近年來(lái)，超聲波流量計(jì)新品種大量涌現(xiàn)，在石化、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，成為新型流量計(jì)的主要品種之一。由于它以非接觸式方式進(jìn)行流量測(cè)量，所以使強(qiáng)腐蝕、放射性、堵塞、粘性、要求壓損小的、不允許泄露的介質(zhì)、有氣泡、含顆粒等工況有了有效的解決方法。對(duì)于夾持式超聲波流量計(jì)，由于管道尺寸與價(jià)格無(wú)關(guān)，特別在大管道大流量測(cè)量上廣泛應(yīng)用。

1 超聲波流量計(jì)的原理和測(cè)量方法

1.1 測(cè)量原理和組成

超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息，如順流和逆流的傳播速度由于疊加了流體流速而不相同。因此通過(guò)接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。

超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。

1.2　測(cè)量方法

根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法（時(shí)間差法，頻率差法，相位差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。

由于直接時(shí)差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過(guò)測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流傳報(bào)時(shí)速度之差來(lái)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(shí)差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來(lái)的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。

多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過(guò)測(cè)量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來(lái)確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測(cè)量。

波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來(lái)反映流體流速的，低流速時(shí)，靈敏度很低適用性不大。

噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過(guò)檢測(cè)噪聲表示流速或流量值。其方法簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格便宜，但準(zhǔn)確度低。

相關(guān)法是近年來(lái)的一種新方法。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測(cè)量流量，原理上，此法的測(cè)量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無(wú)關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無(wú)關(guān)，因而測(cè)量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但價(jià)格貴，線路比較復(fù)雜。

以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體性質(zhì)，流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說(shuō)來(lái)由于生產(chǎn)中工況的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時(shí)差法。只有在管徑很大時(shí)才采用直接時(shí)差法。當(dāng)流場(chǎng)分布不均勻而表前直管段又較短時(shí)，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來(lái)克服流速擾動(dòng)帶來(lái)的流量測(cè)量誤差。多普勒法適于測(cè)量?jī)上嗔?，可避免常?guī)儀表由懸浮?；驓馀菰斐傻亩氯?、磨損、附著而不能運(yùn)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(jì)應(yīng)用開辟?gòu)V闊前景。下表列出了超聲波流量計(jì)測(cè)量方法特點(diǎn)應(yīng)用之間的比較。

2　超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

超聲波流量計(jì)是近十幾年來(lái)隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。

2.1 節(jié)能

使用超聲波流量計(jì)夾裝在測(cè)量管道的外表面，不需要在流體中安裝測(cè)量元件故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，沒有壓力損失，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。

2.2 適于難測(cè)介質(zhì)及大管道測(cè)量

檢測(cè)件內(nèi)無(wú)阻礙物，無(wú)可動(dòng)零部件，不干擾流場(chǎng)，不會(huì)堵塞，多普勒法多適于測(cè)量臟污流、混相流等困難的被測(cè)介質(zhì)。由于是非接觸式儀表，可以不受流體的壓力、溫度、粘度和密度的影響，除用于測(cè)量水，石油等一般介質(zhì)外，還能對(duì)強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電、易爆和放射性的介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。

儀表原理上是不受管道尺寸限制，特別適用于大管道大流量測(cè)量。其他流量計(jì)隨著口徑的增加，造價(jià)增加，而超聲波造價(jià)與管道尺寸無(wú)關(guān)，口徑越大優(yōu)勢(shì)越明顯。*大口徑可達(dá)2米左右。正由于夾持式超聲波流量計(jì)與管道尺寸無(wú)關(guān)，還可作臨時(shí)測(cè)量應(yīng)用。它對(duì)管道尺寸的改變，或者流量測(cè)量范圍的改變，有很好的適應(yīng)能力。

2.3 維修方便

檢測(cè)件維修更換方便，不需要斷流進(jìn)行（內(nèi)裝式除外）。

2.4 存在的缺點(diǎn)

超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能鋁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(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國(guó)只能用于測(cè)量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)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(cè)流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量*大也是10-3數(shù)量級(jí)．若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1％，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需為10-5~10-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測(cè)量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

傳播時(shí)間法只能用于清潔的液體和氣體。而多普勒法的測(cè)量精度不高，只能用于測(cè)量含有定量懸浮顆粒和氣泡的液體。