流量测量涉及确定在特定时间通过容器的指定表面积的流体量。像所有形式的测量一样，它在日常生活中的应用也很广泛，从监视水费和燃气消耗以进行账单估算到更关键的工业应用（例如多种化学物质的大规模混合），在这些应用中，流速测量在保持水质的稳定中起着关键作用。工艺/产品的质量。
为了确定流速，采用了特殊类型的流量计，称为流量计。由于流量测量的不同要求（线性/非线性，质量/体积比等），流量计有许多不同的类型。仪表因不同因素而彼此不同，包括：它们应用的测量技术，它们监视的特定流量参数，可以跟踪的流体量以及其物理属性等等。 YFS201是一种流行的水流传感器，我们以前使用它来使用Arduino来测量水流并计算流速和分散体积。
流量计的某些类型/类别包括：涡轮，涡旋，热质量，电磁，椭圆齿轮，桨轮，科里奥利，质量流量，低流量和超声波流量计是本文的重点。超声波流量计提供了一种非侵入性的，非常可靠的方法来确定流经容器的流体量，并且它们已经发现了从石油和天然气到公用事业提供商的不同行业的应用。
在本文中，我们将研究超声波流量计的所有方面，其工作原理，优点和缺点。
超声波流量计
顾名思义，超声流量计是一种广泛使用的流量计，它是一种非侵入式设备，可通过用超声波测量其速度来计算流体的体积流量。它几乎可以测量声波可以传播的任何流体中的流体流量。这种流量计通常被认为是“混合型”，因为它可以使用多普勒原理或过渡时间方法来测量流量，我们将在本文后面讨论这两种原理。请注意，如果这些流量计使用多普勒原理进行操作，也称为多普勒流量计。
超声波流量计最适合要求低压降，低维护和化学相容性的水应用。它们通常不能与饮用水或蒸馏水一起使用，但适用于废水应用或导电性脏液体。它们与磨蚀性和腐蚀性液体一起使用，因为它们不会阻塞流经管道的液体。
超声波流量计的工作原理
超声波流量计使用回声原理和跨不同介质的声速变化来测量流量。仪表通常包含两个超声换能器，其中一个充当发射器，另一个充当接收器。两个换能器可以并排安装或在容器的相对侧彼此成一定角度安装。发射换能器将声音脉冲从传感器表面发射到流体，并由指定为接收器的换能器接收。然后，估计声脉冲从发射器传输到接收器所需的时间（称为传播时间），并将其用于确定流速和其他参数。
对于第二种配置，将发射器和接收器并排放置，发射器发出声音脉冲，而接收器监视接收发射回波所需的时间。
不论传感器配置如何，具有时差的测量均基于以下事实：沿介质流动方向传播的声波比逆着介质流动方向传播的声波移动得更快。因此，传播时间的差异与介质的流速成正比，并且该原理用于精确测量气体和液体的体积，并得出密度和粘度。
尽管以上两种方法是最常用的方法，但不同的超声波流量计会根据液体类型和要进行的测量使用此方法的改进版本。下面的超声波水表图像说明了上游和下游换能器如何与一些用于水流量计设计的反射器一起放置在传感器管道内。还显示了相同的实际硬件设置，并标出了两个传感器。
使用超声波流量传感器计算流量
为了更清楚地了解其背后的技术，请考虑以下图像，该图像具有第一种配置，其中发射器（TA）和接收器（TB）传感器以彼此相反的角度安装；
假设声波从发射器传播到接收器所需的时间（即，在介质的流动方向上）为T A –B，其从接收换能器移动到发射换能器所花费的时间，即与流动方向T B –A相反。
两次通过时间之差与介质的平均流速v m成正比，即：
T B –A – T A –B = v m -------------公式1
由于信号的传播时间是发射换能器与接收发射器之间的距离除以声信号从一个换能器到另一个换能器所需的速度，因此我们得到
T A –B = L /（C AB + v *cosα）--------------公式2
和;
T B –A = L /（C BA – v * cosα）---------------公式3
公式2和3定义了传感器A上游和传感器B下游之间的流量。哪里;
v =介质的流速，L =声波路径的长度，c =介质中的声速，α“α”是超声从发射器到接收器的管道角度。
假设介质中的声速是恒定的（即，流体密度，温度等参数没有变化）；
（L /（2个* COS））*（T B-A - T的A-B）/（T B-A控制x T A-B）
将平均速度乘以管道的横截面积，得出流量Q为；
Q =（π* d 3）/（4 *罪2α）*（T B-A - T的A-B）/（T B-A控制x T A-B）
对于直径为D的在线超声波流量计，管道的横截面积是恒定的
。这些方程式的执行没有变量，例如密度，温度，压力，声速和其他介质/流体定义的特性，这说明了原因落后于超声波流量计的多功能性和准确性。
超声波仪表的优势/意义
超声波流量计的主要优点在于其非侵入性和能够与任何类型的流体一起工作的能力（因为流体中的密度和声速无关紧要）。具有不同属性的各种物质（包括化学药品，溶剂，油等）每天都需要通过管道系统进行运输和分配，并需要对其流量进行监控。超声波流量计的非侵入性使其成为此类情况下的流量计。这就是为什么他们在不同的工业领域找到应用的原因，从化学相关行业到食品加工，水处理以及石油和天然气行业。
缺点
超声波流量计的主要缺点在于其价格。由于超声波流量计的设计复杂性，通常比机械流量计或其他类型的流量计贵，因为它们需要更多的精力和组件，
除了设计复杂性和成本外，与大多数其他类型的仪表相比，超声波流量计在安装/处理方面也需要一定的专业知识。
市场上顶级的超声波流量计
到2024年，全球超声波流量计的市场规模预计将达到20亿美元，但由于其在当今众多行业中的应用以及一些新近改进的产品的推出，该市场在过去几年中见证了强劲的增长。许多制造商已经开发出具有先进技术的超声波流量计，以提高测量精度。由于该仪表可以满足特定行业的解决方案，因此在预测期内，最新的发展有望驱动市场。市场上顶级的超声波流量计包括：
Sonic-View超声波流量计：Sonic- view是用于测量低液体流量的最佳解决方案之一，其运行时间原则是正确的。换能器未与介质接触，并且仪器内没有使用可动部件。拥有无与伦比的功能，例如较低的拥有成本，多年的免维护运行，受保护的传感器，坚固耐用的仪表的生命周期以及其对压力峰值和颗粒不敏感的特性，所有这些都导致了为什么超声视图超声波流量计成为其中之一电表市场上的最佳解决方案。
温度计超声波水表：在各种管道流量条件下，这种用于工业和商业用途的超声波水表能够以最高的测量精度标记设计截面的测量值。该电表由电池供电，仅用一块电池即可连续工作10年。其功耗小于0.5mW。它可以长时间工作，不受电磁干扰的影响。同时，它具有高度的可靠性和灵敏性，可以快速检测到低至0.002m / s的流速。
Sitrans FS超声波流量计：由于它们可以独立于温度，粘度，电导率，压力，密度和在最苛刻的条件下运行，因此它们可为各种气体和液体提供出色的性能。Sitrans FS220以其一流的解决方案而引以为豪，它是直接流量测量的最佳解决方案，因为它的可能性似乎无穷无尽。
特别是在消费级应用中，诸如LoRa之类的技术正使超声波仪表得到增强，LoRa技术使市政当局和相关机构可以远程监控天然气和水的消耗量。通信介质的低功率特性使这些电表在一次电池充电后即可使用5年以上，远超过使用机械电表所能达到的。