Quali sono le differenze nella struttura e nell'accuratezza della misurazione tra i contatori per acqua a ultrasuoni a percorso singolo e multipercorso

Nella moderna gestione intelligente dell'acqua e nella misurazione e controllo del flusso industriale, i contatori d'acqua a ultrasuoni sono diventati uno strumento di misurazione tradizionale grazie alla mancanza di parti meccaniche in movimento, alla bassa caduta di pressione e all'elevata precisione. Contatori d'acqua ad ultrasuoni sono principalmente classificati in progetti a percorso singolo e multipercorso, a seconda del numero di percorsi delle onde acustiche. Comprendere le differenze fondamentali tra queste due strutture in termini di principio, composizione e precisione di misurazione è fondamentale per selezionare il misuratore di portata più adatto alla propria applicazione.

Progettazione strutturale e layout del percorso delle onde acustiche

1. Contatore per acqua a ultrasuoni a percorso singolo

Come suggerisce il nome, un contatore dell'acqua a ultrasuoni a percorso singolo utilizza solo una coppia di trasduttori (ovvero un percorso di misurazione dell'onda acustica) attraverso la sezione trasversale del flusso.

Caratteristiche strutturali: questo design è il più semplice e relativamente economico. Due trasduttori sono tipicamente posizionati obliquamente lungo il diametro del tubo o lungo una specifica lunghezza della corda, formando un unico raggio acustico. Le onde acustiche si propagano lungo questo percorso fisso, sia a monte che a valle, e la velocità del flusso lungo questo percorso viene calcolata utilizzando il metodo del tempo di transito.

Scenari applicabili: generalmente utilizzato in tubi di piccolo diametro o per applicazioni di lettura di contatori residenziali con requisiti moderati di precisione di misurazione. Poiché il percorso dell'onda acustica è unico, può essere reso più compatto e offre una maggiore flessibilità di installazione.

2. Contatore per acqua a ultrasuoni multipercorso

I contatori per acqua a ultrasuoni multipercorso utilizzano due o più coppie di trasduttori (ad esempio, a due canali, a tre canali o a quattro canali) installati attraverso la sezione trasversale del tubo, creando più percorsi di onde acustiche.

Caratteristiche strutturali: la struttura è relativamente complessa e richiede più trasduttori e circuiti di elaborazione del segnale più sofisticati. Questi percorsi delle onde acustiche sono generalmente distribuiti lungo diverse direzioni cordali per massimizzare la copertura o simulare la distribuzione della velocità attraverso la sezione trasversale del flusso.

Tecnologia principale: i contatori d'acqua multipercorso utilizzano l'integrazione numerica o algoritmi di media ponderata per calcolare in modo completo le velocità del flusso lungo più percorsi e determinare la velocità media attraverso l'intera sezione trasversale, ottenendo così una misurazione del flusso con maggiore precisione.

Scenari applicabili: utilizzato principalmente in reti di approvvigionamento idrico di grande diametro, trasferimenti commerciali, misurazioni industriali ad alta precisione e applicazioni che richiedono rapporti di turndown estremamente elevati.

Precisione della misurazione e adattabilità al regime di flusso

Le differenze strutturali determinano direttamente il divario significativo nella precisione della misurazione e nell'adattabilità del regime di flusso tra i due contatori dell'acqua.

1. Dipendenza dalla distribuzione della velocità

L'acqua in un tubo non scorre uniformemente; presenta invece un profilo di velocità, tipicamente con velocità elevate al centro e velocità basse vicino alla parete del tubo. Questo profilo di velocità può essere influenzato da fattori di interferenza come valvole a monte, gomiti e pompe, con conseguente flusso distorto.

Limitazioni dei misuratori monocanale: i misuratori monocanale misurano solo la velocità del flusso in un singolo punto o lungo una linea in una sezione trasversale. Presumono che la distribuzione della velocità effettiva sia coerente con una distribuzione della velocità ideale (come un flusso completamente sviluppato) e utilizzano un fattore di correzione fisso per convertire la velocità del percorso in una velocità media. Una volta che il modello di flusso effettivo viene distorto, il coefficiente di correzione diventa inefficace, portando ad un forte calo della precisione della misurazione. Questo è il più grande collo di bottiglia in termini di precisione di un sistema a canale singolo.

Vantaggi dei sistemi multicanale: raccogliendo più campioni di velocità del flusso in posizioni diverse, i sistemi multicanale possono catturare in misura maggiore la vera forma della distribuzione della velocità del flusso. Utilizzando sofisticati algoritmi di integrazione numerica, i sistemi multicanale possono compensare e correggere efficacemente i flussi distorti, riducendo significativamente gli errori causati dai disturbi del modello di flusso. Pertanto, la loro precisione di misurazione è notevolmente superiore a quella di un sistema a canale singolo. Il vantaggio di stabilità dei sistemi multicanale è particolarmente pronunciato in condizioni di installazione non ideali (come una lunghezza del tubo diritto insufficiente).

2. Capacità di misurazione del turndown e del flusso basso

Il rapporto di turndown misura la capacità di un contatore dell'acqua a ultrasuoni di mantenere la precisione su un ampio intervallo di portata.

Grazie alla loro capacità di elaborare segnali deboli e di acquisire accuratamente la distribuzione della velocità del flusso, i sistemi multicanale hanno spesso un rapporto di turndown più elevato. Ciò significa che possono mantenere una misurazione stabile a flussi estremamente bassi (come nel punto di flusso Q1), rendendoli più preziosi per il monitoraggio delle perdite.

Quando la portata è bassa, il segnale della differenza di velocità sul percorso dell'onda sonora è debole e la distribuzione della velocità è più facilmente influenzata dalla temperatura, dalle bolle, ecc. Il limite inferiore della precisione di misurazione è elevato e il rapporto di portata è relativamente limitato.