流量測定には、特定の時間に容器の指定された表面積を通過する流体の量の決定が含まれます。すべての形式の測定と同様に、請求額の見積もりのための水とガスの消費量の監視での使用から、流量測定がプロセス/製品の品質。
流量を決定するために、流量計と呼ばれる特別な種類のメーターが使用されます。流量測定にはさまざまな要件（線形/非線形、質量/体積流量など）があるため、流量計にはさまざまな種類があります。メーターは、次のようなさまざまな要因に基づいて互いに異なります。それらが適用する測定技術、それらが監視する特定の流れパラメータ、それらが追跡できる流体の量、およびそれらの物理的属性がいくつか言及されています。 YFS201は人気のある水流センサーであり、これまでArduinoを使用して水流を測定し、流量と分散量を計算していました。
流量計のタイプ/カテゴリには次のものがあります。この記事の焦点であるタービン、渦、熱質量、磁気、楕円歯車、パドルホイール、コリオリ、質量流量、低流量、および超音波流量計。超音波流量計は、容器を流れる流体の量を決定する非侵襲的で非常に信頼性の高い手段を提供し、石油やガスからユーティリティプロバイダーまでさまざまな業界での用途が見出されています。
この記事では、超音波流量計の周りのすべて、それらがどのように機能するか、長所と短所を見ていきます。
超音波流量計
名前が示すように、広く使用されている流量計の1つである超音波流量計は、超音波で速度を測定することによって流体の体積流量を計算する非侵入型デバイスです。音波が伝達できるほぼすべての流体の流体の流れを測定できます。このタイプの流量計は、ドップラー原理または通過時間法のいずれかを使用して流量を測定できるため、通常は「ハイブリッド」と見なされます。両方の原理については、この記事の後半で説明します。これらの流量計は、ドップラー原理を使用して動作する場合、ドップラー流量計とも呼ばれることに注意してください。
超音波流量計は、低圧損失、メンテナンスの手間、および化学的適合性が要求される水用途に最適です。これらは通常、飲料水や蒸留水では機能しませんが、廃水用途や導電性の汚れた液体には適しています。それらはパイプラインを流れる液体を妨げないので、研磨性および腐食性の液体とともに使用されます。
超音波流量計の動作原理
超音波流量計は、エコーの原理と、さまざまな媒体にわたる音速の変化を使用して流量を測定します。メーターには通常、2つの超音波トランスデューサーが含まれ、1つは送信機として機能し、もう1つは受信機として機能します。 2つのトランスデューサーは、容器の反対側に並べて取り付けるか、互いに角度を付けて取り付けることができます。送信トランスデューサーは、センサーの表面から流体に音パルスを放出し、レシーバーとして指定されたトランスデューサーによって受信されます。次に、音のパルスが送信機から受信機に伝わるのにかかる時間（通過時間と呼ばれる）が推定され、流量やその他のパラメータの決定に使用されます。
2番目の構成では、送信機と受信機を並べて配置すると、送信機は音声パルスを放射し、受信機は送信のエコーを受信するのにかかる時間を監視します。
センサーの構成に関係なく、通過時間差を使用した測定は、次の事実に基づいています。媒体の流れの方向に伝播する音波は、媒体の流れの方向に向かって伝播する波よりも速く移動します。したがって、通過時間の差は媒体の流速に正比例し、この原理を使用して、気体と液体の体積を正確に測定し、密度と粘度を導き出します。
上記の2つの方法は非常に一般的に使用される方法ですが、異なる超音波流量計は、液体の種類と実行する測定に基づいて、これの修正バージョンを使用します。以下の超音波水道メーターの画像は、上流と下流のトランスデューサーが、水流量計の設計のためにいくつかの反射板とともにセンサーパイプ内にどのように配置されているかを示しています。同じものの実際のハードウェア設定も、両方のトランスデューサーにマークを付けて示されています。
超音波フローセンサーを使用した流量の計算
この背後にある技術をより明確に理解するために、送信機（TA）と受信機（TB）のトランスデューサーが互いに反対の角度で取り付けられた最初の構成を特徴とする以下の画像を検討してください。
音波が送信機から受信機に伝わるのにかかる時間、つまり媒体の流れ方向をT A –Bとし、音波が受信トランスデューサーから送信トランスデューサーに移動するのにかかる時間とします。 、つまり流れ方向T B –Aに反します。
2つの通過時間の差は平均流速に正比例し、VのM培地のIE。
T B –A – T A –B = v m -------------式1
信号の通過時間は、送信トランスデューサと受信送信機の間の距離を、音響信号が1つのトランスデューサから別のトランスデューサに移動するのに必要な速度で割ったものであるため、
T A –B = L /（C AB + v *cosα）--------------式2
そして;
T B –A = L /（C BA – v *cosα）---------------式3
式2と3は、上流のトランスデューサAと下流のトランスデューサBの間の流量を定義します。どこ;
v =媒体の流速、L =音響経路の長さ、c =媒体内の音速、アルファ「α」は超音波が送信機から受信機に伝わるパイプに対する角度です。
媒体内の音速が一定であると仮定すると（つまり、流体の密度、温度などのパラメーターに変化がない）。
（L /（2 * cos））*（T B–A – T A–B）/（T B–A x T A–B）
平均速度にパイプの断面積を掛けると、流量Qは次のようになります。
Q =（π* D 3）/（4 *sin2α）*（T B–A – T A–B）/（T B–A x T A–B）
パイプの断面積は、直径D
のインライン超音波流量計では一定です。密度、温度、圧力、音速、その他の媒体/流体で定義された特性などの変数なしでこれらの方程式を実装すると、理由がわかります。超音波流量計の汎用性と精度の背後にあります。
超音波メーターの利点/重要性
超音波流量計の主な利点は、非侵襲性であり、あらゆる種類の流体を処理できることです（流体内の音の密度と速度は重要ではないため）。特性の異なる多種多様な物質（化学薬品、溶剤、油など）は、その流れを監視する必要があるため、毎日配管システムによって輸送および配送されます。超音波流量計は非侵襲的であるため、このような状況では後藤計になります。これが、化学関連産業から食品加工、水処理、石油およびガスセクターまで、さまざまな産業セクターでの用途が見出される理由です。
短所
超音波流量計の主な欠点は、その価格である必要があります。それらの設計の複雑さのために、超音波流量計は、より多くの労力とコンポーネントを必要とするため、通常、機械式または他のタイプのメーターよりも高価です。
設計の複雑さとコストに加えて、超音波流量計は、他のほとんどのタイプのメーターと比較して、設置/取り扱いに関する専門知識も必要とします。
市場でトップの超音波流量計
世界の超音波流量計の市場は2024年までに20億米ドルに達すると予想されていますが、今日の多くの業界でのアプリケーションといくつかの新しく改良されたバリアントの導入のおかげで、市場は過去数年間で力強い成長を遂げています。多くのメーカーは、測定の精度を向上させるために、高度な技術を備えた超音波流量計を開発しています。このメーターは業界固有のソリューションに対応しているため、最新の開発が予測期間中に市場を牽引すると予想されます。市場でトップの超音波流量計は次のとおりです。
ソニックビュー超音波流量計：低液体流量を測定するための最良のソリューションの1つであるソニックビューは、通過時間の原理に基づいて動作します。トランスデューサーは媒体と接触しておらず、機器内で使用される可動部品はありません。低所有コスト、何年にもわたるメンテナンスフリーの操作、保護されたトランスデューサー、堅牢なメーターの生涯にわたるサイクル、圧力のピークや粒子に対する鈍感な性質などの無敵の機能はすべて、ソニックビュー超音波流量計がメーター市場で最高のソリューション。
Shmeters超音波水道メーター：さまざまな管流条件下で、この工業用および商業用の超音波水道メーターは、可能な限り最高の測定精度で設計断面測定をマーキングすることができます。メーターはバッテリー駆動で、1つのバッテリーで10年間途切れることなく動作します。消費電力は0.5mW未満です。磁気干渉の影響を受けずに長時間動作し続けることができます。一方、信頼性と感度が高く、0.002m / sの低流速を迅速に検出できます。
Sitrans FS超音波流量計：温度、粘度、導電率、圧力、密度に関係なく、最も過酷な条件下で動作できるため、さまざまな気体や液体に対して優れた性能を発揮します。Sitrans FS220は、その可能性が無限にあるように見えるため、簡単な流量測定のためのクラス最高のソリューションとしての地位を誇っています。
特に消費者向けのアプリケーションでは、超音波メーターは、自治体や関連当局がガスや水の消費量などをリモートで監視できるようにするLoRaなどのテクノロジーによって強化されています。通信媒体の低電力の性質により、これらのメーターは、機械式メーターを使用して達成できるよりもはるかに長い、1回のバッテリー充電で5年以上持続することができます。