超音波流量計

超音波流量計は、流れの方向と逆方向に伝搬する超音波パルスの伝搬時間の差を測定します。この時間差（TTFM = 伝搬時間流量測定）は、超音波ビームの経路に沿った流体の平均速度の指標となります。絶対伝搬時間を用いることで、$t_{up}}$そして$t_{down}}$平均流体速度${\displaystyle v}$そして音速${\displaystyle c}$計算できます。これらの2つの伝送時間を使用して、受信トランスデューサと送信トランスデューサ間の距離を算出します。${\displaystyle L}$傾斜角${\displaystyle \alpha }$音は上流に向かうときは流れに逆らって進み、下流に向かうときは流れに沿って進むと仮定すると、^{[ 2 ]}速度の定義から次の 2 つの式を書くことができます。

${\displaystyle cv\cos \alpha ={\frac {L}{t_{up}}}}$そして ${\displaystyle c+v\cos \alpha ={\frac {L}{t_{down}}}}$

上記の式を足したり引いたりすることで、${\displaystyle v}$そして${\displaystyle c}$、

${\displaystyle v={\frac {L}{2\;\cos \left(\alpha \right)}}\;{\frac {t_{up}-t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}}$そして ${\displaystyle c={\frac {L}{2}}\;{\frac {t_{up}+t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}}$

どこ${\displaystyle v}$は音の経路に沿った流体の平均速度であり、${\displaystyle c}$音速のことです。

超音波流量測定のもう一つの方法は、超音波ビームが流体中の固体粒子や混入した気泡などの音響反射性物質に反射することによって生じるドップラーシフト、あるいは液体が清浄な場合は流体自体の乱流を利用することである。

ドップラー流量計は、スラリー、気泡を含む液体、音波反射粒子を含む気体の流量測定に使用されます。

このタイプの流量計は、超音波ビームを組織に通し、反射板で反射させた後、ビームの方向を反転させて測定を繰り返すことで、血流量を測定するためにも使用できます。これにより、血流量を推定できます。送信ビームの周波数は血管内の血液の動きによって影響を受けるため、上流側のビームの周波数と下流側のビームの周波数を比較することで、血管内の血流量を測定できます。この2つの周波数の差が、実際の血流量の指標となります。また、広角ビームセンサーを使用すれば、血管の断面積に関係なく血流量を測定することも可能です。

この場合、超音波素子は実際には開水路内の水位を測定しており、水路の形状に基づいて、その水位から流量を推定することができます。超音波センサーには通常、温度センサーも併設されています。これは、空気中の音速が温度によって影響を受けるためです。