Jak uniknąć negatywnego wpływu pęcherzyków powietrza na pomiar ultradźwiękowego wodomierza podczas montażu

Wodomierze ultradźwiękowe mierzyć natężenie przepływu na podstawie różnicy czasu propagacji fali dźwiękowej w płynie. Oferują wysoką dokładność pomiaru i są odporne na zużycie, dzięki czemu są szeroko stosowane w inteligentnej gospodarce wodnej i rozliczeniach handlowych. Jednakże pęcherzyki powietrza lub puste przestrzenie w sieciach rurociągów stwarzają znaczne ryzyko dla stabilności i dokładności pomiarów wodomierzy ultradźwiękowych. Ze względu na znaczną różnicę w impedancji akustycznej pomiędzy gazem i cieczą, obecność pęcherzyków powietrza może poważnie zakłócać propagację sygnału ultradźwiękowego, prowadząc do zniekształceń pomiaru. Dlatego kluczem do zminimalizowania negatywnego wpływu pęcherzyków powietrza jest profesjonalny montaż i projekt systemu.

Zasadniczy wpływ pęcherzyków powietrza na sygnały ultradźwiękowe

Zasada działania wodomierzy ultradźwiękowych, zarówno wykorzystujących metodę czasu przejścia, jak i metodę Dopplera, opiera się na stabilnym rozchodzeniu się fal ultradźwiękowych w wodzie.

Tłumienie i przerywanie sygnału: Pęcherzyki powietrza są silnym tłumikiem fal dźwiękowych. Kiedy wiązka ultradźwiękowa rozprzestrzenia się w rurze, napotyka pęcherzyki powietrza, powodując silne odbicie i rozproszenie, co skutkuje gwałtownym spadkiem siły odbieranego sygnału lub nawet jego całkowitym przerwaniem, co jest zjawiskiem znanym jako „utrata impulsu”. Uniemożliwia to przetwornikowi elektronicznemu dokładny pomiar różnicy czasu propagacji pomiędzy przepływem w górę i w dół, co bezpośrednio prowadzi do błędów pomiarowych.

Zniekształcenie pola prędkości: Duża liczba pęcherzyków może zmienić właściwości fizyczne płynu w rurze, tworząc przepływ uwarstwiony lub warstwowy, co poważnie zniekształca profil prędkości. Wodomierze ultradźwiękowe, zwłaszcza jednościeżkowe, muszą zakładać, że rura jest całkowicie wypełniona, a wzór przepływu jest jednolity. To zniekształcenie profilu prędkości unieważnia wbudowany współczynnik korekcyjny, prowadząc do błędów systematycznych.

Niepewność pomiaru: W przypadku liczników czasu przejścia losowy charakter pęcherzyków wprowadza dodatkowy szum i niepewność, objawiając się dużymi wahaniami chwilowych odczytów przepływu i potencjalnie nawet tworząc iluzję „przepływu wstecznego”.

Wybór miejsca instalacji: podstawowa strategia zapobiegania gromadzeniu się pęcherzyków powietrza

Najskuteczniejszym sposobem uniknięcia interferencji pęcherzyków jest zapobieganie gromadzeniu się gazu w rurze pomiarowej u jego źródła. Wymaga to ścisłego przestrzegania profesjonalnych specyfikacji instalacyjnych w zakresie mechaniki płynów i dozowania ultradźwiękowego.

1. Priorytetowo traktuj rury niskopoziomowe lub z przepływem do góry

W systemie sieci rurociągów pęcherzyki mają tendencję do przemieszczania się w górę na skutek wyporu i gromadzą się w najwyższych punktach rury.

Unikaj instalacji wysokopunktowej: Wodomierzy ultradźwiękowych nigdy nie należy instalować w najwyższym punkcie rurociągu. Wysokie punkty to miejsca, w których najprawdopodobniej tworzą się kieszenie powietrzne, w których pęcherzyki mogą utrzymywać się przez dłuższy czas, tworząc wnękę obejmującą przekrój poprzeczny rury i poważnie wpływającą na dozowanie.

Zalecana jest rura o pełnym przepływie skierowanym w górę: Idealnym miejscem montażu jest najniższy punkt lub odcinek rury skierowany pionowo w górę. Na odcinkach płynących pionowo do góry woda przepływa przez pełną rurę, co pozwala na szybkie przemieszczanie się pęcherzyków w górę wraz z prądem i mniejsze prawdopodobieństwo gromadzenia się w pobliżu przetwornika.

2. Wymagania dotyczące prostych odcinków rur i konfiguracja prostownika

Chociaż proste odcinki rur służą przede wszystkim do zapewnienia równomiernego rozkładu prędkości przepływu, mają one również pozytywny wpływ na rozpraszanie pęcherzyków.

Wystarczające długości prostych rur: Należy zachować wystarczające długości prostych rur przed i za wodomierza ultradźwiękowego (ogólnie zaleca się spełnienie wymagań „10D” i „5D”, gdzie D oznacza średnicę rury). Pomaga to ustabilizować wzór przepływu i zmniejszyć wiry, które mogą powodować wyciąganie pęcherzyków z wody lub wciąganie jej do wody.

Uzdatniacz przepływu przed wodomierza: W przypadku skomplikowanych układów rurociągów należy rozważyć zainstalowanie specjalistycznego uzdatniacza przepływu przed wodomierza ultradźwiękowego. Chociaż kondycjonery przepływu przede wszystkim eliminują zniekształcenia prędkości przepływu, niektóre konstrukcje mogą również pomóc w rozbijaniu dużych pęcherzyków, powodując ich przechodzenie przez obszar dozowania w mniejszych, łatwiejszych do przenoszenia przez przepływ wody.

Wsparcie systemu i środki optymalizacji projektu

Oprócz wyboru lokalizacji, kluczem do zapewnienia działania wodomierza ultradźwiękowego bez pęcherzyków powietrza jest również konstrukcja na poziomie systemu i wyposażenie pomocnicze.

1. Zainstaluj zawór odpowietrzający

W najwyższym punkcie rurociągu przed lub w pobliżu wodomierza ultradźwiękowego należy zainstalować niezawodny automatyczny zawór odpowietrzający.

Funkcja: Zawór odpowietrzający w sposób ciągły i skuteczny usuwa wolne powietrze z sieci rurociągów. Jest to szczególnie prawdziwe podczas napełniania wodą, odcinania i ponownego przepływu wody lub wahań ciśnienia. Duże ilości uwięzionego powietrza można szybko usunąć jedynie przez zawór odpowietrzający, zapewniając, że rurociąg przed przepływomierzem pozostanie pełny.

2. Procedury napełniania i odpowietrzania

Ścisłe procedury napełniania i odpowietrzania mają kluczowe znaczenie podczas instalacji i uruchamiania wodomierzy ultradźwiękowych.

Powolne napełnianie: Po przywróceniu zasilania sieci rurociągów wodą należy napełniać ją powoli, aby uniknąć szybkiego przepływu wody, który mógłby porywać duże ilości powietrza, tworząc kieszenie powietrzne i zapobiegając uderzeniom hydraulicznym.

Dokładne odpowietrzenie: Przed uruchomieniem rurę należy całkowicie odpowietrzyć, otwierając zawór odpowietrzający lub zawór na końcu rury, aż wypływ będzie stabilny i wolny od pęcherzyków.

3. Różnice w stosowalności metod czasu przejścia i metody Dopplera

Różne technologie ultradźwiękowe mają różną wrażliwość na pęcherzyki.

Czas tranzytu: Ta metoda jest niezwykle wrażliwa na pęcherzyki i ma na celu pomiar czystych cieczy. Wszelkie pęcherzyki są uważane za hałas lub zakłócenia i należy ich bezwzględnie unikać, stosując powyższe metody.

Pomiar przepływu Dopplera w celu pomiaru prędkości przepływu opiera się na sygnale odbitym od cząstek lub pęcherzyków w płynie. Dlatego do jego działania niezbędna jest umiarkowana ilość pęcherzyków, ale nadmierne lub niewystarczające stężenie pęcherzyków może również powodować błędy. W branży wodomierzy metoda czasu tranzytu jest powszechnie stosowana do pomiaru czystej wody ze względu na jej wysoką dokładność.