Kui kasutate -lennuaega-ultraheli voolumõõturvoolukiiruse mõõtmiseks on vaja teada toru kaudu voolava gaasi keskmist kiirust. Ideaalis mõõdab ultraheli voolumõõtur samaaegselt vedeliku kiirust lõpmatus arvus punktides piki toru ristlõiget ja seejärel arvutab kaalutud keskmise kiiruse, et saada torus oleva vedeliku mahu keskmine kiirus. See mõõtmispõhimõte eeldab, et torus olev vedelik töötab ideaalsetes voolutingimustes. Katsetulemused näitavad, et heas vooluvälja keskkonnas võib ühe-kanaliga ultrahelivoolumõõturi mõõtmistäpsus ulatuda 0,5%-ni.
Kui aga ühe-kanaliga ultraheli voolumõõtur paigaldatakse 19D allavoolu ühest 90-kraadisest kurvist, ületab mõõtmisviga 4%; kui paigaldatakse 78D allavoolu, võib mõõtmisviga ulatuda 2% kuni 2,2%. Need katsed näitavad, et muutused mitteideaalses vooluväljas mõjutavad märkimisväärselt mõõtmise täpsust. Isegi kui ultraheli voolumõõtmistorusse on paigutatud mitu kanalit, et saada kogu voolu ristlõike{10}}kiirusteavet, on kiirusteave endiselt puudulik ning mõõdetud tulemuse ja tegeliku kiiruse vahel jäävad lahknevused. Erinevus on väike, kuid mõõtmistäpsus on palju parem kui ühe-kanaliga ultrahelivoolumõõturil. Selles raamatus kasutatakse selle probleemi lahendamiseks ka mitme kanaliga{14}}mõõtmismeetodit. Seetõttu tuleb ultraheli voolumõõturite väljatöötamise ja vooluhulgamõõturite praktikas kasutamise käigus pöörata tähelepanu paigaldusasendi mõjule tegelikule vooluväljale ning püüda tagada, et torus olev vedelik saaks täielikult areneda, kui see jõuab voolumõõturi sisselaskeavasse.
Kuna voolu olek määrab ultraheli voolumõõturite mõõtmise ja mõõtmise täpsuse ning voolu olek sõltub paljudest teguritest, tuleb ultraheli voolumõõturite väljatöötamisel ja kasutamisel hoolikalt kaaluda, kas mõõtmistingimused vastavad projekteerimisnõuetele [21]. Soovitatavad paigaldustingimused on, et ultraheli voolumõõturi ülesvoolu sirge toru pikkus ei oleks väiksem kui 10D ja allavoolu sirge toru pikkus vähemalt 5D.
Paigaldusefektide olemasolu raskendab stabiilse vedeliku voolu saavutamist. Täielikult arenenud vooluga sirge toru paigutuse korral saab kiiruse profiili ja jaotust esitada empiiriliste valemitega. Seega, kuni paigaldustingimused on tagatud, on ultraheli vooluhulgamõõturite mõõtmistäpsuse nõudeid lihtne täita, olgu see siis laboris või võrreldavas tegelikus väljas. Tööstuslikes seadetes on aga mitmesuguseid häiretegureid ja ultraheli voolumõõturite tegelik mõõtmisviga on suurem kui nimiviga! Torukanali pinna keskmise kiiruse V või V mõõdetud väärtusel ja toru keskmise kiiruse arvutatud väärtusel V a on mõlemal mõõtemääramatus. Turbulents viitab Va või V mõõtemääramatusest. Kuigi toru keskmise kiiruse korrigeerimiseks saab kasutada kiiruse parandustegurit K, põhjustab tegelik voolu ja projekteerimistingimuste lahknevus olulisi mõõtmisvigu. Keevitatud äärikud, ultrahelianduri paigalduskoha lähedal asuvad ääriku väljaulatuvad osad ning ülesvoolu paigaldatud pumbad ja ventiilid on kõik vooluväljas häirivad tegurid, mis põhjustavad olulisi muutusi kiiruse profiilis ja põhjustavad suuri vigu kiiruse parandusteguris, mis ei vasta projekteerimise eesmärkidele ja nõuetele.
Turbulentsis esinev radiaalkiiruse komponent on ultrahelivoolu mõõtmisel kõige olulisem mõjutegur. Radiaalkiiruse komponendi peamiseks põhjuseks on sekundaarne vool, mis on põhjustatud toru paindest. Kui torus olev vedelik voolab paindetingimustes, on voolu olek tsentrifugaaljõu tõttu ebastabiilses olekus. Seda ebastabiilsuse probleemi nimetatakse Deani stabiilsusprobleemiks [91]. Pain, mis põhjustab Deani stabiilsusprobleemi, on näidatud joonisel 2.5. Torus olevat aksiaalset voolu nimetatakse primaarseks vooluks ja kurvis tekkivat radiaalset voolu nimetatakse sekundaarvooluks. Sekundaarse voolu põhjus on see, et painde sisemise ja välimise külje kumerus on erinev. Kui vedelad mikroelemendid liiguvad sees, mõjub tsentrifugaaljõud toru ristlõikele ja tekitab jõuvälja. See jõuväli sunnib vedelaid mikroelemente tekitama radiaalset liikumist. Sekundaarse voolu intensiivsust saab esitada dekaani numbriga D, see tähendab:
Valemis: Vomon keskmine voolukiirus kahe seina vahel; D on toru siseläbimõõt; u on kinemaatiline viskoossus; ja R on toru painderaadius. Mida suurem on voolukiirus, seda väiksem on painderaadius R torus ja seda suurem on genereeritud sekundaarvoolu intensiivsus.
Paigaldusefekti ja instrumendi korpuse geomeetrilise vea mõju
Ultraheli voolumõõturite mõõtmisviga mõjutavate tegurite hulgas on kõige olulisemad vooluvälja paigaldamise efekt ja signaali viivitus. Väljatöötamise ja kasutamise ajal mõjutavad voolu mõõtmise täpsust ka sellised tegurid nagu toru läbimõõt ja paigalduse asimuutnurk. Tegelikus tööstuskeskkonnas on paigaldusefekti tõttu vedelikuvool harva stabiilne ja vooluväljas esineb paratamatult mitmesuguseid kõikumisi. Nagu eelnevalt analüüsitud, mõjutavad need kõikumised vooluhulga mõõtmise täpsust.
Mõõtmisprotsessi ajal peavad ultraheli teekond ja ultraheli vooluhulgamõõturi toru kesta{0}}ristlõike pindala jääma konstantseks. Temperatuuri ja pinge muutused põhjustavad vastavaid muutusi toru ristlõikes, mille tulemuseks on vedeliku kiiruse jaotumise kõikumised ja sellest tulenevalt ebatäpsed kiiruse mõõtmised. Mõõtmisviga on otseselt võrdeline toru ristlõikepinna veaga. See kehtib eriti kokkusurutava gaasilise keskkonna kohta, kus temperatuuri ja pinge muutuste mõju on veelgi tõsisem.
Arendusprotsessi käigus on raske andureid paigutada vastavalt tegelikule toru läbimõõdule kohapeal. Kui aga ultraheliandureid ei saa täpselt paigaldada vastavalt läbimõõdu asendile, mõjutab see ka vooluhulga mõõtmise täpsust. Anduri positsioneerimisviga mõjutab peamiselt ultrahelilaine levimisteed L. Lisaks raskusele anduri paigaldusasendi kindlaksmääramisel arendusprotsessi ajal põhjustab mõõtetoru kesta soojuspaisumise ja kokkutõmbumise mõju temperatuurimuutuste korral ka anduri kauguse veidi nihkumist, põhjustades seeläbi anduri positsioneerimisvea. Kui ultraheli voolumõõturi toruseina sisepinnal on sademeid, muutub toru ristlõikepindala väiksemaks, mille tulemusena suureneb vedeliku kiirus, mis põhjustab ka vooluhulga mõõtmise väärtuse mõõtmisvea. Viide [96] näitab, et 300 mm läbimõõduga ultraheli voolumõõturi puhul, kui toru sisepinnale on kinnitatud 0,4 mm paksused ladestused, toob see ultraheli voolumõõturile mõõtmisvea ±0,51%.
