Όταν χρησιμοποιείτε μια ώρα-της-πτήσεωςμετρητής ροής υπερήχωνγια τη μέτρηση του ρυθμού ροής, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη μέση ταχύτητα του αερίου που ρέει μέσω του σωλήνα. Στην ιδανική περίπτωση, ο μετρητής ροής υπερήχων μετρά ταυτόχρονα την ταχύτητα του ρευστού σε άπειρο αριθμό σημείων κατά μήκος της διατομής-του σωλήνα και, στη συνέχεια, υπολογίζει τη σταθμισμένη μέση ταχύτητα για να λάβει τη μέση ταχύτητα όγκου του ρευστού εντός του σωλήνα. Αυτή η αρχή μέτρησης προϋποθέτει ότι το ρευστό στον σωλήνα λειτουργεί υπό ιδανικές συνθήκες ροής. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι σε ένα καλό περιβάλλον πεδίου ροής, η ακρίβεια μέτρησης ενός-ροομετρητή υπερήχων ενός καναλιού μπορεί να φτάσει το 0,5%.
Ωστόσο, εάν ο μετρητής ροής υπερήχων μονού καναλιού-εγκατασταθεί 19D κατάντη μιας μεμονωμένης κάμψης 90 μοιρών, το σφάλμα μέτρησης θα υπερβεί το 4%. εάν εγκατασταθεί 78D κατάντη, το σφάλμα μέτρησης μπορεί να φτάσει το 2% έως 2,2%. Αυτά τα πειράματα καταδεικνύουν ότι οι αλλαγές στο μη-πεδίο της ιδανικής ροής έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην ακρίβεια της μέτρησης. Ακόμη και με πολλαπλά κανάλια διατεταγμένα στον σωλήνα μέτρησης ροής υπερήχων για τη λήψη πληροφοριών ταχύτητας σε ολόκληρη την{10}διατομή ροής, εξακολουθούν να υπάρχουν ελλιπείς πληροφορίες ταχύτητας και θα παραμείνουν αποκλίσεις μεταξύ του μετρούμενου αποτελέσματος και της πραγματικής ταχύτητας. Η διαφορά είναι μικρή, αλλά η ακρίβεια μέτρησης είναι πολύ καλύτερη από αυτή ενός ροόμετρου υπερήχων ενός καναλιού. Αυτό το βιβλίο χρησιμοποιεί επίσης τη μέθοδο μέτρησης πολλαπλών καναλιών{14}}ως το ερευνητικό περιεχόμενο για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Επομένως, κατά τη διαδικασία ανάπτυξης μετρητών ροής υπερήχων και χρήσης μετρητών ροής στην πράξη, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στην επίδραση της θέσης εγκατάστασης στο πραγματικό πεδίο ροής και να προσπαθήσετε να διασφαλίσετε ότι το υγρό στον σωλήνα μπορεί να αναπτυχθεί πλήρως όταν φτάσει στην είσοδο του ροόμετρου.
Επειδή η κατάσταση ροής καθορίζει την ακρίβεια μέτρησης και μέτρησης των ροόμετρων υπερήχων και η κατάσταση ροής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, είναι απαραίτητο να εξεταστεί προσεκτικά εάν οι συνθήκες μέτρησης πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού κατά την ανάπτυξη και χρήση ροόμετρου υπερήχων [21]. Οι συνιστώμενες συνθήκες εγκατάστασης είναι ότι το μήκος του ανάντη ευθύγραμμου σωλήνα του ροόμετρου υπερήχων δεν είναι μικρότερο από 10D και το μήκος του ευθύγραμμου σωλήνα κατάντη δεν είναι μικρότερο από 5D.
Η παρουσία φαινομένων εγκατάστασης καθιστά δύσκολη την επίτευξη σταθερής ροής υγρού. Σε μια ευθεία διάταξη σωλήνα με πλήρως ανεπτυγμένη ροή, το προφίλ ταχύτητας και η κατανομή μπορούν να αναπαρασταθούν με εμπειρικούς τύπους. Επομένως, εφόσον είναι εγγυημένες οι συνθήκες εγκατάστασης, οι απαιτήσεις ακρίβειας μέτρησης των ροόμετρων υπερήχων μπορούν εύκολα να ικανοποιηθούν, είτε σε εργαστήριο είτε σε συγκρίσιμο πραγματικό πεδίο. Ωστόσο, σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, υπάρχουν διάφοροι παράγοντες παρεμβολής και το πραγματικό σφάλμα μέτρησης των ροόμετρων υπερήχων θα είναι μεγαλύτερο από το ονομαστικό σφάλμα μέτρησης! Η μετρούμενη τιμή της μέσης επιφανειακής ταχύτητας V ή V στο κανάλι σωλήνα και η υπολογιζόμενη τιμή της μέσης ταχύτητας V a στο σωλήνα έχουν αμφότερες αβεβαιότητες μέτρησης. Ο στροβιλισμός αναφέρεται στην αβεβαιότητα μέτρησης του Va ή του V. Παρόλο που ένας συντελεστής διόρθωσης ταχύτητας Κ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση της μέσης ταχύτητας στο σωλήνα, η απόκλιση μεταξύ της πραγματικής ροής και των συνθηκών σχεδιασμού θα προκαλέσει σημαντικά σφάλματα μέτρησης. Οι συγκολλημένες φλάντζες, οι προεξοχές της φλάντζας κοντά στη θέση εγκατάστασης του μορφοτροπέα υπερήχων και οι αντλίες και οι βαλβίδες που είναι εγκατεστημένες ανάντη αποτελούν παράγοντες παρεμβολής στο πεδίο ροής, προκαλώντας σημαντικές αλλαγές στο προφίλ ταχύτητας και καταλήγοντας σε μεγάλα σφάλματα στον συντελεστή διόρθωσης ταχύτητας, αποτυγχάνοντας έτσι να ανταποκριθούν στους σχεδιαστικούς στόχους και απαιτήσεις.
Η συνιστώσα της ακτινικής ταχύτητας που υπάρχει στον στροβιλισμό είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας επιρροής στη μέτρηση της ροής υπερήχων. Η κύρια αιτία της συνιστώσας ακτινικής ταχύτητας είναι η δευτερεύουσα ροή που προκαλείται από την κάμψη του σωλήνα. Όταν το ρευστό στον σωλήνα ρέει υπό συνθήκες κάμψης, η κατάσταση ροής είναι σε ασταθή κατάσταση λόγω της φυγόκεντρης δύναμης. Αυτό το πρόβλημα αστάθειας ονομάζεται πρόβλημα σταθερότητας Dean [91]. Η κάμψη που προκαλεί το πρόβλημα ευστάθειας Dean φαίνεται στο Σχήμα 2.5. Η αξονική ροή στον σωλήνα ονομάζεται κύρια ροή και η ακτινική ροή που δημιουργείται στην κάμψη ονομάζεται δευτερεύουσα ροή. Ο λόγος για τη δευτερεύουσα ροή είναι ότι η καμπυλότητα της εσωτερικής και της εξωτερικής πλευράς της καμπής είναι διαφορετική. Όταν τα μικρο{8}}στοιχεία του ρευστού κινούνται μέσα, η φυγόκεντρος δύναμη δρα στη διατομή του σωλήνα και δημιουργεί ένα πεδίο δύναμης. Αυτό το πεδίο δύναμης θα οδηγήσει τα ρευστά μικροστοιχεία για να παράγουν ακτινική κίνηση. Η ένταση της δευτερεύουσας ροής μπορεί να αναπαρασταθεί από τον Dean αριθμό D, δηλαδή:
Στον τύπο: Vomείναι η μέση ταχύτητα ροής μεταξύ των δύο τοιχωμάτων. D είναι η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα. u είναι το κινηματικό ιξώδες. και R είναι η ακτίνα κάμψης του σωλήνα. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα ροής, τόσο μικρότερη είναι η ακτίνα κάμψης R στον σωλήνα και τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της δευτερεύουσας ροής που δημιουργείται.
Επίδραση του φαινομένου εγκατάστασης και του γεωμετρικού σφάλματος του περιβλήματος του οργάνου
Μεταξύ των διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν το σφάλμα μέτρησης των μετρητών ροής υπερήχων, οι πιο σημαντικοί είναι το φαινόμενο εγκατάστασης πεδίου ροής και η καθυστέρηση σήματος. Κατά την ανάπτυξη και τη χρήση, παράγοντες όπως η διάμετρος του σωλήνα και η γωνία αζιμουθίου εγκατάστασης επηρεάζουν επίσης την ακρίβεια μέτρησης της ροής. Σε πραγματικά βιομηχανικά περιβάλλοντα, λόγω του φαινομένου εγκατάστασης, η ροή του ρευστού είναι σπάνια σταθερή και αναπόφευκτα υπάρχουν διάφορες διακυμάνσεις στο πεδίο ροής. Αυτές οι διακυμάνσεις επηρεάζουν την ακρίβεια μέτρησης της ροής, όπως αναλύθηκε προηγουμένως.
Κατά τη διαδικασία μέτρησης, η διαδρομή υπερήχων και η{0}}διατομή του κελύφους του σωλήνα του ροόμετρου υπερήχων πρέπει να παραμένουν σταθερά. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία και την τάση θα προκαλέσουν αντίστοιχες αλλαγές στη διατομή-σωλήνων, οδηγώντας σε διακυμάνσεις στην κατανομή της ταχύτητας του ρευστού και κατά συνέπεια, σε ανακριβή μέτρηση της ταχύτητας. Το σφάλμα μέτρησης είναι ευθέως ανάλογο με το σφάλμα στην περιοχή διατομής-του σωλήνα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για συμπιέσιμα αέρια μέσα, όπου οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας και των αλλαγών καταπόνησης είναι ακόμη πιο σοβαρές.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, είναι δύσκολο να τακτοποιήσετε τους μορφοτροπείς σύμφωνα με την πραγματική διάμετρο του σωλήνα επί τόπου. Ωστόσο, εάν οι μορφοτροπείς υπερήχων δεν μπορούν να εγκατασταθούν με ακρίβεια σύμφωνα με τη θέση διαμέτρου, θα επηρεαστεί επίσης η ακρίβεια της μέτρησης της ροής. Το σφάλμα τοποθέτησης του μορφοτροπέα επηρεάζει κυρίως τη διαδρομή διάδοσης L του υπερηχητικού κύματος. Εκτός από τη δυσκολία στον προσδιορισμό της θέσης εγκατάστασης του μορφοτροπέα κατά τη διαδικασία ανάπτυξης, η επίδραση θερμικής διαστολής και συστολής του κελύφους του σωλήνα μέτρησης υπό αλλαγές θερμοκρασίας θα προκαλέσει επίσης ελαφρά μετατόπιση της απόστασης του μορφοτροπέα, προκαλώντας έτσι το σφάλμα τοποθέτησης του μορφοτροπέα. Όταν υπάρχουν εναποθέσεις στην εσωτερική επιφάνεια του τοιχώματος του σωλήνα του ροόμετρου υπερήχων, η-διατομή του σωλήνα γίνεται μικρότερη, με αποτέλεσμα την αύξηση της ταχύτητας του ρευστού, η οποία θα προκαλέσει επίσης το σφάλμα μέτρησης της τιμής μέτρησης της ροής. Η αναφορά [96] δείχνει ότι σε ένα ροόμετρο υπερήχων διαμέτρου 300 mm, εάν προσαρτηθούν εναποθέσεις πάχους 0,4 mm στην εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα, θα φέρει ±0,51% σφάλμα μέτρησης στο ροόμετρο υπερήχων.
