Jaké jsou rozdíly ve struktuře a přesnosti měření mezi jednocestnými a vícecestnými ultrazvukovými vodoměry

V moderním inteligentním vodním hospodářství a průmyslovém měření a řízení průtoku se ultrazvukové vodoměry staly hlavním měřicím nástrojem kvůli nedostatku mechanicky pohyblivých částí, nízké tlakové ztrátě a vysoké přesnosti. Ultrazvukové vodoměry jsou primárně kategorizovány do jednocestných a vícecestných provedení v závislosti na počtu akustických vlnových drah. Pochopení základních rozdílů mezi těmito dvěma strukturami, pokud jde o princip, složení a přesnost měření, je zásadní pro výběr průtokoměru, který se nejlépe hodí pro vaši aplikaci.

Konstrukční návrh a rozložení dráhy akustických vln

1. Jednocestný ultrazvukový vodoměr

Jak název napovídá, jednocestný ultrazvukový vodoměr využívá pouze jeden pár převodníků (tj. jednu dráhu měření akustické vlny) napříč průtokovým průřezem.

Konstrukční vlastnosti: Tento design je nejjednodušší a relativně levný. Dva měniče jsou typicky umístěny šikmo podél průměru trubky nebo podél určité délky tětivy a tvoří jeden akustický paprsek. Akustické vlny se šíří po této pevné dráze, jak proti proudu, tak po proudu, a rychlost proudění po této dráze se vypočítává pomocí metody tranzitního času.

Použitelné scénáře: Obvykle se používá v potrubí s malým průměrem nebo pro aplikace odečtu měřičů v domácnostech s požadavky na střední přesnost měření. Vzhledem k tomu, že dráha akustické vlny je jednoduchá, může být kompaktnější a nabízí větší flexibilitu instalace.

2. Vícecestný ultrazvukový vodoměr

Vícecestné ultrazvukové vodoměry využívají dva nebo více párů převodníků (např. dvoukanálový, tříkanálový nebo čtyřkanálový) instalovaných napříč průřezem potrubí, čímž se vytváří vícenásobné dráhy akustických vln.

Strukturální vlastnosti: Struktura je poměrně složitá, vyžaduje více převodníků a sofistikovanější obvody pro zpracování signálu. Tyto dráhy akustických vln jsou typicky distribuovány podél různých směrů tětivy, aby se maximalizovalo pokrytí nebo simulovalo rozložení rychlosti napříč průřezem proudění.

Základní technologie: Vícecestné vodoměry využívají numerickou integraci nebo algoritmy váženého průměrování ke komplexnímu výpočtu rychlostí proudění podél více cest a určují průměrnou rychlost v celém průřezu, čímž se dosahuje vyšší přesnosti měření průtoku.

Použitelné scénáře: Primárně se používá v sítích zásobování vodou s velkým průměrem, převodech obchodu, vysoce přesném průmyslovém měření a aplikacích vyžadujících extrémně vysoké poměry ztlumení.

Přesnost měření a přizpůsobivost režimu průtoku

Strukturální rozdíly přímo určují významnou mezeru v přesnosti měření a přizpůsobivosti průtokového režimu mezi dvěma vodoměry.

1. Závislost na rozložení rychlosti

Voda v potrubí neproudí rovnoměrně; místo toho vykazuje rychlostní profil, typicky s vysokými rychlostmi ve středu a nízkými rychlostmi v blízkosti stěny trubky. Tento rychlostní profil může být ovlivněn rušivými faktory, jako jsou předřazené ventily, kolena a čerpadla, což má za následek zkreslený průtok.

Omezení jednokanálových měřidel: Jednokanálové měřiče měří pouze rychlost proudění v jednom bodě nebo podél čáry v průřezu. Předpokládají, že skutečná distribuce rychlosti je konzistentní s ideální distribucí rychlosti (jako je plně rozvinuté proudění) a používají pevný korekční faktor k převodu rychlosti dráhy na průměrnou rychlost. Jakmile je skutečný průběh průtoku zkreslený, korekční koeficient se stává neúčinným, což vede k prudkému poklesu přesnosti měření. Toto je největší překážka přesnosti jednokanálového systému.

Výhody vícekanálových systémů: Sběrem více vzorků rychlosti proudění na různých místech mohou vícekanálové systémy ve větší míře zachytit skutečný tvar distribuce rychlosti proudění. Pomocí sofistikovaných algoritmů numerické integrace mohou vícekanálové systémy účinně kompenzovat a korigovat zkreslené toky, což výrazně snižuje chyby způsobené poruchami vzoru toku. Proto je jejich přesnost měření výrazně vyšší než u jednokanálového systému. Výhoda stability vícekanálových systémů je zvláště výrazná za méně než ideálních instalačních podmínek (jako je nedostatečná rovná délka potrubí).

2. Možnost ztlumení a měření nízkého průtoku

Převodový poměr měří schopnost ultrazvukového vodoměru udržovat přesnost v širokém rozsahu průtoku.

Díky své schopnosti zpracovat slabé signály a přesně zachytit distribuci rychlosti proudění mají vícekanálové systémy často vyšší poměr ztlumení. To znamená, že mohou udržovat stabilní měření při extrémně nízkých průtokech (například v bodě průtoku Q1), což je činí cennějšími pro monitorování úniků.

Když je průtok nízký, signál rozdílu rychlostí na dráze zvukové vlny je slabý a rozložení rychlosti je snadněji ovlivněno teplotou, bublinami atd. Spodní mez přesnosti měření je vysoká a poměr dosahu je relativně omezený.