Эта статья была опубликована в журнале OYLA №6(46). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Зачем нужно считать воду? Для того, чтобы эффективно её использовать. Зная, сколько воды уходит на каждую грядку, мы не потратим больше необходимого. По сути, счётчики нужны по той же причине, что и школьные оценки, — так мы контролируем ситуацию и легко можем понять, идут дела плохо или хорошо.

Сначала немного физики. Какие переменные надо знать? Формула объёмного расхода Q (а именно так называется нужная нам величина) равна произведению скорости потока v на площадь поперечного сечения трубы S. Проще говоря, надо узнать, какого размера у нас труба (это не сложно), и замерить скорость, с которой льётся вода. Со вторым как раз и начинаются проблемы: мы подаём воду то тонкой струйкой, то мощным потоком. Как же узнать скорость точно?

Это самый обычный счётчик воды, который стоит у вас дома. Внутри у него находится вращающийся элемент — крыльчатое колесо. Оно крутится, когда вода течёт по трубе. Тонкая струйка будет едва задевать колесо, а вот быстрый поток заставит эту деталь счётчика крутиться что есть мочи. Впрочем, измерение не основано на абстрактных понятиях «быстро-медленно»: каждый оборот означает конкретный объём пролитой воды (например, литр). Задача производителя заключается как раз в том, чтобы определить, сколько составляет этот объём. А это не так-то просто! На расчёты влияет даже температура — поэтому есть отдельные счётчики для горячей и холодной воды. 

Изготовить такой счётчик легко и дёшево, но поскольку колесо находится прямо в воде, оно может повредиться или его заклинит. Если же пустить воду совсем маленькой струйкой, колесо вообще почти не будет вращаться.

Приборы учёта воды в сис­темах ирригации — один из методов экономии вод­ных ресурсов в Израиле. Кстати, страна одной из первых обратила внимание на проблему опустынивания. В этом деле ­Израиль по праву считается мировым лидером. Неудивительно, учитывая засушливый ­израильский климат.

Этот счётчик основан на физическом явлении, которое называется вихревые дорожки Кармана (в честь физика, открыв­шего это явление). Дело в том, что когда поток жидкости или газа ­встречает на своём пути препятствие, он обходит его попеременно — то с левой, то с правой стороны, а называются такие лавирования вихрями. Чем быстрее движется жидкость, тем чаще это происходит.

В вихревом счётчике установлен специальный сенсор, который вихри бросают из стороны в сторону. Частота его движения указывает на скорость водного потока. Таким образом можно замерять объём расхода не только жидкости, но и газа, поэтому вихревые счётчики удобны для разных индустрий. Правда, по-настоящему точным этот способ не назовёшь: на движение потока дополнительно влияют давление, температура и другие физические параметры.

Вода обходит препятствие попеременными вихрями, которые колеблют сенсорный наконечник.

В Италии выращиваются агрокультуры, нуждающиеся в большом количестве воды (например, виноград), поэтому страна активно использует счётчики в своих системах ирригации. В одном только регионе ­Капитаната (юг Италии) работает 30 000 приборов учёта воды, а во всей стране — больше 70 000.

Помните классические задачки в духе «с какой скоростью вы движетесь, если идёте по крыше движущегося поезда»? Ответом будет сумма или разница ваших скоростей, в зависимости от направления движения. Похожий принцип использует ультра­звуковой счётчик. Он посылает внутрь трубы два сигнала: один вдоль потока воды, а другой — против него. Тот сигнал, что встречает сопротивление потока, идёт медленнее. Тот, что идёт «по течению», наоборот, ускоряется. Разница во времени движения сигналов используется для расчёта средней скорости, с которой по трубе течёт вода. Ультразвуковые счётчики удобны тем, что внутри механизма нет элементов, которые движутся от потока воды и могут cломаться. С другой стороны, установка такого оборудования довольно дорого обходится, да и не всегда возможна в быту: чтобы полученные данные были точными, нужен довольно большой отрезок прямой трубы. А когда со временем в трубе начнёт скапливаться ил, датчики перестанут справляться с работой.

Жаркий климат и нехватка воды в Испании привели к тому, что агропромышленность в основном использует капельное орошение. Ирригация в стране контролируется законами, регулирующими распределение воды и оснащение счётчиками.

Вода, как известно, хороший проводник. Если поток жидкости будет проходить через магнитное поле, начнёт вырабатываться электродвижущая сила (ЭДС), которую легко измерить. По формуле Фарадея (кстати, идея этого счётчика тоже принадлежит знаменитому физику) величина ЭДС ε зависит от трёх параметров: силы магнитного поля B, расстояния между электродами l и, конечно, скорости движения жидкости v. В электромагнитном счётчике мы уже знаем первые две величины — они неизменны, а значит, вычислить скорость воды проще простого.

Такие счётчики очень точные — с их помощью измеряют даже параметры движения крови в сосудах! Температура и плотность жидкости на измерение не влия­ют, главное, чтобы сохранялась электропроводимость. Поэтому «увидеть» скорость дистиллированной воды или спирта не получится, а вот для ирригации в самый раз.

Раньше люди поливали посевы вёдрами — так уж волей-неволей запомнишь, сколько понадобилось воды на каждую грядку. Эти тёмные времена позади, и сейчас точные данные, вплоть до литра, вам сообщит любой автоматический счётчик.