipendenti dalla pressione, di effettuare autodiagnosi, di rilevare e registrare a distanza le influenze esterne.

Il contatore del gas intelligente determina autonomamente le caratteristiche del gas domestico che arriva nelle nostre abitazioni, tiene un archivio di dati sulle misurazioni e sugli eventi tecnici.

Costruzione del dispositivo e principio di funzionamento

Esistono diverse realizzazioni di contatori del gas intelligenti, sviluppate da specialisti di paesi esteri, nonché da specialisti nazionali.

Tuttavia, stando alle informazioni del primo trimestre del 2019, gli sviluppatori nazionali non sono ancora pronti a immettere sul mercato commerciale dispositivi che soddisfino pienamente tutti i requisiti di un dispositivo intelligente.

Esistono alcuni dispositivi di aziende nazionali che assomigliano approssimativamente a strutture intelligenti di misurazione del gas:

• «Grand» – SPI G4 – G10;
• «Vektor» – T G4;
• «SGBET Sigma» G1,6 – G10;
• «Omega» ETK GSM G1,6 – G4;
• SGBU G1,6 – G6;
• BK-G ETe G4,G6;

In pratica, tutti questi dispositivi sono un prototipo dei vecchi sistemi meccanici, semplicemente integrati con un modulo elettronico. Di conseguenza, non forniscono la piena funzionalità di un dispositivo intelligente.

Tuttavia, esistono sviluppi del 2019, di cui parleremo in dettaglio più avanti.

Il contatore del gas «Grand» – un tentativo di realizzare un dispositivo intelligente. Il risultato è un dispositivo funzionante, ma che non soddisfa sufficientemente tutti i requisiti di un'elettronica veramente intelligente.

I moduli di misura importati, ad esempio i prodotti dell'azienda «Metrix» («Apator»), in linea di principio soddisfano i requisiti dichiarati per la fornitura intelligente.

Tuttavia, come affermano gli specialisti nazionali, i contatori del gas «Apator» e di altre aziende straniere non sono conformi alle misurazioni del volume del gas in condizioni standard (T = +20 °C, P = 101,3 kPa).

Opzione #1 — misuratori «Metrix»

Come esempio di contatore del gas intelligente di produzione estera, si possono già citare alcuni nuovi prodotti dell'azienda «Apator» della serie di dispositivi «Metrix».

In particolare, due sviluppi meritano attenzione: il modulo intelligente «UniSmart» e il sistema ibrido «GybridSmart».

Aspetto del modulo ausiliario di classe «UniSmart», progettato per equipaggiare un dispositivo meccanico ordinario di misurazione del gas di tipo a membrana.

Il primo sviluppo «UniSmart» è presentato come un modulo ausiliario che integra un dispositivo di misurazione esistente, ad esempio della serie «UG». Il modulo supporta il protocollo (WMB) dello standard EN13757-4, garantendo così la possibilità di connessione ad apparecchiature di altri produttori.

Il modulo si collega direttamente al contatore del gas e funziona in modo simile a un reed switch (sensore di impulsi). Un giro del tamburo del contatore meccanico corrisponde a un impulso del sensore – così viene realizzata la funzione di lettura dei dati da parte del modulo «UniSmart».

Per la trasmissione dei dati letti al server viene organizzato il funzionamento del canale radio – dell'elettronica integrata nel modulo. Tutti i parametri necessari del funzionamento del modulo sono preprogrammati e salvati nel "firmware" del dispositivo (chip di memoria). I dati del firmware possono essere modificati se necessario, anche da remoto.

Un dispositivo più avanzato della serie «Smart» di contatori, che rappresenta un assemblaggio quasi completo, comprendente un dispositivo di misurazione dotato di funzioni digitali intelligenti.

Il secondo sviluppo – «GybridSmart». L'apparecchio, in sostanza, rappresenta un analogo del primo dispositivo «UniSmart», con l'unica differenza che in questa variante viene utilizzata una costruzione integrata "due in uno". Cioè il contatore del gas e il modulo intelligente funzionale costituiscono un unico assemblaggio.

Opzione #2 — contatore intelligente microtermale

Nuovo sviluppo dell'azienda russa «Technomer» (città di Arzamas) — è un dispositivo microtermale progettato per eseguire misurazioni dirette del volume di gas naturale in transito.

Caratteristiche del dispositivo del contatore intelligente

L'apparecchio è pienamente conforme alle condizioni standard di misurazione delle unità di volume (T= +20 °C, P= 101,3 kPa). I parametri vengono trasmessi al server remoto tramite sistema di comunicazione cellulare (GRPS).

Struttura del contatore del gas intelligente – prodotto dell'azienda «Technomer»: 1 – scheda elettronica; 2 – sensore con proprietà microtermali per la misurazione del volume del gas; 3 – corpo dell'apparecchio (alluminio); 4 – coperchio in plastica

Nell'immagine sopra, la struttura del misuratore microtermale della serie di dispositivi smart.

Come si vede nell'immagine, i componenti principali dell'apparecchio sono:

• corpo robusto e affidabile;
• sensore microtermale integrato;
• modulo elettronico;
• display LCD di controllo;
• involucro protettivo (coperchio) del modulo elettronico e del display.

La scheda elettronica contiene un microcontrollore, il corrispondente circuito con componenti elettronici e un display digitale collegato (display di controllo). L'elettronica della scheda garantisce sia la procedura di misurazione sia la procedura di generazione/trasmissione dei dati (modulo di telemetria integrato).

Come funziona il contatore microtermale?

Il dispositivo di conversione della portata volumetrica del gas nella struttura del contatore è un sensore microtermale. Nello specifico, nello sviluppo dell'azienda «Technomer» viene utilizzato un sensore della serie SGM6xxx (prodotto di produttori svizzeri).

Esso misura il fluido in transito con principio calorimetrico. È realizzato con tecnologia MEMS, grazie alla quale vengono garantite elevate caratteristiche operative.

Schema strutturale del sensore microtermale per la misurazione del flusso di gas: 1 – canale di lavoro; 2 – elemento riscaldante; 3 – piastra di silicio (substrato); 4 – canale di compensazione; 5 – sensori di temperatura; 6 – flusso di gas

Il sensore funziona nel modo seguente: sul percorso del flusso di gas naturale (canale di lavoro) su un substrato di silicio è montato un elemento sensibile modulare, costituito da un riscaldatore e da una coppia di sensori di temperatura. Il flusso di gas che passa viene riscaldato direttamente nella parte in cui sono installati i sensori di temperatura.

Di conseguenza, il flusso di gas limitato ha una temperatura leggermente diversa, per cui si crea una differenza di temperatura. Teoricamente si tratta di un processo fisico piuttosto complesso, ma l'importante è che funzioni, e molto bene, in termini di precisione delle misurazioni.

Opzione #3 — contatore del gas con smart card

Prendendo come esempio il prodotto dell'azienda «Actaris», esaminiamo un altro dispositivo molto moderno, che rappresenta un contatore del gas a diaframma, integrato con il controllo dei pagamenti.

La particolarità di questa costruzione è la presenza di una valvola di arresto nel dispositivo, che interrompe automaticamente l'erogazione del gas, ad esempio in caso di emergenza.

Tuttavia, lo stesso elemento strutturale viene utilizzato con successo per bloccare l'erogazione in caso di mancato pagamento da parte del consumatore per il prelievo del gas.

Versione del contatore del gas domestico, dotato di un dispositivo di lettura delle smart card. Il modulo di lettura integrato funge da blocco dell'erogazione del gas, sia in caso di emergenza, accesso non autorizzato, sia in caso di ritardo nel pagamento.

Questo misuratore di portata ha nella sua struttura un dispositivo per la lettura dei dati dalla carta. Si tratta della smart card in plastica dell'abbonato, che viene fornita come supplemento al contatore installato dall'utente.

Nonostante si tratti di fatto di un sistema di controllo meccanico del consumo di gas, grazie all'installazione del modulo di lettura delle smart card, il dispositivo è stato trasformato in un sistema semiautomatico.

All'utente basta inserire la smart card prepagata nell'apposita fessura. Il dispositivo legge automaticamente le informazioni richieste e addebita i fondi per il pagamento del consumo di gas domestico. Se i fondi si esauriscono e l'utente non provvede tempestivamente al rifornimento del conto, il contatore intelligente interrompe immediatamente l'erogazione del gas a quel determinato abbonato.

Alimentazione energetica del misuratore intelligente

I misuratori intelligenti, come quelli elettronici semplici, sono completamente autonomi – non richiedono l'uso di un'alimentazione di rete aggiuntiva. L'autonomia dei dispositivi è garantita da una coppia di elementi di alimentazione – batterie.

In particolare, l'elemento energetico principale è la batteria Li-SOC12 (litio-tionil cloruro), mentre quello di riserva è la batteria Li-MnO₂ (litio-ossido di manganese).

La fonte di energia principale del contatore intelligente del gas è una batteria al litio-tionil cloruro (Li-SOC12). Garantisce una durata di dieci anni del dispositivo di misurazione intelligente.

La batteria principale fornisce una tensione di 3,6 volt ed è un componente rimovibile e completamente sostituibile. La seconda batteria (di riserva) è saldamente integrata nel circuito stampato e pertanto non è intercambiabile.

Questa fonte di alimentazione da 3 volt viene collegata al sistema durante la sostituzione della batteria principale, garantendo la conservazione dei parametri tecnici del dispositivo.

Secondo le specifiche del produttore, l'alimentazione principale è sufficiente per il funzionamento del contatore per un periodo fino a 10 anni. Pertanto, la sostituzione della batteria coincide generalmente con la procedura di verifica degli strumenti, che di solito viene eseguita ogni 5-6 anni. La durata della batteria di riserva, in assenza della batteria principale, è garantita per 1 anno.

Regole di installazione dei nuovi contatori

Considerando le condizioni operative ambigue degli apparecchi, per i contatori del gas, comprese le versioni 'intelligenti', vengono applicate le norme di posizionamento rispetto ad altri apparecchi a gas e le regole (requisiti) di installazione.

La procedura di installazione del dispositivo per il controllo dei volumi di gas domestico consumati è tradizionalmente accompagnata dall'osservanza delle norme e regole corrispondenti. Per i contatori intelligenti moderni, queste regole sono facili da rispettare.

In particolare, per il dispositivo prodotto da 'Technomer', i requisiti sono i seguenti:

1. Il dispositivo deve essere installato all'interno di locali chiusi di servizio, in casi estremi all'aperto sotto una tettoia appositamente attrezzata. Il contatore deve essere adeguatamente protetto dall'esposizione diretta alla luce solare e dalle precipitazioni.
2. È consentito installare il dispositivo su tubazioni posate sia verticalmente che orizzontalmente, senza che l'angolo di installazione abbia importanza.
3. Se l'installazione viene effettuata su un tratto di tubo orizzontale o verticale, non è necessario considerare la direzione del flusso del gas attraverso il contatore. Cioè, il dispositivo può essere posizionato in qualsiasi direzione. Tuttavia, il produttore consiglia di seguire la direzione indicata sul corpo del contatore.
4. Non è consentito installare il contatore nei punti più bassi del percorso del tubo del gas, poiché in questa configurazione si crea il rischio di accumulo di condensa.
5. Se i campioni di controllo mostrano la presenza di acqua nel gas domestico, il contatore di controllo deve essere installato su una tubazione verticale, scegliendo la direzione del flusso dall'alto verso il basso.

Nel prevedere l'installazione di un nuovo contatore del gas in un punto specifico degli appartamenti, è necessario garantire la protezione del contatore da possibili urti, vibrazioni e altre sollecitazioni meccaniche.

Inoltre, in caso di spostamento del misuratore non bisogna dimenticare le norme approvate per lo spostamento.

Contatore intelligente del flusso di gas della serie di dispositivi «SMT Smart G4» e punti di «registrazione» post-installazione: 1 – punto di sigillatura dell'organismo che effettua la verifica; 2 – punto di sigillatura del sigillo di controllo dell'organismo che fornisce il gas al consumatore; 3 – punto di sigillatura del raccordo di ingresso del dispositivo.

I requisiti di installazione non specificano un valore preciso del diametro nominale del tubo, né vengono specificate le regole per il mantenimento della coassialità tra i raccordi del contatore di flusso e i tubi. Inoltre, non vi sono requisiti specifici per la rotondità dei tubi o per la presenza di scalini nei punti di giunzione tra contatore e tubo del gas.

Preparazione all'uso e messa in funzione

Secondo le regole stabilite, la preparazione post-installazione del contatore intelligente per l'avvio prevede l'esecuzione di una procedura di verifica della tenuta stagna dell'unità installata.

A questo scopo si utilizzano mezzi standard –  in ambiente domestico, schiuma di sapone; professionalmente, sensori di fuga di gas.

Dopo la verifica, il dispositivo viene messo in funzione. Il metodo di avvio raccomandato è l'apertura graduale del rubinetto di intercettazione del gas sulla linea in cui è installato il contatore.

È necessario garantire il riempimento dell'area di lavoro del misuratore intelligente senza un improvviso aumento di pressione, per non danneggiare i componenti sensibili del sistema con un colpo d'ariete pneumatico.

Si consiglia inoltre di consultare le norme e le regole di sigillatura dei contatori del gas.

Conclusioni e video utili sull'argomento

La novità spaventa sempre un po' i potenziali utenti o consumatori. Tuttavia, non si può sfuggire al progresso tecnologico. Inoltre, le tecnologie migliorano notevolmente la componente di servizio.

Installando un contatore intelligente del gas nella propria abitazione, il potenziale consumatore si solleva dal compito del controllo costante dei dati e della trasmissione delle informazioni al luogo di richiesta. È facile da installare e utilizzare, estremamente poco esigente in termini di manutenzione.

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