När du använder en-flygtid-ultraljudsflödesmätareför att mäta flödeshastigheten är det nödvändigt att känna till medelhastigheten för gasen som strömmar genom röret. I idealfallet mäter ultraljudsflödesmätaren samtidigt vätskehastigheten vid ett oändligt antal punkter längs rörets tvärsnitt- och beräknar sedan den viktade medelhastigheten för att erhålla volymmedelhastigheten för vätskan i röret. Denna mätprincip förutsätter att vätskan i röret arbetar under idealiska flödesförhållanden. Experimentella resultat visar att i en bra flödesfältmiljö kan mätnoggrannheten för en enkanals ultraljudsflödesmätare nå 0,5 %.
Men om den enkanaliga ultraljudsflödesmätaren är installerad 19D nedströms om en enda 90 graders böj kommer mätfelet att överstiga 4 %; om installerad 78D nedströms kan mätfelet nå 2 % till 2,2 %. Dessa experiment visar att förändringar i det icke-ideala flödesfältet har en betydande inverkan på mätnoggrannheten. Även med flera kanaler anordnade i ultraljudsflödesmätningsröret för att erhålla hastighetsinformation över hela flödestvärsnittet, finns fortfarande ofullständig hastighetsinformation, och avvikelser kommer att finnas kvar mellan det uppmätta resultatet och den faktiska hastigheten. Skillnaden är liten, men mätnoggrannheten är mycket bättre än för en enkanals ultraljudsflödesmätare. Den här boken använder också flerkanalsmätmetoden- som forskningsinnehåll för att lösa detta problem. Därför, i processen med att utveckla ultraljudsflödesmätare och använda flödesmätare i praktiken, är det nödvändigt att vara uppmärksam på inverkan av installationspositionen på det faktiska flödesfältet och försöka säkerställa att vätskan i röret kan utvecklas fullt ut när den når flödesmätarens inlopp.
Eftersom flödestillståndet bestämmer mät- och mätnoggrannheten för ultraljudsflödesmätare, och flödestillståndet beror på många faktorer, är det nödvändigt att noga överväga om mätförhållandena uppfyller designkraven vid utveckling och användning av ultraljudsflödesmätare [21]. De rekommenderade installationsförhållandena är att längden på det raka uppströmsröret på ultraljudsflödesmätaren inte är mindre än 10D och längden på det raka nedströmsröret inte är mindre än 5D.
Närvaron av installationseffekter gör det svårt att uppnå stabilt vätskeflöde. I en rak rörlayout med fullt utvecklat flöde kan hastighetsprofilen och fördelningen representeras av empiriska formler. Så länge installationsförhållandena är garanterade kan därför kraven på mätnoggrannhet för ultraljudsflödesmätare lätt uppfyllas, oavsett om det är i ett laboratorium eller ett jämförbart verkligt område. Men i industriella miljöer finns det olika störningsfaktorer, och det faktiska mätfelet för ultraljudsflödesmätare kommer att vara större än det nominella mätfelet! Det uppmätta värdet av ytmedelhastigheten V eller V i rörkanalen och det beräknade värdet av medelhastigheten Va i röret har båda mätosäkerheter. Turbulens hänvisar till mätosäkerheten för Va eller V. Även om en hastighetskorrektionsfaktor K kan användas för att korrigera medelhastigheten i röret, kommer avvikelsen mellan det faktiska flödet och konstruktionsförhållandena att introducera betydande mätfel. Svetsade flänsar, flänsutsprång nära ultraljudsgivarens installationsplats, och pumpar och ventiler installerade uppströms är alla störningsfaktorer i flödesfältet, vilket orsakar betydande förändringar i hastighetsprofilen och resulterar i stora fel i hastighetskorrigeringsfaktorn, vilket därmed inte uppfyller designmål och krav.
Den radiella hastighetskomponenten som finns i turbulensen är den viktigaste påverkande faktorn vid ultraljudsflödesmätning. Huvudorsaken till den radiella hastighetskomponenten är det sekundära flödet som orsakas av böjningen i röret. När vätskan i röret strömmar under böjningsförhållandena är flödestillståndet i ett instabilt tillstånd på grund av centrifugalkraften. Detta instabilitetsproblem kallas Dean stabilitetsproblem [91]. Böjen som orsakar dekanens stabilitetsproblem visas i figur 2.5. Det axiella flödet i röret kallas primärflödet och det radiella flödet som genereras i kröken kallas sekundärflödet. Anledningen till det sekundära flödet är att krökningen på krökens inre och yttre sidor är olika. När de flytande mikro-elementen rör sig inuti verkar centrifugalkraften på rörets tvärsnitt och genererar ett kraftfält. Detta kraftfält kommer att driva de flytande mikroelementen{10} att producera radiell rörelse. Intensiteten hos det sekundära flödet kan representeras av dekanusnumret D, det vill säga:
I formeln: Vomär medelflödeshastigheten mellan de två väggarna; D är rörets innerdiameter; u är den kinematiska viskositeten; och R är rörets böjningsradie. Ju snabbare flödeshastighet, desto mindre böjningsradie R i röret, och desto större intensitet är det sekundära flödet som genereras.
Inverkan av installationseffekt och geometriskt fel på instrumenthuset
Bland de olika faktorerna som påverkar mätfelet för ultraljudsflödesmätare är de viktigaste flödesfältsinstallationseffekten och signalfördröjning. Under utveckling och användning påverkar faktorer som rördiameter och installationsazimutvinkel också flödesmätningsnoggrannheten. I faktiska industriella miljöer, på grund av installationseffekten, är vätskeflödet sällan stabilt, och olika fluktuationer finns oundvikligen i flödesfältet. Dessa fluktuationer påverkar flödesmätningsnoggrannheten, som analyserats tidigare.
Under mätningsprocessen måste ultraljudsbanan och tvärsnittsarean för ultraljudsflödesmätarens rörskal förbli konstanta. Förändringar i temperatur och spänning kommer att orsaka motsvarande förändringar i rörtvärsnittet, vilket leder till variationer i vätskehastighetsfördelningen och följaktligen felaktig hastighetsmätning. Mätfelet är direkt proportionellt mot felet i rörets-tvärsnittsarea. Detta gäller särskilt för komprimerbara gasformiga medier, där effekterna av temperatur- och spänningsförändringar är ännu allvarligare.
Under utvecklingsprocessen är det svårt att arrangera givarna efter den faktiska rördiametern på plats. Men om ultraljudsgivarna inte kan installeras korrekt i enlighet med diameterpositionen, kommer flödesmätningens noggrannhet också att påverkas. Positioneringsfelet för givaren påverkar huvudsakligen utbredningsvägen L för ultraljudsvågen. Förutom svårigheten att bestämma givarens installationsposition under utvecklingsprocessen, kommer den termiska expansionen och kontraktionseffekten av mätrörsskalet vid temperaturförändringar också att göra att givarens avstånd förskjuts något, vilket därigenom orsakar givarens positioneringsfel. När det finns avlagringar på den inre ytan av rörväggen på ultraljudsflödesmätaren, blir rörets tvärsnittsarea mindre, vilket resulterar i en ökning av vätskehastigheten, vilket också orsakar mätfelet för flödesmätvärdet. Referens [96] visar att i en ultraljudsflödesmätare med en diameter på 300 mm, om 0,4 mm tjocka avlagringar fästs på rörets inre yta, kommer det att ge ±0,51 % mätfel till ultraljudsflödesmätaren.
