流量測定

流量測定は、バルク流体の動きを定量化することです。流量は、流量計と呼ばれるデバイスを使用してさまざまな方法で測定できます。産業用途の一般的な流量計の種類は次のとおりです。

• 閉塞の種類（差圧または可変面積）
• 推論（タービン型）
• 電磁
• 容積流量計は、一定量の流体を蓄積し、その容積が満たされる回数をカウントして流量を測定します。
• 流体力学（渦放出）
• 風速計
• 超音波流量計
• 質量流量計（コリオリの力）。

容積流量計以外の流量測定方法は、既知の狭窄部を流れる流体が生み出す力を利用して、間接的に流量を計算します。流量は、既知の領域での流体の速度を測定することで測定できます。流量が非常に大きい場合は、トレーサー法を使用して、染料または放射性同位体の濃度の変化から流量を推定できます。

ガスと液体の流量はどちらも、体積流量または質量流量などの物理量で測定できます。それぞれのSI単位は、立方メートル/秒またはキログラム/秒です。これらの測定値は、物質の密度によって関連しています。液体の密度は、条件にほとんど依存しません。これはガスの場合は当てはまりません。ガスの密度は、圧力、温度、およびある程度は組成に大きく依存します。

天然ガスの販売のように、ガスや液体がエネルギー含有量のために移送される場合、流量は、ギガジュール/時間や BTU/日などのエネルギーフローで表すこともできます。エネルギー流量は、体積流量に単位体積あたりのエネルギー含有量を乗じたもの、または質量流量に単位質量あたりのエネルギー含有量を乗じたものです。エネルギー流量は通常、フローコンピュータを使用して質量流量または体積流量から算出されます。

工学的な文脈では、体積流量には通常記号 が使用され、質量流量には記号 が使用されます。 ${\displaystyle Q}$${\displaystyle {\dot {m}}}$

密度 を持つ流体の場合、質量流量と体積流量は によって関連付けられます。 ${\displaystyle \rho}$${\displaystyle {\dot {m}}=\rho Q}$

ガスは圧縮可能で、圧力がかかったり、加熱されたり、冷却されたりすると体積が変わります。ある圧力と温度の条件下でのガスの体積は、異なる条件下での同じガスの体積と同じではありません。メーターを通る「実際の」流量と、メーターを通る「標準」または「ベース」の流量は、acm/h (実際の立方メートル/時間)、sm ³ /sec (標準立方メートル/秒)、kscm/h (1,000 標準立方メートル/時間)、LFM (リニア フィート/分)、またはMMSCFD (100 万標準立方フィート/日) などの単位で参照されます。

ガスの質量流量は、超音波流量計、熱質量流量計、コリオリ質量流量計、または質量流量コントローラを使用して、圧力や温度の影響に左右されずに直接測定できます。

液体の場合、用途や業界に応じてさまざまな単位が使用されますが、1 分あたりのガロン (米国または帝国単位)、1 秒あたりのリットル、1 時間あたりのリットル / m ^{2、1分あたりの}ブッシェル、または河川の流れを表す場合は、1 日あたりの立方メートル (立方メートル / 秒) またはエーカーフィートが含まれます。海洋学では、体積輸送量 (たとえば、流れによって輸送される水の量) を測定するための一般的な単位は、 10 ⁶  m ³ /s に相当するスベルドラップ(Sv) です。

一次フローエレメントは、流体に挿入され、流量と正確に関連づけられる物理的特性を生成する装置です。たとえば、オリフィスプレートは、オリフィスを通過する流量の2乗の関数である圧力降下を生成します。渦流計の一次フローエレメントは、一連の圧力振動を生成します。一般に、一次フローエレメントによって生成される物理的特性は、流量自体よりも測定しやすいです。一次フローエレメントの特性と、校正時に行われた仮定に対する実際の設置の忠実度は、流量測定の精度にとって重要な要素です。^[1]

容積式メーターは、バケツとストップウォッチに例えることができます。ストップウォッチは、流れが始まったときにスタートし、バケツが限界に達したときに停止します。体積を時間で割ると、流量が得られます。連続測定を行うには、パイプから流れ出さないように、バケツを連続的に満たしたり空にしたりするシステムが必要です。これらの連続的に形成および収縮する容積変位は、シリンダー内で往復するピストン、メーターの内壁と噛み合うギアの歯、または回転する楕円形ギアまたはらせんねじによって作成される漸進的な空洞の形をとる場合があります。

ピストン式流量計は、家庭用の水道水の測定に使用されるため、回転ピストン式流量計または半容積式流量計とも呼ばれ、英国で最も一般的な流量測定装置であり、40 mm（1+ピストン メーターは、容積 が既知のチャンバー内でピストンが回転するという原理で動作します。1 回転ごとに、一定量の水がピストン チャンバーを通過します。ギア機構と、場合によっては磁気駆動によって、針のダイヤルとオドメータータイプのディスプレイが進みます。

楕円ギアメータは、互いに直角に回転するように構成された 2 つ以上の楕円ギアを使用して T 字型を形成する容積式メータです。このようなメータには、A と B と呼ばれる 2 つの側面があります。2 つのギアの歯が常にかみ合うメータの中央を流体は通過しません。メータの片側 (A) では、A 側の細長いギアが計測チャンバーに突き出ているため、ギアの歯が流体の流れを遮断します。一方、メータのもう一方の側 (B) では、空洞が計測チャンバー内に一定量の流体を保持します。流体がギアを押すと、ギアが回転し、B 側の計測チャンバー内の流体が出口ポートに放出されます。一方、入口ポートに入る流体は、現在開いている A 側の計測チャンバーに押し込まれます。B 側の歯が、B 側に入る流体を遮断します。このサイクルは、ギアが回転し、流体が交互に計測チャンバーを通過する間継続されます。回転ギア内の永久磁石は、流量測定のために電気リードスイッチまたは電流トランスデューサーに信号を送信することができます。高性能を主張していますが、一般的にスライディングベーン設計ほど正確ではありません。^[2]

ギア メーターは、測定室がギアの歯の間の隙間で構成されている点で、楕円ギア メーターとは異なります。これらの開口部は流体の流れを分割し、ギアが入口ポートから離れて回転すると、メーターの内壁が室を閉鎖して一定量の流体を保持します。出口ポートは、ギアが再び一緒になる領域にあります。ギアの歯がかみ合い、利用可能なポケットがほぼゼロの容量に減少すると、流体はメーターから押し出されます。

ヘリカル ギア フローメーターは、ギアまたはローターの形状からその名前が付けられています。これらのローターは、らせん状の構造であるヘリックスの形状に似ています。流体がメーター内を流れると、ローターのコンパートメントに入り、ローターが回転します。ローターの長さは十分であるため、入口と出口は常に互いに分離されており、液体の自由な流れがブロックされます。かみ合うヘリカル ローターは、流体を受け入れるために開き、それ自体を密閉し、次に下流側に開いて流体を放出する漸進的な空洞を作成します。これは連続的に行われ、流量は回転速度から計算されます。

これは、家庭での給水量を測定するために最も一般的に使用されている測定システムです。流体（通常は水）がメーターの片側から入り、偏心して取り付けられたナット式ディスクに当たります。ディスクの底部と上部は取り付けチャンバーと接触したままなので、ディスクは垂直軸を中心に「揺れる」、つまりナット式に動く必要があります。入口チャンバーと出口チャンバーは仕切りで区切られています。ディスクがナット式に動くと、ディスクに接続されたギアとレジスターの配置によって体積流量が示されるため、メーターを通過した液体の量が直接示されます。流量測定の精度は 1 パーセント以内です。^[3]

タービン流量計 (軸タービンと呼ぶ方が適切) は、軸の周りの液体の流れの中で回転するタービンの機械的動作を、ユーザーが読み取り可能な流量 (gpm、lpm など) に変換します。タービンは、その周りを流れるすべての流れをコントロールする傾向があります。

タービン ホイールは流体の流れの経路に設置されます。流体の流れはタービン ブレードに衝突し、ブレードの表面に力を与えてローターを動かします。一定の回転速度に達すると、速度は流体の速度に比例します。

タービン流量計は、天然ガスや液体の流量を測定するために使用されます。^[4]タービン流量計は、低流量では変位流量計やジェット流量計よりも精度が低くなりますが、計測要素が流れの経路全体を占有したり、大幅に制限したりすることはありません。流れの方向は一般的にメーターをまっすぐに通過するため、変位型メーターよりも高い流量と低い圧力損失が可能になります。タービン流量計は、大規模な商業ユーザー、防火、および配水システムのマスターメーターとして選ばれています。通常、メーターの前にストレーナーを設置して、配水システムに入り込む可能性のある砂利やその他の破片から計測要素を保護する必要があります。タービン流量計は、通常、4〜30 cm（1）で利用できます。+1 ⁄ 2～12 インチ) 以上のパイプ サイズで使用できます。タービン メーターの本体は、通常、ステンレス鋼、青銅、鋳鉄、またはダクタイル鋳鉄で作られています。タービン内部の要素は、プラスチックまたは非腐食性金属合金です。通常の動作条件では正確ですが、フロー プロファイルと流体条件によって大きく左右されます。

タービン流量計は、大きな粒子がローターを損傷する可能性があるため、一般的に低粘度に最適です。パイプを通って粒子が流れる必要があるアプリケーション用の流量計を選択する場合は、磁気流量計などの可動部品のない流量計を使用するのが最適です。^[5]

火災用メーターは、防火システムで必要とされる高流量の承認を受けた特殊なタイプのタービンメーターです。これらは、多くの場合、Underwriters Laboratories (UL) や Factory Mutual (FM) などの機関によって防火での使用が承認されています。ポータブル タービンメーターは、消火栓から使用される水を測定するために一時的に設置される場合があります。メーターは通常、軽量化のためにアルミニウムで作られており、容量は通常 7.5 cm (3 インチ) です。水道事業者は、建設、プールの水の充填、または常設メーターがまだ設置されていない場所で使用される水の測定に、これらを必要とすることがよくあります。

ウォルトマン流量計（19世紀にラインハルト・ウォルトマンが発明）は、ダクトファンのように、流れの中に軸方向に挿入された螺旋状のブレードを備えたローターで構成されており、タービン流量計の一種と考えることができます。^[6]一般的にはヘリックスメーターと呼ばれ、大型のものが人気です。

シングルジェットメーターは、単一のジェットが衝突する放射状の羽根を備えた単純なインペラで構成されています。英国では大型のものが人気が高まっており、EUでは一般的です。

パドル ホイール フローメーターは、パドル ホイール センサー、パイプ フィッティング、ディスプレイ/コントローラーの 3 つの主要コンポーネントで構成されています。パドル ホイール センサーは、流れに対して垂直に埋め込まれた磁石を備えた自由に回転するホイール/インペラーで構成されており、流れる媒体に挿入されると回転します。ブレード内の磁石がセンサーの横を回転すると、パドル ホイール メーターは流量に比例する周波数と電圧信号を生成します。流量が速いほど、周波数と電圧出力が高くなります。

パドルホイールメーターは、インラインまたは挿入型のパイプ継手に挿入するように設計されています。これらは、PVDF、ポリプロピレン、ステンレス鋼などのさまざまな継手スタイル、接続方法、および材料で利用できます。タービンメーターと同様に、パドルホイールメーターはセンサーの前後に最小限の直管を必要とします。^[7]

フローディスプレイとコントローラは、パドルホイールメーターからの信号を受信し、それを実際の流量または合計流量値に変換するために使用されます。処理された信号は、プロセスの制御、アラームの生成、外部への信号の送信などに使用できます。

パドルホイール流量計（ペルトンホイールセンサーとも呼ばれる）は、多くのフローシステムアプリケーション（通常は水または水のような流体）に比較的低コストで高精度のオプションを提供します。^[7]

マルチジェット メーターは、垂直シャフト上で水平に回転するインペラを備えた速度型メーターです。インペラ要素はハウジング内にあり、複数の入口ポートが流体の流れをインペラに導き、流速に比例して特定の方向に回転します。このメーターは、ポートが要素の円周上の 1 点だけでなく複数の点から均等にインペラに流れを導く点を除けば、機械的にはシングル ジェット メーターとほぼ同じように動作します。これにより、インペラとそのシャフトの不均一な摩耗が最小限に抑えられます。したがって、このタイプのメーターは、ローラー インデックスを上に向けた状態で水平に設置することをお勧めします。

ペルトン水車タービン (ラジアル タービンと呼ぶ方が適切) は、軸の周りの液体の流れの中で回転するペルトン水車の機械的動作を、ユーザーが読み取り可能な流量 (gpm、lpm など) に変換します。ペルトン水車は、ジェットによってブレードに集中する流入流とともに、その周囲を流れるすべての流れを流す傾向があります。元のペルトン水車は発電に使用され、ラジアル フロー タービンと「反応カップ」で構成されていました。反応カップは、面上の水の力で動くだけでなく、この流体方向の変化を利用して流れを反対方向に戻し、タービンの効率をさらに高めます。

水力発電所で使用されるような大型の水圧管を通る流量は、その全域にわたって流速を平均化することで測定できます。プロペラ型流速計 (純粋に機械的なエクマン流速計に似ていますが、現在は電子データ取得機能を備えています) を水圧管の領域にわたって移動させ、流速を平均化して総流量を計算できます。これは、1 秒あたり数百立方メートルのオーダーになる場合があります。流速計の移動中は、流量を一定に保たなければなりません。水力発電タービンの試験方法は、IEC規格 41 に記載されています。このような流量測定は、大型タービンの効率を試験する際に商業的に重要になることがよくあります。

ベルヌーイの原理に基づく流量計にはいくつかの種類があります。圧力は、層流板、オリフィス、ノズル、またはベンチュリー管を使用して人工的に狭窄部を作り、その狭窄部を通過する流体の圧力損失を測定するか、^[8]静圧とよどみ圧を測定して動圧を導き出すことによって測定されます。

ベンチュリ計は何らかの方法で流れを狭め、圧力センサーが狭められた部分の前と中の差圧を測定する。この方法はパイプラインを通るガスの流量測定に広く使用されており、ローマ帝国時代から使用されている。ベンチュリ計の流量係数は0.93～0.97である。液体の流量を測定する最初の大型ベンチュリ計はクレメンス・ハーシェルによって開発され、 19世紀末から水や廃水の小流量と大流量の測定に使用された。 ^[9]

オリフィスプレートは、流れに対して垂直に配置された穴の開いたプレートです。流れを狭め、狭められた部分の圧力差を測定することで流量が得られます。基本的にはベンチュリメーターの原型ですが、エネルギー損失が大きくなります。オリフィスには、同心円状、偏心状、セグメント状の3種類があります。^{[10] [11]}

ダル チューブはベンチュリ メーターの短縮版で、オリフィス プレートよりも圧力降下が低くなっています。これらの流量計と同様に、ダル チューブ内の流量は、導管内の制限によって生じる圧力降下を測定することによって決定されます。圧力差は通常、デジタル表示付きのダイヤフラム圧力トランスデューサーを使用して測定されます。これらのメーターはオリフィス メーターよりも永久圧力損失が大幅に低いため、ダル チューブは大規模な配管の流量測定に広く使用されています。ダル チューブによって生成される差圧は、同じスロート径を持つベンチュリ チューブとノズルよりも高くなります。

ピトー管は流体の流速を測定するのに使用されます。管を流れの中に向け、プローブの先端のよどみ圧力と側面の静圧の差を測定します。動圧からベルヌーイの式を使用して流体の速度を計算します。流量の体積​​率は、流れのさまざまなポイントで速度を測定し、速度プロファイルを生成することによって決定できます。^[12]

平均化ピトー管 (衝撃プローブとも呼ばれる) は、ピトー管の理論を 1 次元以上に拡張します。一般的な平均化ピトー管は、測定チップに特定のパターンで配置された 3 つ以上の穴 (プローブの種類によって異なります) で構成されています。穴の数が多いほど、機器は流速の大きさだけでなく方向も測定できます (適切な校正後)。3 つの穴を一列に配置すると、圧力プローブは 2 次元で速度ベクトルを測定できます。さらに穴を追加すると (たとえば、5 つの穴を「プラス」の形で配置すると)、3 次元の速度ベクトルを測定できます。

コーンメータは、1985 年にカリフォルニア州ヘメットの McCrometer 社によって初めて発売された、比較的新しい差圧計測装置です。コーンメータは汎用的でありながら堅牢な差圧 (DP) メータであり、非対称流や旋回流の影響に耐性があることが実証されています。ベンチュリやオリフィスタイプの DP メータと同じ基本原理で動作しますが、コーンメータでは上流と下流に同じ配管は必要ありません。^[13]コーンは、差圧発生装置としてだけでなく、調整装置としても機能します。上流の要件は、オリフィスプレートの場合は最大 44 直径、ベンチュリの場合は 22 直径であるのに対し、0～5 直径です。コーンメータは一般に溶接構造であるため、使用前に必ず校正することをお勧めします。溶接の熱効果によって歪みやその他の影響が避けられず、ラインサイズ、ベータ比、動作レイノルズ数に関する排出係数の表形式のデータを収集して公開することができません。校正されたコーンメーターの不確実性は最大±0.5%です。校正されていないコーンメーターの不確実性は±5.0%です^[要出典]

線形抵抗計は層流流量計とも呼ばれ、測定差圧が流量と流体の粘度に直線的に比例する非常に低い流量を測定します。このような流れは、オリフィスプレート、ベンチュリ、およびこのセクションで説明した他のメーターによって測定される乱流とは対照的に、粘性抵抗流または層流と呼ばれ、レイノルズ数が 2000 未満であるのが特徴です。主要なフロー要素は、1 本の長い毛細管、そのようなチューブの束、または長い多孔質プラグで構成されます。このような低流量では圧力差は小さくなりますが、フロー要素が長くなると、より測定しやすい高い差圧が発生します。これらの流量計は、支配的なハーゲン・ポアズイユ方程式に見られるように、流体の粘度とフロー要素の直径に影響を与える温度変化に特に敏感です。^{[14] [15]}

「可変面積式流量計」は、流量に応じて装置の断面積を変化させ、流量を示す測定可能な効果を発生させることで、流体の流量を測定します。可変面積式流量計の 1 つにロータメータがあります。ロータメータでは、流量が増加すると、テーパー チューブ内で重り付きの「フロート」が上昇します。フロートとチューブの間の面積が十分に大きくなり、フロートの重量が流体の流れの抵抗と釣り合うようになると、フロートの上昇が止まります。医療用ガスに使用されるロータメータの一種に、ソープ チューブ流量計があります。フロートにはさまざまな形状がありますが、最も一般的なのは球形と球状楕円形です。フロートが詰まっているかどうかをユーザーが判断できるように、流体の流れの中で目に見える形で回転するように設計されたものもあります。ロータメータはさまざまな液体に使用できますが、最も一般的に使用されるのは水または空気です。1% の精度で確実に流量を測定できます。

もう一つのタイプは可変面積オリフィスで、スプリング式のテーパープランジャーがオリフィスを通る流れによって偏向します。変位は流量と関係があります。^[16]

光学式流量計は、光を使用して流量を測定します。天然ガスや工業用ガスに付随する小さな粒子は、照射光学系によってパイプの流路に短い距離で焦点を合わせた 2 本のレーザー光線を通過します。粒子が最初の光線を横切ると、レーザー光は散乱します。検出光学系は散乱光を光検出器に集め、パルス信号を生成します。同じ粒子が 2 番目の光線を横切ると、検出光学系は散乱光を 2 番目の光検出器に集め、入射光を 2 番目の電気パルスに変換します。これらのパルス間の時間間隔を測定することで、ガス速度が次のように計算されます。はレーザー光線間の距離、は時間間隔です。 ${\displaystyle V=D/t}$${\displaystyle D}$${\displaystyle t}$

レーザーベースの光学式流量計は、粒子の実際の速度を測定します。この特性は、ガスの熱伝導率、ガス流量の変化、ガスの組成には依存しません。動作原理により、光学レーザー技術は、高温、低流量、高圧、高湿度、パイプの振動、音響ノイズなどの厳しい環境でも、高精度の流量データを提供することができます。

光学式流量計は可動部品がないため非常に安定しており、製品の寿命を通じて非常に再現性の高い測定を実現します。2 つのレーザー シート間の距離は変化しないため、光学式流量計は最初の試運転後に定期的な校正を必要としません。光学式流量計は、他のタイプのメーターで通常必要とされる 2 つの設置ポイントではなく、1 つの設置ポイントのみを必要とします。1 つの設置ポイントはよりシンプルで、メンテナンスの必要性が少なく、エラーも起こりにくくなります。

市販されている光学式流量計は、0.1m/sから100m/s以上（1000:1のターンダウン比）の流量を測定でき、大気汚染の原因となる油井や製油所からのフレアガスの測定に効果的であることが実証されています。^[17]

開水路の流れは、流れる液体の上面が空気に開放されている場合を指します。流れの断面は、下側の水路の形状によってのみ決定され、水路内の液体の深さに応じて変化します。パイプ内の流れの断面が固定されている場合に適した手法は、開水路では役に立ちません。水路内の流量を測定することは、開水路の流れの重要な用途であり、このような設備は流量計として知られています。

水位は、堰の後ろの指定地点または水路で、さまざまな二次装置 (バブラー、超音波、フロート、差圧が一般的な方法) を使用して測定されます。この深さは、次の形式の理論式に従って流量に変換されます。ここで、は流量、は定数、は水位、は指数で、使用する装置によって異なります。または、経験的に得られたレベル/流量データ ポイント (「流量曲線」) に従って変換されます。流量は、その後、時間とともに積分されて体積流量になります。レベルから流量への装置は、一般的に、表面水 (泉、小川、川)、産業排水、下水の流量を測定するために使用されます。これらのうち、堰は固形物が少ない水路 (通常は表面水) に使用され、水路は固形物含有量が低いまたは高い水路に使用されます。^[18]${\displaystyle Q=KH^{X}}$${\displaystyle Q}$${\displaystyle K}$${\displaystyle H}$${\displaystyle X}$

流れの断面積は深さの測定から計算され、流れの平均速度は直接測定されます（ドップラー法とプロペラ法が一般的です）。速度と断面積を掛けると流量が得られ、これを体積流量に統合できます。面積速度流量計には、（1）湿式と（2）非接触式の2種類があります。湿式面積速度センサーは通常、水路または川の底に取り付け、ドップラー法を使用して混入粒子の速度を測定します。深さとプログラムされた断面積があれば、排出流量を測定できます。レーザーまたはレーダーを使用する非接触装置は水路の上に設置され、上から速度を測定し、超音波を使用して上から水深を測定します。レーダー装置は表面速度しか測定できませんが、レーザーベースの装置は水面下の速度を測定できます。^[19]

単位時間あたりの既知量の染料（または塩）がフローストリームに追加されます。完全に混合した後、濃度が測定されます。希釈率は流量に等しくなります。

音響ドップラー速度測定法（ADV）は、比較的高い周波数で単一点における瞬間的な速度成分を記録するように設計されています。測定は、ドップラーシフト効果に基づいて、遠隔サンプリングボリューム内の粒子の速度を測定することによって行われます。^[20]

熱式質量流量計は、一般的に加熱要素と温度センサーを組み合わせて使用​​し、流体への静的熱伝達と流動熱伝達の差を測定し、流体の比熱と密度の情報を基に流量を推測します。流体の温度も測定され、補正されます。流体の密度と比熱特性が一定であれば、流量計は直接質量流量を読み取り、指定された範囲で追加の圧力温度補正は必要ありません。

技術の進歩により、 MEMS センサーとして顕微鏡規模の熱質量流量計の製造が可能になりました。これらの流量装置は、1 分あたりナノリットルまたはマイクロリットルの範囲の流量を測定するために使用できます。

熱質量流量計（熱分散流量計または熱変位流量計とも呼ばれる）技術は、圧縮空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、酸素、天然ガスに使用されます。実際、ほとんどのガスは、かなりクリーンで非腐食性であれば測定できます。より腐食性の高いガスの場合、流量計は特殊合金（ハステロイなど）で作られることがあります。また、ガスを事前に乾燥させておくと、腐食を最小限に抑えるのに役立ちます。

今日、熱質量流量計は、他の流量測定技術では難しい化学反応や熱伝達アプリケーションなど、ますます多くのアプリケーションでガスの流量を測定するために使用されています。フローセンサーの他の一般的なアプリケーションには、CPAPデバイス、麻酔機器、呼吸器など、医療分野があります。^[8]これは、熱質量流量計がガス媒体の1つ以上の熱特性（温度、熱伝導率、および/または比熱）の変化を監視して質量流量を定義するためです。

最近の多くの自動車では、内燃機関で使用される吸入空気の質量流量を正確に測定するために、質量流量 (MAF) センサーが使用されています。このような質量流量センサーの多くは、加熱要素と下流温度センサーを使用して空気流量を示します。その他のセンサーは、バネ式のベーンを使用しています。いずれの場合も、車両の電子制御ユニットはセンサー信号をエンジンの燃料要件のリアルタイム表示として解釈します。

流量測定の別の方法としては、流体の経路に鈍い物体（シェダーバーと呼ばれる）を配置する方法があります。流体がこのバーを通過すると、渦と呼ばれる流れの乱れが生成されます。渦は、鈍い物体の両側から交互にシリンダーの後ろに続きます。この渦の跡は、フォン・カルマンが 1912 年にこの現象を数学的に説明したことにちなんで、フォン・カルマン渦列と呼ばれています。これらの渦が左右に交互に現れる頻度は、基本的に流体の流量に比例します。シェダーバーの内側、上部、または下流には、渦の放出頻度を測定するセンサーがあります。このセンサーは多くの場合圧電結晶で、渦が生成されるたびに小さいながらも測定可能な電圧パルスを生成します。このような電圧パルスの頻度も流体の速度に比例するため、流量計の断面積を使用して体積流量が計算されます。周波数が測定され、流量は、次式を使用して流量計電子機器によって計算されます。 ここで、は渦の周波数、鈍角物体の特性長さ、は鈍角物体上の流れの速度、および はストローハル数です。ストローハル数は、動作限界内の特定の物体形状に対して基本的に定数です。 ${\displaystyle f=SV/L}$${\displaystyle f}$${\displaystyle L}$${\displaystyle V}$${\displaystyle S}$

ソナー流量計は、挿入型流量計が望ましくないスラリー、腐食性流体、多相流体、および流れを運ぶパイプ内の流量を測定する非侵入型のクランプオン装置です。ソナー流量計は、従来の技術ではさまざまな流量状態やターンダウン比に対する許容度のために一定の制限がある鉱業、金属加工、および石油およびガス上流産業で広く採用されています。

ソナー流量計は、パイプ内の液体または気体の速度を非侵入的に測定する機能があり、パイプの断面積、ライン圧力、温度を使用して、この速度測定値を流量に活用します。この流量測定の原理は、水中音響を使用することです。

水中音響学では、水中の物体の位置を特定するために、ソナーは次の 2 つの既知の要素を使用します。

• アレイを通る音の伝播速度（つまり、海水中の音の速度）
• センサーアレイ内のセンサー間の間隔

そして未知数を計算します。

• オブジェクトの位置 (または角度)。

同様に、ソナー流量測定では、水中音響で使用されるものと同じ技術とアルゴリズムが使用されますが、それらを石油およびガスの井戸と流路の流量測定に適用します。

流速を測定するために、ソナー流量計は次の 2 つの既知の値を使用します。

• 物体の位置（または角度）。流れはパイプに沿って移動しており、センサーアレイと一直線になっているため、0度となります。
• センサーアレイ内のセンサー間の間隔^[21]

そして未知数を計算します。

• アレイを通る伝播速度（つまりパイプ内の媒体の流速）。^[22]

流量測定における最新の技術革新には、変化する圧力や温度（密度など）条件、非線形性、流体の特性を補正できる電子機器が組み込まれています。

磁気流量計は、しばしば「マグメーター」または「エレクトロマグ」とも呼ばれ、計測チューブに印加される磁場を使用して、磁束線に垂直な流速に比例する電位差を生み出します。電位差は、流れと印加磁場に垂直に配置された電極によって感知されます。作用する物理的原理は、ファラデーの電磁誘導の法則です。磁気流量計には、導電性の流体と非導電性のパイプ ライナーが必要です。電極は、プロセス流体と接触して腐食してはなりません。一部の磁気流量計には、電極を所定の位置に洗浄するための補助トランスデューサーが取り付けられています。印加される磁場はパルス状であるため、流量計は配管システム内の漂遊電圧の影響を打ち消すことができます。

ローレンツ力速度測定システムは、ローレンツ力流量計 (LFF) と呼ばれます。LFF は、運動中の液体金属と印加磁場との相互作用から生じる積分またはバルクのローレンツ力を測定します。この場合、磁場の特性長さは、チャネルの寸法と同じ桁数です。局所的な磁場を使用する場合は、局所的な速度測定を実行できるため、ローレンツ力速度計という用語が使用されることに注意してください。

超音波流量計には、ドップラー式と通過時間式の 2 つの主なタイプがあります。どちらも超音波を利用して測定を行い、非侵襲的 (チューブ、パイプ、容器の外側から流量を測定、クランプオン デバイスとも呼ばれる) ですが、流量を測定する方法は非常に異なります。

超音波通過時間流量計は、流れの方向と逆方向に伝播する超音波パルスの通過時間の差を測定します。この時間差は、超音波ビームの経路に沿った流体の平均速度の尺度です。絶対通過時間を使用することで、平均流体速度と音速の両方を計算できます。2 つの通過時間と、受信トランスデューサーと送信トランスデューサー間の距離、および傾斜角を使用して、次の式を作成できます。 ここで 、は 音の経路に沿った流体の平均速度で、は音速です。 ${\displaystyle t_{\text{up}}}$${\displaystyle t_{\text{down}}}$${\displaystyle L}$${\displaystyle \alpha}$$${\displaystyle v={\frac {L}{2\;\cos \left(\alpha \right)}}\;{\frac {t_{\text{up}}-t_{\text{down}}}{t_{\text{up}}\;t_{\text{down}}}}}$$$${\displaystyle c={\frac {L}{2}}\;{\frac {t_{\text{up}}+t_{\text{down}}}{t_{\text{up}}\;t_{\text{down}}}}}$$${\displaystyle v}$${\displaystyle c}$

ワイドビーム照明を用いた超音波通過時間測定は、血管やチューブの断面積に依存せずに体積流量を測定するためにも使用できる。^[23]

超音波ドップラー流量計は、流れる流体内の粒子から超音波ビームが反射することによって生じるドップラーシフトを測定します。送信ビームの周波数は粒子の動きによって影響を受けます。この周波数シフトを使用して流体の速度を計算できます。ドップラー原理が機能するには、流体内に浮遊する固体粒子や気泡などの音響反射物質の密度が十分に高くなければなりません。これは、気泡や固体粒子によって測定の精度が低下する超音波通過時間流量計とは正反対です。これらの粒子に依存するため、ドップラー流量計の用途は限られています。この技術は、音響ドップラー速度測定法としても知られています。

超音波流量計の利点の 1 つは、流体中の音速がわかっていれば、さまざまな流体の流量を効果的に測定できることです。たとえば、超音波流量計は、液化天然ガス (LNG) や血液など、さまざまな流体の測定に使用されます。^[24]また、特定の流体の予想される音速を計算することもできます。この音速は、流量計の測定品質を監視する目的で、超音波流量計によって実験的に測定された音速と比較できます。品質の低下 (測定された音速の変化) は、流量計の修理が必要であることを示しています。

横方向に振動する管を歪ませるコリオリ効果を利用して、コリオリ流量計で質量流量を直接測定することができます。^[25]さらに、流体の密度を直接測定することもできます。コリオリ測定は、測定対象のガスや液体の種類に関係なく非常に正確です。同じ測定管を、再校正なしで水素ガスとビチューメンに使用できます。^[要出典]

コリオリ流量計は天然ガスの流量測定に使用できる。^[26]

動いている粒子に当たるレーザー光線は、粒子の速度に比例して波長が変化し、部分的に散乱します (ドップラー効果)。レーザー ドップラー速度計(LDV) は、レーザー ドップラー風速計(LDA)とも呼ばれ、小さな粒子 (自然発生または誘導) を含む流体の流れの小さな体積にレーザー光線を集中させます。粒子はドップラー シフトで光を散乱させます。このシフトした波長を分析すると、粒子の速度を直接、非常に正確に判定し、流体の速度の近似値を得ることができます。

ドップラーシフトの測定には、さまざまな技術やデバイス構成が利用できる。いずれも、分析のために光を電気波形に変換する光検出器（通常はアバランシェフォトダイオード）を使用する。ほとんどのデバイスでは、元のレーザー光は 2 つのビームに分割される。一般的な LDV の 1 つのクラスでは、2 つのビームが焦点で交差し、干渉して一連の直線の縞模様を生成する。次に、縞模様が流れの方向と垂直になるようにセンサーを流れに合わせる。粒子が縞模様を通過すると、ドップラーシフトした光が光検出器に集められる。別の一般的な LDV クラスでは、1 つのビームが基準として使用され、もう 1 つのビームがドップラー散乱される。その後、両方のビームが光検出器に集められ、光ヘテロダイン検出によってドップラー信号が抽出される。^[27]

理想的には流量計は環境の影響を受けないはずですが、実際にはそうはいきません。測定誤差は、誤った設置やその他の環境に依存する要因から生じることがよくあります。^{[28] [29]} 現場法は、流量計が正しい流量条件で校正されるときに使用されます。流量計の校正の結果は、パフォーマンス指標メトリックと流量メトリックという2つの関連する統計値になります。^[30]

パイプ内の流れには、放射性トレーサーを測定対象の流れにパルスとして注入する、いわゆる通過時間法が適用されます。通過時間は、パイプの外側に設置された放射線検出器の助けを借りて定義されます。体積流量は、測定された平均流体流速にパイプの内側の断面積を掛けて得られます。この基準流量値は、校正対象の流量測定によって得られた同時流量値と比較されます。

手順は標準化されている（液体についてはISO 2975/VII、気体についてはBS 5857-2.4）。液体と気体の測定不確かさの最高値は0.5%である。^[31]

放射性トレーサー希釈法は、開水路の流量測定を較正するために使用される。既知のトレーサー濃度の溶液を、一定の既知の速度で水路の流れに注入する。下流でトレーサー溶液は流れの断面で完全に混合され、連続サンプルが採取され、注入された溶液の濃度に対するトレーサー濃度が決定される。流量基準値は、注入されたトレーサーの流れと希釈流の間のトレーサーバランス条件を使用して決定される。この手順は標準化されている（開水路の液体の流れに関する ISO 9555-1 および ISO 9555-2）。最も認定された測定不確かさは 1% である。^[31]

• 風速計
• 自動メーター読み取り
• 流量計エラー
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