تطور تصميم مقياس المياه الحجمي: من التكامل الميكانيكي إلى التكامل الذكي

مقياس المياه الحجمي هو أداة تقيس استهلاك المياه عن طريق قياس حجم المياه المتدفقة من خلالها. ويكمن المبدأ الأساسي في استخدام الهياكل الميكانيكية لتحويل حجم تدفق المياه إلى حركات ميكانيكية قابلة للعد، وبالتالي تحقيق قياس دقيق لحجم المياه.

أولا -مبدأ العمل

تشغيل مقاييس المياه الحجمية  على أساس آلية "الإزاحة الحجمية":

عندما تتدفق المياه عبر جهاز القياس، فإنها تدفع عناصر القياس الحجمية الداخلية إلى الخضوع لحركات دورية. في كل مرة تكمل هذه العناصر حركة واحدة، فإنها تفرغ كمية ثابتة من الماء. من خلال تسجيل عدد حركات العناصر وضربها في الحجم الثابت الذي يتم صرفه لكل حركة، يمكن تجميع الحجم الكلي للمياه المتدفقة عبر العداد.

على سبيل المثال، إذا كان عنصر القياس في عداد مياه معين يصرف 1 لتر من الماء لكل دورة، ويظهر العداد 1000 دورة، فإن استهلاك المياه المتراكم هو 1000 لتر.

ص. التركيب الهيكلي

ويشمل الهيكل الأساسي لعداد المياه الحجمي الأجزاء الرئيسية التالية:

1.  حالة العداد: عادة ما تكون مصنوعة من الحديد الزهر أو النحاس أو البلاستيك، وهي بمثابة الغلاف الخارجي لعداد المياه، وحماية المكونات الداخلية وتوجيه تدفق المياه إلى الداخل والخارج.

2.  آلية القياس: هي العنصر الأساسي المسؤول عن تحويل حجم تدفق المياه إلى حركة ميكانيكية. وتشمل الأشكال الشائعة نوع المكبس، نوع المكبس الدوار، ونوع الزجاجة الحلزونية.

3.  آلية النقل: تنقل حركة آلية القياس إلى آلية العد، وتتألف في معظمها من مجموعات معدات.

4.  آلية العد: يعرض الاستهلاك المتراكم للمياه من خلال المؤشرات وعجلات الأرقام وما إلى ذلك، وينقسم إلى عدادات ميكانيكية وعدادات إلكترونية.

5.  وصلات المداخل والمخارج: يتم توصيلها بخط الأنابيب، وعادة ما يكون ذلك عن طريق لولبات أو شفاه لسهولة التركيب.

الثالث. الأنواع الرئيسية

وفقاً لآليات القياس المختلفة، مقاييس المياه الحجمية  إلى الأنواع الشائعة التالية:

1.  جهاز قياس الماء

· التركيب: يوجد في الداخل مكبس ترددي. تدفق الماء يدفع المكبس للتحرك لأعلى ولأسفل أو لليسار واليمين، وكل حركة تقوم بتصريف حجم ثابت من الماء.

· الخصائص: دقة قياس عالية، وخاصة مناسبة لسيناريوهات التدفق الصغير، ولكنها تتطلب متطلبات عالية لنوعية المياه، وهي عرضة للشوائب.

2.  المكبس الدوار لقياس الماء

· التركيب: يدور المكبس حول محور ثابت. بعد أن يتدفق الماء، فإنه يدفع المكبس للدوران، وكل دوران يصرف كمية ثابتة من الماء.

· الخصائص: أكثر ضيقا من النوع المكبسي، ومقاومة أفضل قليلا للصدمات، ومناسبة للتدفقات الصغيرة إلى المتوسطة.

3.  جهاز قياس الماء الحلزوني

· الهيكل: يدفع تدفق المياه الدفّاعة إلى الدوران على غرار المروحة الدافعة. تتناسب سرعة دوران الدفّاعة مع معدل التدفق، ويتم حساب الحجم على أساس سرعة الدوران. بالمعنى الدقيق، بعض أنواع المروحة الحلزونية تنتمي إلى نوع السرعة، ولكن تصنف بعض أنواع المروحة الحلزونية عالية الدقة على أنها حجمية.

· الخصائص: مناسبة لسيناريوهات التدفق الكبير، مثل الاستخدام الصناعي للمياه أو قياس خطوط الأنابيب الرئيسية الحضرية.

الرابع: مزايا وعيوب

المزايا

· دقة القياس العالية: لا سيما في ظل معدلات التدفق المنخفضة أو الصغيرة أو المتوسطة، يكون خطأ القياس صغيراً، مما يجعله مناسباً للسيناريوهات التي تتطلب قياساً دقيقاً، مثل استخدام المياه في المنازل.

· أقل تأثراً بنوعية المياه: بعض الأنواع لديها قدرة أفضل على تحمل الشوائب في المياه من عدادات المياه من نوع السرعة، مع دورة صيانة أطول.

· التشغيل المستقر: الهيكل الميكانيكي ناضج، ولا يتأثر بسهولة بتقلبات تدفق المياه، وموثوق به في الاستخدام الطويل الأجل.

العيوب

· الحجم الكبير: الهيكل الميكانيكي معقد، والجسم المتر كبير نسبيا، ويتطلب مساحة تركيب أكبر.

· فقدان الضغط الكبير: تكون المقاومة عندما تتدفق المياه عبر آلية القياس كبيرة، مما قد يزيد من استهلاك خط الأنابيب للطاقة.

· ارتفاع التكلفة: إن تكاليف تصنيع وتجميع المكونات الميكانيكية الدقيقة أعلى من تكاليف عدادات المياه من نوع السرعة.

· غير مناسب للوسائط عالية اللزوجة: إذا كانت المياه تحتوي على كمية كبيرة من الرواسب والألياف وغيرها من الشوائب، فقد تتسبب في تشويش المكونات الداخلية، مما يؤثر على القياس.

خامسا -سيناريوهات التطبيق

وتستخدم عدادات المياه الحجمية، بدقتها العالية، على نطاق واسع في السيناريوهات التالية:

· استخدام المياه المنزلية في المنازل: إن قياس استخدام المياه ذات التدفق الصغير في الأسر والشقق، إلخ، هو أحد الأنواع الرئيسية لعدادات المياه المدنية.

· الأماكن التجارية: مثل الفنادق والمطاعم وغيرها من الأماكن ذات المتطلبات العالية من حيث دقة استهلاك المياه.

· الاستخدام الصناعي للمياه من الصغير إلى المتوسط التدفق: مثل الروابط الصناعية التي تتطلب تحكماً دقيقاً في حجم المياه، مثل تجهيز الأغذية وإنتاج الأدوية.

الملخص

مقاييس المياه الحجمية هي أجهزة تقليدية تقيس حجم المياه ميكانيكيا. وهي معروفة بدقتها وثباتها العالية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لقياس معدلات التدفق الصغيرة إلى المتوسطة. في حين أنها يمكن أن تكون كبيرة وباهظة الثمن، أدت التكنولوجيا الناضجة والأداء الموثوق بها إلى استخدامها على نطاق واسع في كل من التطبيقات المدنية والصناعية. مع التقدم في التكنولوجيا الذكية، أصبحت عدادات المياه الحجمية الحديثة متكاملة بشكل متزايد مع العد الإلكتروني ووظائف الإرسال عن بعد، مما عزز من راحتها وسهولة استخدامها.