Проблема объёмного и массового расхода жидкости или газа в трубопроводе

Задача определения скорости, объёмного и массового расхода жидкости или газа в трубопроводе - это достаточно актуальная проблема.

Классическим вариантом её решения является применение расходомера, встраиваемого в участок трубопровода и производящего измерения непосредственным (контактным) способом с помощью системы дросселей, различного типа сужений, и.т.д. Недостатком такого рода способов измерения является необходимость осуществления врезки в трубопровод, что зачастую либо невозможно либо нежелательно. Кроме того, автоматизация измерений в этом случае практически невозможна, а сама точность измерений не всегда идеальна.

Именно поэтому современные расходомеры жидкости или газа выполняются таким образом, чтобы обеспечить измерения бесконтактным способом. Наиболее часто массовые расходомеры такого типа основываются на применении ультразвука.

Процесс измерения выглядит следующим образом. Датчик, закреплённый на трубопроводе испускает ультразвуковые волны в направлении "по" и "против" течения жидкости или газа. С помощью микропроцессора осуществляется обработка разницы этих значений (интегрирования) и с помощью введённых заранее данных осуществляется расчёт всех необходимых величин. Необходимые данные для расчёта вводятся при настройке ультразвукового расходомера и обычно включают в себя диаметр трубы, параметры шероховатости, и.т.д.

Важным нюансом при выборе расходомеров жидкости являются начальные условия - диаметр трубы, длина прямолинейного участка, где будет применяться ультразвуковой расходомер, и.т.д. Только зная эти величины можно сделать осознанный выбор расходомера для газа или воды.

По сути, выбор ультразвукового расходомера сводится к выбору способа измерения. Выделяют два основных способа - однолучевой и многолучевой. Однолучевой способ измерения подразумевает прохождение сигнала лишь по одной линии. Из-за особенностей гидродинамики такой способ не всегда может обеспечить достаточную точность. Проще говоря, скорость течения жидкости или газа у стенок трубопровода будет меньше, чем по его оси. Понятно, что чем больше диаметр, тем более выражен этот закон. Поэтому большинство производителей рекомендуют применять многолучевой способ измерения при большом диаметре трубопровода.

Расходомеры жидкости или газа с многолучевой системой измерения используют несколько лучей, которые располагаются либо параллельно, либо по направлению двух хорд к точкам, где скорость течения жидкости постоянна. Подобный способ измерения позволяет намного повысить точность, а также снизить требования к длине прямолинейного участка измерения на трубопроводе. Считается, что оптимальной длиной такого участка является значение равное пяти диаметрам трубы.