Når du bruker et-flytidspunkt-ultralyd flowmålerfor å måle strømningshastigheten er det nødvendig å kjenne den gjennomsnittlige hastigheten til gassen som strømmer gjennom røret. Ideelt sett måler ultralydstrømningsmåleren samtidig væskehastigheten ved et uendelig antall punkter langs rørtverrsnittet, og beregner deretter den vektede gjennomsnittshastigheten for å oppnå den gjennomsnittlige volumhastigheten til væsken i røret. Dette måleprinsippet forutsetter at væsken i røret fungerer under ideelle strømningsforhold. Eksperimentelle resultater viser at i et godt strømningsfeltmiljø kan målenøyaktigheten til en enkelt-kanals ultralydstrømningsmåler nå 0,5 %.
Men hvis den enkelt-kanals ultralydstrømmåleren er installert 19D nedstrøms for en enkelt 90 graders bøyning, vil målefeilen overstige 4 %; hvis installert 78D nedstrøms, kan målefeilen nå 2 % til 2,2 %. Disse eksperimentene viser at endringer i det ikke-ideelle flytfeltet har en betydelig innvirkning på målenøyaktigheten. Selv med flere kanaler arrangert i røret for ultralydstrømmåling for å få hastighetsinformasjon over hele strømningstverrsnittet, eksisterer det fortsatt ufullstendig hastighetsinformasjon, og det vil fortsatt være avvik mellom det målte resultatet og den faktiske hastigheten. Forskjellen er liten, men målenøyaktigheten er mye bedre enn for en enkelt-kanals ultralydstrømmåler. Denne boken tar også målingsmetoden for flere-kanaler som forskningsinnhold for å løse dette problemet. Derfor, i prosessen med å utvikle ultralydstrømningsmålere og bruke strømningsmålere i praksis, er det nødvendig å være oppmerksom på påvirkningen av installasjonsposisjonen på det faktiske strømningsfeltet, og prøve å sikre at væsken i røret kan være fullt utviklet når den når strømningsmålerens innløp.
Fordi strømningstilstanden bestemmer måle- og målenøyaktigheten til ultralydstrømningsmålere, og strømningstilstanden avhenger av mange faktorer, er det nødvendig å vurdere nøye om måleforholdene oppfyller designkravene ved utvikling og bruk av ultralydstrømningsmålere [21]. De anbefalte installasjonsforholdene er at lengden på det oppstrøms rette røret til ultralydstrømningsmåleren ikke er mindre enn 10D og lengden på det nedstrøms rette røret ikke er mindre enn 5D.
Tilstedeværelsen av installasjonseffekter gjør det vanskelig å oppnå stabil væskestrøm. I et rett røroppsett med fullt utviklet strømning kan hastighetsprofilen og fordelingen representeres med empiriske formler. Derfor, så lenge installasjonsforholdene er garantert, kan målenøyaktighetskravene til ultralydstrømningsmålere enkelt oppfylles, enten det er i et laboratorium eller et sammenlignbart faktisk felt. Men i industrielle omgivelser eksisterer det ulike interferensfaktorer, og den faktiske målefeilen til ultralydstrømningsmålere vil være større enn den nominelle målefeilen! Den målte verdien av overflatemiddelhastigheten V eller V i rørkanalen og den beregnede verdien av gjennomsnittshastigheten Va i røret har begge måleusikkerheter. Turbulens refererer til måleusikkerheten til Va eller V. Selv om en hastighetskorreksjonsfaktor K kan brukes for å korrigere gjennomsnittshastigheten i røret, vil avviket mellom faktisk strømning og designforhold introdusere betydelige målefeil. Sveisede flenser, flensfremspring i nærheten av installasjonsstedet for ultralydtransduseren, og pumper og ventiler installert oppstrøms er alle interferensfaktorer i strømningsfeltet, som forårsaker betydelige endringer i hastighetsprofilen og resulterer i store feil i hastighetskorreksjonsfaktoren, og dermed ikke oppfyller designmål og krav.
Den radielle hastighetskomponenten som er tilstede i turbulensen er den viktigste påvirkningsfaktoren ved ultralydstrømmåling. Hovedårsaken til den radielle hastighetskomponenten er sekundærstrømmen forårsaket av bøyningen i røret. Når væsken i røret strømmer under bøyningstilstanden, er strømningstilstanden i en ustabil tilstand på grunn av sentrifugalkraften. Dette ustabilitetsproblemet kalles Dean stabilitetsproblemet [91]. Bøyen som forårsaker Dean-stabilitetsproblemet er vist i figur 2.5. Den aksiale strømmen i røret kalles primærstrømmen, og den radielle strømmen som genereres i bøyningen kalles sekundærstrømmen. Årsaken til sekundærstrømmen er at krumningen på inner- og yttersiden av bøyningen er forskjellig. Når de flytende mikro-elementene beveger seg innover, virker sentrifugalkraften på rørtverrsnittet og genererer et kraftfelt. Dette kraftfeltet vil drive de flytende mikroelementene{10} for å produsere radiell bevegelse. Intensiteten til den sekundære strømmen kan representeres av dekannummeret D, det vil si:
I formelen: Vomer den gjennomsnittlige strømningshastigheten mellom de to veggene; D er rørets indre diameter; u er den kinematiske viskositeten; og R er rørets bøyeradius. Jo raskere strømningshastigheten er, desto mindre bøyeradius R i røret, og desto større intensitet er den genererte sekundærstrømmen.
Påvirkning av installasjonseffekt og geometrisk feil på instrumenthus
Blant de ulike faktorene som påvirker målefeilen til ultralydstrømningsmålere, er de viktigste strømningsfeltinstallasjonseffekten og signalforsinkelse. Under utvikling og bruk påvirker faktorer som rørdiameter og installasjonsasimutvinkel også strømningsnøyaktigheten. I faktiske industrielle miljøer, på grunn av installasjonseffekten, er væskestrømmen sjelden stabil, og forskjellige svingninger eksisterer uunngåelig i strømningsfeltet. Disse svingningene påvirker nøyaktigheten av strømningsmålinger, som analysert tidligere.
Under måleprosessen må ultralydbanen og tverrsnittsarealet til rørskallet til ultralydstrømningsmåleren forbli konstant. Endringer i temperatur og spenning vil forårsake tilsvarende endringer i rørtverrsnittet, som fører til variasjoner i væskehastighetsfordelingen og følgelig unøyaktig hastighetsmåling. Målefeilen er direkte proporsjonal med feilen i rørets -tverrsnittsareal. Dette gjelder spesielt for komprimerbare gassformige medier, hvor effekten av temperatur- og spenningsendringer er enda mer alvorlig.
Under utviklingsprosessen er det vanskelig å arrangere transduserne i henhold til den faktiske rørdiameteren på stedet. Men hvis ultralydtransduserne ikke kan installeres nøyaktig i henhold til diameterposisjonen, vil nøyaktigheten av strømningsmåling også bli påvirket. Posisjoneringsfeilen til transduseren påvirker hovedsakelig forplantningsbanen L til ultralydbølgen. I tillegg til vanskeligheten med å bestemme installasjonsposisjonen til transduseren under utviklingsprosessen, vil den termiske ekspansjons- og sammentrekningseffekten til målerørskallet under temperaturendringer også føre til at transduseravstanden blir litt forskjøvet, og derved forårsaker posisjoneringsfeilen til transduseren. Når det er avleiringer på den indre overflaten av rørveggen til ultralydstrømningsmåleren, blir tverrsnittsarealet av røret mindre, noe som resulterer i en økning i væskehastigheten, som også vil forårsake målefeilen til strømningsmåleverdien. Referanse [96] viser at i en 300 mm diameter ultralydstrømningsmåler, hvis 0,4 mm tykke avleiringer er festet til den indre overflaten av røret, vil det gi ±0,51 % målefeil til ultralydstrømningsmåleren.
