Jak se vyhnout negativnímu vlivu vzduchových bublin na měření ultrazvukového vodoměru při instalaci

Ultrazvukové vodoměry měřit průtok na základě rozdílu v době šíření zvukové vlny v tekutině. Nabízejí vysokou přesnost měření a nepodléhají opotřebení, díky čemuž jsou široce používány v inteligentním vodním hospodářství a vypořádání obchodu. Vzduchové bubliny nebo dutiny v potrubních sítích však představují značné riziko pro stabilitu a přesnost měření ultrazvukových vodoměrů. Vzhledem k významnému rozdílu v akustické impedanci mezi plynem a kapalinou může přítomnost vzduchových bublin vážně narušovat šíření ultrazvukového signálu, což vede ke zkreslení měření. Proto je profesionální instalace a návrh systému klíčem k minimalizaci negativního dopadu vzduchových bublin.

Zásadní vliv vzduchových bublin na ultrazvukové signály

Principy činnosti ultrazvukových vodoměrů, ať už využívajících transit-time nebo Dopplerovu metodu, spoléhají na stabilní šíření ultrazvukových vln ve vodě.

Útlum a přerušení signálu: Vzduchové bubliny jsou silným tlumičem zvukových vln. Když se ultrazvukový paprsek šíří potrubím, narazí na vzduchové bubliny, což způsobí silný odraz a rozptyl, což má za následek prudký pokles síly přijímaného signálu nebo dokonce úplné přerušení, což je jev známý jako „ztráta pulzu“. To brání elektronickému převodníku v přesném měření rozdílu doby šíření mezi toky proti proudu a po proudu, což přímo vede k chybám měření.

Zkreslení rychlostního pole: Velké množství bublin může změnit fyzikální vlastnosti kapaliny v potrubí, což způsobí ucpání nebo vrstvené proudění, které vážně naruší profil rychlosti. Ultrazvukové vodoměry, zejména jednocestné, musí předpokládat, že potrubí je zcela zaplněno a průtok je rovnoměrný. Toto zkreslení v profilu rychlosti znehodnocuje vestavěný korekční faktor, což vede k systematickým chybám.

Nejistota měření: U měřičů doby přepravy náhodná povaha bublin vnáší další šum a nejistotu, projevující se jako velké kolísání okamžitých hodnot průtoku a potenciálně dokonce vytváří iluzi „zpětného toku“.

Výběr místa instalace: Základní strategie pro zamezení hromadění bublin

Nejúčinnějším způsobem, jak zabránit rušení bublin, je zabránit hromadění plynu v měřicí trubce u jejího zdroje. To vyžaduje přísné dodržování profesionálních instalačních specifikací pro mechaniku tekutin a ultrazvukové měření.

1. Upřednostněte potrubí s nízkou hladinou nebo potrubím směřujícím nahoru

V systému potrubní sítě mají bubliny tendenci se pohybovat nahoru kvůli vztlaku a hromadit se ve vysokých bodech v potrubí.

Vyhněte se instalaci ve vysokých bodech: Ultrazvukové vodoměry by nikdy neměly být instalovány v nejvyšším bodě potrubí. Vysoké body jsou místa, kde se s největší pravděpodobností tvoří vzduchové kapsy, kde se mohou bubliny zdržovat po delší dobu a vytvářejí dutinu, která překlenuje průřez potrubí a vážně ovlivňuje dávkování.

Doporučuje se plnoprůtokové potrubí směrem nahoru: Ideálním místem instalace je nízký bod nebo svisle nahoru směřující část potrubí. Ve svisle nahoru tekoucích úsecích voda protéká plnou trubkou, což umožňuje bublinám, aby byly rychle vytlačeny nahoru s proudem a méně pravděpodobně se hromadily v blízkosti snímače.

2. Požadavky na přímé vedení potrubí a konfiguraci usměrňovače

Zatímco přímé potrubí se primárně používá k zajištění rovnoměrného rozložení rychlosti proudění, má také pozitivní vliv na rozptylování bublin.

Dostatečné rovné délky potrubí: Před a za ultrazvukovým vodoměrem musí být dodrženy dostatečné přímé délky potrubí (obecně se doporučuje splnit požadavky „10D“ a „5D“, kde D představuje průměr potrubí). To pomáhá stabilizovat proudění a redukovat víry, které mohou způsobit, že bubliny budou extrahovány nebo nasávány do vody.

Upstream Flow Conditioner: U složitého uspořádání potrubí zvažte instalaci specializovaného toku kondicionéru před ultrazvukovým vodoměrem. Zatímco kondicionér proudění primárně eliminuje zkreslení rychlosti proudění, některé konstrukce mohou také pomoci rozbít velké bubliny, což způsobí, že projdou měřicí oblastí v menších, snáze unášených proudem vody.

Systémová podpora a opatření pro optimalizaci návrhu

Kromě výběru umístění jsou klíčové pro zajištění provozu ultrazvukového vodoměru bez bublin také návrh na úrovni systému a podpůrné vybavení.

1. Nainstalujte odvzdušňovací ventil

Spolehlivý automatický odvzdušňovací ventil musí být instalován ve vysokém místě potrubí před nebo v blízkosti ultrazvukového vodoměru.

Funkce: Odvzdušňovací ventil nepřetržitě a účinně odvádí volný vzduch z potrubní sítě. To platí zejména při plnění vodou, uzavírání a opětovném průtoku vody nebo kolísání tlaku. Velké množství zachyceného vzduchu lze rychle odstranit pouze odvzdušňovacím ventilem, čímž je zajištěno, že potrubí před průtokoměrem zůstane plné.

2. Postupy plnění a odvzdušňování

Při instalaci a uvádění ultrazvukových vodoměrů do provozu jsou klíčové přísné postupy plnění a odvzdušňování.

Pomalé plnění: Když je potrubní síť obnovena na přívod vody, voda se musí plnit pomalu, aby se zabránilo rychlému proudění vody, které by mohlo strhnout velké množství vzduchu, vytvořit vzduchové kapsy a zabránit vodním rázům.

Důkladné odvzdušnění: Před uvedením do provozu by mělo být potrubí zcela odvzdušněno otevřením odvzdušňovacího ventilu nebo ventilu na konci potrubí, dokud nebude odtok stabilní a bez bublin.

3. Rozdíly v použitelnosti mezi metodou Transit-Time a Dopplerovou metodou

Různé ultrazvukové technologie mají různou citlivost na bubliny.

Transit-Time: Tato metoda je extrémně citlivá na bubliny a jejím cílem je měřit čisté kapaliny. Jakékoli bubliny jsou považovány za šum nebo rušení a je třeba se jim striktně vyhnout pomocí výše uvedených metod.

Dopplerovské měření průtoku závisí na odraženém signálu od částic nebo bublinek v tekutině pro měření rychlosti proudění. Proto je pro jeho fungování nezbytné mírné množství bublin, ale nadměrné nebo nedostatečné koncentrace bublin mohou také způsobit chyby. V průmyslu měření vody se metoda doby přepravy běžně používá pro měření čisté vody kvůli její vysoké přesnosti.