Радарный расходомер против ультразвукового расходомера: какой лучше для открытых каналов?

Выбор правильной технологии измерения расхода имеет важное значение для надежного мониторинга рек, ирригационных каналов, городских канализационных сетей и канализационных каналов.

Две технологии, которые обычно рассматриваются, это: радарные расходомеры и ультразвуковые расходомеры. Оба устройства могут поддерживать мониторинг открытых каналов, но их принципы измерения, требования к установке и ограничения существенно различаются.

Радарный расходомер обычно использует микроволновые сигналы для измерения скорости потока воды на поверхности без непосредственного контакта с водой. В сочетании с радиолокационным измерением уровня воды и геометрией канала он может рассчитывать расход.

В зависимости от конструкции ультразвуковые системы могут измерять уровень воды, скорость течения или и то, и другое. Некоторые работают над поверхностью воды, в то время как другие требуют использования погруженных в воду преобразователей.

Что лучше? Бесконтактный радарный расходомер может быть хорошим выбором для открытых рек, станций мониторинга паводков и каналов, где сложно обслуживать подводное оборудование. Ультразвуковая технология может быть более подходящей, если для данного участка лучше подходят существующие устройства для измерения уровня и расхода или измерения акустической скорости.

В этом руководстве объясняются различия и как выбрать подходящую систему.

1. Что такое радарный расходомер?

Радарный расходомер — это прибор, использующий электромагнитные волны для измерения одного или нескольких параметров, связанных с движением воды.

Для мониторинга сброса воды в открытых каналах интегрированная радиолокационная система может сочетать в себе следующие элементы:

• Измерение скорости поверхности с помощью радара: Измеряет движение воды с помощью эффекта Доплера.
• Радарное измерение уровня воды: Определяет расстояние до поверхности воды с помощью радиолокационной дальномерной технологии.
• Расчет расхода: Оценка расхода с использованием геометрии русла и метода гидравлических расчетов.

Он JW-RD-600(HJ03) Интегрированный радарный расходомер является примером такого подхода.

Она включает в себя измерение доплеровской скорости поверхности, датчик уровня воды FMCW и встроенный алгоритм расчета расхода.

Как доплеровский радар измеряет скорость воды

Радарный датчик направляет микроволновые сигналы к поверхности текущей воды.

Движущиеся элементы поверхности отражают часть передаваемого сигнала. Отражённая частота изменяется в зависимости от относительного движения радара и воды.

Анализируя это доплеровское смещение частоты, прибор оценивает скорость поверхности.

Поскольку датчик расположен над водой, для измерения скорости не требуется физический контакт с потоком.

Однако радар должен принимать пригодный для использования отраженный сигнал. На качество показаний влияют состояние поверхности, угол измерения, турбулентность и место установки.

Как работает радарное измерение уровня воды

Встроенный радарный расходомер может использовать технологию частотно-модулированной непрерывной волны (FMCW) для определения уровня воды.

Радар излучает частотно-модулированный сигнал и обрабатывает отраженный сигнал для определения расстояния между датчиком и поверхностью воды.

Если известна опорная высота или расстояние до дна канала, прибор может рассчитать глубину воды.

Сочетание измеренной скорости поверхностного течения с глубиной воды и заданными параметрами канала позволяет оценить расход воды.

Для получения более подробной технической информации см. исследование Геологической службы США по данной теме. бесконтактные радиолокационные методы мониторинга расхода воды в реках.

2. Что такое ультразвуковой расходомер?

Ультразвуковые расходомеры используют акустические волны, а не электромагнитные радиолокационные сигналы.

Однако термин ультразвуковой расходомер охватывает несколько различных типов инструментов.

Понимание этих различий важно, поскольку сравнение радарного датчика скорости поверхности с обычным ультразвуковым трубным расходомером может ввести в заблуждение.

А. Бесконтактное ультразвуковое измерение расхода на основе уровня

Этот метод использует ультразвуковой датчик уровня, установленный над водой.

Датчик излучает акустические импульсы в направлении поверхности воды и определяет расстояние по времени возврата сигнала.

Глубина воды рассчитывается с использованием опорной высоты.

Расход воды затем можно оценить по уровню воды, используя откалиброванное гидравлическое сооружение, такое как подходящая водосливная плотина или лоток, или установленную зависимость расхода от уровня воды.

Этот метод не обязательно измеряет скорость течения воды напрямую.

Этот метод может быть применим к инженерным каналам, где уровень воды и расход имеют известную взаимосвязь.

Б. Подводное ультразвуковое доплеровское измерение скорости распространения волн в пространстве.

Ультразвуковой доплеровский датчик скорости устанавливается в воде или на границе канала.

Он излучает акустические сигналы и анализирует отражения от частиц или пузырьков, движущихся вместе с потоком.

В сочетании с измерением уровня воды и геометрией русла система может рассчитывать расход воды.

Подобные приборы используются в различных областях, включая канализационные каналы, частично заполненные трубопроводы и гидрологические измерительные станции.

В отличие от радиолокационного измерения скорости над водой, акустический преобразователь скорости должен работать в воде.

C. Ультразвуковое измерение потока по времени прохождения.

Системы измерения времени прохождения сигнала сравнивают время распространения ультразвуковых сигналов, движущихся по направлению потока и против него.

Они широко используются в соответствующих замкнутых трубопроводах. Некоторые специализированные акустические системы также работают в открытых каналах.

Традиционные накладные расходомеры с измерением времени прохождения потока через заполненные трубы не следует автоматически рассматривать как замену расходомерам с измерением скорости потока в открытом канале.

Для получения независимого обзора см. Объяснение компанией Endress+Hauser методов ультразвукового измерения расхода.

3. Радарный расходомер против ультразвукового расходомера: основные различия

В данном сравнении основное внимание уделяется интегрированным бесконтактным радиолокационным системам и ультразвуковым технологиям, обычно используемым для мониторинга открытых каналов.

Важный: Ни одна технология измерения расхода не обеспечивает наивысшую точность во всех условиях.

Фактическая погрешность расхода зависит от выбранного прибора, условий установки, гидравлической модели, калибровки и методов технического обслуживания.

4. Точность измерений: какая технология более надежна?

Точность зачастую является первым параметром, который оценивают инженеры и отделы закупок.

Однако сравнение только точности радарных и ультразвуковых датчиков может привести к неправильному решению о покупке.

Точность датчика — это не то же самое, что точность измерения расхода.

Радарный расходомер может указывать на определенную точность измерения скорости, в то время как ультразвуковая система может указывать на точность измерения уровня или скорости.

Эти значения представляют собой различные измеренные величины.

Расход воды в открытом канале обычно выражается следующим образом:

Q = A × V

Где:

• В: Расход (м³/с)
• А: Смоченная площадь поперечного сечения (м²)
• В: Средняя скорость поперечного сечения (м/с)

Радарный датчик скорости поверхности не измеряет напрямую среднюю скорость по всему каналу.

Измеренную скорость поверхности необходимо преобразовать в репрезентативную среднюю скорость с использованием соответствующих методов коррекции.

Аналогичным образом, ультразвуковые датчики скорости потока могут измерять лишь часть поля потока, что требует наличия подходящего метода для оценки средней скорости.

В ультразвуковых системах, измеряющих только уровень, расход воды зависит от гидравлической зависимости между уровнем воды и расходом.

Геологическая служба США (USGS) объясняет использование соотношений скорости и площади в своем техническом руководстве., Расчет расхода с использованием метода индексной скорости.

Факторы, влияющие на радиолокационное измерение потока.

На точность радиолокационных измерений могут влиять следующие факторы:

• Условия поверхностных волн и отражения
• Ветер влияет на движение поверхности
• Турбулентность и вихри
• Неправильный угол установки
• Изменения направления потока
• Нерепрезентативные места проведения измерений
• Неправильная геометрия канала
• Неопределенность при преобразовании поверхностной скорости в среднюю.

Факторы, влияющие на ультразвуковое измерение расхода

В зависимости от принципа ультразвукового измерения, важными факторами могут быть:

• Качество акустического сигнала
• Пузырьки воздуха или взвешенные твердые частицы
• Температура воды и условия распространения звука
• Погружение датчика
• Осадок или обрастание
• выравнивание преобразователя
• Калибровка гидравлической конструкции
• Изменения поперечного сечения канала

Правильно спроектированная ультразвуковая измерительная станция может обеспечить надежную информацию о разрядах. Аналогично, установка радара требует надлежащего выбора места и проверки.

Лучшей системой является та, принцип измерения которой соответствует фактическим гидравлическим условиям и требуемой неопределенности.

5. Сравнение установки и технического обслуживания

Требования к установке часто влияют на долгосрочную стоимость и практическую осуществимость проекта мониторинга.

Установка радарного расходомера

Встроенный радарный расходомер обычно устанавливается над поверхностью воды.

Возможные места расположения:

• Мостовые конструкции
• Перемычки каналов
• Фиксированные монтажные кронштейны
• Разработанные платформы мониторинга

Датчик должен быть направлен на соответствующий участок проточной воды со стабильными и репрезентативными условиями поверхности.

При выборе места установки следует избегать резких изгибов, нестабильных зон сброса, сильных вихрей и значительного скопления наносов.

В бесконтактных радиолокационных системах специалистам обычно не требуется спускаться в воду для установки или обслуживания измерительной головки.

Это может быть особенно ценно в местах, где доступ к воде затруднен или дорог.

Установка ультразвукового расходомера

Установка зависит от использования ультразвуковой технологии.

Бесконтактный ультразвуковой датчик уровня также может быть установлен над поверхностью воды.

Для установки подводного доплеровского датчика скорости потока обычно требуется размещение его внутри канала или на смоченной поверхности.

Это может включать в себя:

• Установка монтажного кронштейна или опоры датчика.
• Надежное крепление и защита кабеля датчика
• Проверка погружения
• Очистка от отложений или загрязнений
• Проверка датчика после возникновения необычных событий, связанных с потоком жидкости.

Однако подводные акустические измерения могут быть полезны в тех случаях, когда надежные измерения с помощью поверхностного радара затруднены или когда конкретный метод гидравлического мониторинга требует наблюдений за скоростью потока воды.

Вопросы технического обслуживания

В радиолокационных системах отпадает необходимость в регулярной очистке погруженных в воду чувствительных поверхностей, поскольку измерительная головка остается над водой.

Тем не менее, радиолокационные установки по-прежнему требуют проверки монтажных конструкций, электрических соединений, систем электропитания, телеметрического оборудования и качества данных.

Системы, использующие только ультразвуковой датчик уровня, также позволяют избежать загрязнения подводных датчиков.

Таким образом, преимущество радара в плане обслуживания наиболее актуально при сравнении бесконтактных радаров с погружные ультразвуковые измерители скорости, а не каждый ультразвуковой расходомер.

6. Что лучше подходит для различных приложений с открытым каналом связи?

Мониторинг речного стока

Для мониторинга рек может подойти бесконтактный радарный расходомер, если специалисты смогут безопасно установить оборудование над водой и получить репрезентативный сигнал скорости потока на поверхности.

Это полезно в тех случаях, когда прямой доступ к быстротекущей воде затруднен.

Однако необходимо оценить взаимосвязь между скоростью движения поверхности и общим расходом воды.

Подводные акустические доплеровские приборы остаются подходящим вариантом в местах, где их конфигурация измерений и установленная калибровка на месте обеспечивают надежные данные.

Критерии отбора: Стабильность русла, условия паводка, характеристики скорости поверхностного течения и доступность для проведения технического обслуживания.

Системы раннего предупреждения о наводнениях

Для работы станций мониторинга наводнений необходимы надежные данные, полученные в условиях изменяющихся гидрологических условий.

Бесконтактная радиолокационная система позволяет измерять уровень воды и скорость движения поверхности из фиксированной точки над потоком.

Эти измерения могут способствовать созданию систем мониторинга, позволяющих выявлять быстро меняющиеся условия на воде.

Сам по себе радарный расходомер не является полноценной системой раннего предупреждения о наводнениях.

Также могут потребоваться системы мониторинга осадков, средства связи, программное обеспечение для мониторинга, правила оповещения и процедуры действий в чрезвычайных ситуациях.

Сельскохозяйственные ирригационные каналы

В ирригационных каналах могут использоваться как радарные, так и ультразвуковые технологии.

Ультразвуковая система, основанная на измерении уровня, может быть целесообразна в тех случаях, когда имеется калиброванная водосливная плотина, лоток или другое гидротехническое сооружение.

Радарный расходомер является альтернативным вариантом в тех случаях, когда необходимо измерять скорость потока на поверхности и уровень воды в соответствующем измерительном участке.

Для прямоугольных и трапециевидных каналов точные геометрические параметры имеют особенно важное значение.

Критерии отбора: Форма русла, ожидаемая скорость течения, гидравлические сооружения и требуемая частота мониторинга.

Городская водоотводная система и ливневые каналы

В городских канализационных системах могут наблюдаться изменения уровня воды, заносы, переносимые ливневыми дождями, и кратковременные периоды высокого уровня воды.

Надводные радиолокационные измерения позволяют снизить потребность в подводных датчиках скорости в подходящих открытых участках канала.

Однако радар не всегда подходит для каждой подземной дренажной трубы.

В случае полностью перегруженных труб, сильно турбулентных стоков или неподходящих поверхностных условий может потребоваться другой метод измерения.

Узнайте больше о JW-IoT Расходомер для открытых каналов для интеллектуального мониторинга дренажных систем..

Мониторинг потока сточных вод

Для открытых канализационных каналов следует рассмотреть как радарные, так и ультразвуковые системы.

Бесконтактный радар позволяет ограничить воздействие сточных вод на чувствительную головку.

Подводные ультразвуковые доплеровские датчики могут обеспечить подходящее измерение скорости при наличии достаточного акустического отражения и правильного размещения датчика.

При выборе следует учитывать геометрию канала, вероятность загрязнения, характеристики поверхности и требования к техническому обслуживанию.

7. Интегрированный радиолокационный мониторинг потока: JW-RD-600(HJ03)

Для проектов, требующих бесконтактного измерения скорости потока воды на поверхности, уровня воды и расчетного расхода, JW-IoT предлагает следующее: JW-RD-600(HJ03) Интегрированный радарный расходомер.

В состав продукта входят:

Доплеровское радиолокационное измерение скорости + радиолокационное измерение уровня воды с помощью FMCW + расчет гидравлического расхода

Согласно руководству пользователя, система использует доплеровский радар с частотой 24 ГГц для измерения скорости поверхности и поддерживает настраиваемые поперечные сечения открытого канала.

Основные технические характеристики

Технические характеристики различаются в зависимости от конфигурации продукта. Окончательный выбор модели следует сверить с соответствующей технической документацией.

Удаленный мониторинг и интеграция RTU

Радарный расходомер поддерживает цифровую связь для подключения к гидрологическим RTU, регистраторам данных и совместимым системам мониторинга.

Типичная архитектура:

Радарный расходомер → RS485/Modbus RTU → Регистратор данных или RTU → Коммуникационная сеть → Платформа мониторинга

Для удовлетворения специфических требований проекта к телеметрии доступны дополнительные конфигурации беспроводной связи.

Данный продукт может быть рассмотрен для следующих целей:

• мониторинг гидрологических условий рек
• Мониторинг ирригационных каналов
• Станции наблюдения за наводнениями
• мониторинг городских водоотводных систем
• управление водными ресурсами

Главное инженерное преимущество заключается в интеграции расчетов скорости, уровня и расхода в одном измерительном устройстве.

Это снижает необходимость выбора отдельных приборов для измерения скорости и уровня, хотя фактическая полная конфигурация станции зависит от требований к электропитанию, связи, установке и платформе.

8. Как выбрать между радарными и ультразвуковыми расходомерами

Перед выбором системы измерения расхода инженерам следует ответить на следующие вопросы.

Канал открыт или находится под давлением?

Поверхностный радарный расходомер предназначен для использования в подходящих условиях на свободной поверхности.

Для трубопровода, находящегося под полным давлением, обычно требуется другая технология.

Достаточно ли одного лишь уровня воды?

Если калиброванная гидравлическая зависимость позволяет точно преобразовать уровень воды в расход, то может быть достаточно ультразвукового или радарного решения, основанного на измерении уровня.

Если также требуется измерение скорости, рассмотрите технологии измерения скорости поверхности с помощью радара или ультразвукового измерения скорости в пространстве.

Можно ли установить датчик над водой?

При наличии подходящего моста или монтажной конструкции бесконтактное измерение может упростить доступ и снизить риск воздействия опасного потока.

Стабильна ли геометрия канала?

Для получения достоверных расчетов расхода необходимо правильно подобрать геометрию канала или выполнить гидравлическую калибровку.

Изменение русла реки или нестабильность поперечного сечения могут вносить дополнительную неопределенность.

Каковы условия потока?

Следует учитывать низкие скорости, турбулентность на поверхности, наличие наносов, плавающий мусор, ветер и возможное обратное течение.

Каким образом будут передаваться данные мониторинга?

Для удаленных объектов может потребоваться регистратор данных или RTU, беспроводная телеметрия и автономный источник питания.

Перед закупкой следует проверить совместимость средств связи.

9. Часто задаваемые вопросы

9.1 Является ли радар более точным, чем ультразвуковое измерение расхода?

Не обязательно. Точность зависит от типа датчика, качества установки, гидравлических условий и методов расчета расхода. Точность измерения скорости поверхности с помощью радара нельзя напрямую сравнивать с точностью измерения уровня с помощью ультразвукового датчика или общей точностью расчета расхода системы.

9.2 Может ли радарный расходомер измерять расход воды, не касаясь воды?

Да. Бесконтактный радарный расходомер может измерять скорость потока на поверхности и уровень воды сверху. Затем расход рассчитывается с использованием геометрии канала и методов гидравлической коррекции.

9.3 В чем основное различие между радарными и ультразвуковыми доплеровскими расходомерами?

Радарные доплеровские приборы обнаруживают микроволновые отражения, связанные с движением на поверхности воды. Подводные ультразвуковые доплеровские приборы обнаруживают акустические отражения от движущихся частиц или пузырьков в жидкости.

9.4 Какая технология подходит для мониторинга наводнений?

Оба метода могут использоваться в правильно спроектированных системах. Бесконтактный радар привлекателен в случаях, когда доступ к подводным приборам опасен, при условии, что отражение от поверхности и гидравлические условия являются подходящими.

9.5 Могут ли радарные расходомеры контролировать частично заполненные дренажные трубы?

Да, при соответствующих конфигурациях со свободной поверхностью. Эффективность зависит от достаточного пространства, подходящей площади измерительного участка, стабильных условий потока и точной геометрии. Для труб, работающих под полным давлением, требуется отдельное рассмотрение.

9.6 Требуются ли размеры канала для интегрированного радарного расходомера?

Да. Для расчета расхода на основе поверхностной скорости и уровня воды необходимы параметры поперечного сечения русла и подходящий метод оценки средней скорости потока.

10. Вывод: выбирайте метод измерения, а не только датчик.

Радарные и ультразвуковые расходомеры — ценные инструменты для мониторинга воды, но они не взаимозаменяемы в каждом конкретном случае.

Бесконтактный радарный расходомер может быть предпочтительнее, когда необходимо измерять скорость потока на поверхности и уровень воды над водой, особенно в реках, открытых каналах и на станциях мониторинга, где обслуживание подводных датчиков затруднено.

Системы, основанные на ультразвуковом уровне, остаются практичными для калиброванных гидротехнических сооружений, в то время как ультразвуковые приборы для измерения скорости распространения волн могут обеспечить подходящие измерения в широком диапазоне применений в области водоотведения и гидрологии.

Наиболее надежное решение учитывает следующее: Принцип измерения, геометрия канала, гидравлические условия, требования к установке, интеграция данных и требования к точности, специфичные для проекта..

Ищете решение для мониторинга расхода воды в открытых каналах?

Компания JW-IoT предоставляет бесконтактное радарное оборудование для измерения расхода воды в целях гидрологического мониторинга и интеграции промышленного Интернета вещей.

Изучите JW-RD-600(HJ03) — многофункциональный радарный расходомер 3-в-1. или просмотрите наш Диапазон действия датчика уровня и расхода воды.

Для получения технических рекомендаций, пожалуйста, укажите размеры канала, условия потока, диапазон измерений, высоту установки и требования к связи.

Свяжитесь с JW-IoT чтобы обсудить ваш проект.

Электронная почта: info@jingelway.com