概述
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈衝)的作用以測量流量的儀表。
工作原理和分類
工作原理
根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、都卜勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設定任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適於解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一類流量計之一。
分類和結構
分類在結構上分為固定盤裝式和攜帶型兩大類。
組成
超聲流量計主要有安裝在測量管道上的超聲換能器（或有換能器和測量管組成的超聲流量感測器）和轉換器組成。
超聲流量計分類
超聲流量計可按下述原則來分類。（1）根據測量原理
時差法超聲流量計；
頻差法超聲流量計；
相差法超聲流量計；
都卜勒超聲流量計；
液位測量和平均流速測量相結合的非滿管和渠道超聲流量計。
（2）根據使用方式
攜帶型超聲流量計；
固定式（標準管段式）超聲流量計。
（3）根據換能器的安裝方法
標準管段式超聲流量計；
外夾式超聲流量計；
現場開孔插入式超聲流量計。
（4）根據換能器與流體是否接觸
接觸式（插入式）超聲流量計；
非接觸式（外夾式）超聲流量計。
（5）根據被測流體的性質
液體超聲流量計；
氣體超聲流量計。
（6）根據換能器聲道的數目
單聲道超聲流量計；
兩聲道超聲流量計；
多聲道超聲流量計（3 聲道以上，含 3 聲道） 。
超聲流量計套用
目前各種超聲流量計已廣泛用於工業生產、商業計量和水利檢測等方面，如：在市政行 業的原水、自來水、中水、污水的計量中，超聲流量計具有大量程比、無壓損的特點，在保 證測量準確度的同時提高了管網的輸水效率；在水利水電行業的輸水管道、渠道、泵站、電 站的流量計量中，超聲流量計具有大口徑、現場安裝、線上標定的特點，使準確測量成為可 能。同時通過對水泵、水輪機單泵、單機的計量來實現設備最佳化、經濟運行的目的；在工業 冷卻循環水的計量中， 超聲流量計實現了線上不斷流帶壓安裝和線上標定； 在商業計量方面 多聲道超聲流量計已達到優於 0.2% 的準確度（示值誤差） 。而且，利用多聲道超聲流量計的 測量結果與被測介質的物理性能無關的特點， 在一條管線多種油品輸送的計量中， 保證計量 準確的同時， 通過聲速鑑別出不同油品的密度來實現油品混合界面的準確測量。 還可利用超 聲流量計雙向計量的特點，在裝卸計量中一台實現雙向計量，體現出諸多方面的優勢。 多聲道超聲流量計是最具有開發潛力和發展前景的流量計。測定方法
傳送時間差法
它採用兩個聲波傳送器 (SA和SB)和兩個聲波接收器（RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角(一般θ=45°)（圖1）。由於向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時間差與流速成正比。也可以傳送正弦信號測量兩組聲波之間的相移或傳送頻率信號測量頻率差來實現流速的測量。聲波束偏轉法
它的傳送器沿垂直於管道的軸線傳送一束聲波，由於流體流動的作用，聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。都卜勒頻移法
當超音波在不均勻流體中傳送時，聲波會產生散射。流體與傳送器間有相對運動時，傳送的聲波信號和被流體散射後接收到的信號之間會產生都卜勒頻移。都卜勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測流體的區域位於發射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄，使兩波束的夾角θ不致受到波束寬度影響。也可只採用一個變換器既作為傳送器又作為接收器，這種方式稱為單通道式。在單通道都卜勒血液流量計中，傳送器間隔地發送聲脈衝信號，在兩個聲脈衝間隔的時間中，接收從血管壁和血管內紅血球反射回來的聲脈衝信號。採用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號,通過比較後得到都卜勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時可得到血液流量。優缺點
優點:(1)可做非接觸式測量；
(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失；
(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。
缺點:
(1)傳播時間法只能用於清潔液體和氣體;而都卜勒法只能用於測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；
(2)都卜勒法測量精度不高。
套用概況:
(1)傳播時間法套用於清潔、單相液體和氣體。典型套用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等；
(2)氣體套用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗；
(3)都卜勒法適用於異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、髒流程液;通常不適用於非常清潔的液體。
三種測速原理
1、時差法 測量順逆傳播時傳播速度不同引起的時差計算被測流體速度。2、相位差法 測量順逆傳播時傳播時由於時差引起的相位差計算速度。
3、頻差法 測量順逆傳播時傳播是的聲環頻率差。
安裝與調校
傳播速度差法超聲流量計是目前極具競爭力的流量測量手段 之一，其測量精度已優於1 1.0%，有的多聲道超聲流量計的精 度已高達士0.5%R。但由於早期的超聲流量計自身一般不帶標 準管道而工業上所用管路又}·分複雜，使得超聲流量計的測量精 度大打折扣;另外，由於工業現場特別是管路周圍環境的多樣性和複雜性，大大降低了超聲流量計的可靠性和穩定性。因此，如 何根據特定的環境安裝調試超聲流量計，就成了超聲流量測量領 域的一個重要課題。符合規範的正確安裝，可以更好地體現超聲 流量計的精度、可靠性和穩定性方面的優勢，大大降低儀表的日 常維護工作。以前盛行的外夾裝式超聲流量計使用方便靈活，然而現場應 用的實際側量精度，常因工作琉忽，換能器安裝距離及流通面積 等測量的誤差而造成梢度下降。不正確的安裝甚至會使得儀表完 全不能工作:因此，安裝換能器對於測量是非常重要環節:近年 來國外競相開發出經實流核准的高精度帶測量管段的中小口徑超 聲流量計，且用雙聲道或多聲道以改善單聲道側量平均流速的不 確定影響量，降低了迎流流速分布影響的敏感度，減少了前後置 直管段長度的影響，消除了現場安裝換能器位置的影響，使測量 精度大大提高。
一般，超聲流量計的安裝應從以下幾個方面來考慮:
1)詳 細了解現場情況;
2)確定安裝方式;
3)選擇安裝管段;
4)計 算安裝距離，確定探頭位置;
5)管道表面處理;
6)探頭安裝及 接線;
7)用示波器觀察接收波形，微調並固定探頭。
測定方法
傳送時間差法
它採用兩個聲波傳送器 (SA和SB)和兩個聲波接收器（RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角(一般θ=45°)（圖1）。由於向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時間差與流速成正比。也可以傳送正弦信號測量兩組聲波之間的相移或傳送頻率信號測量頻率差來實現流速的測量。聲波束偏轉法
它的傳送器沿垂直於管道的軸線傳送一束聲波，由於流體流動的作用，聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。都卜勒頻移法
當超音波在不均勻流體中傳送時，聲波會產生散射。流體與傳送器間有相對運動時，傳送的聲波信號和被流體散射後接收到的信號之間會產生都卜勒頻移。都卜勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測流體的區域位於發射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄，使兩波束的夾角θ不致受到波束寬度影響。也可只採用一個變換器既作為傳送器又作為接收器，這種方式稱為單通道式。在單通道都卜勒血液流量計中，傳送器間隔地傳送聲脈衝信號，在兩個聲脈衝間隔的時間中，接收從血管壁和血管內紅血球反射回來的聲脈衝信號。採用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號,通過比較後得到都卜勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時可得到血液流量。優缺點
優點:(1)可做非接觸式測量;
(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失;
(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。
缺點:
(1)傳播時間法只能用於清潔液體和氣體;而都卜勒法只能用於測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;
(2)都卜勒法測量精度不高。
套用概況:
(1)傳播時間法套用於清潔、單相液體和氣體。典型套用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;
(2)氣體套用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗;
(3)都卜勒法適用於異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、髒流程液;通常不適用於非常清潔的液體。
三種測速原理
1、時差法 測量順逆傳播時傳播速度不同引起的時差計算被測流體速度。2、相位差法 測量順逆傳播時傳播時由於時差引起的相位差計算速度。
3、頻差法 測量順逆傳播時傳播是的聲環頻率差。
安裝與調校
傳播速度差法超聲流量計是目前極具競爭力的流量測量手段 之一，其測量精度已優於1 1.0%，有的多聲道超聲流量計的精 度已高達士0.5%R。但由於早期的超聲流量計自身一般不帶標 準管道而工業上所用管路又}·分複雜，使得超聲流量計的測量精 度大打折扣;另外，由於工業現場特別是管路周圍環境的多樣性和複雜性，大大降低了超聲流量計的可靠性和穩定性。因此，如 何根據特定的環境安裝調試超聲流量計，就成了超聲流量測量領 域的一個重要課題。符合規範的正確安裝，可以更好地體現超聲 流量計的精度、可靠性和穩定性方面的優勢，大大降低儀表的日 常維護工作。以前盛行的外夾裝式超聲流量計使用方便靈活，然而現場應 用的實際側量精度，常因工作琉忽，換能器安裝距離及流通面積 等測量的誤差而造成梢度下降。不正確的安裝甚至會使得儀表完 全不能工作:因此，安裝換能器對於測量是非常重要環節:近年 來國外競相開發出經實流核准的高精度帶測量管段的中小口徑超 聲流量計，且用雙聲道或多聲道以改善單聲道側量平均流速的不 確定影響量，降低了迎流流速分布影響的敏感度，減少了前後置 直管段長度的影響，消除了現場安裝換能器位置的影響，使測量 精度大大提高。
一般，超聲流量計的安裝應從以下幾個方面來考慮:
1)詳 細了解現場情況;
2)確定安裝方式;
3)選擇安裝管段;
4)計 算安裝距離，確定探頭位置;
5)管道表面處理;
6)探頭安裝及 接線;
7)用示波器觀察接收波形，微調並固定探頭。
