ผลกระทบของเวลาการวัดต่อการวัดการไหล

นอกจากข้อผิดพลาดในการวัดเวลาที่เกิดจากคุณภาพของสัญญาณเสียงสะท้อนอัลตราโซนิกแล้ว วิธีการวัดเวลายังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความแม่นยำอีกด้วย วิธีการวัดเวลาหลักประกอบด้วยการนับพัลส์และความสัมพันธ์ข้าม- ในการนับพัลส์ ความละเอียดของเวลาในการวัดเป็นปัจจัยโดยตรงที่นำไปสู่การวัดข้อผิดพลาด. เนื่องจากพัลส์ไทม์มิ่งมีความกว้างเสมอ ข้อผิดพลาดในการวัดจึงเกิดขึ้นภายในช่วงพัลส์หนึ่งช่วง

 

วิธีความสัมพันธ์ข้าม-จะคำนวณความสัมพันธ์ข้าม-ระหว่างสัญญาณที่แพร่กระจายระหว่างจุดสองจุดเพื่อให้ได้การหน่วงเวลาระหว่างสัญญาณทั้งสอง สมมติว่าสัญญาณอัลตราโซนิกที่ตรวจพบที่จุดหนึ่งคือ z(t) และสัญญาณที่แพร่กระจายไปยังจุดอื่นหลังจากเวลาหน่วงคือ y(t) การหน่วงเวลาระหว่างสัญญาณทั้งสองสามารถคำนวณได้โดยความสัมพันธ์ข้าม-

สูตรการคำนวณความสัมพันธ์ข้าม-มีดังต่อไปนี้:

นอกจากนี้ มิเตอร์วัดการไหลแบบอัลตราโซนิกยังประสบปัญหาความล่าช้าที่เกิดจากสายเคเบิล ทรานสดิวเซอร์ ช่องติดตั้ง และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ การหน่วงเวลาเหล่านี้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ ข้อผิดพลาดเหล่านี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการทดสอบความล่าช้า การแก้ไขการปรับเทียบการไหลเป็นศูนย์- และการชดเชยอุณหภูมิและความดัน

วิถีการแพร่กระจายของสัญญาณอัลตราโซนิกภายในท่อเปลี่ยนแปลงตามความเร็วการไหล ซึ่งท้ายที่สุดนำไปสู่ความไม่ถูกต้องในการวัดเวลา วิถีการแพร่กระจายคลื่นอัลตราโซนิกภายในของไหลไม่เป็นเส้นตรง และวิถีการเคลื่อนที่จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าการไหลเป็นต้นน้ำหรือปลายน้ำ วิถีการแพร่กระจายนี้สามารถอธิบายได้โดยใช้วิธีการติดตามเส้นโค้งของช่องสัญญาณในอะคูสติกเรขาคณิต จากการหาค่าโดย Boone และ Vermaas โดยสมมติว่าความเร็วเสียง C คงที่ สมการการติดตามเส้นโค้งของช่องสัญญาณคือ:

ในสูตร: p(r) คือมุมระหว่างช่องเสียงที่ระยะ r จากเส้นกึ่งกลางและทิศทางแกนในท่อ V คือความเร็วพื้นผิวเฉลี่ยของช่องเสียงที่ระยะห่าง r จากเส้นกึ่งกลางและส่วนแกนในท่อ

เมื่อกำหนดตำแหน่งของเซนเซอร์แล้ว สามารถสร้างเส้นโค้งของช่องสัญญาณได้ เนื่องจาก V ไม่คงที่ Channel จึงแสดงรูปร่างโค้ง และมุมของ Channel จึงไม่-คงที่ เลขเรย์โนลด์ส Re และเลขมัค Ma เป็นตัวกำหนดความโค้งของช่องสัญญาณ ซึ่งจะเปลี่ยนไปตามการกระจายความเร็วและเพิ่มขึ้นในหน่วย Ma

หมายเลขมัคในไปป์ถูกกำหนดเป็น:

มา=V/C

ในสูตร: C คือความเร็วของเสียง V คือความเร็วปริมาตรเฉลี่ยของของไหลในท่อ เมื่อ Ma < 0.1 วิถีการแพร่กระจายคลื่นอัลตราโซนิคจะเป็นเส้นตรงโดยประมาณ ยิ่ง Ma มีขนาดใหญ่เท่าใด ความโค้งของวิถีการแพร่กระจายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

 

 

ดังที่แสดงในภาพ เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายในของไหลภายในท่อ เส้นทางการแพร่กระจายของคลื่นจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าคลื่นเคลื่อนที่ด้วยหรือต้านการไหล ส่งผลให้ระยะทางที่เคลื่อนที่ต่างกัน ส่งผลให้เวลาในการวัดไม่ถูกต้อง

 

จากมุมมองของสัญญาณ การสูญเสียพลังงานเกิดขึ้นที่ทั้งทรานสดิวเซอร์ที่ส่งและรับ และระหว่างการแพร่กระจายในทั้งสองทิศทาง ยิ่งความโค้งของวิถีการแพร่กระจายมากเท่าไร สัญญาณเสียงสะท้อนที่ได้รับก็จะยิ่งอ่อนลงเท่านั้น หากมุมการปล่อยของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกไม่ถูกต้อง สัญญาณเสียงก้องอาจไม่ถูกตรวจพบที่ทรานสดิวเซอร์ที่รับสัญญาณด้วยซ้ำ

การตรวจจับจุดตัดเป็นศูนย์-จะตรวจจับจุดตัดเป็นศูนย์-โดยการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การตรวจจับจะเริ่มขึ้นหลังจากการหน่วงเวลาหลังจากสัญญาณมาถึงเท่านั้น และการหน่วงเวลานี้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ นอกจากนี้ เมื่อแอมพลิจูดของสัญญาณผันผวน เวลาเริ่มต้นที่ได้รับจากการตรวจจับข้ามศูนย์-ด้วยค่าคงที่จะเปลี่ยนไป สัญญาณอัลตราโซนิกที่แพร่กระจายในก๊าซภายในท่อดังแสดงในรูป เมื่อความเร็วของของไหลเพิ่มขึ้น แอมพลิจูดของสัญญาณที่ได้รับจะลดลง ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์รองตรวจจับเวลาการแพร่กระจายที่แตกต่างกัน