Рейтинг водосчетчиков по надежности: Лучшие счетчики воды — Рейтинг 2021 (ТОП 10)

Полезная информация компании «СпецМонтаж»

Точность показаний счетчика воды и его срок службы определяется его конструкцией и материалами, из которых он изготовлен. Производители приборов используют разные материалы, что может значительно отражаться на надежности. Потому при выборе оборудования важно выяснить, из чего сделан счетчик воды.

Также нельзя забывать о необходимости регулярной поверки счетчиков воды, которую должна выполнять специализированная организация. Как отмечает эксперт ЦОК «Профессионал ЖКХ» Сергей Бойков: «Сейчас, если вы будете искать такую организацию в Москве, найдете десятки вариантов. Выбирайте организацию, которая имеет государственную аккредитацию» .

Виды счетчиков расхода воды

Конструкция и материалы водосчетчиков зависят от их типа. По принципу действия различают такие категории:

• механические;
• электромагнитные;
• ультразвуковые;
• вихревые.

Рассмотрим каждый из этих типов.

Механические

Классический тип водосчетчиков, работа которых основывается на преобразовании поступательного движения водяного потока в трубопроводе во вращение элемента измерения (крыльчатки).

Электромагнитные

Работают за счет принципа электромагнитной индукции. При протекании воды через рабочую область происходит изменение параметров электромагнитного поля. Они изменяются пропорционально объемному расходу и скорости потока. Прибор измеряет величину этого изменения.

Ультразвуковые

Измерения строятся на изменении времени прохождения ультразвукового сигнала в зависимости от скорости движения жидкости. Каждый водосчетчик комплектуется источником и приемником ультразвукового сигнала, средствами измерения.

Вихревые

Измерители этого типа имеют принцип действия, базирующийся на образовании завихрений за преградой, установленной на пути движения потока жидкости. Оборудование проводит измерения пульсаций давления, что дает возможность рассчитать объем проходящей жидкости.

Какие счетчики используются в быту

Для бытовых потребителей обычно применяют механические счетчики воды. Они бывают с сухим (сухоход) и мокрым (мокроход) квадрантом. Их отличие состоит в том, что у сухоходов квадрант (счетный механизм) работает без погружения в жидкость, а у моделей с мокрым ходом он может быть постоянно погружен в нее. Мокроходы используют для монтажа в колодцах, которые могут полностью затапливаться, или в помещениях с повышенной влажности.

Конструкция счетчика состоит из следующих элементов:

• корпус;
• вращающаяся крыльчатка;
• счетный механизм.

При проходе жидкости через корпус она вращает крыльчатку. Скорость ее оборотов зависит от расхода воды. Счетный механизм переводит данные в кубометры и выводит результат на шкалу.

Материалы для изготовления счетчиков

Рассмотрим, из каких материалов делают счетчики воды. Большинство выпускаемых водосчетчиков делают из:

• силумина;
• латуни, бронзы или нержавеющей стали;
• полимерных композитов.

Каждый из материалов имеет плюсы и минусы.

Использование силумина

Силумин – сплав на основе алюминия с добавлением кремния, который достаточно часто используется для изготовления корпусов недорогих счетчиков на воду. Главным плюс этого сплава состоит в невысокой цене, что в целом удешевляет прибор. Демонстрирует неплохую стойкость к агрессивным веществам. Недостаток силумина в его хрупкости. Кроме этого, материал подвержен коррозии под воздействием кислорода. Это снижает надежность силуминовых водосчетчиков.

Латунь, бронза и нержавейка: плюсы использования

Водомеры из этих сплавов можно считать самыми надежными. Приборы из латуни и бронзы отличаются значительной прочностью и стойкостью к ударам, переносят воздействие агрессивных средств, противостоят износу. Водомеры из нержавеющей стали демонстрируют повышенную надежность за счет сочетания прочностных качеств и химической стойкости. Минус использования оборудования из этих сплавов состоит в высокой цене.

Однако их стоимость окупается длительным сроком службы – сантехнические услуги по замене водосчетчика потребуются нескоро. Кроме того, они не ухудшают качество питьевой воды.

Композитные материалы

Композитные материалы делают на основе прессованного полиэтилена с включением модифицирующих добавок. К их основным плюсам относятся такие качества:

• значительная прочность при минимальном собственном весе;
• устойчивость химическим воздействиям;
• стойкость к механическому износу;
• низкая себестоимость.

Полимеры применяют для изготовления внутренних деталей счетчиков воды, включая турбины и крыльчатки. Также из них делают корпуса некоторых моделей водомеров.

Таблица сравнения разных видов материалов для водомеров

Материал	Характеристики
Силумин	Хорошая стойкость к примесям в жидкости. Малая стоимость. Низкая прочность, слабая надежность
Бронза, латунь	Стойкость к агрессивным веществам, прочность, ударная вязкость. Высокая цена.
Нержавеющая сталь	Наиболее высокие эксплуатационные качества. Самый долговечный и дорогой материал.
Полимерные материалы	Хорошая прочность, стойкость к агрессивным веществам, малый вес, небольшая цена. Полимеры чувствительны к нагреву, поэтому применяются только на линиях холодного водоснабжения.

Разновидности водосчётчиков и как выбрать

Перед тем как идти в магазин за покупкой, рекомендуем разобраться в многообразии представленных на рынке счётчиков воды.

Действующее законодательство устанавливает такие тарифы оплаты нормативов потребления воды, что оплачивать нормативы становится очень невыгодно. Теперь каждый владелец жилого помещения задумывается над вопросом: «Какой счётчик ставить и в чём их отличия?»

Правильно выбранный прибор учёта воды значительно сократит расходы на коммунальные платежи. Преимущества оплаты воды по показаниям водосчётчиков очевидны: потребитель оплачивает только то количество воды, которое он использовал. Платеж «за потребление» значительно ниже, чем оплата за норматив. Но возникает вопрос: «Какой счётчик выбрать?»

Водосчётчики делятся на устройства для холодной и для горячей воды

Принцип действия счётчиков для холодной и для горячей воды друг от друга не отличается, отличие лишь в материалах, используемых при изготовлении элементов прибора. Индивидуальный прибор учёта воды (ИПУ воды), предназначенный для учёта потребления холодной воды (ХВС), может работать с водой, температура которой не превышает 40 градусов Цельсия. У счётчиков учёта горячей воды (ГВС) температура рабочей среды до 150 градусов.

Встречаются универсальные водосчётчики, использующиеся для учёта расхода и холодной, и горячей воды.

Водомеры с магнитной защитой

Существует деление счётчиков воды по наличию и отсутствию антимагнитной защиты. Современные счётчики, имеющие в проточном канале крыльчатку (крыльчатые приборы), оснащаются специальной антимагнитной защитой. Это водосчётчики, которые за счёт своей конструкции, противостоят воздействию магнитного поля.

Энергозависимые и энергонезависимые счётчики воды

Водосчётчики подразделяются по зависимости от электропитания на энергозависимые и энергонезависимые.

• энергонезависимые — приборы, которые не нуждаются в дополнительных источниках питания;

• энергозависимые — счётчики воды, которые работают только от электросети и останавливаются при отключении подачи электроэнергии.

Основные типы водосчётчиков на рынке

При выборе счётчиков воды стоит знать также, что на сегодняшний день рынок предлагает четыре группы приборов, разделение происходит по принципу действия:

• Вихревой счётчик

Это счетчики регистрирующие частоту вихрей, которые возникают на теле особой формы, помещенного в водный поток. Полученные данные отражают скорость потока.

• Электромагнитный счётчик

Магнитное поле в проводящем канале индуцируется прямо пропорционально количеству жидкости, проходящей через канал.

• Тахометрический счётчик
  

К этой категории относят приборы, имеющие в проводящем канале крыльчатку и турбину, которые, вращаясь, передают свое вращение на счетный механизм.

• Ультразвуковой счётчик

Основаны на законе распространения звука в жидкостной среде.

Самые популярные счётчики воды

В этой статье мы остановимся на двух самых популярных типах водосчётчиков для индивидуального пользования.

Тахометрические (крыльчатые) водосчётчики

Тахометрические водомеры — самые популярные для жилых помещений. Отличаются малыми размерами, надежностью, демократичной стоимостью и высокой точностью измерений.

Такие счётчики воды еще называют крыльчатыми. Они прослужат до 12 лет, правда, с необходимыми периодическими поверками. Конструктивно представляют собой: небольшую турбинку или крыльчатку, что определяет тип прибора.

Данный тип счётчиков воды разделяют на:

• Одноструйные.
• Многоструйные.
• Турбинные системы.

Действие одноструйных водосчётчиков основано на подсчете оборотов крыльчатки, которую вращает жидкость в проводящем канале. С помощью магнитов данные передаются на приёмное устройство счётного механизма на корпусе. Сам механизм подсчёта изолирован от воды, благодаря этому измерения долгое время остаются точными. Данный тип приборов учёта воды позволяет монтировать модуль импульсного выхода, что позволяет считывать показания дистанционно. Немаловажной особенностью данного типа устройств является возможность смонтировать антимагнитную защиту водосчётчика.

Основное отличие многоструйных счётчиков воды в разделении измеряемого потока воды на несколько струй перед лопастями крыльчатки. Благодаря чему повышается точность измерений. Также присутствует возможность установки модуля импульсного выхода.

Турбинные системы отличаются конструкцией вращающейся детали, представляющей собой небольшую турбинку.

Важный нюанс: максимальный диаметр труб, на которые возможно установить крыльчатые счётчики не более 40 мм, у турбинных – до 200 мм. Не забывайте об этом при выборе водомера.

Существует особая разновидность счётчиков – комбинированные приборы, которые сочетают в себе крыльчатое и турбинное устройство. Они используются в водопроводах с серьёзными перепадами напора. Многоструйные устройства дают более точные показания, чем одноструйные.

Электромагнитные счётчики воды

Электромагнитные водосчётчики по популярности не уступают тахометрическим приборам. Основным преимуществом является повышенная точность показаний за счёт определения скорости и средней площади потока воды.  

Данная разновидность приборов учёта воды не зависит от температуры и других характеристик жидкости. Именно из-за этого преимущества многие делают выбор в пользу данного типа устройств, надеясь не платить лишних средств за погрешности в показаниях менее точного прибора. Доля истины в этом есть, но не стоит забывать, что свойства пропускаемой через счётчик воды оказывают своё влияние на точность данных приборов. К примеру, механическая взвесь в воде искажает данные уже через год функционирования подобной системы.

Немаловажный аспект: данный тип счётчиков не может работать в слишком чистой рабочей среде. Ну и конечно не стоит забывать, что электромагнитные водосчётчики зависимы от электропитания и при проблемах с электросетью отключаются.

Классификация водосчётчиков по месту расположения счётного механизма

По месту расположения счетного механизма водомеры можно разделить на приборы «сухого» типа и «мокрого».

Водосчётчики мокрого типа устроены так, что в них счётный механизм расположен в жидкости, из-за этого подвержен загрязняющему воздействию растворенных в ней примесей, что в конечном итоге искажает показания и быстро выводят механизм из строя. При установке таких приборов рекомендуется устанавливать дополнительные фильтры на входе счетчика .

Счётчики воды сухого типа отличаются от предыдущего типа тем, что счетный механизм отделен от воды специальной перегородкой. Благодаря ей он не подвержен воздействию загрязнений, дольше работает. Приборы энергонезависимы, компактны и достаточно просты. Основным недостатком данного типа является чувствительность к магнитному полю, которое искажает показания устройства, а также быстрый износ и загрязнение лопастей, что серьезно влияет на достоверность считываемых данных.

Классификация ИПУ воды по месту применения

Выпускаются приборы учёта воды промышленного, а также бытового назначения.

Промышленные водосчётчики применяют для предприятий.

Бытовые водомеры в основном применяются в жилых помещениях. Из всего многообразия счётчиков для квартир обычно выбирают всего два вида устройств: тахометрические или электромагнитные.

Выбирать какой прибор учёта воды лучше поставить — право владельца квартиры. Верно ли ваше решение, можно выяснить лишь во время осмотра и консультации специалиста, прибывшего к вам, он точно знает, какие типы устройств могут быть установлены именно в вашем доме. Наша компания рекомендует к установке счётчики в квартире крыльчатые универсальные с антимагнитной защитой из-за наилучшего сочетания цена/качество.

Понравилось? Расскажи друзьям:

Поверка счетчиков воды в СПб цены за работу, установка водосчетчика и замена от ПЕТЕРБУРГСКАЯ СЕРВИСНАЯ КОМПАНИЯ №1

Долгими годами практики доказано, что выгода от установки счетчика на воду значительна. Особенно это заметно, если в доме или квартире проживает несколько человек. Заказав установку водомера в Санкт-Петербурге, Вы не только снижаете ежемесячную оплату за коммунальные услуги, но и вовсе не платите за воду, когда Вы уезжаете в отпуск или не проживаете дома по каким-либо другим причинам.

Наша Петербургская сервисная компания №1 предоставляет широкий спектр услуг по установке, замене и техническому обслуживанию счетчиков воды в Питере по самым низким ценам. С нами Вы ощутите выгоду уже в первые месяцы после установки водомера!

Достоинства установки и замены счетчика воды во Фрунзенском районе Питера

В Санкт-Петербурге предоставлять услуги монтажа, замены или поверки водных счетчиков могут только компании, имеющие соответствующую лицензию и государственную аккредитацию. Поэтому очень важно быть особо внимательными, и при выборе компании просить разрешения на выполнение данной деятельности в СПб.

Если установка водомера будет выполнена корректно, а сам прибор будет высокой точности и надежности, то Вы сможете экономить от 30 до 50% расходов на оплате коммунальных услуг за воду. Мы предлагаем своим клиентам проверенный годами и зарекомендовавший себя с лучшей стороны универсальный счетчик воды с поверкой каждые 6 лет.

Цены на установку и поверку счетчиков воды во Фрунзенском районе Санкт-Петербурга

Разнообразие цен на установку, поверку или замену счетчиков воды в СПб может вызвать справедливый вопрос: «От чего эта цена зависит?». Чаще всего она формируется основываясь только на ценовой политике компании. Стоимость поверки, замены или установки водомера в нашей компании демократичная, а качество выполненной работы превосходит все ожидания.

БелЦЕННЕР — водосчётчики, теплосчётчики

Чрезмерный расход воды необходимо как можно быстрее устранить,
поскольку человечеству угрожает катастрофическая нехватка воды в будущем.

БелЦЕННЕР – зарегистрированная торговая марка СООО «БелЦЕННЕР», пользующаяся доверием и заслуженным авторитетом у специалистов по учету ТЭР и инженерному обеспечению зданий и сооружений. Предприятие создано в 1996 году в соответствии с решением Мингорисполкома с долей коммунальной собственности города. Создание предприятия было обусловлено необходимостью насыщения жилищного фонда города и республики качественными и надежными приборами индивидуального и группового учета потребления воды.

Основным инвестором и партнером предприятия является компания Zenner International GmbH & Co. KG (Германия) – один из европейских лидеров по производству приборов учета воды и тепла. По документации компании Zenner, начиная с 1997 года, изготовлено более 2,1 миллиона индивидуальных счетчиков воды типа ЕТ-м и свыше 33 тысяч счетчиков группового учета типа МТК, которые успешно эксплуатируются и вносят весомый вклад в экономию ресурсов Республики Беларусь.

Целенаправленная работа коллектива по повышению качества приборов учета позволила предприятию установить на выпускаемые счетчики воды ЕТ-м и МТК соответственно 5-ти и 4-х летние гарантийные сроки эксплуатации. Учитывая высокую надежность выпускаемых счетчиков, Госстандарт Республики Беларусь установил для них такие же соответствующие межповерочные интервалы – соответственно 5 лет и 4 года. По итогам 2002 и 2006 годов счетчик ЕТ-м дважды признавался лауреатом конкурса «Лучшие товары Республики Беларусь». По рекомендации УП «Минскводоканал», в целях исключения случаев фальсификации показаний, начиная с 2015 года, внесены соответствующие изменения в конструкцию и начат серийный выпуск счетчика ЕТ-м с 7-ми роликовым счетным механизмом и повышенной защитой от воздействия магнитного поля.

Наши представители в Республике Беларусь

Минск

ЗАО «Чистый берег»	ООО «Алваис»	ООО «ОМА»
г. Минск ул. Казинца, д.83-7 (017) 212-32-16, 212-44-23 (017) 212-44-22, 213-43-98	г. Минск ул. Кабушкина, 34-3А (017) 341-61-98 (017) 291-59-64	г. Минск пер. Промышленный, 12А/1, к.36 (017) 344-93-03, 344-11-01 (017) 210-52-85, 344-90-11
ЧТУП «Строймаркетгрупп»	ООО «АкваКонтур»	ООО «КИП-Эксперт»
г. Минск пер. Домашевский, 9, к.513б (017) 380-04-51 (017) 380-28-40	г. Минск ул. Уручская, 25А, пом.17 (029) 850-14-68 (029) 761-27-32	г. Минск ул. Жуковского, д.11А, оф.6 (017) 275-75-77, 275-13-04 (017) 275-13-05, 275-13-06
ООО «ОникаСтандарт»	ООО «ТД Комплект»	ООО «ТРК-компонент»
г. Минск ул. Семёнова, д.1А, к.6 (017) 285-10-68, 328-30-77 (017) 215-10-66, 215-10-68	г. Минск ул. Московская, 14 (017) 511-33-33, доб. 7222 (029) 185-11-11, 285-11-11	г. Минск пер. Монтажников 4, д.5, оф. 21 (017) 241-32-21, (029) 682-70-30 (029) 682-70-39, 682-70-34

Брест

УП «Торговый флот»	ОДО «Гидротеплоцентр»	ООО «БЕЛТЕПЛОРЕСУРС»
г. Брест ул. Лейтенанта Рябцева, 52 (0162) 29-81-62, 53-73-72	г. Брест ул. Московская, 356, п.170 (0162) 55-08-12, 55-08-13 (0162) 55-01-41, 55-01-43	г. Брест ул. Пионерская, 52, оф.503 (0162) 50-11-50

Витебск

ОДО «РОМИС»
г. Витебск ул. Жореса, 12 (0212) 24-25-10, 66-33-33

Гомель

ЧП «ЛАСС»	ОАО «Гомельпромбурвод»	ОАО «Гомельагрокомплект»
г. Гомель пр-т Октября, 27, каб.42 (0232) 56-30-88, 56-96-08 (0232) 56-31-26, 56-33-74	г. Гомель проезд Геофизиков, 5 (0232) 42-34-33, 42-10-25 (0232) 42-13-56, 42-24-54	Гомельская область аг. Еремино, ул. Сурганова, 14 (0232) 94-15-52

Могилёв

ООО «Пламб»	ООО «М-Комплект»	ЧП «Акдалан»
г. Могилёв ул. Мелиораторов 2/1-2 (0222) 74-58-58, 76-58-58	г. Могилёв ул. Бонч-Бруевича, д.6/48 (0222) 22-17-70, 23-09-89	г. Могилёв пер. 1-й Калужский, 2а (0222) 73-92-89, 73-66-65

 

ТОП-5 фирм-производителей счетчиков воды

 

Решили установить счетчики воды в квартире?

В первую очередь решите, какой компании доверить контроль вашего расхода. Предлагаем вашему вниманию список самых популярных производителей счетчиков. Это поможет вам сделать оптимальный выбор самостоятельно.

VALTEC

Счетчики воды VALTEC считаются одним из самых популярных брендов на отечественном рынке. Расходомеры этой марки подходят для систем холодного и горячего водоснабжения с температурой от 5 до 90 °С. К числу наиболее привлекательных для потребителей качеств относятся: универсальность этих расходомеров, надежность, точность измерений и оптимальное соотношение цена-качество.

Повышенная чувствительность расходомеров VALTEC и увеличенный ресурс (в сравнении с аналогичными моделями крыльчатых счетчиков) делает продукцию бренда привлекательной для потребителя. К числу дополнительных функций относится энергонезависимость, встроенные обратные клапаны и защита от магнитного воздействия.

Компания «Аква-С» (бренд Пульс)

Импульсные крыльчатые счетчики воды, реализуемые под маркой «ПУЛЬС» относятся к числу одноструйных и предназначены для измерения расхода воды при температуре от 5°С до 90°С под рабочим давлением в сети не более 1,6 Мпа.

Невысокая цена и отличная защищенность от магнитного воздействия сделали продукцию бренда востребованный, как для хозяев квартир и домов, так и владельцев административных и офисных зданий.

Счетчики ПУЛЬС с импульсным выходом по своему принципу работы схожи с обычными расходомерами, но не имеют контакта с водой (сухоходные). Это обеспечивает его долговечность и надежность. Возможность считывать показания автоматически – дополнительный плюс импульсных водосчетчиков «ПУЛЬС».

Компания «Ценнер-Водоприбор» (бренд Zenner)

Немецкая компания ZENNER — одна ведущих на европейском рынке по производству приборов учета воды. Более чем за 100-летнюю историю, производства Zenner разместились в 40 странах по всему миру. Широкий ассортимент продукции, созданной по немецким стандартам качества, полностью удовлетворяет потребности современного российского рынка.

Компания «Ценнер-Водоприбор» предлагает:

* одноструйные и многоструйные сухоходные счетчики горячей и холодной воды,

* турбинные счетчики Вольтмана,

* расходомеры в стандартном, антимагнитном, дооснащаемом (с возможностью установки импульсного датчика) исполнении, а также с импульсным выходом.

Счетчики Zenner подходят как для поквартирного учета расхода воды, так и общедомового использования. Особенностью бренда является усовершенствованная система автоматического считывания данных расходомеров как по проводному подключению, мобильной и стационарной связи или радиоканалу.

Компания B-METERS

Итальянская компания B-METERS srl специализируется на выпуске индивидуальных, общеквартирных, промышленных расходомеров воды. Каждая единица продукции бренда сходит с конвейера на производстве, локализованного в Италии.

Европейский производитель делает ставку на инновации, поэтому новая линейка продукции оснащена импульсным выходом. Это дает возможность следить за расходом воды дистанционно. Высокая степень надежности и качества приборов при доступной цене гарантирует использование высокоэффективных автоматизированных линий сборки.

Компания ТАЙПИТ

Компания «Тайпит-ИП» входит в число самых крупных отечественных производителей контрольно-измерительного оборудования. Производство счетчиков крыльчатого типа «Тайпит» (модели ОХТА) алюминиевом, латунном и полимерном корпусе ведется на заводе фирмы в Санкт-Петербурге. В качестве подтверждения качества и надежности продукции производитель предлагает гарантию на прибор 60 месяцев. Рекомендуемое время поверки расходомера – 6 лет.

Счетчики «Тайпит» успешно используются как на территории Российской Федерации, так и за рубежом.

Начните экономить прямо сейчас!

Позвоните по телефонам:

8 (812) 244-93-36
8 (812) 981-77-83

8 (812) 244-93-36
8 (812) 981-77-83

Или оставьте заявку нашим диспетчерам

Новый сервис Росаккредитации поможет россиянам уберечься от мошенников при поверке бытовых счетчиков

1 января 2021 г. заканчивается мораторий на поверку бытовых приборов учета. В связи с большим количеством обращений граждан Росаккредитация создала специальный сервис с информацией о компаниях-поверителях бытовых счетчиков воды. У граждан появилась возможность в один клик получить достоверную информацию об организациях, которые могут проводить поверку на территории России и вносить данные в единый реестр Росстандарта. Всего на территории страны работает более 100 таких организаций.

Получение достоверной информации при помощи нового сервиса Росаккредитации поможет россиянам защититься от мошенников, которые берут деньги за услугу, но при этом не аккредитованы в национальной системе аккредитации и не имеют права проводить поверку.  

Чтобы удостовериться в надежности компании, необходимо знать её точное название или ИНН. Эту информацию лучше запросить в организации, которая будет оказывать услуги по поверке. В реестре на сайте Росаккредитации нужно ввести данные в поля «Название компании» или «ИНН» и произвести поиск. Если на странице появилась информация об организации, то она имеет действующую аккредитацию и вправе проводить поверку. Если информация об организации отсутствует в реестре, она не имеет права проводить поверку или данные о такой компании еще не внесены в систему.

Если вы еще не определились с выбором компании, реестр позволит найти аккредитованную организацию в вашем населенном пункте. Для этого достаточно ввести в поисковую строку его название.

После того как вы выбрали подходящую компанию, Росаккредитация рекомендует проверить все данные об организации с информацией в реестре. Это поможет уберечься от возможных мошеннических действий компаний-двойников.

Организации, которые аккредитованы на право проведения поверки бытовых счетчиков воды, но отсутствуют в реестре, могут сообщить об этом, воспользовавшись формой обратной связи на сайте Росаккредитации. Здесь же граждане могут написать о нарушениях компании, которая проводила поверку.

Справка

По закону в многоквартирных домах у жильцов должны быть установлены индивидуальные счетчики холодной и горячей воды. За состоянием счетчиков обязан следить собственник помещения. Для передачи показаний по счетчикам, они должны иметь действующую поверку. Каждый счетчик имеет свой межповерочный интервал, указанный в паспорте. Срок поверки, который должен быть указан в паспорте на бытовой прибор, начинается не с момента установки прибора, а с даты его изготовления. По истечении межповерочного интервала следует пригласить специалиста для проведения очередной поверки счетчика.

Поверкой бытовых приборов учета могут заниматься только аккредитованные в НСА лица. С сентября 2020 г. юридическую силу имеет только электронная запись о поверенных приборах учета в едином реестре Росстандарта (ФГИС АРШИН). Таким образом, фактом, подтверждающим поверку, является именно запись в едином реестре Росстандарта. Рекомендуем после проведения процедуры поверки счетчиков сразу проконтролировать внесение данных о ее результатах в этот реестр. Перейти в единый реестр Росстандарта и проверить результат можно в том числе из реестра организаций, аккредитованных на право поверки бытовых счетчиков воды, размещенном на сайте Росаккредитации.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 2 апреля 2020 г. № 424 «Об особенностях предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» установлено, что все бытовые приборы учета могут применяться физическими лицами – потребителями коммунальных услуг – без проведения очередной поверки вплоть до 1 января 2021 г., в том числе и с истекшим сроком поверки. Ресурсоснабжающие и управляющие компании обязаны принимать показания таких приборов для расчета оплаты потребленных коммунальных услуг. Неустойка (штраф, пени) не взыскивается.

Ультразвуковой счетчик воды серии E обеспечивает точность и надежность

Воспользуйтесь преимуществами ультразвуковых счетчиков с высокой точностью измерения и долговременной надежностью.

Следующее поколение ультразвуковых счетчиков воды E-Series® от Badger Meter разработано для обеспечения высокой точности измерений и долговременной надежности. Они идеально подходят для измерения питьевой холодной воды в коммерческих и промышленных приложениях, которые испытывают большие и быстрые колебания потребности в воде. Данные счетчика обеспечивают раннее обнаружение возмущений расхода, температуры и давления, чтобы помочь коммунальным предприятиям быстрее и эффективнее понимать свои системы водоснабжения и упреждающе управлять ими.Ультразвуковые расходомеры E-серии не имеют движущихся частей и обеспечивают повышенную производительность.

Выберите ультразвуковые расходомеры серии E для:

• Повышенная производительность: Отсутствие движущихся частей исключает износ, чтобы продлить срок службы расходомера
• Повышенная точность: Долговременная стабильная точность в пределах ± 1,5% и повышенная точность при низком расходе в пределах ± 3%
• Повышенная выручка: Больший диапазон изменения диапазона для расширенных диапазонов расхода и увеличения выручки
• Повышенная видимость: Ультразвуковые расходомеры серии E с интеллектуальными сигналами тревоги и данными, включая мониторинг давления и температуры, обеспечивают повышенную наглядность, чтобы помочь коммунальным предприятиям быстрее и эффективнее понимать свои системы и упреждающе управлять ими

Характеристики:

• Конструкция с открытой расходомерной трубкой
• Полностью электронный счетчик с программируемыми функциями регистрации и отчетности
• Аварийные сигналы измерителя включают пустую трубу, превышение максимального расхода, обратный поток, утечку, температуру, давление и аккумулятор.
• Одиночный и двойной выходы включают стандартный протокол ASCII, масштабированный / немасштабированный и 4-20 мА
• Полностью погружной для работы в суровых условиях
• Корпус из бессвинцового бронзового сплава соответствует требованиям Закона о безопасности питьевой воды
в отношении бессвинца.
• Совместимость с оконечными устройствами ORION® от Badger Meter

Примечание редактора: Scranton Gillette Communications и SGC Water Group не несут ответственности за точность, эффективность и обоснованность заявлений, сделанных в этом материале.Мнения, выраженные в этом контенте, не отражают позицию редакционных групп Water & Wastes Digest, Water Quality Products и Storm Water Solutions.

(PDF) Точность бытового счетчика воды

Процедура испытания, проверка девяноста одного счетчика дает четкое указание на то, что типичный южноафриканский счетчик воды

является исключительно точным даже после 20 лет службы

или позже замерив 4 000 м3 воды.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить муниципалитеты Витценберга, Стелленбоша и Оверберга

за согласие на предоставление информации, а также за

, предоставившие старые водомеры для тестирования.

Источники

[1] Фонд Организации Объединенных Наций в области народонаселения (ЮНПФ). Состояние мира

Население, Отчет Фонда народонаселения Организации Объединенных Наций, Интернет.

http://www.unfpa.org/swp/2001/english/index.html

[2] Департамент водных ресурсов и лесного хозяйства (DWAF), Национальная стратегия водных ресурсов

. Наш проект выживания. Национальный департамент

Водное хозяйство и лесное хозяйство, первое издание, 2004 г.

[3] Thompson, I., Национальные водные ресурсы и управление водосборами

Стратегия. Департамент водных ресурсов. Представлено на Water Resource

. Курс управления

, 13–16 августа 2007 г., Стелленбошский университет, 2007 г.

[4] Тертон, А. и Хенвуд, Р., Гидрополитика в развивающихся странах.

Южная Африка. Группа исследования водных проблем Африки, Центр

международных политических исследований, Университет Претории, Претория, 2002 г.

[5] Южно-Африканская Республика (ЮАР), Национальный закон о водных ресурсах.(Закон № 36 от 1998 г.).

Pretoria, Government Printing, 1998.

[6] Департамент водных ресурсов и лесного хозяйства (DWAF), Water Conservation

и Стратегия управления спросом на воду для водного сектора. Национальный

Департамент водного и лесного хозяйства, август 2004 г.

[7] Департамент водного и лесного хозяйства (DWAF), Постановления в соответствии с Законом об услугах водоснабжения

(Закон 108 1997 г.), Положения, относящиеся к обязательному

Национальные стандарты и меры по экономии воды.Уведомление правительства

22355, Претория, 2001.

[8] Департамент водного и лесного хозяйства (DWAF), Руководящие принципы

Обязательных национальных стандартов и норм и стандартов для воды

Тарифы на услуги, Претория, 2002.

[ 9] Южно-Африканская Республика (ЮАР), Закон об услугах водоснабжения (Закон № 108 от 1997 г.).

Претория, Правительственная типография, 1997.

[10] дю Плесси, Дж. А., Комплексное управление спросом на воду для местного водоснабжения

управление.Докторская диссертация, Стелленбошский университет, октябрь 2010 г.

[11] Бейкер, Р.С., Ванга, Т., Мур, П.И. И Медсестра А., Наблюдения за конструкцией

и разработкой гидравлической установки, связанной с калибровкой в ​​производственном процессе

. Flow Measurement and Instrumentation, 17, pp.

171–178, 2006.

[12] Херши Р.В., Погрешность измерения измерителем тока. Flow

Measurement and Instrumentation, 13, стр. 281–284, 2002.

www.witpress.com, ISSN 1743-3541 (он-лайн)

Транзакции WIT по экологии и окружающей среде, Том 200, © 2015 WIT Press

Вода и общество III 207

Дизайн и реализация самообслуживания Powered Smart Water Meter

Abstract

Умные города требуют интерактивного управления сетями водоснабжения, и водомеры играют важную роль в этой задаче. По сравнению с полностью механическими счетчиками воды, электромеханические счетчики воды или полностью электронные счетчики воды могут собирать информацию в реальном времени посредством автоматического считывания показаний счетчиков (AMR), что делает их более подходящими для приложений умных городов.В этой статье мы сначала изучаем принципы проектирования существующих счетчиков воды, а затем представляем нашу конструкцию и реализацию интеллектуального счетчика воды с автономным питанием. Предлагаемый счетчик воды основан на генераторе водяной турбины, который служит для двух целей: (i) для измерения расхода воды посредством адаптивной обработки сигналов, выполняемой на генерируемом напряжении; и (ii) производить электричество для зарядки аккумуляторов для правильной работы интеллектуального счетчика. В частности, мы представляем соображения дизайна и детали реализации.Беспроводной приемопередатчик встроен в предлагаемый счетчик воды, так что он может предоставлять информацию о расходе воды в режиме реального времени. Кроме того, приложение для мобильного телефона разработано, чтобы предоставить пользователю удобный инструмент для мониторинга использования воды.

Ключевые слова: счетчик воды, умный город, автоматическое считывание показаний счетчика, сбор энергии, измерение расхода

1. Введение

Умный город был предложен как видение городского развития для интеграции самых современных технологий, таких как как информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) и Интернет вещей (IoT) в безопасном режиме управления городом [1].Управление включает в себя жилые / коммерческие здания, школы, библиотеки, транспорт, больницы, сети производства / распределения электроэнергии, сети водоснабжения, сбор / транспортировку / удаление отходов, правоохранительные органы и другие общественные службы. Умный город способствует использованию информации в реальном времени и предоставляет людям интерактивную платформу для управления городом со значительно большей эффективностью по сравнению с традиционным способом. В общем, умный город имеет следующие три особенности: (i) Instrumentation Intelligence — эффективное использование физической инфраструктуры посредством информатики в реальном времени [2] для поддержки сильного и здорового экономического, социального и культурного развития; (ii) Коллективный разум — интерактивное взаимодействие с жителями в процессах местного управления и принятия решений; и (iii) Adaptive Intelligence — быстрое реагирование с самоадаптивным обучением, чтобы справляться с меняющимися обстоятельствами, происходящими в городе.

Среди существующей физической инфраструктуры сети водоснабжения имеют первостепенное значение, поскольку вода является самым ценным ресурсом города. Эффективное управление сетями водоснабжения — ключевая проблема, с которой сталкиваются умные города [3]. По данным Европейского агентства по окружающей среде [4], утечки воды составляют более 20% водоснабжения в городских сетях водоснабжения в большинстве стран. С предлагаемой концепцией умных городов [3] ожидается, что централизованное управление будет обеспечено с помощью информации, собираемой в реальном времени с датчиков, развернутых в стратегических местах вдоль сетей водоснабжения [2,5].В случае утечки воды [6] мы немедленно получим предупреждение с платформы мониторинга [7,8]. Кроме того, информация в режиме реального времени от автоматического считывания показаний счетчика (AMR) помогает нам улучшить водосбережение [9].

Важным устройством в управлении сетями водоснабжения является счетчик воды, который используется для измерения объема воды, подаваемой из коммунальной системы водоснабжения в жилое или коммерческое здание [10]. В общем, существует три типа счетчиков воды, а именно механические счетчики воды, электромеханические счетчики воды и полностью электронные счетчики воды.кратко описаны преимущества и недостатки этих трех основных типов счетчиков воды.

Таблица 1

Сравнение счетчиков воды.

Типы	Преимущества	Недостатки
Полностью механический	простая конструкция, низкая стоимость надежная работа	узкий диапазон измерений, снижение точности при низких расходах отсутствие только реальных измерений, только кумулятивные измерения -время информации
электромеханический	информация в реальном времени	требует дополнительной защиты электронного компонента пониженная стабильность
полностью электронная	высокая точность, информация в реальном времени	требует дополнительной водонепроницаемой защиты и питания снабжение

Большинство стран используют полностью механические счетчики воды из-за их низкой стоимости и хорошей надежности.Однако они требуют трудоемкого ручного считывания показаний счетчиков. Для полностью механических счетчиков измерение расхода воды может основываться на скорости или смещении. В первом случае используются счетчики на основе крыльчатки и счетчики на основе турбин; для последних он обычно включает в себя расходомеры с качающимся поршнем и нутационным диском.

За последние два десятилетия компоненты электронных схем были постепенно интегрированы в механические водомеры для обеспечения автоматических функций, таких как AMR. Они известны как электромеханические счетчики воды [11,12], основу измерения которых по-прежнему составляет механический.

Недавно полностью электронные водосчетчики были разработаны с использованием новых принципов измерения, таких как электромагнитные [13], жидкостные [14] и ультразвуковые счетчики [15]. Электромагнитный метод основан на том принципе, что индуцированная электродвижущая сила, создаваемая жидкостью через магнитное поле, пропорциональна скорости жидкости. В жидкостном методе используется эффект Коанда — частота колебаний, устанавливаемая на пути прохождения жидкости с определенной структурой, пропорциональна скорости жидкости [14].Ультразвуковой водомер использует один или несколько ультразвуковых преобразователей для отправки ультразвуковых звуковых волн через жидкость для определения ее скорости. В целом, полностью электронные водосчетчики обеспечивают более высокую точность измерения по сравнению с полностью механическими, что делает их перспективным кандидатом на счетчики для улучшения управления водоснабжением в умных городах.

В этой статье основное внимание уделяется разработке и внедрению интеллектуального счетчика воды, использующего водяной турбогенератор для измерения расхода и выработки электроэнергии.Этот документ имеет тройной вклад: (i) во-первых, он предлагает использовать генератор с водяной турбиной как в качестве датчика измерения расхода, так и в качестве генератора энергии. Таким образом, исключается необходимость в дорогостоящем внешнем источнике питания или утомительной замене батарей. Везде, где есть водоснабжение, он может обеспечить сбор информации об использовании воды в режиме реального времени. (ii) Во-вторых, предлагаемый дизайн масштабируем. Можно изменять размеры гидротурбинного генератора, чтобы он подходил к соответствующим водопроводным трубам. Калибровку можно выполнить в режиме онлайн, дистанционно обновив алгоритм обработки цифрового сигнала.(iii) Наконец, предлагаемый интеллектуальный счетчик может применяться к другим жидкостям, таким как воздух, бензин или молоко. Предлагаемый интеллектуальный счетчик будет работать до тех пор, пока вязкость жидкости недостаточно высока, чтобы снизить производительность турбогенератора.

Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе 2 представлены работы по теме. В разделе 3 представлена ​​конструкция и реализация предлагаемого интеллектуального счетчика. В разделе 4 обсуждаются экспериментальные результаты, а в разделе 5 — наши выводы и будущая работа.

2. Связанные работы

Современные счетчики воды эволюционировали из полностью механических, основанных на измерениях скорости или смещения. Например, измерители одиночной струи, измерители множественной струи и измерители Вольтмана основаны на измерениях скорости; расходомеры с качающимся поршнем и расходомеры с нутационным диском основаны на измерениях смещения.

2.1. Измерители скорости

Как показано на рисунке, расходомеры основаны на тангенциальном падении одиночной струи (или нескольких струй) на крыльчатку с радиальными лопатками, помещенную внутри измерителя [16].Следовательно, угловая скорость рабочего колеса пропорциональна расходу циркулирующей воды.

( a ) одноструйные счетчики; ( b ) несколько расходомеров.

Подобно струйным счетчикам, счетчики Вольтмана используют турбину для измерения скорости воды и механического расчета расхода, таким образом, гарантируются как точность измерения, так и долговременная стабильность [17].

2.2. Измерители прямого вытеснения

Измерители прямого вытеснения, включая измерители с качающимся поршнем и нутационные дисковые измерители, измеряют объем воды путем деления его на фиксированные объемы [18].Счетчики с качающимся поршнем измеряют объем воды, подсчитывая количество раз, когда камера известного объема заполняется и опорожняется с помощью вращающегося поршня, совершающего эксцентрическое движение вокруг оси камеры измерителя. Дозаторы с качающимся диском похожи на счетчики с качающимся поршнем, за исключением того, что качающийся поршень заменен нутирующим диском.

2.3. Электронные счетчики

Электронные счетчики включают электромагнитные счетчики, счетчики жидкостного эффекта и ультразвуковые счетчики.Как показано на рисунке a, электромагнитные измерители основаны на законе Фарадея [19] и работают только с проводящими жидкостями. Для правильного измерения расхода воды с помощью электромагнитных счетчиков требуемая проводимость должна быть больше примерно 5 мкСм / см. Объемный расход круглой трубы оценивается как

Q = π (D2) 2v = πD24kl (EB),

(1)

где D — внутренний диаметр трубы, v — скорость потока, k — постоянная величина, l — длина проводника, которая обычно аппроксимируется расстоянием между двумя электродами как D , E — индуцированное напряжение, а B — напряженность магнитного поля, окружающего поток.Счетчики электромагнитные

( а ); ( b ) измерители жидкостного эффекта.

Как показано на рисунке b, измерители гидравлического эффекта требуют специально разработанной камеры для создания последовательности колебаний давления, вызывающей колебания потока воды [14]. Гидравлический осциллятор подразделяется на две разные группы — устройства для настенного крепления , и устройства взаимодействия струй , . Первый основан на явлении, известном как эффект Коанда , образованном присоединением струи жидкости к соседней стенке; Последний обычно состоит из сопла, бистабильного диффузора и двух каналов обратной связи.Во время этого процесса устанавливаются электроды для определения магнитной силы и оценки расхода воды.

Ультразвуковые измерители [15], включая измерители времени передачи и измерители эффекта Доплера, используют ультразвуковые датчики для измерения расхода воды.

2.4. Интеллектуальные счетчики воды

В большинстве полностью механических счетчиков воды используется магнитная муфта для герметичного отделения счетчика показаний от проточной камеры. Они называются счетчиками с сухим циферблатом [20]. Напротив, у счетчиков с мокрым циферблатом механизм считывания полностью погружен в воду, что исключает магнитную связь.Счетчики с сухим циферблатом популярны, но они более уязвимы к помехам или блокировке из-за сильного магнитного поля.

Благодаря механизму магнитной связи, можно использовать датчик на эффекте Холла для обнаружения вращения этих магнитов внутри измерителя с сухим циферблатом. Например, двойные дополнительные датчики на эффекте Холла были использованы для разработки интеллектуального счетчика воды при одновременном снижении воздействия сигналов возмущения окружающей среды в [21]. Более того, магнитометр может выполнять ту же функцию [22].Крупные производители счетчиков воды также поставляют счетчики воды по индивидуальному заказу [23], которые специально оставляют отверстие для магнитного зонда и позволяют быстро преобразовать полностью механический счетчик воды в электромеханический.

Очевидно, что интеллектуальным счетчикам требуется электричество для питания электронных схем. В литературе в большинстве конструкций используется фиксированный проводной источник питания или сменные батареи. Датчик измерения с автономным питанием был предложен в [24]; однако это ограничивается небольшими трубами для использования внутри помещений.В отдельном исследовании двигатель постоянного тока (DC) был принят для выработки электроэнергии [10]. Однако это имеет серьезную проблему, потому что для соединения лопастей и двигателя постоянного тока требуется отверстие в трубе. В [25] Cho et al. представили интеллектуальный счетчик с питанием от электромагнитных и пьезоэлектрических комбайнов. Однако конструкция требует модификации большой водопроводной трубы, а для маленькой водопровода это невозможно. Кроме того, на его производительность будет негативно влиять низкое качество воды.В [26] была предложена платформа для мониторинга различных параметров качества воды с накоплением энергии, включая давление, температуру, pH, проводимость, скорость потока и микрометрическую толщину отложений. Предлагаемая платформа может обеспечить отличное разрешение зондирования за счет дорогостоящих аппаратных компонентов и большого потребления тока.

3. Разработка автономного интеллектуального счетчика воды

Вдохновленные идеей одноструйных счетчиков и сбора энергии от электродвигателей [10], мы разрабатываем и внедряем интеллектуальный счетчик воды с автономным питанием.Ключевым компонентом является микрогидравлический турбогенератор (WTG), который функционирует как датчик расхода и как генератор энергии. Микроконтроллер используется для анализа генерируемого напряжения, чтобы определить скорость воды, а затем расход. Чтобы включить AMR, интегрирован модуль Bluetooth, который отправляет информацию о потоке воды в реальном времени на смартфон.

3.1. Блок-схема

показывает блок-схему интеллектуального счетчика. WTG выдает сигнал напряжения, когда вода проходит через WTG.Сигнал напряжения передается через выпрямитель на программируемый однополюсный двухпозиционный переключатель (SPDT). Когда микроконтроллер выполняет выборку и оценку расхода, сигнал напряжения подается на микроконтроллер; в противном случае сигнал напряжения передается на регулятор напряжения, за которым следует цепь зарядки и аккумуляторные батареи. Микроконтроллер питается от аккумуляторных батарей. Когда они полностью заряжены, их следует отключить от цепи зарядки.Интеллектуальный счетчик может передавать информацию о скорости потока в реальном времени через беспроводной приемопередатчик в приемный узел. Обратите внимание, что в интеллектуальный счетчик может быть включен модуль управления питанием, чтобы можно было ввести спящий режим для экономии энергии.

Блок-схема интеллектуального счетчика.

Проектирование начинается с выбора ключевых компонентов ввода / вывода (I / O). Мы выбрали Bluetooth в качестве технологии беспроводной сети из-за его низкого энергопотребления. Обычно требуется напряжение питания 3.3 В. Потребляемый ток составляет около 40 мА, 8 мА и 2 мА для спаривания, нормального и спящего режима соответственно. Таким образом, пиковая потребляемая мощность модуля Bluetooth составляет 132 мВт. Имея все необходимые компоненты ввода / вывода, мы можем выбрать микроконтроллер, для которого требуется напряжение питания 3-5 В. Потребляемая мощность составляет около 5 мВт. Таким образом, общая потребляемая мощность составляет около 137 мВт. Мы замечаем, что потребление воды в хозяйстве распределяется неравномерно в течение дня, а иногда расход ниже 5 литров в час (л / ч) [27].Таким образом, мы решили включить перезаряжаемую батарею для работы интеллектуального счетчика и выбрали для нашей конструкции WTG 12 В 10 Вт.

3.2. Водяной турбогенератор

a показывает внешний вид WTG, который состоит из двух основных частей, ротора и статора, как показано на b, c соответственно. Ротор герметично отделен от статора. В центре ротора находится магнитный стержень, вокруг которого магнитное поле находится в равновесии, позволяя стержню плавать в подшипнике, показанном на d. Это обеспечивает движение ротора без трения и существенно увеличивает энергоэффективность турбины.

( а ) внешний вид гидротурбинного генератора; ( b ) ротор; ( c ) статор и соответствующие ему проволочные обмотки в виде девяти витков; ( d ) подшипник ротора.

Как известно, типичный трехфазный генератор напряжения имеет три катушки с проводами. В WTG статор имеет девять катушек в трех наборах катушек. Каждый набор катушек соединен последовательно с одним концом в качестве выхода фазного напряжения. Другие концы трех фаз соединены вместе как нейтраль.Эта конфигурация позволяет использовать более длинный провод на фазу и, следовательно, более высокое генерируемое напряжение. Например, можно увеличить генерируемое напряжение, увеличив длину провода на фазу; однако диаметр провода следует уменьшить, поскольку общее пространство ограничено, что приведет к уменьшению максимального номинального тока.

С помощью гауссметра мы измерили силу магнитов, используемых в WTG, и самое сильное поле B составило 115,8 мТл. Впоследствии мы использовали железные опилки, чтобы выяснить расположение магнитов, которое показано на рисунке.Магнит в турбогенераторе разделен на сегменты с противоположными полюсами. Внутри статора генератора внутри каждой катушки находится феррит, который заставляет магнитный поток течь через катушки. Когда магнит вращается вместе с турбиной, силовые линии нарушаются, и полярность магнитных линий внутри катушек меняется на противоположную. Это изменение магнитного потока вызывает синусоидальный ток. Чтобы увеличить магнитную индукцию турбины, можно использовать более сильный магнит. Плотность магнитного потока можно смоделировать по его форме.В общем, существует четыре типа магнитов: блочные, цилиндрические, кольцевые и сферические. Магнит в WTG имеет форму кольца. Магнит состоит из нескольких магнитов, которые больше всего напоминают блочные магниты, как показано на b. Теоретически магнитное поле блочного магнита моделируется следующим образом:

B = Brπ [tan − 1 (LW2zL2 + W2 + 4z2) −tan − 1 (LW2 (D + z) L2 + W2 + 4 (D + z) 2)],

(2)

где Br — остаточная магнитная индукция насыщения, z — расстояние от грани полюса на оси симметрии; L, W и D, — длина, ширина и толщина блока магнита соответственно.Размеры каждого сегмента магнита в WTG измеряются как L, = 6,83 мм, W, = 11 мм и D, = 1 мм. При z = 0,1 мм и B = 115,8 мТл, Br рассчитывается как 1,09 Тл, что указывает на магнит как Спеченный неодим-железо-бор , самарий-кобальт или алюминий-никель-кобальт . Обратите внимание, что эта оценка включает инструментальные ошибки. Тем не менее, он дает рекомендации по выбору магнита для увеличения генерации напряжения по сравнению с существующим магнитом.

( а ) магнитная схема гидротурбинного генератора; ( b ) блочно-магнитная модель.

3.3. Генерация напряжения

По закону индукции Фарадея индуцированное напряжение пропорционально количеству идентичных витков туго намотанной катушки с проволокой и скорости изменения магнитного потока в одном контуре. Скорость турбины сильно влияет на напряжение, генерируемое генератором. Чем выше скорость вращения, тем выше генерируемое напряжение. Количество доступной мощности можно смоделировать с помощью

где η — КПД турбины (0.5 для типичной малой турбины), ρ — плотность воды (10 ³ кг / м ³ ), g — ускорение свободного падения (9,8 м / с ² ), h — сумма давлений. напор и скоростной напор, а Q — расход в м ³ / с. В идеале давление воды в домах составляет 50 фунтов на квадратный дюйм, что эквивалентно напору в 35 м. Корпус турбины представляет собой пластиковый корпус с трубами диаметром 15 мм. На входе в камеру ротора формируется сопло для концентрации потока воды и увеличения давления воды.Следовательно, вода проходит с большей скоростью.

Влияние скорости воды моделируется

где p , ρ, A и v — импульс, плотность, площадь поперечного сечения и скорость воды соответственно. Из-за обмена импульсом, чем выше скорость воды, тем быстрее вращается турбина.

Выбранный WTG оснащен турбиной с одноструйным рабочим колесом. Как показано на, его штуцер спроектирован под фиксированным углом для изменения направления потока воды.Это позволяет воде легко захватывать лопасти турбины, которые имеют такую ​​форму, чтобы максимизировать передачу импульса с максимальным временем контакта.

Количество доступной мощности от WTG зависит от расхода воды. На основе исследования, проведенного Watercare Service Limited (Окленд, Новая Зеландия) [7], и исследований поведения водопользования [27], профиль водопользования в Окленде, Новая Зеландия резюмируется в. Основываясь на спецификациях соответствия водным характеристикам в [24], среднее значение по времени этих характеристик можно оценить как в.Зная количество использованной воды и по времени каждого водного объекта, можно рассчитать средний расход воды. Затем расход можно использовать для расчета возможной мощности, генерируемой потоком воды с помощью уравнения (3). Принимая во внимание по времени каждой функции, мы можем найти общую доступную энергию для WTG, как показано на.

Таблица 2

Профиль водопотребления в Окленде, Новая Зеландия.

% 9018

	Лето	Зима
Среднее значение	179 л / д	174 л / д
Среднее
24%
Душ	24%	30%
Туалет	18%	19%
Водопроводный кран	11%	16%
2%
На улице	17%	6%
Ванна	2%	1%
Посудомоечная машина	1% 1%	0%	1%

Таблица 3

Суточное время использования воды для различных функций (секунды).

Элемент	Лето	Зима
Ванна	11,93	34,8
Душ	429,6	9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018	Бак для стирки	35,8	17,4
Машина желаний	187,95	208,8
Посудомоечная машина	8.95	8,7
Туалет	161,1	165,3

Таблица 4

Доступная мощность от бытового использования воды.

3,4 Перезаряжаемый аккумулятор

Исходя из этого, мы можем сказать, что мощности, получаемой от использования воды, достаточно для работы спроектированного интеллектуального счетчика воды.Тем не менее, профиль использования воды предполагает, что нам нужен резервуар энергии для работы умного счетчика, особенно в тех временных диапазонах низкого потребления, с 12:00 до 6:00. Таким образом, требуется аккумуляторная батарея. Теоретически литий-ионный аккумулятор желателен из-за его компактного размера и высокой плотности энергии. Несмотря на ограниченность доступной энергии, можно держать аккумулятор заряженным почти на 63% при небольшом потреблении энергии. Благодаря большому количеству циклов перезарядки его длительный срок службы может оправдать более высокую стоимость.Однако из-за ограниченного бюджета проекта для нашей конструкции выбран никель-металлогидрид.

Профиль среднесуточного потребления воды домашним хозяйством [27] (Copyright 2010, BRANZ).

3.5. Полноволновой трехфазный выпрямитель

Полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) используются в двухполупериодном трехфазном выпрямителе из-за их быстрого времени переключения и низкого RON. При максимальном ожидаемом токе менее 70 мА и типичном RON от 1 до 50 Ом падение напряжения будет примерно между 70 мВ и 350 мВ, что составляет менее половины падения напряжения диодов.

3.6. Обработка сигнала

Генерируемое напряжение пропорционально скорости вращения турбины. Напряжение можно измерить до или после выпрямителя в качестве измерения. Если он измеряется после выпрямителя, возникает падение напряжения из-за выпрямления, что может повлиять на точность. Если он измеряется до выпрямителя, сигнал не имеет постоянной составляющей, что создает проблему при измерении напряжения.

Частота генерируемого напряжения WTG и его частота вращения в об / мин пропорциональны.Учитывая количество полюсов как Np, частота выхода WTG определяется как

Из-за шума и помех потребуются сложные методы фильтрации для обнаружения основной частоты генерируемого сигнала напряжения. Таким образом, может быть сложно использовать частоту в качестве измерения для определения расхода воды (более подробную информацию см. В разделе 4).

Мы выбираем для измерения выпрямленного напряжения постоянную составляющую. Из-за передискретизации (близкой к МГц) сигнала напряжения (с частотой около 100 Гц) форма волны напряжения может быть точно захвачена.Выпрямленное напряжение подается как на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), так и на аккумулятор. Ради простоты и энергосбережения аналоговые фильтры не используются для фильтрации составляющих переменного тока (AC) напряжения.

Цифровая фильтрация предпочтительна для получения надежных показаний на входе АЦП. Основная цель фильтрации — уменьшить выпрямленную пульсацию и обеспечить постоянное значение напряжения, несмотря на колебания скорости вращения турбины.

Аккумуляторная батарея может иметь разное внутреннее сопротивление для разной степени заряда. Внутреннее сопротивление изменяет нагрузку и потребляет разные токи. Согласно закону Ленца, различные протекающие токи будут создавать магнитную силу разной величины, требуя разной силы для толкания турбины и изменения скорости вращения турбины.

Любое воздействие на турбину ухудшит точность считывания и изменит соотношение между скоростью вращения турбины и потоком воды.Одно из возможных решений — смоделировать каждый из откликов на разные нагрузки и откалибровать его с помощью датчика в алгоритме. Другой — отключить заряд аккумулятора от турбины, когда выполняется выборка АЦП. В дизайне мы выбрали второе решение.

3,7. Дизайн печатной платы

Как показано на, основная схема использует общий микроконтроллер и его внутренний АЦП для выполнения выборки и оценки. Входное напряжение подается через регулятор напряжения. Для макета печатной платы (PCB) цифровая секция отделена от аналоговой силовой секции для поддержания качества сигнала.

Схема печатной платы.

Корпус предназначен для сборки компонентов интеллектуального счетчика. Держатель состоит из двух частей для зажима WTG. В корпусе есть гнездо для печатной платы с спинным усилением. Он содержит место для установки физического переключателя и держатель для модуля Bluetooth. Этот пакет предназначен для демонстрации печатной платы и всех задействованных частей. Между зажимом и держателем печатной платы имеется зазор, чтобы вода не попадала на печатную плату.Дополнительная круглая обшивка защищает печатную плату от брызг воды.

3.8. Беспроводная сеть

Интеллектуальный счетчик оснащен приемопередатчиком Bluetooth (модуль Bluetooth HC-06). Этот модуль имеет низкое энергопотребление и совместим со смартфонами для связи модуля с микроконтроллером с использованием протокола универсального асинхронного приемника-передатчика (UART). Для беспроводной сети мы используем мобильный телефон в качестве приемного узла, а при разработке приложения используем MIT App Inventor 2 [28].Таким образом можно реализовать AMR.

Скорость передачи модуля Bluetooth можно настроить от 1200 до 1 382 400 бод / с, со значением по умолчанию 9600 бод / с. Далее модуль потребляет 0,5 мА в режиме ожидания и 8,5 мА в активном режиме. В режиме сопряжения требуется около 35 мА. Чтобы снизить потребление энергии, мы можем установить более низкую скорость передачи данных, так как требуемые данные не являются высокими для счетчика воды. Например, одного показания счетчика в час должно быть достаточно. Кроме того, лучше закрепить сопряженное устройство на счетчике, чтобы исключить дополнительное потребление энергии из-за частого сопряжения.

Мы заметили, что Bluetooth имеет короткое расстояние связи, но при этом обеспечивает низкое энергопотребление. Если необходимо большее расстояние связи, лучшим кандидатом будет Wi-Fi. Существующие интеллектуальные счетчики в основном используют сотовые радиомодули, но они приводят к дополнительным эксплуатационным расходам в виде ежемесячной абонентской платы, выплачиваемой операторам связи.

4. Эксперименты и результаты

В этом разделе представлены постановка эксперимента и результаты.

4.1. Испытательный прибор

Бак для воды и водяной насос (Aquapro AP3000, Форрестдейл, Австралия) используются для имитации подачи воды в жилые дома.Максимальный расход воды для насоса составляет 3000 л / ч, что примерно соответствует расходу воды в жилом помещении. Таким образом, испытательной установке потребуется только фиксированное количество воды, что значительно сократит потребление воды [29]. Кроме того, мы можем моделировать профиль использования воды, как показано на графике, управляя переключателем насоса. Коммерческий счетчик воды (Super-Rite K24 производства Jerrycar, Франкфорт, Южная Африка) использовался для калибровки разработанного интеллектуального счетчика воды.

4.2. Калибровка счетчика

Давление воды в трубах постоянно меняется.Эти несоответствия непредсказуемы и могут быть вызваны многими факторами, включая пузырьки воздуха и повышение давления. Мы стремимся найти взаимосвязь с расходом воды и генерируемым напряжением.

Как показано на, частота и пиковое напряжение отложены в зависимости от расхода воды. Частота генерируемого напряжения более чувствительна к несоответствиям, что затрудняет точное определение взаимосвязи. Таким образом, для оценки расхода лучше использовать значения напряжения.

Напряжение и частота генерируемого напряжения.

Как показано на, напряжение и расход показывают сильную пропорциональную зависимость. Подходящий диапазон измерения расхода составляет [200 650] л / ч. Кроме того, как показано на фиг., Для вращения турбины используется двигатель постоянного тока с присоской. Скорость вращения турбины в оборотах в минуту (об / мин) измеряется тахометром. Значения скорости вращения и генерируемого напряжения нанесены на график.

Зависимость напряжения и расхода.

Тахометр, измеряющий число оборотов турбины, вращаемой двигателем постоянного тока.

Результаты испытаний на напряжение и частоту вращения.

Как показано на, зависимость очень линейна. Отрицательное смещение может быть связано с потерями энергии на трение и движение. Путем подбора кривой находится уравнение и кодируется в программном алгоритме для определения расхода воды в расходомере.

Далее выполняется калибровка для сравнения нашей линейной модели с реальными измерениями. Процесс испытания заключается в том, чтобы дать воде течь через водяную турбину в течение фиксированного промежутка времени в измерительный сосуд, а затем сравнить зарегистрированное значение счетчика воды с фактическим количеством воды.Алгоритм работы умного счетчика настроен так, чтобы минимизировать разницу. Этот процесс повторяется до тех пор, пока разница не станет меньше предварительно определенного порога.

4.3. Алгоритм интеллектуального учета

показывает процесс интеллектуального учета. Он принимает аналоговый сигнал, считываемый в АЦП, преобразует это значение в значение напряжения, а затем выполняет два набора скользящих средних для фильтрации высокочастотных компонентов. Затем значение используется для оценки расхода. Наконец, расход интегрируется с течением времени, чтобы оценить общий объем воды.

Блок-схема алгоритма интеллектуального счетчика.

4.4. Сравнение с существующими интеллектуальными счетчиками и механическими счетчиками воды

сравнивает предлагаемую нами конструкцию с существующими интеллектуальными счетчиками. Кроме того, сравнивает предложенную конструкцию с традиционным механическим водосчетчиком.

Таблица 5

Сравнение интеллектуальных счетчиков воды.

Характеристика	Лето	Зима
Мощность	32,87 Вт	37,92 Вт
Энергия	30,69816184

-вес

Типы	Преимущества	Недостатки
[23]	простая конструкция, надежная работа	индивидуальная конструкция, внешний источник питания
с питанием 9018 24]	только для использования внутри помещений, маленькие трубы
[25]	автономный, гибридный сбор энергии	сложная конструкция, только большие трубы
[10]	автономный, простой дизайн	требует отверстий для труб, ограниченная надежность
[31]	с автономным питанием, подключение к Интернету вещей	требует отверстий для труб, только большие трубы
[32]	автономный, надежная работа	сложная конструкция , отдельный блок сбора энергии
This Work	автономный, масштабируемый дизайн	требует водонепроницаемости, настроить d конструкция

Таблица 6

Сравнение предлагаемого интеллектуального счетчика и традиционного механического счетчика воды.

этого Work

Типы	Преимущества	Недостатки
Механический водосчетчик	простая конструкция, надежная работа большой диапазон измерения	требует ручного считывания нет функциональности AMR, нет
с автономным питанием, масштабируемая конструкция Функциональность AMR мониторинг в реальном времени	требует защиты от влаги узкий диапазон измерения

В [30] Алровайеха и Хадж представили доказательство концепции автономной воды счетчик с помощью микрогидротурбины.После тщательного сравнения нашей и их работы мы выявили следующие ключевые отличия:

• Мы представили полную конструкцию интеллектуального счетчика, включая заказную печатную плату с использованием микроконтроллера, алгоритм цифровой обработки сигналов и анализ конструкции генератора водяной турбины, а в [30] авторы представили свою конструкцию с использованием готовых продуктов без изменений, таких как микрогидротурбина с выходом постоянного тока, зарядный модуль, аккумулятор, одноплатный компьютер (Raspberry Pi 3 Model B), систему сбора данных (приборный блок DATAQ).

• Мы не использовали напрямую серийный водяной турбогенератор. Вместо этого мы удалили его внутреннюю печатную плату, использовали существующие обмотки катушки и собрали сгенерированный сигнал переменного тока для подачи на нашу настроенную печатную плату для обработки сигналов и сбора энергии. Однако авторы [30] использовали сгенерированный сигнал постоянного тока от стандартной микрогидротурбины. Поэтому мы вывели эмпирические формулы между амплитудой (и частотой) генерируемого напряжения и расходом воды.Однако в [30] такая информация не приводится.

• Мы представили анализ использования воды в типичном новозеландском доме, чтобы показать, что количество собираемой энергии достаточно для питания интеллектуального счетчика. Однако в [30] такого анализа нет.

• Наша конструкция основана на гидротурбинном генераторе мощностью 10 Вт – 12 В с входным / выходным диаметром 15 мм, тогда как в [30] они использовали гидротурбинный генератор мощностью 10 Вт – 80 В с входом / выходом. диаметр 12.7 мм. Приведенный диапазон измерений отличается. Для нашей работы диапазон измерения составляет [200 650] л / ч, а для [30] — [200 350] л / ч.

Как упоминалось в [33], было упомянуто, что расход воды не может превышать 5 м, чтобы избежать отрицательного воздействия на нормальное водоснабжение всей городской территории. В этой статье предложенная конструкция предназначалась для домашнего использования, для которого допустимы несколько более высокие потери напора воды. Тем не менее, чтобы избежать чрезмерной потери напора воды, мы можем изменять точку дросселирования гидротурбинного генератора, чтобы регулировать угол впрыска воды.Кроме того, мы также можем использовать турбину с многоструйным рабочим колесом вместо одноструйной турбины с рабочим колесом.

5. Выводы

Интеллектуальный счетчик воды с автономным питанием разработан с использованием турбогенератора с приемопередатчиком Bluetooth, который представляет собой экономичное решение для управления водными ресурсами в умных городах. Для реализованного прототипа подходящий диапазон измерения расхода составляет [200 650] л / ч. Мобильное приложение разработано для доставки информации в реальном времени на смартфон пользователя.Кроме того, калибровку интеллектуального счетчика можно выполнить, изменив переменные в уравнении моделирования, чтобы он учитывал другие жидкости и трубопроводы для промышленных применений, таких как пивоварня, нефтеперерабатывающие заводы и пекарня. Кроме того, к турбине могут быть добавлены другие сложные датчики, чтобы расширить ее возможности, помимо измерения расхода и количества.

Текущий прототип интеллектуального счетчика имеет три ограничения: (i) Он затрудняет обнаружение небольших потоков воды (например, менее 200 л / ч), которые недостаточно мощны, чтобы заставить турбину вращаться.Это особенно верно для обнаружения утечек, что не позволяет ему стать сильным конкурентом традиционным механическим счетчикам. Одним из возможных решений является использование качающегося поршня или нутирующего диска (т. Е. Измерительного механизма в счетчиках прямого вытеснения) для приведения в движение ротора предлагаемого интеллектуального счетчика. (ii) Большой поток воды представляет собой другую проблему из-за насыщения магнитов и скольжения турбины, при котором поток воды выходит за пределы турбины и больше не влияет на скорость вращения турбины.Таким образом, сложно точно измерить расход воды выше определенного порога. Чтобы смягчить эту ситуацию, можно выбрать магниты с более сильным магнитным полем. (iii) Модуль Bluetooth имеет небольшой диапазон связи, что ограничивает расстояние между интеллектуальным счетчиком и его приемным узлом. Можно выбрать другую беспроводную технологию с большей дальностью связи. В нашей будущей работе будут изучены эти варианты и улучшена текущая конструкция интеллектуального счетчика с автономным питанием.

Кроме того, в этой статье мы предположили, что вода из городской водопроводной сети имеет постоянную плотность и объемную долю газа.Резкое изменение плотности воды повлияет на точность предлагаемого водомера. Например, увеличение объемной доли газа приведет к снижению плотности воды, что приведет к снижению напряжения, генерируемого водотурбинным генератором. Чтобы справиться с этой проблемой, можно добавить дополнительный фотоэлектрический датчик плотности воды для предоставления информации обратной связи микроконтроллеру, принятому в этой конструкции, который будет корректировать свой алгоритм для вычисления объема воды на основе генерируемого напряжения в режиме реального времени.Это часть нашей будущей работы по этой теме.

A Приложение для беспроводной сенсорной сети

В этом документе представлены несколько предлагаемых и существующих интеллектуальных систем счетчиков коммунальных услуг, а также их коммуникационные сети для определения проблем создания масштабируемых интеллектуальных сетей счетчиков воды. Сетевое моделирование выполняется для трех сетевых топологий (звезда, дерево и сетка), чтобы определить их пригодность для сетей интеллектуальных счетчиков воды. Моделирование показало, что после превышения порогового значения количества узлов задержка сети резко возрастает независимо от реализованной топологии.Этот порог устанавливается при относительно небольшом количестве узлов (50), и использование топологий сети, таких как дерево или сетка, помогает облегчить эту проблему и приводит к меньшим задержкам в сети. Дальнейшее моделирование показало, что успешная передача пакетов прикладного уровня в сети с 70-оконным деревом узлов может быть улучшена на 212%, когда конечные узлы передают данные только на свой ближайший узел маршрутизатора. Также была исследована взаимосвязь между процентом успешных пакетов и различными размерами пакетов, и уменьшение размера пакета в 16 раз привело к увеличению количества успешно принятых пакетов на 156% или 300% в зависимости от настройки сети.

1. Введение

Жилой, коммерческий и промышленный секторы получают и платят за коммунальные услуги, такие как природный газ, электричество или воду, через коммунальную компанию. Эти ресурсы тщательно управляются для обеспечения устойчивости, и использование клиентов регистрируется для выставления счетов, а также для целей прогнозирования спроса.

Счета для клиентов, у которых установлен счетчик коммунальных услуг, выставляются в соответствии с их использованием, и этот процесс для счетчиков воды традиционно вовлекал сотрудника коммунальной компании, который посещал помещения, чтобы вручную записать показания счетчика [1].Этот процесс требует много времени, неточен и подвержен коррупции и воровству [1, 2]. Для решения этих проблем коммунальные предприятия сосредотачивают свое внимание на технологиях, которые сделают возможным автоматическое считывание показаний счетчиков (AMR). Благодаря использованию новых технологий счетчики коммунальных услуг превращаются в интеллектуальные сенсорные узлы, которые являются частью сенсорной сети, которая обменивается данными с централизованным управлением и местоположением данных.

AMR не только позволит коммунальным предприятиям собирать измерения автоматически, но и откроет путь для дистанционного управления и настройки счетчиков путем добавления сетевого и интеллектуального электронного контроллера.Растущая тенденция заключается в замене или модернизации счетчиков воды для обеспечения возможности AMR. Движение к AMR является частью движения за интеллектуальные сети, а также более крупного движения за умный город, в котором технологии разрабатываются и используются для улучшения всех аспектов жизни человека с такими целями, как автоматизация, снижение энергопотребления и снижение затрат [3].

Движение за интеллектуальные сети в основном сосредоточено на добавлении инфраструктуры связи к существующей инфраструктуре энергосистемы для повышения эффективности всей энергосистемы [4].В то время как интеллектуальная сеть ориентирована на обеспечение электроэнергией, сектор водоснабжения разделяет многие из тех же проблем, таких как кибербезопасность, масштабируемость и взаимодействие с унаследованными системами.

Использование AMR генерирует обширный непрерывный поток данных, которые необходимо правильно обрабатывать, прежде чем будут достигнуты преимущества применения аналитических инструментов к этому потоку данных [5]. Масштабируемая архитектура связи также необходима для обработки большого количества узлов в интеллектуальной инженерной сети. Коммунальные предприятия могут использовать тщательно разработанную системную архитектуру для всех поставляемых утилит для создания интегрированных систем управления, баз данных и коммуникаций.

Для создания интеллектуальных инженерных сетей требуется нечто большее, чем просто интеллектуальные счетчики, а скорее создание инфраструктуры расширенного учета (AMI) для обеспечения возможностей мониторинга и управления от источника до потребителя. Существующие инженерные сети были построены как централизованная система с интеллектуальными аспектами системы в центральных местах с небольшим интеллектом, обнаруженным в географически разнесенных элементах распределения [4]. Однако в будущих сетях будет использоваться двусторонняя связь между интеллектуальными компонентами для повышения надежности и эффективности [4].

Включая автоматическое считывание показаний счетчиков с помощью интеллектуальных счетчиков коммунальных услуг, коммунальные предприятия получают несколько преимуществ. AMR позволяет коммунальным предприятиям внедрять автоматизированные системы биллинга, контролировать спрос и предложение в режиме реального времени, обеспечивать удаленное управление счетчиками, обнаруживать кражи и удаленно обнаруживать неисправности [2, 6]. Система AMR также может быть расширена для измерения не только количества воды, но и качества воды [7]. Когда возникает нехватка воды, коммунальные компании часто реагируют введением ограничений на воду, таких как запрет на полив садов вне установленных периодов времени.Без каких-либо данных о потреблении воды потребителем может быть сложно определить, нарушают ли потребители эти ограничения, но AMR может служить источником данных об использовании почти в реальном времени.

При отсутствии или редко считывании данных вручную коммунальные компании делают оценки на основе исторических данных при расчете использования домохозяйством [1]. Использование мониторинга в реальном времени позволяет не только получать точные ежемесячные счета, но и предоставлять гораздо больше информации о ежемесячных моделях потребления домохозяйством [8].Этот новый источник точных данных об использовании также может быть использован для улучшения схем вознаграждения клиентов и позволит потребителям лучше экономить деньги, если они ограничивают свое использование до непиковых часов. Таким образом, потребители также выиграют от автоматического считывания показаний счетчиков.

Использование AMR и AMI имеет много преимуществ, но есть и недостатки. Их реализация потребует не только значительных финансовых вложений, но также должна быть поддержана и желательна потребителями. Стоимость AMR распространяется не только на сами счетчики, но и на модернизацию централизованного управления и расположения данных для добавления возможностей хранения и обработки данных.Персонал необходимо будет переобучить, и нужно будет создавать кампании, чтобы заручиться поддержкой потребителей.

Потребители имеют проблемы с конфиденциальностью из-за того, что их интеллектуальные счетчики записывают большой объем данных об их повседневных привычках [9]. Одна из их основных проблем — обнаружение их присутствия в их домах с использованием этих данных [10]. Для интеллектуальной сети разрабатываются схемы сохранения конфиденциальности для обеспечения конфиденциальности клиентов [10]. Безопасность данных, как и самой сети, также вызывает беспокойство, поскольку сеть может подвергаться киберугрозам [11].Привычки использования могут быть представлены заказчику посредством использования облачных сервисов, но при таком подходе также необходимо решить проблему безопасности [12].

Обычно используемой технологией связи в таких приложениях, как домашняя автоматизация, удаленный мониторинг и интеллектуальное освещение, является ZigBee, основанная на спецификации IEEE 802.15.4 [3]. Zigbee фокусируется на верхних уровнях сетевого стека, поскольку IEEE 802.15.4 определяет только два нижних уровня [13]. В дополнение к рекомендациям Национального института стандартов и технологий США (NIST) для сетей интеллектуальных сетей в жилых домах, счетчики на основе ZigBee также предпочитаются некоторыми поставщиками интеллектуальных сетей [3].Конструкции на основе ZigBee популярны в сфере интеллектуальных коммунальных услуг из-за низкого энергопотребления и экономической эффективности [14–16]. Однако у использования ZigBee есть недостатки, такие как пропорциональное увеличение помех при увеличении количества узлов, а также низкая пропускная способность [2]. Эти недостатки проявятся только тогда, когда исследователи в области AMR создадут экспериментальную установку достаточного размера, например, большие сети вместо небольшого доказательства концепции сети.

В то время как счетчики газа, электроэнергии и воды имеют уникальные проблемы при измерении соответствующего ресурса, проблемы проектирования при создании систем интеллектуальных счетчиков очень похожи.Например, во всех трех случаях установка счетчиков обычно выполняется во время строительства здания, а модернизация существующих счетчиков для создания интеллектуальных счетчиков требует модернизируемых конструкций. Существующие счетчики изначально устанавливались без учета требований к питанию и сети интеллектуальной системы счетчиков.

2. Интеллектуальные счетчики воды

Интеллектуальные счетчики воды могут быть разработаны с использованием различных технологий, в зависимости от нескольких факторов: стоимости, масштабируемости и сетевых требований, а также от того, модернизируются ли существующие счетчики или заменяются новой конструкцией интеллектуальных счетчиков воды.Перед проектированием сети для интеллектуальной системы счетчиков воды полезно сначала изучить сам счетчик, чтобы понять не только данные, которые необходимо отправить, но и любые другие требования к конструкции.

Умные водомеры измеряют расход воды, используя в основном два подхода: обработку изображений или с помощью датчиков. Обработка изображения на дисплее измерителя позволяет легко модернизировать существующие аналоговые измерители [17–19], в то время как подходы на основе датчиков используют либо магнитные [1, 20], либо емкостные датчики [21].

2.1. Интеллектуальные счетчики воды с использованием магнитных датчиков

В [1] была успешно разработана система интеллектуальных счетчиков воды, предназначенная для мониторинга потребления воды в режиме, близком к реальному времени. Был построен интерфейсный узел счетчика, который считает импульсы, генерируемые герконом внутри счетчика воды. Каждый раз, когда через счетчик проходит определенное количество воды, генерируется новый импульс.

В модернизируемой системе расход измеряется внешне по отношению к существующему аналоговому счетчику воды путем присоединения настраиваемого магнитного датчика [20].Уже установленный водомер измеряет расход, контролируя вращающуюся магнитную муфту. Магнитное поле муфты, однако, можно обнаружить за пределами измерителя, и с помощью туннельного магниторезистивного устройства (TMR) внешняя система также может измерять скорость потока без каких-либо изменений внутренних компонентов измерителя [20].

Интеллектуальный счетчик воды был построен в [22] с магнитными датчиками Холла, считывающими магнит, прикрепленный к крыльчатке счетчика воды. Был разработан алгоритм определения направления потока воды для определения периодов, когда контроллер может быть переведен в спящий режим.

2.2. Интеллектуальные счетчики воды с использованием емкостного считывания

Недорогой бесконтактный стрелочный датчик был разработан для счетчика воды [17, 21]. Интеллектуальный счетчик состоит из механического счетчика воды с электронной схемой, встроенной в дисплей, способной определять положение стрелки указателя. На рисунке 1 показана конструкция датчика. Под каждым номером циферблата (см. Рис. 2) была добавлена ​​медная фольга, как показано на рис. 1.

Электронная схема использует генератор сигналов для отправки прямоугольной волны (определенной частоты) через металлическую стрелку и комбинация металлической стрелки, медной фольги и воды между этими двумя проводящими объектами образует конденсатор [21].Применяя методы емкостного восприятия сигнала с помощью контактных площадок, каждая из которых подключена к контактной площадке (медная фольга под номером), можно определить положение стрелки. Система была протестирована с использованием 300 тестовых образцов, взятых в течение 30-дневного периода, и показала успешность более 95% [21].

Программируемая вентильная матрица (FPGA) использовалась для реализации генератора сигналов, выполнения обработки сигналов и отправки данных через RF-модуль на сервер [21].

2.3. Интеллектуальные счетчики воды с использованием обработки изображений

Обработка изображений — популярный метод в интеллектуальных счетчиках воды, который особенно полезен, если требуется модернизируемая конструкция, поскольку для захвата изображения счетчика воды для обработки можно использовать модуль внешней камеры.Такой подход не требует модификации внутренней конструкции существующего счетчика. Пример дисплея аналогового водомера показан на Рисунке 2. Дисплей состоит из нескольких циферблатов с указателем (или стрелками), а также цифрового циферблата. Подход, основанный на обработке изображений, должен быть разработан с учетом конкретных моделей счетчиков воды, поскольку дисплеи будут отличаться.

2.3.1. Обработка цифровых символов на цифровом циферблате

Цифровая шкала водомера использует несколько наборов цифровых символов 0–9 для отображения расхода воды.Одна из выявленных проблем при использовании обработки изображений на этом циферблате заключается в том, что цифры меняются по мере увеличения, а захваченные изображения могут содержать два половинных символа для определенной цифры [18]. Пример этого явления показан на рисунке 3.

Предлагаемое решение было найдено в литературе, где две искусственные нейронные сети с адаптивным обучением с обратным распространением обучались либо с выборками полных символов, либо с выборками повторяющихся символов [18]. Система распознает, появляется ли на изображении одинарный или двойной ряд символов, а затем использует соответствующую обученную сеть.Точность, которая была достигнута с 500 тестовыми изображениями, составила около 99%.

Искусственная нейронная сеть (ИНС) — это алгоритм / модель обработки, слабо смоделированная по образцу биологической нервной системы (например, мозга) и состоящая из сети взаимосвязанных узлов, выполняющих обработку [23, 24]. Эти узлы обучаются с использованием входных данных, для которых известны правильные выходные данные, а затем на основе правильности выходных данных сети настраиваются внутренние узлы [18, 23]. Существует несколько различных типов ИНС, которые использовались для обработки изображений [18, 23, 25].

Обработка изображений с помощью искусственной нейронной сети Кохонена была выполнена в приложении для измерения воды в Индонезии [25]. Приложение MATLAB интерпретирует изображения цифрового циферблата водомера, снятые камерой мобильного телефона. Ограничения этой системы состоят в том, что изображения счетчика воды должны быть получены вручную на счетчике и что эти изображения должны быть переданы с мобильного телефона на компьютер для обработки [25]. Фотографии были сделаны в идеальных погодных условиях, и для оценки системы использовалось всего 15 изображений.

Выбранная фаза предварительной обработки неэффективна для устранения несбалансированной яркости, отражений, царапин и / или грязи на стекле измерителя [25]. Общая точность обработки изображений составила 86,67% [25].

2.3.2. Обработка циферблатов с указателями

Обнаружение положения указателя на многоточечном дисплее выполнялось с использованием специального алгоритма [19]. Алгоритм пытается найти каждый дополнительный циферблат с помощью обнаружения круга. Алгоритм был разработан как альтернатива широко используемым методам, основанным на преобразовании Хафа, поскольку преобразование Хафа слишком медленное для систем реального времени [19].Тестирование алгоритма проводилось с использованием 48 изображений, и указатели могли быть расположены с точностью 93,75% [19]. Сравнение скорости их алгоритма и методов, основанных на преобразовании Хафа, не проводилось. Никаких работ по определению значения, показываемого этими указателями, не проводилось.

Другой метод определения местоположения циферблатов был основан на преобразовании Фурье [26]. Когда изображения шкалы измерителя снимаются под разными углами, в результате получается разная степень наклона изображения, которую необходимо исправить [26].Вместо использования алгоритма на основе преобразования Хафа для коррекции наклона используется новый алгоритм, основанный на преобразовании Фурье. Система была протестирована с использованием 200 изображений, и была достигнута 100% точность определения местоположения (однако подробные сведения о тестовой установке не представлены) [26].

2.3.3. Распознавание изображений в системах интеллектуальных счетчиков без учета воды

Обработка изображений использовалась для интерпретации дистанционно полученных показаний существующих механических счетчиков газа [27]. Узел интеллектуального датчика использует камеру и 2.Радиочастотный модуль 802.15.4 4 ГГц для ежемесячной отправки изображения через многопозиционную сеть ZigBee на сервер для обработки. Серверное программное обеспечение использовало библиотеку обработки изображений OpenCV для распознавания цифровых изображений, которая использует алгоритм автоматического преобразования [27]. Никаких указаний на характер работы этого алгоритма не дается.

В другой системе интеллектуального газового счетчика, основанной на обработке изображений, изображения передаются с помощью радиочастотного модуля на шлюзовое устройство [28]. Устройства шлюза сохраняют показания в базе данных, к которой можно получить удаленный доступ через Интернет.Устройство шлюза (плата BeagleBone) выполняет обработку изображений с помощью вероятностной нейронной сети (PNN), распознающей числовые символы. Следует отметить, что эта система не может успешно справиться с проблемой наложения цифр, описанной ранее, и отбрасывает текущее изображение и повторно пытается выполнить процесс, используя новое изображение [28].

Скорость распознавания изображений в этой системе составляет 87,97% (распознавание всех 8 цифр данного измерения). Время обработки изображения шлюзовым устройством по сравнению с компьютером для файлов двух разных размеров было в ≈8 раз меньше [28].

3. Сети и связь

Для того, чтобы коммунальные предприятия могли успешно внедрить систему AMR, умные водомеры должны быть вездесущи в жилом, коммерческом и промышленном секторах. Таким образом, система будет состоять из большого количества интеллектуальных счетчиков воды (возможно, миллионов), каждый из которых должен иметь возможность эффективно отправлять и получать данные. Таким образом, коммунальные компании должны внедрять интеллектуальные инженерные сети (SUN) [29], способные поддерживать географически разнесенные устройства.Проблемы при построении эффективных SUN очень похожи на проблемы, с которыми сталкиваются промышленные беспроводные сенсорные сети (IWSN) [30]. Обе области сталкиваются с такими проблемами, как отсутствие существующей сетевой инфраструктуры и крупномасштабное развертывание [30]. Общие соображения по сети включают энергопотребление, задержку, безопасность и надежность [3].

Сети SUN могут быть проводными или беспроводными, каждая из которых имеет уникальные преимущества. Системы AMR также имеют различные сетевые топологии — от каждого счетчика, напрямую связанного с концентратором (ами) обработки, до больших ячеистых сетей счетчиков, которые обмениваются данными с концентратором (ами) обработки через шлюзовые устройства.Эти шлюзовые устройства могут собирать данные с нескольких счетчиков перед отправкой данных в концентратор (-ы) обработки.

3.1. Проводные системы

Проводные системы варьируются от простых систем, использующих кабели RS232 или USB, до более продвинутых систем, использующих связь по линии электропередач или использующих сеть телефонных линий [1, 2, 8, 14]. Уже проведены работы по использованию сетей связи по линиям электропередачи и телефонных линий [2, 3] для приложений AMR. В зависимости от требуемого расстояния проводные системы могут обладать многими преимуществами по сравнению с беспроводными системами, такими как простота, низкий уровень помех и высокая безопасность данных.По мере увеличения необходимого расстояния передачи эти преимущества уменьшаются, особенно если учесть более высокие затраты на установку и обслуживание проводной системы [1, 14].

3.2. Беспроводные системы

Технологии беспроводной связи отличаются друг от друга по скорости передачи, максимальной дальности связи и требованиям прямой видимости. Кроме того, требования к желаемой топологии сети также определяют подходящую технологию [1].Стандарт IEEE 802.15.4 предоставляет процедуры для физического (PHY) и среднего уровня доступа (MAC) для низкоскоростной беспроводной персональной сети (LR-WPAN). Стандарт IEEE 802.15.4 специально разработан для сенсорных сетей с низким энергопотреблением и низкой скоростью передачи данных [13].

3.2.1. Сетевые топологии

Две основные топологии в стандарте IEEE 802.15.4 — звезда и одноранговая сеть [13]. Различные сетевые топологии могут быть построены из основных топологий, например, звезды, дерева, дерева кластеров и сетки, каждая из которых имеет разные преимущества [31].Узел назначения в сети IEEE 802.15.4 обычно называется узлом-приемником, и сеть может иметь несколько узлов-приемников [13]. Беспроводная сеть может быть однородной или гетерогенной в зависимости от того, имеют ли узлы датчиков одинаковые возможности и функции [32].

Сеть IEEE 802.15.4 состоит из полнофункциональных устройств (FFD) или устройств с ограниченными функциями (RFD), причем RFD обычно являются сенсорными устройствами (также называемыми узлами датчиков), которые просто передают или принимают данные в FFDS для дальнейшей передачи. /обработка.Узел-координатор — это FFD, который обрабатывает управление сетью, а также создание сети, в то время как узлы маршрутизатора являются FFD, ответственными за передачу данных по наиболее оптимальному маршруту [13, 31].

Процедура, которая позволяет устройствам подключаться к беспроводной персональной сети (WPAN) IEEE 802.15.4, называется процедурой ассоциации. После того, как устройство просканировало доступные WPAN и выбрало желаемую сеть, запускается процедура ассоциации [13]. Если эта процедура прошла успешно, между устройствами в сети устанавливаются родительско-дочерние отношения.Эти отношения можно рассматривать как дерево, корень которого является устройством координатора сети [13].

Стратегии формирования топологии в сетях IEEE 802.15.4 были исследованы для различных сетевых настроек [13]. Топология кластерного дерева с одним или несколькими приемниками была смоделирована (с использованием программного обеспечения сетевого моделирования ns-2) и измерена производительность результирующих сетей. В результирующей сети вычислялось среднее количество потомков на одного родителя, максимальное количество потомков на одного родителя и высота дерева.Деревья с большой глубиной приводят к длинным путям маршрутизации данных, в то время как короткие деревья приводят к чрезмерному количеству узлов на нижних уровнях [13]. Анализ показал, что для того, чтобы сеть была эффективной, необходимо правильно контролировать глубину дерева, но этот процесс может быть трудным. Очень низкая глубина дерева приводит к тому, что некоторые узлы не имеют сетевого подключения [13].

Анализ также обнаружил, что собственная процедура неограниченного связывания IEEE 802.15.4 приводит к деревьям со слишком большой глубиной. Эта проблема была решена ZigBee Alliance в технологии ZigBee, которая допускает ограничения на глубину дерева и количество дочерних узлов, которые может иметь родительский узел, и допускает правила выбора координатора [13].

3.3. ZigBee Smart Energy

При использовании технологии ZigBee данные передаются с использованием профиля приложения [33]. Профили приложений могут быть общедоступными (определенными ZigBee Alliance) или частными профилями, определенными производителем. Каждый профиль приложения имеет уникальный идентификационный номер и используется для указания того, что устройство предназначено для такой области, как домашняя автоматизация, здравоохранение или несколько других. Широкий спектр устройств, поддерживающих ZigBee, может принадлежать к данному домену, и цель домена — гарантировать, что устройства разных производителей будут работать в гармонии друг с другом [33].

Один общедоступный профиль приложения — это спецификация ZigBee Smart Energy. Эта спецификация предназначена для секторов доставки и использования воды и энергии. Продукты, отвечающие за мониторинг, управление и автоматизацию в этих секторах, могут использовать различные версии этой спецификации (1.0, 1.1 и 2.0) для обеспечения совместимости друг с другом при подключении к одной и той же домашней сети (HAN).

3.4. Топологии сети ZigBee

Выбор топологии сети имеет решающее значение для успеха SUN, и правильно выбранная топология позволит легко масштабировать по мере роста сети, устранить узкие места, избыточность и самоорганизацию, а также низкую стоимость.Три топологии, поддерживаемые в системах на основе ZigBee [34], можно увидеть на Рисунке 4.

В топологии звездообразной сети на Рисунке 4 конечные устройства напрямую взаимодействуют с координатором. Все коммуникации должны проходить через координатора, и этот тип топологии страдает от перегрузки по мере увеличения количества конечных узлов. Этот тип топологии не подходит для SUN из-за большого количества устройств (интеллектуальных счетчиков) в сети.

В проектной схеме для беспроводной интеллектуальной системы счетчиков воды [15] топология сети «звезда» используется для произвольной сети счетчиков воды с центральным сервером обработки данных.Однако проектная схема представляет собой только теоретическую сеть, и никакая сеть не строилась и не оценивалась.

Сеть кластерного дерева на рисунке 4 является частным случаем древовидной топологии и добавляет в сеть маршрутизаторы, которые действуют как посредники между устройствами [31]. Этот тип топологии увеличивает радиус действия сети за счет создания кластеров и позволяет данным перескакивать между маршрутизаторами во время передачи данных в сети [34].

Ячеистая топология сети (также называемая одноранговой) имеет одного координатора, и любое устройство может связываться с другим напрямую или через несколько переходов для маршрутизации данных через сеть.Эта топология увеличивает надежность, поскольку данные могут быть перенаправлены в случае отказа узла [13, 34].

3.5. Опции беспроводной связи

Беспроводную связь, используемую в инженерных сетях, можно разделить на 3 области: домашние сети (HAN) в помещениях, состоящие из интеллектуальных счетчиков, а также других устройств, соседние сети (NAN), состоящие из счетчиков, и шлюзы. в районе и, наконец, в глобальных сетях (WAN), в которых шлюзы взаимодействуют с сетью коммунального предприятия [29].

В 2012 году новая поправка (4g), касающаяся элемента NAN интеллектуальных инженерных сетей, была добавлена ​​в стандарт IEEE 802.15.4 для LR-WPAN [29]. Эта поправка должна была предоставить стандарт, позволяющий создавать непатентованные решения для этих сетей.

В зависимости от того, где будет установлен интеллектуальный счетчик, прямая видимость ближайшего шлюзового устройства или другого счетчика может быть невозможна. Коммуникационные технологии, такие как Near Field Communications (NFC), Bluetooth, Wi-Fi или инфракрасный порт, могут помочь в автоматизации считывания показаний счетчиков, позволяя работникам коммунальных служб носить с собой портативные устройства, которые обмениваются данными с интеллектуальным счетчиком воды.Эти технологии имеют короткую дальность связи (несколько метров) и будут непрактичными в NAN, поскольку для их диапазонов передачи данных потребуется большое количество шлюзов. Варианты связи для интеллектуальных счетчиков воды включают [2] (i) радиочастоту ближнего действия (RF), (ii) глобальную систему мобильной связи (GSM), (iii) всемирную совместимость для микроволнового доступа (WiMAX), (iv) долгосрочную перспективу. Эволюция (LTE).

Были выполнены подробные сравнения между различными технологиями связи, используемыми для интеллектуальных сетей [3] и для приложений автоматического считывания показаний счетчиков [2].Эти сравнения показали, что каждая технология имеет уникальные преимущества, но также имеет и недостатки. Высокие скорости передачи данных могут быть достигнуты, но это увеличивает стоимость, а недорогие решения, такие как ZigBee, чувствительны к помехам от сетей 802.11 поблизости.

3.6. Существующие и предлагаемые сети интеллектуальных счетчиков воды

Пример интеллектуальной системы учета электроэнергии для энергокомпании был построен в Малайзии [14]. Эта система использует модуль ZigBee, прикрепленный к каждому счетчику, для передачи результатов измерений в узел-сборщик, который затем использует GSM для отправки данных на центральный компьютер для обработки.В этой системе используется топология ячеистой сети, позволяющая счетчикам, находящимся слишком далеко от узла-коллектора, передавать свои данные ближайшим счетчикам для пересылки в узел-сборщик. Такой подход увеличивает эффективную зону покрытия узла-коллектора. Однако узел-сборщик является узким местом, а также единственной точкой отказа, поскольку все данные должны проходить через этот узел, чтобы достичь центрального компьютера.

Система интеллектуального счетчика воды использует RF-модуль, соответствующий стандарту IEEE 802.15.4, для отправки данных от интеллектуального счетчика воды к шлюзу [1].Шлюз работает под управлением операционной системы реального времени (RTOS), известной как Contiki OS, с поддержкой 6LoWPAN (IPV6 через беспроводную сеть с низким энергопотреблением). Затем данные отправляются в серверную систему для анализа и отображения. Собранные данные отображаются с помощью веб-интерфейса, а также с помощью инструмента мониторинга (Pandora FMS) [1].

Сеть ZigBee с многозвенной (ячеистой) топологией используется для передачи изображений, снятых с дисплея газового счетчика, на сервер для обработки [27]. Описан алгоритм преобразования изображения, который делит изображения на блоки перед передачей блоков по сети.В узле назначения изображения реконструируются из отдельных блоков [27]. Алгоритм выбора кратчайшего пути также используется для определения кратчайшего маршрута для отправки пакетов. Никакой информации о производительности этих алгоритмов или сети предоставлено не было [27].

Топология сети «звезда» используется в другой интеллектуальной системе газовых счетчиков, и изображения, передаваемые по беспроводной сети с разных счетчиков, отправляются на устройство шлюза [28]. Устройство шлюза также подключено к Интернету, чтобы обеспечить удаленный доступ к показаниям, сохраненным в базе данных.Тестирование производительности сети проводилось путем отправки изображений на шлюз с увеличивающихся расстояний, и потери пакетов происходили на расстояниях более 10 м [28]. Время передачи файлов изображений различного размера на фиксированном расстоянии 10 м также было исследовано, и большие размеры файлов приводили к увеличению времени передачи [28].

Предлагаемая система мониторинга воды в реальном времени [21] полагается на технологию GPRS для передачи данных с нескольких счетчиков в центр управления. Несколько счетчиков отправляют свои данные в узел сбора данных, который затем передает данные в центр управления.Система мониторинга нескольких счетчиков является только теоретической, и не учитываются такие факторы, как масштабируемость и надежность.

Предлагаемая система дистанционного измерения мощности использует комбинацию Bluetooth, GPRS и инфракрасных технологий [35]. Центральный центр мониторинга отправляет инструкции через GRPS концентраторам данных, которые, в свою очередь, запрашивают данные у сборщиков данных с помощью Bluetooth. Коллекторы данных подключены к нескольким цифровым измерителям мощности с помощью шины RS485. В случае, если технология GPRS или Bluetooth не может успешно обмениваться данными, предлагаемая система предполагает, что персонал, оснащенный портативными инфракрасными считывателями счетчиков, собирает измерения с каждого счетчика [35].Затем собранные измерения передаются в систему мониторинга через интерфейс RS232 [35]. Никакого сетевого моделирования для определения производительности предлагаемой системы представлено не было.

В то время как хорошо спроектированная система могла бы обеспечить отключение связи, предлагаемая система потребует большого количества ручного труда и командировок, поскольку персоналу потенциально придется преодолевать большие расстояния между счетчиками и центром мониторинга.

Большинство сбоев связи обычно являются временными, поэтому система, в которой измерения хранятся локально, для передачи после восстановления связи не потребует вмешательства человека.Для этого метода локального хранения потребуется метод локального доступа (например, через порт USB), если связь по-прежнему прерывается и персоналу необходимо вручную записывать измерения.

3,7. Моделирование сети

В различных сетях интеллектуальных счетчиков воды, рассмотренных в этой статье, использовались различные сетевые топологии и технологии. Чтобы оценить пригодность выбранных топологий, можно использовать программное обеспечение сетевого моделирования для оценки их производительности.

Было разработано несколько симуляторов для беспроводных сенсорных сетей (WSN) [36].Сетевое моделирование может выполняться в вычислительной среде, такой как MATLAB, с сериями ns (ns-1, ns-2 и ns-3) сетевых симуляторов или с несколькими другими подходящими программами сетевого моделирования. Ключевыми различиями между различными программами являются стоимость, поддерживаемые протоколы, масштабируемость сети и поддержка расширений [36].

Обычно используемый сетевой симулятор — это Riverbed Modeler, ранее известный как OPNET Modeler. Riverbed Modeler поддерживает 802.15.4 ZigBee MAC и использует подробные модели при моделировании радиопередач [36].Была исследована возможность использования OPNET Modeler для изучения сетей ZigBee, и было обнаружено, что результаты моделирования согласуются с другими программными симуляторами и что сети легко развертывать [37].

Проблема в беспроводных сенсорных сетях называется проблемой горячей точки и возникает в больших сетях в ситуациях, когда удаленные узлы должны связываться с остальной частью сети и делать это через другой узел [16]. Этот узел отвечает не только за свой трафик, но и за весь трафик к удаленному узлу и от него, что приводит к более высокому энергопотреблению.Эта проблема также возникает в сетях с несколькими переключениями, где узлы, расположенные ближе всего к базовой станции, обрабатывают большую часть трафика. Это также происходит в сетях ZigBee, поскольку все узлы должны связываться с узлом-координатором.

Предлагаемое решение этой проблемы — сделать узел координатора мобильным. OPNET Modeler использовался для определения того, как мобильность координатора влияет на пропускную способность сети [16]. Из моделирования было определено, что лучшая пропускная способность достигается, когда координатор остается неподвижным.В случаях, когда координатор должен быть мобильным, необходимо тщательно рассмотреть путь перемещения, иначе пропускная способность значительно упадет из-за потери пакетов. Чтобы избежать чрезвычайно низкой пропускной способности, можно использовать случайный маршрут [16].

4. Сетевое моделирование в Riverbed Modeler

4.1. Настройка моделирования

Моделирование было создано для оценки влияния на производительность реализации различных сетевых топологий в сети интеллектуальных счетчиков воды на основе ZigBee. Моделирование звездных, ячеистых и древовидных сетей было создано в Riverbed Modeler.

В типичной сети интеллектуальных счетчиков воды конечные узлы (моделируемые узлами оконечных устройств ZigBee) будут периодически отправлять измеренное потребление воды в точку сбора (моделируемую узлом координатора ZigBee). В дополнение к получению этих измерений точка сбора может также периодически связываться с конкретными измерителями, чтобы вручную запрашивать измерения или выполнять административные задачи. Чтобы моделировать такое поведение, конечные устройства ZigBee были настроены на периодическую отправку данных на узел-координатор, в то время как узел-координатор был настроен на отправку данных на случайные узлы в моделируемой сети.

Моделирование использовалось для оценки сквозной задержки MAC для различных топологий, потери пакетов в зависимости от количества узлов, скорости успешной передачи в зависимости от места назначения и скорости приема пакетов прикладного уровня в зависимости от размера пакета. Моделирование было ограничено первыми 10 минутами сетевого трафика для любой данной сети.

Все устройства ZigBee были настроены с настройками, показанными в таблицах 1, 2 и 3. Сеть, созданная в Riverbed Modeler, показана на рисунках 5–7.Эти фигуры были созданы с помощью функции моментальных снимков в Riverbed Modeler. В конкретный момент моментального снимка некоторые узлы могут не взаимодействовать активно и, следовательно, казаться неподключенными (однако они имеют сетевое подключение).

Только диапазоны передачи полоса включена0 9109.0 Параметры MAC-уровня Статус Включено Продолжительность ожидания ACK (секунды) Минимальная экспонента отсрочки 3 Максимальное количество отсрочки 4 Длительность обнаружения канала 0.1 Параметры физического уровня Скорость передачи данных Автосчет Порог мощности приема пакетов 4 −85 4 −85 Мощность передачи 0,05 Общие PAN ID 2itude

1 9184 .0)1 Параметры сети 9018 дети Максимальная глубина 5 Маршрутизация ячеистой сети Отключено Трафик приложения Случайный пакет Случайный пакет Размер пакета Константа (1024) Время начала Равномерное (20,21) Время остановки Infinity 4.2. Оценка сквозной задержки MAC Была проведена оценка сквозной задержки MAC топологий в зависимости от количества конечных узлов. В оптимальной сети один узел-координатор должен иметь возможность обслуживать большое количество конечных узлов без перегрузки сети, приводящей к задержкам и попыткам повтора сообщений.Эта оценка была выполнена с настройкой моделирования «положение детей», установленной на «логическое». Перед тем, как будут представлены результаты работы трех топологий, сначала будет представлена ​​процедура этой оценки. Для каждой топологии сквозная задержка MAC, испытываемая координатором, измеряется для созданной сети с конечными узлами. График результирующих данных одного такого моделирования для звездообразной сети из 40 узлов можно увидеть на рисунке 8. Для определения среднего значения данных графика использовались значения данных 10-минутного моделирования, и среднее значение было рассчитано. Этот процесс был повторен для всех трех топологий сети с конечными узлами (см. Рисунок 9). На рисунке 9 показана измеренная сквозная задержка для трех возможных топологий сети ZigBee. Из этого рисунка видно, что когда количество узлов ограничено (≤50 узлов), задержка для сети с топологией «звезда» остается стабильной, но когда количество узлов превышает этот порог, задержка резко увеличивается. Задержки для древовидной и сеточной топологий на рис. 9 тесно связаны друг с другом, при этом сетчатая топология приводит к немного меньшей задержке.Подобно звездообразной топологии сквозная задержка MAC увеличивается, когда количество узлов превышает 50 для обеих этих топологий, но гораздо медленнее, чем для звездообразной топологии. Эти результаты следуют той же восходящей тенденции, о которой сообщалось для аналогичных расчетов, выполненных другими исследователями [37]. 4.3. Потеря пакетов Вторым аспектом производительности, который оценивался, был процент потери пакетов каждой топологии в зависимости от количества конечных узлов. В оптимальной сети даже при большом количестве конечных узлов не должно происходить потери пакетов.Эту оценку можно увидеть на рисунке 10. Потеря пакетов для каждой топологии представлена ​​на рисунке 10, и для всех трех топологий меньше 0,14%. На рисунке показано, что потери пакетов в звездообразных сетях изначально ниже, чем в других топологиях, но резко возрастают после 30 узлов. Топологии сетки и дерева имеют более высокие начальные потери пакетов, и их потери пакетов резко увеличиваются или уменьшаются в зависимости от количества узлов. 4.4. Оценка места назначения данных Третий оцениваемый аспект производительности — это влияние на производительность модификации конечных узлов таким образом, чтобы они больше не отправляли данные непосредственно на узел-координатор, а отправляли свои данные на свои ближайшие устройства-маршрутизаторы. Узлы маршрутизатора могут использовать технологии с высокой скоростью передачи данных, такие как Ethernet или оптическое волокно, для передачи полученных данных на узел-координатор с гораздо более высокой скоростью, чем беспроводная передача. Причина этой оценки заключается в том, что в сети конечных узлов большой объем беспроводной связи выполняется одним узлом (узлом-координатором), и это приводит к попыткам повторной передачи и пропущенному трафику при изменении положения дочерних элементов в настройке моделирования. от логического до метров.Когда этот параметр установлен на «логический» ноль, происходит потеря пакетов, но когда учитываются расстояния между узлами (установка в метрах), это уже не так. Поэтому беспроводная древовидная сеть с 70 конечными узлами с узлом-координатором в качестве пункта назначения трафика конечного устройства сравнивалась с сетью, в которой конечные узлы передают свои данные на ближайший к ним узел маршрутизатора. Эта передача полученных данных от узлов маршрутизатора к узлу-координатору была исключена при моделировании, поскольку основное внимание при моделировании уделялось успешной передаче данных конечного узла к месту назначения.Предполагалось, что соединения между узлами маршрутизатора и узлом-координатором не имеют потери пакетов и имеют бесконечную пропускную способность. Была записана потеря данных на уровне MAC из-за неудачных передач или пакетов, превышающих порог повторной передачи. Количество отправленных и полученных пакетов уровня приложения также было записано, и результаты показаны в таблице 4. Максимальное количество дочерних узлов узла-координатора было установлено равным 30 узлам, и в этом моделировании сеть была распределена так, чтобы конечные узлы передавали данные через ближайший к ним маршрутизатор. узел. Трафик приложений Назначение Координатор Время прибытия пакетов Константа (1.0) Размер пакета Константа (1024) Время начала Равномерное (20,21) Время окончания Infinity 1 9 битов данных 90 сек172 725 Измерено Назначение данных Узел координатора Ближайший узел маршрутизатора 70 Количество отправленных пакетов прикладного уровня (пакетов / сек) 75 75 Получено пакетов прикладного уровня (пакетов / сек) 17 36 Показатель успешной передачи для сети с деревом из 70 узлов представлен ниже в таблице 4. Таблица 4 показывает, что больше пакетов успешно передается, когда конечные узлы передают свои данные ближайшему маршрутизатору, по сравнению с передачей своих данных непосредственно на узел-координатор. В проектах, где эти маршрутизаторы соединены с помощью соединения с высокой пропускной способностью для передачи данных, этот подход может использоваться для достижения более высоких показателей успешной передачи. Передача данных на узлы маршрутизатора вместо прямой передачи улучшила соотношение полученных и отправленных пакетов прикладного уровня с 23% до 48%. 4.5. Оценка размера пакета В таблице 4 показаны показатели успешности пакетов 23% и 48% для различных подходов к получателю данных. Обе эти скорости довольно низкие, поэтому была проведена четвертая оценка производительности, в которой степень успешности пакета оценивалась по размеру пакета. Успешно принятая скорость пакетов прикладного уровня для различных размеров пакетов показана на рисунке 11. На рисунке 11 показано, что размер пакета является одним из основных факторов, влияющих на коэффициент приема пакетов прикладного уровня.Уменьшая размер пакета в 16 раз, количество успешно принятых пакетов может быть увеличено с 17 до 50 (увеличение почти на 300%) или с 36 до 64 (увеличение на 156%). Это показывает резкое увеличение количества успешных попыток независимо от того, передаются ли данные на узел-координатор или на ближайший узел маршрутизатора. Для пакета размером 64 бита скорость передачи данных на ближайший узел маршрутизатора составила 64 пакета в секунду из возможных 75 (85%). Наклоны линий, показанные на графике, указывают на то, что при уменьшении размера пакета вдвое вероятность успеха увеличивается, но уменьшение отдачи будет происходить для пакетов небольшого размера.Сложность уменьшения размера пакета необходимо сопоставить с улучшением, которое оно может обеспечить, чтобы определить, перевесит ли улучшение значительные проектные усилия, необходимые для достижения меньшего размера пакета. Уменьшение размера пакета также уменьшает количество данных приложения, передаваемых за пакет, поэтому при уменьшении размера пакета необходимо будет передать больше пакетов. 5. Выводы В этом документе исследованы некоторые проблемы, с которыми сталкиваются при создании масштабируемых сетей интеллектуальных счетчиков воды.Три из выявленных проектных соображений — это метод измерения расхода воды, выбранная сетевая технология (звезда, дерево или сетка) и масштабируемость сети благодаря ее топологии. Проведенное сетевое моделирование показало, что на производительность сети сильно влияет количество узлов в сети, а также размер пакета. Моделирование было ограничено только небольшим количеством узлов, но полученные графики показывают, что сеть имеет пороговое количество узлов (50), после которого будет наблюдаться резкое увеличение задержек.Использование топологии ячеистой сети уменьшает это увеличение задержки, обеспечивая лучшую масштабируемость из трех смоделированных топологий сети. Процент потери пакетов для всех трех сетей оставался ниже 0,14% для n = 10–70 узлов. Дальнейшее моделирование также показало, что сеть из 70-оконечного дерева узлов становится перегруженной, когда все конечные узлы передают данные на узел-координатор. Эту перегрузку можно уменьшить, настроив конечные узлы для передачи своих данных на ближайший к ним узел маршрутизатора, а затем используя проводные соединения с высокой пропускной способностью между узлами маршрутизатора и узлом-координатором для пересылки полученных данных.Эта конфигурация улучшила количество поступающих пакетов прикладного уровня с 23% до 48%. Последующее моделирование этой сети с 70-оконным деревом узлов, в которой варьировался размер пакета, показало, что количество поступающих пакетов прикладного уровня может быть дополнительно улучшено за счет уменьшения размера пакета. В сети, где конечные узлы передают свои данные на ближайший к ним узел маршрутизатора, 16-кратное уменьшение размера пакета привело к увеличению вероятности успеха на 156%. Однако это сокращение может оказаться невозможным, поскольку любая выбранная технология будет иметь минимальный размер пакета. Конкурирующие интересы Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Благодарности Тема спонсируется Национальным исследовательским фондом Южной Африки (IFR160118156967), частично Программой поддержки высшего образования (TESP), ESKOM, Южная Африка, Национальным фондом естественных наук Китая (№№ 61572260, г. 61373017, 61572261 и 61672296), а также Проектом научно-технической поддержки провинции Цзянсу (номера BE2015702, BE2016185 и BE2016777). Управление информации о поверхностных водах — Публикации Управление информации о поверхностных водах — Публикации В ответ обратитесь к: Почтовая остановка 415 2 июня 1999 г. ОТДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ТЕХНИЧЕСКИЙ МЕМОРАНДУМ № 99,06 Тема: Уход и техническое обслуживание счетчиков тока с вертикальной осью Управление поверхностных вод (OSW) начало программу замены счетчиков в г. 1988 г. была направлена ​​на оценку надежности счетчиков тока, используемых в поле.Большой процент измерителей AA и пигмеев не смог откалибровать в пределах давно установленных допусков на стандартные рейтинговые таблицы. OSW и гидрологические приборы В настоящее время на предприятии решаются проблемы, связанные с ошибки. Считается, что большинство ошибок возникает из-за различия в характеристиках компонентов счетчика, особенно роторные колеса, произведенные за последние 10 и более лет. Часть ошибок, однако, связано с техническим обслуживанием, ремонтом, и проблемы настройки. Настоящий меморандум предназначен для уточнения и создания Управления водных ресурсов. политика в отношении ухода и поддержания тока с вертикальной осью метры, в основном измерители тока Price AA и пигмеи. Это также устанавливает новые требования к журналам счетчиков тока. Существующая политика изложено в TWRI Книга 8, Глава B2, стр. 11-12, WSP 2175, Vol. 1, п. 93-94 и Технический меморандум OSW № 89.07. Настоящий меморандум снижает требования к счетчику. разбирать и чистить после каждого измерения, как указано в TWRI.Однако он придерживается политики, изложенной в ПОБВ. бумагу о том, что счетчик следует чистить после каждого дня использования (или после каждого измерения в воде, сильно загрязненной осадком). Правила проведения спин-тестов, содержащиеся в Техническом меморандуме. № 89.07 без изменений, но журналы спин-тестов расширены до предоставить дополнительную информацию для определения ковшовых колес и по поводу капитального ремонта. Ключевой принцип поддержания точности, с которой счетчик измеряет скорость воды держит счетчик в том же состоянии в хорошем состоянии, как если бы он был получен от производителя или была перекалибрована.Очистка, регулировка и ремонт. это условие. Следующие процедуры должны быть читал: После дня использования в поле Необходимо снять шарнир и крышку контактной камеры для очистки и слегка смажьте верхнюю и нижнюю опорные поверхности ток-метр масла. (Не используйте масло типа «3-в-1», которое становится липким при подвергается воздействию воды.) Опорные поверхности необходимо проверить на предмет износа или повреждений. особенно точка поворота.Поворот должен быть острым, так как в отличие от округлые или тусклые. На нем не должно быть заусенцев, обнаруживаемых визуально или ноготь. Увеличительное стекло помогает наглядно осмотр. При необходимости следует заменить ось и отрегулировать усы кошки проверены. Усы кошки должны соприкасаться слегка, чтобы дать четкий сигнал и минимизировать сопротивление. Любой старые кошачьи усы с бисерными контактами следует удалить и заменены на имеющиеся в настоящее время кошачьи усы, у которых нет бусинки.Механизм пентасчета должны работать свободно без каких-либо признаков привязки или несоосность. После замены крышки контактной камеры счетчик должен быть повернулся, чтобы убедиться, что он работает правильно. Это должно не обязательно быть проверкой на время отжима, но глюкометр должен можно наблюдать как свободно вращающийся, переходящий в плавный и постепенная остановка, а не вращение с заметным колебание. Если соблюдается одно из этих условий или другое обнаружена неисправность или повреждение, дальнейшая регулировка или ремонт требуется для обеспечения правильной работы перед повторным использованием глюкометра. В течение дня перед измерением расхода счетчик следует проверить на предмет повреждений, загрязнения и воды на несущие поверхности. (При поиске воды ищите молочная эмульсия масла и воды на нижнем подшипнике и шарнир и капли воды в контактной камере.) Если вода находится на несущих поверхностях, их следует просушить и повторно промаслить, потому что вода на этих поверхностях будет влияют на вязкость смазки, существенно изменяя производительность счетчика.Нижний подшипник, наверное, больше уязвимы для проникновения воды. После каждой производственной поездки Используемые счетчики должны быть полностью разобраны, проверены, и почистил. При необходимости произвести ремонт. Приложения 1а, 1b и 2 приведены инструкции по разборке, осмотру и отрегулируйте тип цены AA, как стандартную, так и магнитную головку, и измерители течения пигмеев. Эти инструкции отражают больше более 25 лет совокупного опыта отдельных лиц в Гидравлическая лаборатория OSW, которые отремонтировали и отрегулировали текущие метры в откалибровать в пределах допусков, указанных в стандартной таблице номинальных значений.Эти инструкции предназначены для дополнения найденных инструкций в TWRI, Книга 8, Глава B2, Калибровка и обслуживание измерители тока с вертикальной осью. Неактивные счетчики Перед хранением счетчик необходимо разобрать, осмотрены и очищены, как описано выше. Если период срок хранения менее 1 года, счетчик можно использовать без дальнейшее обслуживание, если это показывают осмотр и тест центрифугирования работает правильно.Если счетчик хранился дольше чем 1 год — или неопределенный срок — чистка и регулировка (как если бы это было через день использования) следует сделать до с помощью глюкометра. Ведение делопроизводства С 1989 года ведутся журналы измерителей тока для записи спин-тестов. данные и ремонт. (См. Технический меморандум OSW № 89.07.) Последовательный с современными требованиями к обеспечению / контролю качества, Журналы измерителя тока должны включать две дополнительные части информация: дата разборки, чистки и осмотра (включая любые существенные наблюдения или действия) и обозначение на роторном колесе.Это обозначение важно, потому что было обнаружено, что некоторые группы ведер колеса имеют другие рабочие характеристики, чем другие. Примерно с 1967 года роторное колесо обозначается как в виде С-89. Буква S указывает на то, что роторное колесо для стандартной рейтинговой таблицы. 89 — это две последние цифры номера год, в котором был передан контракт на закупку роторное колесо (или счетчик, с которым оно было собрано). Пожалуйста обратите внимание, что это обозначение появляется под гайкой ступицы на карлике измерители тока и не видны, если счетчик не разобрали.Если на роторном колесе есть буква, отличная от S, или без буквенного обозначения, пожалуйста, проконсультируйтесь с OSW, чтобы определить, может использоваться со стандартной таблицей рейтингов. Приложение 3 — это рекомендуемый формат журнала измерителя тока для включить новые требования к информации. Район может использовать эта форма или версия, измененная с учетом местных потребностей. Район может также использовать старую форму при условии, что основная информация записано. Информация о новом журнале счетчика даст более высокую уровень прослеживаемости измерителя тока, при котором техническое обслуживание и осмотры регистрируются и роторная группа идентифицированы. Томас Х. Йорк Начальник Управления поверхностных вод Распределение: A, B, FO, PO Вложения [при обработке этой директивы произошла ошибка] [при обработке этой директивы произошла ошибка] Санитарные расходомеры | Приобрести промышленные и высокоточные расходомеры 316SS в Интернете по адресу GPImeters 316SS Промышленное Оборудование для импульсного расходомера доступно в Great Plains Industrial по одной из самых низких цен в Интернете.Мы понимаем, что каждое измерение должно быть точным, и предоставляем вам необходимые данные. Санитарные расходомеры применяются в пищевой промышленности, производстве напитков, а также в химической и водной промышленности. Когда вам нужен расходомер для санитарных нужд, вы можете рассчитывать на надежность и точность GPI. Имея такое большое количество расходомеров различных размеров, мы уверены, что сможем удовлетворить потребности вашего бизнеса. Эти санитарные расходомеры соответствуют строгим требованиям пищевой и фармацевтической промышленности. В Great Plains Industries мы создаем прочные, надежные расходомеры жидкости более 35 лет. Мы поставляем расходомеры, которые являются подлинными расходомерами GPI / Flowmec, новыми с завода. Мы предлагаем полную линейку расходомеров GPI для сантехники, включая турбинные и магнитные. Наша компания может похвастаться одним из крупнейших онлайн-запасов расходомеров. Наш бизнес — это разработка, производство и маркетинг товаров для обработки жидкостей, а также сельскохозяйственных и рекреационных товаров. Мы добиваемся успеха, потому что предоставляем клиентам инновационные, надежные, безопасные, своевременные продукты по конкурентоспособным ценам.При заказе через Интернет вы получаете бесплатную наземную доставку от UPS. Найдите тот, который соответствует вашим потребностям в расходомере, и закажите онлайн сегодня. Вы заинтересованы в том, чтобы узнать больше об измерении потребностей вашего объекта? Свяжитесь с одним из наших представителей по телефону (888) 722-FLOW (3569) или свяжитесь с нами через Интернет! 316SS Высокая точность Высокоточный расходомер доступен в Great Plains Industrial по одной из самых низких цен в Интернете.Мы понимаем, что каждое измерение должно быть точным, и предоставляем вам необходимые данные. Расходомеры высокой точности используются в приложениях, требующих очень высокого уровня надежности и точности. Эти приложения включают воду, пиво или вино. Если вам нужен высокоточный расходомер, вы можете рассчитывать на честность и точность GPI. Имея такое большое количество расходомеров различных размеров, мы уверены, что сможем удовлетворить потребности вашего бизнеса. Эти расходомеры предназначены для использования в предварительных процессах, где требуется высокая точность без утверждения 3-A. В Great Plains Industries мы создаем прочные, надежные расходомеры жидкости более 35 лет. Мы поставляем расходомеры, которые являются подлинными расходомерами GPI / Flowmec, новыми с завода. Мы предлагаем полную линейку расходомеров GPI, включая турбинные и магнитные счетчики. Наша компания может похвастаться одним из крупнейших онлайн-запасов расходомеров. Наш бизнес — это разработка, производство и маркетинг товаров для обработки жидкостей, а также сельскохозяйственных и рекреационных товаров. Мы добиваемся успеха, потому что предоставляем клиентам инновационные, надежные, безопасные, своевременные продукты по конкурентоспособным ценам.При заказе через Интернет вы получаете бесплатную наземную доставку от UPS. Найдите тот, который соответствует вашим потребностям в расходомере, и закажите онлайн сегодня. Вы заинтересованы в том, чтобы узнать больше об измерении потребностей вашего объекта? Свяжитесь с одним из наших представителей по телефону (888) 722-FLOW (3569) или свяжитесь с нами через Интернет! 316SS, высокая точность — 3A Высокоточный расходомер 3A доступен в Great Plains Industrial по одной из самых низких цен в Интернете.Мы понимаем, что каждое измерение должно быть точным, и предоставляем вам необходимые данные. Высокоточные расходомеры с обозначением 3A используются в приложениях, требующих очень высокого уровня надежности и точности. Эти приложения включают воду, пиво или вино. Если вам нужен высокоточный расходомер 3A, вы можете рассчитывать на честность и точность GPI. Имея такое большое количество расходомеров различных размеров, мы уверены, что сможем удовлетворить потребности вашего бизнеса. Символ 3-A признан производителями продуктов питания и напитков по всему миру.Инструмент, отмеченный знаком 3-A, вселяет уверенность в том, что он прошел тщательную проверку третьей стороной и соответствует самым современным санитарным стандартам. В Great Plains Industries мы создаем прочные, надежные расходомеры жидкости более 35 лет. Мы поставляем расходомеры, которые являются подлинными расходомерами GPI / Flowmec, новыми с завода. Мы предлагаем полную линейку расходомеров GPI, включая турбинные и магнитные счетчики. Наша компания может похвастаться одним из крупнейших онлайн-запасов расходомеров.Наш бизнес — это разработка, производство и маркетинг товаров для обработки жидкостей, а также сельскохозяйственных и рекреационных товаров. Мы добиваемся успеха, потому что предоставляем клиентам инновационные, надежные, безопасные, своевременные и конкурентоспособные продукты. При заказе через Интернет вы получаете бесплатную наземную доставку от UPS. Найдите тот, который соответствует вашим потребностям в расходомере, и закажите онлайн сегодня. Вы заинтересованы в том, чтобы узнать больше об измерении потребностей вашего объекта? Свяжитесь с одним из наших представителей по телефону (888) 722-FLOW (3569) или свяжитесь с нами через Интернет! Выбор лучшего типа расходомера для вашего приложения Расходомеры — одни из самых универсальных и неотъемлемых компонентов любой системы обработки жидкостей.Счетчики являются надежным средством контроля эффективности вашей работы, от производства сельскохозяйственных химикатов до водоочистных сооружений, и позволяют получать ощутимые показания для выявления потенциальных проблем в водопроводной системе. Это делает выбор правильного расходомера для вашего приложения еще более важным. Выбор неправильного счетчика приводит к неточностям в ваших процессах мониторинга потока и снижает эффективность всей остальной системы, не говоря уже о значительных непредвиденных расходах. Dultmeier Sales поможет вам в этом. В этом руководстве по выбору расходомера мы рассмотрим несколько распространенных типов счетчиков и различные приложения, в которых они используются. Мы также выделим некоторые ключевые моменты, о которых следует помнить, чтобы вы всегда выбирали лучший расходомер для ваших нужд. Итак, без лишних слов, приступим. Как правильно выбрать расходомер Проще говоря, расходомер — это устройство, которое измеряет поток материала — обычно жидкости или газа — через трубу.Затем расходомер рассчитывает объем и расход измеряемого продукта, называемого «текучей средой». Однако на практике расходомеры сложнее. Во-первых, нет двух одинаковых метров. В зависимости от области применения и потребностей в измерениях у вас может быть несколько вариантов счетчиков или один очень специфический, из которого вы можете выбрать. Еще больше усложняют ситуацию многие внешние факторы, которым должен удовлетворять ваш счетчик, чтобы достичь своей предполагаемой цели.Как говорится, «дьявол кроется в деталях», и то же самое можно сказать о выборе лучшего расходомера для вашего приложения. Ниже приведены некоторые ключевые характеристики, которые следует учитывать при выборе подходящего расходомера: Точность и повторяемость Тип жидкости (жидкость, газ, суспензия, пар) Диапазон расхода / диапазон изменения Материалы конструкции Окружающая среда / расположение и конфигурация системы Гигиенические требования (фармацевтика, пищевая промышленность и т. Д.)) Стоимость Хотя в конечном итоге выбранный вами глюкометр должен в идеале соответствовать всем перечисленным выше факторам, обеспечение его соответствия наиболее важным для вашей работы требованиям поможет гарантировать вам получение наилучших результатов. Давайте рассмотрим несколько основных из них, на которых вам следует сосредоточиться. Точность и повторяемость В верхней части списка при оценке характеристик расходомера находится точность расходомера. Точность — это насколько измерение близко к фактическому истинному значению, проходящему через систему.Выраженная в процентах (т.е. +/- 1%) погрешность показывает, насколько близок выходной сигнал измерителя к его откалиброванным параметрам. Как правило, чем ниже процент, тем точнее счетчик. Однако точность — не единственная сторона медали. Повторяемость или получение аналогичных результатов в одних и тех же условиях, возможно, даже более важно при оценке того, какой расходомер выбрать. Это потому, что точность является надежной только постольку, поскольку она постоянна. Как вы можете видеть ниже, повторяемость возможна без высокой точности, но высокая точность недостижима без повторяемости. Точность и повторяемость расходомера Если показания расхода ненадежны — то есть вы получаете противоречивые результаты, несмотря на одни и те же условия, — вы не получаете никакой ценности. Точно так же, если ваш расход не соответствует или превышает номинальный диапазон расхода вашего расходомера (также известный как диапазон изменения), вы также не получите точных показаний. Точные показания идут рука об руку с любой хорошо настроенной операцией. Выбор наилучшего процента точности и повторяемости расходомера, отвечающего требованиям вашего приложения, гарантирует, что ваша система будет поддерживать требуемые вами точные показания. Жидкость, газ или полужидкость? Тип жидкости, с которой вы работаете, является еще одним важным фактором при выборе расходомера, подходящего для вашей области применения. Тип жидкости делится на четыре категории: газ, жидкость, суспензия и пар, каждая из которых обладает уникальными характеристиками. Такие свойства, как плотность жидкости, температура, вязкость и коррозионная активность / кислотность, должны быть определены перед окончательным выбором. Это гарантирует, что вы избежите выбора расходомера, несовместимого с типом жидкости, которую вы пытаетесь измерить.Например, электромагнитные расходомеры не работают с непроводящими жидкостями, такими как углеводороды. Точно так же некоторые типы счетчиков могут измерять шламы из-за их уникальных полужидких характеристик. Вот краткий список типов расходомеров, обычно используемых для четырех категорий жидкостей: Газ: Кориолисовый, Тепловая масса, Прямой рабочий объем, Турбина, Переменный перепад давления, Ультразвук Жидкость : Кориолисовый.Тепловая масса, прямое смещение, переменный поток, крыльчатое колесо, турбина, переменный перепад давления, ультразвуковой, электромагнитный Шлам : Кориолисовый, электромагнитный, некоторые подмножества перепада давления Пар : вихревой, ультразвуковой, плавающий элемент Хотя этот список не является исчерпывающим, он должен стать хорошей отправной точкой. Тем не менее, не каждый из перечисленных измерителей может работать для ваших конкретных настроек или потребностей. Например, если ваша компания работает с несколькими жидкостями, вам нужно убедиться, что глюкометр, с которым вы работаете, совместим со всеми жидкостями, а не только с одной.В противном случае вы, вероятно, потратите драгоценное время на калибровку расходомера каждый раз, когда будете обращаться с другим продуктом, или на устранение неполадок, почему ваши запасы не соответствуют вашим показаниям. Расположение и конфигурация системы Расположение метра, как и в сфере недвижимости, — еще один важный фактор. Будет ли установлен расходомер в контролируемой среде или на открытом воздухе в элементах? Пространство не имеет значения или его нужно учитывать? Некоторым расходомерам даже требуются отрезки прямой трубы до и после расходомера для получения точных показаний расхода. Как показывает практика, длина трубы 10X (где X = диаметр трубы) необходима до и после метра для прямых участков трубы. Итак, если диаметр вашего водопровода составляет 2 дюйма, вам потребуется 20 дюймов или примерно 2 фута трубы до и после расходомера. Это касается практически любого типа измерителя, но всегда лучше проверять характеристики производителя. Также помните о горизонтальной или вертикальной установке. Некоторые счетчики могут быть установлены в любой ориентации, в то время как другие должны быть в одной или другой ориентации.Например, регулируемые расходомеры для измерения расхода в первую очередь полагаются на силу тяжести. Таким образом, для работы их необходимо устанавливать вертикально. Определение того, как и где будет установлен счетчик, при выборе счетчика экономит время на установку и позволяет избежать затрат, связанных с непреднамеренным изменением конфигурации системы. Отличие объемного расхода от массового Прежде чем разбирать различные расходомеры, важно сказать несколько слов об измерении расхода. Несмотря на то, что существует множество типов расходомеров, большинство из них сегодня подразделяются на две основные категории в зависимости от того, как они рассчитывают расход: объемные и массовые. Как следует из названия, объемные расходомеры измеряют расход, вычисляя объем жидкости. Поток часто направляется через устройство для измерения проникновения, такое как турбина или диафрагма, которая затем измеряет скорость жидкости пропорционально объему проходящего вещества. Объемные расходомеры составляют сегодня большинство типов расходомеров и включают турбинные, магнитные, объемные, ультразвуковые и вихревые расходомеры и многие другие. Объемный расход в зависимости от массового расхода в цилиндре Между тем, массовые расходомеры рассчитывают расход, измеряя массу жидкости.Измерители массы становятся все более популярными благодаря их точным характеристикам и более точным показаниям потока продукта по сравнению со старыми технологиями измерения. Например, на приведенной выше диаграмме объем продукта значительно изменяется в зависимости от положения поршня, даже если масса остается прежней. Сегодня массовые расходомеры более или менее стали синонимами кориолисовых массовых расходомеров, но существуют и другие типы. Мы обсудим, как работают измерители массы позже в статье. Выбираете ли вы объемные и массовые расходомеры, это зависит от вашего приложения и потребностей в измерениях, а также от ваших эксплуатационных предпочтений и разницы в стоимости.В конце концов, вы все равно можете рассчитывать объем в массу или массу в объем, если вы понимаете плотность жидкости, влияние окружающей температуры и другие коэффициенты преобразования. Сравнение типов расходомеров Универсального расходомера, к сожалению, не существует. У каждого типа расходомера есть жидкости и области применения, для которых он хорошо подходит, а также те, для которых они не подходят. Ниже приводится разбивка некоторых из наиболее распространенных типов расходомеров, а также плюсы и минусы использования каждого из них. Расходомеры прямого вытеснения Плюсы Точность в широком диапазоне расхода * Может работать с очень вязкими жидкостями Универсальные применения — простая и надежная конструкция Не требует источника питания Экономически выгодно * Более густые жидкости приводят к большим потерям давления и снижению расход Минусы Требуются приложения со средним и высоким расходом Испытывают большие перепады давления Больше / тяжелее, чем другие расходомеры Не рекомендуется для грязных жидкостей или газов Некоторые узлы требуют постоянной смазки Многие движущиеся компоненты требуют регулярного обслуживания и замены Счетчики прямого вытеснения (PD) состоят из камер с механическими компонентами, которые вращаются в зависимости от объемного расхода.По мере прохождения жидкости возвратно-поступательные компоненты — обычно шестерни, лопасти или диафрагмы — разделяют жидкость на фиксированные, отмеренные объемные единицы. Количество единиц, повернутых в течение определенного периода времени, напрямую зависит от скорости потока. Подтипы включают винтовые счетчики, пластинчато-роторные счетчики, диафрагменные счетчики, счетчики с возвратно-поступательным или качающимся поршнем, а также счетчики с косозубой или овальной шестерней. Роторный счетчик топлива серии TCS 700 с регистром Поскольку счетчики частичного разряда измеряют расход только при прохождении жидкости, они идеально подходят для приложений, в которых измерение имеет решающее значение для расчета расхода жидкости.Пластинчато-роторные счетчики серии TCS 700, например, широко используются в отраслях коммерческого учета нефти и газа, а диафрагменные счетчики обычно устанавливаются на бытовых или муниципальных водопроводных и газовых линиях. Их конструкция с гидравлическим приводом дополнительно делает расходомеры прямого вытеснения одним из наиболее экономичных вариантов, поскольку для работы им не требуется внешний источник питания. Однако эти измерители плохо подходят для загрязненных жидкостей, таких как сточные воды или шламы, поскольку взвешенные грунты могут забивать или замедлять возвратно-поступательные элементы и создавать неточные показания. Электромагнитные расходомеры Плюсы Без препятствий / без движущихся компонентов Высокая точность — не зависит от плотности, вязкости, турбулентности или конфигурации трубопровода Может работать с широким диапазоном расхода и несколькими типами жидкостей Нулевое падение давления Двунаправленное Стоимость- эффективный Минусы Невозможно измерить газы, пары или непроводящие жидкости Ограниченный диапазон температуры жидкости Возможны помехи для некоторых взвешенных жидкостей Специализированные комплекты могут быть дорогими Электромагнитные расходомеры, также известные как магнитные расходомеры или магметры, довольно уникальны в технологии, которую они используют для измерения расхода.Магметры состоят из двух частей: передатчика и встроенного датчика, последний из которых имеет катушки, генерирующие магнитное поле. Когда проводящая жидкость проходит через поле, создается напряжение, пропорциональное потоку. Этот принцип потока известен как закон Фарадея. В отличие от других измерителей, магнитные расходомеры могут измерять жидкости независимо от плотности, вязкости или турбулентности потока. Это делает магнитометры очень точными и надежными в широком спектре решений.Кроме того, их конструкция не имеет препятствий в трубе, что делает эти расходомеры идеальными для широкого спектра применений, от жидкостей с высокими санитарными требованиями до шламов и высококоррозионных жидкостей. Электромагнитные счетчики используются в таких отраслях, как целлюлозно-бумажная, металлургическая и горнодобывающая, пищевая и питьевая, водоснабжение и сточные воды, химический транспорт и многие другие. Банджо 3 ″ Mag Meter Однако магнитные счетчики работают только с токопроводящими жидкостями. Это означает, что углеводороды, такие как масла, бензин или деионизированные жидкости, не рекомендуется использовать для магнитометров.Взвешенные твердые вещества, например, содержащиеся в различных сельскохозяйственных химикатах и ​​удобрениях, также иногда могут представлять проблему. Взвешенный грунт, который может быть непроводящим, может нарушить магнитное поле и снизить точность показаний. Для противодействия этим магнитным помехам разработаны новые специализированные магнитометры, такие как магметры для суспензии. Однако эти устройства, как правило, имеют более высокие ценники по сравнению со стандартными моделями. Турбинные расходомеры Плюсы Высокая точность Экономичная Возможность измерения малых расходов Универсальные применения — простая и надежная конструкция Минусы Не рекомендуется использовать для грязных или взвешенных жидкостей Для достижения наилучших результатов требуются прямые участки трубопровода Ограничено определенными размерами труб Высокая скорость потока может привести к повреждению или неточности Движущиеся компоненты требуют регулярного обслуживания и замены Подобно лопастному колесу или пропеллерные расходомеры, турбинные расходомеры оснащены многолопастным ротором, установленным на линии потока жидкости.Датчики, прикрепленные к одной или нескольким лопаткам турбины, передают количество оборотов турбины. Скорость, с которой происходят эти обороты, пропорциональна объемному расходу. Подобно расходомерам прямого вытеснения, турбинные и лопастные расходомеры измеряют расход только тогда, когда жидкость механически воздействует на их компоненты измерения. Поскольку турбинные расходомеры обеспечивают точные показания относительно линейного расхода — даже при низких расходах — они широко используются в нефтегазовой, коммерческой и нефтехимической отраслях.Фактически, турбинные счетчики часто используются для проверки точности других типов счетчиков. Впрочем, турбинные счетчики не лишены ограничений. Во-первых, турбинные расходомеры не подходят для работы с грязными или высоковязкими жидкостями, так как турбины могут легко загрязняться почвой. Эти расходомеры также требуют прямых участков трубы до и после расходомера для стабилизации потока и получения наиболее точных результатов. Кроме того, трубы большего диаметра несовместимы с инженерной точки зрения.Это ограничивает, где и для каких приложений могут быть установлены турбинные счетчики. Наконец, как и в случае с любой технологией с движущимися компонентами, необходимо регулярное техническое обслуживание для поддержания этих измерителей в рабочем состоянии. Кориолисовы расходомеры Плюсы Чрезвычайно точный Низкие затраты на обслуживание Может работать в широком диапазоне диапазонов расхода Совместим со многими загрязненными, коррозионными и трудными в обращении типами жидкостей Универсальная установка — прямые участки трубопровода не требуются \ Можно обслуживать, не снимая с трубопровода Простая калибровка в полевых условиях Возможность измерения газов как Cons Дорогие начальные вложения Не подходит для газов низкого давления Ограничено определенными размерами труб Кориолисовы расходомеры, более известные как массовые, отличаются от других типов счетчиков тем, что они измеряют массовый расход, а не объемный расход.Эти расходомеры также имеют уникальные средства расчета расхода, основанные на принципе Кориолиса. Посмотрите видео ниже, чтобы быстро познакомиться с технологией кориолисовых измерителей. Преимущества измерителей массы Измерители массы , как правило, имеют сертификат NTEP и широко используются в коммерческих (перепродажных) приложениях. В мире продаж Dultmeier это обычно означает удобрения или химикаты для сельскохозяйственной отрасли. Еще в 1990-х годах Dultmeier Sales в партнерстве с Kahler Automation предложила одни из первых автоматизированных решений для автоматизации заводов по производству удобрений / химикатов. Измеритель массы был сердцем системы, потому что это была новая технология, которая позволяла конечным пользователям продавать, используя плотность продукта в реальном времени — более верный способ измерения жидкостей. Например, известно, что вода составляет 8,34 фунта. на галлон при 70⁰F. Однако с понижением температуры вес воды увеличивается. Таким образом, раствор воды становится плотнее при понижении температуры окружающей среды. Это означало бы, что статические объемные вычисления были бы отключены, если бы вы перекачали 1000 галлонов воды и преобразовали их в 834 фунта.(используя 8,34 фунта / галлон в качестве постоянного коэффициента преобразования), если температура воды была всего 50⁰F. Тот же принцип работает с удобрениями и химикатами, поскольку они обычно представляют собой растворы на водной основе. Однако объемные измерители того времени не могли учесть это изменение плотности по отношению к объемному расходу. Возьмем, к примеру, такой сценарий, который был довольно распространен в 1990-х и начале 2000-х годов: Допустим, сейчас 40 ⁰F, и мы загружаем тендерный трейлер емкостью 10 000 галлонов, загружая в сосуд 32% азота.Мы используем лопаточный измеритель в качестве измерительного прибора и перекачиваем продукт в емкость. Как только мы достигнем отметки в 10 000 галлонов, автоматическое оборудование отключается, и мы отправляем нашего дальнобойщика на весы. Шкала ломается с шагом 20 фунтов. Возможная ошибка: Счетчик с крыльчатым колесом работает при прибл. Точность +/- 2% (измеритель массы имеет точность +/- 0,3%) Лопастное колесо не может определить показания плотности, поэтому у нас есть статический калибровочный коэффициент, который был откалиброван при 70⁰F (или другой температуре), и мы используем этот статический коэффициент для теперь калибруйте фунты в галлоны при 40⁰F Размыкания шкалы с шагом 20 фунтов vs.измеритель массы, измеряющий с шагом 1/10 th фунта Масштаб не может учитывать «выплескивание» или движение жидкости, когда грузовик резко останавливается на шкале Принимая во внимание множество переменных и возможность ошибки, нет задаются вопросом, почему запасы могут и часто оказываются далеко за пределами конца года. Мы знаем, что плотность раствора постоянно меняется в окружающей среде. Уже по этой причине во многих случаях предпочтительным методом измерения является массовый измеритель.Используя измеритель массы, который может постоянно измерять это колебание плотности на лету, мы предлагаем нашим клиентам лучший метод распределения и учета запасов. Автоматизированные массовые измерительные системы — Praxidyn Поточная система MixMate Выбор подходящего расходомера для вашего приложения часто сводится к долларам и центам. Измерители Кориолиса с автоматическим управлением оборудованием, подобным тому, что предлагает Praxidyn, могут обеспечить более точный способ измерения и продажи удобрений и / или химикатов.Praxidyn предлагает полную линейку автоматизированных измерительных систем, которые подходят практически для любого применения, от конкретных операций для фермеров до глобальных промышленных приложений. Анализ доказал, что автоматизированная система окупается всего за один сезон — исключительно за счет уменьшения потерь / сокращения затрат. Вы можете увидеть экономию за счет повышения эффективности и массовых расходомеров с лихвой окупаемости их высоких первоначальных инвестиционных затрат. Расходомер Цена, производительность и популярность К сожалению, не существует универсального расходомера, подходящего для любого применения.В зависимости от того, насколько разнообразна ваша деятельность, это может означать, что потребуется несколько типов расходомеров. Хотя было бы справедливо исследовать самые популярные измерители для вашей отрасли, не покупайте первый измеритель, который, по вашему мнению, будет работать. Цена, качество и другие ключевые факторы действительно играют важную роль в общей производительности расходомера. Тот факт, что все остальные используют определенный счетчик, не означает, что вы должны им пользоваться. Например, низкая стоимость покупки не должна быть решающим фактором при выборе лучшего расходомера для вашего приложения.При выборе расходомера вы должны учитывать не только начальную закупочную цену, но и общие затраты на срок службы и долгосрочную окупаемость инвестиций. Например, хотя расходомер Кориолиса может похвастаться высокой ценой при начальных вложениях, он обеспечивает большую рентабельность инвестиций, поскольку в долгосрочной перспективе достигается меньшая потребность в обслуживании и большая экономия продукции. Исключительная точность массовых расходомеров, универсальные диапазоны расхода и совместимость с жидкостями, минимальное количество изнашиваемых деталей и возможность повторной калибровки без снятия расходомера с трубопровода — все это приводит к меньшим затратам долларов.Когда дело доходит до чистой прибыли, предварительные траты большего количества денег могут перевесить годы кровопролития, потраченных на ремонт или замену неэффективных счетчиков. Тем не менее, не для каждой операции нужен дорогой расходомер высокого класса. Рекомендуется провести оценку затрат, сравнивая потребности приложений с первоначальными инвестиционными затратами и долгосрочной экономией средств. Таким образом, у вас будет лучшее представление о том, практичен ли тот или иной счетчик или стоит ли его цена в долгосрочной перспективе. Если вам нужна помощь в оценке вариантов расходомеров и определении того, что лучше всего подходит для ваших приложений, мы всегда готовы позвонить по телефону 1-888-677-5054. Заключительные слова Мы надеемся, что эта статья дала некоторое представление о мире решений для расходомеров. Хотя мы рассмотрели некоторые из наиболее распространенных типов, это ни в коем случае не единственные существующие расходомеры. Выбор лучшего типа расходомера для вашего приложения начинается с того, что вы знаете, что вам нужно, и исследуете лучшие варианты. Сравните все сопутствующие затраты — как краткосрочные, так и долгосрочные — и не принимайте решение только на основании ценников. В конечном итоге, однако, выбор метода измерения полностью зависит от вас. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно выбора расходомера, позвоните нам по телефону 888-667-5054 или dultmeier.com. Dultmeier Sales предлагает широкий ассортимент расходомеров для химикатов и воды, запасных частей для расходомеров и принадлежностей для расходомеров. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт