Statistiky jsou alarmující: Jen ve Spojených státech každoročně unikají z domácností úniky asi 900 miliard galonů vody. Abychom uvedli toto číslo na pravou míru, je to dostatek vody na zásobování zhruba 11 milionů domácností ročně. A další země - od Evropy po Asii - čelí podobným výzvám. Složení tohoto problému spočívá v očekávaném nedostatku vody.
Ale pomoc je tady. Ultrazvuková technologie umožňuje vodoměrům instalovaným v inteligentních budovách a inteligentních městech detekovat a lokalizovat netěsnosti jen jednou kapkou každých několik sekund. Města z Austinu do Antverp instalují špičkové inteligentní vodoměry, které poskytují zákazníkům informace, které potřebují, aby zjistili úniky a šetřili vodu, a pomáhají společnostem identifikovat úniky infrastruktury ve stárnoucích potrubích a rozbitých vodovodech.
"Voda, kterou dnes máme, je jediná voda, kterou kdy budeme mít," říká Holly Holt-Torres, manažerka ochrany vod města Dallas Water Utilities. "Musíme to konzervovat." Technologie nám to umožní na stále vyšší úrovni. “
Ale tato ultrazvuková technologie má aplikace, které přesahují vodoměry. Stejnou technologii lze použít v měřičích, které měří tok zemního plynu a dokonce detekují směs plynu protékajícího potrubím. Může dokonce pomoci zdravotníkům regulovat dodávku kyslíku v chirurgických zařízeních.
Jít s proudem
Ultrazvukové vlny samozřejmě nejsou nové. Například netopýři používají ultrazvukové měření vzdálenosti, aby se vyhnuli překážkám a v noci chytili hmyz. A ve více technologicky vyspělých aplikacích se používá při rozlišování materiálů, předcházení kolizím v automobilech a při průmyslovém a lékařském zobrazování.
Nyní se používá ve vodoměrech a jiných průtokoměrech. Měřidla se tradičně spoléhají na elektromechanický systém s otočným vřetenem nebo převodem, který používá magnetický prvek ke generování pulsů. Ale - jak je tomu u termostatů, motorů a mnoha dalších běžných zařízení - elektromechanické systémy v průtokoměrech rychle přecházejí na elektronické systémy.
V těchto systémech měří ponorné ultrazvukové měniče rychlost akustických vln v kapalině. Rychlost šíření akustických vln je funkcí viskozity, rychlosti toku a směru kapaliny protékající trubkou. Ultrazvukové vlny se pohybují různými rychlostmi v závislosti na tuhosti médií, kterými procházejí.
Přesnost měření závisí na kvalitě převodníku, přesných analogových obvodech a algoritmech zpracování signálu. Akustické nebo ultrazvukové měniče jsou piezo materiály, které převádějí elektrické signály na mechanické vibrace při relativně vysoké frekvenci stovek kilohertů. Typicky musí být pár ultrazvukových měničů v rozsahu 1–2 MHz dobře sladěn a kalibrován, aby bylo možné přesně měřit průtok. Tvoří významnou část nákladů na průtokoměr. Senzorový systém musí pracovat při velmi nízkém výkonu, aby byla zajištěna životnost baterie 15–20 let.
Pokročilý čip pro měření průtoku naší společnosti, MSP430FR6043, obsahuje jedinečné analogové rozhraní a algoritmus, který výrazně zlepšuje přesnost a současně snižuje celkové náklady a spotřebu energie. Naše architektura měření průtoku využívá vysoce výkonný analogový design, pokročilé algoritmy a vestavěné zpracování, aby zmírnila potřebu nákladného páru ultrazvukových snímačů. Analogové algoritmy frontendu a zpracování signálu kompenzují nesoulad snímače.
Počítá se každá kapka
Typický ultrazvukový průtokoměr vysílá ultrazvukovou vlnu a měří diferenciální zpoždění přijímače pro odhad rychlosti proudění. Měření zpoždění jsou obvykle zpracována obvodem převodu času na digitální převodník, který monitoruje přechod nuly přijímaného tvaru vlny. Úkolem typického přístupu je, že není dostatečně citlivý na to, aby detekoval hladiny toku s vysokou přesností.
Naše architektura nasazuje inteligentní analogové rozhraní s vysoce výkonným analogově-digitálním převodníkem, které zlepšuje kvalitu signálu na šum a překonává nepřesnosti kalibrace. Tento přístup má několik výhod:
- Může dosáhnout vyšší přesnosti snížením rušení a zlepšením poměru signálu k šumu.
- Architektura může měřit široký dynamický rozsah průtoku, od požární hadice po malý únik.
- Použitím ovladače s nižším napětím výrazně šetří energii a náklady. Průměrný proud pro jedno měření za sekundu je menší než 3 mikroampy. To znamená životnost baterie více než 15 let.
- Dokáže detekovat turbulence, bubliny a jiné anomálie toku, což je důležité pro analýzu toku a údržbu potrubí.
- Tato technologie je odolná vůči změnám amplitudy ve dvou směrech toku, které se mohou vyskytovat ve vodě a plynu při vyšších rychlostech toku.
Pro vysoce výkonný průtokoměr je zásadní mnoho dalších technologií TI. Nízkoenergetický mikrokontrolér s integrovaným ultrazvukovým analogovým předním panelem, vysoce výkonnou referencí hodin, nízkou spotřebou proudu a velmi přesným přizpůsobením impedance přenosových budičů a přijímacích cest zesilovače jsou příklady dalších rozlišovacích technologií v těchto průtokoměrech.
Společně mohou tyto technologie pomoci uchovat jeden z našich nejcennějších zdrojů.