Каковы различия в конструкции и точности измерений однолучевых и многолучевых ультразвуковых счетчиков воды?

В современном интеллектуальном управлении водными ресурсами, а также в промышленном измерении и контроле расхода ультразвуковые счетчики воды стали основным инструментом измерения из-за отсутствия в них механически движущихся частей, низкого перепада давления и высокой точности. Ультразвуковые счетчики воды в основном подразделяются на однолучевые и многолучевые, в зависимости от количества путей распространения акустических волн. Понимание основных различий между этими двумя конструкциями с точки зрения принципа, состава и точности измерения имеет решающее значение для выбора расходомера, наиболее подходящего для вашего применения.

Структурный расчет и схема прохождения акустических волн

1. Однолучевой ультразвуковой счетчик воды.

Как следует из названия, однолучевой ультразвуковой счетчик воды использует только одну пару преобразователей (т. е. один путь измерения акустических волн) по поперечному сечению потока.

Конструктивные особенности: Данная конструкция является самой простой и сравнительно недорогой. Два преобразователя обычно располагаются наклонно вдоль диаметра трубы или вдоль определенной длины хорды, образуя единый акустический луч. По этому фиксированному пути распространяются акустические волны как вверх, так и вниз по течению, а скорость потока на этом пути рассчитывается методом времени прохождения.

Применимые сценарии: Обычно используется в трубах малого диаметра или для снятия показаний счетчиков в жилых домах с умеренными требованиями к точности измерений. Поскольку путь акустической волны один, его можно сделать более компактным и обеспечить большую гибкость установки.

2. Многолучевой ультразвуковой счетчик воды.

Многолучевые ультразвуковые счетчики воды используют две или более пары преобразователей (например, двухканальные, трехканальные или четырехканальные), установленные поперек сечения трубы, создавая несколько путей акустических волн.

Структурные особенности: структура относительно сложна и требует большего количества преобразователей и более сложной схемы обработки сигналов. Эти траектории акустических волн обычно распределяются по разным хордальным направлениям, чтобы максимизировать охват или моделировать распределение скорости по поперечному сечению потока.

Основная технология: Многолучевые счетчики воды используют алгоритмы численного интегрирования или взвешенного усреднения для комплексного расчета скорости потока по нескольким путям и определения средней скорости по всему поперечному сечению, тем самым обеспечивая более точное измерение расхода.

Применимые сценарии: в основном используется в сетях водоснабжения большого диаметра, в торговых сетях, высокоточных промышленных измерениях и в приложениях, требующих чрезвычайно высокого динамического диапазона.

Точность измерения и адаптируемость режима потока

Конструктивные различия напрямую определяют существенный разрыв в точности измерений и адаптивности режима расхода между двумя счетчиками воды.

1. Зависимость от распределения скорости.

Вода в трубе течет неравномерно; вместо этого он демонстрирует профиль скорости, обычно с высокими скоростями в центре и низкими скоростями возле стенки трубы. На этот профиль скорости могут влиять факторы помех, такие как расположенные выше по потоку клапаны, колена и насосы, что приводит к искажению потока.

Ограничения одноканальных счетчиков: Одноканальные счетчики измеряют скорость потока только в одной точке или вдоль линии поперечного сечения. Они предполагают, что фактическое распределение скорости соответствует идеальному распределению скорости (например, при полностью развитом потоке), и используют фиксированный поправочный коэффициент для преобразования скорости по траектории в среднюю скорость. При искажении фактической картины течения поправочный коэффициент становится неэффективным, что приводит к резкому падению точности измерений. Это самое большое узкое место в одноканальной системе по точности.

Преимущества многоканальных систем: за счет сбора нескольких образцов скорости потока в разных местах многоканальные системы могут в большей степени уловить истинную форму распределения скорости потока. Используя сложные алгоритмы численного интегрирования, многоканальные системы могут эффективно компенсировать и корректировать искаженные потоки, значительно уменьшая ошибки, вызванные нарушениями структуры потока. Поэтому точность их измерения существенно выше, чем у одноканальной системы. Преимущество стабильности многоканальных систем особенно заметно при неидеальных условиях установки (например, при недостаточной длине прямого трубопровода).

2. Возможность измерения диапазона регулирования и низкого расхода

Коэффициент отклонения измеряет способность ультразвукового счетчика воды сохранять точность в широком диапазоне расхода.

Благодаря своей способности обрабатывать слабые сигналы и точно фиксировать распределение скорости потока, многоканальные системы часто имеют более высокий динамический диапазон. Это означает, что они могут поддерживать стабильные измерения при чрезвычайно низких расходах (например, в точке расхода Q1), что делает их более ценными для мониторинга утечек.

Когда скорость потока мала, сигнал разности скоростей на пути звуковой волны слабый, и на распределение скорости легче влияют температура, пузырьки и т. д. Нижний предел точности измерения высок, а соотношение диапазонов относительно ограничено.