초음파 수량계는 기포 또는 파이프 스케일로 인한 간섭에 어떻게 대처합니까?

초음파 수량계 높은 정확도, 넓은 범위 및 유지 관리가 필요 없는 성능을 갖춘 는 스마트 물 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 급수 네트워크의 복잡한 환경, 특히 파이프 내 기포 및 스케일링의 존재는 모든 비기계적 계량 장비의 안정성에 영향을 미치는 두 가지 핵심 과제를 제시합니다.

기포 간섭의 원리와 대책

기포는 초음파 수량계에 가장 직접적이고 극적인 영향을 미칩니다. 물과 공기 중에서 초음파의 전파 속도와 감쇠 특성은 크게 다릅니다. 소량의 기포라도 음향 신호의 심각한 산란, 감쇠 또는 중단을 유발하여 직접적으로 측정 데이터의 일시적인 점프 또는 부정확한 판독을 초래할 수 있습니다.

1. 신호 처리 알고리즘 및 필터링 기술

최신 초음파 수량계의 핵심 기포 방지 기술은 강력한 신호 처리 알고리즘에 있습니다.

다중 펄스/다중 주기 샘플링: 미터는 단일 초음파 신호의 측정 결과에 의존하지 않습니다. 대신, 측정 주기 내에서 여러 펄스를 송수신하고 이러한 데이터에 대해 실시간 통계 분석 및 가중 평균을 수행합니다. 펄스 그룹이 기포로 인해 심각하게 중단되어 신호 왜곡이나 중단이 발생하는 경우 시스템은 이를 이상값으로 식별하고 자동으로 제거하여 최종 유속 계산의 유효성과 정확성을 보장합니다.

신호 강도 및 신호 대 잡음비(SNR) 모니터링: 장비는 수신된 초음파 신호 강도 및 SNR을 실시간으로 모니터링합니다. 과도한 기포로 인해 신호 강도가 사전 설정된 임계값 아래로 급격하게 떨어지면 기기는 오류 경고를 발행하고 잘못된 데이터 출력을 방지하기 위해 저전력 모드 또는 빈 파이프 알람으로 들어갈 수도 있습니다.

디지털 필터링: 칼만 필터링과 같은 고급 디지털 필터링 방법을 사용하여 순간 유량 데이터를 평활화하고 간헐적인 기포로 인해 발생하는 유량 변동 및 스파이크를 효과적으로 필터링하여 데이터 안정성을 향상시킵니다.

2. 흐름 채널 구조 최적화

물리적 설계 관점에서 제조업체는 수량계의 내부 흐름 채널 구조를 최적화하여 기포 유지를 줄입니다.

직선형 설계: 대부분의 초음파 수량계는 직선형 파이프 설계를 활용하여 유체 경로의 장애물과 모서리를 줄여 원활한 물 흐름을 보장하고 소용돌이를 방지하여 측정 영역에 기포가 축적되는 것을 줄입니다.

수직 또는 각진 변환기 배열: 수평 배열과 비교하여 변환기를 비스듬히(예: 45° 각도) 또는 수직으로 장착하면 사운드 빔이 주 흐름을 통과하는 데 도움이 되므로 거품이 사운드 경로를 차단할 가능성이 줄어듭니다.

스케일링 간섭 메커니즘 및 솔루션

스케일링이란 물 속의 칼슘, 마그네슘과 같은 미네랄로 인해 파이프 벽에 단단한 침전물 층이 형성되는 것을 말합니다. 초음파 수량계의 경우 스케일 간섭은 주로 두 가지 방식으로 나타납니다.

소리 전파 경로 길이 감소: 스케일이 파이프 벽과 변환기 내부 표면에 부착되어 흐름 채널 직경이 좁아집니다. 이는 결국 초음파의 실제 전파 거리를 변경하여 측정 결과에 체계적인 편차를 가져옵니다.

음파 에너지 감쇠: 느슨하거나 다공성인 매체인 스케일은 초음파 에너지를 흡수하고 분산시켜 수신된 신호 강도를 감소시킵니다.

1. 변환기 및 흐름 채널 재료 선택

전문 제조업체는 스케일 형성을 방지하기 위해 내식성이 높고 접착성이 낮은 재료를 선택합니다.

고성능 복합 재료: 측정 튜브는 표면이 매끄럽고 표면 에너지가 낮은 특수 엔지니어링 플라스틱 또는 스테인리스 스틸로 구성되어 스케일 접착에 덜 민감합니다.

특수 변환기 표면 처리: 변환기의 물과 접촉하는 표면에 특수 방오 코팅을 적용하거나 패시베이션을 적용하여 중요한 측정 지점에 스케일이 쌓이는 것을 효과적으로 방지합니다.

2. 자가진단 및 교정기술

장기간의 스케일 축적으로 인한 측정 편차를 해결하기 위해 초음파 수량계는 고급 자가 진단 및 자가 교정 기능을 갖추고 있습니다.

음속 모니터링: 미터는 물 흐름의 음속을 지속적으로 모니터링합니다. 스케일 축적은 물의 음속을 크게 변화시키지 않지만 음파 전파의 시간 기준을 변경합니다. 시스템은 공장에서 설정된 기본 음속을 현재 유효 전파 시간과 비교하여 흐름 경로 변화의 정도를 추정합니다.

보상 및 교정 모델: 일부 고급 모델에는 변환기 신호 감쇠 및 사소한 스케일 축적으로 인한 오프셋 오류에 대한 전파 시간 변화를 기반으로 흐름 판독값을 자동으로 미세 조정하는 내장 보상 모델이 포함되어 있습니다.

비정상 경고: 스케일 축적 또는 부식이 너무 심해 신호 품질에 영향을 미치고 신호 대 잡음비가 효과적인 보상이 더 이상 불가능한 지점까지 계속 저하되는 경우 계측기는 원격 통신 모듈을 통해 관리 플랫폼에 유지 관리 경고를 보내 물리적 청소 또는 교체가 필요함을 나타내어 장기적인 계측 신뢰성을 보장합니다.