Aké sú rozdiely v štruktúre a presnosti merania medzi jednocestnými a viaccestnými ultrazvukovými vodomermi

V modernom inteligentnom hospodárení s vodou a priemyselnom meraní a riadení prietoku sa ultrazvukové vodomery stali hlavným meracím nástrojom kvôli nedostatku mechanicky pohyblivých častí, nízkemu poklesu tlaku a vysokej presnosti. Ultrazvukové vodomery sú primárne kategorizované do jednocestných a viaccestných dizajnov v závislosti od počtu dráh akustických vĺn. Pochopenie základných rozdielov medzi týmito dvoma štruktúrami z hľadiska princípu, zloženia a presnosti merania je rozhodujúce pre výber prietokomeru, ktorý je najvhodnejší pre vašu aplikáciu.

Konštrukčný dizajn a rozloženie dráhy akustických vĺn

1. Jednocestný ultrazvukový vodomer

Ako už názov napovedá, jednocestný ultrazvukový vodomer využíva iba jeden pár prevodníkov (t. j. jednu dráhu merania akustických vĺn) naprieč prietokovým prierezom.

Štrukturálne vlastnosti: Tento dizajn je najjednoduchší a relatívne lacný. Dva prevodníky sú zvyčajne umiestnené šikmo pozdĺž priemeru potrubia alebo pozdĺž špecifickej dĺžky tetivy, čím tvoria jeden akustický lúč. Akustické vlny sa šíria pozdĺž tejto pevnej dráhy, a to ako proti prúdu, tak aj po prúde, a rýchlosť prúdenia pozdĺž tejto dráhy sa vypočítava pomocou metódy tranzitného času.

Použiteľné scenáre: Zvyčajne sa používa v potrubiach s malým priemerom alebo v aplikáciách odčítania meračov v domácnostiach s požiadavkami na strednú presnosť merania. Pretože dráha akustických vĺn je jednoduchá, môže byť kompaktnejšia a ponúka väčšiu flexibilitu inštalácie.

2. Viaccestný ultrazvukový vodomer

Viaccestné ultrazvukové vodomery využívajú dva alebo viac párov prevodníkov (napr. dvojkanálový, trojkanálový alebo štvorkanálový) inštalovaných naprieč prierezom potrubia, čím sa vytvárajú viaceré dráhy akustických vĺn.

Štrukturálne vlastnosti: Štruktúra je relatívne zložitá, vyžaduje viac prevodníkov a sofistikovanejšie obvody na spracovanie signálu. Tieto dráhy akustických vĺn sú typicky distribuované pozdĺž rôznych smerov tetivy, aby sa maximalizovalo pokrytie alebo simulovalo distribúciu rýchlosti cez prierez prúdenia.

Základná technológia: Viaccestné vodomery využívajú numerickú integráciu alebo algoritmy váženého priemerovania na komplexný výpočet rýchlostí prúdenia pozdĺž viacerých dráh a určenie priemernej rýchlosti v celom priereze, čím sa dosahuje vyššia presnosť merania prietoku.

Použiteľné scenáre: Používa sa predovšetkým v sieťach zásobovania vodou s veľkým priemerom, pri prenose obchodu, vysoko presného priemyselného merania a v aplikáciách vyžadujúcich extrémne vysoké pomery odstavenia.

Presnosť merania a prispôsobivosť režimu prietoku

Štrukturálne rozdiely priamo určujú významnú medzeru v presnosti merania a prispôsobivosti prietokového režimu medzi týmito dvoma vodomermi.

1. Závislosť od distribúcie rýchlosti

Voda v potrubí netečie rovnomerne; namiesto toho vykazuje rýchlostný profil, typicky s vysokými rýchlosťami v strede a nízkymi rýchlosťami v blízkosti steny potrubia. Tento rýchlostný profil môže byť ovplyvnený interferenčnými faktormi, ako sú predradené ventily, kolená a čerpadlá, čo vedie k skreslenému prietoku.

Obmedzenia jednokanálových meračov: Jednokanálové merače merajú iba rýchlosť prúdenia v jednom bode alebo pozdĺž čiary v priereze. Predpokladajú, že skutočné rozloženie rýchlosti je v súlade s ideálnym rozdelením rýchlosti (ako je plne rozvinutý prietok) a používajú pevný korekčný faktor na premenu rýchlosti dráhy na priemernú rýchlosť. Akonáhle je skutočný priebeh prietoku skreslený, korekčný koeficient sa stáva neúčinným, čo vedie k prudkému poklesu presnosti merania. Toto je najväčšia prekážka presnosti jednokanálového systému.

Výhody viackanálových systémov: Zhromažďovaním viacerých vzoriek rýchlosti prúdenia na rôznych miestach môžu viackanálové systémy vo väčšej miere zachytiť skutočný tvar distribúcie rýchlosti prúdenia. Pomocou sofistikovaných algoritmov numerickej integrácie môžu viackanálové systémy efektívne kompenzovať a korigovať skreslené toky, čím sa výrazne znižujú chyby spôsobené poruchami vzoru toku. Preto je ich presnosť merania výrazne vyššia ako u jednokanálového systému. Výhoda stability viackanálových systémov je obzvlášť výrazná pri menej ako ideálnych podmienkach inštalácie (ako je nedostatočná rovná dĺžka potrubia).

2. Možnosť zníženia a nízkeho prietoku

Prevodový pomer meria schopnosť ultrazvukového vodomeru udržiavať presnosť v širokom rozsahu prietoku.

Vďaka svojej schopnosti spracovať slabé signály a presne zachytiť distribúciu rýchlosti prúdenia majú viackanálové systémy často vyšší pomer tlmenia. To znamená, že môžu udržiavať stabilné meranie pri extrémne nízkych prietokoch (napríklad v bode prietoku Q1), čo ich robí cennejšími na monitorovanie úniku.

Keď je prietok nízky, signál rozdielu rýchlosti na dráhe zvukových vĺn je slabý a distribúcia rýchlosti je ľahšie ovplyvnená teplotou, bublinami atď. Spodná hranica presnosti merania je vysoká a pomer dosahu je relatívne obmedzený.