ما هي الاختلافات في دقة الهيكل والقياس بين عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية أحادية المسار ومتعددة المسارات

في الإدارة الذكية الحديثة للمياه وقياس التدفق الصناعي والتحكم فيه، أصبحت عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية أداة قياس رئيسية بسبب افتقارها إلى الأجزاء المتحركة ميكانيكيًا، وانخفاض الضغط المنخفض، والدقة العالية. عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية يتم تصنيفها بشكل أساسي إلى تصميمات أحادية المسار ومتعددة المسارات، اعتمادًا على عدد مسارات الموجات الصوتية. يعد فهم الاختلافات الأساسية بين هذين الهيكلين من حيث المبدأ والتركيب ودقة القياس أمرًا بالغ الأهمية لاختيار مقياس التدفق الأكثر ملاءمة لتطبيقك.

التصميم الهيكلي وتخطيط مسار الموجة الصوتية

1. عداد المياه بالموجات فوق الصوتية أحادي المسار

كما يوحي الاسم، يستخدم عداد المياه بالموجات فوق الصوتية أحادي المسار زوجًا واحدًا فقط من محولات الطاقة (أي مسار قياس موجة صوتية واحد) عبر المقطع العرضي للتدفق.

الميزات الهيكلية: هذا التصميم هو الأبسط ومنخفض التكلفة نسبيًا. عادةً ما يتم وضع محولي الطاقة بشكل غير مباشر على طول قطر الأنبوب أو على طول وتر محدد، مما يشكل شعاعًا صوتيًا واحدًا. تنتشر الموجات الصوتية على طول هذا المسار الثابت، سواء في اتجاه المنبع أو في اتجاه المصب، ويتم حساب سرعة التدفق على طول هذا المسار باستخدام طريقة وقت العبور.

السيناريوهات القابلة للتطبيق: تُستخدم عادةً في الأنابيب ذات القطر الصغير أو لتطبيقات قراءة العدادات السكنية ذات متطلبات دقة القياس المعتدلة. نظرًا لأن مسار الموجة الصوتية فردي، فيمكن جعله أكثر إحكاما ويوفر مرونة أكبر في التثبيت.

2. عداد المياه بالموجات فوق الصوتية متعدد المسارات

تستخدم عدادات المياه بالموجات فوق الصوتية متعددة المسارات اثنين أو أكثر من أزواج محولات الطاقة (على سبيل المثال، قناتين، أو ثلاث قنوات، أو أربع قنوات) مثبتة عبر المقطع العرضي للأنبوب، مما يؤدي إلى إنشاء مسارات موجات صوتية متعددة.

الميزات الهيكلية: الهيكل معقد نسبيًا، ويتطلب المزيد من محولات الطاقة ودوائر معالجة الإشارات الأكثر تطورًا. عادةً ما يتم توزيع مسارات الموجات الصوتية هذه على طول اتجاهات وترية مختلفة لزيادة التغطية أو محاكاة توزيع السرعة عبر المقطع العرضي للتدفق.

التكنولوجيا الأساسية: تستخدم عدادات المياه متعددة المسارات التكامل العددي أو خوارزميات المتوسط ​​المرجح لحساب سرعات التدفق بشكل شامل على طول مسارات متعددة وتحديد متوسط ​​السرعة عبر المقطع العرضي بأكمله، وبالتالي تحقيق قياس تدفق عالي الدقة.

السيناريوهات القابلة للتطبيق: تستخدم بشكل أساسي في شبكات إمدادات المياه ذات القطر الكبير، والنقل التجاري، والقياسات الصناعية عالية الدقة، والتطبيقات التي تتطلب نسب سحب عالية للغاية.

دقة القياس والقدرة على التكيف مع نظام التدفق

تحدد الاختلافات الهيكلية بشكل مباشر الفجوة الكبيرة في دقة القياس والقدرة على التكيف مع نظام التدفق بين عدادي المياه.

1. الاعتماد على توزيع السرعة

الماء في الأنبوب لا يتدفق بشكل موحد؛ بدلاً من ذلك، فإنه يعرض ملف تعريف السرعة، عادةً بسرعات عالية في المركز وسرعات منخفضة بالقرب من جدار الأنبوب. يمكن أن يتأثر ملف السرعة هذا بعوامل التداخل مثل صمامات المنبع، والأكواع، والمضخات، مما يؤدي إلى تدفق مشوه.

حدود العدادات أحادية القناة: تقيس العدادات أحادية القناة فقط سرعة التدفق عند نقطة واحدة أو على طول خط في مقطع عرضي. ويفترضون أن توزيع السرعة الفعلية يتوافق مع توزيع السرعة المثالي (مثل التدفق المتطور بالكامل) ويستخدمون عامل تصحيح ثابت لتحويل سرعة المسار إلى سرعة متوسطة. بمجرد تشويه نمط التدفق الفعلي، يصبح معامل التصحيح غير فعال، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في دقة القياس. وهذا هو أكبر عنق الزجاجة دقة لنظام قناة واحدة.

مزايا الأنظمة متعددة القنوات: من خلال جمع عينات متعددة لسرعة التدفق في مواقع مختلفة، يمكن للأنظمة متعددة القنوات التقاط الشكل الحقيقي لتوزيع سرعة التدفق إلى حد أكبر. باستخدام خوارزميات التكامل العددي المتطورة، يمكن للأنظمة متعددة القنوات التعويض بشكل فعال عن التدفقات المشوهة وتصحيحها، مما يقلل بشكل كبير من الأخطاء الناجمة عن اضطرابات نمط التدفق. ولذلك، فإن دقة قياسها أعلى بكثير من تلك الخاصة بنظام القناة الواحدة. تظهر ميزة الاستقرار للأنظمة متعددة القنوات بشكل خاص في ظل ظروف التثبيت غير المثالية (مثل طول الأنبوب المستقيم غير الكافي).

2. القدرة على قياس الهبوط والتدفق المنخفض

تقيس نسبة الهبوط قدرة عداد المياه بالموجات فوق الصوتية على الحفاظ على الدقة على نطاق تدفق واسع.

نظرًا لقدرتها على معالجة الإشارات الضعيفة والتقاط توزيع سرعة التدفق بدقة، غالبًا ما تتمتع الأنظمة متعددة القنوات بنسبة تراجع أعلى. وهذا يعني أنها يمكن أن تحافظ على قياس مستقر عند التدفقات المنخفضة للغاية (مثل نقطة التدفق Q1)، مما يجعلها أكثر قيمة لمراقبة التسرب.

عندما يكون معدل التدفق منخفضًا، تكون إشارة فرق السرعة على مسار الموجة الصوتية ضعيفة، ويتأثر توزيع السرعة بسهولة أكبر بدرجة الحرارة والفقاعات وما إلى ذلك. الحد الأدنى لدقة القياس مرتفع ونسبة النطاق محدودة نسبيًا.