Більшість традиційних витратомірів (таких як електромагнітні, вихрові та турбінні витратоміри) вимагають, щоб труба була повністю заповнена рідиною. За умов не-заповненої труби (або відкритого каналу/частково заповненої труби) над рідиною існує газ (зазвичай повітря), що серйозно впливає на точність вимірювання та може навіть пошкодити прилад.
Ультразвуковий вимірювач рівня/витратомір
Принцип вимірювання:
Прилад встановлюється у верхній частині труби і вимірює рівень рідини за допомогою ультразвукових імпульсів. Мікропроцесор усередині приладу автоматично обчислює площу-поперечного перерізу рідини на основі попередньо встановлених розмірів труби (кругла, прямокутна тощо) та рівня рідини. У поєднанні з попередньо встановленою швидкістю потоку (для фіксованих водосливів/жолобів) або шляхом вимірювання фактичної швидкості потоку за допомогою багато-канального вимірювання остаточно обчислюється миттєва швидкість потоку та кумулятивний витрата.
Переваги:
Безконтактне-вимірювання: датчик не контактує з рідиною, не піддається корозії, зносу та забрудненню та потребує мінімального обслуговування.
Широке застосування: підходить для труб різної форми (круглої, квадратної, трапецієподібної) і відкритих каналів.
Легкий монтаж: не потрібно різати трубу; його можна встановити, просвердливши отвір у верхній частині труби або безпосередньо над каналом.
Висока точність вимірювань.
Недоліки:
Значно впливає пара, піна, зважені тверді речовини або накопичення накипу всередині труби.
Для труб неправильної форми потрібне точне калібрування.
Типове застосування: муніципальна каналізація, очисні споруди, скидання промислових стічних вод, мережі дощових труб тощо.
Електромагнітний витратомір - із функцією не-вимірювання всієї труби
Примітка. Звичайні електромагнітні витратоміри не можна використовувати в умовах не-заповненої труби, оскільки це призведе до неточних вимірювань і може пошкодити електроди. Однак на ринку є електромагнітні витратоміри, спеціально розроблені для вимірювання не-повних труб.
Принцип вимірювання:
Принцип такий самий, як у звичайних електромагнітних витратомірів (закон електромагнітної індукції Фарадея), але він використовує особливу структуру електродів і технологію обробки сигналів. Наприклад, якщо використовувати конструкцію з трьома-електродами або чотирма-електродами, навіть при зміні рівня рідини електрод завжди контактуватиме з рідиною, таким чином досягаючи стабільного вимірювання.
Переваги:
Дуже висока точність і хороша повторюваність.
Не залежить від щільності рідини, в'язкості, температури та тиску.
Може вимірювати корозійні рідини та суспензії, що містять тверді речовини.
Недоліки:
Вища вартість, набагато вища, ніж ультразвукові вбудовані витратоміри.
Монтаж вимагає від’єднання труби, що ускладнює конструкцію.
Необхідно, щоб рідина мала певну провідність.
Типові області застосування: управління промисловими процесами та очищення стічних вод, де потрібна надзвичайно висока точність.
Жолоб Паршалла/Жолоб Вентурі + вимірювач рівня
Принцип вимірювання:
Дроселюючий пристрій-спеціальної форми (жолоб Паршалла або трикутний водослив) встановлюється в канал або трубу. Коли рідина проходить через цей пристрій, виникає явище дроселювання, і рівень рідини підвищується в певній точці жолоба (вище за течією горла). Існує фіксована математична залежність між цим підвищенням рівня рідини та швидкістю потоку. Вимірюючи цей рівень рідини, можна точно розрахувати швидкість потоку. Рівнеміри зазвичай ультразвукові або-типу тиску.
Переваги:
Проста конструкція, міцний і довговічний, не потребує обслуговування.
Не схильний до засмічення для рідин, що містять велику кількість зважених твердих речовин (наприклад, шлам).
Широкий діапазон вимірювання.
Недоліки:
Вимагає великого простору для встановлення та суворих вимог до прямих ділянок труби до та після неї.
Зазнає певної втрати голови.
Точність залежить від точності виготовлення лотка та точності вимірювання рівня рідини.
Типові області застосування: сільськогосподарське зрошення, боротьба з повенями в містах і вимірювання швидкості потоку притоку та витоку на очисних спорудах.
Допплерівський ультразвуковий витратомір
Хоча в основному використовується для повних труб, його також можна використовувати в певних ситуаціях, коли не-повна труба.
Принцип вимірювання:
Використовуючи ефект доплерівського зсуву частоти, викликаний ультразвуковими хвилями, що стикаються з частинками або бульбашками в рідині, вимірюється швидкість зважених частинок або бульбашок у рідині, таким чином обчислюється швидкість рідини. Однак цей метод не може безпосередньо отримати площу поперечного-перерізу, і його потрібно використовувати разом із рівнеміром для обчислення витрати.
Застосовні ситуації: якщо труба не повністю заповнена, але рідина містить достатню кількість відбивного матеріалу (наприклад, бульбашок або твердих частинок), можна використовувати доплерівський ультразвуковий витратомір. Оскільки метод Доплера працює на основі звукових сигналів, відбитих бульбашками та мікрочастинками, він не працюватиме, якщо рідина не містить бульбашок і мікрочастинок. Він підходить для рідин, що містять не менше 30% зважених часток.
Переваги:
Може вимірювати складні середовища, такі як тверді-рідкі суміші, суспензії та суміші нафти-води.
Ні-дрейфу нульової точки. Доплерівський зсув частоти не відбувається, коли рідина нерухома. Таким чином, дисплей контролера не відчуватиме дрейфу нульової-точки.
Недоліки:
На точність вимірювання значною мірою впливає кількість і розподіл відбиваючих об’єктів у рідині, і його стабільність не така висока, як інші методи.
Потрібен стабільний стан потоку в прямій ділянці труби (довжина прямої труби вище за течією має бути не менше 15d, а довжина нижньої за течією має бути принаймні 5d), а місце встановлення має високі вимоги.
Як вибрати?
Перший вибір: ультразвуковий рівень/витратомір. Він пропонує найкращі загальні переваги щодо вартості, простоти встановлення та можливості застосування, що робить його найпоширенішим вибором для вимірювання потоку не-в-трубах.
Якщо потрібна надзвичайно висока точність і бюджет достатній: розгляньте можливість використання спеціального не-повнотрубного-електромагнітного витратоміра.
Якщо у великому відкритому каналі або каналі з високим вмістом твердих речовин у рідині: жолоб Паршалла є дуже надійним і економічним вибором.
Уникайте використання: витратомірів, призначених для повноцінної-роботи труб, таких як турбінні, вихрові, діафрагмові та V-конусні витратоміри. Вони не працюватимуть належним чином за умов-заповненої-труби.
