超音波流量計

ドップラーシフトとも呼ばれるこのドップラー効果は、日常生活でもよく知られている現象で、サイレンを鳴らしながら通り過ぎる救急車の音を聞いたときに体験することができる。救急車が近づいてくるとサイレンの音が高くなり（音の周波数が高くなる）、救急車が通り過ぎて遠ざかると急に低くなる（周波数が低くなる）ことにお気づきだろうか。これは、「エミッター」が一定の速度でこちらに向かって移動すると、音波がある程度圧縮され、周波数が高くなり、その結果、音色が高くなるという事実によって説明される。同様に、エミッターが遠ざかると音波は膨張し、低い音色になる。

血管内の赤血球のような動く粒子が超音波を反射すると、超音波の周波数が変化する。周波数の変化は、動いている（そして反射している）粒子の速度と直結しているため、この周波数シフトは、反射している（そして動いている）粒子の流速、ひいてはこれらの粒子を含む流体の流速の指標となる。これは、液体の流速測定におけるドップラー効果の限界を示している。液体には、超音波を反射する粒子（固体粒子または巻き込まれた気泡）が含まれている必要がある。したがって、この技術は粒子のない液体には使えない。

流れる液体中の粒子に依存しない流量測定に超音波を使用するもう1つの従来の方法は、流体チューブの片側に超音波エミッタを配置し、チューブを挟んで対角線上にセンサを配置する方法である。チューブ内を液体が流れている場合、エミッターからセンサーまでの上流方向と下流方向における超音波の通過時間の差が、液体の流速の直接的な測定値となる。既知のチューブの断面積と組み合わせることで、体積流量が計算される。

通過時間に基づく流量測定は、大口径管や大流量域で、実質的に測定可能な通過時間差がある場合に最も効果的である。小口径の管内をエミッターからレシーバーに伝わる音は、非常に小さな時間帯になる。

これは（超音波が）流量測定に使用できることを示しているが、ドップラー効果や従来の通過時間を適用した原理は、純粋な流体や低流量には適していない。このため、超音波技術という別のソリューションが利用できる。

毎分0.4リットルまでの低流量で純液（非純液も含む）の流量測定を行うにはどうすればよいでしょうか？この目的のためには、障害物やデッドスペースのない、非常に小さくまっすぐなセンサーチューブ内での超音波の伝播に基づく技術が適しており、低流量が可能です。

実際には、次のように動作する。流体がセンサーチューブ内を流れる。センサーチューブの外表面には、複数のトランスデューサリングがチューブに沿って放射状に配置されており、振動によって超音波を発生させる。各トランスデューサーは発信と受信が可能で、上流と下流のすべての組み合わせが記録され処理される。トランスデューサー間の相互間隔を十分に大きくすることで、記録間の通過時間差は、流体の信頼できる流速を計算するのに十分な大きさ（ナノ秒の範囲）になる。この効果は、スマートな方法で妨害音波をフィルタリングすることでさらに高まります。

製菓業界；キャンディー製造
障害物やデッドスペースがなく、セルフドレインが可能なストレートセンサーチューブは、食品・飲料加工に要求される衛生基準を満たしています。そのため、ES-FLOW超音波流量計が適用される応用分野の一つです。これらの機器はキャンディ製造工程に添加物として供給されるmeasure the amount of colouring & flavouring agent、酸のHVOF spraying solutionsために使用され、工程の品質管理を向上させています。

HVOF噴霧プロセスにおける超音波流量計
ES-FLOW超音波流量計シリーズは耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性を向上させるコーティングを施すmixing systems for mRNA vaccine production使用されています。このアプリケーションでは、ES-FLOWは所望のプロセス圧力が得られるようにポンプを制御することにより、コーティングの品質と膜厚をより良く制御することを可能にします。

mRNAワクチン製造におけるES-FLOW超音波流量計
mRNAワクチン製造の混合システムにおいて、ES-FLOW超音波流量計はCIP（クリーンインプレイス）目的で使用されます。