มาตรวัดน้ำแบบอัลตราโซนิคจะรับมือกับการรบกวนจากฟองอากาศหรือตะกรันในท่อได้อย่างไร

มิเตอร์น้ำอัลตราโซนิก ด้วยความแม่นยำสูง ช่วงกว้าง และประสิทธิภาพที่ไม่ต้องบำรุงรักษา จึงมีบทบาทสำคัญในระบบน้ำอัจฉริยะ อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนของเครือข่ายการจ่ายน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการมีฟองอากาศและขนาดภายในท่อ ทำให้เกิดความท้าทายหลักสองประการที่ส่งผลกระทบต่อความเสถียรของเครื่องมือสูบจ่ายแบบไม่ใช้กลไกทั้งหมด

หลักการและมาตรการรับมือการแทรกแซงฟองอากาศ

ฟองอากาศมีผลกระทบโดยตรงต่อมาตรวัดน้ำแบบอัลตราโซนิกมากที่สุด ความเร็วการแพร่กระจายและลักษณะการลดทอนของคลื่นอัลตราโซนิกในน้ำและอากาศแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ แม้แต่ฟองอากาศจำนวนเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดการกระเจิงอย่างรุนแรง การลดทอน หรือแม้แต่การหยุดชะงักของสัญญาณเสียง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการกระโดดชั่วคราวในข้อมูลการวัดหรือการอ่านค่าที่ไม่ถูกต้อง

1. อัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณและเทคโนโลยีการกรอง

เทคโนโลยีป้องกันฟองอากาศหลักของมาตรวัดน้ำแบบอัลตราโซนิกสมัยใหม่นั้นอยู่ในอัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณอันทรงพลัง:

การสุ่มตัวอย่างแบบหลายพัลส์/หลายรอบ: มิเตอร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับผลการวัดของสัญญาณอัลตราโซนิคเพียงสัญญาณเดียว แต่จะส่งและรับหลายพัลส์ภายในรอบการวัด และทำการวิเคราะห์ทางสถิติแบบเรียลไทม์และการหาค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของข้อมูลเหล่านี้ เมื่อกลุ่มพัลส์ถูกรบกวนอย่างรุนแรงจากฟองอากาศ ทำให้เกิดการบิดเบือนหรือการหยุดชะงักของสัญญาณ ระบบจะระบุว่าเป็นกลุ่มพัลส์และลบออกโดยอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจถึงความถูกต้องและแม่นยำของการคำนวณอัตราการไหลขั้นสุดท้าย

การตรวจสอบความแรงของสัญญาณและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR): เครื่องมือจะตรวจสอบความแรงของสัญญาณอัลตราโซนิคที่ได้รับและ SNR แบบเรียลไทม์ เมื่อฟองอากาศมากเกินไปทำให้ความแรงของสัญญาณลดลงอย่างรวดเร็วต่ำกว่าเกณฑ์ที่ตั้งไว้ เครื่องมือจะแจ้งเตือนข้อผิดพลาด และอาจเข้าสู่โหมดพลังงานต่ำหรือสัญญาณเตือนท่อว่างเปล่าเพื่อป้องกันเอาต์พุตข้อมูลที่ผิดพลาด

การกรองแบบดิจิทัล: วิธีการกรองแบบดิจิทัลขั้นสูง เช่น การกรองแบบคาลมาน ถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ข้อมูลการไหลแบบทันทีราบรื่นขึ้น โดยกรองความผันผวนของการไหลและการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่เกิดจากฟองสบู่เป็นครั้งคราวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเสถียรของข้อมูล

2. การปรับโครงสร้างช่องทางการไหลให้เหมาะสม

จากมุมมองของการออกแบบทางกายภาพ ผู้ผลิตลดการกักเก็บฟองโดยปรับโครงสร้างช่องทางการไหลภายในของมาตรวัดน้ำให้เหมาะสม:

การออกแบบทางตรง: มาตรวัดน้ำแบบอัลตราโซนิกส่วนใหญ่ใช้การออกแบบท่อแบบตรง ซึ่งช่วยลดสิ่งกีดขวางและมุมในเส้นทางของของไหล ทำให้มั่นใจได้ว่าน้ำจะไหลได้อย่างราบรื่นและป้องกันกระแสน้ำวน ซึ่งช่วยลดการสะสมของฟองอากาศในพื้นที่การวัด

การจัดเรียงทรานสดิวเซอร์ในแนวตั้งหรือแบบทำมุม: เมื่อเปรียบเทียบกับการจัดเรียงในแนวนอน การติดตั้งทรานสดิวเซอร์ที่มุม (เช่น มุม 45°) หรือแนวตั้งจะช่วยให้ลำแสงเสียงผ่านกระแสหลัก ซึ่งช่วยลดโอกาสที่ฟองอากาศจะปิดกั้นเส้นทางเสียง

กลไกและวิธีแก้ปัญหาการรบกวนมาตราส่วน

การปรับขนาดหมายถึงการก่อตัวของชั้นแข็งของตะกอนบนผนังท่อที่เกิดจากแร่ธาตุ เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียมในน้ำ สำหรับมาตรวัดน้ำแบบอัลตราโซนิก การรบกวนของตะกรันจะแสดงออกมาเป็นหลักในสองวิธี:

การลดความยาวเส้นทางการแพร่กระจายเสียง: สเกลเกาะติดกับผนังท่อและพื้นผิวด้านในของทรานสดิวเซอร์ ส่งผลให้เส้นผ่านศูนย์กลางของช่องการไหลแคบลง ซึ่งส่งผลให้ระยะการแพร่กระจายที่แท้จริงของคลื่นอัลตราโซนิกเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งนำไปสู่การเบี่ยงเบนอย่างเป็นระบบในผลการวัด

การลดทอนพลังงานคลื่นเสียง: สเกลซึ่งเป็นตัวกลางที่หลวมหรือมีรูพรุน จะดูดซับและกระจายพลังงานล้ำเสียง ส่งผลให้ความแรงของสัญญาณที่ได้รับลดลง

1. การเลือกวัสดุทรานสดิวเซอร์และช่องทางการไหล

ผู้ผลิตมืออาชีพเลือกวัสดุที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงและมีคุณสมบัติการยึดเกาะต่ำเพื่อต่อสู้กับการเกิดตะกรัน:

วัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง: ท่อวัดสร้างจากพลาสติกวิศวกรรมหรือสแตนเลสชนิดพิเศษ ซึ่งมีพื้นผิวเรียบและมีพลังงานพื้นผิวต่ำ ทำให้เสี่ยงต่อการยึดเกาะของตะกรันน้อยลง

การรักษาพื้นผิวหัวโซน่าร์แบบพิเศษ: การทำทู่หรือการใช้สารเคลือบป้องกันการเปรอะเปื้อนแบบพิเศษกับพื้นผิวที่สัมผัสกับน้ำของหัวโซน่าร์จะยับยั้งการสะสมของตะกรันที่จุดตรวจวัดวิกฤตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. เทคโนโลยีการวินิจฉัยและแก้ไขตนเอง

เพื่อจัดการกับความเบี่ยงเบนในการวัดที่เกิดจากการสะสมตะกรันในระยะยาว มาตรวัดน้ำแบบอัลตราโซนิกมีความสามารถในการวินิจฉัยตัวเองขั้นสูงและแก้ไขตัวเองได้:

การตรวจสอบความเร็วเสียง: มิเตอร์จะตรวจสอบความเร็วเสียงของการไหลของน้ำอย่างต่อเนื่อง การสะสมของตะกรันไม่ได้เปลี่ยนความเร็วเสียงของน้ำอย่างมีนัยสำคัญ แต่จะเปลี่ยนเส้นฐานเวลาสำหรับการแพร่กระจายของคลื่นเสียง โดยการเปรียบเทียบความเร็วเสียงพื้นฐานที่ตั้งจากโรงงานกับเวลาการแพร่กระจายที่มีประสิทธิภาพในปัจจุบัน ระบบจะประมาณขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงเส้นทางการไหล

โมเดลการชดเชยและการสอบเทียบ: โมเดลระดับไฮเอนด์บางรุ่นมีโมเดลการชดเชยในตัวที่ปรับการอ่านการไหลอย่างละเอียดโดยอัตโนมัติตามการลดทอนสัญญาณทรานสดิวเซอร์ และเวลาการแพร่กระจายจะเปลี่ยนเป็นข้อผิดพลาดออฟเซ็ตที่เกิดจากการสะสมของสเกลเล็กน้อย

การแจ้งเตือนความผิดปกติ: เมื่อตะกรันสะสมหรือการกัดกร่อนรุนแรงมากจนส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ และอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนยังคงลดลงจนถึงจุดที่การชดเชยที่มีประสิทธิภาพไม่สามารถทำได้อีกต่อไป มิเตอร์จะส่งการแจ้งเตือนการบำรุงรักษาไปยังแพลตฟอร์มการจัดการผ่านโมดูลการสื่อสารระยะไกล ซึ่งบ่งชี้ว่าจำเป็นต้องมีการทำความสะอาดทางกายภาพหรือการเปลี่ยนใหม่ เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือในการสูบจ่ายในระยะยาว