超音波エコー信号の品質によって生じる時間測定誤差に加えて、時間測定方法も精度に影響を与える重要な要素です。主な時間測定方法には、パルス計数や相互相関などがあります。-パルスカウントでは、測定時間の分解能が直接的な要因となります。測定エラー。タイミングパルスには必ず幅があるため、1パルス周期内に測定誤差が生じます。
相互相関法では、2 点間を伝播する信号間の相互相関を計算し、2 つの信号間の時間遅延を取得します。-ある点で検出された超音波信号を z(t)、遅延時間後に別の点に伝播する信号を y(t) とすると、2 つの信号間の時間遅延は相互相関-によって計算できます。
相互相関の計算式は次のとおりです。-
さらに、超音波流量計は、ケーブル、トランスデューサー、取り付けスロット、電子部品によって引き起こされる時間遅延にも悩まされます。これらの時間遅延により、系統的な誤差が生じます。これらの誤差は、遅延テスト、ゼロ流量校正補正、温度と圧力の補償によって克服できます。-
パイプ内の超音波信号の伝播軌道は流速によって変化し、最終的には時間測定の不正確さにつながります。流体中の超音波の伝播軌跡は直線的ではなく、流れが上流側か下流側かによって軌跡が異なります。この伝播軌跡は、幾何音響学のチャネル曲線追跡法を使用して説明できます。 Boone と Vermaas による導出に基づいて、音速 C が一定であると仮定すると、チャネル曲線追跡方程式は次のようになります。
式において、 p(r) は、中心線から距離 r の位置にある音響チャネルとパイプ内の軸方向との間の角度です。 V は、パイプの中心線および軸部分からの距離 r における音チャネルの平均表面速度です。
センサーの位置が決定されると、チャネル曲線を確立できます。 V は一定ではないため、チャネルは湾曲した形状を示し、チャネル角度は一定ではありません。レイノルズ数 Re とマッハ数 Ma はチャネルの曲率を決定します。チャネルの曲率は速度分布とともに変化し、Ma が増加します。
パイプ内のマッハ数は次のように定義されます。
マ=V/C
式では: C は音速です。 V はパイプ内の流体の平均体積速度です。 Ma < 0.1 の場合、超音波の伝播軌道はほぼ直線になります。 Ma が大きいほど、伝播軌道の曲率は大きくなります。
図に示すように、超音波が配管内の流体中を伝播する場合、流れに沿って進むか逆らうかで伝播経路が異なるため、伝わる距離が異なり、測定時間が不正確になります。
信号の観点から見ると、エネルギー損失は送信トランスデューサーと受信トランスデューサーの両方で発生し、また両方向の伝播中にも発生します。伝播軌道の曲率が大きいほど、受信されるエコー信号は弱くなります。超音波トランスデューサの放射角度が不正確な場合、受信トランスデューサでエコー信号が検出されない場合もあります。
ゼロクロス検出は、しきい値電圧を設定することでゼロクロス点を検出します。{0}{1}ただし、実際には、検出は信号到着後の遅延後にのみ開始され、この遅延により系統誤差が生じます。また、信号振幅が変動すると、固定値でのゼロクロス検出から求められる起動時間が変化します。パイプ内のガス中を伝播する超音波信号を図に示します。流体の速度が増加すると、受信信号の振幅が減少し、二次機器が異なる伝播時間を検出する可能性があります。
