Как ультразвуковые счетчики воды справляются с помехами от пузырьков воздуха или накипи в трубах

Ультразвуковые счетчики воды , благодаря своей высокой точности, широкому диапазону и работе, не требующей обслуживания, играют жизненно важную роль в интеллектуальных системах водоснабжения. Однако сложная среда сетей водоснабжения, в частности наличие пузырьков воздуха и накипи внутри труб, создает две основные проблемы, которые влияют на стабильность всех немеханических приборов учета.

Принципы и меры противодействия помехам в виде воздушных пузырей

Пузырьки воздуха оказывают самое прямое и сильное воздействие на ультразвуковые счетчики воды. Скорость распространения и характеристики затухания ультразвуковых волн в воде и воздухе существенно различаются. Даже небольшое количество пузырьков воздуха может вызвать сильное рассеяние, затухание или даже прерывание акустического сигнала, что непосредственно приводит к временным скачкам в данных измерений или неточным показаниям.

1. Алгоритмы обработки сигналов и технологии фильтрации.

Основная технология защиты от пузырьков воздуха в современных ультразвуковых счетчиках воды заключается в их мощных алгоритмах обработки сигналов:

Многоимпульсная/многоцикловая выборка: счетчик не полагается на результаты измерения одного ультразвукового сигнала. Вместо этого он отправляет и получает несколько импульсов в течение цикла измерения и выполняет статистический анализ в реальном времени и взвешенное усреднение этих данных. Когда группа импульсов сильно нарушается пузырьками, что приводит к искажению или прерыванию сигнала, система идентифицирует ее как выброс и автоматически удаляет, обеспечивая достоверность и точность окончательного расчета расхода.

Мониторинг мощности сигнала и отношения сигнал/шум (SNR): Прибор контролирует мощность принимаемого ультразвукового сигнала и SNR в режиме реального времени. Когда чрезмерные пузырьки приводят к резкому падению уровня сигнала ниже заданного порога, прибор выдает предупреждение о неисправности и может даже перейти в режим пониженного энергопотребления или подать сигнал тревоги «Пустой трубопровод», чтобы предотвратить ошибочный вывод данных.

Цифровая фильтрация: передовые методы цифровой фильтрации, такие как фильтрация Калмана, используются для сглаживания мгновенных данных о расходе, эффективной фильтрации колебаний расхода и пиков, вызванных случайными пузырьками, тем самым улучшая стабильность данных.

2. Оптимизация структуры канала потока.

С точки зрения физического дизайна производители уменьшают задержку пузырьков за счет оптимизации структуры внутренних каналов расхода счетчиков воды:

Прямоточная конструкция: в большинстве ультразвуковых счетчиков воды используется конструкция прямоточной трубы, которая уменьшает количество препятствий и углов на пути жидкости, обеспечивая плавный поток воды и предотвращая образование вихрей, тем самым уменьшая скопление пузырьков в зоне измерения.

Вертикальное или угловое расположение преобразователя: по сравнению с горизонтальным расположением, установка преобразователя под углом (например, под углом 45°) или вертикально помогает звуковому лучу проходить через основной поток, уменьшая вероятность того, что пузырьки заблокируют путь звука.

Механизм интерференции масштабирования и решение

Накипь – это образование твердого слоя отложений на стенках труб, вызванное содержанием в воде таких минералов, как кальций и магний. Для ультразвуковых счетчиков воды помехи от шкалы в первую очередь проявляются двояко:

Уменьшение длины пути распространения звука: Накипь прилипает к стенкам трубы и внутренней поверхности преобразователя, сужая диаметр канала потока. Это, в свою очередь, изменяет фактическое расстояние распространения ультразвуковой волны, приводя к систематическим отклонениям в результатах измерений.

Ослабление энергии звуковых волн: накипь, рыхлая или пористая среда, поглощает и рассеивает ультразвуковую энергию, уменьшая мощность принимаемого сигнала.

1. Выбор материала преобразователя и канала потока.

Для борьбы с образованием накипи профессиональные производители выбирают материалы с высокой коррозионной стойкостью и низкими адгезионными свойствами:

Высокоэффективные композитные материалы: измерительная трубка изготовлена ​​из специального конструкционного пластика или нержавеющей стали, которые имеют гладкую поверхность и низкую поверхностную энергию, что делает их менее восприимчивыми к прилипанию окалины.

Специализированная обработка поверхности преобразователя: пассивация или нанесение специального противообрастающего покрытия на контактирующую с водой поверхность преобразователя эффективно предотвращает отложение накипи в критических точках измерения.

2. Технология самодиагностики и коррекции.

Для устранения отклонений измерений, вызванных долговременным накоплением накипи, ультразвуковые счетчики воды оснащены расширенными возможностями самодиагностики и самокоррекции:

Мониторинг скорости звука: счетчик постоянно контролирует скорость звука в потоке воды. Накопление накипи существенно не меняет скорость звука в воде, но изменяет временную основу распространения звуковых волн. Сравнивая базовую скорость звука, установленную на заводе, с текущим эффективным временем распространения, система оценивает степень изменения пути потока.

Модель компенсации и калибровки. Некоторые модели высокого класса включают встроенную модель компенсации, которая автоматически настраивает показания расхода на основе затухания сигнала датчика и изменений времени распространения с учетом ошибок смещения, вызванных незначительным накипением.

Оповещение о нештатной ситуации: когда накопление накипи или коррозия становятся настолько серьезными, что это влияет на качество сигнала, а соотношение сигнал/шум продолжает ухудшаться до такой степени, что эффективная компенсация больше невозможна, счетчик отправляет предупреждение о техническом обслуживании на платформу управления через модуль удаленной связи, указывая, что требуется физическая очистка или замена, обеспечивая долгосрочную надежность измерения.