كيفية تجنب التأثير السلبي لفقاعات الهواء على قياس عداد المياه بالموجات فوق الصوتية أثناء التثبيت

عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية قياس معدل التدفق بناءً على الفرق في زمن انتشار الموجة الصوتية في السائل. إنها توفر دقة قياس عالية ولا تتعرض للتآكل، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في الإدارة الذكية للمياه وتسوية التجارة. ومع ذلك، تشكل فقاعات الهواء أو التجاويف الموجودة في شبكات الأنابيب خطرًا كبيرًا على استقرار ودقة قياس عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية. ونظرًا للاختلاف الكبير في المعاوقة الصوتية بين الغاز والسائل، فإن وجود فقاعات الهواء يمكن أن يتداخل بشدة مع انتشار إشارة الموجات فوق الصوتية، مما يؤدي إلى تشويه القياس. ولذلك، يعد التثبيت الاحترافي وتصميم النظام أمرًا أساسيًا لتقليل التأثير السلبي لفقاعات الهواء.

التأثير الأساسي لفقاعات الهواء على إشارات الموجات فوق الصوتية

تعتمد مبادئ تشغيل عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية، سواء باستخدام طريقة زمن العبور أو طريقة دوبلر، على الانتشار المستقر للموجات فوق الصوتية في الماء.

تخفيف الإشارة وانقطاعها: فقاعات الهواء هي مخفف قوي للموجات الصوتية. عندما ينتشر شعاع الموجات فوق الصوتية عبر أنبوب، فإنه يواجه فقاعات هواء، مما يتسبب في انعكاس وتشتت قوي، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في قوة الإشارة المستقبلة أو حتى انقطاع كامل، وهي ظاهرة تعرف باسم "فقدان النبض". وهذا يمنع المحول الإلكتروني من قياس فرق وقت الانتشار بدقة بين التدفقات المنبع والمصب، مما يؤدي مباشرة إلى أخطاء القياس.

تشويه مجال السرعة: يمكن لأعداد كبيرة من الفقاعات أن تغير الخصائص الفيزيائية للسائل في الأنبوب، مما يؤدي إلى تدفق بطيء أو طبقي، مما يشوه ملف تعريف السرعة بشدة. يجب أن تفترض عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية، وخاصة التصميمات ذات المسار الواحد، أن الأنبوب مملوء بالكامل وأن نمط التدفق موحد. يؤدي هذا التشوه في ملف تعريف السرعة إلى إبطال عامل التصحيح المدمج، مما يؤدي إلى أخطاء منهجية.

عدم اليقين في القياس: بالنسبة لأجهزة قياس وقت العبور، فإن الطبيعة العشوائية للفقاعات تؤدي إلى ضوضاء إضافية وعدم يقين، مما يظهر على شكل تقلبات كبيرة في قراءات التدفق اللحظية وربما حتى خلق وهم "التدفق العكسي".

اختيار موقع التثبيت: الإستراتيجية الأساسية لتجنب تراكم الفقاعات

الطريقة الأكثر فعالية لتجنب تداخل الفقاعات هي منع تراكم الغاز في أنبوب القياس عند مصدره. وهذا يتطلب الالتزام الصارم بمواصفات التثبيت الاحترافية لميكانيكا الموائع والقياس بالموجات فوق الصوتية.

1. إعطاء الأولوية للأنابيب ذات المستوى المنخفض أو المتدفقة إلى أعلى

في نظام شبكة الأنابيب، تميل الفقاعات إلى التحرك لأعلى بسبب الطفو وتتراكم عند نقاط عالية في الأنبوب.

تجنب التثبيت في نقاط عالية: لا ينبغي أبدًا تركيب عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية في أعلى نقطة في خط الأنابيب. النقاط العالية هي المكان الذي من المرجح أن تتشكل فيه جيوب هوائية، حيث يمكن أن تبقى الفقاعات لفترات طويلة، مما يؤدي إلى إنشاء تجويف يمتد عبر المقطع العرضي للأنبوب ويؤثر بشكل خطير على القياس.

يوصى باستخدام أنبوب كامل التدفق لأعلى: موقع التثبيت المثالي هو نقطة منخفضة أو قسم يتدفق عموديًا لأعلى من الأنبوب. في المقاطع المتدفقة عموديًا إلى الأعلى، يتدفق الماء عبر الأنبوب الكامل، مما يسمح للفقاعات بالتحرك بسرعة إلى أعلى مع التيار وأقل احتمالية للتراكم بالقرب من محول الطاقة.

2. متطلبات تشغيل الأنابيب المستقيمة وتكوين المقوم

في حين يتم استخدام الأنابيب المستقيمة في المقام الأول لضمان التوزيع الموحد لسرعة التدفق، إلا أن لها أيضًا تأثيرًا إيجابيًا على تشتيت الفقاعات.

أطوال الأنابيب المستقيمة الكافية: يجب الحفاظ على أطوال الأنابيب المستقيمة الكافية في أعلى وأسفل عداد المياه بالموجات فوق الصوتية (بشكل عام، يوصى بتلبية متطلبات "10D" و"5D"، حيث يمثل D قطر الأنبوب). وهذا يساعد على استقرار نمط التدفق وتقليل الدوامات، التي يمكن أن تتسبب في استخراج الفقاعات من الماء أو سحبها إليه.

مكيف التدفق المنبع: في تخطيطات الأنابيب المعقدة، فكر في تركيب مكيف تدفق متخصص في أعلى عداد المياه بالموجات فوق الصوتية. في حين أن مكيف التدفق يزيل في المقام الأول تشويه سرعة التدفق، فإن بعض التصميمات يمكن أن تساعد أيضًا في تفتيت الفقاعات الكبيرة، مما يجعلها تمر عبر منطقة القياس بشكل أصغر، ويسهل حملها بواسطة تدفق المياه.

دعم النظام وإجراءات تحسين التصميم

بالإضافة إلى اختيار الموقع، يعد التصميم على مستوى النظام والمعدات الداعمة أيضًا أمرًا أساسيًا لضمان تشغيل عداد المياه بالموجات فوق الصوتية الخالي من الفقاعات.

1. قم بتركيب صمام تنفيس الهواء

يجب تركيب صمام تنفيس هواء أوتوماتيكي موثوق به عند نقطة عالية في خط الأنابيب عند المنبع أو بالقرب من عداد المياه بالموجات فوق الصوتية.

الوظيفة: يقوم صمام التنفيس بإزالة الهواء الحر من شبكة الأنابيب بشكل مستمر وفعال. وينطبق هذا بشكل خاص أثناء تعبئة المياه، أو إيقاف المياه وإعادة تدفقها، أو تقلبات الضغط. لا يمكن إزالة كميات كبيرة من الهواء المحبوس بسرعة إلا من خلال صمام التنفيس، مما يضمن بقاء خط الأنابيب الموجود أمام مقياس التدفق ممتلئًا.

2. إجراءات التعبئة والتهوية

تعد إجراءات التعبئة والتهوية الصارمة أمرًا بالغ الأهمية أثناء تركيب وتشغيل عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية.

التعبئة البطيئة: عند استعادة شبكة الأنابيب إلى إمدادات المياه، يجب ملء المياه ببطء لتجنب تدفق المياه السريع الذي قد يؤدي إلى احتجاز كميات كبيرة من الهواء، وتشكيل جيوب هوائية ومنع المطرقة المائية.

تهوية شاملة: قبل التشغيل، يجب تهوية الأنبوب بالكامل عن طريق فتح صمام التنفيس أو الصمام الموجود في نهاية الأنبوب حتى يصبح التدفق الخارجي مستقرًا وخاليًا من الفقاعات.

3. الاختلافات في قابلية التطبيق بين طريقتي زمن العبور ودوبلر

تقنيات الموجات فوق الصوتية المختلفة لها حساسيات متفاوتة للفقاعات.

وقت العبور: هذه الطريقة حساسة للغاية للفقاعات وتهدف إلى قياس السوائل النظيفة. تعتبر أي فقاعات ضوضاء أو تداخلًا ويجب تجنبها تمامًا باستخدام الطرق المذكورة أعلاه.

يعتمد قياس تدفق دوبلر على الإشارة المنعكسة من الجزيئات أو الفقاعات الموجودة في السائل لقياس سرعة التدفق. ولذلك، فإن كمية معتدلة من الفقاعات ضرورية لتشغيلها، ولكن تركيزات الفقاعات المفرطة أو غير الكافية يمكن أن تسبب أخطاء أيضًا. في صناعة قياس المياه، تُستخدم طريقة وقت العبور بشكل شائع لقياس المياه النظيفة نظرًا لدقتها العالية.