Hogyan birkóznak meg az ultrahangos vízmérők a légbuborékok okozta interferenciával vagy a csövekben lévő vízkővel?

Ultrahangos vízmérők , nagy pontosságukkal, széles tartományukkal és karbantartásmentes teljesítményükkel létfontosságú szerepet játszanak az intelligens vízrendszerekben. A vízellátó hálózatok összetett környezete, különösen a légbuborékok jelenléte és a csöveken belüli lerakódás azonban két olyan alapvető kihívást jelent, amelyek hatással vannak az összes nem mechanikus mérőműszer stabilitására.

A légbuborékok által okozott interferencia alapelvei és ellenintézkedései

A légbuborékoknak van a legközvetlenebb és legdrámaibb hatása az ultrahangos vízmérőkre. Az ultrahanghullámok terjedési sebessége és csillapítási jellemzői vízben és levegőben jelentősen eltérnek egymástól. Már kis mennyiségű légbuborék is súlyos szóródást, csillapítást vagy akár megszakítást okozhat az akusztikus jelben, ami közvetlenül a mérési adatok átmeneti ugrását vagy pontatlan leolvasást eredményezhet.

1. Jelfeldolgozási algoritmusok és szűrési technológiák

A modern ultrahangos vízmérők légbuborékellenes technológiája a hatékony jelfeldolgozó algoritmusokban rejlik:

Többimpulzusos/többciklusú mintavétel: A mérőműszer nem támaszkodik egyetlen ultrahangjel mérési eredményeire. Ehelyett több impulzust küld és fogad egy mérési cikluson belül, és valós idejű statisztikai elemzést és súlyozott átlagolást végez ezeken az adatokon. Ha egy impulzuscsoportot erősen megzavarnak buborékok, amelyek jeltorzulást vagy megszakadást okoznak, a rendszer kiugró értékként azonosítja azt, és automatikusan eltávolítja, így biztosítva a végső áramlási sebesség számításának érvényességét és pontosságát.

A jelerősség és a jel-zaj arány (SNR) monitorozása: A műszer valós időben figyeli a vett ultrahang jelerősséget és SNR-t. Ha a túlzott buborékok miatt a jelerősség meredeken egy előre beállított küszöb alá esik, a műszer hibajelzést ad, és akár alacsony energiafogyasztású módba vagy Üres csőriasztásba is léphet, hogy megakadályozza a hibás adatkimenetet.

Digitális szűrés: A fejlett digitális szűrési módszerek, mint például a Kalman-szűrés, a pillanatnyi áramlási adatok simítására szolgálnak, hatékonyan kiszűrve az alkalmi buborékok okozta áramlási ingadozásokat és kiugrásokat, ezáltal javítva az adatstabilitást.

2. Az áramlási csatorna szerkezetének optimalizálása

Fizikai tervezési szempontból a gyártók csökkentik a buborékok visszatartását a vízmérők belső áramlási csatorna szerkezetének optimalizálásával:

Egyenes áteresztő kialakítás: A legtöbb ultrahangos vízmérő egyenes csőkonstrukciót használ, amely csökkenti az akadályokat és a sarkokat a folyadék útjában, biztosítva a víz egyenletes áramlását és megakadályozva az örvénylések kialakulását, ezáltal csökkentve a buborékok felhalmozódását a mérési területen.

Függőleges vagy szögletes jelátalakító elrendezés: A vízszintes elrendezéshez képest a jelátalakító szögben (például 45°-os szögben) vagy függőlegesen történő felszerelése elősegíti, hogy a hangsugár áthaladjon a fő áramláson, csökkentve annak valószínűségét, hogy buborékok blokkolják a hangutat.

Méretezési interferencia mechanizmus és megoldás

A lerakódás a vízben lévő ásványi anyagok, például kalcium és magnézium által okozott kemény lerakódásokra utal a csövek falán. Az ultrahangos vízmérőknél a vízkő interferencia elsősorban kétféleképpen nyilvánul meg:

A hangterjedési út hosszának csökkentése: A vízkő megtapad a csőfalakon és a transzducer belső felületén, szűkítve az áramlási csatorna átmérőjét. Ez viszont megváltoztatja az ultrahanghullám tényleges terjedési távolságát, ami szisztematikus eltérésekhez vezet a mérési eredményekben.

Csillapító hanghullámenergia: A vízkő, laza vagy porózus közeg, elnyeli és szórja az ultrahangenergiát, csökkentve a vett jel erősségét.

1. A jelátalakító és az áramlási csatorna anyagának kiválasztása

A professzionális gyártók nagy korrózióállóságú és alacsony tapadási tulajdonságú anyagokat választanak ki a vízkőképződés leküzdésére:

Nagy teljesítményű kompozit anyagok: A mérőcső speciális műszaki műanyagokból vagy rozsdamentes acélból készül, amelyek sima felülettel és alacsony felületi energiával rendelkeznek, így kevésbé érzékenyek a vízkő tapadásra.

Speciális jelátalakító felületkezelés: A jelátalakító vízzel érintkező felületének passziválása vagy speciális lerakódásgátló bevonat alkalmazása hatékonyan gátolja a vízkő lerakódását a kritikus mérési pontokon.

2. Öndiagnosztikai és korrekciós technológia

A hosszú távú vízkő-felhalmozódás okozta mérési eltérések kezelésére az ultrahangos vízmérők fejlett öndiagnosztikai és önkorrekciós képességekkel rendelkeznek:

Hangsebesség-felügyelet: A mérő folyamatosan figyeli a víz áramlásának hangsebességét. A vízkő felhalmozódása nem változtatja meg jelentősen a víz hangsebességét, de megváltoztatja a hanghullámok terjedésének időbeli alapvonalát. A gyárilag beállított alaphangsebesség és az aktuális effektív terjedési idő összehasonlításával a rendszer megbecsüli az áramlási útvonal változásának mértékét.

Kompenzációs és kalibrációs modell: Egyes csúcskategóriás modellek beépített kompenzációs modellt tartalmaznak, amely automatikusan finomhangolja az áramlási értékeket a jelátalakító jelcsillapítása és a terjedési idő változásai alapján, hogy kiegyenlítse a kisebb léptékképződés okozta hibákat.

Rendellenes riasztás: Ha a vízkő felhalmozódása vagy korróziója olyan súlyossá válik, hogy az befolyásolja a jel minőségét, és a jel-zaj arány tovább romlik addig a pontig, ahol a hatékony kompenzáció már nem lehetséges, a mérő karbantartási figyelmeztetést küld a felügyeleti platformnak a távoli kommunikációs modulon keresztül, jelezve, hogy fizikai tisztításra vagy cserére van szükség, biztosítva ezzel a hosszú távú mérési megbízhatóságot.