超声波流量计的工作原理

超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理。超声波在流体中顺流和逆流传播时，两者的传播速度不同，顺流快，逆流慢，两者的时间差与流体本身的流速成正比关系，通过测量计算时间差来测得流速，进而测得流量。

通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度（Cf）和流体轴向平均流速（Vm）在声波传播方向上的分量组成。如下示意图所示，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是：

式中：tup—超声波在流体中逆流传播的时间；

　　tdown—超声波在流体中顺流传播的时间；

　　L—声道长度；

　　Cf—声波在流体中传播的速度；

　　Vm—流体的轴向平均速度；

　　φ—声道角。

　　可利用公式（1）得出流体流速的表达式：

　　同样用相似的方法获得声波的传播速度表达式：

　　将测得的多个声道的流速Vi，i=1，2，…，k；利用数学的函数关系联合起来，可得到管道平均流速的估计值v平均，乘以过流面积A可得到体积流量qv，如式（4）：

　　其中：

　　式中：k—声道数。

　　注：即便是给出了声道的数目，但f（v1，...vk）的精确形式也会因声道排列情况以及数值计算的方法不同而不同。

超声波流量计的优点：

(1)流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；

(2)能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体的流量；

(3)对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；

(4)量程比较宽，可达10：1；输出与流量之间呈线性等优点。

超声波流量计的缺点：

(1)当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段；

(2)此外，结构复杂，成本较高。