Oltre all'errore di misurazione del tempo causato dalla qualità del segnale dell'eco ultrasonico, anche il metodo di misurazione del tempo rappresenta un fattore significativo che influisce sulla precisione. I principali metodi di misurazione del tempo includono il conteggio degli impulsi e la correlazione-incrociata. Nel conteggio degli impulsi, la risoluzione del tempo di misurazione è un fattore diretto che porta amisurazioneerrore. Poiché l'impulso di temporizzazione ha sempre una larghezza, l'errore di misurazione si verificherà entro un periodo di impulso.
Il metodo di correlazione incrociata-calcola la correlazione incrociata-tra i segnali che si propagano tra due punti per ottenere il ritardo temporale tra i due segnali. Supponendo che il segnale ultrasonico rilevato in un punto sia z(t) e che il segnale che si propaga in un altro punto dopo il tempo di ritardo sia y(t), il ritardo temporale tra i due segnali può essere calcolato mediante correlazione incrociata.
La formula per il calcolo della correlazione incrociata- è la seguente:
Inoltre, i misuratori di portata a ultrasuoni soffrono anche di ritardi temporali causati da cavi, trasduttori, fessure di montaggio e componenti elettronici. Questi ritardi introducono errori sistematici. Questi errori possono essere superati attraverso test di ritardo, correzione della calibrazione del flusso zero-e compensazione di temperatura e pressione.
La traiettoria di propagazione dei segnali ultrasonici all'interno di un tubo cambia con la velocità del flusso, portando in ultima analisi a imprecisioni nelle misurazioni del tempo. La traiettoria di propagazione delle onde ultrasoniche all'interno del fluido non è lineare e le traiettorie differiscono a seconda che il flusso sia a monte o a valle. Questa traiettoria di propagazione può essere descritta utilizzando il metodo di tracciamento della curva del canale in acustica geometrica. Basandosi sulla derivazione di Boone e Vermaas, assumendo che la velocità del suono C sia costante, l'equazione di tracciamento della curva del canale è:
Nella formula: p(r) è l'angolo tra il canale sonoro ad una distanza r dalla linea centrale e la direzione dell'asse nel tubo; V è la velocità superficiale media del canale sonoro ad una distanza r dalla linea centrale e dalla sezione dell'asse nel tubo.
Una volta determinata la posizione del sensore, è possibile stabilire la curva del canale. Poiché V non è costante, il canale presenta una forma curva e l'angolo del canale non è-costante. Il numero di Reynolds Re e il numero di Mach Ma determinano la curvatura del canale, che cambia con la distribuzione della velocità e aumenta in Ma.
Il numero di Mach nel tubo è definito come:
Ma=V/C
Nella formula: C è la velocità del suono; V è la velocità volumetrica media del fluido nel tubo. Quando Ma < 0,1, la traiettoria di propagazione dell'onda ultrasonica è approssimativamente una linea retta; maggiore è Ma, maggiore è la curvatura della traiettoria di propagazione.
Come mostrato in figura, quando le onde ultrasoniche si propagano nel fluido all'interno della tubazione, i loro percorsi di propagazione differiscono a seconda che viaggino con o contro il flusso, determinando distanze percorse diverse e quindi tempi di misura imprecisi.
Dal punto di vista del segnale, la perdita di energia si verifica sia nei trasduttori trasmittenti che in quelli riceventi, nonché durante la propagazione in entrambe le direzioni. Maggiore è la curvatura della traiettoria di propagazione, più debole è il segnale eco ricevuto. Se l'angolo di emissione del trasduttore a ultrasuoni non è preciso, il segnale dell'eco potrebbe non essere rilevato nemmeno dal trasduttore ricevente.
Il rilevamento del passaggio per lo zero- rileva il punto di passaggio per lo zero-impostando una tensione di soglia. Tuttavia, in pratica, il rilevamento inizia solo dopo un ritardo successivo all'arrivo del segnale e questo ritardo introduce un errore sistematico. Inoltre, quando l'ampiezza del segnale fluttua, il tempo di inizio ottenuto dal rilevamento del passaggio per lo zero-con un valore fisso cambierà. In figura è mostrato il segnale ultrasonico che si propaga nel gas all'interno di un tubo. Quando la velocità del fluido aumenta, l'ampiezza del segnale ricevuto diminuisce, il che può far sì che lo strumento secondario rilevi tempi di propagazione diversi.
