超聲波流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從80年代開始進入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領域，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對我佃國內市場上出現(xiàn) 了各類超聲波流量進行了深入研究分析，結合多年的實際應用經(jīng)驗，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計的分類方法；從儀表性能、被測介質經(jīng)濟性，實用性等方面總結了選用超聲波流量的原則，并對應用中如何選位、安裝、維護提出具體建議，為用戶合理選擇和應用超聲波流量計提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗和方法。

超聲波流量計工作原理 
      封閉管道用USF按測量原理分類有：① 傳播時間法；② 多普勒效應法；③ 波束偏移法；④ 相關法；⑤ 噪聲法。本文將討論傳播時間法和多普勒效應法的儀表。

      1.1 傳播時間法

      聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播速度之差與被測流體流速之關系求取流速，稱之傳播時間法。按測量具體參數(shù)不同，分為時差法、相位差法和頻差法?，F(xiàn)以時差法闡明工作原理。

      (1)流速方程式

超聲波逆流從換能器1送到換能器2的傳播速度c被流體流速Vm所減慢反之，超聲波順流從換能器2傳送到換能器1的傳播速度則被流體流速加快。

      (2)流量方程式

      傳播時間法所測量和計算的流速是聲道上的線平均流速，而計算流量所需是流通橫截面的面平均流速，二者的數(shù)值是不同的，其差異取決于流速分布狀況。因此，用方法對流速分布進行補償。此外，對于夾裝式換能器儀表，還對折射角受溫度變化進行補償，才能準確的測得流量。

         1)夾裝式換能器儀表聲道角的修正 夾裝式換能器USF除了做流速分布修正外，還要做聲道角變化影響的修正。根據(jù)斯那爾(Snall)定律式(7)和圖2，聲道角θ隨流體中聲速c的變化而變化，而c又是流體溫度的函數(shù)(以水為例，見圖3)，因此，對θ角進行自動跟蹤補償，以達到溫度補償?shù)哪康摹?/p>

         θ角不但受流體聲速影響，還與聲楔和管壁材料中的聲速有關。然而因為一般固體材料的聲速變化比液體聲速溫度變化小一個數(shù)量級，在溫度變化不大的條件下對測量準確度的影響可以忽略不計。但是在溫度變化范圍大的情況下(例如高低溫換能器工作溫度范圍-40-200℃)對聲楔和管壁中聲速的大幅度變化進行修正。

      2)多聲道直射式換能器儀表的流量方程式直射式換能器儀表的流量方程沒有管壁材料折射溫度變化影響。多聲道儀表常用高斯積分法或其他積分法計算流量。

      2.2 多普勒(效應)法

      多普勒(效應)法USF是利用在靜止(固定)點檢測從移動源發(fā)射聲波多產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。

      (1)流速方程式

   超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸洌⑸涞某暡óa(chǎn)生多普勒頻移fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波。

      (2)流量方程式

      多普勒法USF的流量方程式形式上與式(6)相同，只是所測得的流速是各散射體的速度v(代替式中的Vm)，與載體液體管道平均流速數(shù)值并不一致；方程式中流速分布修正系數(shù)Kd以代替K0，Kd是散射體的“照射域”在管中心附近的系數(shù)；其值不適用于在大管徑或含較多散射體達不到管中心附近就獲得散射波的系數(shù)。

      (3)液體溫度影響的修正

      式(11)中又流體聲速c，而c是溫度的函數(shù)，液體溫度變化會引起測量誤差。由于固體的聲速溫度變化影響比液體小一個數(shù)量級，即在式(11)中的流體聲速c用聲楔的聲速c0取代，以減小用液體聲速時的影響。因為從圖6可知cosθ=sinφ，再按斯納爾定律sinφ/c＝sinφ0/c0，式(11)便可得式(12)，其中c0/sinφ0可視為常量。

      (4)散射體的影響

      實際上多普勒頻移信號來自速度參差不一的散射體，而所測得各散射體速度和載體液體平均流速間的關系也有差別。其他參量如散射體粒度大小組合與流動時分布狀況，散射體流速非軸向分量，聲波被散射體衰減程度等均影響頻移信號。

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