Ультрадыбысты су санауыштары неге дәлірек?

Ультрадыбысты су өлшегіш технологиясы жоғары дәлдікті қалай қамтамасыз ететіні

Ультрадыбысты ағын сезгіштеріндегі транзиттік уақыт айырымын өлшеу принципі

Ультрадыбысты су өлшегіштері құбырлар арқылы су қаншалықты тез қозғалатынын өлшеу арқылы жұмыс істейді. Олар транзиттік уақыт айырымы әдісі деп аталатын нәрсені қолданады. Негізінде, олар судың ішімен екі бағытта да дыбыс толқындарын жіберіп, әрқайсысының қайта оралуына қаншалықты уақыт кететінін өлшейді. Ағын болған кезде ағыспен бірге жіберілгендер ағысқа қарсы жіберілгендерге қарағанда тезірек оралады. Бұл жүйеде қысымның тербелісіне қарамастан дәлдік деңгейі шамамен плюс немесе минус 1 пайыз шамасында болады. Бұл құрылғы негізінде физиканың негізгі заңдарына сүйенеді, ал механикалық өлшегіштердегі сияқты дөңгелектер мен басқа да қозғалыстағы бөлшектерге сүйенбейді. Осындай конструкция арқасында мұндай өлшегіштерде уақыт өте қойылған сұйықтар немесе тығыздықтың өзгеруі сияқты заттардың әсерінен дәлсіздік пайда болмайды, сондықтан оларды ұзақ мерзімді бақылау үшін көбірек сенімді болып табылады.

Механикалық бөлшектердің болмауы дәлдікті жоғалтуды болдырмаиды

Ультрадыбыстық санауыштар импеллерлер, дөңгелектер немесе суға тиетін подшипниктер сияқты қозғалыстағы бөлшектерден тұрмайды, сондықтан олар әртүрлі жұмыс істейді. Халықаралық су ассоциациясының 2022 жылғы зерттеуіне сәйкес, көпшілік механикалық санауыштар сегіз жылдан кейін тозу белгілерін білдіре бастайды. Дәстүрлі санауыштардың шамамен 80 пайызы уақыт өте күйін жоғалтады. Ультрадыбыстық модельдерді ерекшелендіретін нәрсе – бұл өзгеріссіз өлшеу жүйесі, олар калибрлеуді қажет етпейді. Өмір сүруінің барлығы бойынша олар дәлдігін плюс немесе минус 2 пайызын сақтайды, бұл көне диафрагмалық санауыштардың өзінен 5 пайызға дейін дәлдігін жоғалтатынынан үздік көрсеткіш.

Төменгі ағын жағдайлары мен микротесіктерді анықтауға жоғары сезгіштік

Ультрадыбыстық датчиктер сағатына 0,05 литр ағынды ғана анықтауға қабілетті, бұл біз жылдар бойы пайдаланып келе жатқан механикалық регистраторларға қарағанда оларды елу есе сезімтал етеді. Мұндай дәлдік су компанияларының ешкім назарынан тыс қалып, ақша шығынын туғызғанға дейінгі кішігірім су жарылымдарын анықтауына көмектеседі. 2023 жылы Journal AWWA журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, осындай кішігірім ақаулар тарату желілері арқылы жоғалып кеткен судың шамамен 1,3 пайызын құрайды. Бұл датчиктердің жан-жақты әсерлерге, мысалы, сорғылардың тербелісі мен құбырлардың фондық дыбыстарына қалай ұстаздық ететіні шынайы таң қаларлық. Олар қозғалыстағы су көлемі тіркелуі үшін жеткілікті болмаған кезде де дәл көрсеткіштер беріп тұрады, әдеттегі санауыштардың қате жіберетін сағаттарында да.

Дәстүрлі механикалық су санауыштарының негізгі кемшіліктері

Ішкі тозу және компоненттердің бұзылуына байланысты өлшеу дрейфі

Механикалық бөліктерге негізделіп жасалған су санауыштар уақыт өте келе дәлдігін жоғалтады, себебі қозғалыстағы бөлшектер - тісті дөңгелектер, поршеньдер, турбиналар - табиғи түрде тозып кетеді. Зерттеулер механикалық санауыштардың көпшілігінде әр жылы дәлдік 1-2 пайызға дейін төмендейтінін көрсетті. Жағдай әрі қарай нашарлайды, егер жүйеге құм жиналса немесе минералды шөгінділер түсіп, бұзылу процесін тездетсе. Нақты орнатылған құрылғылардан жиналған деректерді бес жыл бойы талдау қорқынышты сандар көрсетті. Механикалық санауыштардың төрттен бір бөлігі қабылданған қате шектерінен шығып кетті, себебі олардың мойынтіректері тозып, ішкі бөлмелері әлсіреді. Бұл жаңа ультрадыбыстық модельдермен қайта қарама-қайшы, себебі олардың өзінде дәлдік төмендесе, техникалық қызмет көрсетушілерді ескертетін диагностикалық жүйе орнатылған.

Төменгі және турбулентті ағын жағдайындағы нашар жұмыс істеу

Көптеген механикалық санауыштар 1 минуттағы ағынды 0,5 галлоннан төмен өлшей алмайды, яғни үйде су құбырының ақауы болған кезде нақты пайдаланылатын судың 18%-дан 34%-ға дейін жоғалтылады. Клапандар қатты жабылғанда немесе сорғылар кенет іске қосылғанда турбуленттілік турбиналық санауыш көрсеткіштерінің 6% дейін қате көрсетуіне әкеліп соғады. Сонымен қатар, су жабдықтау компаниялары ескірген механикалық санауыштарға сүйенген аудандарда айтарлықтай 12% ақша жоғалып жатқанын анықтады, себебі көп мөлшерде су есепке түспейді. Бұлар тек абстрактілі сандар емес, құбырға түскен нақты ақшалар.

Орнату әсерлеріне және ағын профилінің бұзылуына бейімділік

Механикалық санауыштарды құбырдың иілуіне тым жақын орналастыру немесе қате бұрышта орнату олардың дәлдігін 15 пайызға, әлде де 20 пайызға дейін азайтады. Бұл құрылғылардың дұрыс жұмыс істеуі үшін ұзақ түзу құбырлар қажет. Көптеген адамдар санауыштан бұрын он құбыр диаметрін және сұйықтықтың түртілі ағысынсыз ағуы үшін оның соңында бес диаметрді ұсынады. Бірақ көне жүйелерді қайта жаңарту кезінде сол түзу құбырлар үшін орын табу қиын екенін мойындайық. Қысымның секіруімен де проблема бар. 150 фунт/квадрат дюймнан асатын қысымдар санауыштың ішкі бөліктерін иілуі мүмкін екенін біз көрдік. Әрбір 100 орнатудың 14-нде ғана үш жыл ішінде осындай жағдай болып жатыр деген дерек келтіріледі.

Ағын профиліне сезімталдық және шынайы әрекет ету айырмашылықтары

Турбулентті және айнымалы қысымды ағындардың санауыштардың дәлдігіне әсері

Құбыр иілуі немесе сорғы жұмысы әсерінен пайда болған ағын үлгілері механикалық санауыштардың жұмыс істеуін нашарлатады. Турбуленттілік қысымдық тербелістерге әкеп соғады, ол ішкі бөлшектердің орнын ауыстырады, ал ең төменгі ағын шарттары механикалық инерциялық қателерді күшейтеді. Бұл факторлар күрішті шаруашылық инфрақұрылымдарында жыл сайын дәлдіктің 2,5% артық шығындалуына әкеп соғады.

Ағын кедергілеріне ультрадыбыстық санауыштардың төзімділігі тесіп өтпейтін жобалауға байланысты

Ультрадыбыстық ағын өлшегіштер су ағынында дыбыс толқындарын жіберу арқылы оның қаншалықты тез қозғалатынын өлшейді. Бұл құрылғылар сұйықпен тікелей байланыспайды, сондықтан басқа жүйелерді бұзатын күрделі айналымдар мен қысымның кенет өзгерулерінен әсер алмайды. Бұл өлшегіштер транзиттік уақыт айырмашылығы деп аталатын техникасын қолданады, бұл тәсіл жағдай тұрақсыз болған жағдайда да жақсы әрі сенімді жұмыс істейді. Тағы бір үлкен артықшылық – құрылғының ішінде қозғалыстағы бөлшектердің болмауында, сондықтан уақыт өте келе дәлдігі төмендемейді, себебі механикалық өлшегіштердің қате жұмыс істеуіне әкелетін ұсақ бөлшектердің тозуы немесе беттерде минералды шөгінділердің жиналуы мүмкін емес.

Зерттеу нәтижесі: 5 жылдан кейінгі дәлдік сақтау 98,7% (AWWA зерттеуі)

2023 жылғы Америкалық су құрылыстары ассоциациясының (AWWA) зерттеуі 1200 ультрадыбыстық санауышты орнату бойынша жүргізілді. Үздіксіз бес жыл пайдаланғаннан кейін құрылғылар өзінің бастапқы дәлдігінің 98,7% ұстап тұрды, бұл механикалық санауыштардың орташа 3,2% дәлдік жоғалтқанынан ә существенно жоғары.

Ақылды интеграция және нақты уақытта дәлдікті бақылау

Ультрадыбыстық су өлшегіштер AMI деп қысқартылған Advanced Metering Infrastructure (күрделі өлшеу инфрақұрылымы) деген ұғымның негізін құрайды. Бұл қазіргі заманғы құрылғылар су компанияларына тұтынушылық туралы мәліметтерді ескі механикалық өлшегіштер мүмкін ететіннен әлдеқайда нақты түрде жинауға мүмкіндік береді. Дәстүрлі өлшегіштер тек уақыт өткен сайын жалпы соманы көрсетіп тұрса, ультрадыбыстық технология нақты ағын деректерінің үздіксіз ағынын уақыт белгілерімен қамтамасыз етеді. Бұл жарылыстарды олар көп проблемаға айналмас бұрын анықтауға және аудандар бойынша тұтыну үлгілерін болжауға мүмкіндік береді. Бүкіл жүйе Интернет заттары арқылы байланысқан ақылды желілермен бірге жұмыс істейді, соның нәтижесінде коммуналдық басқару менеджерлері желілер туралы нақты уақыт режимінде ақпарат алады.

Ақылды су өлшеу және AMI жүйелеріндегі ультрадыбыстық датчиктің рөлі

Ультрадыбыстық шығын өлшегіштер LPWA (LoRaWAN сияқты) төменгі қуатты кең аумақты байланыс протоколдарын қолдана отырып, AMI желілеріне тегіс енгізіледі, еңбасты хабарламалар үшін 5 секундтан аз уақытта екі бағытта деректер алмасуға мүмкіндік береді. Олардың біртұтас конструкциясы механикалық санауыштарды әдетте өшіріп тастайтын қысымның тосын көтерілуі кезінде үзіліссіз жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Нақты уақыт режиміндегі деректерді жеткізу арқылы үздіксіз дәлдікті тексеру

Ақылды мүмкіндіктері бар ультрадыбыстық санауыштар әр 15 минут сайын өзін-өзі тексеріп отырады, дыбыс толқындарының құбырлар арқылы жүріп өту уақытының қателер шектеріне сәйкестігін тексереді. Көрсеткіштер плюс немесе минус 1,5 пайыздан асқан кезде, осындай жүйелер кез келген аномалияны белгілейді және техниктердің назарын аудару қажеттілігі туралы SCADA желілері арқылы ескертулер жібереді. 2023 жылы AWWA жүргізген зерттеу қолданыстағы кезекті тексеру жүйесінің калибрлеу мәселелерін жылына бір рет қолмен тексеретін ескі санауыштармен салыстырғанда 92 пайызға дейін азайтатынын көрсетті. Бұл су жүйелерінің дәл жұмыс істеуін және күтпеген тоқтауларсыз жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Тәжірибелік мысал: Қалалық AMI енгізу және табыс емес су шығынын азайту

Оңтүстік-батыс АҚШ-тың ірі қалалық әкімшілігі 220 000 механикалық санауыштарды ультрадыбысты АМИ жабдықтарымен ауыстырды және 90 күннен кейін бұрын анықталмаған 3400 микроскопиялық су құбырының сырғанауын анықтады. Жоғары дәлдіктегі ағын деректерін қысым датчиктерінің көрсеткіштерімен талдау арқылы коммуналдық қызмет кәсіпорын су шығынын жылына 37% азайтты – жергілікті су тарифтері негізінде 2,8 млн долларлық қаржы шығындарын қайтарды.

Бастапқы құны мен Ұзақ мерзімді дәлдікті салыстыру: Ультрадыбысты санауыштар үшін бизнес-негіз

Бастапқы жоғары құны өмір сүру циклінің дәлдігімен және төмен жөндеу шығындарымен теңестіріледі

Ультрадыбысты су өлшегіштер бірінші қарағанда механикалық өлшегіштерге қарағанда әлдеқайда қымбат екенін білдіреді, біз бәріміз қалада көріп жүрміз. Өткен жылы жасалған салааралық зерттеу бағалардың бірінші кезекте 30-тан 50 пайызға дейін қымбат екенін көрсетті. Бірақ олардың ұзақ мерзімді табыстылығы осы жерде көрінеді: олардың қозғалыстағы бөліктері тозып кетпейді, сондықтан регулярлы түрде жөндеу немесе калибрлеу қажет болмайды. Қаржылық есептер жүргізілген қалаларда жоғары баға болса да, он жылдық пайдалану мерзімі ішінде жалпы шығындар 25 пайыздан 40 пайызға дейін төмен екені анықталды. Уақыт өте келе механикалық өлшегіштер де дұрыс көрсеткіш бермей бастайды, әр жылы 1-ден 3 пайызға дейінгі дәлдікті жоғалтады, себебі тісті дөңгелектер тозып кетеді. Ал ультрадыбысты өлшегіштер он жылдан астам уақыт бойы өлшеу дәлдігін плюс немесе минус жарты пайыз ішінде сақтап ұстайды.

Ұзақ мерзімді су шығындарын үнемдеу арқылы муниципалдық кедергілерді жеңіп шығу

Ультрадыбысты су санауыштарын енгізген бейресіндердің су жүйелерінде табыссыз су ағыны 15-30 пайызға дейін азайып отыр, себебі бұл санауыштар су құбырларындағы дабылды дәлірек анықтайды және өте аз ағын кезінде де жұмыс істейді. Өткен жылы он екі әртүрлі су ауданы бойынша жүргізілген зерттеуді қарастырсақ, зерттеушілер 100 мың қосылыс үшін әр жылы шамамен 2,7 миллион доллар үнемдеу мүмкін екенін байқаған. Бастапқы шығындар бюджет үшін қиын болуы мүмкін, бірақ уақыт өте келе тұтас суретті қарастырсақ, көпшілік жерлерде үштен бес жылға дейін өзара теңестіріледі. Сол кезден бастап, барлық үнемделген қаражат коммуналдық қызмет көрсету бойынша таза пайда ретінде көрінеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Неліктен ультрадыбысты су санауыштары дәстүрлі санауыштарға қарағанда дәлірек деп есептеледі?

Ультрадыбысты су санауыштары дыбыс толқындарымен ағын жылдамдығын өлшеу үшін уақыт айырмашылығы әдісін қолданады және дәлдік деңгейі шамамен ±1% құрайды. Механикалық санауыштардан айырмашылығы, олар сұйық тығыздығының өзгерісінен әсер етпейді.

Ультрадыбыстық санауыштар механикалық санауыштардан ұзақ қызмет етуінің себебі неде?

Ультрадыбыстық санауыштарда қозғалыстағы бөлшектер болмайды, сондықтан олар үнемі тозу мен қайта тексеруді талап етпейді және дәлдігін уақыт өткен сайын сақтайды.

Ультрадыбыстық санауыштар кішігірім су құбырын қалай анықтайды?

Олар төменгі ағын жағдайларына өте сезімтал, сағатына 0,05 литрге дейінгі ағынды анықтауға қабілетті, бұл ерте кезде су құбырын анықтауға көмектеседі.

Ультрадыбыстық санауыштарды AMI жүйелеріне интеграциялаудың пайдасы қандай?

AMI жүйелері арқылы ультрадыбыстық санауыштар нақты тұтыну деректерін және нақты уақыт режимінде бақылауды қамтамасыз етеді, сонымен қатар дәл су құбырын анықтау мен пайдалану үлгілерін талдауға көмектеседі.