Pri uporabi-časa-letaultrazvočni merilnik pretokaza merjenje pretoka je treba poznati povprečno hitrost plina, ki teče skozi cev. V idealnem primeru ultrazvočni merilnik pretoka hkrati meri hitrost tekočine na neskončnem številu točk vzdolž prečnega-prereza cevi, nato pa izračuna tehtano povprečno hitrost, da dobi prostorninsko povprečno hitrost tekočine v cevi. To merilno načelo predvideva, da tekočina v cevi deluje pod idealnimi pogoji pretoka. Eksperimentalni rezultati kažejo, da lahko v okolju z dobrim pretočnim poljem natančnost merjenja eno-kanalnega ultrazvočnega merilnika pretoka doseže 0,5 %.
Če pa je eno-kanalni ultrazvočni merilnik pretoka nameščen 19D dolvodno od enega 90-stopinjskega zavoja, bo merilna napaka presegla 4 %; če je nameščen 78D navzdol, lahko meritvena napaka doseže 2% do 2,2%. Ti poskusi dokazujejo, da spremembe v ne-polju toka pomembno vplivajo na natančnost meritev. Tudi z več kanali, razporejenimi v cevi za ultrazvočno merjenje pretoka za pridobivanje podatkov o hitrosti v celotnem prerezu-pretoka, še vedno obstajajo nepopolne informacije o hitrosti in bodo ostala neskladja med izmerjenim rezultatom in dejansko hitrostjo. Razlika je majhna, vendar je natančnost meritev veliko boljša kot pri eno-kanalnem ultrazvočnem merilniku pretoka. Ta knjiga kot raziskovalno vsebino za rešitev tega problema vzame tudi več{14}}kanalno merilno metodo. Zato je treba v procesu razvoja ultrazvočnih merilnikov pretoka in uporabe merilnikov pretoka v praksi paziti na vpliv položaja namestitve na dejansko polje pretoka in poskušati zagotoviti, da se lahko tekočina v cevi popolnoma razvije, ko doseže vstop v merilnik pretoka.
Ker stanje pretoka določa merilno in merilno natančnost ultrazvočnih merilnikov pretoka, stanje pretoka pa je odvisno od številnih dejavnikov, je treba pri razvoju in uporabi ultrazvočnih merilnikov pretoka skrbno preučiti, ali merilni pogoji izpolnjujejo konstrukcijske zahteve [21]. Priporočeni pogoji namestitve so, da dolžina gorvodne ravne cevi ultrazvočnega merilnika pretoka ni manjša od 10D in dolžina spodnje ravne cevi ni manjša od 5D.
Prisotnost inštalacijskih učinkov otežuje doseganje stabilnega pretoka tekočine. Pri ravni cevi s popolnoma razvitim tokom je mogoče profil hitrosti in porazdelitev predstaviti z empiričnimi formulami. Torej, dokler so zagotovljeni pogoji namestitve, je mogoče enostavno izpolniti zahteve merilne natančnosti ultrazvočnih merilnikov pretoka, bodisi v laboratoriju ali na primerljivem dejanskem terenu. Vendar pa v industrijskih okoljih obstajajo različni dejavniki motenj in dejanska merilna napaka ultrazvočnih merilnikov pretoka bo večja od nazivne merilne napake! Izmerjena vrednost površinske povprečne hitrosti V ali V v kanalu cevi in izračunana vrednost povprečne hitrosti V a v cevi imata merilno negotovost. Turbulenca se nanaša na merilno negotovost Va ali V. Čeprav se lahko za korekcijo povprečne hitrosti v cevi uporabi korekcijski faktor hitrosti K, bo neskladje med dejanskim pretokom in konstrukcijskimi pogoji povzročilo znatne merilne napake. Varjene prirobnice, izbokline prirobnic v bližini mesta namestitve ultrazvočnega pretvornika ter črpalke in ventili, nameščeni pred tokom, so vsi dejavniki motenj v polju pretoka, ki povzročajo znatne spremembe v profilu hitrosti in povzročajo velike napake v korekcijskem faktorju hitrosti, zaradi česar niso izpolnjeni cilji in zahteve načrtovanja.
Komponenta radialne hitrosti, prisotna v turbulenci, je najpomembnejši vplivni dejavnik pri ultrazvočnem merjenju pretoka. Glavni vzrok za komponento radialne hitrosti je sekundarni tok, ki ga povzroči krivina cevi. Ko tekočina v cevi teče pod pogojem upogibanja, je tok v nestabilnem stanju zaradi centrifugalne sile. Ta problem nestabilnosti se imenuje Deanov problem stabilnosti [91]. Upogib, ki povzroča težave s stabilnostjo Dean, je prikazan na sliki 2.5. Aksialni tok v cevi se imenuje primarni tok, radialni tok, ki nastane v krivini, pa se imenuje sekundarni tok. Razlog za sekundarni tok je, da je ukrivljenost notranje in zunanje strani ovinka različna. Ko se tekoči mikro-elementi premikajo v notranjosti, centrifugalna sila deluje na prečni prerez cevi in ustvarja polje sile. To polje sile bo poganjalo tekoče mikro{10}}elemente v radialno gibanje. Intenzivnost sekundarnega toka lahko predstavimo z Deanovim številom D, to je:
V formuli: Vomje povprečna hitrost toka med obema stenama; D je notranji premer cevi; u kinematična viskoznost; in R je upogibni polmer cevi. Večja kot je hitrost toka, manjši je upogibni polmer R v cevi in večja je intenzivnost ustvarjenega sekundarnega toka.
Vpliv učinka namestitve in geometrijske napake ohišja instrumenta
Med različnimi dejavniki, ki vplivajo na merilno napako ultrazvočnih merilnikov pretoka, sta najpomembnejša učinek namestitve polja pretoka in zakasnitev signala. Med razvojem in uporabo na natančnost merjenja pretoka vplivajo tudi dejavniki, kot sta premer cevi in kot azimuta namestitve. V dejanskih industrijskih okoljih je zaradi učinka namestitve pretok tekočine redko stabilen in v polju pretoka neizogibno obstajajo različna nihanja. Ta nihanja vplivajo na natančnost merjenja pretoka, kot je bilo analizirano prej.
Med postopkom merjenja morata ultrazvočna pot in površina-preseka cevi ultrazvočnega merilnika pretoka ostati konstantna. Spremembe temperature in napetosti bodo povzročile ustrezne spremembe v preseku-cevi, kar bo povzročilo spremembe v porazdelitvi hitrosti tekočine in posledično netočne meritve hitrosti. Merilna napaka je neposredno sorazmerna z napako v površini prečnega-prereza cevi. To še posebej velja za stisljive plinaste medije, kjer so vplivi temperaturnih in napetostnih sprememb še močnejši.
Med razvojnim procesom je pretvornike težko razporediti glede na dejanski premer cevi na mestu. Če pa ultrazvočnih pretvornikov ni mogoče natančno namestiti glede na položaj premera, bo to vplivalo tudi na natančnost merjenja pretoka. Napaka pozicioniranja pretvornika vpliva predvsem na pot L ultrazvočnega valovanja. Poleg težav pri določanju položaja namestitve pretvornika med razvojnim postopkom bo učinek toplotnega raztezanja in krčenja lupine merilne cevi pod temperaturnimi spremembami povzročil tudi rahlo zamikanje razdalje pretvornika, kar bo povzročilo napako pri pozicioniranju pretvornika. Ko se na notranji površini stene cevi ultrazvočnega merilnika pretoka pojavijo usedline, postane presek cevi manjši, kar povzroči povečanje hitrosti tekočine, kar bo povzročilo tudi merilno napako vrednosti merjenja pretoka. Referenca [96] kaže, da pri ultrazvočnem merilniku pretoka s premerom 300 mm, če so na notranjo površino cevi pritrjene 0,4 mm debele usedline, bo to ultrazvočnemu merilniku pretoka prineslo ±0,51 % merilno napako.
