Mi a különbség az egyutas és a többutas ultrahangos vízmérők szerkezetében és mérési pontosságában?

A modern intelligens vízgazdálkodásban és ipari áramlásmérésben és -szabályozásban az ultrahangos vízmérők a mechanikusan mozgó alkatrészek hiánya, az alacsony nyomásesés és a nagy pontosság miatt a fő mérőeszközzé váltak. Ultrahangos vízmérők Az akusztikus hullámutak számától függően elsősorban egyutas és többutas kialakításokba sorolhatók. A két struktúra közötti alapvető különbségek megértése az elvi, az összetétel és a mérési pontosság tekintetében kulcsfontosságú az alkalmazásához legmegfelelőbb áramlásmérő kiválasztásához.

Szerkezeti tervezés és akusztikus hullámpálya elrendezés

1. Egyutas ultrahangos vízmérő

Ahogy a neve is sugallja, egy egyutas ultrahangos vízmérő csak egy jelátalakító párt (azaz egy akusztikus hullám mérési útvonalat) használ az áramlási keresztmetszetben.

Szerkezeti jellemzők: Ez a kialakítás a legegyszerűbb és viszonylag alacsony költségű. Két jelátalakító jellemzően ferdén van elhelyezve a csőátmérő mentén vagy egy meghatározott húrhossz mentén, egyetlen akusztikus sugarat alkotva. Az akusztikus hullámok ezen a rögzített útvonalon terjednek, felfelé és lefelé is, és az ezen az úton haladó áramlási sebességet a tranzitidő módszerrel számítják ki.

Alkalmazható forgatókönyvek: Jellemzően kis átmérőjű csövekben vagy lakossági mérőleolvasási alkalmazásokban használatos mérsékelt mérési pontossági követelményekkel. Mivel az akusztikus hullámpálya egyetlen, kompaktabbá tehető, és nagyobb rugalmasságot biztosít a telepítéshez.

2. Többutas ultrahangos vízmérő

A többutas ultrahangos vízmérők két vagy több jelátalakítópárt (pl. kétcsatornás, háromcsatornás vagy négycsatornás) használnak, amelyek a cső keresztmetszetében vannak elhelyezve, és több akusztikus hullámutat hoznak létre.

Szerkezeti jellemzők: A szerkezet viszonylag összetett, több jelátalakítót és kifinomultabb jelfeldolgozó áramkört igényel. Ezek az akusztikus hullámpályák általában különböző húrirányok mentén vannak elosztva, hogy maximalizálják a lefedettséget vagy szimulálják a sebességeloszlást az áramlási keresztmetszetben.

Alapvető technológia: A többutas vízmérők numerikus integrációt vagy súlyozott átlagoló algoritmusokat használnak az áramlási sebességek átfogó kiszámításához több útvonal mentén, és meghatározzák az átlagos sebességet a teljes keresztmetszetben, ezáltal nagyobb pontosságú áramlásmérés érhető el.

Alkalmazható forgatókönyvek: Elsősorban nagy átmérőjű vízellátó hálózatokban, kereskedelmi transzfereknél, nagy pontosságú ipari méréseknél és rendkívül magas lekapcsolási arányt igénylő alkalmazásokban használják.

A mérési pontosság és az áramlási rendszer adaptálhatósága

A szerkezeti különbségek közvetlenül meghatározzák a mérési pontosság és az áramlási rendszer alkalmazkodóképességének jelentős eltérését a két vízmérő között.

1. Függőség a sebességeloszlástól

A csőben lévő víz nem egyenletesen folyik; ehelyett sebességprofilt mutat, jellemzően nagy sebességgel a középpontban, és alacsony sebességgel a csőfal közelében. Ezt a sebességprofilt befolyásolhatják olyan interferenciatényezők, mint a felfelé irányuló szelepek, könyökök és szivattyúk, ami torz áramlást eredményez.

Az egycsatornás mérőeszközök korlátai: Az egycsatornás mérők csak egyetlen pontban vagy egy keresztmetszetben egy vonal mentén mérik az áramlási sebességet. Feltételezik, hogy a tényleges sebességeloszlás összhangban van egy ideális sebességeloszlással (például teljesen kifejlődött áramlással), és rögzített korrekciós tényezőt használnak az útsebesség átlagos sebességre konvertálásához. Ha a tényleges áramlási minta torzul, a korrekciós együttható hatástalanná válik, ami a mérési pontosság meredek csökkenéséhez vezet. Ez az egycsatornás rendszer legnagyobb pontossági szűk keresztmetszete.

A többcsatornás rendszerek előnyei: Több áramlási sebességminta különböző helyeken történő gyűjtésével a többcsatornás rendszerek nagyobb mértékben képesek megragadni az áramlási sebesség eloszlásának valódi alakját. A kifinomult numerikus integrációs algoritmusok használatával a többcsatornás rendszerek hatékonyan kompenzálhatják és kijavíthatják a torz áramlásokat, jelentősen csökkentve az áramlási minta zavarai által okozott hibákat. Ezért mérési pontosságuk lényegesen nagyobb, mint az egycsatornás rendszereké. A többcsatornás rendszerek stabilitási előnye különösen szembetűnő az ideálisnál kevésbé megfelelő telepítési körülmények között (például nem elegendő egyenes csőhossz).

2. Leállítási és alacsony áramlású mérési képesség

A leállítási arány azt méri, hogy az ultrahangos vízmérő mennyire képes pontosságot tartani széles áramlási tartományban.

A gyenge jelek feldolgozására és az áramlási sebesség eloszlásának pontos rögzítésére való képességük miatt a többcsatornás rendszerek gyakran magasabb lekapcsolási arányt mutatnak. Ez azt jelenti, hogy stabil mérést tudnak fenntartani rendkívül alacsony áramlásoknál (például a Q1 áramlási pontnál), így értékesebbek a szivárgásfigyelés szempontjából.

Ha az áramlási sebesség alacsony, a sebességkülönbség jele a hanghullám útján gyenge, és a sebességeloszlást könnyebben befolyásolja a hőmérséklet, a buborékok stb. A mérési pontosság alsó határa magas, a tartományarány viszonylag korlátozott.