Làm thế nào để tránh tác động tiêu cực của bọt khí đến việc đo đồng hồ nước siêu âm trong quá trình lắp đặt

Đồng hồ đo nước siêu âm đo tốc độ dòng chảy dựa trên sự chênh lệch thời gian truyền sóng âm trong chất lỏng. Chúng mang lại độ chính xác đo lường cao và không bị mài mòn, khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong quản lý nước thông minh và thanh toán thương mại. Tuy nhiên, bọt khí hoặc lỗ rỗng trong mạng lưới đường ống gây ra rủi ro đáng kể cho độ ổn định và độ chính xác của phép đo của đồng hồ nước siêu âm. Do sự khác biệt đáng kể về trở kháng âm thanh giữa chất khí và chất lỏng, sự hiện diện của bọt khí có thể cản trở nghiêm trọng việc truyền tín hiệu siêu âm, dẫn đến biến dạng phép đo. Vì vậy, việc lắp đặt và thiết kế hệ thống chuyên nghiệp là chìa khóa để giảm thiểu tác động tiêu cực của bọt khí.

Tác động thiết yếu của bọt khí đến tín hiệu siêu âm

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước siêu âm, dù sử dụng phương pháp thời gian vận chuyển hay phương pháp Doppler, đều dựa vào sự lan truyền ổn định của sóng siêu âm trong nước.

Suy giảm và gián đoạn tín hiệu: Bọt khí là chất làm suy giảm mạnh sóng âm. Khi chùm tia siêu âm truyền qua đường ống, nó gặp phải bọt khí, gây ra sự phản xạ và tán xạ mạnh, dẫn đến cường độ tín hiệu thu được giảm mạnh hoặc thậm chí bị gián đoạn hoàn toàn, hiện tượng này được gọi là "mất xung". Điều này ngăn cản bộ chuyển đổi điện tử đo chính xác chênh lệch thời gian truyền giữa dòng ngược dòng và dòng xuôi dòng, trực tiếp dẫn đến sai số đo.

Biến dạng trường vận tốc: Một số lượng lớn bong bóng có thể làm thay đổi tính chất vật lý của chất lỏng trong đường ống, tạo ra dòng chảy trượt hoặc phân tầng, làm biến dạng nghiêm trọng cấu hình vận tốc. Đồng hồ nước siêu âm, đặc biệt là thiết kế đường dẫn đơn, phải giả định rằng đường ống được lấp đầy hoàn toàn và mô hình dòng chảy đồng đều. Sự biến dạng này trong đặc tính vận tốc làm vô hiệu hệ số hiệu chỉnh tích hợp, dẫn đến sai số hệ thống.

Độ không đảm bảo đo: Đối với máy đo thời gian chuyển tiếp, tính chất ngẫu nhiên của bong bóng gây ra thêm tiếng ồn và độ không đảm bảo, biểu hiện dưới dạng biến động lớn trong số liệu ghi lưu lượng tức thời và thậm chí có khả năng tạo ra ảo giác về "dòng chảy ngược".

Lựa chọn địa điểm lắp đặt: Chiến lược cơ bản để tránh tích tụ bong bóng

Cách hiệu quả nhất để tránh nhiễu bong bóng là ngăn chặn sự tích tụ khí trong ống đo tại nguồn của nó. Điều này đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật lắp đặt chuyên nghiệp về cơ học chất lỏng và đo siêu âm.

1. Ưu tiên đường ống có mực nước thấp hoặc hướng lên trên

Trong hệ thống mạng lưới đường ống, bong bóng có xu hướng di chuyển lên trên do lực nổi và tích tụ ở các điểm cao trong đường ống.

Tránh lắp đặt ở điểm cao: Không bao giờ nên lắp đặt đồng hồ nước siêu âm ở điểm cao nhất trong đường ống. Điểm cao là nơi các túi khí có nhiều khả năng hình thành nhất, nơi bong bóng có thể tồn tại trong thời gian dài, tạo ra một khoang kéo dài trên mặt cắt ngang của đường ống và ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc đo sáng.

Nên sử dụng đường ống hướng lên toàn bộ: Vị trí lắp đặt lý tưởng là điểm thấp hoặc phần đường ống có dòng chảy hướng lên theo chiều dọc. Ở các đoạn chảy thẳng đứng hướng lên trên, nước chảy qua toàn bộ đường ống, cho phép các bong bóng nhanh chóng bị dịch chuyển lên trên theo dòng điện và ít có khả năng tích tụ gần đầu dò.

2. Yêu cầu chạy ống thẳng và cấu hình bộ chỉnh lưu

Mặc dù đường ống thẳng chủ yếu được sử dụng để đảm bảo phân bổ vận tốc dòng chảy đồng đều nhưng chúng cũng có tác động tích cực đến việc phân tán bong bóng.

Chiều dài ống thẳng vừa đủ: Phải duy trì chiều dài ống thẳng vừa đủ ở thượng nguồn và hạ lưu của đồng hồ nước siêu âm (nói chung, nên đáp ứng các yêu cầu "10D" và "5D", trong đó D đại diện cho đường kính ống). Điều này giúp ổn định mô hình dòng chảy và giảm các dòng xoáy, vốn có thể khiến bong bóng thoát ra hoặc hút vào nước.

Thiết bị điều hòa dòng chảy ngược dòng: Trong các bố trí đường ống phức tạp, hãy cân nhắc việc lắp đặt thiết bị điều hòa dòng chảy chuyên dụng ở thượng nguồn của đồng hồ nước siêu âm. Trong khi thiết bị điều hòa dòng chảy chủ yếu loại bỏ sự biến dạng của tốc độ dòng chảy, một số thiết kế cũng có thể giúp phá vỡ các bong bóng lớn, khiến chúng đi qua khu vực đo ở kích thước nhỏ hơn, dễ dàng được dòng nước mang theo hơn.

Các biện pháp tối ưu hóa thiết kế và hỗ trợ hệ thống

Ngoài việc lựa chọn vị trí, thiết kế cấp hệ thống và thiết bị hỗ trợ cũng là chìa khóa để đảm bảo hoạt động của đồng hồ nước siêu âm không có bong bóng.

1. Lắp van thông gió

Một van thông gió tự động đáng tin cậy phải được lắp đặt ở điểm cao trong đường ống phía thượng nguồn hoặc gần đồng hồ nước siêu âm.

Chức năng: Van thông hơi loại bỏ không khí tự do liên tục và hiệu quả khỏi mạng lưới đường ống. Điều này đặc biệt đúng trong quá trình đổ nước, ngắt nước và cấp lại nước hoặc dao động áp suất. Một lượng lớn không khí bị mắc kẹt chỉ có thể được loại bỏ nhanh chóng thông qua van thông hơi, đảm bảo rằng đường ống phía trước lưu lượng kế vẫn đầy.

2. Quy trình nạp và thông hơi

Quy trình làm đầy và thông gió nghiêm ngặt là rất quan trọng trong quá trình lắp đặt và vận hành đồng hồ nước siêu âm.

Làm đầy chậm: Khi mạng lưới đường ống được khôi phục để cấp nước, nước phải được làm đầy từ từ để tránh dòng nước chảy nhanh có thể cuốn theo một lượng lớn không khí, hình thành các túi khí và ngăn chặn hiện tượng búa nước.

Thông hơi triệt để: Trước khi vận hành, đường ống phải được thông hơi hoàn toàn bằng cách mở van thông hơi hoặc van ở cuối đường ống cho đến khi dòng chảy ra ổn định và không có bọt khí.

3. Sự khác biệt về khả năng ứng dụng giữa phương pháp Transit-Time và Doppler

Các công nghệ siêu âm khác nhau có độ nhạy khác nhau đối với bong bóng.

Thời gian vận chuyển: Phương pháp này cực kỳ nhạy cảm với bong bóng và nhằm mục đích đo chất lỏng sạch. Bất kỳ bong bóng nào đều được coi là tiếng ồn hoặc nhiễu và phải tuyệt đối tránh sử dụng các phương pháp trên.

Đo lưu lượng Doppler dựa vào tín hiệu phản xạ từ các hạt hoặc bong bóng trong chất lỏng để đo tốc độ dòng chảy. Do đó, một lượng bong bóng vừa phải là cần thiết cho hoạt động của nó, nhưng nồng độ bong bóng quá mức hoặc không đủ cũng có thể gây ra lỗi. Trong ngành đo nước, phương pháp thời gian vận chuyển thường được sử dụng để đo nước sạch do có độ chính xác cao.