En ultrasonik su sayaçları "Geçiş süresi yöntemi" adı verilen bir şey üzerinde çalışıyoruz. Akış ölçümünde Doppler etkisini de duymuş olabilirsiniz, ancak su sayacı dünyasında geçiş süresi en çok tercih edilen yöntemdir.
“Geçiş süresi” şu anlama gelir: Ultrasonik su sayaçları, su borusunun içine yerleştirilmiş bir ultrasonik sensör kullanarak ses dalgaları yayar ve sudaki ses dalgalarının hızını ölçer. Yukarı ve aşağı akış yönündeki hız farkı ölçülerek su akış hızı hesaplanır ve debi elde edilir.
Ultrasonik Su Sayacının İçinde Neler Var?
Ultrasonik Transdüserler: Bunlar, sıvı akış hızını ölçmek için ultrasonik sinyalleri iletmek ve almakla görevli ultrasonik su sayacının temel bileşenleridir.
Mikroişlemci/Sinyal İşleme Birimi: Bu birim, sensörler tarafından toplanan verileri işleyerek sinyal işleme, filtreleme, analogdan dijitale dönüştürme ve diğer işlemleri gerçekleştirir ve işlenmiş verileri okunabilir akış bilgisine dönüştürür.
Akış Borusu/Ölçüm Kanalı: Bu boru, su akışı için bir yol sağlar ve su hızını ölçmek için kullanılan ultrasonik dönüştürücüyü monte etmek için kullanılır.
Görüntülemek: Bu, kullanıcının akış hızı ve toplam akış gibi sayaç değerlerini görüntülemesini sağlar.
İletişim Modülü: Bu, ultrasonik su sayacı ile harici cihazlar (örneğin bir ana bilgisayar veya uzak sunucu) arasında veri iletimini sağlayan, uzaktan izleme ve veri yönetimine olanak tanıyan bir ortamdır.
Konut: Bu, su sayacının iç bileşenlerini korur ve genellikle su geçirmez, yüksek kaliteli malzemelerden yapılır.
Güç: Bu ünite ultrasonik su sayacına elektrik enerjisi sağlar.
Ultrasonik Su Sayacı Çalışma Prensibi ve Akış Hesaplama Süreci
Bu makalenin başında da belirtildiği gibi, ultrasonik su sayaçlarının çalışma prensibi geçiş süresi yöntemine dayanmaktadır. Temel fikir, ultrasonik dalgaların bir sıvının akış yönünün yukarısında ve aşağısında kat ettikleri süre arasındaki farkı ölçerek akış hızını hesaplamaktır. Aşağıda, ultrasonik su sayaçlarının çalışma prensibini ve akış hızı hesaplama sürecini adım adım açıklayacağız:
Adım 1: Sinyal İletimi ve Alımı
Ultrasonik su sayacı, borunun giriş ve çıkış yönünde yerleştirilmiş birden fazla ultrasonik dönüştürücü (genellikle iki veya daha fazla çift) içerir. Bu dönüştürücüler ultrasonik sinyaller gönderir ve alır. Bir dönüştürücü ultrasonik sinyali gönderirken, diğeri alır.
Adım 2: Sinyal Yayılımı ve Zaman Farkı Ölçümü
Ultrasonik bir sinyal bir sıvı içinde yayılırken, yayılma hızı sıvının akış hızından etkilenir. Ultrasonik dalgalar, akış yönünde (sıvı akışıyla aynı yönde) akış yönünün tersine (sıvı akışının ters yönünde) göre daha hızlı ilerler. Bu nedenle, akış yönü ile akış yönü arasında bir yayılma süresi farkı vardır ve bu farka geçiş süresi farkı denir.
Adım 3: Veri İşleme ve Hesaplama
Ultrasonik su sayacı, aşağı ve yukarı akışlar arasındaki yayılma süresi farkını ölçer ve borunun geometrik parametreleriyle (boru çapı, sensör aralığı vb.) birlikte matematiksel bir model aracılığıyla akış hızını hesaplar. Akış hızı ile zaman farkı arasındaki ilişki genellikle aşağıdaki formülle ifade edilir:
Nerede:
vm = Akışkanın ortalama eksenel hızı
L=Ultrasonik yol uzunluğu
φ=Ultrasonik yol açısı
tr = Akışkan içindeki ultrasonik dalganın yayılma süresi (A'dan B'ye)
ts = Akışkanın yukarı akışında (B'den A'ya) ultrasonik dalganın yayılma süresi
Adım 4: Akış Hesaplaması
Akışkan hızı elde edildikten sonra, borunun kesit alanı A ile birlikte anlık akış hızı hesaplanabilir.
Boru Alanını Hesapla:
Nerede:
A = borunun kesit alanı
D = borunun iç çapı
Nerede:
K = hız dağılım katsayısı
dt = zaman integrali
S = boru segmentinin kesit alanı
Biriken akış, entegrasyon veya birikim yoluyla da elde edilebilir.
Çalışma Prensipleri: Ultrasonik ve Mekanik Su Sayaçları Karşılaştırması
Ultrasonik ve mekanik su sayaçları arasındaki çalışma prensiplerindeki farklılıklar, özellikle doğruluk ve basınç kaybı açısından performanslarında farklılıklara yol açmaktadır.
Mekanik su sayaçları, mekanik hareketli parçaların (örneğin pervaneler veya dişliler) dönüşüne dayanarak çalışır ve sıvının hacmini veya hızını ölçerek su tüketimini belirler. Mekanik parçaların hareketi, aşınmaya, tıkanmaya ve diğer parazitlere karşı hassas olmalarına neden olarak doğruluğu azaltır. Ayrıca, hareketli parçaların ve akış direnci cihazlarının varlığı, önemli basınç kaybına ve artan enerji tüketimine yol açar.
Ultrasonik su sayaçları, ultrasonik geçiş süresi yöntemine dayanarak çalışır; su akış hızını ölçmek ve böylece debiyi hesaplamak için ultrasonik sinyaller gönderir ve alır. Temel prensibi, akış hızını ve dolayısıyla debiyi hesaplamak için aşağı ve yukarı yönlerdeki ultrasonik dalga yayılma sürelerindeki farkı kullanmaktır. Ultrasonik su sayaçlarının hareketli parçaları yoktur, bu nedenle kullanım sırasında doğrulukları sabit kalır ve zamanla önemli ölçüde bozulmaz. Ayrıca akış direnci olmaması, minimum basınç kaybı ve daha düşük enerji tüketimi gibi avantajlar sunarlar. Dahası, düşük başlangıç akış hızı ve geniş ölçüm aralığı, onları özellikle düşük akışları ölçmede etkili kılar ve ölçüm hatalarını azaltır.
Hızlı karşılaştırma:
| Avantaj | Ultrasonik Su Sayaçları | Mekanik Su Sayaçları |
| Çalışma Prensibi | Ultrasonik ses dalgalarının geçiş süresi | Pervanelerin veya pistonların mekanik dönüşü |
| Kesinlik | Yüksek doğruluk; zaman içinde istikrarlı; düşük akışta iyi performans gösterir. | Aşınma nedeniyle doğruluk azalır; düşük akış hızlarında zorlanır. |
| Oran (BMAG su sayacını örnek olarak alalım) | R80 – R100 – R160 – R200 – R400 | R80 – R100 – R160 |
| Hareketli Parçalar | Hiçbiri | Pervaneler veya dişliler |
| Basınç Kaybı | Düşük — minimum akış tıkanıklığı | Daha yüksek — parçalar akışı engelleyerek basınç düşüşüne neden olur. |
| Dayanıklılık | Çeşitli koşullar altında yüksek dayanıklılık | Basınç, döküntü ve aşınmadan kaynaklanan hasara karşı hassastır. |
| Gelişmiş Özellikler | Uzaktan okuma, sızıntı tespiti ve çift yönlü akışı destekler. | Sınırlı veya hiç dijital özellik yok |
