Was sind die Unterschiede in Aufbau und Messgenauigkeit zwischen Einpfad- und Mehrpfad-Ultraschall-Wasserzählern?

Im modernen intelligenten Wassermanagement sowie in der industriellen Durchflussmessung und -steuerung sind Ultraschall-Wasserzähler aufgrund des Fehlens mechanisch beweglicher Teile, des geringen Druckabfalls und der hohen Genauigkeit zu einem gängigen Messinstrument geworden. Ultraschall-Wasserzähler werden je nach Anzahl der Schallwellenpfade hauptsächlich in Einpfad- und Mehrpfad-Designs eingeteilt. Das Verständnis der wesentlichen Unterschiede zwischen diesen beiden Strukturen in Bezug auf Prinzip, Zusammensetzung und Messgenauigkeit ist entscheidend für die Auswahl des für Ihre Anwendung am besten geeigneten Durchflussmessers.

Strukturelles Design und akustisches Wellenpfadlayout

1. Einpfad-Ultraschall-Wasserzähler

Wie der Name schon sagt, verwendet ein Einpfad-Ultraschall-Wasserzähler nur ein Wandlerpaar (d. h. einen Schallwellen-Messpfad) über den Durchflussquerschnitt.

Strukturelle Merkmale: Dieses Design ist das einfachste und relativ kostengünstigste. Zwei Wandler werden typischerweise schräg entlang des Rohrdurchmessers oder entlang einer bestimmten Sehnenlänge positioniert und bilden einen einzigen akustischen Strahl. Auf diesem festen Weg breiten sich akustische Wellen sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts aus und die Strömungsgeschwindigkeit entlang dieses Weges wird mit der Laufzeitmethode berechnet.

Anwendbare Szenarien: Wird typischerweise in Rohren mit kleinem Durchmesser oder für Anwendungen zur Zählerablesung in Wohngebieten mit mäßigen Anforderungen an die Messgenauigkeit verwendet. Da der Schallwellenpfad einfach ist, kann er kompakter gestaltet werden und bietet eine größere Installationsflexibilität.

2. Mehrweg-Ultraschall-Wasserzähler

Mehrweg-Ultraschall-Wasserzähler nutzen zwei oder mehr Wandlerpaare (z. B. Zweikanal-, Dreikanal- oder Vierkanal-Wandlerpaare), die über den Rohrquerschnitt installiert sind, wodurch mehrere Schallwellenpfade entstehen.

Strukturmerkmale: Die Struktur ist relativ komplex und erfordert mehr Wandler und anspruchsvollere Signalverarbeitungsschaltkreise. Diese Schallwellenpfade sind typischerweise entlang verschiedener Sehnenrichtungen verteilt, um die Abdeckung zu maximieren oder die Geschwindigkeitsverteilung über den Strömungsquerschnitt zu simulieren.

Kerntechnologie: Mehrpfad-Wasserzähler nutzen numerische Integrations- oder gewichtete Mittelungsalgorithmen, um die Strömungsgeschwindigkeiten entlang mehrerer Pfade umfassend zu berechnen und die Durchschnittsgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt zu bestimmen, wodurch eine höhere Präzision der Durchflussmessung erreicht wird.

Anwendbare Szenarien: Hauptsächlich verwendet in Wasserversorgungsnetzen mit großem Durchmesser, im Handelsverkehr, bei hochpräzisen industriellen Messungen und bei Anwendungen, die extrem hohe Turndown-Verhältnisse erfordern.

Messgenauigkeit und Anpassungsfähigkeit des Durchflussregimes

Strukturelle Unterschiede bestimmen direkt den erheblichen Unterschied in der Messgenauigkeit und Anpassungsfähigkeit des Durchflussregimes zwischen den beiden Wasserzählern.

1. Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsverteilung

Wasser in einem Rohr fließt nicht gleichmäßig; Stattdessen weist es ein Geschwindigkeitsprofil auf, typischerweise mit hohen Geschwindigkeiten in der Mitte und niedrigen Geschwindigkeiten in der Nähe der Rohrwand. Dieses Geschwindigkeitsprofil kann durch Störfaktoren wie vorgeschaltete Ventile, Rohrkrümmer und Pumpen beeinflusst werden, was zu einer verzerrten Strömung führt.

Einschränkungen von Einkanalmessgeräten: Einkanalmessgeräte messen die Strömungsgeschwindigkeit nur an einem einzelnen Punkt oder entlang einer Linie in einem Querschnitt. Sie gehen davon aus, dass die tatsächliche Geschwindigkeitsverteilung mit einer idealen Geschwindigkeitsverteilung (z. B. einer voll entwickelten Strömung) übereinstimmt, und verwenden einen festen Korrekturfaktor, um die Pfadgeschwindigkeit in eine Durchschnittsgeschwindigkeit umzuwandeln. Sobald das tatsächliche Strömungsmuster verzerrt ist, wird der Korrekturkoeffizient unwirksam, was zu einem starken Abfall der Messgenauigkeit führt. Dies ist der größte Genauigkeitsengpass eines Einkanalsystems.

Vorteile von Mehrkanalsystemen: Durch die Erfassung mehrerer Strömungsgeschwindigkeitsproben an verschiedenen Orten können Mehrkanalsysteme die wahre Form der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung besser erfassen. Mithilfe ausgefeilter numerischer Integrationsalgorithmen können Mehrkanalsysteme verzerrte Strömungen effektiv kompensieren und korrigieren und so Fehler, die durch Störungen des Strömungsmusters verursacht werden, deutlich reduzieren. Daher ist ihre Messgenauigkeit deutlich höher als die eines einkanaligen Systems. Der Stabilitätsvorteil von Mehrkanalsystemen kommt insbesondere bei nicht idealen Einbaubedingungen (z. B. zu geringer gerader Rohrlänge) zum Tragen.

2. Turndown- und Low-Flow-Messfähigkeit

Das Turndown-Verhältnis misst die Fähigkeit eines Ultraschall-Wasserzählers, die Genauigkeit über einen weiten Durchflussbereich aufrechtzuerhalten.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, schwache Signale zu verarbeiten und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung genau zu erfassen, weisen Mehrkanalsysteme häufig ein höheres Turndown-Verhältnis auf. Dies bedeutet, dass sie bei extrem niedrigen Durchflussmengen (z. B. am Q1-Durchflusspunkt) eine stabile Messung aufrechterhalten können, was sie für die Lecküberwachung wertvoller macht.

Wenn die Durchflussrate niedrig ist, ist das Geschwindigkeitsdifferenzsignal auf dem Schallwellenpfad schwach und die Geschwindigkeitsverteilung wird leichter durch Temperatur, Blasen usw. beeinflusst. Die Untergrenze der Messgenauigkeit ist hoch und das Reichweitenverhältnis relativ begrenzt.