ただし、単一チャンネルの超音波流量計が 1 つの 90 度曲がりの 19D 下流に設置されている場合、測定誤差は 4% を超えます。 78D の下流に取り付けられた場合、測定誤差は 2% ～ 2.2% に達する可能性があります。これらの実験は、非理想的な流れ場の変化が測定精度に大きな影響を与えることを実証しています。{8}超音波流量測定パイプ内に複数のチャネルを配置して流れ断面全体の速度情報を取得したとしても、不完全な速度情報が依然として存在し、測定結果と実際の速度の間に誤差が残ります。{10}差はわずかですが、測定精度は単一チャンネルの超音波流量計よりもはるかに優れています。-本書では、この問題を解決するための研究内容として、マルチチャネル測定法も取り上げています。-したがって、超音波流量計の開発や流量計の実際の使用においては、設置位置が実際の流れ場に及ぼす影響に注意し、配管内の流体が流量計入口に到達した時点で十分に展開できるように努める必要があります。
超音波流量計の測定および計量精度は流れの状態によって決まり、流れの状態は多くの要因に依存するため、超音波流量計の開発および使用の際には、測定条件が設計要件を満たしているかどうかを慎重に検討する必要があります[21]。推奨設置条件は超音波流量計の上流側直管の長さが10D以上、下流側直管の長さが5D以上です。
設置影響により安定した流体の流れを得ることが困難になります。流れが完全に発達した直管レイアウトでは、速度プロファイルと分布は経験式で表すことができます。したがって、設置条件が保証されている限り、実験室であっても、同等の実際の現場であっても、超音波流量計の測定精度要件を容易に満たすことができます。しかし、工業環境ではさまざまな干渉要因が存在し、超音波流量計の実際の測定誤差は定格測定誤差よりも大きくなります。管路内の表面平均速度 V または V の測定値、および管内の平均速度 V a の計算値には、両方とも測定の不確かさがあります。乱流とは、Va または V の測定の不確実性を指します。速度補正係数 K を使用してパイプ内の平均速度を補正できますが、実際の流量と設計条件との間の不一致により、重大な測定誤差が生じます。溶接されたフランジ、超音波トランスデューサの設置場所付近のフランジの突起、上流に設置されたポンプやバルブはすべて流れ場の干渉要因となり、速度プロファイルに大きな変化を引き起こし、速度補正係数に大きな誤差を生じさせるため、設計目標や要件を満たせません。
乱流に存在する半径方向速度成分は、超音波流量測定において最も重要な影響因子です。半径方向速度成分の主な原因は、パイプの曲がりによって生じる二次流れです。配管内の流体が屈曲した状態で流れる場合、遠心力により流動状態は不安定な状態となります。この不安定性問題はディーン安定性問題と呼ばれます [91]。ディーン安定性の問題を引き起こす曲がりを図 2.5 に示します。管内を流れる軸方向の流れを一次流れ、曲がり部で生じる径方向の流れを二次流れといいます。二次流れが発生する理由は、曲がりの内側と外側の曲率が異なるためです。流体微小要素-が内部を移動すると、遠心力がパイプ断面に作用し、力場が生成されます。この力場は流体微小要素を駆動して半径方向の動きを生成します。{10}}二次流れの強度はディーン数 D、つまり次のように表すことができます。
式中: Vああは 2 つの壁間の平均流速です。 D はパイプの内径です。 u は動粘度です。 Rはパイプの曲げ半径です。流速が速いほど配管内の曲げ半径Rは小さくなり、発生する二次流れの強度は大きくなります。
設置効果と機器ハウジングの幾何学的誤差の影響
超音波流量計の測定誤差に影響を与えるさまざまな要因の中で、最も重要なのは、流れ場の設置効果と信号遅延です。開発時や使用時においては、パイプ径や設置方位角などの要因も流量測定精度に影響を与えます。実際の産業環境では、設置効果により流体の流れが安定していることは少なく、流れ場には必然的に様々な変動が存在します。これらの変動は、以前に分析したように、流量測定の精度に影響を与えます。
測定プロセス中、超音波経路と超音波流量計パイプシェルの断面積は一定に保たれなければなりません。-温度と応力の変化により、パイプの断面にも対応する変化が生じ、流体の速度分布が変化し、その結果、速度測定が不正確になります。測定誤差はパイプの断面積の誤差に正比例します。-。これは、温度と応力変化の影響がさらに深刻な圧縮性ガス媒体に特に当てはまります。
開発プロセスでは、現場で実際のパイプ径に合わせてトランスデューサを配置するのは困難です。ただし、超音波振動子を直径位置に合わせて正確に取り付けることができないと、流量測定の精度にも影響します。振動子の位置誤差は主に超音波の伝播経路Ｌに影響を与える。開発プロセス中にトランスデューサの取り付け位置を決定するのが難しいことに加えて、温度変化による測定パイプシェルの熱膨張と収縮の影響により、トランスデューサの距離がわずかにずれ、それによってトランスデューサの位置決め誤差が発生します。超音波流量計の管壁内面に堆積物があると、管断面積が小さくなり、流速が増加し、流量測定値の測定誤差の原因となります。文献[96]には、直径300mmの超音波流量計において、配管内面に0.4mmの厚さの堆積物が付着すると、超音波流量計の測定誤差が±0.51%になることが示されている。
