Medidor de flujo ultrasónico

Los caudalímetros ultrasónicos miden la diferencia entre el tiempo de tránsito de los pulsos ultrasónicos que se propagan a favor y en contra de la dirección del flujo. Esta diferencia de tiempo (TTFM = Medición del tiempo de tránsito del flujo) es una medida de la velocidad promedio del fluido a lo largo de la trayectoria del haz ultrasónico. Al utilizar los tiempos de tránsito absolutos${\displaystyle t_{up}}$y${\displaystyle t_{down}}$, tanto la velocidad media del fluido${\displaystyle v}$y la velocidad del sonido${\displaystyle c}$se puede calcular. Utilizando estos dos tiempos de tránsito, la distancia entre los transductores receptores y transmisores${\displaystyle L}$y el ángulo de inclinación${\displaystyle \alpha }$, si asumimos que el sonido tiene que ir contra la corriente cuando va aguas arriba y a lo largo de la corriente cuando va aguas abajo, ^{[ 2 ]} entonces se pueden escribir las siguientes dos ecuaciones a partir de la definición de velocidad :

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

Sumando y restando las ecuaciones anteriores se puede resolver${\displaystyle v}$y${\displaystyle c}$,

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

dónde${\displaystyle v}$es la velocidad promedio del fluido a lo largo de la trayectoria del sonido y${\displaystyle c}$es la velocidad del sonido.

Otro método en la medición de flujo ultrasónico es el uso del desplazamiento Doppler que resulta de la reflexión de un haz ultrasónico en materiales reflectantes del sonido , como partículas sólidas o burbujas de aire atrapadas en un fluido en movimiento, o la turbulencia del propio fluido, si el líquido está limpio.

Los caudalímetros Doppler se utilizan para lodos , líquidos con burbujas y gases con partículas que reflejan el sonido.

Este tipo de caudalímetro también se puede utilizar para medir el flujo sanguíneo . Al hacer pasar un haz ultrasónico a través de los tejidos, reflejarlo en una placa reflectante, invertir la dirección del haz y repetir la medición, se puede estimar el volumen de sangre . La frecuencia del haz transmitido se ve afectada por el movimiento de la sangre en el vaso, y al comparar la frecuencia del haz aguas arriba con la del haz aguas abajo, se puede medir el flujo sanguíneo a través del vaso. La diferencia entre ambas frecuencias es una medida del flujo volumétrico real. También se puede utilizar un sensor de haz ancho para medir el flujo independientemente del área de la sección transversal del vaso sanguíneo.

En este caso, el elemento ultrasónico mide la altura del agua en el canal abierto; a partir de la geometría del canal, se puede determinar el caudal. El sensor ultrasónico suele incluir también un sensor de temperatura, ya que la velocidad del sonido en el aire se ve afectada por la temperatura.