Кіріспе

Көлемді сұйық қозғалысын сандық бағалау

Ағын өлшеу – көлемді сұйық қозғалысын сандық бағалау болып табылады. Ағынды әртүрлі тәсілдермен "ағын өлшегіш" деп аталатын құрылғылар арқылы өлшеуге болады. Өнеркәсіптік қолданыстағы ағын өлшегіштердің ең көп таралған түрлері төменде көрсетілген:
Кедергілі тип (дифференциалдық қысым немесе өзгермелі көлем)
Қорытынды (турбиналық тип)
Электромагниттік
Оң көлемді ығыстырулы ағын өлшегіштер, олар белгілі бір көлемдегі сұйықтықты жинақтап, содан кейін ағынды өлшеу үшін осы көлемнің қанша рет толтырылғанын есептейді. Сұйықтық динамикалық (үрмелеу арқылы)
Анемометр
Ультрадыбыстық ағын өлшегіш
Массалық ағын өлшегіш (Кориолис күші). Оң көлемді ығыстырулы ағын өлшегіштерден басқа, ағын өлшеу әдістері белгілі бір кедергіні жеңгенде ағынның тудыратын күштеріне сүйене отырып, ағынды жанама түрде есептеуге мүмкіндік береді. Ағынды белгілі бір аудан арқылы сұйықтың жылдамдығын өлшеу арқылы да анықтауға болады. Өте үлкен ағындар үшін бояу немесе радиоизотоптың концентрациясының өзгеруінен ағын жылдамдығын анықтау үшін іздеу әдістері қолданылуы мүмкін.

Өлшем түрлері мен бірліктері

Газ және сұйық ағыны көлемдік немесе массалық ағын сияқты физикалық шамалармен өлшенуі мүмкін, тиісінше секундына текше метр немесе секундына килограмм сияқты СИ бірліктерінде. Бұл өлшемдер материалдың тығыздығымен байланысты. Сұйықтың тығыздығы жағдайларға дерлік тәуелді емес. Газдар үшін бұл жағдай осылай емес, олардың тығыздығы қысымға, температураға және аз дәрежеде құрамына байланысты. Газдар немесе сұйықтар энергия мазмұны үшін тасымалданған кезде, мысалы, табиғи газ сату кезінде, ағын жылдамдығы энергия ағыны түрінде де көрсетілуі мүмкін, мысалы, сағатына гигаджоуль немесе күніне БТУ. Энергия ағыны көлемдік ағынның бірлік көлемге шаққандағы энергия мазмұнына көбейтілгені немесе массалық ағынның бірлік массаға шаққандағы энергия мазмұнына көбейтілгені болып табылады. Энергия ағыны көбінесе массалық немесе көлемдік ағыннан ағын есептегішінің көмегімен шығарылады. Инженерлік контексте көлемдік ағын жиілігі әдетте символмен, ал массалық ағын жиілігі символмен белгіленеді. Қоюлығы ρ болатын сұйық үшін массалық және көлемдік ағындар ρ арқылы байланыстырылуы мүмкін.

Газ

Газдар қысылатын және қысымға, қыздыруға немесе салқындатуға ұшырағанда көлемін өзгертеді. Бір қысым және температура жағдайындағы газ көлемі, басқа жағдайлардағы сол газдың көлемімен бірдей болмайды. "Нақты" ағын жылдамдығы және "стандартты" немесе "базалық" ағын жылдамдығы метр арқылы acm/h (сағатына нақты текше метр), sm3/sec (секундына стандартты текше метр), kscm/h (сағатына мың стандартты текше метр), LFM (минутына сызықтық фут) немесе MMSCFD (күнделікті миллион стандартты текше фут) сияқты өлшем бірліктерімен белгіленеді. Газдың массалық ағыны қысым мен температураның әсеріне тәуелсіз, ультрадыбыстық ағын өлшегіштермен, жылулық массалық ағын өлшегіштермен, Кориолис массалық ағын өлшегіштермен немесе массалық ағын реттегіштерімен тікелей өлшенеді.

Сұйық

Сұйықтықтар үшін қолданылу мен салаға байланысты әртүрлі бірліктер қолданылады, мысалы, минутына галлон (АҚШ немесе британдық), секундына литр, сағатына литр шаршы метрге, минутына бушель немесе өзен ағынын сипаттағанда секундына куб метр (кум) немесе күніне акр-фут. Океанографияда көлемдік тасымалды өлшеу үшін (мысалы, ағынмен тасымалданатын су көлемі) қолданылатын жалпы бірлік – 106 м³/с-қа тең сведрұп (Sv).

Негізгі ағын элементі

Бастапқы ағын элементі – ағынды сұйықтыққа енгізіліп, ағыммен дәл байланысты физикалық қасиетті тудыратын құрылғы. Мысалы, диафрагма қысымның төмендеуін жасайды, ол диафрагма арқылы өтетін көлемдік ағымның квадратына тәуелді болады. Вортекс метрдің бастапқы ағын элементі қысым тербелістерінің тізбегін тудырады. Әдетте, бастапқы ағын элементі тудыратын физикалық қасиетті өлшеу, ағымның өзін өлшеуден ыңғайлырақ. Бастапқы ағын элементінің қасиеттері және нақты орнатудың калибрлеу кезінде жасалған ережелерге сәйкестігі ағымды өлшеудің дәлдігі үшін маңызды факторлар болып табылады.

Механикалық ағын өлшегіштер

Позитивті ығысу өлшегішін шелек пен секундомермен салыстыруға болады. Секундомер ағын басталғанда іске қосылып, шелек лимитіне жеткенде тоқтатылады. Көлемді уақытқа бөлу – ағын жылдамдығын береді. Ұдайы өлшеулер үшін, ағынды құбырдан шығармай, оны бөлуге арналған, үнемі толтырылып, босатылатын шелектер жүйесі қажет. Осы үнемі қалыптасып, құлап жатқан көлемдік орын ауыстырулар поршеньдердің цилиндрлерде өзара қозғалысы, тірек тістерінің өлшегіштің ішкі қабырғасына жұптасуы, немесе айналмалы сопақ тіректер немесе спиральды бұрандалар арқылы жасалған прогрессивті қуыс түрінде болуы мүмкін.

Пістондар өлшегіші/ротациялық пистондар

Үй шаруашылығында суды өлшеуге арналған поршенді есептегіштер, сондай-ақ роторлық поршенді немесе жартылай оң көлемдік есептегіштер деп те аталатын, Ұлыбританияда ең көп таралған ағын өлшеу құралдары болып табылады және 40 мм (1 1/2 дюйм) дейінгі барлық өлшемдегі есептегіштерде қолданылады. Поршенді есептегіш белгілі көлемдегі камерада айналатын поршень принципі бойынша жұмыс істейді. Әрбір айналымда поршень камерасы арқылы судың белгілі бір көлемі өтеді. Беріліс механизмі және кейде магниттік жетек арқылы инелі циферблат және километрлік санаушы дисплейі итеріледі.

Овалдық берілісті өлшегіш

Овалды тісті дөңгелек өлшегіші – екі немесе одан көп сопақ тістері бір-біріне тік бұрышпен орналасып, Т пішінін құрайтын, көлемдік ығысу принципінде жұмыс істейтін өлшегіш. Мұндай өлшегіштің екі жағы бар, оларды А және В деп атауға болады. Екі дөңгелектің тістері әрқашан біріккен жердегі өлшегіштің ортасынан сұйықтық өтпейді. А жағында (А) тістер сұйықтық ағынын тоқтатады, себебі А жағындағы сопақ тіс өлшеу камерасына кіріп тұрады, ал В жағындағы қуыс өлшеу камерасында сұйықтықтың белгілі бір көлемін сақтайды. Сұйықтық тісті дөңгелектерді итеріп, оларды айналдырады, соның нәтижесінде В жағындағы өлшеу камерасындағы сұйықтық шығу тесігіне шығады. Ал кіретін тесіктен келетін сұйықтық А жағындағы өлшеу камерасына жіберіледі, ол қазір ашық. В жағындағы тістер енді сұйықтықтың В жағына өтуін тоқтатады. Бұл цикл дөңгелектердің айналуымен және сұйықтықтың кезекпен алмасатын өлшеу камералары арқылы өлшенуімен жалғаса береді. Айналатын дөңгелектердегі тұрақты магниттер ағын мөлшерін өлшеу үшін электрлік қамыс контактісіне немесе ток датчиктеріне сигнал жіберуі мүмкін. Жоғары өнімділік туралы мәлімдемелер жасалғанымен, олар көбінесе жылжымалы пластиналы конструкция сияқты дәлдікке ие емес.

Жылжымалы метр

Тісті дөңгелек өлшегіштері сопақша дөңгелек өлшегіштерінен тістің арасындағы кеңістіктерден тұратын өлшеу камераларымен ерекшеленеді. Бұл кеңістіктер сұйық ағынын бөліп, дөңгелектер кіреберіс тесігінен алыстағанда өлшегіштің ішкі қабырғасы камераны жауып, белгілі бір көлемдегі сұйықтықты сақтайды. Шығару тесігі дөңгелектердің жақындасқан жерінде орналасқан. Сұйық тістің тістері біріккенде, қол жетімді кеңістіктер көлемі дерлік нөлге дейін азайып, өлшегіштен шығарылады.

Шпионатты құрылғы

Бұрандалы тістік ағым өлшегіштер өздерінің атынан-ақ олардың тістік немесе роторларының пішінін білдіреді. Бұл роторлар бұранда тәрізді спираль пішіндес құрылымға ұқсайды. Сұйықтық өлшегіш арқылы өтетін кезде, ол роторлардың бөлімдеріне еніп, оларды айналуға итермелейді. Ротордың ұзындығы кіреберіс пен шығыс еңісінің әрқашан бөлек болуы үшін жеткілікті, осылайша сұйықтың еркін ағысын тоқтатады. Бірімен-бірі үйлесетін бұрандалы роторлар сұйықтықты қабылдауға ашылатын, өзін-өзі герметтейтін және содан кейін сұйықтықты шығару үшін төменгі жағына ашылатын прогрессивті қуыс жасайды. Бұл үздіріссіз жүреді және ағын мөлшері айналу жылдамдығы бойынша есептеледі.

Диск өлшегіш

Бұл үйлерде сумен жабдықталуды өлшеу үшін ең көп қолданылатын жүйе. Сұйықтық, көбінесе су, метрдің бір жағынан кіріп, эксцентрлі орналасқан дискені соғады. Дискенің төменгі және жоғарғы бөліктері орнату камерасымен жанасқандықтан, диск тік осьтің айналасында "қозғалыс" жасауы немесе дискенің иілуі керек. Кіріс және шығыс камераларын бөлектейтін бөлік бар. Диск иілген кезде, ол метр арқылы өткен сұйықтықтың көлемін тікелей көрсетеді, ал көлемдік ағын дискке қосылған тісті механизмдер мен тіркегіш арқылы көрсетіледі. Бұл жүйе 1 проценттік қателікпен ағынды өлшеуде сенімді.

Турбинаның ағынды өлшегіші

Турбиналық ағын өлшегіш (дәлірек айтқанда – осьтік турбина) сұйық ағынымен бір ось бойында айналатын турбинаның механикалық қозғалысын қолданушыға түсінікті ағын мөлшеріне (gpm, lpm және т.б.) аударады. Турбина ағынның барлығын өзінен өткізеді. Турбина дөңгелегі сұйық ағынының бағытына орнатылады. Ағып жатқан сұйық турбина қалақтарына соғылып, қалақ бетіне күш түсіріп, роторды қозғалысқа келтіреді. Тұрақты айналу жылдамдығына жеткенде, жылдамдық сұйық жылдамдығына пропорционалды болады. Турбиналық ағын өлшегіштер табиғи газ бен сұйық ағынын өлшеу үшін қолданылады. Турбиналық өлшегіштер төменгі ағын жылдамдықтарында ығысу және реактивті өлшегіштерге қарағанда аз дәл, бірақ өлшеу элементі ағын жолының барлық бөлігін алып тастамайды немесе оны күрт шектемейді. Ағын бағыты әдетте өлшегіш арқылы тікелей өтеді, бұл ығысу типіндегі өлшегіштерге қарағанда жоғары ағын жылдамдықтарына және төмен қысым жоғалтуына мүмкіндік береді. Олар ірі коммерциялық тұтынушылар, өрттен қорғау және су тарату жүйесіндегі бас өлшегіштер үшін таңдаулы өлшегіш болып табылады. Өлшеу элементін қиыршық тастар немесе су тарату жүйесіне енуі мүмкін басқа да қоқыстардан қорғау үшін өлшегіш алдына сүзгілер орнату қажет. Турбиналық өлшегіштер әдетте 4-30 см (1 1/2–12 дюйм) немесе одан да үлкен диаметрлі құбырлар үшін қолданылады. Турбина өлшегіштерінің корпусы көбінесе қоладан, шойыннан немесе иілгіш шойыннан жасалады. Турбинаның ішкі элементтері пластиктен немесе коррозияға төзімді металл қорытпаларынан жасалуы мүмкін. Олар қалыпты жұмыс жағдайында дәл, бірақ ағын профилі мен сұйықтың жағдайына күшті әсер етеді. Өртке қарсы өлшегіштер – бұл өртке қарсы жүйелерде қажетті жоғары ағын деңгейлеріне арналған турбиналық өлшегіштердің арнайы түрі. Олар көбінесе Underwriters Laboratories (UL) немесе Factory Mutual (FM) немесе ұқсас ұйымдармен өртке қарсы қолдануға бекітіледі. Өрт сөндіру гидрантынан алынған суды уақытша өлшеу үшін тасымалданатын турбиналық өлшегіштерді орнатуға болады. Мұндай өлшегіштер әдетте жеңіл болу үшін алюминийден жасалады және көбінесе 7,5 см (3 дюйм) диаметрлі болады. Сумен жабдыру ұйымдары оларды құрылыста, бассейндерді толтыруда немесе тұрақты өлшегіш орнатылмаған жерлерде қолданылатын суды өлшеу үшін жиі қажет етеді.

Волтман өлшегіші

Волтман өлшегіші (Рейнхард Волтман 19 ғасырда ойлап тапқан) ағысқа ось бойымен орналасқан спираль тәрізді лопастармен жабдықталған ротордан тұрады, бұл құбырлы желдеткішке ұқсас; оны турбиналық ағын өлшегіштің бір түрі деп санауға болады. Олар көбінесе спиральды өлшегіштер деп аталады және ірі өлшемдерде жиі қолданылады.

Бір реактивті өлшегіш

Бір реактивті есептегіш радиалды қанатшалары бар қарапайым импеллерден және бір реактивті ағынмен соққыға ұшыраудан тұрады. Олар Ұлыбританияда үлкен өлшемдерде танымалдылығын арттырып келеді және Еуроодақта кеңінен қолданылады.

Қанатты дөңгелек өлшегіш

Қайық дөңгелекті ағын өлшегіштері үш негізгі компоненттен тұрады: қайық дөңгелегі сенсоры, құбырға орнату және дисплей/контроллер. Қайық дөңгелегі сенсоры – ағысқа перпендикуляр орналасқан және ағын ортасына енгізілген кезде айналатын, магниттері бар бос айналатын дөңгелек/импеллерден тұрады. Жұмыршақтар сенсордың жанынан өте қозғалғанда, қайық дөңгелегі өлшегіші ағын жылдамдығына пропорционалды жиілік және кернеу сигналын жасайды. Ағын жылдамдығы жоғары болған сайын, жиілік пен кернеу де жоғары болады. Қайық дөңгелегі өлшегіші құбырға «тікелей» немесе енгізілетін стильде орнату үшін жасалған. Олар ПВДФ, полипропилен және тот баспайтын болат сияқты әртүрлі арматура стильдерімен, қосылу әдістерімен және материалдармен қол жетімді. Турбиналық өлшегіштер сияқты, қайық дөңгелегі өлшегіші сенсордың алдында да, кейін де ең аз түтікшеге мұқтаж. Ағын дисплейлері мен контроллерлері қайық дөңгелегі өлшегішінен сигналды қабылдап, оны нақты ағын мөлшеріне немесе жалпы ағын мәніне айналдырады. Өңделген сигнал процесті басқаруға, дабыл беруге, сыртқы сигналдарды жіберуге және т.б. пайдаланылуы мүмкін. Қайық дөңгелегі ағын өлшегіштері (Pelton дөңгелегі сенсорлары деп те аталады) көптеген ағын жүйелері үшін, әдетте су немесе су сияқты сұйықтықтар үшін салыстырмалы түрде төмен құнмен, жоғары дәлдік ұсынады. немесе динамикалық қысымды анықтау үшін статикалық және тоқтау қысымын өлшеу арқылы.

Вентури өлшегіші

Вентури өлшегіші ағынды белгілі бір деңгейде тарылтады, ал қысым датчиктері тарылту алдындағы және ішіндегі қысымның айырмасын өлшейді. Бұл әдіс газды құбырлар арқылы тасымалдаудағы ағымды өлшеу үшін кеңінен қолданылады және Рим империясы дәуірінен бері пайдаланылып келеді. Вентури өлшегіштің шығымдылық коэффициенті 0,93-тен 0,97-ге дейін ауыспайды. Сұйық ағынды өлшеуге арналған алғашқы, кең көлемді Вентури өлшегіштерін Клеменс Гершель жасады, ол оларды 19 ғасырдың соңында су мен сарқынды судың кішкентай және үлкен ағындарын өлшеу үшін пайдаланды.

Ашылу пластинасы

Орифистік пластина – ағынға перпендикуляр орналастырылған, ортасынан тесігі бар пластина. Ол ағынды тарылтады, ал тарылту арқылы туындаған қысымның айырмасын өлшеу арқылы ағын мөлшері анықталады. Бұл, по сути, Вентури трубкасының қарапайым түрі, бірақ энергия жоғалтуы жоғарырақ. Орифистердің үш түрі бар: концентрлі, эксцентрлі және сегменттік.

Далл түтігі

Далл түтігі – Вентури өлшегішінің қысқартылған түрі, ол ойық пластинасына қарағанда төмен қысым төмендеуіне ие. Осы ағын өлшегіштер сияқты, Далл түтігіндегі ағын жылдамдығы құбырдың тарылуынан туындаған қысымның төмендеуін өлшеу арқылы анықталады. Қысымның айырмашылығы әдетте цифрлық дисплейі бар диафрагмалық қысым түрлендіргіштерімен өлшенеді. Ойық пластиналы өлшегіштерге қарағанда тұрақты қысым жоғалтуы айтарлықтай төмен болғандықтан, Далл түтіктері үлкен диаметрлі құбырлардағы ағынды өлшеу үшін кеңінен қолданылады. Далл түтігінің дифференциалдық қысымы Вентури түтігі мен сопақшадан жоғары, егер олардың тарылу диаметрлері бірдей болса.

Пито түтігі

Сұйықтық ағынының жылдамдығын өлшеу үшін Пито түтігі қолданылады. Түтік ағынға бағытталады және зонд ұшындағы тоқтау қысымы мен оның қабырғасындағы статикалық қысым арасындағы айырма өлшенеді, нәтижесінде динамикалық қысым алынады. Бұл динамикалық қысымды Бернулли теңдеуін пайдаланып сұйықтың жылдамдығын есептеуге болады. Ағынның көлемдік өтімділігін ағынның әртүрлі нүктелеріндегі жылдамдықты өлшеу және жылдамдық профилін жасау арқылы анықтауға болады.

Пито түтігінің орташа көрсеткіші

Питот түтіктерінің орташалауы (соқтығыс зондтары деп те аталады) питот түтігінің теориясын бір өлшемнен артыққа кеңейтеді. Типикалық орташа питот түтігі өлшеу ұшында белгілі бір үлгіде орналасқан үш немесе одан көп тесіктен (зондтың түріне байланысты) тұрады. Көп тесіктер аспапқа ағын жылдамдығының шамасымен қатар бағытын да өлшеуге мүмкіндік береді (тиісті калибрлеуден кейін). Бір қатарға орналасқан үш тесік қысым зондтарына жылдамдық векторын екі өлшемде өлшеуге мүмкіндік береді. Мысалы, "плюс" пішіндес орналасқан бес тесік сияқты, көбірек тесіктерді енгізу үш өлшемді жылдамдық векторын өлшеуге мүмкіндік береді.

Конус метрлері

Конус өлшегіштер – 1985 жылы McCrometer компаниясы алғаш рет Калифорния штатындағы Хемет қаласында ұсынған жаңа дифференциалдық қысым өлшеу құрылғысы. Конус метр – бұл универсалды, бірақ берік дифференциалдық қысым (ДҚ) метрі, ол асимметриялық және соқтығысқан ағынның әсеріне төзімді екені дәлелденген. Вентури және саңылаулы типтегі ДҚ метрлерімен бірдей негізгі принциптермен жұмыс істейтін болса да, конус метрлеріне бірдей жоғары және төмен ағыстағы құбырлар қажет емес. Конус ағынды түзету құрылғысы ретінде де, дифференциалдық қысым тудырушы ретінде де қызмет етеді. Ағынның жоғары жағындағы талаптар 0-ден 5 диаметрге дейін, ал саңылаулы пластина үшін 44 диаметрге дейін немесе Вентури үшін 22 диаметрге дейін жетеді. Конус өлшегіштер көбінесе дәнекерленген конструкциядан жасалғандықтан, пайдалануға кіріспес бұрын оларды калибрлеу ұсынылады. Дәнекерлеуден туындаған жылу әсері бұрмалануларға және басқа да әсерлерге алып келеді, бұл құбыр диаметріне, бета коэффициентіне және жұмыс істейтін Рейнольдс сандарына қатысты шығыс коэффициенттері туралы деректерді жинау мен жариялауға кедергі келтіреді. Калибрленген конус өлшегіштердің қателігі ±0,5%-ға дейін жетеді. Калибрленбеген конус метрлерінің қателігі ±5,0% құрайды.

Сызықтық кедергі өлшегіштер

Сызықтық кедергі өлшегіштер, сондай-ақ ламинарлық ағын өлшегіштер деп аталады, өлшенген дифференциалдық қысым ағынға және сұйықтықтың тұтқырлығына тура пропорционал болатын өте төмен ағындарды өлшейді. Мұндай ағын тұтқырлықпен шартталған ағын немесе ламинарлық ағын деп аталады, ол осы бөлімде айтылған диафрагмалар, Вентури түтікшелері және басқа да өлшегіштермен өлшенетін турбулентті ағыннан өзгеше және 2000-нан төмен Рейнольдс сандарымен сипатталады. Негізгі ағын элементі бір ұзын капиллярлық түтікшеден, мұндай түтікшелердің жиынтығынан немесе ұзын кеуекті тығыздан тұруы мүмкін; мұндай төмен ағындар аз қысым айырмашылығын жасайды, бірақ ұзын ағын элементтері жоғарырақ, оңай өлшенетін айырмашылықтарды жасайды. Бұл ағын өлшегіштер сұйықтықтың тұтқырлығына және ағын элементінің диаметріне әсер ететін температура өзгерістеріне ерекше сезімтал, бұл Hagen-Poiseuille теңдеуінен көрінеді.

Айналасы өзгермелі ағын өлшегіштер

"Өзгермелі ауданды өлшегіш" сұйық ағынын құрылғының көлденең қимасының ауданы ағысқа пропорционалды түрде өзгеруі арқылы өлшейді, бұл ағым жылдамдығын көрсететін өлшенетін эффектіні тудырады. Ротаметр – өзгермелі ауданды өлшегіштің бір түрі, онда ағым жылдамдығы артқан сайын салмақты "қалқыма" конус тәрізді түтік ішінде жоғары көтеріледі; қалқыма мен түтік арасындағы аудан қалқыманың салмағын сұйық ағынының қарсылығымен теңестіретіндей жеткілікті болғанда тоқтайды. Медициналық газдарға арналған ротаметрдің бір түрі – Торп түтігі ағым өлшегіші. Қалқымалар көптеген түрлі пішіндерде жасалады, ең көп таралғандары шарлар және шар тәрізді эллипстер. Кейбірлері ағын ішінде айналып тұрып, пайдаланушыға қалқыманың тұрып қалғандарын анықтауға көмектеседі. Ротаметрлер көптеген сұйықтықтар үшін қолданылады, бірақ ең көп қолданылатыны су және ауа. Олар 1% дейін дәлдікпен ағынды сенімді өлшеуге қабілетті. Тағы бір түрі – өзгермелі ауданды тесік, онда серіппелі конус тәрізді поршень тесіктен өтетін ағынмен ығыстырылады. Бұл ығысу ағым жылдамдығымен байланысты болуы мүмкін.

Оптикалық ағынды өлшегіштер

Оптикалық ағын өлшегіштер ағындылықты анықтау үшін жарықты пайдаланады. Табиғи және өнеркәсіптік газдармен бірге жүретін ұсақ бөлшектер құбыр ішіндегі ағыс жолында, аз қашықтықта орналасқан екі лазер сәулесі арқылы, жарық шығаратын оптикалық құралдармен өтеді. Лазер сәулесі бөлшектер бірінші сәулені кесіп өткенде шашырайды. Байқау оптикасы шашыраған жарықты фотодетекторға жинап, импульстік сигналды тудырады. Сол бөлшек екінші сәулені кесіп өткенде, байқау оптикасы шашыраған жарықты екінші фотодетекторға жинап, кіретін жарықты екінші электр импульсіне айналдырады. Осы импульстер арасындағы уақыт интервалын өлшеу арқылы газдың жылдамдығы есептеледі, мұндағы – лазер сәулелері арасындағы қашықтық, ал – уақыт интервалы. Лазерлік оптикалық ағын өлшегіштер бөлшектердің нақты жылдамдығын өлшейді, бұл қасиет газдардың жылу өткізгіштігіне, газ ағынының өзгеруіне немесе газдардың құрамына тәуелді емес. Осы принцип жұмыс істеуге мүмкіндік береді, оптикалық лазер технологиясы жоғары температура, төмен ағындылық, жоғары қысым, жоғары ылғалдылық, құбырдың дірілдеуі және акустикалық шу сияқты қиын жағдайларда да жоғары дәлдікпен ағын туралы деректерді ұсынуға мүмкіндік береді. Оптикалық ағын өлшегіштерде қозғалмалы бөлшектер болмағандықтан өте тұрақты және өнімнің қызмет ету мерзімі бойында жоғары дәлдікпен өлшеуді қамтамасыз етеді. Лазер сәулелері арасындағы қашықтық өзгермейтіндіктен, оптикалық ағын өлшегіштерді бастапқы іске қосылғаннан кейін мерзімді калибрлеудің қажеті жоқ. Оптикалық ағын өлшегіштерге басқа түрдегі өлшегіштерге қажетті екі орнату нүктесінің орнына, тек бір орнату нүктесі ғана қажет. Бір орнату нүктесі қарапайым, аз күтімді қажет етеді және қателерге бейім емес. Саудада қол жетімді оптикалық ағын өлшегіштер 0,1 м/с-тан 100 м/с-тан асып түсетін ағынды өлшеуге қабілетті (1000:1 төмендеу коэффициенті) және мұнай ұңғымалары мен мұнай өңдеу зауыттарынан шығатын факелдік газдарды өлшеуде тиімді екені көрсетілген, бұл атмосфераның ластануына себепші болады.

Ашық арнадағы ағынды өлшеу

Ашық арна ағыны – ағып жатқан сұйықтың үстіңгі беті ауаға ашық болатын жағдайларды сипаттайды; ағынның көлденең қимасы тек арнаның төменгі жағындағы пішінімен анықталады және арнадағы сұйықтың тереңдігіне қарай өзгереді. Құбырдағы тұрақты көлденең қималы ағынға арналған әдістер ашық арналарда қолданылмайды. Су жолдарындағы ағынды өлшеу – ашық арна ағынының маңызды қолданысы; мұндай орналымдар ағын өлшегіштер деп аталады.

Ағынды деңгей

Су деңгейі әр түрлі екіншілік құрылғыларды (көпіршіктер, ультрадыбыстық, иінтірек және дифференциалдық қысым – жиі қолданылатын әдістер) пайдалана отырып, тоғанның артындағы немесе ағын торабындағы белгіленген нүктеде өлшенеді. Бұл тереңдік, ағын жылдамдығын анықтау үшін, ағын жылдамдығы, тұрақты шама, су деңгейі және қолданылатын құрылғыға байланысты өзгеретін көрсеткіштен тұратын теориялық формула бойынша ағын жылдамдығына түрлендіріледі; немесе эмпирикалық алынған деңгей/ағын деректер нүктелеріне сәйкес ("ағын қисығы") түрлендіріледі. Ағын жылдамдығы уақыт бойынша интегралданып, көлемдік ағынға айналады. Деңгейден ағынға түрлендіретін құрылғылар көбінесе жер беті суларының (көздер, ағындар және өзендер), өнеркәсіптік ағынды сулар мен канализация суларының ағынын өлшеу үшін қолданылады. Олардың ішінде тоғандар аз мөлшерде қатты заттар бар (әдетте жер беті сулары) ағындарда қолданылады, ал ағын тораптары қатты заттардың аз немесе көп мөлшерде болуына қарамастан қолданылады.

Аумағы/жылдамдығы

Ағынның көлденең қимасының ауданы тереңдік өлшеу арқылы есептеледі және ағынның орташа жылдамдығы тікелей өлшенеді (Допплер және пернелік әдістер жиі қолданылады). Жылдамдық көлденең қима ауданына көбейтілгенде ағындылық жылдамдық шығады, ол көлемдік ағынға интегралданады. Аймақтық-жылдамдықтық ағын өлкіштерінің екі түрі бар: (1) сумен жанасатын; және (2) жанаспайтын. Сумен жанасатын аймақтық-жылдамдықтық сенсорлар әдетте арнаның немесе өзеннің түбіне орнатылады және ағынмен бірге қозғалатын бөлшектердің жылдамдығын өлшеу үшін Допплерді пайдаланады. Тереңдік пен бағдарламаланған қимасы бар бұл құрылғы ағынның көлемін өлшеуге мүмкіндік береді. Лазерлік немесе радарлық жанаспайтын құрылғылар арнаның үстіне орнатылады, жылдамдықты жоғарыдан өлшейді, содан кейін судың тереңдігін жоғарыдан өлшеу үшін ультрадыбыс қолданады. Радарлық құрылғылар тек беткі жылдамдықты ғана өлшесе, лазерлік құрылғылар беткі қабаттан төменгі жылдамдықты да өлшеуге қабілетті.

Бояуды сынау

Ағымға белгілі бір уақыт ішінде белгілі мөлшерде бояу (немесе тұз) қосылады. Толық араластырылғаннан кейін концентрациясы өлшенеді. Сұйыту жылдамдығы ағын жылдамдығымен тең.

Акустикалық Допплер жылдамдық өлшеуіші

Акустикалық Допплерлік жылдамдық өлшегіш (АДВ) бір нүктеде жоғары жиілікпен жылдамдықтың лездік компоненттерін тіркеуге арналған. Өлшемдер Допплер эффектісіне негізделген қашықтанғы үлгі алу көлеміндегі бөлшектердің жылдамдығын өлшеу арқылы жасалады.

Электромагниттік, ультрадыбыстық және Кориолис ағын өлшегіштер

Қазіргі заманғы ағымдық жылдамдықты өлшеу инновациялары, қысым мен температураның (яғни тығыздықтың) өзгеруін, сызықтық еместікті және сұйықтықтың қасиеттерін түзете алатын электрондық құрылғыларды қамтиды.

Магниттік ағынды өлшегіштер

Магниттік ағын өлшегіштер, көбінесе "магметр" немесе "электромаг" деп аталады, өлшеу түтігіне қолданылатын магниттік өріс арқылы жұмыс істейді, бұл ағын жылдамдығына перпендикуляр ағын сызықтарына пропорционал потенциалдар айырмашылығын тудырады. Бұл потенциалдар айырмашылығы ағынға және қолданылатын магниттік өріске перпендикуляр орналасқан электродтармен анықталады. Бұл принципте Фарадейдің электромагниттік индукция заңы қолданылады. Магниттік ағын өлшегіштерге өткізгіш сұйықтық және өткізбейтін құбыр қаптамасы қажет. Электродтар процестік сұйықтықпен жанасқанда коррозияға төтеп беруі керек; кейбір магниттік ағын өлшегіштерде электродтарды орнында тазалау үшін қосымша түрлендіргіштер орнатылған. Қолданылатын магниттік өріс импульстік түрде беріледі, бұл өлшегішке құбыр жүйесіндегі сыртқы кернеудің әсерін жоюға мүмкіндік береді.

Байланыссыз электромагниттік ағынды өлшегіштер

Лоренцтік күш жылдамдық өлшеуіш жүйесі Лоренцтік күш ағыны өлшегіші (LFF) деп аталады. LFF қозғалатын сұйық металл мен қолданылатын магнит өрісінің өзара әрекеттесуінен туындайтын интегралдық немесе жалпы Лоренц күшін өлшейді. Мұндай жағдайда магнит өрісінің сипаттамалық ұзындығы арнаның өлшемдерімен шамалас болады. Егер жергілікті магнит өрістері қолданылса, жергілікті жылдамдық өлшеулер жүргізуге болады және осы себепті Лоренцтік күш жылдамдық өлшегіші термині қолданылады.

Coriolis ағынды өлшегіштері

Көлденең тербеліске түсетін түтіктің деформациясына себеп болатын Кориолис эффектісін пайдалану арқылы Кориолис ағын өлшегішімен массалық ағынды тікелей өлшеуге болады. Бұдан әрі, сұйықтықтың тығыздығы да тікелей өлшенеді. Кориолис өлшемі, өлшенетін газ немесе сұйықтың түріне қарамастан, өте жоғары дәлдікке ие; бір өлшеу түтігін сутек газы мен битумды қайта калибрлеусіз пайдалануға болады. Кориолис ағын өлшегіштері табиғи газ ағынын өлшеуге қолданылады.

Лазерлік Допплер ағынын өлшеу

Қозғалатын бөлшекке түсетін лазер сәулесі бөлшектің жылдамдығына пропорционал толқын ұзындығының өзгеруімен ішінара шашырайды (Допплер эффектісі). Лазерлік Доплер велоциметрі (LDV), сондай-ақ лазерлік Доплер анемометрі (LDA) деп те аталады, лазер сәулесін кішкентай бөлшектер (табиғи немесе тудырылған) бар ағып жатқан сұйықтықтағы кішкентай көлемге шоғырландырады. Бөлшектер жарықты Допплер қабаттасуымен шашыратады. Бұл қабаттасқан толқын ұзындығын талдау арқылы бөлшектің жылдамдығын тікелей және жоғары дәлдікпен анықтауға, сондай-ақ сұйықтықтың жылдамдығын шамамен анықтауға болады. Допплер қабаттасуын анықтау үшін әртүрлі техникалар мен құрылғы конфигурациялары қол жетімді. Олардың барлығы жарықты электрлік сигналға түрлендіру үшін фотодетекторды (әдетте лавиналық фотодиодты) пайдаланады. Көптеген құрылғыларда бастапқы лазер сәулесі екі сәулеге бөлінеді. Бір жалпы LDV класында екі сәуле олардың фокус нүктелерінде қиылысады, онда олар интерференция жасайды және тік сызықты жиектер жиынтығын құрайды. Сенсор ағынға орай, жиектер ағын бағытына перпендикуляр орналасады. Бөлшектер жиектің өтетін кезінде Допплер қабаттасқан жарық фотодетекторға жиналады. Басқа бір жалпы LDV класында бір сәуле эталон ретінде, ал екіншісі Допплер шашырауы ретінде қолданылады. Содан кейін екі сәуле де фотодетекторға жиналады, онда Допплер сигналын алу үшін оптикалық гетеродиндік детекция қолданылады.

Калибрлеу

Ағынды өлшегіш идеалды жағдайда қоршаған ортаның әсеріне ұшырамауы тиіс болса да, іс жүзінде мұндай болу ықтимал емес. Көбінесе өлшеу қателіктері дұрыс орнатылмауынан немесе қоршаған ортаға тәуелді басқа факторлардан туындайды. Ағынды өлшегіш нақты ағын жағдайында калибрленген кезде in situ әдістері қолданылады. Ағынды өлшегішті калибрлеудің нәтижесінде екі байланысты статистикалық мәлімет алынады: өнімділік көрсеткіші және ағын мөлшері.

Транзит уақыты әдісі

Құбыр ағыны үшін, өлшенген ағысқа радиоизотоптық маркер импульс түрінде жіберілетін транзит уақыты әдісі қолданылады. Транзит уақыты құбыр сыртына орнатылған радиациялық детекторлардың көмегімен анықталады. Көлемдік ағын, өлшенген орташа сұйықтық ағыны жылдамдығын құбырдың ішкі қимасымен көбейту арқылы есептеледі. Осы эталондық ағын мәні, калибрленетін ағын өлшегішпен берілген бір мезгілдегі ағын мәнімен салыстырылады. Процедура стандартталған (сұйықтықтар үшін ISO 2975/VII, газдар үшін BS 5857 2.4). Сұйықтықтар мен газдар үшін ең жақсы аккредиттелген өлшеудің қателігі 0,5% құрайды.

Трейсерді сұйыту әдісі

Ашық арна ағынын өлшеуді калибрлеу үшін радиотақылаушы сұйыту әдісі қолданылады. Белгілі бір концентрациядағы ізбелгі ерітіндісі белгілі, тұрақты жылдамдықпен арна ағынына жіберіледі. Арнадан төмен қарай ізбелгі ерітіндісі ағынның көлденең қимасы бойынша толық араластырылады, содан кейін үнемі үлгі алынып, оның жіберілген ерітіндіге шаққандағы ізбелгі концентрациясы анықталады. Ағынның эталондық мәні жіберілген ізбелгі ағыны мен сұйыту ағыны арасындағы ізбелгі теңгерімі шарты арқылы анықталады. Процедура стандартталған (ашық арналардағы сұйық ағыны үшін ISO 9555-1 және ISO 9555-2). Ең жақсы аккредиттелген өлшеудің қателігі 1% құрайды.