Датчик отсутствия воды в трубопроводе: Датчики потока жидкости — подбор по характеристикам

Датчики потока жидкости — подбор по характеристикам

Датчик наличия воды в трубе

Датчик наличия воды: разновидности, особенности

Различные приборы предупреждения являются очень важной частью для безопасности и комфорта вашего жилья, а также производства. Их используют как составную часть техники, или же самостоятельно. К таким устройствам можно отнеси датчик наличия воды в трубах и не только. Устройство подключается к безопасному источнику питания, причем оно не будет представлять никакой опасности при прикосновении к контактам.

Сам элемент, который является высокочувствительным, состоит из двух пластинок. Принцип действия основан на сравнении силы токов. Вода при попадании на контакты начинает резко уменьшать сопротивление, и прибор фиксирует такие изменения, а после сразу включает сигнализацию.

Общие сведения

Принцип действия

Как только чувствительные элементы смогут зафиксировать попадание воды, датчик среагирует следующим образом:

• Звуковое или световое оповещение.
• Срабатывание сигнализации и передача сигналов на электрический привод для того, чтобы перекрыть воду.

Обратите внимание, что если установка датчика была выполнена неправильно (т.е. на большом расстоянии от поверхности пола), то есть риск затопления.

Дополнительное оборудование требуется для автоматического перекрытия подачи воды так – блок управления при получении сигнала начинает подавать напряжение к приводу крана, и происходит блокировка трубы. После того, как протечка будет устранены, гаджет можно разблокировать с консоли.

Разновидности датчиков для воды

Типы по условиям эксплуатации:

• Промышленного типа.
• Бытового типа.

По типу подачи питания:

• Проводные – запитываются от сети и блока для питания.
• Автономные – в роли источников питания выступают аккумуляторы.

Разновидности конструкции по форм-фактору:

• Кабель, который подключается в блок питания.
• Корпусные.

Есть и такие чувствительные элементы, которые имеют лишь сигнализацию или подключаются к блоку управления, электроприводным кранам и запорной арматуре.

Устройство датчиков

В стандартном наборе можно найти такие элементы комплектации:

• Датчики воды (беспроводные и проводные).
• Узел управления или же контроллер.
• Краны с электрическим приводом (если он предусмотрен).

Задачи датчика наличия воды в трубах без исполняющих устройств – сигнал о затоплении, и поэтому они никак не связаны с различными узлами управления элекроприводами. Прибор выглядит как пластиковая головка, которая имеет реагирующие элементы. Его подсоединяют к маленькому блоку сигнализации и питания с несколькими батарейками. Другие устройства имеют пластиковый или металлический корпус, который имеет элементы индикации или же работает без низ. Есть и другие изделия, которые выглядят как укладываемый на пол кабель (шнур), который подключен к автономному блоку питания.

Внутри корпуса устройства есть такие элементы, как:

• Батарейки (которые выполняют роль автономного источника питания).
• Узел, который занимается распространением радиосигнала.
• Элементы для сигнализации.
• Электроды, сделаны в виде площадок или пластик, которые проводят ток.
• Контроллер, который фиксирует изменения сопротивления между пластин.

Батарейки, т.е. наш источник питания и сигнализация бывают расположены на отдельном блоке управления. Они сделаны в виде пластмассового короба, который по виду напоминает выключатель или плоскую коробочку с отдельными выходами для кабеля. Устройство с контактами обращено вниз, а корпус сделан таким образом, чтобы случайно на них не попали частички воды. Контактные площадки подняты над полом на 0.1-0.2 см благодаря маленьким ножкам или особенностей формы корпуса. Это даст возможность устройству срабатывать, но лишь в том случае, когда уровень воды будет превышать определенные заданные параметры высоты.

Функционирование

Назначением датчика воды является оповещение о протечках воды или же в составе сигнализации охраны, а также формирования сигнала для того, чтобы перекрывать трубы, механизмы, которые подают воду.

Функции датчиков воды и остального подобного оборудования:

• Анализ схематических элементов
• Использование каналов от мобильной связи для того, чтобы оповещать пользователя.
• Оперативное открытие и закрытие водной подачи.
• Расширение схемы, а также использование новых элементов для дополнения.
• Раздельное оповещение, а также управление при помощи групп приводов/по отдельности, и используются разные датчики.

Раздельный способ оповещения используется для того, чтобы разделять протечку отопления и стандартного водопровода.

Устройство будет помогать своевременно реагировать в обычных аварийных ситуациях:

• Протекание слива под ванной и раковиной.
• Сигнализация при сорванных водопроводных шлангах, трубок сливания от стиральной и посудомоечной машины.
• Протечка на месте соединения водопроводных труб, или же трубопровода от бытовой техники.
• Перелив воды через раковину из-за забитого слива.
• Прорыв и трещины в трубах.

Теперь не будет лишним поговорить о достоинствах и недостатках датчиков наличия воды.

Преимущества и недостатки

Автоматическое отключение воды спустя две секунды после того, как была обнаружена системой протечка, во много раз увеличивает безопасность эксплуатации приборов для воды и остального подобного оборудования.

Такие надежные приборы имеет защиту от ложной тревоги, чтобы не сработать от случайно пролитой капли воды. Беспроводные устройства для связи с таким элементом, как контроллер, способны издавать радиосигнал с частотой в 400-500 МГц. Из их достоинств можно выделить то, что такие устройство легко можно расположить по всему помещению без проведения полноценных установочных работ, прокладывания кабеля и прочих элементов.

Со своим источником питания – стандартными батарейками – изделия смогут проработать от двух до четырех лет без замены.  Из недостатков следует выделить то, что потребуется непосредственный контакт с водой – если неправильно выбрано место установка для контакта с водой (когда не учтен выбор уровня пола или есть неровности поверхности), жидкость не сразу попадет на устройство.

Как использовать

Особенности применения

Использовать устройство следует в местах, где требуется предотвращение протечки воды:

• Ванная комната.
• Туалет, санузел.
• Кухня.
• Котельная.

Датчик устанавливают в тех местах, где есть наибольшая вероятность скапливания воды. Устройства будут незаменимыми помощниками для владельцев автономного отопления, а также снабжения водой. Места для размещения самые обычные – под раковиной, ванной, трубами для слива, радиаторами и запорной арматурой.

Эксплуатации

Итак, для начала обычно устанавливают блок управления,  и обычно его прикрепляют на стене при помощи анкерных болтов или же вешают на крепление. После этого выполняется подключение кранов и особых датчиков. Чувствительную ленту или датчики устанавливают на особом крепеже, двустороннем скотче или просто прокладывают на поверхности пола на правильную сторону.

Датчик наличия воды в трубе подключают к контроллеру и блоку питания, а последний к сервоприводам на кране. После этого подключают в последнюю очередь питание, а после выставляют настройки громкости сигнализации и параметры срабатывания датчика на контроллере. Прибор начнет автоматически выполнять самодиагностику, и выдавать сигналы, и тем самым предупреждать о наличие неполадок в оборудовании, а также свидетельствовать о низком заряде аккумуляторов.

По электрической безопасности нет особых мер предосторожности, и получается, что данное устройство безопасно для здоровья человека. Сила тока между пластинок небольшая и никак  не причинит вреда человеку. Помимо регистраторов часто используют и шаровые краны сервоприводного типа. Их устанавливают перед счетчиками воды, на входе в контур отопления, на выходе из котла, а также вначале коллекторной системы. Приводы рассчитаны на малое напряжение и начинают срабатывать, даже в случае снижения заряда аккумулятора.

Шаровой кран можно врезать после, а не до основного вентиля.  После этого на него устанавливают сервопривод, и если устройство электрическо-механическое, но обычно есть уже готовые краны с установленным электрическим приводом. Если есть необходимость, то их следует докупать по отдельности и желательно, чтобы все было от одной марки. Сигнал беспроводного прибора можно модулировать, чтобы получилось избежать срабатывания от электрическо-механических помех. Каждый производитель может создавать свои модуляции, и по этой причине устройства от различных фирм не могут считаться взаимозаменяемыми.

Возможные неисправности

Иногда может потребовать ремонт датчиками наличия воды, если у вас, к примеру, блок управления не реагирует на датчик беспроводного типа, и тогда требуется проверить питание, а после и допустимое расстояние до приемника (беспроводного). Если все-таки есть неисправность проводного изделия, вначале следует проверить все кабеля на разрыв, а также узнать плотность подключения штекеров и контроллера. Неисправности могут появиться из-за налета, загрязнения, и по этой причине приборы следует протирать влажной тканью минимум раз в месяц.

Если на датчике отсутствуют сигналы о неисправности, а консоль их попросту не регистрирует, то проблема заключается в узле управления. Следует учитывать по инструкции максимально разрешенное удаление приборов от центра управления.

Проверьте все блоки питания, сетевое напряжение, аккумуляторы, а также в таких случаях следует проверить:

• Есть ли контакт с влагой, на блоке и датчике должен загореться индикатор тревоги, а электрический привод крана не будет срабатывать.
• Регистраторы не реагируют при их смачивании водой.

Если во время смачивания датчиков жидкостью напряжение появляется, но при этом кран не перекрывает воду, следует отсоединить провода от электрического привода крана, а после проверить напряжение и на них. Если оно будет появляться, то неисправность скрывается в сервоприводе крана. Если же напряжения нет, то следует прозвонить кабель на предмет разрыва, и для этого на одном конце кабеля следует замкнуть оба конца, а на другом перезвонить.

Производители и модельный ряд датчиков

Итак, теперь можно поговорить о производителях.

1. NЕРTUN. Данный бренд можно отнеси к российской компании «Особые технологии и системы». Компания предлагает покупателям простые и комфортные комплексные решения, а также новейшие беспроводные технологии, датчики движения и розетки с дистанционным управлением, прочее. Производитель имеет развитую систему сервиса.

1. RSW+/Nерtun РrоW/Nерtin Аquасоntrоl 220 В – в этом случае элементы подбирают по отдельности по каталогу производителя. В базовую комплектацию можно добавить и дополнительные разновидности датчиков и кранов. Мini ½” является готовых решением бюджетного типа для датчиков проводного типа. Узел контроля рассчитан для подключения через кабель. Это самая лучшая комплектация для стандартных требований.
2. Вugаtti РrоW+2014 3/4 (20 мм) имеет расширенный функционал, и это позволяет выполнять одновременное подключение большого количества датчиков с разными типами связи.
3. Аltrоniсs WТ-04, WТ-03 – это особые образцы относительно недорогих гаджетов для использования в бытовых условиях. Они достаточно просты в монтаже. К слову, приборы состоят из датчика в виде ленты, который подключен в блоку питания. К датчикам отдельно следует докупить беспроводные блоки управления центрального типа и сигнализацию. Аltrоniсs SМ-01 является невероятным образцом для беспроводного датчиками автономного типа. Он может работать самостоятельно или с использованием главной беспроводной централи, которую потребуется докупить отдельно.
4. «Aквacтopoж» является маркой российского производства, которая смогла продемонстрировать дорогие  доступные решения. Внимание могут привлечь готовые базовые комплекты оборудования для того, чтобы зафиксировать утечки.
5. Классика 1-25 Радио Рrо – комплект, который по праву можно назвать образцовым, который дает возможность подключать одновременное радиодатчики и кабельные датчики. Оборудование продается в готовом виде, после покупки его можно сразу же самостоятельно устанавливать, и комплект включает в себя шаровые краны с сервоприводами.
6. Классика 2-15 – разновидность проводного оборудования, которое дает возможность выполнять все базовые задачи во время обнаружения утечек, и сюда включено перекрывание трубопровода.
7. Датчик «Классика» — тоже стандартный набор, который подключает к кабелю, но при этом он имеет нестандартно красивый дизайн корпуса.

Надеемся, что эта статья помогла вам выбрать датчик наличия воды, который защитить ваши трубы  и систему отопления от протечек.

Датчики для воды: виды, принцип действия

Датчик уровня воды в условиях современной техники выполняет функцию одного из органов чувств человека. От того, насколько правильно удается управлять и контролировать состояние водного потока, зависит исправная работа всего механизма. Важность надежности устройства сенсора сложно переоценить, хотя бы потому, что прибор, контролирующий воду, как правило, становится тем самым «узким» звеном современной техники.

Конструкция и принцип действия

Независимо от того, какой принцип действия положен в основу устройства, работает ли оно только в режиме сигнализатора или параллельно выполняет функции сторожа, автомата или управляющего механизма, конструкция прибора всегда состоит из трех основных узлов:

• Чувствительного элемента, способного реагировать на характеристики водяного потока. Например, фактическое наличие воды, высота столба или уровень в баке, факт движения водяного потока в трубе или магистрали;
• Балластного элемента, уравновешивающего сенсорную часть датчика. Без балласта чувствительный сенсор срабатывал бы при малейшем толчке или случайной капле воды;
• Передающая или исполнительная часть, преобразующая сигнал сенсора, вмонтированного в датчик воды, в конкретный сигнал или действие.

Примерно 90% всей водной техники, так или иначе, связано с электрическими исполнительными механизмами – насосами, клапанами, нагревателями и управляющими электронными автоматами. Понятно, что такое устройство, работающее с водяными потоками, должно быть в первую очередь безопасным.

Из всех сигнальных систем датчик, контролирующий состояние воды, считается наиболее простым и доступным в настройке и ремонте. В отличие от сенсоров и устройств, работающих с измерениями температуры, давления или расхода, датчик воды очень просто контролировать с помощью простейших устройств, или, на крайний случай, увидеть уровень или прокачанный поток своими глазами.

Виды датчиков уровня

Одним из условий успешной работы сенсора является высокая чувствительность датчика, чем выше, тем лучше, тем точнее удается считать контролируемый параметр воды. Поэтому в качестве величины, измеряемой сенсором, стараются выбирать ту, которая сильнее всего меняется за время измерения.

На сегодня существует около двух десятков различных способов и методов измерения механических характеристик воды, но все они используются для получения сведений:

• Высоты уровня водяного столба в емкости или баке;
• Скорости движения потока или расхода воды;
• Факта наличия-отсутствия воды в закрытой емкости, резервуаре, трубе или теплообменнике.

Разумеется, промышленные сенсоры могут быть достаточно сложными конструктивно, но используемые в них принципы работы такие же, как и в бытовой, садово-огородной или автомобильной технике.

Поплавковый тип датчика перелива

Наиболее простой способ измерять уровень воды используется в нехитрой механической конструкции, состоящей из герметичного поплавка, качающегося рычага или кулисы и запорного клапана. В данном случае датчиком является поплавок, балластом считается пружина и поплавковый утяжелитель, а исполнительным механизмом выступает сам клапан.

Во всех поплавковых системах датчик или поплавок регулируется на определенную высоту срабатывания. Вода, поднявшаяся в баке до контрольного уровня, поднимает поплавок и открывает клапан.

Поплавковая система может быть оборудована электрическим исполнительным устройством. Например, внутрь поплавкового датчика устанавливают вкладыш-магнит, при подъеме воды до рабочего уровня магнитное поле заставляет вакуумный геркон замыкать контакты, и тем самым включает или выключает электрическую цепь.

Поплавковый датчик может также выполняться по свободной схеме, как, например, в погружных насосах. В этом случае геркон замыкается не под воздействием магнитного поля вкладыша, а только за счет перепада давлений внутри корпуса насоса и на уровне поплавка. На сегодня магнитно-поплавковый датчик с электрическим исполнительным реле считается одним из самых безопасных и надежных вариантов контроля уровня жидкости.

Ультразвуковой сенсор

Конструкция датчика воды предусматривает наличие двух устройств – источника ультразвука и приемника сигнала. Звуковая волна направляется на поверхность воды, отражается и возвращается на датчик приемник.

На первый взгляд, идея использовать ультразвук для изготовления датчика контроля уровня или скорости движения воды выглядит не очень удачной. Ультразвуковая волна способна отражаться от стен бака, преломляться и создавать помехи в работе приемного датчика, а кроме того, потребуется сложное электронное оборудование.

На самом деле ультразвуковой сенсор для измерения уровня воды или любой другой жидкости помещается в коробку чуть больше пачки сигарет, при этом использование ультразвука в качестве датчика дает определенные преимущества:

• Возможность измерять уровень, и даже скорость воды при любой температуре, в условиях вибраций или движения;
• Ультразвуковой датчик может измерять расстояние от сенсора до поверхности воды даже в условиях сильного загрязнения, с переменным уровнем жидкости.

Кроме того, датчик может измерять уровень воды, расположенной на значительной глубине, при этом точность измерения достигается 1-2 см на каждые 10 м высоты.

Электродный принцип контроля воды

Тот факт, что вода обладает электропроводностью, успешно используется для изготовления контактных датчиков уровня жидкости. Конструктивно система представляет собой несколько электродов, установленных в емкости на разной высоте и соединенных в одну электрическую цепь.

По мере заполнения емкости водой жидкость последовательно замыкает пару контактов, что включает цепь управляющего реле насоса. Как правило, у датчика воды имеется два-три электрода, поэтому измерение потока воды получается слишком дифференцированным. Датчик сигнализирует лишь о достижении минимального уровня и запускает мотор насоса, или о полном заполнении емкости и отключает его, поэтому подобные системы используются для контроля резервных или поливных цистерн с водой.

Емкостной тип датчика воды

Конденсаторный или емкостной тип сенсора используется для измерения уровня воды в узких и глубоких емкостях, это может быть колодец или скважина. С помощью емкостного датчика можно определить высоту водяного столба в скважине с точностью до десятка сантиметров.

Конструкция сенсора состоит из двух коаксиальных электродов, фактически трубы и внутреннего металлического электрода, погруженных в ствол скважины. Вода заполняет часть внутреннего пространства системы, меняя тем самым его емкость. С помощью подключенной электронной схемы и катушки колебаний с кварцем можно точно определить емкость датчика и количество воды в скважине.

Радарный измеритель

Волновой, или радарный датчик используется для работы в наиболее сложных условиях, например, если нужно измерить уровень или объем жидкости в резервуаре, открытом водоеме, колодце несимметричной и неправильной формы.

Принцип действия не отличается от ультразвукового прибора, а использование электрического импульса позволяет выполнить измерение с большой точностью.

Гидростатический вариант сенсора

Один из вариантов гидростатического датчика приведен на схеме.

К сведению! Подобный сенсор используется в стиральных машинах и бойлерах, где очень важно контролировать высоту водяного столба внутри бака.

Гидростатический датчик представляет собой коробку с эластичной подпружиненной мембраной, делящей корпус датчика на два отделения. Одну из секций соединяют прочной полиэтиленовой трубкой со штуцером, впаянным в днище бака.

Давление водяного столба передается по трубке на мембрану и заставляет замыкаться контакты пускового реле, чаще всего для запуска исполнительного механизма используется пара — магнитный вкладыш и геркон.

Датчик давления воды

Гидростатическое давление определяется в условиях, когда поток или определенный объем воды находится в состоянии покоя. Чаще всего гидростатический сенсор используется в нагревательных и отопительных приборах – бойлерах, котлах отопления.

Устройство датчика давления воды

Такие устройства чаще всего работают в режиме триггера:

• При высоком давлении воды сенсор замыкает контакты реле и разрешает работу насоса или нагревателя;
• При низком давлении в сенсоре блокируется даже физическая возможность включения исполнительного механизма, то есть никакие удары или временные скачки напора не заставят устройство заработать.

При исправном датчике давления воды сенсор выдаст сигнал на запуск мотора, только если нагрузка на сильфон сохраняется более трех секунд.

Типовое устройство «умного» сенсора представлено на схеме.

Чувствительным элементом системы является диафрагма, соединенная с сильфоном, центральный шток может подниматься и опускаться в зависимости от величины давления, и тем самым менять емкость встроенного конденсатора.

Подключение датчика давления воды

Упрощенная модель сенсора используется в домашних системах «гидроаккумулятор — скважинный насос». Внутри прибора находится коробка с мембраной, соединенной с качающимся рычагом и двумя балансирующими пружинами.

Конструкция наворачивается на выходной штуцер гидроаккумулятора. С увеличением внутреннего давления мембрана поднимается и размыкает главную пару контактов, чтобы система исправно реагировала на давление воды, момент выключения и включения необходимо отрегулировать осадкой малой и большой пружины в соответствии с показаниями стрелочного манометра.

Датчик протечки воды

Уже из названия становится понятным, что речь идет об устройстве, фиксирующем наличие утечки воды из водопроводных коммуникаций. Принцип работы устройства напоминает электродную систему. Внутри пластиковой коробки в специальном кармане установлена одна или несколько пар электродов. В случае аварии скапливающая на полу вода затекает внутрь кармана и замыкает контакты. Срабатывает электронная схема, и по сигналу сенсора в работу вступают шаровые краны с электроприводом.

Понятно, что датчик, сам по себе, — вещь бесполезная, если используется без системы управления и автоматических отсекателей воды, установленных на вводе в дом или на одной из веток водопровода.

В качестве примера можно привести одну из наиболее популярных систем защиты — датчик протечки воды Нептун. В систему входят три основных блока:

• Сам датчик протечки Нептун в проводной или беспроводной модификации, обычно в комплект входит три отдельных сенсора;
• Шаровой кран с электроприводом, производства итальянской компании «Бугатти», в количестве двух штук;
• Блок управления «Neptun Base».

Наиболее ценная часть комплекта — автоматические краны, их выпускают для установки на полудюймовой и дюймовой трубной резьбе. Конструкция выдерживает давление до 40 Атм., а итальянское качество привода гарантирует не менее 100 тыс. циклов открывания-закрывания.

Сам датчик выглядит, как две латунные пластины в коробке, к которым подведено низковольтное напряжение с очень высоким сопротивлением входа, при замыкании сенсора ток ограничен 50 мА. Сама конструкция выполнена по протоколу IP67, поэтому является абсолютно безопасной для человека.

Установка беспроводных датчиков протечки воды

В системе «Нептун» датчик может быть удален от блока управления на расстояние более 50 м. В более совершенных беспроводных системах NEPTUN PROW+ вместо системы проводов используются датчики протечки воды, оборудованные модулем WF.

Блок управления оборудован защищенным от помех и влаги каналом, системой включения-выключения шаровых кранов. Считается, что никакие помехи или случайные капли влаги, конденсат не влияют на работу датчиков.

Коробки с сенсором протечки устанавливают на удалении от труб не более чем на 2 м, сенсоры нельзя экранировать металлической сантехникой или мебелью.

Беспроводной датчик протечки воды

Устройство беспроводного измерителя сложнее, чем обычного двухэлектродного варианта с проводным подключением. Внутри установлен контроллер, который непрерывно сравнивает ток, протекающий между электродами, с эталонным значением, зашитым в память. При этом эталонное значение «сухой пол» можно настраивать по собственному выбору.

Очень удобное решение, учитывая, что уровень влажности в ванной комнате может быть очень высоким, а регулярно выпадающий конденсат может привести к ложным срабатываниям.

Как только контроллер определяет уровень, соответствующий затоплению, прибор контроля воды отправляет на базовый блок сигнал об аварии. Наиболее продвинутые модели способны дублировать команду СМС-сообщением по GSM каналу.

Датчик протока воды

Во многих случаях для стабильной и безаварийной работы техники мало датчика наличия воды, требуется информация о том, движется ли поток по трубопроводу, какова его скорость и напор. Для этих целей используются датчики протока воды.

Виды датчиков протока воды

В бытовой и наиболее простой промышленной технике используют четыре основных вида датчиков протока:

• Напорный измеритель;
• Лепестковый тип сенсора;
• Лопаточная схема измерения;
• Ультразвуковая система.

Иногда используется устаревшая конструкция на основе трубки Пито, но для ее надежной работы требуется как минимум отсутствие загрязнений и ламинарный характер течения воды. Первые три датчика являются механическими, поэтому часто подвергаются засорению или водяной эрозии чувствительного элемента. Последний тип сенсора, ультразвуковой, способен работать практически в любых условиях.

Принцип работы ультразвукового измерителя можно понять из схемы. Внутри трубки расположен излучатель волн и приемник. В зависимости от скорости потока звуковая волна может отклоняться от первоначального направления, что и служит основанием для измерения характеристик потока.

Устройство и принцип работы

Простейшие лепестковые датчики потока работают по принципу гребного весла. В поток погружается лепесток, подвешенный на шарнире. Чем выше скорость потока, тем сильнее отклоняется лепесток датчика.

В более точных лопаточных датчиках применяется крыльчатка или турбинка из полиамида или алюминиевого сплава. В этом случае удается измерять скорость потока по частоте вращения подвижного элемента. Единственным недостатком является повышенное сопротивление, создаваемое лепестками и лопатками в потоке воды.

Напорный сенсор работает с использованием динамического давления потока. Под напором воды подвижный элемент с магнитным вкладышем выдавливается вверх, освобождая тем самым пространство для движения жидкости. Установленный в головке геркон моментально реагирует на магнитное поле вкладыша и замыкает цепь.

Область применения

Датчики водяного потока используются исключительно в системах нагрева и системах автоматики одноконтурных теплообменников. Чаще всего выход из строя сенсора наличия потока приводит к прогару и тяжелейшим повреждениям раскаленных радиаторов и нагревателей.

Датчик уровня воды своими руками

Простейший вариант устройства, способного сигнализировать о наполнении водой бака или любой другой емкости, приведен на схеме ниже.

Конструктивно определитель уровня состоит из трех металлических электродов, установленных на текстолитовой пластинке. Схема, собранная на обычном маломощном транзисторе, позволяет определять предельно допустимый верхний и нижний уровень воды в емкости.

Конструкция абсолютно безопасна в пользовании и не требует каких-либо дорогостоящих деталей или приборов управления.

Заключение

Датчики уровня воды широко используются в бытовой технике, поэтому чаще всего для вспомогательных нужд гаражной или садовой техники используют уже готовые конструкции от старой техники, переделанные и адаптированные к новым условиям. При правильном подключении такое устройство прослужит гораздо дольше самодельной схемы.

Датчик наличия воды в трубе

Принцип работы датчиков протечек

Говоря о блок схеме — все очень просто. Некий элемент фиксирует жидкость в точке его размещения, и подает сигнал в исполнительный модуль. Который, в зависимости от настроек может подавать световые или звуковые сигналы, и (или) дать команду на перекрытие задвижки.

Как устроены датчики

Поплавковый механизм рассматривать не будем, поскольку в домашних условиях он не эффективен. Там все просто: основание закреплено на полу, на шарнире подвешен поплавок, который при всплытии замыкает контакты выключателя. Подобный принцип (только механический) применяется в бачке унитаза.

Чаще всего применяется контактный датчик, который использует естественную способность воды проводить электрический ток.

Разумеется, это не полноценный включатель, через который проходит напряжение 220 вольт. К двум контактным пластинам (см. иллюстрацию) подключается чувствительная схема, которая фиксирует даже небольшую силу тока. Датчик может быть отдельным (как на фотографии выше), или встроенным в общий корпус. Такое решение применяется на мобильных автономных датчиках, работающих от батарейки или аккумулятора.

Если у вас нет системы «умный дом», а вода подается без всяких электромагнитных клапанов, именно простейший датчик со звуковой сигнализацией можно использовать в качестве стартового варианта.

Реализуемая продукция

Для удобства монтажа датчика и дальнейшего его регулирования НПП «Прома» предлагает выбрать следующие типы установок:

• механический датчик представляет собой мембрану с контактами, которые реагируют на изменение давления и приводят в действие насос;
• электронный датчик давления воды не только запускает систему подачи водоснабжения, но и регулирует напор автоматически.

Достоинством механических преобразователей выступает их цена и простота монтажа, подкручиванием пружин выставляется максимальный и минимальный порог рабочего давления. Электронные приборы сокращают количество стартовых запусков оборудования, продлевая его срок эксплуатации, сдерживают возникновение гидроударов.

Представленные товары подходят под бытовые насосы:

• циркуляционные;
• повышенного давления;
• прямоточные.

Классификация

Все выпускаемые датчики делятся на два класса: уровнемеры и сигнализаторы.

Задача первых — постоянное измерение уровня жидкости в настоящем времени. В их конструкции предусмотрены сенсоры, которые и принимают сигнал. Данные обрабатываются аналоговой или цифровой электронной схемой, входящей в состав датчика. Показатели выводятся на элементы индикации.

У сигнализаторов иная задача — они сигнализируют, когда уровень воды в емкости достиг заранее установленного значения. Такие датчики уровня жидкости, срабатывая, передают данные о прекращении подачи воды. Выходной сигнал в них — дискретный. Сигнализация — звуковая или световая.

Как настроить?

Заводские настройки датчика часто оставляют без изменения, но в случае необходимости верхнюю или нижнюю границы диапазона регулируют под свои потребности. Сначала тестируют систему, фиксируют существующие параметры и вносят корректировки.

В системе водоснабжения

Изменение значения давления производится подтягиванием или ослаблением пружин:

• большая отвечает за нижнюю точку, включающую насос;
• устанавливают нужное давление на манометре и подтягивают пружину до тех пор, пока мотор водозаборника не начнет работать;
• верхнюю границу меняют маленькой пружиной, потом тестируют систему, проверяют фактические значения.

В простых датчиках для доступа к регуляторам снимают крышку корпуса, в продвинутых модификациях для регулировки есть внешние винты или кнопки.

В частотном преобразователе

При подключении через частотник изменение настроек приводит к уменьшению или увеличению сигнала, поступающего к преобразователю.

Удобен режим, когда включение насоса настраивают примерно на 1 атм. ниже нормативного значения. Эта разница позволит накапливать в гидроаккумуляторе до 10 л воды и не включать насос всякий раз, когда нужно сполоснуть руки или набрать кружку воды.

Когда придет время принять душ, насосная станция включится, и будет поддерживать постоянное давление без заметного перепада.

Как регулировать датчик давления на насосной станции, подскажет видео:

Описание и назначение

Ультразвуковой уровнемер жидкости — прибор для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред. Основные элементы конструкции сенсора: ультразвуковой излучатель и приемник отраженной звуковой волны.

Излучатель

В измерителях уровня используются пьезоэлектрический эффект – изменение линейных размеров диэлектрика в зависимости от частоты переменного электрического поля, в которое помещен. В излучателе пьезоэлемент передает колебания мембране, которая при частоте более 20000 герц начинает излучать ультразвук.

Достоинства:

• простота конструкции;
• получение ультразвуковых колебаний значительного диапазона;
• компактность.

Недостатки:

низкая мощность излучения.

Приемник

Пьезоэлектрический эффект обратим: попадающие на мембрану отраженные акустические колебания вызывают образование в пьезоэлементе электрического тока. На этом принципе работают приемники ультразвукового излучения в уровнемерах: при получении отраженного сигнала в цепи прибора образуется электрический ток.

Применение пьезоэлектрической схемы позволило создать измеритель уровня жидкости, в которых излучатель и приемник — единый элемент. Это упрощает и удешевляет конструкцию прибора, его монтаж и обслуживание.

Типы ультразвуковых датчиков уровня жидкости, работающих на принципе эхолокации:

Сигнализаторы контрольных точек уровня

Прибор настраивается на два значения: минимальный уровень жидкости и максимальный. Если время прохождения отраженного сигнала соответствует минимальному заданному уровню жидкости, электронный блок формирует сигнал в соответствии с заданной программой. Это может быть включение сигнальной лампочки и звуковой сигнализации, команда насосам на отключение и т.п. Тот же алгоритм используется при достижении максимального уровня жидкости.

Датчики непрерывного мониторинга уровня

Измерители данного типа постоянно измеряют расстояния до уровня жидкости. Преобразует полученные данные в аналоговый сигнал и транслирует его в соответствии с заданной программой на собственный дисплей, центральный пульт управления и т.п. Могут быть запрограммированы события при предельных значениях уровня жидкости, как в сигнализаторах.

Ультразвуковые бесконтактные сенсоры применяются на производствах, в которых получение, хранение и перевозка жидкостей, в том числе агрессивных – часть технологического процесса:

• химическая, газовая и нефтеперерабатывающая промышленность;
• водоснабжение и очистка воды;
• сельское хозяйство;
• металлургическая промышленность;
• пищевая промышленность.

Назначение устройств:

• предотвращение переполнения и опустошения емкостей с жидкостью и возникновения связанных с этим аварийных ситуаций;
• включение в цепочку телеметрического управления системами и агрегатами в качестве измерительных элементов;
• мониторинг изменений физических и химических свойств жидких веществ в емкостях.

Конструкция и принцип работы

Датчик имеет уникальное устройство, благодаря которому он выполняет свои непосредственные функции. Самой распространенной модификацией является лепестковое реле.

В классическую схему строения включены такие важные элементы:

• входной патрубок, пропускающий воду через устройство;
• клапан (лепесток), расположенный на стенке внутренней камеры;
• изолированный герконовый переключатель, смыкающий и размыкающий цепь электропитания;
• пружины определенного диаметра с различной степенью сжатия.

В то время когда камера наполняется жидкостью, сила потока начинает воздействовать на клапан, смещая его вокруг оси.

Магнит, встроенный с обратной стороны лепестка, вплотную приближается к герконовому переключателю. Вследствие этого контакты замыкаются, включая насос.

Под потоком воды понимают скорость ее физического движения, достаточную для включения реле. Снижение скорости до нуля, приводящее к полной остановке, возвращает переключатель на первоначальную позицию. При установке порога срабатывания этот параметр задается с учетом условий применения устройства

Когда поступление жидкости прекращается и давление в системе опускается ниже нормы, сжатие пружины ослабевает, возвращая клапан в исходное положение. Отдаляясь, магнитный элемент перестает действовать, контакты размыкаются и насосная станция останавливается.

Некоторые модификации оснащены возвратным магнитом вместо пружин. Судя по отзывам пользователей, они меньше подвержены воздействию мелких скачков давления в системе.

Лепестковым реле характерно большое количество плюсов. Среди них – простая и неприхотливая конструкция, мгновенное срабатывание, отсутствие задержек между повторным реагированием, применение точного триггера для запуска оборудования

В зависимости от конструктивного решения выделяют еще несколько видов реле. К ним относятся роторные устройства, снабженные лопастным колесом, вращающимся в водном потоке. Скорость вращения лопасти в них контролируется сенсорными датчиками. При наличии жидкости в трубе механизм отклоняется, замыкая контакты.

Также существует термореле, функционирующее в соответствии с термодинамическими принципами. Прибор сопоставляет температуру, заданную на датчиках, с температурой рабочей среды в системе.

При наличии потока фиксируется тепловое изменение, после которого контакты электросети соединяются с насосом. При отсутствии движения воды микропереключатель разъединяет контакты. Моделям тепловых реле свойственна высокая чувствительность, но они довольно дорогие.

Что представляет собой ИК-датчик

Ик датчики — это устройства, способные реагировать на фоновое инфракрасное излучение. Прибор регистрирует любое тепловое излучение. Это значит, что сработать такое устройство может не только при нахождении в зоне действия датчика теплокровных животных или человека, но и даже на перемещающийся неодушевлённый предмет.

Инфракрасный тепловой датчик может использоваться в различных условиях. Если эксплуатация осуществляется в местах, где устройство может подвергнуться физическому воздействию, то его изготавливают в защищённом корпусе. В различных гаджетах, например в смартфонах, ИК-детектор размещается на передней панели, чтобы обеспечить возможность реагирования сенсора на движение рук владельца телефона.

Реле протока: устройство и принцип работы

Основная работа датчика протока воды заключается в постоянном контроле и отключении насосной станции в том случае, если прибором обнаруживается, что мощность потока снизилась. Когда показатели снова возвращаются к нормальным значениям, он включает оборудование. Если говорить о самых востребованных конструкциях, то ими являются лепестковые реле, однако есть и другие разновидности приборов.

Лепестковые датчики протока воды

Это классические «защитники». Конструкция лепесткового датчика относительно проста. В состав таких устройств входит несколько важных элементов:

• входной, выходной патрубок;
• пружины, имеющие разную степень сжатия;
• клапан-лепесток с магнитом, он располагается на стенке внутри камеры;
• второй магнит: он создает обратную силу, возвращающую лепесток в исходную позицию, когда поток воды ослабевает;
• герконовый микропереключатель, или герконовое реле, чьи задачи — размыкание и замыкание электрической цепи.

После наполнения камеры жидкостью поток, вернее его сила, начинает воздействовать на клапан, смещающийся относительно оси. Лепесток сдавливает пружину. Благодаря магниту, находящемуся с другой стороны клапана, контакты переключателя замыкаются, включая насосное оборудование в работу.

Когда сила потока падает до нулевого значения, происходит обратный процесс: пружина клапана разжимается, лепесток с магнитом возвращаются в исходное положение. Переключатель также возвращается на прежнюю позицию, насос останавливается.

Главное достоинство лепесткового реле — простота, неприхотливость конструкции, которая гарантирует ее бесперебойную работу. Другие плюсы — практически мгновенные срабатывания устройства, отсутствие между ними задержек, отсутствие уменьшения давления подачи жидкости.

Пресс-контроль

Так называют датчик протока воды, который совмещен с реле давления. Этот прибор включит оборудование только в том случае, если уровень жидкости в камере достигнет определенного уровня. Его можно настроить, чаще используют значения, находящиеся в пределах 1-2 бар. Остановка оборудования происходит в течение 5-10 секунд.

Данные модели используют для защиты насосных станций. В этом случае их устанавливают на выходной патрубок насоса. Минус у совмещенных приборов есть, он касается насосов поверхностного типа. Если пресс-контроль установить на такое оборудование, то перед каждым пуском его придется вручную заполнять водой. Решить задачу помогут дополнительные обратные клапаны, но и они не самый лучший выход.

Термореле протока

Этот датчик протока воды имеет самую сложную конструкцию, а потому и такую же высокую цену. Принцип работы устройства основан на сравнении температур потока жидкости и значения, на которое настроены датчики прибора. Температура сенсоров чуть выше, чем у жидкости, это условие выполняется благодаря постоянному их подогреву за счет электричества.

Когда поток более холодной воды датчики охлаждает, это изменение сразу же фиксирует микропереключатель. Разница температур становится сигналом, запускающим насосное оборудование. Если поток воды прекращается, то температура сенсоров повышается до нормального уровня, поэтому контакты электросети и прибора размыкаются. Как правило, тепловыми реле протока оснащают модели насосов высокой ценовой категории.

Поплавковый выключатель, или реле уровня воды

Эти конструкции с полным правом можно отнести к категории «проще не бывает». Это простейший, утилитарный вариант, который знаком всем, кто когда-то наблюдал за работой поплавкового механизма, например, в бачке унитаза. Такой выключатель-«поплавок» устанавливают внутри источника, примерно на 200-250 мм выше, чем располагается насос.

Его принцип работы заключается не в контроле работы оборудования. Реле отслеживает уровень воды. Как только она опускается ниже того места, где расположен поплавковый выключатель, тот тоже опускается и выключает насос. Минус моделей — невозможность использования в узких, глубоких скважинах. Причина — трудность регулировки, которая состоит в изменении длины кабеля, к которому подвешено устройство. Для колодца, наоборот, этот «поплавок» подойдет идеально.

Описание механического датчика

Механические датчики давления пользуются большей популярностью у потребителя, что объясняется их главным преимуществом – независимостью от электричества. Для включения прибора не требуется дополнительная розетка.

Основное назначение прибора – включение и выключение насосного оборудования при достижении определенных значений давления. Подключение насоса к системе осуществляется через датчик.

Наиболее распространенная модель механического датчика – РДМ-5, его основными узлами являются следующие элементы:

• Металлическая платформа.
• Поршень.
• Мембрана.
• Большая и малая пружина.
• Болты и гайки регулировки.
• Корпус из пластика.
• Электрические контакты.

В зависимости от выполняемых функций и наличия дополнительных узлов все датчики можно разделить на несколько групп:

• Простые реле давления.
• Реле давления с дополнительным датчиком защиты от «сухого» хода.
• Контроллеры давления, оснащенные манометрами, датчиками, имеющие возможность выполнять различные функции.

Стоит отметить, что электронный датчик давления воды в системе водоснабжения со встроенным реле давления и манометром имеет более сложное устройство, чем механические приборы. Благодаря наличию множества функций электронные приборы позволяют предотвратить перепады давления воды в системе водоснабжения. Независимо от работы насоса вода подается с равномерным напором. Использование такого прибора в водопроводной сети частного дома делает более удобным и легким полив насаждений на приусадебном или дачном участке. Это особенно актуально для садоводов в жаркий летний сезон.

Датчик давления в водопроводе для контроля работы насоса в большинстве случаев присутствует в системе водоснабжения с гидроаккумулятором (детальнее: «Правильное подключение гидроаккумулятора к системе водоснабжения – инструкция по установке»)

Важно понимать, что для частного строения, расположенного в местах с постоянными перебоями электропитания, лучше всего установить накопительную емкость большого объема. Оптимальным местом расположения гидробака в этом случае будет чердачное помещение. Монтаж датчика выполняется на участке водопровода непосредственно перед накопительной емкостью

Основная функция датчика – постоянное измерение давления воды в сети и сравнение их с установленными значениями.

Монтаж датчика выполняется на участке водопровода непосредственно перед накопительной емкостью. Основная функция датчика – постоянное измерение давления воды в сети и сравнение их с установленными значениями.

Вся система работает по определенной схеме. При снижении давления воды ниже установленных значений происходит замыкание контактов, и насос начинает забор воды. Заполнение гидробака водой приводит к повышению давления внутри емкости и при достижении верхних заданных параметров контакты размыкаются и насос выключается.

Периодичность включения и выключения насоса зависит от следующих показателей:

• Объем накопительного резервуара.
• Напор воды в системе.
• Количество потребляемой воды.

Подача воды в точки разбора вначале осуществляется из накопительной емкости. С уменьшением ее объема в гидробаке давление в системе также понижается, что приводит к включению насоса. В результате вода наполняет гидроаккумулятор и поступает в открытые краны точек разбора. Работа насоса не прекращается до тех пор, пока давления в накопительной емкости не достигнет верхнего предельного значения.

При выборе гидроаккумулятора следует учесть несколько факторов. В частности речь идет о количестве проживающих людей, наличии сантехнических приборов и их количестве. Объем накопительной емкости должен обеспечивать бесперебойную подачу воды во все точки разбора.

Область применения

Приборы применяются в разных сферах промышленности:

1. Отведение и снабжение водой. Обеспечивают стабильную работу, защиту насоса и двигателя, контролируют поступление жидкости.
2. Реализация кондиционирования, отопления, охлаждения. Для регулирования подводимой и отводимой воды, хладагента и других жидкостей.
3. Нефтеперерабатывающая сфера. Применяются на этапах производства для слежения за потоком, транспортировкой нефтепродуктов, нефти, газа.
4. Химическая отрасль. Для контроля потока агрессивных, опасных жидкостей и растворов.
5. Металлургическая промышленность. Для контроля подвода, отвода жидкостей.
6. Пищевая промышленность. Для контроля поступающих транспортирующих производственных растворов жидкостей, а также для оснащения необходимого оборудования.

Применение в быту

Приборы применяются для газовых котлов, насосов.

В некоторых домах устанавливают автономные системы водоснабжения. Это решение принимается при небольшом напоре воды или при желании независимости от центрального водоснабжения. Реле обеспечивает сильный и стабильный напор.

Автономные системы водоснабжения состоят из специального насоса, резервуара и пульта управления. Некоторые бытовые приборы можно подключать к насосу. Тогда требуется регуляция работы и своевременное включение насоса, что гарантирует стабильность поступления воды. Реле можно совместить с автополивом участка, при котором будет регулироваться разовый расход. Для достижения такой цели, регулятор потока врезают в центральный трубопровод, откуда он передает данные на пульт управления.

Принцип действия

Датчик работает на явлении отражения ультразвуковой волны от границы жидкой и газовой сред. Прибор излучает звуковые колебания частотой более 20000 герц, принимает эхо и измеряет время прохождения сигнала. Расстояние до границы сред рассчитывается по формуле: R= tV/2, где t – время от начала излучения до приема эха, V — скорость звука. Необходимо делить на 2, потому что звуковые волны проходят двойную дистанцию между поверхностью жидкости и излучателем.

Скорость звука в воздухе — 331 м/сек. При изменении температуры этот показатель также меняется. Поэтому ультразвуковые сенсоры уровня имеют в конструкции термометр, показатели которого учитывается электронной схемой прибора при расчете значения уровня жидкости.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Предыдущая
КИПиА (контрольно-измерительные приборы и аппаратура)Схема электронного термометра с выносным датчиком своими руками
Следующая
КИПиА (контрольно-измерительные приборы и аппаратура)Методы измерения мощности в электрических цепях

Мне нравитсяНе нравится

Общая характеристика

Поплавковый водяной уровнемер — наиболее популярный датчик, известность которого определена предельно простой системой и соответственно прочностью. Поплавковые датчики можно условно разделить на 2 вида:

• механические;
• герконовые.

Второй вид предполагает применение выключателей с магнитными контактами, поэтому его приспособление будет осмотрено в отдельном разделе.

Самый обычный механический поплавковый датчик функционирует на определение максимального уровня воды. Датчик вводится в нужной части ёмкости, и если вода доходит поплавка, он всплывает и через особый шток закрывает (размыкает контакты). Аналогичные устройства более знакомы под наименованием поплавковые выключатели.

Этот вид механических измерителей отличается необходимой прочностью и часто применяется в простых автоматизированных системах. Однако его работоспособность ограничена конструкцией — прибор срабатывает только лишь при предельном значении водного уровня.

Также выпускают кабельные поплавковые датчики. В такой конструкции применяется поплавок особенной формы, который меняет ракурс наклона в зависимости от водного уровня. Внутри такого поплавка устанавливают коммутатор, который действует при изменении угла. Зачастую применяются выключатели со стальным шариком, запирающим контакты.

Отдельная группа — кабельные измерители со встроенным ртутным выключателем, отлично обеспечивающим безопасность. Для точного контроля в некоторых случаях устанавливают несколько поплавковых измерителей с различной длиной кабеля.

Поплавковые датчики пользуются спросом в промышленности. Детекторы применяют для контроля уровня горюче-смазочных материалов, разных охлаждающих жидкостей. В быту эти устройства, как правило, используют для замера уровня в колодцах и скважинах (защита насосов от «сухого» хода), а также для системы канализации.

Одно из основных преимуществ такого вида уровнемера можно выделить простую установку и наладку. Определённые модификации разрабатываются специально для насосов и дают возможность исключить применение дополнительных пусковых реле.

Структура прибора

Большинство датчиков протечки воды состоят из трёх конструктивных элементов:

• датчик;
• запорная арматура;
• блок управления.

Основным элементом этой конструкции является датчик утечки воды. Именно он фиксирует появление жидкости в помещении. Чем их больше, тем надежнее защита. Элемент передаёт сигнал блоку управления, который перекрывает подачу воды и оповещает окружающих о возникновении проблемы. Существует два типа датчиков — беспроводные и проводные. Устанавливаются они в местах наибольшей вероятности протечки воды.

Запорная арматура в устройстве представлена различными клапанами, которые перекрывают воду по требованию электрического импульса блока управления. Узел успешно удерживает воду. Открываются клапаны ручным способом после устранения причины аварийной ситуации. Запорную арматуру лучше устанавливать после вводных вентилей.

Мозг системы — блок управления. Получая сигнал от датчика утечки воды, запорная арматура перекрывается, а окружающие оповещаются о случившемся. В зависимости от модели устройства система может иметь GSM — блок, который передаёт сообщение об утечке на номер телефона пользователя. Если в комплект не входит радиоприёмное устройство, то его приобретают самостоятельно. Центральный блок может быть смонтирован в любом месте, где на него не будет попадать вода, а влажность в помещении — предельно допустимая.

В зависимости от особенностей места установки оборудования количество конструктивных элементов может варьироваться.

Правила регулировки давления воды

Датчик, контролирующий давление воды и обеспечивающий автономную работу насоса, относится к приборам простого использования. Такие устройства не требуют специального обслуживания. Обеспечить бесперебойную работу можно при условии прочистки от мусора примерно 2 раза в год и проверки работоспособности датчика.

Прежде чем ввести в эксплуатацию водяные датчики давления необходимо усвоить несколько правил

В первую очередь важно понять, что существует два варианта использования:

• Прибор работает по заводским настройкам.
• Диапазон срабатывания устанавливается вручную.

Первый вариант рекомендуется применять при соответствии параметров насоса и давления в системе заводским настройкам. Верхнее значение чаще всего в таком случае составляет 2,8 атмосфер, нижний предел – 1,4 атмосфер. Указанные значения у разных моделей и производителей могут быть совершенно другими. Предприятие-изготовитель в комплекте с приборами, контролирующими и регулирующими давление воды в водопроводе частного дома, поставляет паспорт. В нем в обязательном порядке указываются все технические характеристики изделия, включая верхний и нижний предел заводских настроек.

Если заводские настройки датчика напора воды соответствуют рабочим параметрам системы и оборудования, то можно устанавливать датчик, соблюдая рекомендации по монтажу от производителя.

В случае, когда выявляются несоответствия значений, необходимо самостоятельно регулировать датчик, контролирующий давление воды в водопроводной системе частного дома. Следует отметить, что модели со встроенным манометром и более чувствительной шкалой делений настраиваются легче и быстрее. Однако стоимость таких приборов достаточно высокая.

Непосредственно перед регулировкой датчика давления воды сравнивают указанный рабочий диапазон с мощностью насоса

В процессе настойки прибора важно оставить зазор примерно 0,5 атмосфер, чтобы оборудование не работало по максимуму. Кроме того следует учесть оптимальный диапазон срабатывания насоса, это значение должно составлять 1-1,5 атмосфер. Слишком большой диапазон может стать причиной возникновения гидроударов, которые могут вывести оборудование из строя

Минимальное значение нижнего предела не рекомендуется устанавливать меньше 1,4 атмосфер.

Слишком большой диапазон может стать причиной возникновения гидроударов, которые могут вывести оборудование из строя. Минимальное значение нижнего предела не рекомендуется устанавливать меньше 1,4 атмосфер.

Приобретая датчик давления воды, необходимо принимать во внимание все непредвиденные ситуации. В частности речь идет о вероятном понижении уровня воды в источнике водоснабжения, что может привести к сбою в работе насосного оборудования. Чтобы избежать подобной неприятности, нужно выбирать датчики давления с дополнительным блоком автоматики

Этот прибор будет автоматически отключать насосное оборудование при угрозе «сухого» хода.

Чтобы избежать подобной неприятности, нужно выбирать датчики давления с дополнительным блоком автоматики. Этот прибор будет автоматически отключать насосное оборудование при угрозе «сухого» хода.

Датчики-реле потока РПИ, FS-1/2, РПЖ-1М, ДР-П, ДРУ-ПП (протока расхода жидкости) || ГК «Теплоприбор»

Датчики-реле потока серий РПИ, FS-1/2, РПЖ-1М, ДР-П, ДРУ-ПП предназначены для контроля потока неагрессивных жидкостей, таких как вода, этиленгликоль и другие, через трубопровод. Данные приборы обычно применяются для определения наличия или отсутствия потока жидкости и управления различными устройствами в системах автоматики, например, для защиты насосов от «сухого» хода, в цепях аварийно-предупредительной сигнализации. При наличии потока воды в трубопроводе датчик-реле подает сигнал на выводы.
По принципу действия датчики-реле потока подразделяют на лепестковые и поршневые.

Датчики-реле расхода РПИ, FS, РПЖ-1М, РКПЖ-1 применяется для контроля расхода воды в системах охлаждения различного оборудования с открытым сливом, например, электротермического в металлургической, нефтеперерабатывающей, энергетической, химической промышленности.

РПИ, РПИ-Н — реле потока жидкости. РПИ-15; 20; 25; 32; 40; 50; 80; 100мм; 0…100С, до 10 кгс/см2, вязкость до 8х10-5 м2/с, нагрузка на контакты до 250В, 30ВА; исполнения по значениям уставки расхода РПИ-0,-I,-II,-III,-IV (от 4 до 400 л/мин). РПИ-Н — исп. с насадкой («Н»). Реле потока РПИ предназначено для сигнализации снижения расхода жидкости.

FS-1R — Универсальное лопастное реле потока жидкости предназначено для контроля наличия потока в отопительных, охлаждающих и водоочистных установках, насосных системах, дозирующих устройствах и промышленных системах (220В, 10 А, до 1МПа, 0…+120 С, IP 55, нар. 1G, материал штуцера — латунь, диапазон потока- 18 …. 2000 литр/мин) — аналог ДР-П.

РПЖ-1М — реле протока жидкости (воды). Ду=15мм, 1,5-30 л/мин, до 4 кгс/см2, +5…+70С; 250В, максимальная коммутируемая реле РПЖ-1М мощность — 70 Вт, 300 ВА.

РКПЖ-1 — реле контроля протекания жидкости Ду=15мм, 1,5-30 л/мин, до 4 кгс/см2, +5…+70С; 250В, максимальная коммутируемая мощность 70 Вт, 300 ВА.

РКПЖ-1 предназначено для коммутации электрических цепей при превышении заданного значения перепада давлений.
Также могут быть поставлены и другие виды датчиков-реле потока.

Датчики реле потока ДР-П, ДР-ПП, ДРУ-ПП

Датчики-реле потока серии ДР-П, ДР-ПП предназначены для контроля потока неагрессивных жидкостей, таких как вода, этиленгликоль и другие, через трубопровод. Данные приборы обычно применяются для определения наличия или отсутствия потока жидкости и управления различными устройствами в системах автоматики, например, для защиты насосов от «сухого» хода, в цепях аварийно-предупредительной сигнализации. При наличии потока воды в трубопроводе датчик-реле подает сигнал на выводы.

По принципу действия датчики-реле потока подразделяют на лепестковые и поршневые.

Принцип работы лепестковых датчиков-реле основан на движении лепестка, который замыкает контакты геркона (или микропереключателя) при наличии потока и размыкает контакты при отсутствии потока.

По способу монтажа лепестковые датчики-реле разделяются на два вида:

датчики-реле, устанавливаемые в тройник трубопровода — ДР-П-02, ДР-П-03, ДР-П-32, ДР-П-34, ДР-П-50;
врезные датчики-реле, для которых существуют два вида монтажного положения:
– горизонтальное – ДР-ПП-02, ДР-ПП-04;

– вертикальное – ДР-ПП-52, ДР-ПП-53, ДР-ПП-54, ДР-ПП-55.

Принцип работы поршневых датчиков-реле основан на перемещении магнитного поршня внутри прибора. Поршень смещается под воздействием потока жидкости в трубе и замыкает контакты геркона. В случае отсутствия потока в трубе поршень возвращается в исходное положение под действием силы тяжести, что приводит к размыканию контактов.
Для датчиков данного вида существуют два вида монтажного положения:

горизонтальное – ДР-ПП-01, ДР-ПП-05;
вертикальное – ДР-ПП-06, ДР-ПП-08.
Разновидностью поршневых датчиков-реле являются подпружиненные датчики-реле, у которых поршень при отсутствии потока возвращается в исходное положение под действием пружины.

Для таких датчиков характерно универсальное монтажное положение – ДР-ПП-03, ДР-ПП-31, ДР-ПП-32, ДР-ПП-51.

Датчики расхода с импульсным выходом серии ДРУ-ПП предназначены для измерения суммарного или текущего расхода воды. Принцип работы датчиков основан на вращении внутри прибора крыльчатки с частотой, прямо пропорциональной интенсивности потока. Датчики-реле генерируют импульсный сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения крыльчатки. Эти датчики рекомендуется применять в комплекте с тахометрами ВЕХА-Т или счетчиками импульсов ВЕХА-С

Датчики данного типа имеют универсальное монтажное положение – ДРУ-ПП-91, ДРУ-ПП-92, ДРУ-ПП-93, ДРУ-ПП-94.

Датчики потока воздуха предназначены для сигнализации наличия или отсутствия воздушного потока. Могут применяться в системах вентиляции в качестве сигнального контакта или для индикации неисправности вентилятора или закупорки вытяжки.

Copyright © ТЕПЛОПРИБОР.рф 2015-2017 все права и текст защищены,
авт.-МЕА, ред.-ФМВ; соавторы СМ, КЦ-М15/П0.

Что решает емкостный датчик ⋆ Емкостный датчик для измерения уровня

Емкостный датчик CSN E47S8 предназначен для решения задач контроля уровня жидкостей (например измерение уровня воды) в различных технологических процессах. Основные варианты применения это контроль порогового уровня (обычно нижнего или верхнего) жидкости в резервуарах, баках, емкостях, а также контроль наличия жидкости в трубе, контроль уровня воды.

Материалы, примененные в конструкции этого емкостного датчика уровня (корпус из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, чувствительная поверхность из фторопласта), позволяют использовать его в пищевой промышленности, что подтверждено санитарно-эпидемиологическим заключением №77.МУ.02.342.П.000104.01.08 от 31.01.2008. Контроль предельного уровня одна из важных задач в пищевой отрасли. Это задачи защиты от перелива жидкостей, контроль минимального уровня для исключения аварий из-за недостаточного количества разливаемой жидкости, предохранение насосов от «сухого» хода и пр. В процессе розлива, присутствующем практически на каждом предприятии пищевой промышленности, также важно контролировать наличие продукта в трубопроводе при подаче на розлив. Конструкция датчика предельного уровня жидкости CSN E47S8 позволяет встраивать его непосредственно в трубу, с помощью резьбового соединения, при этом штырьевой чувствительный элемент погружается в контролируемую среду. Таким же образом можно контролировать момент полного опустошения трубопровода перед промывкой, либо постоянно контролировать наличие жидкости в процессах, где ее отсутствие может вызвать аварийную ситуацию. Датчик предельного уровня можно применить для измерения уровня воды, измерения уровня молока в танках, контроля уровня пива в баках, измерения уровня спирта в резервуарах и т.п.

Датчик уровня CSN E47S8 также нашел применение в системах водоподготовки и водоочистки, с его помощью можно отследить наполнение бака исходной водой, и контролировать уровень очищенной, либо умягченной воды.

Также возможна установка емкостного датчика уровня CSN E47S8 в системах отопления, для контроля снижения или превышения требуемого уровня циркулирующей воды. При этом рекомендуем применять датчик высокотемпературного исполнения CSN E47S8…-H до + 105^oС (возможно исполнение CSN E47S8…-G до +120^oС) для установки в нагревательных котлах, баках.

Модификация датчика CSN E47S8 с удлиненным чувствительным элементом (~ 40мм) позволяет контролировать жидкие среды с низкой диэлектрической проницаемостью нефтепродукты: бензин, масло, сжиженный газ.

Учитывая свойства конструкционных материалов датчика, возможно его применение для контроля уровня химически агрессивных жидкостей: растворов щелочей, кислот, растворителей, смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в станках, автоматических линиях, накопительных баках и пр.

Возможно применение датчика CSN E47S8 в пневмосистемах для контроля наличия конденсата.

Еще один вариант применения датчиков CSN E47S8 это контроль содержания воды в гидравлическом масле. Даже незначительное количество (0,05-0,1 %) воды в гидравлическом масле отрицательно влияет на работу гидросистемы. Вода ускоряет процесс окисления, вызывает гидролиз, так же способствует образованию шлама. Для контроля за насыщением гидравлического масла водой можно настроить датчик CSN E47S8 таким образом, чтобы он срабатывал при превышении содержания воды в масле относительно заданного значения, это основано на разности диэлектрической проницаемости воды (ε ~ 80) и масла (ε ~ 2-4).

Задач измерения уровня множество, здесь рассмотрены лишь типовые варианты применения емкостного датчика уровня CSN E47S8.

Уверены, что Вы сможете решить свою задачу с помощью изделий компании «ТЕКО» (наш главный сайт www.teko-com.ru). Наши специалисты всегда ответят на Ваши вопросы, проконсультируют по характеристикам и возможным модификациям изделий.

Пишите [email protected]

Звоните +7 (351) 796-01-18

Часто задаваемые вопросы о датчиках BD Sensors RUS

• Как защитить датчики давления от пульсации измеряемой среды при гидравлических ударах?
• Есть необходимость измерить уровень высококонцентрированной серной кислоты на электростанции, какой датчик вы посоветуете?
• Как измерить уровень воды в емкости, если вода с «маслом», что порекомендуете?
• Нужно ли ставить барьер искрозащиты при эксплуатации искробезопасных датчиков давления?
• Как защитить кабель датчика уровня?
• Чем отличается герметичный сенсор избыточного давления от просто сенсора избыточного давления?
• Для чего используется импульсная трубка?
• Нужен датчик для работы в агрессивной среде (высокоминерализованная солёная вода).
• Как быть, если требуется измерять давление в нестандартном диапазоне?
• Какие HART-модемы и коммуникаторы работают с Вашими датчиками?
• Как обеспечить надёжную работу датчика в условиях сильных электромагнитных помех?
• Что такое многопредельный датчик давления и для чего он нужен?
• Как правильно выбрать разделитель сред для датчика? В каких случаях можно обойтись без него?
• Какова максимальная перегрузочная способность ваших датчиков? Сохраняется ли работоспособность при нахождении в диапазоне давления свыше номинального, но ниже предельно допустимого?
• Какое программное обеспечение необходимо иметь для настройки шкалы датчиков уровня с поддержкой HART и как при этом изменится погрешность измерения?
• BD Sensors RUS поставляет датчики давления в страны СНГ?
• Как стать Вашим дилером или представителем?
• Как измерить датчиком давления расход жидкости в трубопроводе?
• Каковы преимущества датчика с цифровым интерфейсом перед датчиком с аналоговым интерфейсом?
• Какова максимальная длина кабеля погружных датчиков уровня?
• Что такое гидростатический датчик уровня (гидростатический уровнемер), и где его рекомендуется применять?
• Чем отличаются датчики давления для пищевой промышленности (гигиеническое исполнение)?
• Что такое погрешность (класс точности) датчика, из чего она складывается и от чего зависит?
• Что такое долговременная стабильность датчика и как она связана с межповерочным интервалом?
• Что такое уровень безопасности SIL (Safety Integrity Level)?
• На какой срок эксплуатации рассчитаны датчики давления?
• Что такое полевой корпус датчика давления?
• Как узнать, является ли торговая компания, поставляющая Ваши датчики, официальным дилером БД Сенсорс РУС?

 
Если Вы не нашли ответа на свои вопросы, Вы можете задать вопрос в службу технической поддержки БД Сенсорс РУС.
 

• Как защитить датчики давления от пульсации измеряемой среды при гидравлических ударах?
   
  Для того что бы защитить датчики давления от пульсации измеряемой среды при возникновении гидравлических ударов, можно применить специальное устройство: демпфер гидроударов TTR.Демпфер гидроударов представляет собой многокамерное устройство со специальными шайбами с несоосно расположенными отверстиями, что позволяет погасить гидроудар. Ограничения по применению TTR: температура среды до 95°С, давление среды до 70 МПа, отсутствие сильных загрязнений и взвесей в измеряемой среде. Испытания в нашей лаборатории при данных условиях показали гарантированную защиту от гидроудара длительностью до 20 мс. Мы рекомендуем устанавливать демпфер TTR на вентильный (клапанный) блок для удобства монтажа. Как многократно показал наш опыт, монтаж датчика вместе с демпфером и клапанным блоком оптимален с точки зрения эргономики: демпфер защищает датчик и продлевает его срок службы, а клапанный блок даёт экономию времени на техническое обслуживание либо замену датчика.

• Есть необходимость измерить уровень высококонцентрированной серной кислоты на электростанции, какой датчик вы посоветуете?
   
  Для наиболее правильного выбора датчика уровня необходимы данные о температуре и концентрации серной кислоты. На подобных задачах рекомендуется использовать датчики в корпусе из PVDF c керамической мембраной. Например, для измерения уровня серной кислоты H₂SO₄ концентрацией до 10% и ниже при температуре 50°С, корпус датчика изготавливается из PVDF, используется керамический сенсор, уплотнение из этилен-пропиленового каучука (FKM) и кабель с покрытием TPE. В линейке нашей компании есть подобные датчики, например, гидростатический уровнемер LMK 858. Для сильных кислот и щелочей необходимо заказывать керамическую мембрану высокой степени очистки 99,9%.

• Как измерить уровень воды в емкости, если вода с «маслом», что порекомендуете?
   
  При необходимости измерения уровня в ёмкости, содержащей воду и масло, многое зависит от характера смеси/раствора. Дело в том, что гидростатические датчики уровня корректно работают только в жидкостях с постоянной плотностью. Если масло представляет собой тонкую плёнку на поверхности воды, то корректное измерение уровня вполне возможно.

• Нужно ли ставить барьер искрозащиты при эксплуатации искробезопасных датчиков давления?
   
  Да, обязательно. При этом, необходимо будет подобрать соответствующий барьер, проверив выполнение условий Ui >= U0, Ii >= I0, Pi >= P0, Li+Lc <= L0, Ci+Cc <= C0, где
  Ui, Ii, Pi, Li, Ci — максимальные значения параметров для искробезопасного оборудования (датчик),
  U0, I0, P0 — максимальные значения параметров для связанного оборудования (барьер),
  L0 — максимально допустимое значение индуктивности во внешней искробезопасной цепи,
  С0 — максимально допустимое значение емкости во внешней искробезопасной цепи.
  Параметры датчиков Ui, Ii,Pi, Li и Ci указываются в приложении к сертификату соответствия на взрывозащищенное оборудование.

• Как защитить кабель датчика уровня?
   
  Для некоторых моделей погружных датчиков уровня BD Sensors RUS опционально предусмотрена комплектация металлической гофрированной трубкой, которая позволяет защитить кабель датчика от намерзающего льда на поверхности емкости и от твердых включений.

• Чем отличается герметичный сенсор избыточного давления от просто сенсора избыточного давления?
   
  Герметичный сенсор, как правило, имеет диапазон больший, чем 60-70 бар. Для таких диапазонов становится совершенно некритичным эффект изменения атмосферного давления, поэтому производители не открывают обратную сторону чипа для атмосферного давления (это полезно для живучести сенсора — исключено попадание конденсата на кристалл с обратной стороны). Фактически, такие сенсоры — это сенсоры абсолютного давления, только с «обратной стороны» у них не вакуум, а то атмосферное давление, которое было в момент сборки. Например, такие сенсоры устанавливаются на датчики DMP 333, HMP 331, DS 200, XACT i c диапазонами от 70 бар и выше.

• Для чего используется импульсная трубка?
   
  Импульсная трубка используется для отвода давления. Помимо этого, это ещё один из недорогих вариантов решения для высоких температур измеряемой среды. Каждый метр импульсной трубки понижает температуру среды примерно на 80 градусов. Обычно применяются стальные или медные импульсные трубки. Один конец импульсной трубки, присоединяемый к источнику давления, подготовлен под сварку, а другой конец, присоединяемый к датчику, имеет накидную гайку с резьбой, соответствующей резьбе датчика.
   

• Нужен датчик для работы в агрессивной среде (высокоминерализованная солёная вода).
   
  Если стоит задача по подбору погружного уровнемера, например, для измерения уровня в скважинах, то наилучшим выбором будет датчик в корпусе из нержавеющей стали и керамической мембраной типа LMK 358. Если среда слишком агрессивна для стали (например, морская вода), то следует применить специальный погружной датчик LMK 458 в коррозионностойком исполнении: корпус из сплава CuNiFe. В качестве врезного датчика лучше использовать LMK 351 с керамической мембраной, которая наиболее устойчива к воздействию агрессивных сред. Датчик LMK 351 также может быть выполнен в корпусе PVC или PVDF.

• Как быть, если требуется измерять давление в нестандартном диапазоне?
   
  BD Sensors RUS может произвести датчики давления и уровня по техническим требованиям заказчика не только с нестандартным диапазоном, но и с нестандартными механическими, электрическими присоединениями, нестандартными выходными сигналами и др. Необходимо указать в заявке нужный Вам диапазон. Наши специалисты проверят возможность изготовления датчика с таким диапазоном и совместимость данного диапазона с другими указанными Вами параметрами.

• Какие HART-модемы и коммуникаторы работают с Вашими датчиками?
   
  Наши датчики совместимы с HART-модемами и коммуникаторами, выполненными в строгом соответствии со спецификацией HART. Мы рекомендуем использовать модемы и коммуникаторы которые предлагает BD Sensors: MH-02 или HI 311 (HI 321). Список наиболее часто используемых HART-команд приведён здесь (см. приложение Г, стр.38-39 Руководства по эксплуатации).
   

• Как обеспечить надёжную работу датчика в условиях сильных электромагнитных помех?
   
  Следует избегать прокладки питающих и сигнальных линий датчика вблизи сильноточных кабелей и источников сильных электромагнитных помех, таких, как реле-коммутаторы больших токов, сварочные аппараты, пускатели и т.д. Если обеспечить удаление от указанных источников не представляется возможным, следует использовать экранированные кабели для питающих и сигнальных линий датчика.

• Что такое многопредельный датчик давления и для чего он нужен?
   
  Это такие датчики давления, пределы измерений которого могут быть изменены по желанию пользователя. Он необходим в случае, если диапазон измеряемого давления заранее неизвестен или меняется с течением времени. После перенастройки на новый диапазон используется вся шкала датчика. В некоторых случаях после перестройки диапазона изменяется погрешность измерений (по формуле, приведённой в Руководстве по эксплуатации).
   

• Как правильно выбрать разделитель сред для датчика? В каких случаях можно обойтись без него?
   
  Необходимо знать химический состав вещества, давление (уровень) которого Вы будете измерять, концентрацию раствора и температуру. Исходя из этих данных следует подобрать материалы разделителя и уплотнителя, соприкасающиеся со средой. Если Вы затрудняетесь в выборе этих материалов, наши специалисты помогут Вам с выбором. В случае невысоких температур (до 85 градусов) и неагрессивных или слабоагрессивных веществ можно обойтись без разделителя сред, что существенно уменьшает стоимость датчика. С другой стороны, нельзя обойтись без разделителя, если Вы применяете датчик в таких отраслях, как пищевая, химическая, фармацевтическая, т.к. в этих приложениях важнее всего гигиенический аспект. Для пищевой промышленности мы предлагаем заполнение пространства за разделителем пищевым маслом в целях дополнительной безопасности использования датчика.

• Какова максимальная перегрузочная способность ваших датчиков? Сохраняется ли работоспособность при нахождении в диапазоне давления свыше номинального, но ниже предельно допустимого?
   
  Максимально допустимая перегрузка, т.е. значение давления, при котором датчик давления не выходит из строя, приведена в кратком техническом описании и в Руководстве по эксплуатации. В большинстве случаев она в 3…7 раз превышает верхний предел измерений. Если давление в системе не превышает максимально допустимую перегрузку и количество циклов нагружения не превышает общий ресурс работы датчика (как правило, 100 миллионов циклов), то при нормализации давления в системе до номинального диапазона, датчик возвращается в работоспособное состояние и сохраняет свои метрологические характеристики.

• Какое программное обеспечение необходимо иметь для настройки шкалы датчиков уровня с поддержкой HART и как при этом изменится погрешность измерения?
   
  Необходимо использовать любое программное обеспечение HART, выполненное в соответствии со спецификацией HART. Для полной уверенности в совместимости используйте софт от BD Sensors RUS: программы config и CONF401. Погрешность датчика с перенастроенным диапазоном Вы можете рассчитать по формуле, приведённой в Руководстве по эксплуатации. Обратите внимание, что для большинства номинальных диапазонов погрешность не возрастает при незначительной (не более чем в 5 раз в зависимости от модели и диапазона) перенастройке ВПИ.

• BD Sensors RUS поставляет датчики давления в страны СНГ?
   
  Да, зона ответственности российской компании — Россия и страны СНГ. Мы поставляем датчики давления и осуществляем техническую поддержку во все страны СНГ. В Украине с заказчиками работает украинский офис БД Сенсорс.

• Как стать Вашим дилером или представителем?
   
  Для этого надо отправить запрос в компанию. Мы заинтересованы в поиске дилеров среди успешных компаний, занимающихся поставкой КИПиА для предприятий нефтегазовой и химической отраслей, машиностроения, судостроения, энергетики, для жилищно-коммунального хозяйства, вагоностроения, автомобилестроения, для фармацевтической, пищевой и перерабатывающей промышленностей. А также в привлечении к сотрудничеству партнеров — компаний, специализирующихся на комплексных решениях в автоматизации, проектировании и комплектных поставках оборудования.

• Как измерить датчиком давления расход жидкости в трубопроводе?
   
  Такой функцией обладают датчики перепада давления, которые умеют рассчитывать квадратичную функцию, типа DMD 331-А-S. Зависимость расхода от перепада давления для трубки Вентури (сужающее устройство) задается следующей формулой:
  ,
  где S1 и S2 — сечение трубы и сечение сужения, м², p=p1-p2 — перепад давления, Па, ρ — плотность среды, кг/м³, A — определяемый экспериментально коэффициент, характеризующий потерю давления из за трения. Как правило, принимает значения от 0.95 до 0.99.
   
  Для того, чтобы использовать датчик в режиме расходомера, он должен быть предварительно настроен:

— Выставить квадратичную функцию преобразования

— Установить соответствующий ВПИ

— Задать поток соответствующий ВПИ

— Включить соответствующий режим

Настройка может осуществляться с помощью специального магнитного карандаша и/или HART-модема. Кроме того, можно включить отображение мгновенного расхода в единицах заданных пользователем.

• Каковы преимущества датчика с цифровым интерфейсом перед датчиком с аналоговым интерфейсом?
   
• Большинство современных устройств, работающих с датчиками, являются цифровыми. Поэтому при использовании цифрового интерфейса нет дополнительной погрешности при цифро-аналоговом и аналогово-цифровом преобразовании сигнала.
• Цифровой сигнал проще передавать на большие расстояния (до 1 километра).
• Датчик БД Сенсорс РУС через интерфейс RS 485 передает два параметра: давление и температуру.
• Датчик давления с цифровым сигналом можно завести на ПК через порт USB минуя контроллер (с помощью недорогого адаптера RS485-USB).
• При использовании цифровых интерфейсов появляется возможность объединять датчики в сеть.
• У цифрового интерфейса с дифференциальным или частотно модулированным сигналом (например, RS485) более высокая помехозащищенность по сравнению с аналоговыми интерфейсами.

• Какова максимальная длина кабеля погружных датчиков уровня?
   
  Датчик гидростатического давления (уровнемер) LMP 308i в стандартном исполнении позволяет измерять уровень жидкости до 350 метров. При необходимости контроля уровня жидкости с диапазоном более 350 м.в.с., компания БД Сенсорс РУС может изготовить уровнемер по техническим требованиям заказчика. В заявке надо указать максимальный и минимальный уровень столба жидкости. Специалисты проверят возможность изготовления уровнемера с таким диапазоном, а также совместимость данного диапазона с другими указанными Вами параметрами.
   
  При проектировании систем контроля уровня жидкости следует также учитывать понятие достаточной длинны кабеля датчика уровня. Уровнемеры комплектуются специальным (гидрометрическим) кабелем, задача которого подать атмосферное давление на сенсор. Как только кабель уровнемера выведен в атмосферу, его можно завести в клеммную коробку и до места подключения передавать сигнал обычным кабелем.

• Что такое гидростатический датчик уровня (гидростатический уровнемер), и где его рекомендуется применять?
   
  Гидростатические датчики уровня измеряют давление жидкости, находящейся в сосуде, емкости или в естественном резервуаре и преобразуют его в значение уровня. Измеренное таким образом давление называют гидростатическим, оно напрямую зависит от уровня и плотности жидкости и не зависит от формы резервуара.
   
  Формула гидростатического давления P=ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба жидкости.
   
  Гидростатический метод измерения с успехом применяется для жидкостей с постоянной плотностью. Основная сфера применения гидростатических датчиков — это измерение уровня в скважинах, коллекторах, естественных или искусственных водоемах, баках, топливных танках и других ёмкостях. По методу установки различают врезные и погружные гидростатические датчики уровня.

• Чем отличаются датчики давления для пищевой промышленности (гигиеническое исполнение)?
   
  Штуцеры пищевых датчиков давления имеют конструкцию с открытой мембраной. Такая конструкция даёт возможность эксплуатировать датчики в вязких, густых и неоднородных средах. Полость разделительной мембраны таких датчиков заполняют специальным пищевым маслом. Для присоединения к технологическим процессам возможны специальные исполнения штуцера: DIN 11851 (молочная гайка), Clamp, Tri-clamp, VARIVENT. Дизайн корпуса некоторых моделей пищевых датчиков обеспечивает удобство их очистки.

• Что такое погрешность (класс точности) датчика, из чего она складывается и от чего зависит?
   
  Погрешность датчика в общем случае показывает, насколько отличается показание датчика от реального значения измеряемого параметра. Точность измерения есть сумма основной приведенной погрешности и дополнительной погрешности.
   
  Основная приведенная погрешность складывается из погрешности измерения, погрешности от нелинейности, от гистерезиса, погрешности калибровки, погрешности временной нестабильности из-за старения чувствительного элемента. Дополнительная погрешность может быть вызвана изменением температуры среды, напряжением питания и сопротивления нагрузки.
   
  Для датчиков давления единицей измерения погрешности являются проценты, рассчитываемые от ВПИ (Верхнего Предела Измерения) или ДИ (Диапазона Измерения).
   

• Что такое долговременная стабильность датчика и как она связана с межповерочным интервалом?
   
  Долговременная стабильность — способность датчика не изменять свои параметры и характеристики (такие, например, как погрешность) в течение долгого времени. Чем больше долговременная стабильность, тем больше может быть установлен интервал поверки прибора.

• Что такое уровень безопасности SIL (Safety Integrity Level)?
   
  Международный стандарт IEC 61508 выделяет четыре «уровня полноты безопасности» (Safety Integrity Level, SIL), которые выбираются в зависимости от тяжести последствий, которые могут наступить при неправильном функционировании системы. Уровни SIL определяют величину допустимого риска для системы. Они являются мерой вероятности того, что система будет правильно выполнять свои функции, влияющие на безопасность.

• На какой срок эксплуатации рассчитаны датчики давления?
   
  Срок эксплуатации датчиков давления зависит от свойств измеряемой среды и условий эксплуатации. Средний срок эксплуатации датчиков компании БД Сенсорс РУС — не менее 12 лет.

• Что такое полевой корпус датчика давления?
   
  Конструкция полевого корпуса обеспечивает электрическое присоединение к датчику внутри закрытой оболочки с использованием кабельного ввода. Это даёт возможность применять такой прибор вне помещения и защищает датчик и его электрическое присоединение от механических и атмосферных воздействий.
   
  Такая опция доступна для большинства датчиков давления BD Sensors RUS компактной серии и, по умолчанию, присутствует в приборах со взрывозащищённой оболочкой. Датчики с полевым корпусом могут поставляться со встроенным дисплеем.

• Как узнать, является ли торговая компания, поставляющая Ваши датчики, официальным дилером БД Сенсорс РУС?
   
  Компания БД Сенсорс РУС выдает официальным дилерам сертификат сроком действия на 1 год. Данный сертификат подтверждает, что компания, которой он выдан, в течение всего срока действия данного документа имеет право на получение дилерских скидок на продукцию BD Sensors RUS, а сотрудник компании-дилера прошел соответствующее обучение и способен дать квалифицированную консультацию по датчикам давления и датчикам уровня компании BD Sensors RUS.

Датчики

| Бесплатный полнотекстовый | Обнаружение утечек в водопроводе на основе машинного обучения и беспроводных сенсорных сетей

1. Введение

Вода обеспечивает материальную основу для жизни человека и выживания всего живого, а также является незаменимым природным ресурсом, необходимым для развития человеческого общества. Из-за роста населения, экономического развития и изменения моделей потребления спрос на водные ресурсы быстро растет, и ожидается, что этот растущий спрос значительно ускорится в течение следующих 20 лет [1].Однако нерациональное использование водных ресурсов из-за утечек из водопроводов является важной проблемой [2]. Исследование, проведенное Всемирным банком, показало, что утечка из водопровода превышает 48,6 млрд м3 в год, а соответствующие ежегодные экономические потери составляют примерно 14,6 млрд долларов США [3]. Согласно статистике Индекса зеленого города за 2012 год, уровень утечки из водопровода превышает 10% в одной трети стран мира. Например, средний уровень утечки из водопровода составляет 23% в ЕС, 13% в США.С. и Канада, 22% в Азии, 35% в Латинской Америке и 30% в Африке [4,5]. Соответственно, исследования высокоэффективных технологий обнаружения утечек в водопроводах имеют большое значение для защиты водных ресурсов и содействия экономическому развитию. Основные причины утечек водопроводов включают коррозионную природу почвы, низкое качество материала труб, температуру и давление, неиспользование стандартных методов укладки труб, геологические изменения и человеческий ущерб [6,7,8].Например, износ, вызванный давлением грунта, может привести к неравномерной нагрузке на трубопровод, что может привести к утечке из-за разрывов и поломок. Утечка может также возникнуть в результате повреждения стыков труб, вызванного внешними ударами или разрывами, вызванными нарушением сварных стыков во время строительства. Тем не менее, поскольку подавляющее большинство водопроводов расположены глубоко под землей, утечка обычно не обнаруживается сразу, а когда утечка велика, ее обычно не обнаруживают до тех пор, пока вода не начнет вытекать с поверхности земли.Более того, поскольку большинство утечек относительно малы или необнаружимы, утечка приводит к значительным потерям водных ресурсов [9,10]. Поэтому чрезвычайно важно эффективно и точно обнаруживать утечки из подземных водопроводов. Академические исследователи и представители отрасли провели масштабные исследовательские кампании и разработали множество эффективных методов обнаружения. Одним из самых ранних методов обнаружения является система прослушивания, в которой персонал обнаружения прослушивает изменения громкости и качества звука шума утечки, исходящего от оборудования, и определяет места утечки на основе этих наблюдений [11,12].Этот метод не только зависит от опыта обслуживающего персонала, но и является очень трудоемким и ненадежным из-за больших площадей водопроводных сетей. Подземный радар может определять места утечек в трубопроводе путем обнаружения пустот в грунте, вызванных утечкой воды. Однако из-за сложных различий геологического строения на разных участках этот метод плохо применим и очень дорог [13,14]. Другие исследования представили обнаружение утечек, основанное на изменениях внутреннего давления в водопроводе, например, метод градиента давления, метод волны отрицательного давления и метод баланса расхода [15,16,17].Хотя эти методы относительно чувствительны к расходу и давлению в трубопроводе, они имеют тенденцию давать ложноположительные результаты, когда колебания расхода велики, потому что расход в сетях водопровода будет постоянно колебаться. Было обнаружено, что спектр сигналов утечки является концентрированным, а частота колебаний трубопровода коррелирует с состоянием утечки [18]. Эта характеристика может использоваться в сочетании со спектральным анализом сигналов от пьезоэлектрических акселерометров для обнаружения утечек.Однако, когда окружающий шум имеет частотный спектр, подобный спектру сигналов утечки, этот метод также имеет тенденцию давать ложные срабатывания. В другом исследовании использовался коэффициент кодирования с линейным предсказанием (LPCC) сигналов акустической утечки и скрытая марковская модель (HMM) для улучшения способности отличать сигнал утечки от мешающих сигналов окружающей среды [19]. Однако ошибка обнаружения этого метода имеет тенденцию увеличиваться с увеличением продолжительности использования системы.Кроме того, в [20,21,22] некоторые методы обнаружения, основанные на акустических сигналах, например, через гидрофоны, доказали, что эффективное обнаружение утечки может быть достигнуто в более длинном диапазоне обнаружения в водопроводах. Эти методы демонстрируют высокую чувствительность к утечкам в интересующем диапазоне, что кажется подходящим для раннего обнаружения утечек. Кроме того, в работах [23,24,25] машинное обучение применялось к мониторингу трубопроводов и были достигнуты отличные результаты. Более того, в исследованиях крупномасштабных систем водопроводных сетей использовались такие методы, как моделирование в реальном времени, для сравнения измеренных данных трубопроводной сети с прогнозами модели расхода [26,27,28,29], но такие проблемы, как высокая сложность моделирования и высокая вычислительная мощность нагрузки в реальных приложениях ограничивают использование этих методов.Исследователи достигли впечатляющих результатов в исследованиях в области обнаружения и локализации утечек водопроводной воды. Тем не менее, крупномасштабные сети водопроводов и чрезвычайная сложность сетевой архитектуры, условий окружающей среды и геологических факторов по-прежнему создают серьезные проблемы для мониторинга сетей водоснабжения в режиме реального времени и интеллектуального обнаружения утечек. предоставить эффективный способ решения этих проблем. Благодаря своей выдающейся чувствительности, протоколам связи, скорости процессора и преимуществам сбора данных беспроводные сенсорные сетевые технологии широко применяются в области мониторинга [30,31,32,33,34].В [35] была предложена система PipeNet, основанная на беспроводных сенсорных сетях. Он направлен на мониторинг потока воды и обнаружение утечек путем прикрепления акустических и вибрационных датчиков к большим трубопроводам объемной воды и датчиков давления к нормальным трубопроводам. В отличие от проекта PipeNet, система PipeProbe не предполагает, что поверхности водопровода открыты и доступны для присоединения модуля датчика [36]. PipeProbe можно сбросить в источник водопровода. Во время обхода трубопровода он собирает показания датчиков, необходимые для восстановления трехмерной пространственной схемы пройденных водоводов.Для демонстрации применения и управления недорогой беспроводной сенсорной сетью для высокой скорости передачи данных в [37] была предложена [37] беспроводная сенсорная сеть, позволяющая осуществлять мониторинг водораспределительной сети в Сингапуре в режиме реального времени. Целью [электронная почта защищена] была разработка общих возможностей беспроводной сенсорной сети для обеспечения мониторинга водораспределительной сети в режиме реального времени. В этом документе предлагается система мониторинга водопровода на основе беспроводных сенсорных сетей и метод идентификации утечек на основе опорной векторной машины. (SVM).Машинное обучение может имитировать приобретение знаний в процессе обучения людей и может обеспечить автоматическое повышение производительности системы. В результате он широко применяется в идентификации речи и биологических аффектов [38], обнаружении физиологических сигналов [39], идентификации движений тела [40], обнаружении и идентификации сигнальных признаков и т. Д. [41,42,43,44]. Предлагаемая система использует узлы ZigBee, служащие узлами сбора сигналов, и использует сеть 4G для передачи сигналов, принятых датчиками, в центр обработки данных для обработки.Чтобы решить проблему высокого энергопотребления сети, которое влияет на обычные беспроводные сенсорные сети, мы также предлагаем сетевой метод, инициируемый утечкой, который позволяет подключаться к сети и выполнять передачу данных от беспроводных сенсорных узлов в непосредственной близости от точек утечки, что эффективно снижает энергопотребление сети и продлевает срок ее службы. жизненный цикл. Основываясь на различиях в частотно-временных характеристиках сигналов утечки и отсутствия утечки, мы предлагаем метод обнаружения утечки, который строит матрицы характеристик, используя функцию внутреннего режима, приблизительную энтропию и анализ главных компонентов (PCA), и который использует SVM в качестве классификатор для выявления утечек.Наш эксперимент проводится на открытой трубке из алюминиево-пластикового композитного материала диаметром 27 мм. Датчик ускорения CT1010 используется в этом эксперименте из-за его чувствительности. Во время наших экспериментов давление воды составляет не менее 0,3 МПа. Обнаруживаемая скорость потока утечки рассчитана приблизительно на 2,5 см3 / с в зависимости от давления в трубопроводе. Результаты экспериментов и моделирования показывают, что предлагаемые методы позволяют эффективно обнаруживать утечки и продлевать срок службы беспроводной сенсорной сети.Оставшаяся часть теста организована следующим образом. Реализация системы мониторинга утечек представлена ​​в Разделе 2. В Разделе 3 разработано сетевое решение, инициируемое утечкой, для беспроводных сенсорных сетей, которые могут объединять в сеть датчики, принимающие сигналы утечки. Мы предлагаем метод обнаружения утечек, основанный на частотно-временных характеристиках и SVM в Разделе 4. Результаты экспериментов и моделирования представлены в Разделе 5. Выводы представлены в Разделе 6.

3. Сеть ZigBee, инициируемая утечками

В реальных условиях мониторинга водопровода , необходимо установить большое количество терминальных датчиков вдоль трубопроводов.Поскольку утечка в трубопроводе — событие с низкой вероятностью, одновременная работа всех датчиков приведет к значительным потерям энергии. Кроме того, утечки в трубопроводах водоснабжения происходят случайным образом, и системы трубопроводов необходимо контролировать в режиме реального времени. Чтобы снизить энергопотребление и увеличить срок службы сети, мы предлагаем сетевой метод, связанный с утечкой.

Сетевой метод ZigBee включает в себя сетевую инициализацию и запуск сети. Топологическая структура сети обеспечивает важную основу для сетей ZigBee; Принимая во внимание структурные характеристики и распределение трубопроводов водоснабжения, в данной статье использовалась сетевая топология.Чтобы добиться инициализации сети, первым шагом было определение узлов-координаторов и установка их сигнальных каналов и номеров идентификаторов сети, которые будут инициализировать сеть. Затем к сети были добавлены узлы, не являющиеся координаторами. На рисунке 3 в основном показано, как узлы присоединяются к сети. Чтобы гарантировать, что количество оконечных узлов, установленных на каждом узле ретрансляции (то есть узле маршрутизатора), было сбалансированным, он будет добавлять информацию индикатора уровня принятого сигнала (RSSI) в каждый кадр Beacon_request, когда каждый оконечный узел в этом решении отправляет запрос на подключение к сети.В соответствии со значениями RSSI узлы маршрутизации предоставляют оконечным узлам услугу присоединения. Для эффективного и надежного сбора сигналов утечки необходимо установить разумные пороговые значения для RSSI. Если значения RSSI оконечных узлов меньше порогового значения, узлы маршрутизации не будут обрабатывать запрос оконечных узлов. Если значения RSSI превышают пороговое значение, узлы маршрутизации будут записывать информацию оконечных узлов и гарантировать, что они могут присоединиться к сети.После инициализации сети, чтобы снизить энергопотребление сети и продлить срок ее службы, в этой статье были разработаны три типа управляющих кадров (т.е. кадр соединения, активный кадр и волновой кадр), которые можно использовать для запуска сети в соответствии с результаты обнаружения утечки. Структуры объединенного кадра, активного кадра и волнового кадра показаны в Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3. Поле Sou_address — это исходный адрес, который является адресом узла маршрутизации. Узлы полагаются на это поле, чтобы определить, были ли они активированы и работают ли.Поле Des_address является адресом назначения и представляет собой адрес узла маршрутизации, который присоединился к сети. PANID — это сетевой адрес. В кадрах соединения поле join_result является результатом работы в сети; нулевой результат указывает на то, что сетевое соединение узла маршрутизации не выполнено, а результат, равный единице, указывает на то, что он был успешным. В активном кадре поле Act_address является активным адресом, и дочерние узлы присоединятся к сети после получения этой информации, а затем выполнят выборку данных.В кадрах волны поле Position записывает фактическую информацию о физическом адресе. Поскольку в этом документе в основном рассматривалось сетевое решение и его производительность, поле Position не использовалось для определения местоположения узла. На рисунке 4 показана блок-схема сети, вызванная утечкой. Конечные узлы отправляют фреймы соединения узлам маршрутизации для составления списка конечных узлов. После того, как связь маршрутизация-терминал будет построена, узлы маршрутизации будут отправлять активные кадры на оконечные узлы. При получении активных кадров оконечные узлы затем определят, являются ли они узлами назначения.Если узел является узлом назначения, он активируется и выполняет выборку данных. Если узел не является узлом назначения, он перейдет в состояние мониторинга сна и будет ждать следующего активного кадра. Как только узел в рабочем состоянии определяет, что полученный сигнал является сигналом утечки, узел маршрутизации отправит предварительно установленный адрес, инициированный утечкой, узлам в списке оконечных узлов. Все узлы в списке, получающие этот адрес, активируются и инициируют выборку и передачу сигнала.Этот метод позволяет узлам маршрутизации контролировать рабочее состояние оконечных узлов. После завершения работы в сети передача данных выполняется с использованием протокола маршрутизации ZigBee.

5. Результаты моделирования

5.1. Сеть, инициируемая утечкой

В этом разделе OPNET Modeler14.5 использовался для моделирования предлагаемого сетевого метода, инициируемого утечкой. Процесс моделирования требует проектирования и конфигурации трех различных слоев. Уровень узла определяет поведение узла и управляет потоком данных между различными модулями в одном узле.Уровень процесса использует протокол для преобразования состояния конечных автоматов. Сетевой уровень устанавливает топологическую структуру сети и сетевые уровни.

Обычно модель узла ZigBee включает в себя уровень приложений, сетевой уровень, уровень MAC и беспроводной приемопередатчик. Для расчета энергопотребления сети мы добавили модуль расчета энергии в модель узла. Модуль расчета энергии отслеживал энергопотребление трансивера в режиме ожидания, приема и передачи посредством мониторинга состояния трансивера.Поскольку код для модуля прикладного уровня и модуля сетевого уровня в OPNET был недоступен, мы переработали модули прикладного и сетевого уровня. Во время моделирования узлы-координаторы, узлы маршрутизации и конечные узлы имели одну и ту же модель узла. Уровень приложения включает модуль источника и модуль приемника. Исходный модуль использовал модель simple_source, которая была модулем генерации пакетов данных и отвечала за генерацию пакетов данных с заданным размером пакета в соответствии с заданным интервалом между пакетами.Модуль-приемник был модулем уничтожения пакетов данных и отвечал за уничтожение пакетов данных, которые были переданы узлу назначения, который освободил внутреннюю память, динамически назначенную программой. Сетевой уровень состоял из модуля network_layer и в основном служил для управления завершением сетевых процедур модулем MAC, полной инициализации сети и сети, вызванной утечкой, а также для выполнения маршрутизации пакетов данных в соответствии с протоколом маршрутизации AODVjrrouting.Уровень MAC использовал модуль 802_15_4_mac и имел конкурентный алгоритм CSMA / CA. Модуль 802_15_4_mac выполнял некоторые сетевые функции, множественный доступ и функции управления спящим режимом с помощью добавленного конечного автомата спящего режима. На физическом уровне в качестве беспроводного приемопередатчика использовался модуль wireless_tx / wireless_rx.

Сеть водоснабжения, показанная на Рисунке 9, была спроектирована для моделирования. Площадь была 1500 м × 1500 м и содержала в общей сложности 644 узла ZigBee, включая шесть узлов-координаторов и 638 узлов маршрутизации и оконечных узлов.Узлы-координаторы рассматривались как узлы-приемники. Расстояние между соседними узлами 10 м; расстояние между узлами маршрутизации — 50 м; и четыре конечных узла были расположены между каждой парой узлов маршрутизации. Каждый из узлов маршрутизации и конечных узлов также был датчиком. Конечные узлы завершили сбор данных и обнаружение сигнала утечки воды и отправили данные узлам маршрутизации. Затем узлы маршрутизации передали информацию, собранную ими и оконечными узлами, узлам-приемникам посредством многозвенной маршрутизации.Наконец, узлы-приемники отправили информацию в центр фонового управления, чтобы реализовать мониторинг всей сети. Модуль RxGroup Configmo использовался для настройки односкачкового расстояния между узлами в сценарии моделирования, а для замирания каналов использовалась модель потерь в свободном пространстве. Параметры моделирования для каждого слоя приведены в таблице 4. Время моделирования составляло 1200 с. Во-первых, информационные функции сигнала утечки были установлены на уровне MAC, и был проведен сетевой эксперимент, инициированный утечкой, путем установления координат точки утечки, коэффициентов ослабления сигнала и порога обнаружения сигнала утечки с использованием этих функций.Координата утечки была (319, 753), что указывало на то, что точка утечки была расположена между узлами 10 и 11, как показано на рисунке 10. В моделировании узел 3 был узлом-координатором, узлы 8, 13 и 18 выполняли маршрутизацию. узлы, а остальные узлы были конечными узлами. В соответствии с настройками моделирования утечка произошла в интервале 700–720 с, а настройки коэффициента ослабления сигнала и порога обнаружения сигнала утечки обеспечивали возможность приема сигнала утечки узлами маршрутизации 8 и 13. Мы также отслеживали активный и спящий статус MAC-уровня, чтобы отслеживать состояние сети узлов.На рисунке 11 показаны рабочие состояния в период 0–1200 с. Узлы координатора и маршрутизации постоянно находились в рабочем состоянии, а конечные узлы в сети узлов маршрутизации последовательно работали и спали. Утечка произошла, когда время моделирования достигло 700 с, и все оконечные узлы в сети, образованной узлами маршрутизации 8 и 13, перешли в рабочее состояние в это время. Утечка прекратилась, когда время моделирования достигло 720 с, и оконечные узлы в сети, образованной узлами маршрутизации 8 и 13, вернулись в нормальное рабочее состояние.Узлы маршрутизации по обе стороны от точки утечки могли обнаруживать сигнал утечки и выполнять сетевое взаимодействие, когда утечка произошла, в то время как другие узлы маршрутизации оставались в нормальном рабочем состоянии. Результаты моделирования показали, что предлагаемое решение обеспечивает сетевое соединение, вызванное утечкой, с помощью узлов датчиков по обе стороны от точки утечки, которые могут дополнительно предоставлять данные для определения местоположения точки утечки. На рисунке 12 показано сравнение времени работы в сети между предлагаемыми сетями. решение и сетевое решение ZigBee 2007.Результаты моделирования показали, что время сетевого взаимодействия предлагаемого решения было немного больше, чем у решения ZigBee 2007 из-за добавления порогового значения RSSI. Однако время работы всех узлов в сети увеличилось только примерно на 1,39%. Таким образом, предлагаемое решение можно использовать в крупномасштабной сетевой среде. На рисунке 13 показано сравнение энергопотребления и мощности предлагаемого решения и решения ZigBee 2007. Результаты моделирования ясно продемонстрировали, что предлагаемое решение может снизить мощность и энергопотребление сети, а также увеличить срок службы сети за счет управления опросом оконечных узлов в их сетях.На рисунке 14 показан процент оконечных узлов, переносимых всеми узлами маршрутизации, когда мощность передачи узлов датчиков составляла 1 мВт, а порог RSSI составлял -68 дБмВт. В соответствии с моделью потерь в канале расстояние передачи сигнала, контролируемое пороговым значением, составляло примерно 25 м. Поскольку при моделировании узлы были разнесены с интервалом 10 м, каждый узел маршрутизации нес четыре конечных узла. Результаты, показанные на рисунке 14, показывают, что предлагаемое решение может гарантировать, что количество оконечных узлов, переносимых узлами маршрутизации, было более равномерным, чем в исходном решении, и тем самым могло обеспечить более стабильное покрытие сети.

5.2. Идентификация утечки

Эксперимент проводился на открытой трубке из алюминиево-пластикового композитного материала диаметром 27 мм. Кроме того, в качестве источника звука утечки использовался водопроводный кран, затем скорость потока регулировалась, а датчик размещался на расстоянии 20 см от водопроводного крана. Были отобраны сотни наборов данных сигналов утечки и сигналов отсутствия утечки соответственно. Каждый набор данных имел длину 5000, и данные использовались для обучения и оптимизации модели SVM.Кроме того, в ранние тихие утренние часы были отобраны 100 наборов данных сигналов утечки и отсутствия утечки соответственно. Поэтому смоделированный шум использовался для проверки эффективности предлагаемого обнаружения утечки.

Сначала было извлечено 50 наборов данных из каждого из сигналов утечки и отсутствия утечки и использовано для создания обучающего набора. Оставшиеся образцы затем были использованы для создания набора для тестирования. Параметры SVM (C, γ) были установлены в целую степень двойки; диапазон C был установлен как C∈ [2–5,215]; и диапазон γ был установлен как γ∈ [2-15,25].Был использован метод поиска по сетке, и 21 × 21 = 441 для комбинаций параметров (C, γ) были использованы для выполнения обучения модели. Точность обнаружения показана на рисунке 15. Результаты показали, что наивысшая точность идентификации, достигнутая предложенным алгоритмом, составила 98%. Кроме того, когда C≥22, γ≤20 и 21≤C × γ≤27, модель SVM, основанная на радиальном базисном ядре, обеспечивала хорошие характеристики идентификации сигнала утечки в трубопроводе. Чтобы проверить эффективность предложенного обнаружения утечки, был проведен эксперимент. было выполнено, в котором были отобраны 100 наборов данных сигналов утечки и сигналов отсутствия утечки, соответственно.На рисунке 16 показаны результаты обнаружения для комбинаций параметров (C, γ) = (29,2-4), где метка утечки была равна 2, а метка отсутствия утечки была равна 1. Результаты идентификации показали, что предложенный метод определил только два сигналы утечки должны быть сигналами отсутствия утечки, и во всех других случаях были сделаны точные определения, что указывает на то, что точность классификации, достигнутая с помощью предложенного алгоритма, составила 98%. В таблице 5 показаны результаты, полученные с использованием предложенного алгоритма для выполнения идентификации утечки после того, как искусственный гауссов шум и импульсный шум были добавлены к сигналам утечки, полученным в течение тихого периода времени.Результаты показали, что предложенный метод обнаружения утечки в трубопроводе водоснабжения, основанный на частотно-временных характеристиках сигнала и SVM, может эффективно обнаруживать утечку в трубопроводе.

Обнаружение утечек в водопроводных сетях: вводный обзор | Smart Water

Технологии акустических датчиков для обнаружения утечек

Большинство систем водоснабжения на объектах Министерства обороны (DoD) были установлены до 1970 года, и их расчетный срок службы подошел к концу.Эта стареющая подземная трубопроводная инфраструктура страдает от многочисленных утечек питьевой воды. В большинстве случаев утечка не устраняется и даже не обнаруживается до тех пор, пока вода не поднимется на поверхность, что может занять месяцы или даже годы. Исследования, проведенные EPA, показали, что в среднем 14% использования системы потребляется утечками, но в некоторых системах это значение может достигать 60%.

Акустическая технология может обнаружить эти потери до того, как появятся какие-либо физические доказательства утечки, что может сэкономить тысячи галлонов воды в день на одну утечку.Проблема заключается в том, что в установках DoD используются трубопроводы из различных материалов, размеров и конфигураций в результате расширения систем с годами. Цель проекта ESTCP
EW-201339: «Инновационные технологии акустических датчиков для обнаружения утечек в трубах сложных типов» — это проверка производительности этих систем и определение их пригодности для развертывания.

В этом проекте используются инновационные акустические датчики обнаружения утечек в сочетании с программным обеспечением корреляции местоположения.Акустические датчики могут улавливать звук воды, проносящейся через утечку в трубопроводе. Компоненты взаимной корреляции используют два разных датчика для обнаружения утечки: разница во времени между получением двух сигналов определяет место утечки.

Команда проекта создала специальный испытательный стенд для оценки двух типов систем и трех различных продуктов. Первый тип системы предназначен для постоянной установки на трубопроводе и постоянно контролирует утечки. Обычно сканирование выполняется посреди ночи, когда ожидается, что потребление воды в здании будет минимальным.Технология Gutermann Zonescan Technology использует до 100 постоянно установленных датчиков для непрерывного исследования системы на предмет утечек. Эта система может быть подключена к существующим системам считывания показаний счетчиков или автоматизации зданий.

Второй тип системы предназначен для периодических проверок, а не для постоянной установки. Обследование системы распределения воды будет проводиться с интервалами от 3 до 5 лет. В системах Echologics LeakFinder и SebaKMT Correlux датчики устанавливаются на гидрантах или клапанах и определяются приблизительные места утечек.За этим следует использование подслушивающего устройства для определения места утечки для ремонта.

Эта демонстрация в настоящее время проводится в Центре инженерных исследований и разработок армии США в Виксбурге, штат Миссисипи.

Первоначальные результаты испытательного стенда показывают, что большинство известных утечек было обнаружено в пределах 4 футов, и были обнаружены утечки величиной до 1 галлона в минуту. Дальнейшие испытания и анализ продолжаются.

Акустические датчики обнаруживают 20 утечек в итальянском водопроводе

Планирование установки датчиков.

Aquarius

ИТАЛИЯ — Компания A2A S.p.A., основанная в 2008 году, считается крупнейшим многофункциональным предприятием Италии с более чем 12 000 сотрудников; 6.5B Annual Rev. Компания производит, распределяет и продает возобновляемые источники энергии, электричество, газ, услуги комплексного водоснабжения и управления отходами. Из своей штаб-квартиры в Брешии, Италия, A2A Ciclo Idrico (компания группы A2A) эксплуатирует более 3000 километров железных водопроводных труб, обслуживая жителей муниципалитетов Брешии и соседних городов.

В рамках интенсивных усилий A2A по повышению своей эффективности они искали передовые технологии, которые позволят им снизить потери воды и затраты на электроэнергию. Компания A2A была впечатлена решениями, предлагаемыми инновационной израильской компанией Aquarius Spectrum. Благодаря надежной конструкции акустических датчиков и облачного программного обеспечения, которое анализирует полученные данные, Aquarius может отслеживать все скрытые утечки в трубах водопроводной сети и рассчитывать их точное местоположение.Помимо обнаружения утечек, система Aquarius может предложить оценку состояния труб.

В сентябре 2019 года компания начала пилотный проект по обнаружению утечек с Aquarius, который проводился в Брешии. На основе данных ГИС A2A отдел планирования Aquarius подготовил подробный план для 39 подземных акустических корреляционных датчиков, которые покрывают около 15 км труб.

После этапа планирования датчики были установлены техническим инженером Aquarius Эхудом Бен-Менахемом в сопровождении местной команды A2A.

Следует отметить, что пилотная площадка находится недалеко от футбольного стадиона Брешии, и, несмотря на сильные перебои в движении транспорта из-за важного матча, в течение 2 дней все 39 датчиков были установлены и активированы.

Установка подземного акустического датчика AQS. Водолей В течение первой недели было обнаружено 10 скрытых утечек. Одна из них была огромной утечкой, которая поднялась на поверхность в течение нескольких часов с момента обнаружения. Заключительным этапом пилотного проекта была проверка и определение точек интереса, поднятых AQS-SYS.Команда A2A вместе с техническим специалистом Aquarius использовала мобильное оборудование Aquarius для обнаружения утечек — iQuarius ™. Эта система является первой в мире в своем роде, позволяя неспециализированному полевому персоналу выполнять ручное обследование утечек, прослушивание труб и корреляцию — при этом все оборудование упаковано в портативный, удобный для переноски и эксплуатационный комплект. Всего за несколько месяцев было проверено и устранено 20 утечек.

Благодаря успешному пилотному проекту, коммунальное предприятие приобрело 235 акустических датчиков AQS, которые позволят ему продолжить наблюдение за текущим районом и расширить его на дополнительные районы.Проект продолжает сопровождаться поддержкой технической команды Aquarius.

Одед Фрухтман, генеральный директор Aquarius, сказал: «Для нас большая честь работать с крупнейшим многофункциональным предприятием Италии и возглавлять инновации в водной отрасли вместе с A2A Ciclo Idrico. Мы были в восторге от инициативы, исходящей от Мануэля Интини из команды инноваций A2A, который посетил Израиль и встретился с командой Aquarius. Мы также ценим Стефанию Джакомелли, Луку Массафру и Энтони Наполитано из отдела эксплуатации сети водоснабжения A2A за их профессиональную поддержку на протяжении всего проекта.Надеюсь, в будущем у нас будет больше общих успехов ».

Туллио Монтаньоли, генеральный директор A2A Чикло Идрико отметил: «Как компания-ветеран на рынке водоснабжения, мы хорошо знакомы с проблемами утечки и знаем немало технологий и решений в этой области. Мы очень довольны нашим решение использовать проверенную технологию Aquarius, благодаря которой мы достигли отличных немедленных и точных результатов за короткое время. Профессиональная команда Aquarius также демонстрирует большую преданность и ответственность за наши проекты на всех этапах ».

Акустическая карта предполагаемых утечек на пользовательском интерфейсе AQS-SYS. Решения Aquarius

Aquarius позволяют компаниям водоснабжения активно контролировать свою сеть, отслеживать утечки и определять их точное местоположение автоматически на ежедневной основе, одновременно анализируя состояние трубопроводов. На сегодняшний день технология компании контролирует тысячи миль муниципальных водопроводов, помогая предприятиям водоснабжения сокращать свои некоммерческие расходы на воду (NRW) и расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию (M&O) за счет использования высокочувствительных фиксированных и мобильных акустических датчиков при одновременном применении больших аналитика данных.Все это приводит к экономии миллиардов галлонов воды. Для получения дополнительной информации: www.aqs-systems.com или [email protected].

Вода и сточные воды

Современные характеристики обнаружения для модернизации вашей водной инфраструктуры

Оптоволоконный мониторинг водопроводов и канализационных систем предоставляет новые возможности при более низкой стоимости владения

Отказы из-за обрыва армированной стальной проволоки в трубопроводах PCCP, которые обычно используются в системах водоснабжения и канализации, имеют огромные экономические, социальные и экологические последствия.В наших оптоволоконных решениях используется пассивный оптоволоконный кабель в качестве датчика непрерывного действия, который измеряет изменения тепловых, акустических, вибрационных сигналов и сигналов деформации. Обрыв проводов, утечки в трубопроводе и действия сторонних организаций (TPI), такие как кража воды, обнаруживаются и локализуются в течение нескольких секунд, что сводит к минимуму дорогостоящие простои и ущерб инфраструктуре или окружающей среде.

Кабели оптоволоконных датчиков

могут быть проложены внутри и / или снаружи трубы, обеспечивая решение для непрерывного мониторинга в реальном времени или инструмент для временного осмотра.Система отслеживает точное время и место возникновения акустического или теплового события, что имеет решающее значение для обнаружения и локализации сломанных клапанов или труб. Чем больше времени требуется на устранение неисправностей клапанов или труб, тем больше требуется повреждений, потерь воды, простоев и времени ремонта.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Многие крупные новые водопроводы оснащены распределенными акустическими датчиками (DAS) , , сочетающими в одном оптоволоконном кабеле обнаружение утечек в трубопроводе и обнаружение TPI.DAS обеспечивает уникальные преимущества для обнаружения утечек в трубопроводах большого диаметра, обнаруживая как волны отрицательного давления, возникающие при возникновении утечки, так и акустический сигнал от продолжающейся утечки с высокой точностью определения местоположения. Несмотря на большой расход, даже небольшие утечки обнаруживаются и локализуются в режиме реального времени. Благодаря раннему и точному обнаружению и локализации события клапаны или трубопроводы могут быть отключены до того, как произойдет какое-либо серьезное повреждение. Ухудшение состояния трубопровода также можно отслеживать и регистрировать с помощью сбора исторических данных.Наша волоконно-оптическая технология распознает растущую активность обрывов проводов в одном месте и запускает сигнал тревоги. Обладая этой информацией, оператор может заранее отремонтировать трубу до того, как произойдет дорогостоящая поломка.

DAS

AP Sensing представляет собой мультисенсорный инструмент, который определяет утечки и газовые карманы на основе акустики и визуализирует аномалии в режиме реального времени. DAS также обнаруживает события TPI, такие как рытье грунта, строительные работы, бурение труб и кражи трубопроводов.

ДАТЧИК РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Распределенное измерение температуры (DTS) последовательно локализует и анализирует колебания температуры с учетом обычных условий окружающей среды и сезонных факторов.Это позволяет обнаруживать утечки из самотечных канализационных и водопроводных трубопроводов . Сточные воды имеют тенденцию быть теплее окружающей земли, и DTS регистрирует изменения температуры, вызванные утечкой на земле рядом с трубопроводом или водным каналом. Точно так же место попадания ливневых вод в канализационные системы можно определить с помощью комбинации нашего DTS и оптоволоконного кабеля внутри канализации.

SMARTVISION ™

AP Sensing Программное обеспечение SmartVision обеспечивает обзор состояния отслеживаемой инфраструктуры трубопроводов с первого взгляда, управляемый с помощью простого в использовании графического интерфейса.Он легко интегрирует множество датчиков DAS, DTS, CCTV и других в единую платформу. Компоновки трубопроводов нанесены на карту и имеют цветовую кодировку, чтобы показать измеренные температуры трубопровода, а также мгновенные изменения акустической энергии. Графики температуры и таблицы горячих точек всегда доступны. Участки кабельной трассы могут быть индивидуально определены для гибких уровней и типов сигналов тревоги. Следовательно, возможны немедленная реакция или контрмеры.

По мере того, как мы разрабатываем наши продукты от этапов исследования и производства до ввода в эксплуатацию и обслуживания проекта, AP Sensing предлагает полностью интегрированное комплексное решение.Наша команда работает вместе с вами, чтобы выбрать правильную комбинацию технологий, соответствующую вашим требованиям. Мы также предоставляем услуги на месте, поддержку по горячей линии, техническое обслуживание и обучение работе с продуктами.

Решения для трубопроводов

Типичные проблемы трубопроводов

Отложения, включая образование накипи, являются основной причиной непредсказуемых перебоев в добыче как на суше, так и на море в трубопроводах номер один.
Это особенно важно для подводных трубопроводов из-за затрат на ремонт / техническое обслуживание и задержек, вызванных трудностями при подводных операциях.Хотя проблемы осаждения легче решить, они по-прежнему являются фактором OPEX, а также приводят к другим дорогостоящим операционным расходам — ​​чрезмерному использованию химикатов.

Еще одна проблема, связанная с добычей, — это мониторинг потока, особенно газов и обводненности. Высокая обводненность означает более высокие затраты на обработку и более низкое качество продукции, в то время как газовые пробки
вызывают кавитацию в насосах, сокращая срок их службы, а в случае выхода из строя — увеличивая эксплуатационные расходы.

Решение и преимущества Rocsole

Компания Rocsole создала несколько способов решения проблем мониторинга трубопровода: датчик трубы, датчик пробки и встроенный контроль осаждения (DILI).

Датчик трубы — наш самый распространенный датчик, подходящий для множества задач мониторинга. Мониторинг фоновой проводимости, отложений, многофазного потока или всего сразу не представляет проблем для датчика трубы.
Трубный датчик доступен с сертификатом IECEx или ATEX и доступен в различных материалах и размерах, как DN, так и ANSI B16.5.

Датчик пробки лучше всего подходит для мониторинга отложений. Преимущество перед датчиком трубы состоит в том, что датчик заглушки совместим с горячей врезкой , поэтому не требует разборки трубопровода.Как и датчик для труб, он также доступен с сертификацией IECEx или ATEX и может быть изготовлен для трубопроводов DN и ANSI B16.5.

Инспекция наплавки на линии — это наша передовая услуга по мониторингу наплавки. Наш инструментальный инструмент ILI количественно определяет и характеризует твердые отложения в скребках.
выкидные линии и трубопроводы. Помимо простого предотвращения засоров, вы можете использовать информацию, полученную в ходе нашей проверки на линии осаждения, чтобы максимизировать производительность производства,
оптимизируйте свою программу очистки от количества необходимых прогонов до используемых размеров, обнаруживайте засоры на ранней стадии, чтобы избежать значительных затрат, вызванных засорами
и повысить эффективность кампаний по обеспечению целостности за счет определения, какие отложения присутствуют и где, до процесса очистки труб и обеспечения чистоты
вашего трубопровода до проведения измерений целостности.

Решения Rocsole для мониторинга трубопроводов обладают множеством преимуществ по сравнению с обычным измерительным оборудованием или ядерными устройствами.

Безнуклонный

• Безопасный, улучшенный HSE
• Уменьшенный админ.

• Нефтяное месторождение
  жизненный цикл
  оптимизация

• Повысился
  производство
  пропускная способность

• Сниженная потребность в
  Отключения и оптимизация
  химические затраты

• Обводнение
  измерение в
  стратифицированные условия

• Рентабельно
  фон монитора
  проводимость и диэлектрическая проницаемость

• В реальном времени
  процесс
  оптимизация

• Оптимизировать трубу
  условия потока
  управлять пробками

• Оптимизировать многофазный
  измерение, увидев
  режим потока

• Компенсация внешнего
  объемное измерение
  показания устройства

• 24/7 данные
  мониторинг
  все данные в базу данных

Как работает наш мониторинг отложений

Используя возможности томографической технологии, наш мониторинг отложений фактически обнаруживает осаждение внутри трубопровода,
мониторинг отложений внутри технологических трубопроводов в режиме реального времени — без использования радиоактивного источника.Использование датчика, который прост в установке и требует
минимальное обслуживание, наша система точно измеряет многие типы отложений, включая парафин, твердые накипи, гидраты и многое другое.

После установки в линию датчик отображает рост осаждения внутри трубопровода в режиме реального времени и обеспечивает тенденцию осаждения, которая отслеживается, чтобы сделать
обоснованные решения, основанные на эффективности и дозировке химического вещества.

Видео ниже показывает, как работает наш датчик для труб и как наша передовая технология позволяет им обнаруживать мельчайшие изменения толщины наплавки.

Скачать видео (MP4)

Видео ниже показывает, как работает наш датчик пробки и как наша передовая технология позволяет ему обнаруживать мельчайшие изменения толщины наплавки.

Скачать видео (MP4)

В этом видео показано поперечное сечение и трехмерное изображение отложений карбоната кальция, образовавшихся на стенке датчика трубы, установленного в трубопровод с потоком вода-воздух.
Наша система обладает уникальной способностью измерять осаждение — даже при наличии многофазного потока — с помощью технологии Rocsole, соответствующей требованиям See Beyond.

Скачать видео (MP4)

Приложение Rocsole для мониторинга отложений используется для измерения тенденции отложений в трубопроводе. Эта тенденция представляет собой ценную и важную информацию для операторов:
В зависимости от тенденции оператор может либо отрегулировать параметры процесса (например, качество воды, температуру …), либо подачу химикатов, предотвращающих образование накипи, чтобы свести к минимуму
рост отложений и его скорость. Это увеличивает необходимый цикл очистки трубопровода, что приводит к сокращению количества регулярных чисток,
поддержание эффективного производственного использования трубопроводов, следовательно, сокращение отложенного производства и существенная экономия.

Тенденция осаждения до и после установки датчика контроля осаждения Rocsole. Зная тенденцию осаждения, интервал очистки увеличивается, что позволяет сэкономить на расходах на очистку и сократить отсроченное производство

Годовая экономия от восстановленных производственных потерь может быть значительной. Вот пример, собранный на средних нефтесборных станциях.
Таблица основана на цене на нефть 50 долларов за баррель. Кроме того, сокращение циклов очистки дает дополнительную экономию на 20-30% — обычно несколько миллионов долларов США.

долларов США

долл. США

долларов США

долларов США

долларов США

долл. США

долларов США

долларов США

долларов США

Тип отложения может быть трудно определить, не заглянув внутрь процесса.Наш датчик может определять различные виды отложений:
воск, минерал, окалина или песок. Когда тип известен, легче принять правильные меры при профилактическом обслуживании или в процессе очистки.

Кроме того, с помощью датчиков для труб и пробок вы можете определить тенденцию изменения толщины наплавленного материала и сразу узнать, растет он или уменьшается.
Это поможет оптимизировать подачу химикатов, а также со временем значительно сэкономить.

Тенденцию отложения легко увидеть, и химический контроль выполняется для достижения оптимальной ситуации, когда накипь сначала удаляется, а затем предотвращается с помощью наименьшего количества химикатов.

Ниже приведено видео, демонстрирующее, как датчик пробки в сочетании с программным обеспечением для мониторинга осаждения может легко обнаруживать даже самые незначительные изменения толщины слоя осаждения.
Слева находится томографическое изображение, на котором отложения выделены красным цветом. Тенденция отложения находится справа, показывая четкое изменение по мере увеличения количества отложения.

Скачать видео (MP4)

Электропроводность — это базовое измерение в обрабатывающей промышленности, которое обычно определяет качество продукта или уровни солености / минеральных веществ в поступающей воде.Проницаемость используется,
например, чтобы определить количество воды в масле.

Однако измерение фоновой проводимости / диэлектрической проницаемости может оказаться сложной задачей, особенно в условиях нароста.
Применяя технологию See Beyond от Rocsole, эти измерения могут быть выполнены точно через слой нароста.
Принцип прост; Устройство Rocsole определяет томографическое изображение цели, которое можно интерпретировать в значениях диэлектрической проницаемости / проводимости в текущей среде.

Датчик трубопровода Rocsole для измерения фоновой проводимости / диэлектрической проницаемости через слой воска.

Измерение массового расхода в условиях нарастания — сложная задача. Отложения на стенке трубы повлияют на показания приборов измерения массового расхода. Обычно это компенсируется добавлением калибровочного коэффициента к массовому расходомеру, который является только оценкой скорости осаждения. Используя технологию Rocsole, эта проблема будет решена путем добавления измерения скорости с помощью решений для мониторинга отложений Rocsole.С нашим мониторингом осаждения массовый расходомер не нужен. Измерение скорости дает скорость потока, а наш датчик дает открытое пространство для потока. Тогда известен общий массовый расход.

Мониторинг отложений Rocsole с датчиком скорости потока. Датчик Rocsole дает открытое пространство в трубопроводе, а измерение скорости дает скорость потока. В результате рассчитывается полный массовый расход. В многофазных условиях используется измерение типа Вентури.

Как работает наша инспекция наплавки на линии

Безопасная и экономичная, Rocsole In-Line Inspection использует уникальный инструмент ILI, не связанный с ядерной томографией, который проверяет трубопроводы на предмет точного местоположения, толщины и типа образования отложений.Наш неинвазивный датчик работает в многофазном потоке, что позволяет непрерывно продолжать производство. Риск застревания сенсора в трубе значительно снижается, поскольку диаметр сенсора значительно меньше диаметра трубы.

На видео ниже показано, как DILI работает в полевых условиях. Испытания проводились на предприятии Rocsole на трубопроводе диаметром 10 дюймов (DN250).

Скачать видео (MP4)

Инструмент Rocsole DILI состоит из двух разных секций с гибким шарниром, что позволяет с легкостью устранять любые изгибы трубопровода.

Deposition ILI Tool работает с помощью электродов, измеряющих электрическое поле, создаваемое подачей низкого напряжения на другие электроды. Это выполняется по очереди очень быстро, и как только на каждый электрод подается низкое напряжение и измеряются характеристики, мы получаем одно полное измерение из этой позиции. Инструмент DILI от Rocsole, подходящий для сканирования 12-дюймовых трубопроводов.

После сканирования трубопровода вы получите визуальный отчет о состоянии отложений вдоль проверяемого трубопровода.Отчет поможет вам спланировать операции по очистке и определить будущие потребности в мониторинге отложений, чтобы оптимизировать профилактические действия по техническому обслуживанию, такие как циклы очистки скребков и дозировки химикатов-ингибиторов. Для непрерывного мониторинга и профилактического обслуживания наши часы для осаждения могут быть установлены в проблемных местах.

Концепция осаждения на линии

Как измерить песок, твердые частицы и массовый расход

Измерение песка, применяемое к датчику трубы

На этом видео показано изображение поперечного сечения датчика трубы Rocsole, установленного в трубопровод с потоком воды и газа, где слой песка появляется на дне.Наша система уникальным образом способна измерять слой песка даже при наличии газа в потоке.

Дополнительно датчик трубы может быть сопряжен с измерением скорости твердого слоя в реальном времени с точностью ± 2% от общего массового расхода для частично заполненной геометрии трубы.

Скачать видео

Как работает наш мониторинг потока

Оптимизировать многофазные потоки в трубопроводах сложно, не зная точно, что происходит внутри трубопровода. Например, поток может содержать неожиданные
газовые пробки, которые в дальнейшем вызывают серьезные проблемы.

Наконец, есть решение для непрерывного мониторинга режимов потока и решения различных проблем обеспечения потока! Мониторинг потока Rocsole предлагает новый способ
улучшите безопасность потока, показывая в реальном времени поток внутри трубопровода. Предоставляя точные данные о потоках в режиме онлайн, наше решение позволяет оптимизировать производство.
наблюдая режимы многофазного потока в трубопроводе — в режиме реального времени.

Используя неядерную томографическую технологию, наша система визуализирует и контролирует режим потока, включая пробки, стратифицированный поток, задержку воды и смешанный или турбулентный поток,
внутри трубопровода по всей площади поперечного сечения по технологии See Beyond.

На видео ниже показаны пробки газа в многофазном потоке нефть-вода-газ в горизонтальном трубопроводе.

Скачать видео

На видео ниже показаны пробки газа в многофазном потоке нефть-вода-газ в вертикальном трубопроводе.

Полнопроходной трубный датчик требуется для визуализации многофазного потока.

Скачать видео

Визуализация потока нефти / воды

Установив Flow Watch с датчиком трубы, можно измерить эффективность смешивания или коэффициент смешивания путем анализа однородности потока,
даже через слой напыления.

Наш Flow Watch может отображать режим потока, несмотря на накопление отложений внутри стенки трубы. Видео ниже демонстрирует изображение
воздушная пробка в трубопроводе с многофазным потоком воздух-вода и отложениями карбоната кальция внутри или на стенке датчика.

Визуализация многофазного потока в трубе в 2D и 3D

Визуализация многофазного потока в трубе в 2D

Скачать видео

В случаях, когда многофазная визуализация не требуется и полнопроходной датчик трубы не является жизнеспособным решением по механическим причинам,
Датчик пробки может применяться как экономичный способ обнаружения присутствия масла, воды, эмульсии или газовой фазы в однофазном потоке или фазах
которые проходят через датчик пробки.Эффективный диапазон измерения датчика штекера составляет примерно половину диаметра датчика.

Чтобы определить, остановился ли поток, или измерить фоновую проводимость / диэлектрическую проницаемость, датчику пробки требуется обводненность потока более 10% или более.

Благодаря нашему принципу See Beyond наши датчики являются идеальным дополнением к любой существующей системе, на которую влияют:
загрязнение или осаждение.

Полевые испытания: мониторинг потока

Наша технология контроля расхода была испытана в полевых условиях.В этом тесте томографический датчик трубы Rocsole был установлен в многофазный контур для
визуализировать поток внутри трубопровода. Смесь нефти, воды и газа пропускалась по трубе, в то время как датчик отображал поток в режиме онлайн.
Датчик был установлен после кондиционера с Т-образной трубкой, поэтому режим потока достаточно кольцевой.

Настройка установки

В приведенной ниже таблице представлены видеоролики томографической визуализации датчика с различным содержанием масла / воды / воздуха. В тестовой матрице скорость потока
газ варьировался от 0 до 250 м3 / ч, а скорость потока жидкости от 0 до 130 м3 / ч.

Томографическая система Rocsole работает от полного газа до полностью жидкого состояния, а также в случае проводящих жидкостей.

Непрерывная водная жидкая фаза:

Цветовая шкала фиксирована так, что проводимость чистой воды равна 1. Проводимость уменьшается с увеличением количества газа и / или масла.

Непрерывная масляная жидкая фаза:

Цветовая шкала фиксирована так, что диэлектрическая проницаемость чистого масла равна 1. Диэлектрическая проницаемость увеличивается с увеличением количества воды.Проницаемость газа ниже, чем у нефти.

Содержание доставки

В комплект поставки датчика Rocsole Pipe Sensor входят:

• Датчик трубы
• Электрический шкаф
• Универсальный компьютер
• Трос из нержавеющей стали (макс. Длина 5 м)
• Кабель питания
• Ex-e сальник для питания и RS-422

Скачать контент доставки

Загрузите содержимое поставки с сертификацией IECEx

В комплект поставки датчика Rocsole Plug Sensor входят:

• Датчик трубы
• Электрический шкаф
• Универсальный компьютер
• Трос из нержавеющей стали (макс.длина 5м)
• Кабель питания
• Ex-e сальник для питания и RS-422

Скачать контент доставки

Загрузите содержимое поставки с сертификацией IECEx

Готовы проверить свой трубопровод?

Выберите датчик трубы или датчик пробки, и давайте начнем экономить!

Мы здесь, чтобы помочь вам, не стесняйтесь обращаться к нам!

Пекка Каунисто

Вице-президент по продажам
+358 40 024 0707
пекка.kaunisto rocsole.com

Харри Хедман

Директор по маркетингу
+358 40 166 3871
harri.hedman rocsole.com

Джеймс Уоллс

Региональный директор по продажам
+31 61 466 9435
james.walls rocsole.com

Встроенное акустическое устройство для проверки утечек в водораспределительных трубах на основе вейвлетов и нейронной сети

Традиционные методы обнаружения утечек с постоянными акустическими датчиками оказались очень эффективными в водораспределительных трубах.Однако эти методы требуют развертывания на больших расстояниях и правильного расположения датчиков и не могут быть реализованы на подземных трубопроводах. Разработано акустическое устройство для поточного контроля, состоящее из акустических датчиков. Устройство будет перемещаться с потоком воды по трубам, которые фиксируют все шумовые события и обнаруживают небольшие утечки. Тем не менее, он записывает все шумовые события, касающиеся фоновых шумов, но шумный акустический сигнал во временной области не может проявлять полные характеристики, такие как скорость потока утечки, которая не различает сигнал утечки и нарушение окружающей среды.В этой статье представлена ​​структура алгоритма с модульностью вейвлета и нейронной сети, которая сочетает в себе возможности вейвлет-преобразования для анализа сигналов утечки и возможности классификации искусственных нейронных сетей. Это исследование подтверждает, что временная область не очевидна для всех характеристик, касающихся зашумленных сигналов утечки, и важности выбора материнского вейвлета для извлечения характеристик шумовых событий в водораспределительных трубах. Последствия моделирования показали, что соответствующий исходный вейвлет был выбран и локализован для извлечения характеристик сигнала с шумом утечки и фоновым шумом, а за счет реализации нейронной сети этот метод улучшает характеристики классификации извлеченных характеристик.

1. Введение

Утечка из распределительных труб не только является потерей водных ресурсов, но также включает экологические ресурсы, социальные и экономические потери и потенциально может привести к попаданию вредных загрязняющих веществ в воду. Из-за протечек и отказов труб значительное количество воды теряется во время подачи потребителям [1]. Во всем мире теряется более 32 миллиардов кубометров питьевой воды ³ , что составляет более 35% от общего объема поставляемой воды [2].Водоснабжение — энергоемкая отрасль, в которой утилизируется 2–3% мировой энергии [3]. Следовательно, утечка в водопроводных сетях также является пустой тратой значительного количества энергии. Существуют различные типы материалов водопроводных труб и эффекты утечки в системах распределения воды; поэтому в настоящее время обнаружение и локализация утечек являются сложной задачей для компаний по распределению воды.

Акустические методы обнаружения утечек оказались очень эффективными для обнаружения утечек в водопроводах.Однако традиционные акустические методы фиксированы и ориентированы на продольное развертывание и расстояние между датчиками на трубопроводе. В фиксированных датчиках на металлических трубах расстояние между датчиками может составлять от 200 м до 500 м, что из-за низкочастотных сигналов вибрации в пластиковых трубах может достигать 100 м, поскольку чем короче расстояние между датчиками, тем лучше. обнаружение и локализация утечек [4]. Поскольку в этих методах используются датчики постоянного мониторинга, основанные на акустике, изменение режима работы невозможно [5].Стоимость развертывания высока, и очень сложно найти небольшие утечки, независимо от их расположения на трубопроводе. Устройства для прослушивания с поверхности земли работают почти непосредственно над местом утечки, но эти методы практически не подходят, особенно для протяженных магистральных трубопроводов и подземных трубопроводов [6].

Следовательно, эти традиционные акустические методы являются дорогостоящими и не позволяют выявить небольшие утечки в линии, а необнаруженные небольшие утечки могут привести к очень высоким затратам на техническое обслуживание и могут привести к серьезным сбоям.Тем не менее, для преодоления этих границ спроектировано поточное устройство акустического контроля, известное как устройство свободного плавания [7], как показано на Рисунке 1 (а). Устройство свободного плавания имеет сферическую форму и размер меньше, чем диаметр водораспределительного трубопровода, и благодаря чувствительности акустического обнаружения утечек оно способно на 100% покрывать поточный контроль. Он состоит из акустических датчиков и толкается потоком воды в трубопроводе; устройство записывает все шумовые события, когда оно движется вместе с потоком в трубопроводе, как показано на Рисунке 1 (b).Для вставки и извлечения устройства можно использовать ловушки для свиней; его размер и форма позволяют ему преодолевать препятствия, в противном случае трубопровод становится непригодным для транспортировки [7].

Ли и др. обсудили разнообразие аппаратных и программных подходов к обнаружению утечек и гипотетически предположили, что аппаратные и программные методы вместе могут быть эффективными для анализа обнаружения утечек воды [8]. Поточное акустическое исследование устройства демонстрируется путем объединения аппаратных и программных приложений (вейвлет-преобразование).Цель этого исследования — предложить экономичную методологию поточного акустического контроля утечек с использованием вейвлет-преобразования и нейронной сети. Это исследование также демонстрирует, что во временной области невозможно интерпретировать полную информацию о зашумленном сигнале в заполненных водой трубах. Соответствующий материнский вейвлет используется для извлечения характеристик сигналов утечки, проверяемых в режиме реального времени (фоновый шум и характеристики утечки), и, следовательно, искусственная нейронная сеть улучшает характеристики классификации извлеченных характеристик.

2. Обработка акустических сигналов в потоке и значение вейвлет-преобразования в трубах с водой

На сигналы акустической утечки в водораспределительных трубопроводах влияют многие факторы, такие как фоновый шум, давление [9] и размер утечки [ 10], поэтому извлечение признаков из сигнала является существенным преимуществом. Однако очень мало исследований изучали особенности излучения акустического сигнала с помощью вейвлет-преобразования. В основном эти исследователи сосредоточились на методах постоянных акустических датчиков вне водопровода [11, 12].Возможно, ни одно исследование не было сосредоточено на характеристиках линейного акустического сигнала утечки. Во временной области не удалось интерпретировать характеристики зашумленного сигнала утечки в водопроводных трубах. Однако существуют различные методы, позволяющие различать эти особенности в сигнале, такие как преобразование Шеннона, преобразование Фурье и кратковременное преобразование Фурье (STFT). Хотя преобразование Шеннона обеспечивает хорошее временное разрешение, но не дает информации о частоте, преобразование Фурье не может локализовать время и STFT, где компромисс между временным и частотным разрешением определяется длиной интегрирования окна.Вейвлет-преобразование обеспечивает отличную временную и частотную локализацию. Тем не менее, наиболее важным вопросом является выбор материнского вейвлета; не существует универсального метода, который мог бы продемонстрировать выбор наилучшего материнского вейвлета с этой точки зрения. Это зависит как от мотива исследования, так и от характеристик анализируемого сигнала [13]. В этом разделе вводится вейвлет-преобразование и описывается важность выбора материнского вейвлета в водораспределительных трубах.Методология обработки результатов сигналов в реальном времени состоит из следующих трех основных этапов: (1) Частотный анализ . Быстрое преобразование Фурье используется для идентификации признаков утечки акустических сигналов, проверяемых на линии. (2) Настройка вейвлет-преобразования . Соответствующий исходный вейвлет выбирается путем визуального анализа формы и соответствующих коэффициентов акустических сигналов в реальном времени. (3) Извлечение характеристик акустических сигналов . Идентификация утечки и фонового шума выполняется с помощью выбранного подходящего материнского вейвлета.

2.1. Вейвлет-преобразование

Вейвлет — это небольшой колебательный сигнал с ограниченным интервалом, который начинается с нулевой амплитуды, затем увеличивается, а затем уменьшается обратно до нулевого значения, и обычно используется для преодоления ограничений локализации по времени и частоте Шеннона, Фурье. , и STFT [14]. Вейвлет-преобразование использует внутренний продукт, сравнимый с преобразованием Фурье, и оценивает корреляцию сигнала с исходным вейвлетом. Сигнал анализируется до растянутой или сжатой версии материнского вейвлета, и уровень, на котором это происходит, называется масштабированием; следовательно, вейвлет-преобразование смещается в зависимости от масштаба и положения.Вейвлет-преобразование сигнала определяется с учетом взаимной корреляции [11]. Где материнская вейвлет-функция,, определяется как В (2) различные масштабы во времени соответствуют материнской вейвлет-функции, где и — растяжение и перенос параметры соответственно. Заметно, что вариации приводят к значительному изменению. Таким образом, через уменьшение и увеличение значения также происходит изменение, приводящее к расширению материнского вейвлета (растяжению или сжатию), когда более расширенные и сжатые вейвлеты связаны с более высокими и низкими частотами (верхняя и нижняя шкалы вейвлета) соответственно [ 15].Уравнения (1) и (2) описывают, где вейвлет-преобразование эффективно различает полосы частот сигнала, а вышеупомянутые методы не имеют такой возможности, которая могла бы иметь компромисс во времени и разрешении по частоте, как STFT.

2.2. Важность выбора материнских вейвлетов в водораспределительных трубах

Доступно огромное количество материнских вейвлетов, все с различными свойствами локализации и масштабом. Выбор подходящего материнского вейвлета играет важную роль в генерации ценной информации, поскольку каждый материнский вейвлет дает разные результаты [16].В некоторых исследованиях было изучено и доказано, что вейвлет-преобразование эффективно применяется для извлечения характеристик сигналов. Но все же в ограниченных исследованиях изучалась идея о том, что вейвлет-преобразование утечки извлекает характеристики сигналов утечки в пластиковых водораспределительных трубах, но все же не существует традиционного метода, который бы рекомендовал, как выбрать соответствующий исходный вейвлет с этой точки зрения. Материнский вейвлет «Добеши» представлен для шумоподавления сигналов утечки в водораспределительных трубах [17], но цель выбора материнского вейвлета не исследуется.Выбор подходящего материнского вейвлета на основе сигнала утечки и окружающего шума может быть очень эффективным для систем обнаружения утечек в реальном времени [11]. Правильный выбор материнского вейвлета варьируется для каждого сигнала [18], и конкретный материнский вейвлет может быть применим к конкретной проблеме [15], которая предсказуема для обеспечения различной локализации сигналов. Материнские вейвлеты «Добеши» больше подходят для систем с высоким уровнем гашения вибрации. В условиях среднего затухания для систем подходят материнские вейвлеты «Морле», «Сплин» и «Жаффарда».

В проточных водопроводах акустические сигналы зашумлены и имеют разные частоты; следовательно, временная область не может отображать полную информацию о сигнале утечки и до некоторой степени особенности полностью скрыты внутри акустического сигнала. Эта часть исследования убедительно подтверждает, что временная область не очевидна для всех характеристик зашумленного сигнала, а также подчеркивает важность выбора подходящего материнского вейвлета.

Пример 1. Предположим, что сигнал состоит из суммы двух частот: Гц (нормальная частота) и Гц (частота утечки), которая искажена нормально распределенным белым шумом. Сигнал имеет частоту дискретизации 1 кГц и продолжительность 1000 миллисекунд (мс). Составляемый сигнал включает в себя три события: Hz находится в интервалах [0 300] мс и [700 1000] мс, а третье событие Hz находится в интервале [300 700] мс, как показано на рисунке 2; то есть, в этом примере выполняются два эксперимента: один с тесно связанным подходящим материнским вейвлетом, а другой, когда материнский вейвлет не выбран подходящим образом.Сначала был выбран материнский вейвлет «Гауссова 8», который совпадает с событиями в зашумленном сигнале. Визуальная скалограмма [19] показала, как события меняются внутри сигнала, хотя сигнал во временной области не является очевидным относительно диверсификации событий для интервала [300 700] мс, как показано на рисунке 2 (а). Замечено, что скалограмма вейвлет-преобразования «Гаусса 8» локализовала все события, Гц, для периода [0 300] мс, и Гц, для времени [300 700] мс, и вейвлет-преобразование также обнаруживает более высокочастотные составляющие сигнала, находящегося на.

Кроме того, в результате неправильного выбора материнского вейвлета, вейвлет-преобразование обнаруживает небольшое или полное отсутствие сходства с событиями зашумленного сигнала. Скалограмма «Шеннон 1-2» демонстрирует, что события не идентифицированы и не локализованы из-за плохого выбора материнского вейвлета, как показано на Рисунке 2 (b). Этот анализ подтвердил, что временная область не может объяснить скрытые события внутри зашумленного сигнала, например, в водопроводных трубах. Правильный выбор материнского вейвлета может использоваться для извлечения составных элементов из линейного акустического сигнала.

3. Классификация характеристик встроенного сигнала утечки на основе нейронной сети

Теория нейронных сетей и технологические достижения изменили традиционный образ мышления и открыли новые способы решения сложных проблем в различных приложениях. Значение вейвлет-преобразования состоит в том, чтобы идентифицировать признаки утечки, встроенные или скрытые в зашумленном акустическом сигнале во временной области. Классификация нейронной сети улучшает характеристики определенных функций, и ее можно использовать для оценки размера утечки.В этом разделе представлена ​​модель нейронной сети обратного распространения (BPNN) для встроенной акустической системы обнаружения утечек. Тем не менее, модель BPNN адекватно подходит для классификации сигналов утечки, но из-за медленного снижения среднеквадратичной ошибки (MSE) она влияет на время обучения и характеристики классификации характеристик акустического сигнала. Следовательно, чтобы преодолеть проблему стагнации производительности и времени сходимости, функция MSE заменена функцией ошибки кросс-энтропии (CE).

Результаты оптимизированной модели BPNN приведены в разделе 4.Методология классификации сигналов утечки состоит из следующих двух основных этапов: (1) Оптимизация и настройка модели BPNN . Сетевая модель оптимизирована для минимизации ошибки классификации, а время сходимости и параметры настраиваются для повышения эффективности классификации. (2) Классификация характеристик акустического сигнала . Оптимизированная модель BPNN применяется к подходящим функциям, идентифицированным исходным вейвлетом, для классификации нормальных выборок данных (без утечки) и выборок утечек.

3.1. Нейронная сеть

Модель нейронной сети, которая является одной из ветвей искусственного интеллекта, также известна как искусственная нейронная сеть [20]. Это тип вычислительной модели, которая имитирует различные аспекты человеческого мозга, например, распределенную параллельную обработку, интеллектуальную обработку информации, способность к обучению и высокую терпимость к неверной информации. Он может достичь цели обработки информации, настроив элементы ввода. Нейроны — это фундаментальные элементы, работающие с информацией.На рисунке 3 показана базовая модель нейрона.

Нейрон состоит из трех основных элементов. (I) Synapsis . Его также называют цепочкой связи между нейронами; каждый синапс обычно имеет вес или силу. В частности, входной сигнал синапса, который соединяется с нейроном, увеличивает синаптический вес. In, — нейроны запроса и — веса нейронов синаптического входа. Синаптические веса нейронов могут быть положительными или отрицательными, а синапсы мозга и их значение в диапазоне не совпадают.(ii) Сумматор . Он используется для суммирования синаптических взвешенных входных сигналов и может наблюдаться как линейная комбинация. (Iii) Функция активации . Он также определяется как функция подавления и используется для ограничения выходной амплитуды нейронов. Выход нейрона в закрытом интервале должен быть [] или в других диапазонах [].

3.2. Классификация на основе нейронных сетей с обратным распространением

Одной из наиболее динамичных областей исследования и применения искусственных нейронных сетей (ИНС) является классификация.При обучении с учителем обучение нейронной сети является сложной задачей. ИНС имеет существенный недостаток, заключающийся в увеличении числа функций и классифицированных наборов для получения наиболее подходящего класса обучения, обучения и передаточной функции для классификации наборов данных. Методология классификации ИНС анализируется в различных приложениях для различных групп наборов данных и анализируется точность различных комбинаций функций и их эффектов. Анализ медицинских изображений [21] многомерные наборы данных являются примером практических проблем значительного использования этого набора данных для классификации.

Набор данных можно разделить на наборы для обучения и тестирования, и в процессе обучения набор данных для тестирования не используется. Эти наборы данных дают результаты и используются для тестирования. Набор данных обычно используется для обучения от 60% до 80% и для тестирования от 20% до 40%. Оценка точности достигается путем тестирования вопреки этим наборам данных. Алгоритм обучения с обратным распространением [22] используется в сети с многослойным персептроном (MLP), как показано на рисунке 4. Однако доступны различные алгоритмы обратного распространения, которые можно использовать для обучения сети [23].Алгоритм масштабированного сопряженного градиента (SCG) [24] принят для минимизации среднеквадратичной ошибки (MSE) между фактической частотой ошибок и выходными данными сети. Однако, чтобы избежать трудоемкой техники поиска строк на итерацию обучения, как в других сопряженных функциях, в функции traincg используется метод масштабирования размера шага. Следовательно, алгоритм работает быстрее, чем другой алгоритм второго порядка. Для сходимости в traincg требуется больше итераций, чем в других алгоритмах, но из-за отсутствия строкового поиска на каждой итерации значительно сокращается количество вычислений [25].После нескольких циклов обучения процесс минимизации ошибок называется эпохой. Указанный уровень точности достигается через каждый цикл сети. Эффективность сети оценивается с помощью следующих параметров: (i) Скорость конвергенции (ii) Количество эпох, используемых для конвергенции сети (iii) Среднеквадратичная ошибка (MSE) Модель BPNN в достаточной степени выполняет классификацию сигнала утечки, несмотря на то, что медленное уменьшение ошибок может повлиять на производительность ИНС на разных этапах процесса обучения [26].Замечено, что функция MSE влияет на время обучения и производительность классификации в результате постепенного уменьшения ошибок. Практически, в результате больших акустических данных модель может привести к значительному количеству ошибок и плохим результатам классификации.

Следовательно, для достижения высокой производительности классификации и ускорения процесса обучения модель BPNN должна быть оптимизирована.

3.3. Оптимизация модели BPNN для классификации сигналов утечки

Целью оптимизации является преодоление проблем медленного уменьшения среднеквадратичной ошибки (MSE), производительности стагнации и низкой скорости сходимости сети.Однако все обучающие шаблоны с функцией MSE представлены следующим уравнением: В (4) представляет общие обучающие выборки и означает сумму всех обучающих входных выборок. Следовательно, — это целевое значение и — это выходное сетевое значение, индексируемое линейным акустическим сигналом, соответственно.

Как показано на рисунке 4, минимизация ошибок также реализуется посредством обновления весов всех обучающих шаблонов в BPNN. На практике такой подход улучшает производительность сети; однако конвергенция конечных результатов стала очень медленной.Следовательно, для достижения высокой производительности и быстрых результатов алгоритма обратного распространения масштабированного сопряженного градиента метод медленных минимизирующих квадратов ошибок заменяется функцией кросс-энтропийной ошибки. Проверяется, что функция кросс-энтропийной ошибки размечена в (5). улучшает производительность, но не может решить проблему медленного обучения в сети. Чтобы минимизировать ошибку и ускорить процесс обучения алгоритма SCG обратного распространения, каждый вес обновляется частной производной по весам, как указано ниже: где сигмовидная логистическая функция по отношению к определяется как В (6) и ( 7) выражение представляет функцию активации сигмоида [27, 28] и применяется к сумме взвешенных входов от нейронов, где описывает активацию скрытого слоя узла.В каждом слое нейронов алгоритм обратного распространения применяет цепное правило. Алгоритм используется для вычисления ошибки обучения с использованием функции кросс-энтропийной ошибки; частная производная относительно задается как В (9) и (10), разница между целевым значением и фактическим значением прямо пропорциональна сигналу ошибки, исходящему от каждого выхода; сеть имеет тенденцию к достижению отличной производительности и более короткому периоду конвергенции.

Искусственные нейронные сети прямого распространения с алгоритмом обратного распространения SCG были приняты в MATLAB, который находится в классе алгоритма сопряженного градиента.Модель BPNN оптимизирована [29] для достижения цели высокой эффективности классификации характеристик акустического сигнала за счет минимизации ошибок и высокой скорости сходимости. Сетевая модель оптимизирована, параметры настроены.

Как указано в таблице 1, параметры были выбраны после обширного тестирования, приняты параметры с наименьшими ошибками, и эвристически целевая ошибка CE определяется как 0,001.

11 Состояние экспериментальной методологии6. art lab создана для проведения контролируемых экспериментов путем запуска поточного акустического устройства на испытательном стенде. Испытательный стенд состоит из трубопровода из материала U-PVC (пластифицированный поливинилхлорид) длиной 30 м с внутренним диаметром 200 мм.Трубопроводная установка содержит три секции одинакового размера (10 м), которые расположены параллельно в форме буквы «U». Тестовый конвейер можно расширить, просто добавив дополнительные секции труб. Запуск устройства может быть сложным; поэтому конкретная вертикальная трехходовая конструкция предназначена для приведения устройства в движение по водопроводу. Кроме того, для циркуляции воды между резервуаром и трубопроводом установлен насос с трубной оснасткой. Первоначально размер утечки 20 мм моделировался вручную на расстоянии 10 м.Чтобы отрегулировать размер утечки, разработаны плоские прямоугольные металлические пластины с диаметром отверстий разного размера, которые можно зафиксировать в точках утечки для управления размером утечки. Впоследствии в трубопроводе регулируется размер утечки 8 мм.

После обширных испытаний датчиков, акустический датчик выбирается на основании результатов высокой подводной чувствительности. Акустические данные оцифровываются и передаются в запрограммированный микроконтроллер (STM32F103) через 12-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и в конечном итоге сохраняются на SD-карте.Для быстрого хранения данных и быстрого доступа к ним установлена ​​высокоскоростная (10 МБ / с) SD-карта «Class 10» на 32 ГБ. Комплексная схема была активирована и протестирована с литиевым аккумулятором (2000 мАч), который может поддерживать устройство в рабочем состоянии около 24 часов. Сферическая форма линейного акустического устройства и его относительно меньший размер (100 мм), чем диаметр отверстия трубы, позволяют ему плавно катиться в системе распределения воды независимо от свойств материала трубопровода.

Контролируемый эксперимент проводится путем запуска устройства на испытательном стенде через соответствующую трехстороннюю структуру.Записанные данные передаются в компьютер через кабель RS-232 и оцениваются с помощью MATLAB. Подводные испытания прибора на предмет памяти и времени автономной работы привели к выводу, что прибор может анализировать примерно 16–18 км водопроводной линии.

5. Результаты и обсуждение

5.1. Частотный анализ и выбор материнского вейвлета акустического сигнала, контролируемого в потоке

5.1.1. Частотный анализ

Быстрое преобразование Фурье (БПФ) записанного в линию проверяемого сигнала показано на рисунке 5, а анализ частотных составляющих сигнала утечки и фонового шума показан на рисунках 5 (b) и 5 ​​(c). представили представление о том, что частотные компоненты сигнала лежат в диапазоне 100–370 Гц, что демонстрирует наличие сигнатуры утечки, как показано на Рисунке 5 (а).Многие исследования изучали представление о том, что сигналы утечки обнаруживаются в нижних частотных диапазонах, как в [30]. Обычно полосы более низких частот несут наибольшую амплитуду сигнала утечки. Однако при продольном развертывании фиксированных датчиков частота регистрации фонового шума из-за резонанса трубы может достигать 20 Гц. Но в результате поточного осмотра о вибрационном шуме не сообщалось. Следовательно, дифференцируя форму сигнала утечки от окружающего шума (фонового шума), создается фоновый шум, который находится в диапазоне от 475 Гц до 625 Гц.

5.1.2. Идентификация сигнала утечки и фонового шума в вейвлет-преобразовании

Вейвлет-преобразование используется для идентификации утечки среди акустических сигналов, проверяемых на линии. Первоначально для исследования акустического сигнала используются разные материнские вейвлеты, пока соответствующий материнский вейвлет не выявит форму сигнала и не извлечет характеристики, касающиеся сигнала утечки и фонового шума. Исходный вейвлет «Морле» привел к распознаванию утечки и фонового шума в надлежащих масштабах.Рисунок 6 иллюстрирует, что в результате высокой локализации материнского вейвлета Морле сильные энергетические следы появляются на масштабах, что демонстрирует наличие утечки. Даже отметки фонового шума не видны на скалограмме энергии; однако потенциал локализации материнского вейвлета Морле проявил эту особенность. Также наблюдается, что во время поточного контроля труб акустический датчик регистрирует изменения акустической энергии в конкретном месте, когда он проходит через место шумового события (например, утечки).

5.1.3. Выбор подходящего материнского вейвлета

Вейвлет-преобразование идентифицировало сигнал утечки и фоновый шум в соответствующих масштабах. Правильный материнский вейвлет был выбран путем анализа различных материнских вейвлет-преобразований. Количество материнских вейвлетов показало сравнимые формы волн с сигналом утечки, как показано на рисунке 7. Различные материнские вейвлеты имели различные особенности и формы во времени и в масштабе во время визуального контроля вейвлет-преобразования; это разнообразие невероятно демонстрирует важность выбора подходящего материнского вейвлета.В этой части исследования чрезвычайно важно выделить особенности сигнала, проверяемого в режиме реального времени, и выбрать соответствующий исходный вейвлет в контексте утечки и фонового шума. Как показано на рисунке 7, количество исходных вейвлетов точно определило сигнал утечки, который появился на более высоких масштабах скалограммы, таких как (а) «Добеши 10», (б) «Хаар», (в) «Симлет 10», и (f) «Биортогональный 3.9», но эти вейвлеты не могли распознать фоновый шум.

Однако (d) «Шеннон 1.0–0,5 »и (e)« Биортогональные 3.1 »материнские вейвлеты демонстрируют следы сигнала утечки и фонового шума, но форма не соответствует исходному сигналу, а отметки на скалограммах энергии нечеткие. Замечено, что при увеличении порядка «Биортогональный 3.1» сигнал утечки, который отчетливо проявляется на масштабах, и следы фонового шума полностью исчезли, как показано на (e) и (f). Более того, материнские вейвлеты (g) «Морле» и (h) «Гаусси» (8) сильно локализовали сигнал утечки и характеристики фонового шума инспектируемого на линии сигнала.Несмотря на то, что оба материнских вейвлета обеспечивают правильную локализацию, (g) «Морле» проявляет более высокочастотные компоненты сигнала утечки с точностью до масштабов, в отличие от (h) частотных компонентов «8 гауссов», которые находятся примерно на одном уровне. Следовательно, (g) «Morlet» продемонстрировал отличные результаты локализации. Чрезвычайно сложно выбрать материнский вейвлет только путем согласования формы сигнала утечки; как упоминалось ранее, количество материнских вейвлетов визуально напоминает контур сигнала утечки.Следовательно, коэффициенты сигнала утечки и фонового шума коррелировали с различными исходными вейвлетами.

В результате анализа различных материнских вейвлетов материнский вейвлет «Морле» показал максимальную корреляцию в отношении сигнала утечки и фонового шума на энергетической скалограмме. Поэтому коэффициенты «Морле» были выбраны для дальнейшего исследования.

5.2. Классификация сигналов утечки на основе оптимизированной BPNN

Значение извлечения признаков невероятно значимо, поскольку оно демонстрирует структуру компонентов или количество входов, которые интерпретируют наилучшую модель.Также отмечено, что выбор подходящего материнского вейвлета привел к точности результатов. Вейвлет-коэффициенты «Морле» показали компактные результаты сигнала утечки и фонового шума, которые представляют картину энергии акустического сигнала во времени и по частоте. Компоненты фонового шума были исключены из вейвлет-коэффициентов. В численных результатах линейные акустические данные соответствовали нормальным выборкам данных (без утечки) и выборкам данных утечек, соответственно. Образцы данных утечки и образцы нормальных данных классифицировались последовательно.

Набор данных включает 55000 выборок; обучающие выборки взяты как 70% набора данных, а остальные 30% — это образцы, оставленные для тестирования. В процессе обучения было использовано всего 38498 образцов, а оставшиеся 16498 образцов предназначены для тестирования.

Оптимальная производительность достигается за счет минимизации ошибок; Функция MSE заменяется функцией кросс-энтропийной ошибки, как упоминалось ранее в (4) и (5), соответственно. Медлительность сетевой модели улучшается за счет вывода кросс-энтропийной функции ошибок относительно весов.Пока что были выбраны лучшие параметры точности, как упоминалось ранее в Таблице 1.

Модель BPNN достигла наилучших характеристик валидации с ошибкой CE 0,00091 в 34 эпохи и производительностью последовательной валидации с MSE 0,12579 в 44 эпохи. Результаты наилучшей эффективности проверки подтвердили, что производная функции ошибок CE может ускорить скорость сходимости, улучшить характеристики классификации и улучшить обобщение BPNN.

В таблице 2 показаны результаты классификации вейвлет-идентифицированных характеристик акустического инспектируемого сигнала на линии.При классификационном анализе классифицируются нормальные пробы (без утечки) и пробы утечки. Количество обучающих выборок классов представляет собой обучающие выборки акустического сигнала, на которых обучается сетевая модель. Количество тестовых выборок используется для оценки точности сети. Ошибочно классифицированные образцы относятся к количеству классифицированных образцов акустического сигнала, которые в основном не относятся к этому сигналу. Полученные результаты модели классификации BPNN доказали, что нормальные образцы (без утечки) и образцы утечки полностью разделены с высокой точностью.

6. Выводы и дальнейшие работы

Результаты эксперимента подтверждают, что линейные акустические сигналы утечки в заполненных водой трубах зашумлены и состоят из разных частот, а временная область не может проявить полные функции. Соответствующий материнский вейвлет может быть использован для локализации акустических сигналов, контролируемых на линии, и позволяет извлекать сигнал утечки в водораспределительных трубах.Разнообразие визуально проверенных результатов различных материнских вейвлетов невероятно демонстрирует важность подходящего материнского вейвлета. При изучении различных исходных вейвлетов исходный вейвлет «Морле» надежно локализовал сигнал утечки и характеристики фонового шума содержащегося акустического сигнала. Материнский вейвлет «Морле» показал максимальную корреляцию между сигналом утечки и фоновым шумом; следовательно, коэффициенты выбираются для классификации. Модель BPNN используется для классификации извлеченных признаков.Однако, чтобы преодолеть проблему медленного уменьшения ошибок и периода застоя обучения, модель BPNN оптимизирована путем замены функции MSE частной производной функции ошибки CE, а параметры сети настраиваются для повышения эффективности классификации. Модель BPNN была обучена, проверена и протестирована с использованием функций, извлеченных из материнского вейвлет-преобразования «Морле». Результаты показали, что использование вейвлета и нейронной сети может привести к высокой точности идентификации и классификации поточного сигнала утечки.

Встроенное акустическое устройство может быть рентабельной технологией для раннего обнаружения утечек и оценки состояния подземных протяженных водопроводов с целью сокращения потерь питьевой воды и социально-экономических потерь. В будущем предлагается провести инспекцию линейных множественных утечек (утечки разного размера) и выявить характерные особенности шумного акустического сигнала. Поскольку линейное акустическое устройство проходит рядом с местом утечки, следовательно, его можно использовать для оценки размера утечки в водораспределительных трубопроводах.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Выражение признательности

Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая: «Обнаружение, классификация и идентификация аномалий качества воды в режиме онлайн на основе объединения информации из нескольких источников» (№ 61573313) и «Исследования в области анализа больших данных и облака.