Statistiknya mengkhawatirkan: Di Amerika Serikat saja, rumah tangga mengeluarkan limbah sekitar 900 miliar galon air setiap tahun. Sebagai perbandingan, air itu cukup untuk memasok sekitar 11 juta rumah setiap tahun. Dan negara lain - dari Eropa hingga Asia - menghadapi tantangan serupa. Yang memperparah masalah ini adalah mengantisipasi kekurangan air.
Tapi bantuan ada di sini. Teknologi ultrasonik memberikan pengukur air yang dipasang di gedung pintar dan kota pintar kemampuan untuk mendeteksi dan melokalisasi kebocoran sekecil satu tetes setiap beberapa detik. Kota-kota dari Austin hingga Antwerp memasang pengukur air pintar berteknologi tinggi yang memberi pelanggan informasi yang mereka butuhkan untuk menemukan kebocoran dan menghemat air sambil membantu utilitas mengidentifikasi kebocoran infrastruktur pada pipa yang sudah tua dan saluran air yang rusak.
“Air yang kita miliki saat ini adalah satu-satunya air yang pernah kita miliki,” kata Holly Holt-Torres, manajer konservasi air untuk City of Dallas Water Utilities. “Kita harus melestarikannya. Teknologi akan memungkinkan kami melakukan itu pada tingkat yang semakin tinggi. "
Tetapi teknologi ultrasonik ini memiliki aplikasi yang melampaui meteran air. Teknologi yang sama dapat digunakan dalam meter yang mengukur aliran gas alam dan bahkan mendeteksi campuran gas yang mengalir melalui pipa. Ia bahkan dapat membantu profesional medis mengatur pengiriman oksigen dalam peralatan bedah.
Mengikuti arus
Gelombang ultrasonik, tentu saja, bukanlah hal baru. Kelelawar, misalnya, menggunakan jangkauan ultrasonik untuk menghindari rintangan dan menangkap serangga di malam hari. Dan dalam aplikasi yang lebih berteknologi tinggi, ini digunakan dalam ketajaman material, penghindaran tabrakan pada mobil, dan pencitraan industri dan medis.
Sekarang digunakan dalam meter air dan meter aliran lainnya. Meter secara tradisional mengandalkan sistem elektromekanis dengan spindel putar atau roda gigi yang menggunakan elemen magnetis untuk menghasilkan pulsa. Tetapi - seperti halnya dengan termostat, motor, dan banyak perangkat sehari-hari lainnya - sistem elektromekanis dalam pengukur aliran dengan cepat beralih ke sistem elektronik.
Dalam sistem ini, sepasang transduser ultrasonik imersif mengukur kecepatan gelombang akustik dalam fluida. Kecepatan rambat gelombang akustik merupakan fungsi dari viskositas, laju aliran dan arah aliran fluida melalui pipa. Gelombang ultrasonik bergerak dengan kecepatan yang berbeda tergantung pada kekakuan media yang dilaluinya.
Akurasi pengukuran tergantung pada kualitas transduser, sirkuit analog presisi, dan algoritma pemrosesan sinyal. Transduser akustik atau ultrasonik adalah bahan piezo yang mengubah sinyal listrik menjadi getaran mekanis pada frekuensi yang relatif tinggi ratusan kilohertz. Biasanya, sepasang transduser ultrasonik dalam rentang 1-2 MHz harus disesuaikan dan dikalibrasi dengan baik untuk mengukur aliran secara akurat. Mereka merupakan bagian penting dari biaya flow meter. Sistem sensor harus beroperasi dengan daya yang sangat rendah untuk memastikan masa pakai baterai 15-20 tahun.
Chip pengukur aliran canggih perusahaan kami, MSP430FR6043, mencakup ujung depan analog dan algoritme yang unik, yang secara signifikan meningkatkan akurasi sekaligus mengurangi biaya dan konsumsi daya secara keseluruhan. Arsitektur pengukuran aliran kami memanfaatkan desain analog berkinerja tinggi, algoritme canggih, dan pemrosesan tersemat untuk mengurangi kebutuhan akan sepasang transduser ultrasonik yang mahal. Algoritme pemrosesan sinyal dan front end analog mengkompensasi ketidakcocokan transduser.
Menghitung setiap tetes
Pengukur aliran ultrasonik khas mentransmisikan gelombang ultrasonik dan mengukur penundaan diferensial di penerima untuk memperkirakan laju aliran. Pengukuran penundaan biasanya ditangani oleh rangkaian konverter waktu-ke-digital yang memantau persilangan nol dari bentuk gelombang yang diterima. Tantangan dengan pendekatan tipikal adalah tidak cukup sensitif untuk mendeteksi tingkat aliran dengan akurasi tinggi.
Arsitektur kami menggunakan ujung depan analog cerdas yang dilengkapi konverter analog-ke-digital berkinerja tinggi untuk meningkatkan kualitas sinyal-ke-derau dan mengatasi ketidakakuratan kalibrasi. Pendekatan ini memiliki beberapa keuntungan:
- Ini dapat mencapai akurasi yang lebih tinggi dengan mengurangi interferensi dan meningkatkan rasio signal-to-noise.
- Arsitekturnya dapat mengukur aliran dinamis yang luas, dari selang kebakaran hingga kebocoran kecil.
- Dengan menggunakan driver tegangan rendah, ini secara signifikan menghemat daya dan biaya. Arus rata-rata untuk satu pengukuran per detik kurang dari 3 mikroamps. Ini berarti masa pakai baterai lebih dari 15 tahun.
- Alat ini dapat mendeteksi turbulensi, gelembung, dan anomali aliran lainnya, yang penting untuk analisis aliran dan perbaikan jaringan pipa.
- Teknologi ini kuat untuk variasi amplitudo di dua arah aliran, yang mungkin terjadi dalam air dan gas pada laju aliran yang lebih tinggi.
Banyak teknologi TI lainnya sangat penting untuk pengukur aliran berkinerja tinggi. Mikrokontroler berdaya rendah dengan ujung depan analog ultrasonik terintegrasi, referensi jam berkinerja tinggi, manajemen daya diam rendah, dan pencocokan impedansi ultra-akurat dari driver transmisi dan jalur penguat penerima adalah contoh teknologi pembeda tambahan dalam pengukur aliran ini.
Bersama-sama, teknologi ini dapat membantu melestarikan salah satu sumber daya kita yang paling berharga.