كيف تتعامل عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية مع التداخل الناتج عن فقاعات الهواء أو القشور في الأنابيب

عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية ، بفضل دقتها العالية ونطاقها الواسع وأدائها الخالي من الصيانة، تلعب دورًا حيويًا في أنظمة المياه الذكية. ومع ذلك، فإن البيئة المعقدة لشبكات إمدادات المياه، وخاصة وجود فقاعات الهواء والقشور داخل الأنابيب، تمثل تحديين أساسيين يؤثران على استقرار جميع أدوات القياس غير الميكانيكية.

المبادئ والتدابير المضادة لتدخل فقاعة الهواء

فقاعات الهواء لها التأثير الأكثر مباشرة ودراماتيكية على عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية. تختلف سرعة الانتشار وخصائص التوهين للموجات فوق الصوتية في الماء والهواء بشكل كبير. حتى كمية صغيرة من فقاعات الهواء يمكن أن تسبب تشتتًا شديدًا أو توهينًا أو حتى انقطاعًا للإشارة الصوتية، مما يؤدي بشكل مباشر إلى قفزات عابرة في بيانات القياس أو قراءات غير دقيقة.

1. خوارزميات معالجة الإشارات وتقنيات التصفية

تكمن التكنولوجيا الأساسية المضادة لفقاعات الهواء في عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية الحديثة في خوارزميات معالجة الإشارات القوية الخاصة بها:

أخذ عينات متعددة النبضات/الدورات المتعددة: لا يعتمد جهاز القياس على نتائج القياس لإشارة فوق صوتية واحدة. وبدلاً من ذلك، فإنه يرسل ويستقبل نبضات متعددة ضمن دورة قياس ويقوم بإجراء تحليل إحصائي في الوقت الفعلي ومتوسط ​​مرجح لهذه البيانات. عندما تتعطل مجموعة النبض بشدة بسبب الفقاعات، مما يتسبب في تشويه الإشارة أو انقطاعها، يحددها النظام على أنها حالة متطرفة ويقوم بإزالتها تلقائيًا، مما يضمن صحة ودقة حساب معدل التدفق النهائي.

مراقبة قوة الإشارة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR): يراقب الجهاز قوة الإشارة بالموجات فوق الصوتية المستلمة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) في الوقت الفعلي. عندما تتسبب الفقاعات المفرطة في انخفاض قوة الإشارة بشكل حاد إلى ما دون عتبة محددة مسبقًا، يصدر الجهاز تحذيرًا من الخطأ وقد يدخل في وضع الطاقة المنخفضة أو إنذار الأنبوب الفارغ لمنع إخراج البيانات الخاطئة.

التصفية الرقمية: يتم استخدام طرق التصفية الرقمية المتقدمة، مثل تصفية كالمان، لتسهيل بيانات التدفق اللحظي، وتصفية تقلبات التدفق والارتفاعات الناتجة عن الفقاعات العرضية بشكل فعال، وبالتالي تحسين استقرار البيانات.

2. تحسين هيكل قناة التدفق

من منظور التصميم المادي، تعمل الشركات المصنعة على تقليل احتباس الفقاعات من خلال تحسين بنية قناة التدفق الداخلي لعدادات المياه:

التصميم المباشر: تستخدم معظم عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية تصميم الأنابيب المستقيمة، مما يقلل العوائق والزوايا في مسار السائل، مما يضمن تدفق المياه بسلاسة ومنع الدوامات، وبالتالي تقليل تراكم الفقاعات في منطقة القياس.

ترتيب محول الطاقة الرأسي أو المائل: بالمقارنة مع الترتيب الأفقي، فإن تركيب محول الطاقة بزاوية (مثل زاوية 45 درجة) أو عموديًا يساعد شعاع الصوت على المرور عبر التدفق الرئيسي، مما يقلل من احتمالية وجود فقاعات تسد مسار الصوت.

توسيع نطاق آلية التدخل والحل

يشير التحجيم إلى تكوين طبقة صلبة من الرواسب على جدران الأنابيب بسبب المعادن مثل الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء. بالنسبة لعدادات المياه بالموجات فوق الصوتية، يتجلى تداخل المقياس في المقام الأول بطريقتين:

تقليل طول مسار انتشار الصوت: يلتصق المقياس بجدران الأنابيب والسطح الداخلي لمحول الطاقة، مما يؤدي إلى تضييق قطر قناة التدفق. وهذا بدوره يغير مسافة الانتشار الفعلية للموجة فوق الصوتية، مما يؤدي إلى انحرافات منهجية في نتائج القياس.

تخفيف طاقة الموجات الصوتية: يمتص المقياس، وهو وسط فضفاض أو مسامي، طاقة الموجات فوق الصوتية وينثرها، مما يقلل من قوة الإشارة المستقبلة.

1. اختيار مادة محول الطاقة وقناة التدفق

يختار المصنعون المحترفون مواد ذات مقاومة عالية للتآكل وخصائص التصاق منخفضة لمكافحة تكوين القشور:

مواد مركبة عالية الأداء: أنبوب القياس مصنوع من مواد بلاستيكية هندسية متخصصة أو الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي تتميز بأسطح ناعمة وطاقة سطحية منخفضة، مما يجعلها أقل عرضة لالتصاق الحجم.

المعالجة المتخصصة لسطح محول الطاقة: يؤدي التخميل أو وضع طبقة خاصة مضادة للقاذورات على السطح الملامس للماء لمحول الطاقة إلى منع ترسب الحجم في نقاط القياس الحرجة بشكل فعال.

2. تقنية التشخيص والتصحيح الذاتي

لمعالجة انحرافات القياس الناتجة عن تراكم المقياس على المدى الطويل، تتميز عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية بالتشخيص الذاتي المتقدم وقدرات التصحيح الذاتي:

مراقبة سرعة الصوت: يقوم العداد بمراقبة سرعة الصوت لتدفق المياه بشكل مستمر. تراكم القشور لا يغير بشكل كبير سرعة الصوت للماء، لكنه يغير خط الأساس الزمني لانتشار الموجات الصوتية. ومن خلال مقارنة سرعة الصوت الأساسية المحددة في المصنع مع وقت الانتشار الفعال الحالي، يقوم النظام بتقدير مدى تغيرات مسار التدفق.

نموذج التعويض والمعايرة: تشتمل بعض النماذج المتطورة على نموذج تعويض مدمج يقوم تلقائيًا بضبط قراءات التدفق استنادًا إلى توهين إشارة محول الطاقة وتغييرات وقت الانتشار لتعويض الأخطاء الناتجة عن تراكم المقياس البسيط.

تنبيه غير طبيعي: عندما يصبح تراكم الحجم أو التآكل شديدًا لدرجة أنه يؤثر على جودة الإشارة وتستمر نسبة الإشارة إلى الضوضاء في التدهور إلى النقطة التي لم يعد فيها التعويض الفعال ممكنًا، يرسل جهاز القياس تنبيه صيانة إلى منصة الإدارة عبر وحدة الاتصال عن بعد، للإشارة إلى أن التنظيف المادي أو الاستبدال مطلوب، مما يضمن موثوقية القياس على المدى الطويل.