Khi sử dụng thời gian-của-chuyến baymáy đo lưu lượng siêu âmđể đo tốc độ dòng chảy cần biết vận tốc trung bình của khí chảy qua đường ống. Lý tưởng nhất là máy đo lưu lượng siêu âm đồng thời đo vận tốc chất lỏng tại vô số điểm dọc theo-mặt cắt ngang của ống, sau đó tính toán vận tốc trung bình có trọng số để thu được vận tốc thể tích trung bình của chất lỏng trong đường ống. Nguyên tắc đo lường này giả định chất lỏng trong đường ống đang hoạt động ở điều kiện dòng chảy lý tưởng. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng trong môi trường trường dòng chảy tốt, độ chính xác đo của-máy đo lưu lượng siêu âm một kênh có thể đạt tới 0,5%.
Tuy nhiên, nếu-đồng hồ đo lưu lượng siêu âm một kênh được lắp đặt ở phía hạ lưu 19D của một khúc cua 90 độ thì sai số đo sẽ vượt quá 4%; nếu lắp hạ lưu 78D, sai số đo có thể lên tới 2% đến 2,2%. Những thử nghiệm này chứng minh rằng những thay đổi trong trường luồng không{8}}lý tưởng có tác động đáng kể đến độ chính xác của phép đo. Ngay cả khi có nhiều kênh được bố trí trong ống đo lưu lượng siêu âm để thu được thông tin vận tốc trên toàn bộ mặt cắt ngang của dòng chảy, thông tin vận tốc không đầy đủ vẫn tồn tại và sự khác biệt sẽ vẫn tồn tại giữa kết quả đo được và vận tốc thực tế. Sự khác biệt là nhỏ nhưng độ chính xác của phép đo tốt hơn nhiều so với máy đo lưu lượng siêu âm một kênh. Cuốn sách này cũng lấy phương pháp đo lường đa kênh làm nội dung nghiên cứu để giải quyết vấn đề này. Do đó, trong quá trình phát triển đồng hồ đo lưu lượng siêu âm và sử dụng đồng hồ đo lưu lượng trong thực tế, cần chú ý đến ảnh hưởng của vị trí lắp đặt đến trường dòng chảy thực tế và cố gắng đảm bảo rằng chất lỏng trong đường ống có thể được phát triển đầy đủ khi đến đầu vào của đồng hồ đo lưu lượng.
Do trạng thái dòng chảy xác định độ chính xác đo và đo của lưu lượng kế siêu âm và trạng thái dòng chảy phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên cần xem xét cẩn thận xem các điều kiện đo có đáp ứng yêu cầu thiết kế khi phát triển và sử dụng lưu lượng kế siêu âm hay không [21]. Các điều kiện lắp đặt được khuyến nghị là chiều dài của ống thẳng ngược dòng của đồng hồ đo lưu lượng siêu âm không nhỏ hơn 10D và chiều dài của ống thẳng xuôi dòng không nhỏ hơn 5D.
Sự hiện diện của các hiệu ứng lắp đặt gây khó khăn cho việc đạt được dòng chất lỏng ổn định. Trong bố trí đường ống thẳng với dòng chảy được phát triển đầy đủ, đặc tính và phân bổ vận tốc có thể được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm. Do đó, miễn là các điều kiện lắp đặt được đảm bảo, các yêu cầu về độ chính xác đo của lưu lượng kế siêu âm có thể dễ dàng được đáp ứng, dù là trong phòng thí nghiệm hay hiện trường thực tế tương đương. Tuy nhiên, trong môi trường công nghiệp, tồn tại nhiều yếu tố gây nhiễu khác nhau và sai số đo thực tế của lưu lượng kế siêu âm sẽ lớn hơn sai số đo định mức! Giá trị đo được của vận tốc trung bình bề mặt V hoặc V trong kênh ống và giá trị tính toán của vận tốc trung bình V a trong đường ống đều có độ không đảm bảo đo. Sự nhiễu loạn đề cập đến độ không đảm bảo đo của Va hoặc V. Mặc dù hệ số hiệu chỉnh vận tốc K có thể được sử dụng để hiệu chỉnh vận tốc trung bình trong đường ống, nhưng sự khác biệt giữa dòng chảy thực tế và điều kiện thiết kế sẽ gây ra sai số đo đáng kể. Mặt bích hàn, phần nhô ra của mặt bích gần vị trí lắp đặt đầu dò siêu âm, máy bơm và van lắp đặt phía thượng nguồn đều là những yếu tố gây nhiễu trong trường dòng chảy, gây ra những thay đổi đáng kể về biên dạng vận tốc và dẫn đến sai số lớn về hệ số hiệu chỉnh vận tốc, do đó không đáp ứng được mục tiêu và yêu cầu thiết kế.
Thành phần vận tốc hướng tâm có trong dòng chảy rối là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất trong phép đo lưu lượng siêu âm. Nguyên nhân chính của thành phần vận tốc hướng tâm là dòng thứ cấp gây ra bởi sự uốn cong trong đường ống. Khi chất lỏng trong đường ống chảy ở trạng thái uốn, trạng thái dòng chảy ở trạng thái không ổn định do lực ly tâm. Bài toán bất ổn này được gọi là bài toán ổn định Dean [91]. Chỗ uốn gây ra vấn đề ổn định Dean được thể hiện trên Hình 2.5. Dòng chảy dọc trục trong ống được gọi là dòng chính và dòng hướng tâm được tạo ra ở khúc cua được gọi là dòng thứ cấp. Nguyên nhân của dòng chảy thứ cấp là do độ cong của mặt trong và mặt ngoài của khúc cua là khác nhau. Khi các phần tử vi mô{8}}chất lỏng di chuyển vào bên trong, lực ly tâm tác dụng lên mặt cắt ống và tạo ra trường lực. Trường lực này sẽ điều khiển các phần tử vi mô{10}chất lỏng tạo ra chuyển động xuyên tâm. Cường độ của dòng thứ cấp có thể được biểu thị bằng số Dean D, nghĩa là:
Trong công thức: Vồlà vận tốc dòng chảy trung bình giữa hai vách; D là đường kính trong của ống; u là độ nhớt động học; và R là bán kính uốn ống. Tốc độ dòng chảy càng nhanh thì bán kính uốn R trong ống càng nhỏ và cường độ dòng thứ cấp được tạo ra càng lớn.
Ảnh hưởng của hiệu ứng lắp đặt và sai số hình học của vỏ thiết bị
Trong số các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến sai số đo của máy đo lưu lượng siêu âm, quan trọng nhất là hiệu ứng lắp đặt trường dòng chảy và độ trễ tín hiệu. Trong quá trình phát triển và sử dụng, các yếu tố như đường kính ống và góc phương vị lắp đặt cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo lưu lượng. Trong môi trường công nghiệp thực tế, do hiệu ứng lắp đặt, dòng chất lỏng hiếm khi ổn định và chắc chắn sẽ tồn tại nhiều biến động khác nhau trong trường dòng chảy. Những biến động này ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo lưu lượng, như đã phân tích trước đây.
Trong quá trình đo, đường siêu âm và diện tích mặt cắt ngang của vỏ ống lưu lượng kế siêu âm phải không đổi. Những thay đổi về nhiệt độ và ứng suất sẽ gây ra những thay đổi tương ứng trên mặt cắt ngang của đường ống-, dẫn đến sự thay đổi trong phân bổ vận tốc chất lỏng và do đó, phép đo vận tốc không chính xác. Sai số đo tỷ lệ thuận với sai số trong-mặt cắt ngang của ống. Điều này đặc biệt đúng đối với môi trường khí nén, nơi ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ và ứng suất thậm chí còn nghiêm trọng hơn.
Trong quá trình phát triển, việc bố trí các đầu dò theo đường kính ống thực tế tại chỗ rất khó khăn. Tuy nhiên, nếu đầu dò siêu âm không được lắp đặt chính xác theo vị trí đường kính thì độ chính xác của phép đo lưu lượng cũng sẽ bị ảnh hưởng. Lỗi định vị của đầu dò chủ yếu ảnh hưởng đến đường truyền L của sóng siêu âm. Ngoài khó khăn trong việc xác định vị trí lắp đặt đầu dò trong quá trình phát triển, hiệu ứng giãn nở và co nhiệt của vỏ ống đo dưới sự thay đổi nhiệt độ cũng sẽ khiến khoảng cách đầu dò bị dịch chuyển một chút, từ đó gây ra lỗi định vị của đầu dò. Khi có cặn bám trên bề mặt bên trong thành ống của máy đo lưu lượng siêu âm,-diện tích mặt cắt ngang của ống trở nên nhỏ hơn, dẫn đến vận tốc chất lỏng tăng lên, điều này cũng sẽ gây ra sai số đo của giá trị đo lưu lượng. Tài liệu tham khảo [96] cho thấy rằng trong máy đo lưu lượng siêu âm đường kính 300 mm, nếu cặn dày 0,4 mm được gắn vào bề mặt bên trong của ống, nó sẽ mang lại sai số đo ± 0,51% cho máy đo lưu lượng siêu âm.
