ドップラー流量計は、ドップラー効果を利用します。ドップラー効果とは、動く物体から放射される波または反射する波によって生じる周波数のシフトです。
ドップラー効果の一般的な実現は、移動中の車両からのホーンの報告の周波数の知覚シフトです。車両がリスナーに近づくにつれて、ホーンのピッチは通常よりも高く見えます。 車両がリスナーを通り過ぎて離れ始めると、ホーンのピッチが突然低周波数に「シフトダウン」するように見えます。
実際には、ホーンの周波数は決して変化しませんが、静止しているリスナーに対する接近する車両の速度は、空気中の音の振動を「圧縮」するように作用します。 車両が遠ざかると、音波はリスナーの視点から「伸び」ます。
音波が動いている物体に向けられている場合、同じ効果が起こり、エコーの周波数は送信された（入射）周波数と比較されます。 反射波が超音波トランスデューサーに向かって進む気泡から戻る場合、反射周波数は入射周波数より大きくなります。
流れの方向が逆転し、反射波がトランスデューサーから遠ざかる気泡から戻る場合、反射周波数は入射周波数より低くなります。
これは、ビークルがリスナーに近づくにつれて見かけ上増加し、ビークルがリスナーから遠ざかるにつれて見かけ上減少するように見えるビークルのホーンピッチの現象に一致します。
ドップラー流量計は、フローストリーム内の気泡または粒子状物質から音波を跳ね返し、周波数シフトを測定し、そのシフトの大きさから流体速度を推定します。
超音波流量計-ドップラー流量計
音波を反射するのに十分な大きさのフローストリーム内にオブジェクトが存在する必要があるため、ドップラー超音波流量計は液体アプリケーションに制限されます。
スラリーや廃水などの「汚れた」液体、または大量の気泡を含む液体（炭酸飲料など）は、この技術に適した液体です。
ガスストリームが強いエコーを反射するのに十分な大きさの液滴または固体を運ぶと予想するのは非現実的であるため、ドップラー流量計を使用してガス流量を測定することはできません。
流体の速度（v）とドップラー周波数シフト（Δf）の数学的な関係は、その流体を通る音の速度（v <>
どこ、
Δf=ドップラー周波数シフト
v =流体の速度（実際には、音波を反射する粒子の速度）
f =入射音波の周波数
θ=トランスデューサーとパイプの中心線の間の角度
c =プロセス流体の音速
参照： 超音波流量計アニメーション
ドップラー効果により、トランスデューサーが受信した各エコーから流体速度を直接測定する方法に注意してください。
これは、タイムオフ光に基づいた距離の測定とは著しく対照的です（時間領域反射測定-入射パルスと返されたエコーの間の時間はトランスデューサーと反射面の間の距離に比例します）
超音波液位測定のアプリケーションなど。 ドップラー流量計では、入射パルスと反射パルスの間の時間遅延は無関係です。 入射信号と反射信号間の周波数シフトのみが重要です。
この周波数シフトは、流速に直接比例するため、ドップラー超音波流量計は線形測定デバイスになります。
ドップラー周波数シフト方程式を再配置して速度を解きます（ここでも、v <>
体積流量がパイプ面積と流体の平均速度（Q = Av）の積に等しいことを知って、計算された流量（Q）を直接解くために方程式を書き直すことができます。
ドップラー超音波流量測定の非常に重要な考慮事項は、流量計の較正が流体を通る音速によって変化することです（c）。
これは、上記の方程式にcが存在することからすぐにわかります。cが増加すると、固定体積流量Qに対してΔfは比例して減少する必要があります。
流量計は、Δfに関して流量を直接解釈するように設計されているため、Δfの減少を引き起こすcの増加は、Qの減少として記録されます。
つまり、ドップラー超音波流量計で流量を正確に測定するには、流体の音速を正確に知る必要があります。
流体を通る音の速度は、その媒体の密度と体積弾性率の関数です（圧縮の容易さ）。
どこ、
c =材料の音速（メートル/秒）
B =体積弾性率（パスカル、またはニュートン/平方メートル）
ρ=流体の質量密度（立方メートルあたりのキログラム）
温度は液体の密度に影響し、組成（液体の化学成分）は体積弾性率に影響します。 したがって、温度と組成の両方が、ドップラー超音波流量計の較正に影響する要因です。
圧力は気体の密度にのみ影響するため、圧力はここでは問題になりません。ドップラー流量計は液体でのみ機能することをすでに知っています。
ドップラー超音波流量計のもう1つの制限は、十分なサイズの気泡または粒子を必要とするというテーマに続き、あまりにもきれいで均質すぎる液体の流量を測定できないことです。 そのようなアプリケーションでは、音波の反射は弱すぎて信頼性のある測定ができません。
これは、固体粒子の音速が液体の音速に近すぎる場合にも当てはまります。これは、音波が著しく異なる音速の物質に遭遇した場合にのみ反射が起こるためです。
ドップラータイプの超音波流量計は、強力な音波の反射が得られないアプリケーションでは役に立ちません。
反伝播流量計と呼ばれることもある通過時間流量計は、ドップラー超音波流量計の代替です。
通過時間超音波流量計は、一対の対向するセンサーを使用して、流体の流れとともに移動する音波パルスと流体の流れに対して移動する音波パルスの時間差を測定します。
流体の動きは音波を運ぶ傾向があるため、下流に送信される音波パルスは、上流に送信される音波パルスよりも速く移動します。
通過時間流量計
通過時間流量計を通過する体積流量は、アップストリームおよびダウンストリームの伝播時間の単純な関数です。
どこ、
Q =計算された体積流量
k =比例定数
t up =音のパルスが下流の場所から上流の場所に移動する時間（上流、流れに逆らって）
t down =音のパルスが上流の場所から下流の場所に移動する時間（下流、流れあり）
通過時間速度測定の興味深い特性は、通過時間積に対する通過時間差の比率が、流体を通る音速の変化に対して一定のままであることです。
これを自分で証明したい場合は、フロー式の時間をパスの長さ（L）、流体速度（v）、音速（c）に置き換えることで確認できます。 置換としてtup = L /（c−v）およびtdown = L /（c + v）を使用し、すべてのc項がキャンセルされるまでフロー式を代数的に減らします。 最終結果はQ = 2kv / Lになります。
この方程式を経路長（L）、流体速度（v）、および音速（c）の項にキャストすると、方程式はQ = 2kv / Lに簡略化され、通過時間流量計がドップラー流量計。液体の音速の変化の影響を受けないという利点があります。
したがって、流体組成の変化に起因する体積弾性率の変化、または組成、温度、または圧力の変化に起因する密度の変化は、通過時間流量計の精度にほとんど影響しません。
通過時間超音波流量計は、音速の変化の影響を受けないだけでなく、流量に関係なくその音速を測定することもできます。
アップストリームおよびダウンストリームの伝播時間に基づいて音速を計算する式は次のとおりです。
どこ、
c =流体中の計算された音速
L =パスの長さ
t up =音のパルスが下流の場所から上流の場所に移動する時間（上流、流れに逆らって）
t down =音のパルスが上流の場所から下流の場所に移動する時間（流れとともに下流）
流量測定の直接的な目的には必要ではないか、特に関連性はありますが、それでもこの流体の音速の推定は診断ツールとして有用です。 サンプルの直接実験室測定またはサンプルの化学分析のいずれかにより、流体の真の音速がわかっている場合、この速度を流量計の報告された音速と比較して、流量計の絶対通過時間測定精度を確認できます。 この方法で、センサー内またはセンサー電子機器内の特定の問題が検出される場合があります。
通過時間超音波流量計の信頼できる動作のための要件は、プロセス流体が音波を散乱または妨害する可能性のある気泡または固体粒子を含まないことです。
これはドップラー超音波流量計の正反対の要件であり、音波を反射するには気泡または粒子が必要であることに注意してください。
これらの相反する要件は、通過時間流量計に適したアプリケーションとドップラー流量計に適したアプリケーションをきちんと区別し、また、ガス流量ストリームと液体流量ストリームで通過時間超音波流量計を使用する可能性を高めます。
