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Lezioni del Corso di

Misure Meccaniche e Termiche

05. MID (gas e calore)

Università degli Studi di Cassino

Facoltà di Ingegneria

Università degli Studi di Cassino Corso di Misure Meccaniche e Termiche

Problematiche di Applicazione della Direttiva MID sugli

Strumenti di Misura. Riferibilità Metrologica e Prove di

Laboratorio

1. La Direttiva MID sugli Strumenti di Misura

2. L’allegato MI-002: Contatori del Gas

3. L’allegato MI-004: Contatori di Energia Termica


Il Nuovo Approccio della Direttiva MID

la direttiva MID introduce un nuovo approccio per la dichiarazione di conformità, imponendo requisiti essenziali definiti e legati al tipo di misura piuttosto che alle caratteristiche tecniche specifiche di ciascuno strumento;

gli strumenti, infatti, sono soggetti alla continua evoluzione di componenti e principi di misura, determinando così un potenziale disallineamento tra norme e tecnologia, qualora i limiti imposti fossero basati solo sulle caratteristiche costruttive;

la direttiva MID non impone nessuna regola sulle verifiche periodiche degli strumenti, lasciando a ciascuno Stato Membro la libertà di stabilire le proprie, anche al fine di garantire la continuità con le norme nazionali in materia.

dich. conformità prima della MID dich. conformità MID (uno degli schemi)


Direttiva 2004/22/CE del 31/03/2004 sugli Strumenti di Misura (MID)

Recepita in Italia con DL 2 febbraio 2007, n.22

Attuazione della direttiva 2004/22/CE relativa agli strumenti di misura

(pubblicato sulla GU n. 64 del 17-3-2007- Suppl. Ordinario n.73)

La MID instaura un mercato unico degli strumenti di misura assoggettati al controllo metrologico legale con l’istituzione di:

requisiti essenziali / prestazioni metrologiche

errori tollerati, riproducibilità, ripetibilità, discriminazione e sensibilità, durabilità, affidabilità, idoneità, protezione dall’alterazione, iscrizioni ed informazioni, indicazioni del risultato, ulteriore elaborazione dei dati

requisiti specifici (allegati da MI-001 a MI-010)

schemi per la valutazione di conformità (sistema di gestione per la qualità del fabbricante e qualità totale da A ad H1)

reciproco riconoscimento tra gli Stati membri della valutazione della conformità

clausola di salvaguardia per la tutela dei mercati nazionali


Le 10 categorie di strumenti MID

(MI-001) contatori dell'acqua

(MI-002) contatori del gas

(MI-003) contatori di energia elettrica

(MI-004) contatori di energia termica

(MI-005) sistemi di misura per la misurazione continua e dinamica di quantità di liquidi diversi dall'acqua

(MI-006) strumenti per pesare a funzionamento automatico

(MI-007) tassametri

(MI-008) misure materializzate

(MI-009) strumenti di misura della dimensione

(MI-010) analizzatori dei gas di scarico


Gli Ambienti Climatici

“…salvo disposizioni diverse contenute negli allegati da MI-001 a MI-010, il fabbricante deve specificare il limite di temperatura superiore e il limite di temperatura inferiore di ciascuno dei valori indicati nella tabella, … deve inoltre indicare se lo strumento è progettato per l'umidità condensata o per l'umidità non condensata e precisare l'ubicazione prevista dello strumento, ossia in luogo aperto o chiuso...”

Presso il laboratorio LAMI dell’Università di Cassino (già accreditato SIT 105 nei settori umidità, temperatura di rugiada e pressione) nell’ambito del presente lavoro di ricerca, è stata sviluppata e validata una procedura tecnica di prova per la verifica della conformità di strumenti di misura in ambienti climatici diversi (accreditamento SINAL 0273 sede “C”).


• L’allegato MI-002: Contatori di gas


Cappello cassa

Fondo cassa

Totalizzatore

Gruppo di misura


• Volume ciclico 1.2 L

• Cassetto rotante

• 4 camere & membrane rettangolari

• Perdita di carico Mech.<0.6mbar, Total<2mbar

• Temperatura di funzionamento -20°C/+50°C

• Temperatura di stoccaggio -40°C/+70°C

• Metrologia Qmin<Q<0.2Qmax +/-3%

*0.2Qmax<Q<Qmax +/-2%

**0.2Qmax<Q<Qmax +/-1.5%

* Direttiva CEE 71/318

** Norma Europea EN 1359

Caratteristiche costruttive del Gallus 2000


4

16 40 1200 6000 2500 4000 25

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

Portata (dm3/h)

Errore

(%)

G1.6

G2.5

G4

Classi di taratura


2 Qmin

Qmin

Qmax Errore

(%)

Portata (dm3/h)

Pressure loss at Qmax < 200 Pa (2 mbar)

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Direttiva 71/318


0.1 Qmax

Qmin

Qmax

Portata (dm3/h)

Pressure loss at Qmax < 200 Pa (2 mbar)

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Errore (%)

Norma Europea EN 1359


Stampaggio

Controllo dimensionale

Assemblaggio gruppo di misura

(a) Assiemeleve

Autocontrollo

(b) Assieme membrane

Test tenuta al 100%

(c) Saldatura

Autocontrollo

(d) Assieme con bachelite

Autocontrollo

(e) Cinematismo

Test tenuta e PDC al 100%

(f) Montaggio Tubo uscita

Autocontrollo

Chiusura contatore

Test tenuta al 100%

Imballo

Approvviggionamento materie prime e componenti

Controllo accettazione

Taratura

Controllo statistico su campana gasometrica

Verniciatura

Autocontrollo

Flusso di produzione e di controllo


Controllo accettazione


Controllo dimensionale stampaggio


Test tenuta assieme membrane


Test tenuta e Perdita di Carico


Prova tenuta


Filter Dryer R1

Pressure

Stabiliser .

Pressure sensor

Nozzle 0

Max pressure valve

Out in atmosphere

Reference bell

Temperature

line A

Nozzle 1

R0

R2

Temperature stabilization

Pressure

reduction

Inlet air

Collector

Tightness 40’’ @p=8000Pa

Qmax 50’’ @p=4000Pa 9Vc

0.2Qmax 33’’ @p=600Pa 5Vc

1.5Qmin 120’’ @p=400Pa 1Vc

Electronic benches

Temperature stabilization

Pressure

reduction

Pressure

reduction

Temperature

line B

Taratura su rampe elettroniche


La rampa elettronica di Taratura


Taratura su rampa elettronica


Encoder

Bell

Thermometer

Standard

50L

Measure of pressure, p=100Pa

Qmin 0.2Qmax Qmax

Tightness @p=100Pa

Qmax @p=100Pa 100L

0.2Qmax @p=100Pa 100L

Qmin @p=100Pa 50L

Manual test benches

La rampa manuale (controllo statistico)


Campana gasometrica


Controllo statistico


Contatore del gas,

Strumento inteso a misurare,

memorizzare e visualizzare la quantità

di gas combustibile (volume o massa)

Condizioni di funzionamento nominali

campo di portata del gas

intervallo di temperatura del gas (min 40 °C)

ambiente climatico int. min. 50 °C

immunità elettromagnetica

effetto dei flussi di disturbi a monte e a valle

durabilità

massimo errore permesso (MPE)

Classe Qmax/Qmin Qmax/Qt Qt/Qmax

1,5 ≥150 ≥10 ≥1,2

1,0 ≥20 ≥5 ≥1,2

Classe 1,5 1,0

Qmin ≤ Q ≤ Qt 3 % 2 %

Qt ≤ Q ≤ Qmax 1,5 % 1 %


Duomo

interno

Contrappesi

Camma ad

evolvente

Botte esterna

Gas

Misuratore

di portata

Olio di tenuta

Campana

mobile

Clèssidra campione

Campana Gasometrica

Rampa di taratura

G6G4

G6G4 G4

USCITA

G10

ARIA a 6ATE

Schema complessivo dell’impianto


Trasduttore di posizione

Tubo di adduzione

e scarico della CG

Pressione differenziale e

Temperatura uscita CG

Temperatura olio

Serbatoio di

raccolta

Temperatura aria

interna CG

Temperaturaacqua

Tubo flessibile

espulsione aria/sfioro acqua

Temperatura, U.R. e pressione

aria laboratorio

Temperatura e U.R.

aria uscita CL

Pres.differ.

ingresso CL

Tubo flessibile di collegamentotra CG e CL

INRIM

Clèssidra

Campione di

Prima Linea

Campana

Gasometrica

Rampa Taratura

Contatori

Domestici

Rampa Taratura

Contatori

Industriali

Centro SIT

Temperatu

ra Pressione Umidità

Diagramma di Riferibilità Complessivo delle misure per ogni punto di taratura


,

,int

,

2 33

''''

1 1 1 1 1

''

q CGSIST ICG CG CGCG cg

CG CC CG F CG CG

CG CG SC SC CG CG CC CC CC CC

sif CC CL qv CC

CC CC

P d VV PT V P V Z VE h S

T P P P Z

V T T V V T

S P V d PP V

g P P

Equazione corretta della misura

222222

''

2

'

222

''

2

'

2

VclVcgZEETclETcgqEqEEPclEPEPETEC uuuuuuuuuuuuu

Stima Incertezza Composta

circa 0,15% V.L. (k=2) in condizioni ottimali


Vantaggi

Assenza di perdite di carico

Assenza di parti meccaniche in movimento

Ampio campo di misura (fino a 150:1)

Lettura digitalizzata

Svantaggi

Tecnologia non completamente matura per la misura domestica del gas naturale

Necessità di un tratto rettilineo di tubazione a monte di lunghezza opportuna

Prestazioni in corrispondenza di portate bassissime o nulle

Misuratori ad ultrasuoni


Vantaggi

Consentono la misura della portata massica

Permettono la misura diretta della temperatura del gas per poter riportare il volume nelle condizioni standard

La misura non dipende dalla pressione del gas

Ampio campo di misura (fino a 150:1)

Lettura digitale

Svantaggi

Tecnologia assolutamente nuova per la misura del gas in ambito domestico

Perdite di carico importanti

Sensibilità alla polvere ed ai contaminanti presenti nel gas

Sensibilità alla variazione delle carattertiche del gas (potere calorifico, densità,…)

sensor

capillary

laminar flow conditioner

flow

Misuratori massici termici


Correzione delle misura mediante interpolazione lineare della curva di errore;

Modulo radio seriale oppure uscita seriale che permette la lettura remota;;

Misura di temperatura per la conversione del volume alle condizioni standard;

Valvola integrata a controllo remoto per eventuale chiusura del flusso di gas attraverso il misuratore;

Display multifunzione che permette che restituisce all’utente numerose informazioni (autonomia residua batteria, temperatura del gas e suoi valori minimo a massimo, massimo valore di portata registrato, etc.) ;

Alcune caratteristiche dei contatori del gas intelligenti


• L’allegato MI-004: I Contatori di energia

termica


Misura del Calore in un circuito di scambio termico assorbito o

rilasciato da un liquido denominato liquido di trasmissione di

calore. Un contatore di energia termica è o uno strumento

completo, oppure uno strumento composto dalle sottounità

"sensore di flusso“ (generalmente di tipo volumetrico), "coppia

di sensori di temperatura“ (Pt500) e "calcolatore”.

Errore Massimo Tollerato

6. MI-004 Contatori di Energia Termica

Errore Massimo Tollerato

L'errore massimo tollerato del sensore di flusso, espresso in % per le classi di accuratezza:

- Classe 1: Ef = (1 + 0,01 qp/q), ma non superiore a 5 %



dove l'errore Ef si riferisce al valore indicato come valore reale della relazione tra il segnale di uscita

del sensore di flusso e la massa o volume, qp è la portata di permanenza.

L'errore massimo tollerato per la coppia di sensori di temperatura, espresso in %:

- Et = (0,5 + 3 Δmin/Δ)

dove l'errore Et si riferisce al valore indicato come valore reale della relazione tra segnale di uscita della

coppia di sensori di temperatura e differenza delle temperature.

L'errore massimo tollerato relativo per il calcolatore, espresso in %:

- Ec = (0,5 + Δmin/Δ)

dove l'errore Ec si riferisce al valore indicato come valore reale del calore.


Il flusso di energia termica viene valutato mediante la

misura della differenza di temperatura ∆T e della portata di

fluido termovettore V che fluisce nell’intervallo di tempo; K

è un coefficiente termico che si calcola secondo la norma

UNI EN 1434-1

2

1

V

V

Q K T dV

Modulo

di calcolo

Tm

Tr

U

T

E

N

Z

A V &


INRIM

Contatore di

Energia Termica

Centro SIT

Temperatu

ra

Volume Massa


2

1

,

,

1

, ,

( )

1( )

1( )

( , ) ( ) ( , )

R f

R i

r

m

i u

p

p

n

p i i p i i

i

T

R f R i T

T

p p

m r T

i i m r r p m r

Q m h m h h

dh c dT vdp

dh c dT

Q Vc Td V c T

T dTT T

c c T dTT T

K K T T T c T T


2 2 2 2

tQ k V T

t

u u u u

Q K V T

Equazione

della misura

Stima dell’Incertezza

N.B. l’incertezza relativa dei CET

raramente risulta inferiore al 3-4% e può

talvolta raggiungere il 10%

2

1

,

,

1

, ,

( )

1( )

1( )

( , ) ( ) ( , )

R f

R i

r

m

i u

p

p

n

p i i p i i

i

T

R f R i T

T

p p

m r T

i i m r r p m r

Q m h m h h

dh c dT vdp

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Q Vc Td V c T

T dTT T

c c T dTT T

K K T T T c T T

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