超声波测流量技术
基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究
基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究随着工业化和城市化的发展，流量计作为一种重要的测量工具，被广泛应用于电力、石油、冶金等领域中的流量测量系统中。
而基于超声波检测技术的流量计，具有无机械损耗、高精度、不易受流体性质和控制对象变化的影响等优势，成为当前不可或缺的一种流量计。
本文将基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究进行探讨。
一、超声波测量原理简介超声波的特性是频率高于人类听力范围的声波。
超声波测量技术是指利用超声波在介质中传播时的速度、衰减以及反射等物理特性，来测量和分析研究物质、介质等参数。
基于超声波检测技术的流量计，主要是利用超声波在介质中传播时的速度和路径长度，根据声速和路径长度的关系，计算出流量。
超声波测量技术利用的物理原理主要有三种：时间差法、多普勒频移法和声阻抗法。
其中时间差法是指利用超声波在空气和介质的界面上反射的时间差来计算物体距离或流量，应用最为广泛。
二、基于超声波检测技术的流量计设计基于超声波检测技术的流量计，通常由传感器、变送器、显示器等组成。
其设计的基本原理是利用超声波传感器在流体中传播时的速度和路径长度，计算出流体流速来，从而实现流量测量。
1. 传感器的设计超声波传感器是流量计最关键的部分，其性能指标的好坏直接影响到流量计的精度和可靠性。
超声波传感器主要有接触式和非接触式两种类型。
接触式传感器对介质有侵入性，需要进行维护和清洁，而非接触式传感器则对介质无侵入性，可长时间稳定工作。
传感器的工作原理是利用超声波在空气和介质的界面上反射，通过测量匹配关系得到流体流速。
传统的传感器主要采用两个超声波晶体，一个作为发射器，一个作为接收器，在介质中传播，利用超声波在介质中的传播速度和路径长度计算出流速。
而现代的传感器运用更为先进的数字信号处理技术，提高了测量精度和信噪比。
2. 变送器的设计变送器是流量计传感器信号处理的重要组成部分，也是保证流量计稳定工作的重要保障。
变送器的主要功能是将传感器采集到的流量信号转换成标准的电信号输出，从而实现远程控制和显示。
超声波流量计技术要求
超声波流量计技术要求超声波流量计技术1、工作压力：2.5~3.8MPa2、使用温度：-20℃~80℃3、精度等级：0.5Qmin----0.1Qmax 0.1Qmax--------Qmax≤±0.5%≤±0.2%4、防爆等级ExdⅡBT4，防护等级IP655、口径：6、最大流量：7万Nm3/h 带整流器6流量灵敏度：0.5mm/s7重复性：量程的±0.05%8线性度：量程的±0.3%9 8位背光LCD显示流速，流量，累积流量，时间，信号强度。
10输出：4~20mA（负载阻抗1000欧）12位，5KV光隔式，自给式环路供电RS232串行11继电器：0.2A可编程SPST继电器，1 A可编程SPDT继电器12数据记录 160K~1MB 资料库存储时间间隔1小时7、声道要求：不少于4声道，8、超声探头的材质要求：钛合金有自洁功能，抗干扰能力强、信噪比高9、功能要求：1）配流量积算仪（一表一机）及仪表柜；积算仪带RS232或485串行接口。
支持多种通讯协议（如MODBUS,ASⅡ/RTV等）2）流量计应带现场显示表头，并具有4-20mA和RS485信号输出。
3）仪表柜要求具有防雷、防浪涌、防静电保护功能。
10、提供有资质的第三方首次检定报告。
11、仪表前后直管段的管道内径与仪表内径之间的允许偏差范围（-2%---5%）1测量介质：清水2介质温度：0°C~ +60°C3环境温度：-20°C~ +60°C4管径：600mm5管材：金属6管壁厚度：8mm~ 14mm7管壁涂层料：内壁：水泥砂浆外壁：沥青8涂层厚：15mm9传感器安装位置：管段前10D后5D（D为管径）10传感器防护等级：IP68 流量计显示装置技术参数1工作电源：AC 220V 50HZ2工作温度：-18°C~ +60°C3防护等级：IP674安装方式：壁挂式5精度：流速的±2%或更好6流量灵敏度：0.5mm/s7重复性：量程的±0.05%8线性度：量程的±0.3%9 8位背光LCD显示流速，流量，累积流量，时间，信号强度。
超声波流量计技术参数
超声波流量计技术参数
1. 测量原理: 超声波时差法
2. 测量介质: 液体（包括清水、污水、油等）
3. 测量范围: 0-9999 m³/h
4. 精度等级: ±0.5%、±0.2%、±0.1%（可选）
5. 频率范围: 1-1000 kHz
6. 工作温度: -40℃ 到+160℃
7. 工作压力: 0.6 MPa 到 4.0 MPa
8. 输液管道尺寸范围: DN10-2000（可定制）
9. 接口类型: 法兰、螺纹（可定制）
10. 电源电压: 24V DC、220V AC（可选）
11. 通信接口: RS485、HART、Modbus等
12. 显示屏类型: LCD、LED（可选）
13. 抗干扰能力: 能有效抵抗电磁干扰、震动干扰等
14. 自检功能: 自动检测传感器和电路状态，确保准确度和可靠性
15. 报警功能: 可设置上下限报警值，超过范围时自动报警
16. 数据记录功能: 可记录最近一段时间的流量数据，并提供数据导出功能
17. 防护等级: IP65以上，具有防尘、防水能力
18. 安装方式: 直连安装、插入安装、侧装安装等
19. 使用寿命: 长达10年以上
请注意，以上参数仅为示例，实际产品参数可能根据设备型号和厂家不同而有所变化。
超声波流量计量程范围
超声波流量计量程范围
超声波流量计是一种流量测量设备，用于测量液体和气体的流速、流量以及瞬时流量。
它采用了超声波技术，无需插入式流量计，可以测量管道内的任何流体，比如水、汽油、柴油、液化气等。
超声波流量计的量程一般有两种：标准量程和扩展量程。
标准量程的流速范围从0.2m/s至25m/s，流量范围从0.1m3/h至5000m3/h，可以满足大部分常见的应用场合。
扩展量程的流速范围从0.1m/s至100m/s，流量范围从0.1m3/h至10000m3/h，可以满足更高要求的应用场合。
超声波流量计的量程范围可以根据客户的需要而定，也可以根据具体应用场合选择合适的量程范围。
例如，在工业应用中，需要测量的流量范围可以比较大，这时候可以使用扩展量程的超声波流量计；如果是家庭用户消费的流量范围，则可以采用标准量程的超声波流量计。
超声波流量计的量程范围还可以根据环境温度来确定。
当环境温度较低时，可以采用低量程范围；当环境温度较高时，可以采用高量程范围。
超声波流量计的量程范围是非常丰富的，可以根据客户的需求和应用场合，以及环境温度来确定合适的量程范围。
它可以满足不同的
应用需求，是一种非常有效的流量测量设备。
超声波流量计多普勒法
超声波流量计多普勒法1. 引言超声波流量计是一种非接触式的流量测量设备，它利用多普勒效应原理来测量液体或气体的流速。
多普勒效应是指当波源与观测者相对运动时，观测者对波的频率感知将发生变化。
刚好利用这一效应，超声波流量计多普勒法能够测量流体中微小颗粒的速度，并通过计算来得出流速。
2. 原理超声波流量计多普勒法的原理基于多普勒频移现象。
当超声波通过流体中的颗粒时，如果颗粒具有速度，超声波的频率将发生变化。
多普勒频移（Doppler shift）是指入射波的频率与反射波的频率之差。
根据多普勒频移的大小，可以计算出颗粒的速度以及流体的流速。
3. 流程超声波流量计多普勒法的测量流程包括以下几个步骤：3.1 发射超声波流量计通过发射器产生超声波，并将波束朝向待测流体。
3.2 接收反射波超声波穿过流体时，会被颗粒散射和反射回流量计。
接收器接收到反射波，并将其传输至处理单元。
3.3 计算频移处理单元通过分析接收到的反射波的频率与发射波的频率之差，计算出多普勒频移。
3.4 计算流速通过应用多普勒频移公式，结合已知参数如声速和探头的角度等，可以计算出颗粒的速度，进而得出流体的流速。
4. 优点与应用超声波流量计多普勒法具有以下优点：4.1 非侵入式测量超声波流量计多普勒法不需要将传感器直接插入流体中，而是通过无线传输进行测量，不会对流体的流动性质造成影响。
4.2 高精度测量由于多普勒法能够测量微小颗粒的速度，因此可以实现对流体的高精度流速测量，适用于一些对流量要求较高的场合。
4.3 宽测量范围超声波流量计多普勒法的测量范围广泛，可以适应不同流速的测量要求。
超声波流量计多普勒法在许多领域得到了广泛应用，如石油化工、水处理、卫生医疗等。
5. 总结超声波流量计多普勒法通过利用多普勒效应原理进行流速测量，具有非侵入式、高精度和宽测量范围等优点。
在实际应用中，我们可以根据需求选择适合的流量计型号和参数来满足测量要求。
随着技术的不断发展，超声波流量计多普勒法在实用性和应用范围上也将得到进一步拓展和提升。
多声道超声波流量计的原理及应用
多声道超声波流量计的原理及应用多声道超声波流量计（Multi-Channel Ultrasonic Flowmeter）是一种使用超声波技术来测量液体或气体流量的设备。
它利用超声波在流体中传播时的特性，通过发送和接收超声波信号来测量流速和流量。
相对于传统流量计，多声道超声波流量计具有更高的精确度、更广泛的应用范围和更长的使用寿命。
多声道超声波流量计的原理如下：首先，设备通过传感器向管道内连续发送超声波脉冲。
这些脉冲沿着管道传播，并被流体中的颗粒和流动带来的涡流散射和吸收。
然后，传感器接收到这些散射回波，并分析它们的频率偏移和强度。
根据多普勒效应，当超声波与流体运动相互作用时，其频率会发生变化。
通过对频率偏移的分析和计算，可以计算出流速和流量。
多声道超声波流量计的主要优点包括：第一，它可以测量各种类型的流体，包括水、石油产品、化学品和气体等。
第二，它具有更高的测量精度，可以达到较低的误差范围。
第三，它不受流体密度、温度和压力的影响，适用于各种工况条件。
第四，它可以测量较大的管道直径范围，从小到几毫米到大到数米不等。
第五，它不需要破坏性的安装和维护，可以进行长期稳定的测量。
多声道超声波流量计广泛应用于许多不同的领域。
在工业过程控制中，它用于监测和控制液体和气体的流量，确保工艺的正常运行。
例如，在石油和化工行业中，它被用于监测原油、液化气等的流量。
在水处理行业中，它被用于监测供水和排水的流量，以确保水资源的有效利用。
在能源行业中，它被用于监测天然气、煤气等能源的流量。
此外，多声道超声波流量计也可以在实验室和科学研究中使用，用于测量流体性质和流动行为的研究。
总之，多声道超声波流量计利用超声波技术进行流速和流量的测量，具有精确度高、适用范围广的优点。
它被广泛应用于各个工业领域中，为生产过程的监测和控制提供了可靠的解决方案。
随着技术的进一步发展，多声道超声波流量计在流量测量领域的应用前景将更加广阔。
超声波流量计 标准
超声波流量计标准
超声波流量计是一种用于测量液体或气体流速的设备，利用超声波技术进行测量。
虽然没有一个特定的全球标准适用于超声波流量计，但以下是一些常见的国际和行业标准、指南和规范，供参考和应用于超声波流量计的选择、安装和性能评估。
1.ISO 11631:2009 "液体流量计的超声波测量 - 闭合导管中流体
流量的测量" 该标准由国际标准化组织（ISO）发布，详细阐述了超声波流量计的基本原理、安装要求、性能评估等方面。
2.GB/T 2624-2010 "液体流量计用超声波测量装置" 该国家标准
（GB）适用于液体流量计的超声波测量装置，定义了性能要求、安装方法和检验规则等。
3.JJG 1082-2018 "液体流量计用超声波测量装置" 该强制性国家
计量技术规范（JJG）适用于液体流量计的超声波测量装置，定义了检定程序、技术要求和误差限等。
请注意，上述标准是一些常见的参考，实际应用中，根据不同行业和国家/地区的要求，可能会有其他适用的标准和规范。
因此，在选择和使用超声波流量计时，最好参考当地的法规和行业规范，以确保符合适用的标准和要求。
超声波流量计方案
超声波流量计方案引言超声波流量计是一种常用的流量测量仪表，通过使用超声波技术来测量液体或气体流经管道的流量。
这种流量计具有高精度、无需直接接触流体、不受管道材质和粘度的影响等优点，因此在工业生产和实验室中得到了广泛的应用。
本文将介绍一种基于超声波原理的流量计方案。
方案设计原理超声波流量计通过测量超声波在流体中传播的时间来计算流速和流量。
方案的基本原理如下： 1. 发射器发射一个超声波脉冲，脉冲经过流体并被流体表面反射回来。
2. 接收器接收到反射回来的超声波脉冲，并测量脉冲从发射器到接收器之间的时间差。
3. 根据时间差和超声波在流体中的传播速度，可以计算出流体的流速和流量。
硬件设计超声波流量计的硬件设计包括以下几个主要组件： 1. 发射器：用于发射超声波脉冲。
2. 接收器：用于接收反射回来的超声波脉冲。
3. 传感器：用于将超声波波束聚焦到流体中，并接收反射波。
4. 信号处理电路：用于处理接收到的脉冲信号，并计算出时间差。
软件设计超声波流量计的软件设计主要包括信号处理算法和数据显示界面的设计。
信号处理算法是计算时间差和流速的核心部分，可以使用以下步骤实现： 1. 接收到的脉冲信号经过放大和滤波处理，去除噪声和干扰。
2. 找到接收信号的起始点和结束点，计算时间差。
3. 根据超声波在流体中的传播速度和时间差，计算出流速和流量。
数据显示界面可以使用图形界面或者命令行界面实现，根据实际需求设计合适的界面布局和数据显示方式。
实施步骤硬件实施1.按照设计要求连接发射器、接收器和传感器到相应的电路板上。
2.连接信号处理电路和显示模块。
3.进行硬件测试和校准。
软件实施1.根据信号处理算法的设计，编写软件代码。
2.设计并实现数据显示界面。
3.进行软件测试和调试。
总结本文介绍了一种基于超声波原理的流量计方案。
通过测量超声波传播的时间差，可以计算出流体的流速和流量。
该方案具有高精度和不受管道材质和粘度影响的优点。
超声波在流量测量技术中的应用_于秀丽
文章编号:1000-0952(2002)05-10-01中图分类号:TH超声波在流量测量技术中的应用兰州石化职业技术学院 于秀丽 兰州石化公司计量中心 杨瑞江1 前言超声波是一种机械波,它方向性好,穿透力强,遇到杂质或分界面会产生显著的反射。
利用这些物理性质,可把一些非电学量参数转换成声学参数,通过压电元件转换成电量,这样就可以通过超声波传感器进行无损探伤、测量厚度、流速、流量、密度及液位等。
本文仅对超声波在流量测量技术方面的应用作以介绍。
2 超声波的激发与接收超声波换能器也称为超声波探头,即超声波传感器。
可以利用压电材料的逆压电效应制成超声波发射头,利用压电效应制成超声波接收头。
由于压电效应的可逆性,在实际使用中,有时用一个换能器兼作发射头和接收头。
充当超声波激励源作用的超声波换能器被安装在容器或管道的外侧,它可产生连续的或者是脉冲形式的超声波。
最常用的压电效能器频率为0.5～10MHZ ,一般为圆片状,半径在十毫米左右甚至更小。
它们既可以直接贴在壁的外侧,又可以通过声耦合材料与侧壁接触。
声耦合材料在极高温度检测时起隔热作用。
换能器的安装方法如图1所示。
图1 超声波换能器的设置发射连续的超声波时,换能器由带功放的调谐振荡器激励。
发射脉冲超声波时,可简单地用电容通过换能器放电的方法激励。
在换能器上施加的电压通常为15V ～350V ,电压越高激发的超声波的能量越大,但过高的电压会降低仪表的稳定性。
当采用脉冲超声波形式时,可以只用一个换能器充当激励与接收两种角色,即工作在自发自收状态。
用两个换能器则可工作在脉冲及连续超声波两种形式,其中一个作为发射超声波换能器,另一个作为接收超声波换能器,接收的信号通过放大器电压放大后就能作为各种超声波分析。
换能器可由几十米长的电缆与仪器部分相连,实现远距离遥测。
3 超声波技术在流量测量中的应用实现工业量测量的超声波技术方案有若干种,不同的方法适用的场合不一样。
下面介绍利用超声波侧量流速和流量。
基于超声波技术的流体流量检测算法研究
基于超声波技术的流体流量检测算法研究在工业控制、环保、交通等领域中，精确地检测流体的流量是比较重要的一项技术任务，对于这个问题的解决，基于超声波技术的流量检测算法逐渐被业界所重视，得到了广泛的应用。
那么，基于超声波技术的流体流量检测算法究竟是如何实现的呢？一、工作原理及应用场景基于超声波技术的流体检测系统可以通过超声波测量流速，从而计算得出流量。
当超声波沿着流体方向传播时，它会遇到来自流体中小颗粒和气泡等散射体的阻挡而发生散射和回声。
在传感器的接收器处，它会接收到超声波反射回来的信号，这个信号同样经过散射体，接收到反射波就能测量出时间差，并通过此来计算出流体流速。
由于基于超声波检测的流量计具有非侵入性、高精度、稳定性和可靠性好等特点，所以被广泛应用于化工、石油化工、水泥、食品和医药等领域。
二、算法探讨基于超声波技术的流量检测算法主要分为单路径、多路径探头和声束式三类。
单路径探头是基于一组超声波波速来测量液体的流速，并计算出液体的流量，这种方法适用于低流速的液体流量测量；多路径探头是基于多组超声波波速来测量液体的流速，并计算出液体的流量，这种方法适用于高流速的液体流量测量；声束式则是探头朝向液体流向，发射出一个宽度很窄的超声波束，如超声波穿过液体时，发生多次反射，进一步测量液体流速。
而这三种方法，均需要对探头进行校准，以达到更加精准的流量测量。
三、应用案例基于超声波技术的流量检测系统被广泛应用于工业领域中。
例如在化工行业中，通过基于超声波技术的流量检测系统，可以控制管道中的管道液体流量，有效提高化工生产的稳定性和生产效率；在自来水、燃气等领域中，基于超声波技术的流量检测系统则可以检测流量，进而精确地计算出平均每户的用水量和用气量，用于确定收费。
四、亟待解决的问题基于超声波技术的流量检测系统在应用中面临一系列挑战。
首先是工作环境复杂，传感器与液体间隔需要求一定距离，而且液体环境中还会有气泡、沉淀物等影响精度的干扰，因此准确获取液体液面高度值成为难点。
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超声波测流量技术
摘要
超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束(或超声脉冲)的作用，以测
量体积流量的仪表。文章主要讨论用传播时间法、多普勒效应法测量封闭管道
液体流量的工作原理。
1.引言
随着时代的发展，管道运输发挥着越来越多的作用，管道泄露引发的安全事故也时有发
生，这不仅使得管道运行受到制约，也使得百姓生命财产安全蒙受巨大损失。
所谓泄漏就是由于密闭的容器、管道、设备等内外两侧存在压力差,在其使用过程中,内
部介质在不允许流动的部位通过孔、毛细管等缺陷渗出、漏失或允许流动的部位流动量超过
允许量的一种现象。石油、天然气和输水管道的泄漏不仅导致了资源的损失,而且极大地污
染了环境,甚至发生火灾爆炸或水灾,严重威胁人民生命财产的安全。
而超声波测定流量的检漏是一种比较经济、方便和易于安 装维护的技术。首先,将管道
分成若干部分,每一部分都安装上超声波流量测定装置以测定这部分管道流进的和流出的体
积流量,同时测定管道温度和环境温度、声波在管道内流体的传播速度等参数。然后,根据体
积平衡原理并应用计算机软件模型处理管道各个部分所有参数的测定结果,分析和比较管道
输送中分别在泄漏时和正常运行时的参数状况,由此诊断和确定管道泄漏量和泄漏点位置。
通常,较短的处理周期表明了一个较大的泄漏点,较长的处理周期表明了一个较小的泄漏点。
超声波测定流量的检漏系统与声发射技术的管道泄漏检测系统类似,都是在管道外部安装非
破坏性的设备或器件的检漏技术。超声波测定流量的检漏系统已经成功地应用于城市供水管
道系统中的泄漏状况诊断。除此之外,还有便携式的超声波管道检漏系统,可供有经验的技术
人员佩戴超声波耳机并在现场沿着地下管道线路巡检使用,同样具有比较准确的漏点定位能
力。
2 测量原理
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组
成，是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表。超声波发射换能
器将电能转换为超声设能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波
信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示
和积算，这样就实现了流量的检测和显示。非接触式仪表，适于测量不易接触和
.
.
观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用
超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附
加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流
量计。
超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发
射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某
一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便
检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。
超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚
度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电
元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器
整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔
后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可
以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔
材料。封闭管道用超声波流量计按测量原理分类有：①时差法；②多普勒效应法；
③速差法；④相关法；⑤频差法。
2.1时差法
声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一
传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流
速，称之时差法。
（1） 流速方程式
如图1所示，超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度c被流体流速
.
.
Vm所减慢，为：
(1)
反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的传播速度则被流体流速加快，
为：
(2)
式（1）减式（2），并变换之，得
(3)
式中 L——超声波在换能器之间传播路径的长度，m;
X——传播路径的轴向分量，m;
t12、t21——从换能器1到换能器2和从换能器2到换能器1的传播时间，
s；
c——超声波在静止流体中的传播速度，m/s;
Vm——流体通过换能器1、2之间声道上平均流速，m/s。
时（间）差法与频（率）差法和相差法间原理方程式的基本关系为
(4)
(5)
式中 △f——频率差；
△ φ——相位差；
f21,f12——超声波在流体中的顺流和逆流的传播频率；
f——超声波的频率。
从中可以看出，相位差法本质上和时差法是相同的，而频率与时间有时互为
倒数关系，三种方法没有本质上的差别。目前相位差法已不采用，频差法的仪表
也不多。
C (6)
.
.
式中 K——流速分布修正系数，即声道上线平均流速Vm和面平均流速vm
和平面平均流速v之比，K=vm/v；
DN－管道内径。
K是单声道通过管道中心（即管轴对称流场的最大流速处）的流速（分布）
修正系数。管道雷诺数ReD变化K值将变化，仪表范围度为10时，K值变化约
为1％；范围度为100时，K值约变化2％。流动从层流转变为紊流时，K值要
变化约30％。所以要精确测量时，必须对K值进行动态补偿。
1） 夹装式换能器仪表声道角的修正 夹装式换能器USF除了做流速分布修
正外，必要时还要做声道角变化影响的修正。根据斯那尔（Snall）定律式（7）
和图2，声道角θ随流体中声速c的变化而变化，而c又是流体温度的函数（以
水为例，见图3），因此，必须对θ角进行自动跟踪补偿，以达到温度补偿的目
的。
(7)
式中 φ0－超声在声楔中的入射角；
φ1、φ－超声在管壁、流体中的折射角；
c0、c1、c－声楔、管壁、被测流体的声速。
θ角不但受流体声速影响，还与声楔和管壁材料中的声速有关。然而因为一
般固体材料的声速变化比液体声速温度变化小一个数量级，在温度变化不大的条
件下对测量精确度的影响可以忽略不计。但是在温度变化范围大的情况下（例如
高低温换能器工作温度范围-40-200℃）就必须对声楔和管壁中声速的大幅度变
化进行修正。
.
.
2） 多声道直射式换能器仪表的流量方程式直射式换能器仪表的流量方程没有管
壁材料折射温度变化影响。多声道仪表常用高斯积分法或其他积分法计算流量。
图4是以四声道为例的原理模型，流量计算式（8）所示。
（8）
式中 DN－测量段内与声道垂直方向上的圆管平均内径或矩形管道的平均
内高；
S－高斯修正系数；
Wi－各声道高斯积分加权数；
Li－各声道长度；
Vi－各声道线平均流速；
θi－各声道声道角；
N－声道数。
3超声波量计的特点
众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，
这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提
高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流
量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而
其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比
相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量
仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等
脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机
循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用
于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽
的河流都可适用。
另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、
密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表
.
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所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另
外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测
量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超
声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化
发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介
质，不同场合和不同管道条件的流量测量。
4.总结
超声波流量计有多种形式，从精度上看其顺序为传播速度差法、多普勒，频
差法适用于辅助测量或开关的监视。典型的时差法，它得到了广泛的应用，但在
用于含有很多气泡或悬悬浊物的液体时存在着稳定度的问题。在这样的场合用多
普勒法有利，可以用来测量下水、排水、泥水等。
所有的方法都可以在不管是否有自由水面的条件下进行测量，但因为受流速
分布的影响，直管段长度在上流侧需要为10—20D，在下流侧需要为5D左右。
可是，如果进行多测量线（点）的测量的话，可以允许缩短这个直管段的长度，
在感潮部的流速分布为非恒定的情形下也可以测量。使用这些方法可以在不妨碍
流动、无压力损失的情况下进行测量，这是很大的特点。
超声波流量计的使用与液体的种类和特性无关，也可以测量气体，特别是在大流
量测量时其优点非常显著，从管道外壁可以测量管内流动液体的流量也是其他方
法所没有的特点之一。