一、分類超聲波流量計是基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。

利用多普勒效應(yīng)制造的超聲多普勒流量計近年來得到廣泛的關(guān)注，被認為是非接觸測量雙相流的理想儀表。1.周期：T=1/f；取決于聲源；2.波長：λ=C*T;

C——聲速，取決于介質(zhì)性質(zhì)；舉例：F=50KHz,T=0.02mS,λ=6.8mm(C=340m/s);F=1MHz,T=1μS,λ=1.5mm(C=1500m/s,常溫水);3.聲速：超聲波在物質(zhì)中的傳播速度鋼：C=5.95*103m/s;水：C=1557-0.0245(74-t2)，t為℃；

T=0℃時，C=1423m/s;

T=30℃時，C=1509m/s;

空氣：C=331.4(1+t/273)0.5,除此之外，還受濕度、成分的影響。

T=0℃時，C=331.4m/s;

T=30℃，C=349.1m/s;

4、聲波在界面上的折射：類似于光的折射α1=α2=α

5.介質(zhì)的阻抗特性:

Z=ρC；

ρ——密度；

C——速度；

二、

原理

超聲流量計可分為：傳播速度差法（也叫傳播時間法）；多普勒效應(yīng)法；波束偏移法；相關(guān)法；噪聲法

超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。超聲脈沖穿過管道從一個傳感器到達另一個傳感器，就像一個渡船的船夫在橫渡一條河。當氣體不流動時，超聲脈沖以相同的速度（聲速，C）在兩個方向上傳播。如果管道中的氣體有一定流速V（該流速不等于零），則順著流動方向的聲脈沖會傳輸?shù)每煨嬷鲃臃较虻穆暶}沖會傳輸?shù)寐?。這樣，順流傳輸時間tD會短些，而逆流傳輸時間tU會長些。這里所說的長些或短些都是與氣體不流動時的傳輸時間相比而言；在同一傳播距離就有不同的傳輸時間，根據(jù)傳輸速度之差與被測流體流速之間的關(guān)系測出流體的流速，從而測出流量。也就是說超聲流量計是利用聲速差計算流體速度，并以流體速度乘以面積計算體積流量。通常超聲流量計的探頭，即換能器與表體之間有一個入射角，從60度到45度。超聲波在一對探頭之間傳播，如果沒有流體，也就是0流量的情況下，來回的傳播時間是一樣的，那么相當于流速為零。一旦有流體，則超聲在一對探頭之間來回的速度是不一樣的。不管流體流向，都會產(chǎn)生聲速差，如果設(shè)定一個方向為正常流向，那么正常聲速應(yīng)該是正數(shù)，如果聲速差為負，則說明流向相反，也就是可以反向計量，兩個方向的計量精度是一樣的。

超聲流量計（以下簡稱USF）是通過檢測流體流動時對超聲束（或超聲脈沖）的作用，來測量體積流量的儀表。我們主要針對用于測量封閉管道液體流量的USF。封閉管道用USF按測量原理分類有：①傳播時間法；②多普勒效應(yīng)法；③波束偏移法；④相關(guān)法；⑤噪聲法。我們將討論用得最多的傳播時間法和多普勒效應(yīng)法的儀表。

■傳播速度差法（傳播時間法）：由于直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差法又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等?！霾ㄊ品ㄊ抢贸暡ㄊ诹黧w中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．■多普勒法是利用聲學多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。■相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價格貴，線路比較復雜。在微處理機普及應(yīng)用后，這個缺點可以克服?！鲈肼暦?聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價格便宜，但準確度低?！鲆陨蠋追N方法各有特點，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)、流速分布情況、管路安裝地點以及對測量準確度的要求等因素進行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法?！鰧Q能器安裝方法的選擇原則一般是：當流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，采用V法或X法。當流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差■多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計應(yīng)用開辟廣闊前景.

三、超聲波流量計的組成組成：超聲換能器（或由換能器和測量管組成的

超聲流量傳感器）＋轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分：固定盤裝式和便攜式換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號傳輸電纜連接，在固定測量的場合需在適當?shù)牡胤窖b接線盒。夾裝式換能器通常還需配用安裝夾具和耦合劑。根據(jù)超聲波換能器使用不同可分為：可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計。

1、外貼式

外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點。

2、管道式：某些管道因材質(zhì)疏、導聲不良，或者銹蝕嚴重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導致超聲波信號衰減嚴重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計。

管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中的一個難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優(yōu)點，要求切開管道安裝換能器。3、插入式

插入式超聲波流量計介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。四、超聲波流量計的特點

優(yōu)點：可作非接觸測量；無流動阻撓測量，無額外壓力損失；適用于大型圓形管道和矩形管道；多普勒超聲流量計可測量固相含量較多或含有氣泡的液體；超聲流量計可測量非導電性液體，在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計的一種補充?！霭惭b維修方便，直接安裝于管道上，不需設(shè)置專門的流量井和太大的■安裝空間通用性好，與口徑無關(guān)■測量范圍廣，不受流體物理性質(zhì)、化學性質(zhì)的影響，可以對任何流體進行測量；■測量方式多，非接觸式，可對不易接觸和觀察的流體進行測量；■測量簡便，指示讀數(shù)與所測流體流量成線性函數(shù)，便于流量的直接讀數(shù)、記錄和累計；■超聲波流量計可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量，同其它原理的流量計相比，超聲波流量計一般量程比可達300：1，不產(chǎn)生壓損，■全線性測量范圍以及低維護量的特點?！?/p>

超聲波流量計由內(nèi)置電池操作，適合在無外接電源條件的場合使用?！?/p>

超聲波流量計對管道材質(zhì)要求較低，管道材料可以是金屬、塑料、玻璃等材質(zhì)制成的缺點：主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能器及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數(shù)量級．若要求測量流速的準確度為1％，則對聲速的測量準確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。超聲波流量計的局限性■傳播時間法USF只能用于