Při použití času-letu-ultrazvukový průtokoměrpro měření průtoku je nutné znát průměrnou rychlost plynu proudícího potrubím. V ideálním případě ultrazvukový průtokoměr současně měří rychlost tekutiny v nekonečném počtu bodů podél průřezu trubky- a poté vypočítává váženou průměrnou rychlost, aby získal objemovou průměrnou rychlost tekutiny v potrubí. Tento princip měření předpokládá, že tekutina v potrubí funguje za ideálních podmínek proudění. Experimentální výsledky ukazují, že v prostředí dobrého průtokového pole může přesnost měření jednokanálového ultrazvukového průtokoměru dosáhnout 0,5 %.
Pokud je však jednokanálový ultrazvukový průtokoměr instalován 19D za jedním ohybem 90 stupňů, chyba měření překročí 4 %; pokud je instalován 78D po proudu, chyba měření může dosáhnout 2 % až 2,2 %. Tyto experimenty ukazují, že změny v poli ne-ideálního proudění mají významný dopad na přesnost měření. I když je v trubici ultrazvukového měření průtoku uspořádaných více kanálů, aby se získaly informace o rychlosti v celém průřezu průtoku, stále existují neúplné informace o rychlosti a mezi naměřeným výsledkem a skutečnou rychlostí zůstanou nesrovnalosti. Rozdíl je malý, ale přesnost měření je mnohem lepší než u jednokanálového ultrazvukového průtokoměru. Tato kniha také využívá metodu více{14}}kanálového měření jako výzkumný obsah pro řešení tohoto problému. Proto je při vývoji ultrazvukových průtokoměrů a používání průtokoměrů v praxi nutné věnovat pozornost vlivu montážní polohy na skutečné průtokové pole a snažit se zajistit, aby se kapalina v potrubí mohla plně rozvinout, když dosáhne vstupu průtokoměru.
Protože stav průtoku určuje přesnost měření a měření ultrazvukových průtokoměrů a stav průtoku závisí na mnoha faktorech, je nutné při vývoji a používání ultrazvukových průtokoměrů pečlivě zvážit, zda podmínky měření splňují konstrukční požadavky [21]. Doporučené podmínky instalace jsou, aby délka přímého potrubí proti proudu ultrazvukového průtokoměru nebyla menší než 10D a délka přímého potrubí po proudu nebyla menší než 5D.
Přítomnost instalačních efektů ztěžuje dosažení stabilního průtoku tekutiny. V přímém uspořádání potrubí s plně rozvinutým prouděním lze rychlostní profil a distribuci reprezentovat empirickými vzorci. Proto, pokud jsou zaručeny podmínky instalace, lze požadavky na přesnost měření ultrazvukových průtokoměrů snadno splnit, ať už v laboratoři nebo ve srovnatelné skutečné oblasti. V průmyslovém prostředí však existují různé rušivé faktory a skutečná chyba měření ultrazvukových průtokoměrů bude větší než jmenovitá chyba měření! Naměřená hodnota průměrné povrchové rychlosti V nebo V v kanálu potrubí a vypočtená hodnota průměrné rychlosti Va v potrubí mají nejistoty měření. Turbulence se vztahuje k nejistotě měření Va nebo V. Ačkoli lze ke korekci průměrné rychlosti v potrubí použít korekční faktor rychlosti K, nesoulad mezi skutečným průtokem a návrhovými podmínkami způsobí významné chyby měření. Navařené příruby, přírubové výstupky v blízkosti místa instalace ultrazvukového snímače a čerpadla a ventily instalované proti proudu jsou všechny interferenční faktory v průtokovém poli, které způsobují významné změny v rychlostním profilu a mají za následek velké chyby v rychlostním korekčním faktoru, čímž nesplňují konstrukční cíle a požadavky.
Radiální složka rychlosti přítomná v turbulenci je nejdůležitějším ovlivňujícím faktorem při ultrazvukovém měření proudění. Hlavní příčinou radiální složky rychlosti je sekundární proudění způsobené ohybem potrubí. Když tekutina v potrubí proudí za podmínek ohybu, je stav proudění v nestabilním stavu kvůli odstředivé síle. Tento problém nestability se nazývá Deanův problém stability [91]. Ohyb, který způsobuje Deanův problém stability, je znázorněn na obrázku 2.5. Axiální tok v potrubí se nazývá primární tok a radiální tok generovaný v ohybu se nazývá sekundární tok. Důvodem sekundárního proudění je rozdílné zakřivení vnitřní a vnější strany ohybu. Když se mikroprvky tekutiny pohybují uvnitř, odstředivá síla působí na průřez trubky a vytváří silové pole. Toto silové pole pohání tekuté mikro{10}}prvky k radiálnímu pohybu. Intenzita sekundárního toku může být reprezentována Deanovým číslem D, to je:
Ve vzorci: Vomje průměrná rychlost proudění mezi dvěma stěnami; D je vnitřní průměr trubky; u je kinematická viskozita; a R je poloměr ohybu trubky. Čím vyšší je rychlost proudění, tím menší je poloměr ohybu R v potrubí a tím větší je intenzita generovaného sekundárního proudění.
Vliv montážního efektu a geometrické chyby pouzdra přístroje
Mezi různými faktory, které ovlivňují chybu měření ultrazvukových průtokoměrů, jsou nejdůležitější vliv instalace průtokového pole a zpoždění signálu. Během vývoje a používání ovlivňují přesnost měření průtoku také faktory, jako je průměr potrubí a úhel azimutu instalace. Ve skutečném průmyslovém prostředí je v důsledku instalačního efektu proudění tekutiny jen zřídka stabilní a v oblasti proudění nevyhnutelně dochází k různým fluktuacím. Tyto výkyvy ovlivňují přesnost měření průtoku, jak bylo analyzováno dříve.
Během procesu měření musí dráha ultrazvuku a plocha průřezu pláště ultrazvukového průtokoměru zůstat konstantní. Změny teploty a napětí způsobí odpovídající změny v průřezu trubky-, což povede ke změnám v distribuci rychlosti tekutiny a následně k nepřesnému měření rychlosti. Chyba měření je přímo úměrná chybě v oblasti průřezu trubky-. To platí zejména pro stlačitelná plynná média, kde jsou účinky změn teploty a napětí ještě závažnější.
Během procesu vývoje je obtížné uspořádat snímače podle skutečného průměru potrubí na místě. Pokud však ultrazvukové snímače nelze nainstalovat přesně podle polohy průměru, bude to ovlivněno také přesností měření průtoku. Chyba polohování snímače ovlivňuje především dráhu šíření L ultrazvukové vlny. Kromě obtížnosti při určování montážní polohy snímače během procesu vývoje způsobí tepelná roztažnost a smršťování pláště měřicí trubky při změnách teploty také mírné posunutí vzdálenosti snímače, což způsobí chybu polohování snímače. Když jsou na vnitřním povrchu stěny trubky ultrazvukového průtokoměru usazeniny, plocha průřezu trubky se zmenší, což má za následek zvýšení rychlosti tekutiny, což také způsobí chybu měření hodnoty průtoku. Odkaz [96] ukazuje, že v ultrazvukovém průtokoměru o průměru 300 mm, pokud jsou na vnitřním povrchu potrubí připevněny nánosy o tloušťce 0,4 mm, přinese to ultrazvukovému průtokoměru chybu měření ±0,51 %.
