超声波流量计工作原理

　　封闭管道用USF按测量原理分类有：① 传播时间法；② 多普勒效应法；③ 波束偏移法；④ 相关法；⑤ 噪声法。本文将讨论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。

　　1.1 传播时间法

　　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，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。现以时差法阐明工作原理。

　　(1)流速方程式

　　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 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。

　　(2)流量方程式

　　传播时间法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速，而计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，其差异取决于流速分布状况。因此，必须用一定的方法对流速分布进行补偿。此外，对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确的测得流量。

　　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。

　　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。