Ультразвукові витратоміри
Розглянуті вище методи вимірювання витрати мають важливий недолік, пов'язаний з тим, що чутливі елементи (діафрагма, сопло, напірна трубка) перебувають безпосередньо у потоці, і піддаються впливу середовища на конструктивні частини чутливого елемента. З іншого боку, самі чутливі елементи, перебуваючи в потоці, впливають на його аеродинамічні характеристики, що приводить до появи додаткової похибки вимірювання.
Останнім часом почали широко застосовуватися методи вимірювання витрати, у яких чутливі елементи перебувають поза середовищем, що рухається, це дозволяє розширити кількість видів обмірюваних середовищ (розплавлені метали, кислоти, луги, агресивні і токсичні рідини і гази і ін.). В одному з таких методів вимірювання витрати використовується ультразвукова хвиля, що подає інформацію про швидкість і витрату середовища, що рухається, у закритих і відкритих каналах.
В ультразвукових витратомірах використовуються різні ефекти, пов'язані із проходженням ультразвуку через середовище, що рухається: зміна швидкості ультразвуку в поздовжньому напрямку потоку; відхилення ультразвукової хвилі при поперечному проходженні в потоці; ефект Доплера і ін.
Найбільше поширення одержав метод вимірювання витрати, заснований на вимірюванні різниці часів проходження ультразвуку по напрямку і проти напрямку потоку середовища.
Показання частотного витратоміра не залежить від швидкості проходження ультразвуку в середовищі, що є важливою перевагою такого методу вимірювання витрати рідких і газоподібних середовищ.
В інших типах витратомірів ультразвукова хвиля направляється перпендикулярно осі труби і по величині відхилення ультразвукової хвилі від перпендикуляра визначається витрата або середня швидкість потоку. У міру збільшення середньої швидкості потоку V напрямок ультразвукового сигналу зі швидкістю з усе більше відхиляється по напрямку швидкості потоку.
У фазових ультразвукових витратомірах використовується ефект Доплера, тобто вимірюється різниця фаз ультразвукових коливань, які розповсюджуються по потоку і проти нього. Недоліком таких витратомірів також є залежність показань від зміни швидкості ультразвуку в середовищі.
Розроблені різні модифікації ультразвукових час-імпульсних і доплеровських (фазових) витратомірів, які застосовуються в нафтовій, металургійній, хімічній і інших областях промисловості для вимірювання витрати мазуту, нафти, нафтопродуктів і інших рідин, у тому числі середовищ, забруднених твердими і газоподібними включеннями. Перевагою таких витратомірів є широкий діапазон вимірювальних витрат від 0,45 до 110000 м3/год для трубопроводів діаметром від 40 до 1800 мм із похибкою вимірювання не більше 2%.
Сучасні ультразвукові витратоміри комплектуються вбудованими мікропроцесорами, які забезпечують обробку інформації, що надходить від датчиків, вимірювання і індикація витрати середовища (за годину, добу, місяць), виготовлення уніфікованого струмового сигналу при використанні системи автоматичного регулювання, введення необхідних коригувальних і керуючих команд і ін.
На практиці одержали розповсюдження і переносні ультразвукові витратоміри, які мають такі ж метрологічні характеристики, як і стаціонарні. У комплект приладу входить безпосередньо витратомір, портативна ЕОМ, багатофункціональний блок живлення з вбудованим акумулятором, монтажні пристрої для швидкого і правильного розташування датчиків на поверхні трубопроводу. Такі прилади використовуються для оперативного контролю витрати обраного типу середовища на різних ділянках трубопроводів, які мають різний діаметр і товщину стінки.
Ультразвукові витратоміри є найбільш перспективними приладами для вимірювання витрати різних рідких і газоподібних середовищ. Найбільшу точність вимірювання показують одноканальні ультразвукові витратоміри з врізаними датчиками, похибка яких не перевищує 0,3%.
