Ako sa ultrazvukové vodomery vyrovnávajú s rušením vzduchovými bublinami alebo tvorbou vodného kameňa v potrubí

Ultrazvukové vodomery , so svojou vysokou presnosťou, širokým rozsahom a bezúdržbovým výkonom zohrávajú dôležitú úlohu v inteligentných vodných systémoch. Zložité prostredie vodovodných sietí, najmä prítomnosť vzduchových bublín a usadzovania v potrubiach, však predstavuje dve hlavné výzvy, ktoré ovplyvňujú stabilitu všetkých nemechanických meracích prístrojov.

Princípy a protiopatrenia pre rušenie vzduchových bublín

Vzduchové bubliny majú najpriamejší a najdramatickejší vplyv na ultrazvukové vodomery. Rýchlosť šírenia a charakteristiky útlmu ultrazvukových vĺn vo vode a vo vzduchu sa výrazne líšia. Aj malé množstvo vzduchových bublín môže spôsobiť vážne rozptýlenie, zoslabenie alebo dokonca prerušenie akustického signálu, čo má priamo za následok prechodné skoky v nameraných údajoch alebo nepresné údaje.

1. Algoritmy spracovania signálu a technológie filtrovania

Jadro technológie proti vzduchovým bublinám moderných ultrazvukových vodomerov spočíva v ich výkonných algoritmoch spracovania signálu:

Viacimpulzné/viaccyklové vzorkovanie: Merací prístroj sa nespolieha na výsledky merania jediného ultrazvukového signálu. Namiesto toho odosiela a prijíma viacero impulzov v rámci cyklu merania a vykonáva štatistickú analýzu v reálnom čase a vážené spriemerovanie týchto údajov. Keď je skupina impulzov vážne narušená bublinami, čo spôsobuje skreslenie alebo prerušenie signálu, systém ju identifikuje ako odľahlú hodnotu a automaticky ju odstráni, čím zaistí platnosť a presnosť výpočtu konečného prietoku.

Monitorovanie sily signálu a pomeru signálu k šumu (SNR): Prístroj monitoruje silu prijímaného ultrazvukového signálu a SNR v reálnom čase. Keď nadmerné bubliny spôsobia prudký pokles sily signálu pod prednastavenú prahovú hodnotu, prístroj vydá varovanie o poruche a môže dokonca prejsť do režimu nízkej spotreby alebo do alarmu prázdneho potrubia, aby sa predišlo chybným výstupom údajov.

Digitálne filtrovanie: Pokročilé metódy digitálneho filtrovania, ako je Kalmanovo filtrovanie, sa používajú na vyhladenie údajov o okamžitom prietoku, čím sa účinne odfiltrujú výkyvy prietoku a špičky spôsobené občasnými bublinami, čím sa zlepší stabilita údajov.

2. Optimalizácia štruktúry prietokového kanála

Z hľadiska fyzického dizajnu výrobcovia znižujú zadržiavanie bublín optimalizáciou štruktúry vnútorného prietokového kanála vodomerov:

Dizajn s priamym priechodom: Väčšina ultrazvukových vodomerov využíva dizajn potrubia s priamym priechodom, ktorý znižuje prekážky a rohy v dráhe tekutiny, zaisťuje hladký prietok vody a zabraňuje víreniu, čím sa znižuje akumulácia bublín v oblasti merania.

Vertikálne alebo šikmé usporiadanie prevodníka: V porovnaní s horizontálnym usporiadaním, montáž prevodníka pod uhlom (ako je uhol 45°) alebo vertikálne pomáha zvukovému lúču prechádzať cez hlavný tok, čím sa znižuje pravdepodobnosť bublín blokujúcich dráhu zvuku.

Mechanizmus a riešenie škálovania interferencií

Vodný kameň sa týka tvorby tvrdej vrstvy usadenín na stenách potrubia spôsobenej minerálmi, ako je vápnik a horčík vo vode. U ultrazvukových vodomerov sa rušenie vodného kameňa prejavuje predovšetkým dvoma spôsobmi:

Zníženie dĺžky dráhy šírenia zvuku: Vodný kameň priľne k stenám potrubia a vnútornému povrchu prevodníka, čím sa zúži priemer prietokového kanála. To zase mení skutočnú vzdialenosť šírenia ultrazvukovej vlny, čo vedie k systematickým odchýlkam vo výsledkoch merania.

Zoslabenie energie zvukových vĺn: Vodný kameň, voľné alebo porézne médium, absorbuje a rozptyľuje ultrazvukovú energiu, čím znižuje intenzitu prijímaného signálu.

1. Výber materiálu prevodníka a prietokového kanála

Profesionálni výrobcovia vyberajú materiály s vysokou odolnosťou proti korózii a nízkou priľnavosťou na boj proti tvorbe vodného kameňa:

Vysokovýkonné kompozitné materiály: Meracia trubica je vyrobená zo špecializovaných technických plastov alebo nehrdzavejúcej ocele, ktoré majú hladký povrch a nízku povrchovú energiu, vďaka čomu sú menej náchylné na priľnavosť vodného kameňa.

Špeciálna povrchová úprava prevodníka: Pasivácia alebo aplikácia špeciálneho povlaku proti zanášaniu na povrch prevodníka, ktorý prichádza do styku s vodou, účinne bráni usadzovaniu vodného kameňa v kritických bodoch merania.

2. Technológia samodiagnostiky a korekcie

Na riešenie odchýlok merania spôsobených dlhodobým hromadením vodného kameňa sú ultrazvukové vodomery vybavené pokročilou autodiagnostikou a schopnosťou samoopravy:

Monitorovanie rýchlosti zvuku: Merač nepretržite monitoruje rýchlosť zvuku prúdu vody. Hromadenie vodného kameňa výrazne nemení rýchlosť zvuku vody, ale mení časovú základňu pre šírenie zvukových vĺn. Porovnaním továrensky nastavenej základnej rýchlosti zvuku s aktuálnym efektívnym časom šírenia, systém odhadne rozsah zmien dráhy toku.

Kompenzačný a kalibračný model: Niektoré špičkové modely obsahujú vstavaný kompenzačný model, ktorý automaticky dolaďuje namerané hodnoty prietoku na základe útlmu signálu prevodníka a zmien doby šírenia na odchýlky od chýb spôsobených menšou tvorbou vodného kameňa.

Abnormálna výstraha: Keď sa nahromadenie vodného kameňa alebo korózia stane takou závažnou, že ovplyvní kvalitu signálu a pomer signálu k šumu sa naďalej znižuje do bodu, keď už nie je možná efektívna kompenzácia, merací prístroj odošle správu o údržbe prostredníctvom modulu vzdialenej komunikácie, čo naznačuje, že je potrebné fyzické čistenie alebo výmena, čím sa zabezpečí dlhodobá spoľahlivosť merania.