چگونه کنتورهای آب اولتراسونیک با تداخل ناشی از حباب های هوا یا پوسته پوسته شدن در لوله ها مقابله می کنند؟

کنتور آب اولتراسونیک با دقت بالا، دامنه وسیع و عملکرد بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، نقشی حیاتی در سیستم های هوشمند آب دارند. با این حال، محیط پیچیده شبکه های تامین آب، به ویژه وجود حباب های هوا و پوسته پوسته شدن در لوله ها، دو چالش اصلی را ارائه می دهد که بر پایداری تمام ابزار اندازه گیری غیر مکانیکی تأثیر می گذارد.

اصول و اقدامات متقابل برای تداخل حباب هوا

حباب های هوا مستقیم ترین و چشمگیرترین تاثیر را بر روی کنتورهای آب اولتراسونیک دارند. سرعت انتشار و ویژگی های میرایی امواج اولتراسونیک در آب و هوا به طور قابل توجهی متفاوت است. حتی مقدار کمی از حباب‌های هوا می‌تواند باعث پراکندگی شدید، تضعیف یا حتی قطع سیگنال صوتی شود که مستقیماً منجر به پرش‌های گذرا در داده‌های اندازه‌گیری یا قرائت‌های نادرست می‌شود.

1. الگوریتم های پردازش سیگنال و فن آوری های فیلتر

فناوری اصلی ضد حباب هوا در کنتورهای آب اولتراسونیک مدرن در الگوریتم های پردازش سیگنال قدرتمند آنها نهفته است:

نمونه برداری چند پالس/چند چرخه: متر به نتایج اندازه گیری یک سیگنال اولتراسونیک تکی ندارد. در عوض، چندین پالس را در یک چرخه اندازه گیری ارسال و دریافت می کند و تجزیه و تحلیل آماری بلادرنگ و میانگین وزنی این داده ها را انجام می دهد. هنگامی که یک گروه پالس به شدت توسط حباب ها مختل می شود و باعث اعوجاج یا وقفه سیگنال می شود، سیستم آن را به عنوان یک نقطه پرت شناسایی می کند و به طور خودکار آن را حذف می کند و از اعتبار و دقت محاسبه نرخ جریان نهایی اطمینان حاصل می کند.

نظارت بر قدرت سیگنال و نسبت سیگنال به نویز (SNR): دستگاه قدرت سیگنال اولتراسونیک دریافتی و SNR را در زمان واقعی نظارت می کند. هنگامی که حباب های بیش از حد باعث می شود که قدرت سیگنال به شدت به زیر آستانه از پیش تعیین شده کاهش یابد، دستگاه یک هشدار خطا صادر می کند و حتی ممکن است برای جلوگیری از خروجی داده اشتباه وارد حالت کم مصرف یا هشدار لوله خالی شود.

فیلتر دیجیتال: روش‌های پیشرفته فیلتر دیجیتال، مانند فیلتر کالمن، برای صاف کردن داده‌های جریان آنی استفاده می‌شود، به طور موثری نوسانات جریان و نوسانات ناشی از حباب‌های گاه به گاه را فیلتر می‌کند و در نتیجه پایداری داده‌ها را بهبود می‌بخشد.

2. بهینه سازی ساختار کانال جریان

از دیدگاه طراحی فیزیکی، سازندگان با بهینه سازی ساختار کانال جریان داخلی کنتورهای آب، احتباس حباب را کاهش می دهند:

طراحی مستقیم: بیشتر کنتورهای آب اولتراسونیک از طراحی لوله مستقیم استفاده می‌کنند که موانع و گوشه‌ها را در مسیر سیال کاهش می‌دهد، جریان آب صاف را تضمین می‌کند و از گرداب‌ها جلوگیری می‌کند و در نتیجه تجمع حباب در ناحیه اندازه‌گیری را کاهش می‌دهد.

چیدمان مبدل عمودی یا زاویه ای: در مقایسه با آرایش افقی، نصب مبدل در یک زاویه (مانند زاویه 45 درجه) یا به صورت عمودی به پرتو صوت کمک می کند تا از جریان اصلی عبور کند و احتمال مسدود شدن حباب های مسیر صدا را کاهش می دهد.

مکانیسم تداخل مقیاس و راه حل

جرم گیری به تشکیل لایه سختی از رسوبات بر روی دیواره لوله ها اطلاق می شود که توسط مواد معدنی مانند کلسیم و منیزیم در آب ایجاد می شود. برای کنتورهای آب اولتراسونیک، تداخل در مقیاس در درجه اول به دو صورت ظاهر می شود:

کاهش طول مسیر انتشار صدا: مقیاس به دیواره‌های لوله و سطح داخلی مبدل می‌چسبد و قطر کانال جریان را باریک می‌کند. این به نوبه خود فاصله انتشار واقعی موج اولتراسونیک را تغییر می دهد و منجر به انحرافات سیستماتیک در نتایج اندازه گیری می شود.

انرژی امواج صوتی تضعیف کننده: مقیاس، یک محیط شل یا متخلخل، انرژی مافوق صوت را جذب و پراکنده می کند و قدرت سیگنال دریافتی را کاهش می دهد.

1. انتخاب مواد مبدل و کانال جریان

سازندگان حرفه ای موادی را با مقاومت در برابر خوردگی بالا و خواص چسبندگی کم برای مقابله با تشکیل رسوب انتخاب می کنند:

مواد کامپوزیتی با کارایی بالا: لوله اندازه گیری از پلاستیک های مهندسی تخصصی یا فولاد ضد زنگ ساخته شده است که سطوح صاف و انرژی سطحی پایینی دارند و باعث می شود آنها کمتر در معرض چسبندگی مقیاس قرار گیرند.

درمان تخصصی سطح مبدل: غیرفعال شدن یا اعمال یک پوشش ضد رسوب ویژه به سطح تماس با آب مبدل به طور موثری از رسوب رسوب در نقاط اندازه گیری بحرانی جلوگیری می کند.

2. خود تشخیصی و فناوری اصلاح

برای رسیدگی به انحرافات اندازه گیری ناشی از تجمع طولانی مدت مقیاس، کنتورهای آب اولتراسونیک دارای قابلیت های خود تشخیصی و خود اصلاحی پیشرفته هستند:

نظارت بر سرعت صوت: این متر به طور مداوم بر سرعت صدای جریان آب نظارت می کند. تجمع مقیاس سرعت صوت آب را به طور قابل توجهی تغییر نمی دهد، اما خط پایه زمانی انتشار امواج صوتی را تغییر می دهد. با مقایسه سرعت صوت پایه تنظیم شده در کارخانه با زمان انتشار موثر فعلی، سیستم میزان تغییرات مسیر جریان را تخمین می‌زند.

مدل جبران و کالیبراسیون: برخی از مدل‌های پیشرفته شامل یک مدل جبران داخلی هستند که به طور خودکار خوانش‌های جریان را بر اساس تضعیف سیگنال مبدل و تغییرات زمان انتشار به منظور جبران خطاهای ناشی از تجمع مقیاس جزئی تنظیم می‌کند.

هشدار غیرعادی: هنگامی که تجمع رسوب یا خوردگی آنقدر شدید می شود که کیفیت سیگنال را تحت تأثیر قرار می دهد و نسبت سیگنال به نویز به کاهش می یابد تا جایی که جبران موثر دیگر امکان پذیر نیست، متر هشدار تعمیر و نگهداری را از طریق ماژول ارتباط از راه دور به پلت فرم مدیریت ارسال می کند، که نشان می دهد تمیز کردن فیزیکی یا جایگزینی مجدد نیاز به دلار دارد.