超聲波流量計是非侵入式設備，其使用聲學振動來測量液體的流速。有兩種類型，多普勒和傳輸時間。兩者都設計成夾在管道外部而不會破壞管路或中斷流動。
這也消除了壓力損失并防止泄漏，這在線式流量計中很常見。另外，流量計不與液體接觸，從而防止傳感器的腐蝕或劣化。多普勒和渡越時間流量計的工作原理類似，但技術差別很大。為了獲得準確的測量結果，了解哪種流量計用于您的應用非常重要。
多普勒超聲波流量計
多普勒超聲波流量計的工作原理是多普勒效應，奧地利物理學家和數(shù)學家克里斯蒂安·約翰·多普勒于1842年記錄了這一點。他說，觀察者接收的聲波頻率取決于震源的運動或觀察者與聲音的來源有關。多普勒超聲波流量計使用換能器將超聲波束發(fā)射到流過管道的流中。為了使流量計工作，流中必須有固體顆粒或氣泡以反射超聲波束。粒子的運動使光束的頻率發(fā)生偏移，該頻率由第二換能器接收。
流量計測量頻率偏移，該頻率與流量成線性比例。該值乘以管道的內(nèi)徑以得出體積流量，如下所示：
Δf=2fTsinθ?VF / VS
按斯涅爾定律（折射定律）：
sinθT/ VT =sinθ/ VS
VF =Δf/ fT? VT /sinθT=KΔf
其中：
VT =發(fā)射器材料的聲速
θT=發(fā)射器光束的角度
K =校準系數(shù)
VF =流速
Δf=多普勒頻移
VS =流體的聲速
fT =發(fā)射器頻率
θ=進入fT的角度液體
體積流量= K?VF?D2
其中：
K =常數(shù)
D =管道的內(nèi)徑
盡管多普勒超聲波流量計依賴于在液體中流動的顆粒來運行，但必須考慮固體或氣泡的濃度和尺寸的下限。此外，液體必須以足夠高的速率流動以保持固體懸浮。
運輸時間超聲波流量計
傳輸時間超聲波流量計測量從超聲波信號從第一換能器傳輸?shù)狡浯┻^管道并且由第二換能器接收的時間差。比較上游和下游測量值。如果沒有流量，則兩個方向的行程時間相同。當存在流動時，如果沿相同方向行進，聲音移動得更快，而如果移動則聲音移動得更慢。由于超聲波信號必須穿過傳感器接收的管道，因此液體不能由大量的固體或氣泡組成，或者高頻聲音會減弱而且太弱而無法穿過管道。
在同一路徑上進行的上游和下游測量的差異用于計算通過管道的流量：
V = K·D /sin2θ?1 /（T0-t）2ΔT式
中：
V =流動的流體的平均速度
K =常數(shù)
D =管道的內(nèi)徑
θ=超聲波的入射角度
T0 =零流量通過時間
ΔT = T1 - T2
T1 =從上游發(fā)射器到下游接收器
的波的傳輸時間T2 =從下游發(fā)射器到上游發(fā)射器
的波的傳輸時間t =通過管壁和襯里的波的傳輸時間
上面的等式表明流體的流速與上游和下游測量值的差異成正比。
傳輸時間超聲波流量計具有三種可能的傳感器配置：Z，V和W.所有都被識別為單個測量路徑，而超聲波束遵循單個路徑。在所有三種配置中，換能器產(chǎn)生的輸出被轉(zhuǎn)換為電流，頻率或電壓信號。首選配置由以下因素決定：
管道尺寸
可用于安裝傳感器的空間
管道內(nèi)壁的狀況
襯里類型
流動液體的特性
在“Z”配置中，換能器位于管道的相對側，一個位于另一個的下游。通常，下游距離約為D / 2，其中D等于管道的直徑。最佳距離由轉(zhuǎn)換器計算。這種布置僅適用于空間有限，渾濁度高，砂漿襯里或管道內(nèi)壁上積垢較厚的情況。對于小管道上的安裝應該避免，其測量精度往往會降低。
對于大多數(shù)安裝，建議使用“V”配置。這種布置將兩個換能器放置在管道的同一側，在管道的大約直徑內(nèi)彼此相對。導軌附件夾在管道上并允許換能器水平滑動以將計算的距離定位在它們之間。
“W”配置最常用于直徑為?英寸至1.5英寸的管道上的安裝。在這種布置中，超聲波信號從墻壁反彈三次; 因此，它必須行進更遠的距離。高濁度液體以及管壁內(nèi)部積垢或沉積物會降低精度。
影響超聲波流量計精度的因素
超聲波流量計測量的準確性依賴于正確的安裝。管道中的大的溫度變化或大量的振動可能影響換能器的對準和聲學耦合到管道。安裝過程中必須考慮這些因素。此外，為了提供精確的體積流量，所有超聲波流量計都要求管道充滿。如果兩個換能器都安裝在管道中的液位以下，則部分填充的管道上的多普勒超聲波流量計將繼續(xù)產(chǎn)生流速測量。
結論
超聲波流量計是一種測量流速的非接觸式裝置。它們是夾緊裝置，可連接到管道外部，可在不損壞傳感器的情況下測量腐蝕性液體。兩種類型的超聲波流量計，多普勒和傳輸時間，每種功能都通過兩種不同的技術。了解每種操作方式可以選擇合適的流量計。多普勒超聲波流量計必須具有顆?；驓馀菀苑瓷涑暡ㄐ盘?。它最適用于污水或充氣液體，如廢水和漿液。液體中的大量固體或氣泡將削弱由傳輸時間超聲波流量計發(fā)出的信號。因此，最好使用清潔液體，如水或油。