Los caudalímetros ultrasónicos se denominan caudalímetros, cuyo principio de funcionamiento se basa en el paso de una onda ultrasónica a través de un flujo de líquido o gas. Los medidores de flujo ultrasónicos operan en el rango de frecuencia de 20 kHz a 1000 MHz.
Para el paso de la onda y su interpretación se requiere de un receptor y un transmisor, los cuales tienen un efecto piezoeléctrico. Los siguientes materiales tienen tal efecto: cuarzo, turmalina, tartrato de potasio, sulfato de litio, titanato de bario, titanato de circonato de plomo. Al colocar un cristal piezoeléctrico en un campo eléctrico, la deformación elástica provoca una disminución o aumento de su longitud de acuerdo con la magnitud y dirección de la polaridad del campo.
Desde los años 60 del siglo pasado, los medidores de flujo ultrasónicos (acústicos) se han utilizado en la industria para controlar el flujo y contabilizar el agua y el refrigerante. Las ventajas indiscutibles de los medidores de flujo ultrasónicos: baja o ausencia total de resistencia hidráulica, confiabilidad (ya que no hay elementos mecánicos móviles), alta precisión, velocidad, inmunidad al ruido, determinaron su amplia distribución.
Existen tres métodos principales para determinar el flujo de fluidos mediante ultrasonido :
El principio de funcionamiento de los caudalímetros ultrasónicos se basa en medir la diferencia en el tiempo de tránsito de la señal. En este caso, dos sensores ultrasónicos, ubicados en diagonal uno frente al otro, funcionan alternativamente como emisor y receptor. Así, la señal acústica generada alternativamente por ambos sensores se acelera cuando se dirige aguas abajo y se ralentiza cuando se dirige aguas arriba. La diferencia de tiempo resultante del paso de la señal a través del canal de medición en ambas direcciones es directamente proporcional a la velocidad media del flujo, a partir de la cual se puede calcular el flujo volumétrico. Y el uso de varios canales acústicos permite compensar las distorsiones en el perfil de flujo.
El transductor del medidor de flujo ultrasónico consta de una sección de tubería en la que se instalan elementos piezoeléctricos. El diámetro del elemento piezoeléctrico está en el rango de 5 a 20 milímetros, y su grosor se selecciona según la frecuencia. En caudalímetros de frecuencia y pulsos de tiempo, se utilizan frecuencias de 5-20 MHz para mejorar la precisión de las mediciones. Por lo general, en líquidos, se utilizan frecuencias de 50 kHz - 2 MHz. En medios gaseosos es necesario reducir las frecuencias a cientos y decenas de kHz, esto se debe a la dificultad de crear intensas oscilaciones acústicas en los gases, especialmente en las altas frecuencias.