Saat menggunakan waktu-penerbangan-pengukur aliran ultrasonikuntuk mengukur laju aliran perlu diketahui kecepatan rata-rata gas yang mengalir melalui pipa. Idealnya, pengukur aliran ultrasonik secara bersamaan mengukur kecepatan fluida pada titik yang jumlahnya tak terbatas di sepanjang penampang pipa, lalu menghitung kecepatan rata-rata tertimbang untuk mendapatkan kecepatan rata-rata volume fluida di dalam pipa. Prinsip pengukuran ini mengasumsikan fluida dalam pipa beroperasi pada kondisi aliran ideal. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dalam lingkungan medan aliran yang baik, keakuratan pengukuran pengukur aliran ultrasonik saluran tunggal dapat mencapai 0,5%.
Namun, jika pengukur aliran ultrasonik-saluran tunggal dipasang 19D di bagian hilir tikungan 90 derajat, kesalahan pengukuran akan melebihi 4%; jika dipasang 78D di hilir, kesalahan pengukuran bisa mencapai 2% hingga 2,2%. Eksperimen ini menunjukkan bahwa perubahan pada bidang aliran yang tidak ideal memiliki dampak yang signifikan terhadap akurasi pengukuran. Bahkan dengan beberapa saluran yang disusun dalam pipa pengukuran aliran ultrasonik untuk mendapatkan informasi kecepatan di seluruh penampang aliran, informasi kecepatan yang tidak lengkap masih ada, dan perbedaan akan tetap ada antara hasil pengukuran dan kecepatan sebenarnya. Perbedaannya kecil, namun akurasi pengukurannya jauh lebih baik dibandingkan dengan pengukur aliran ultrasonik saluran tunggal. Buku ini juga menggunakan metode pengukuran multisaluran sebagai konten penelitian untuk memecahkan masalah ini. Oleh karena itu, dalam proses pengembangan pengukur aliran ultrasonik dan penggunaan pengukur aliran dalam praktiknya, perlu memperhatikan pengaruh posisi pemasangan terhadap medan aliran sebenarnya, dan berusaha memastikan bahwa fluida di dalam pipa dapat dikembangkan sepenuhnya saat mencapai saluran masuk pengukur aliran.
Karena kondisi aliran menentukan keakuratan pengukuran dan pengukuran pengukur aliran ultrasonik, dan kondisi aliran bergantung pada banyak faktor, maka perlu dipertimbangkan dengan cermat apakah kondisi pengukuran memenuhi persyaratan desain saat mengembangkan dan menggunakan pengukur aliran ultrasonik [21]. Kondisi pemasangan yang disarankan adalah panjang pipa lurus hulu pengukur aliran ultrasonik tidak kurang dari 10D dan panjang pipa lurus hilir tidak kurang dari 5D.
Adanya efek instalasi menyulitkan tercapainya aliran fluida yang stabil. Pada tata letak pipa lurus dengan aliran yang berkembang penuh, profil kecepatan dan distribusinya dapat direpresentasikan dengan rumus empiris. Oleh karena itu, selama kondisi pemasangan terjamin, persyaratan akurasi pengukuran pengukur aliran ultrasonik dapat dengan mudah dipenuhi, baik di laboratorium atau di lapangan nyata yang sebanding. Namun, dalam lingkungan industri, terdapat berbagai faktor interferensi, dan kesalahan pengukuran sebenarnya dari pengukur aliran ultrasonik akan lebih besar daripada kesalahan pengukuran terukur! Nilai terukur kecepatan rata-rata permukaan V atau V dalam saluran pipa dan nilai hitung kecepatan rata-rata V a dalam pipa keduanya mempunyai ketidakpastian pengukuran. Turbulensi mengacu pada ketidakpastian pengukuran Va atau V. Meskipun faktor koreksi kecepatan K dapat digunakan untuk mengoreksi kecepatan rata-rata dalam pipa, perbedaan antara aliran aktual dan kondisi desain akan menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan. Flensa yang dilas, tonjolan flensa di dekat lokasi pemasangan transduser ultrasonik, serta pompa dan katup yang dipasang di bagian hulu merupakan faktor interferensi pada medan aliran, menyebabkan perubahan signifikan pada profil kecepatan dan mengakibatkan kesalahan besar pada faktor koreksi kecepatan, sehingga gagal memenuhi tujuan dan persyaratan desain.
Komponen kecepatan radial yang ada dalam turbulensi merupakan faktor pengaruh terpenting dalam pengukuran aliran ultrasonik. Penyebab utama komponen kecepatan radial adalah aliran sekunder yang disebabkan oleh pembengkokan pada pipa. Ketika fluida dalam pipa mengalir dalam kondisi lentur, maka keadaan aliran berada dalam keadaan tidak stabil akibat adanya gaya sentrifugal. Masalah ketidakstabilan ini disebut masalah stabilitas Dekan [91]. Tikungan yang menyebabkan masalah kestabilan Dekan ditunjukkan pada Gambar 2.5. Aliran aksial dalam pipa disebut aliran primer, dan aliran radial yang dihasilkan pada tikungan disebut aliran sekunder. Penyebab terjadinya aliran sekunder adalah karena kelengkungan sisi dalam dan luar tikungan berbeda. Ketika elemen mikro-fluida bergerak ke dalam, gaya sentrifugal bekerja pada penampang pipa dan menghasilkan medan gaya. Medan gaya ini akan menggerakkan elemen mikro{10}}fluida untuk menghasilkan gerakan radial. Intensitas aliran sekunder dapat dilambangkan dengan angka Dekan D, yaitu:
Dalam rumus: Vomadalah kecepatan aliran rata-rata antara dua dinding; D adalah diameter dalam pipa; u adalah viskositas kinematik; dan R adalah radius lentur pipa. Semakin cepat kecepatan aliran, semakin kecil jari-jari lentur R pada pipa, dan semakin besar intensitas aliran sekunder yang dihasilkan.
Pengaruh efek pemasangan dan kesalahan geometrik rumah instrumen
Di antara berbagai faktor yang mempengaruhi kesalahan pengukuran pengukur aliran ultrasonik, yang paling penting adalah efek pemasangan medan aliran dan penundaan sinyal. Selama pengembangan dan penggunaan, faktor-faktor seperti diameter pipa dan sudut azimuth pemasangan juga mempengaruhi keakuratan pengukuran aliran. Dalam lingkungan industri sebenarnya, karena efek instalasi, aliran fluida jarang stabil, dan berbagai fluktuasi pasti terjadi di bidang aliran. Fluktuasi ini mempengaruhi keakuratan pengukuran aliran, seperti yang dianalisis sebelumnya.
Selama proses pengukuran, jalur ultrasonik dan-luas penampang selubung pipa flowmeter ultrasonik harus tetap konstan. Perubahan suhu dan tegangan akan menyebabkan perubahan serupa pada penampang pipa, yang menyebabkan variasi dalam distribusi kecepatan fluida dan akibatnya, pengukuran kecepatan menjadi tidak akurat. Kesalahan pengukuran berbanding lurus dengan kesalahan luas penampang pipa. Hal ini terutama berlaku untuk media gas yang dapat dikompresi, yang pengaruh perubahan suhu dan tekanannya bahkan lebih parah.
Selama proses pengembangan, sulit untuk mengatur transduser sesuai dengan diameter pipa sebenarnya di lokasi. Namun, jika transduser ultrasonik tidak dapat dipasang secara akurat sesuai posisi diameternya, keakuratan pengukuran aliran juga akan terpengaruh. Kesalahan posisi transduser terutama mempengaruhi jalur propagasi L gelombang ultrasonik. Selain sulitnya menentukan posisi pemasangan transduser selama proses pengembangan, efek muai dan kontraksi termal selubung pipa pengukur akibat perubahan suhu juga akan menyebabkan jarak transduser sedikit bergeser, sehingga menyebabkan kesalahan posisi transduser. Bila terdapat endapan pada permukaan bagian dalam dinding pipa pengukur aliran ultrasonik, maka luas penampang pipa menjadi lebih kecil, mengakibatkan peningkatan kecepatan fluida, yang juga akan menyebabkan kesalahan pengukuran nilai pengukuran aliran. Referensi [96] menunjukkan bahwa pada pengukur aliran ultrasonik berdiameter 300 mm, jika endapan setebal 0,4 mm menempel pada permukaan bagian dalam pipa, akan menyebabkan kesalahan pengukuran ±0,51% pada pengukur aliran ultrasonik.
