Jakie są różnice w budowie i dokładności pomiaru pomiędzy wodomierzami ultradźwiękowymi jedno i wielodrogowymi

W nowoczesnym inteligentnym zarządzaniu wodą oraz w pomiarach i kontroli przepływu w przemyśle wodomierze ultradźwiękowe stały się głównym narzędziem pomiarowym ze względu na brak części ruchomych mechanicznie, niski spadek ciśnienia i wysoką dokładność. Wodomierze ultradźwiękowe dzielą się przede wszystkim na konstrukcje jednościeżkowe i wielościeżkowe, w zależności od liczby ścieżek fal akustycznych. Zrozumienie podstawowych różnic między tymi dwiema konstrukcjami pod względem zasady, składu i dokładności pomiaru ma kluczowe znaczenie przy wyborze przepływomierza najlepiej dostosowanego do danego zastosowania.

Projekt konstrukcyjny i układ ścieżki fali akustycznej

1. Jednościeżkowy ultradźwiękowy wodomierz

Jak sama nazwa wskazuje, jednościeżkowy wodomierz ultradźwiękowy wykorzystuje tylko jedną parę przetworników (tj. jedną ścieżkę pomiaru fali akustycznej) w przekroju przepływu.

Cechy konstrukcyjne: Ten projekt jest najprostszy i stosunkowo tani. Dwa przetworniki są zazwyczaj umieszczone ukośnie wzdłuż średnicy rury lub wzdłuż określonej długości cięciwy, tworząc pojedynczą wiązkę akustyczną. Fale akustyczne rozchodzą się tą stałą ścieżką, zarówno w górę, jak i w dół, a prędkość przepływu wzdłuż tej ścieżki oblicza się metodą czasu przejścia.

Obowiązujące scenariusze: Zwykle stosowane w rurach o małej średnicy lub w zastosowaniach związanych z odczytem liczników w budynkach mieszkalnych, gdzie wymagane są umiarkowane wymagania dotyczące dokładności pomiaru. Ponieważ ścieżka fali akustycznej jest pojedyncza, można ją uczynić bardziej zwartą i zapewnić większą elastyczność instalacji.

2. Wielościeżkowy ultradźwiękowy wodomierz

Wielościeżkowe wodomierze ultradźwiękowe wykorzystują dwie lub więcej par przetworników (np. dwukanałowych, trzykanałowych lub czterokanałowych) zainstalowanych w poprzek przekroju rury, tworząc wiele ścieżek fali akustycznej.

Cechy konstrukcyjne: Struktura jest stosunkowo złożona i wymaga większej liczby przetworników i bardziej wyrafinowanych obwodów przetwarzania sygnału. Te ścieżki fal akustycznych są zazwyczaj rozmieszczone wzdłuż różnych kierunków cięciw, aby zmaksymalizować pokrycie lub symulować rozkład prędkości w przekroju przepływu.

Technologia podstawowa: Wodomierze wielodrogowe wykorzystują algorytmy integracji numerycznej lub uśredniania ważonego do kompleksowego obliczania prędkości przepływu na wielu ścieżkach i określania średniej prędkości w całym przekroju poprzecznym, zapewniając w ten sposób większą precyzję pomiaru przepływu.

Obowiązujące scenariusze: Stosowane głównie w sieciach wodociągowych o dużej średnicy, transporcie handlowym, precyzyjnych pomiarach przemysłowych i zastosowaniach wymagających wyjątkowo wysokich współczynników regulacji.

Dokładność pomiaru i możliwość dostosowania reżimu przepływu

Różnice konstrukcyjne bezpośrednio determinują znaczną różnicę w dokładności pomiaru i możliwości dostosowania reżimu przepływu pomiędzy dwoma wodomierzami.

1. Zależność od rozkładu prędkości

Woda w rurze nie przepływa równomiernie; zamiast tego wykazuje profil prędkości, zazwyczaj z dużymi prędkościami w środku i niskimi prędkościami w pobliżu ścianki rury. Na ten profil prędkości mogą mieć wpływ czynniki zakłócające, takie jak zawory przed zaworem, kolanka i pompy, co powoduje zniekształcenie przepływu.

Ograniczenia mierników jednokanałowych: Mierniki jednokanałowe mierzą prędkość przepływu tylko w jednym punkcie lub wzdłuż linii w przekroju poprzecznym. Zakładają, że rzeczywisty rozkład prędkości jest spójny z idealnym rozkładem prędkości (takim jak w pełni rozwinięty przepływ) i wykorzystują stały współczynnik korekcyjny do przeliczenia prędkości po torze na prędkość średnią. Gdy rzeczywisty wzór przepływu zostanie zniekształcony, współczynnik korekcyjny staje się nieskuteczny, co prowadzi do gwałtownego spadku dokładności pomiaru. Jest to największe wąskie gardło w zakresie dokładności systemu jednokanałowego.

Zalety systemów wielokanałowych: Gromadząc wiele próbek prędkości przepływu w różnych lokalizacjach, systemy wielokanałowe mogą w większym stopniu uchwycić prawdziwy kształt rozkładu prędkości przepływu. Wykorzystując wyrafinowane algorytmy integracji numerycznej, systemy wielokanałowe mogą skutecznie kompensować i korygować zniekształcone przepływy, znacznie redukując błędy spowodowane zakłóceniami wzorca przepływu. Dlatego ich dokładność pomiaru jest znacznie wyższa niż w przypadku systemu jednokanałowego. Zaleta stabilności systemów wielokanałowych jest szczególnie wyraźna w odbiegających od idealnych warunkach montażu (takich jak niewystarczająca długość prostej rury).

2. Możliwość pomiaru zakresu i niskiego przepływu

Współczynnik zakresu mierzy zdolność wodomierza ultradźwiękowego do utrzymania dokładności w szerokim zakresie przepływu.

Ze względu na zdolność przetwarzania słabych sygnałów i dokładnego rejestrowania rozkładu prędkości przepływu, systemy wielokanałowe często charakteryzują się wyższym współczynnikiem ograniczania. Oznacza to, że mogą utrzymać stabilny pomiar przy wyjątkowo niskich przepływach (np. w punkcie przepływu Q1), co czyni je bardziej przydatnymi do monitorowania wycieków.

Gdy natężenie przepływu jest niskie, sygnał różnicy prędkości na ścieżce fali dźwiękowej jest słaby, a na rozkład prędkości łatwiej wpływa temperatura, pęcherzyki itp. Dolna granica dokładności pomiaru jest wysoka, a współczynnik zakresu stosunkowo ograniczony.