Când utilizați un timp-de-de zbordebitmetru cu ultrasunetepentru a măsura debitul este necesar să se cunoască viteza medie a gazului care curge prin conductă. În mod ideal, debitmetrul cu ultrasunete măsoară simultan viteza fluidului într-un număr infinit de puncte de-a lungul secțiunii transversale-țevii, apoi calculează viteza medie ponderată pentru a obține viteza medie în volum a fluidului din conductă. Acest principiu de măsurare presupune că fluidul din conductă funcționează în condiții ideale de curgere. Rezultatele experimentale arată că într-un mediu bun de câmp de curgere, precizia de măsurare a unui debitmetru cu ultrasunete cu un singur-canal poate ajunge la 0,5%.
Cu toate acestea, dacă debitmetrul cu ultrasunete cu un singur-canal este instalat la 19D în aval de o singură curbă de 90 de grade, eroarea de măsurare va depăși 4%; dacă este instalat 78D în aval, eroarea de măsurare poate ajunge la 2% până la 2,2%. Aceste experimente demonstrează că modificările în câmpul de flux ne-ideal au un impact semnificativ asupra preciziei măsurării. Chiar și cu mai multe canale aranjate în conducta de măsurare a debitului cu ultrasunete pentru a obține informații despre viteză de-a lungul întregii secțiuni transversale-debitului, informațiile incomplete despre viteză încă există și vor rămâne discrepanțe între rezultatul măsurat și viteza reală. Diferența este mică, dar precizia măsurării este mult mai bună decât cea a unui debitmetru ultrasonic cu un singur canal-. Această carte ia, de asemenea, metoda de măsurare cu mai multe-canale drept conținut de cercetare pentru rezolvarea acestei probleme. Prin urmare, în procesul de dezvoltare a debitmetrelor cu ultrasunete și utilizarea debitmetrelor în practică, este necesar să se acorde atenție influenței poziției de instalare asupra câmpului de debit real și să se încerce să se asigure că fluidul din conductă poate fi dezvoltat pe deplin atunci când ajunge la intrarea debitmetrului.
Deoarece starea debitului determină precizia de măsurare și măsurare a debitmetrelor cu ultrasunete, iar starea debitului depinde de mulți factori, este necesar să se ia în considerare cu atenție dacă condițiile de măsurare îndeplinesc cerințele de proiectare atunci când se dezvoltă și se utilizează debitmetre cu ultrasunete [21]. Condițiile de instalare recomandate sunt ca lungimea conductei drepte din amonte a debitmetrului cu ultrasunete să nu fie mai mică de 10D, iar lungimea conductei drepte din aval să nu fie mai mică de 5D.
Prezența efectelor de instalare face dificilă obținerea unui flux stabil de fluid. Într-un aspect al conductei drepte cu debit complet dezvoltat, profilul vitezei și distribuția pot fi reprezentate prin formule empirice. Prin urmare, atâta timp cât condițiile de instalare sunt garantate, cerințele de precizie a măsurătorii ale debitmetrelor cu ultrasunete pot fi îndeplinite cu ușurință, fie într-un laborator sau într-un domeniu real comparabil. Cu toate acestea, în setările industriale, există diverși factori de interferență, iar eroarea reală de măsurare a debitmetrelor cu ultrasunete va fi mai mare decât eroarea nominală de măsurare! Valoarea măsurată a vitezei medii de suprafață V sau V în canalul conductei și valoarea calculată a vitezei medii V a în conductă au ambele incertitudini de măsurare. Turbulența se referă la incertitudinea de măsurare a lui Va sau V. Deși un factor de corecție a vitezei K poate fi utilizat pentru a corecta viteza medie în conductă, discrepanța dintre debitul real și condițiile de proiectare va introduce erori semnificative de măsurare. Flanșele sudate, proeminențele flanșei în apropierea locației de instalare a traductorului cu ultrasunete și pompele și supapele instalate în amonte sunt toți factori de interferență în câmpul de curgere, provocând modificări semnificative ale profilului de viteză și ducând la erori mari în factorul de corecție a vitezei, nereușind astfel îndeplinirea obiectivelor și cerințelor de proiectare.
Componenta de viteză radială prezentă în turbulență este cel mai important factor de influență în măsurarea debitului cu ultrasunete. Cauza principală a componentei vitezei radiale este debitul secundar cauzat de îndoirea țevii. Când fluidul din țeavă curge în starea de îndoire, starea de curgere este într-o stare instabilă din cauza forței centrifuge. Această problemă de instabilitate se numește problema de stabilitate Dean [91]. Îndoirea care provoacă problema stabilității Dean este prezentată în Figura 2.5. Curgerea axială în conductă se numește flux primar, iar debitul radial generat în cot se numește flux secundar. Motivul fluxului secundar este că curbura părților interioare și exterioare ale curbei este diferită. Când micro-elementele fluide se deplasează în interior, forța centrifugă acționează asupra secțiunii transversale a conductei și generează un câmp de forță. Acest câmp de forță va antrena microelementele fluide pentru a produce mișcare radială. Intensitatea fluxului secundar poate fi reprezentată de numărul decan D, adică:
În formula: Vomeste viteza medie de curgere între cei doi pereți; D este diametrul interior al conductei; u este vâscozitatea cinematică; iar R este raza de îndoire a conductei. Cu cât viteza curgerii este mai mare, cu atât raza de îndoire R a conductei este mai mică și intensitatea fluxului secundar generat este mai mare.
Influența efectului de instalare și eroarea geometrică a carcasei instrumentului
Dintre diferiții factori care afectează eroarea de măsurare a debitmetrelor cu ultrasunete, cei mai importanți sunt efectul instalării câmpului de curgere și întârzierea semnalului. În timpul dezvoltării și utilizării, factori precum diametrul conductei și unghiul de azimut al instalației influențează, de asemenea, precizia măsurării debitului. În mediile industriale reale, datorită efectului de instalare, fluxul de fluid este rareori stabil și există inevitabil diferite fluctuații în câmpul de curgere. Aceste fluctuații afectează precizia măsurării debitului, așa cum sa analizat anterior.
În timpul procesului de măsurare, traseul ultrasonic și zona secțiunii transversale-a mantalei conductei debitmetrului ultrasonic trebuie să rămână constante. Schimbările de temperatură și tensiuni vor cauza modificări corespunzătoare în secțiunea transversală-țevii, ducând la variații în distribuția vitezei fluidului și, în consecință, la măsurarea inexactă a vitezei. Eroarea de măsurare este direct proporţională cu eroarea din zona secţiunii transversale a conductei. Acest lucru este valabil mai ales pentru mediile gazoase compresibile, unde efectele schimbărilor de temperatură și tensiuni sunt și mai severe.
În timpul procesului de dezvoltare, este dificil să aranjați traductoarele în funcție de diametrul real al conductei la fața locului. Cu toate acestea, dacă traductoarele cu ultrasunete nu pot fi instalate cu precizie în funcție de poziția diametrului, precizia măsurării debitului va fi, de asemenea, afectată. Eroarea de poziționare a traductorului afectează în principal calea de propagare L a undei ultrasonice. Pe lângă dificultatea de a determina poziția de instalare a traductorului în timpul procesului de dezvoltare, efectul de dilatare și contracție termică a carcasei țevii de măsurare la schimbările de temperatură va determina, de asemenea, o deplasare ușoară a distanței traductorului, provocând astfel eroarea de poziționare a traductorului. Când există depuneri pe suprafața interioară a peretelui conductei debitmetrului cu ultrasunete, aria secțiunii transversale a conductei devine mai mică, rezultând o creștere a vitezei fluidului, ceea ce va cauza și eroarea de măsurare a valorii de măsurare a debitului. Referința [96] arată că într-un debitmetru cu ultrasunete cu diametrul de 300 mm, dacă pe suprafața interioară a țevii sunt atașate depozite de 0,4 mm grosime, aceasta va aduce o eroare de măsurare de ±0,51% la debitmetrul cu ultrasunete.
