超聲流量計按測量原理，可以具有多種不同的形式。它們所依據的原理如下。
1）傳播速度差法；
2）多普勒法；
3）波束偏移法；
4）噪聲法；
5）旋渦法；
6）相關法；
7）流速-液面法。
上述各種方法用于流量測量各有特點，可以根據被測流體、精確度要求等的不同，予以選擇。從精度上看，傳播速度差法較好。
超聲流量計測量原理是通過測量流體的流速來換算成流體的質量流量qm'其關系為
式中，密度ρ取決于流體介質及工況，流通截面A主要取決于管道狀況及工況，一般均能精確地測得。所以測量流體的流速u，便是超聲流量計進行流量測量的主要目的。
超聲流量計的測量原理，就是通過發(fā)射換能器產生超聲波，以一定的方式穿過流動的流體，通過接收換能器轉換成電信號，并經信號處理反映出流體的流速。
超聲流量計的換能器常用的有壓電換能器。它利用的是壓電材料的壓電效應。每只超聲流量計至少有一對換能器：發(fā)射換能器和接收換能器。發(fā)射換能器是采用適當的發(fā)射電路，利用壓電元件的逆壓電效應，把電能加到壓電元件上，使其產生超聲波振動，超聲波以某一角度射入流體中傳播；接收換能器則是利用壓電效應，通過接收超聲波并轉變?yōu)殡娔�，實現信號檢測。
換能器通常由壓電元件和聲楔構成。壓電元件一般均為圓形，沿厚度方向振動，為保證超聲波的振動方向性，其直徑與厚度之比一般應大于10；而聲楔則起到固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入流體的作用，對聲楔的要求不僅是強度高，耐老化，而且要求超聲波透過聲楔后能量損失小，一般希望透射系數盡可能接近1。
超聲流量計對信號的發(fā)生、傳播及檢測有各種不同的設置方法，構成了依賴不同原理的超聲流量計，大致可分為傳播速度差法（包括：時差法、相位差法、頻差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、旋渦法、相關法、流速一液面法。
一 傳播速度差法
根據超聲波在流動的流體中，順流傳播的時間與逆流傳播的時間之差與被測流體的流速有關，求出流速的方法。按所測物理量的不同，傳播速度差法可分為時差法，相位差法和頻差法。
1.時差法
將流體流動時與靜止時超聲波在流體中傳播的情況進行比較，由于流速不同會使超聲波的傳播速度發(fā)生變化。如圖9-1所示。
由此可見，當聲速一定時，只要測出Δt，就可求得流體流速u。
2.相位差法
相位差法是利用時差法中的超聲波的相位差與時間差的關系
通過測量順、逆兩個方向接收波的相位差Aψ來實現α的測量，這里f為超聲波的發(fā)射頻率。
3.頻差法
由此可通過測量一定時間內兩組閉路循環(huán)系統中的循環(huán)頻率之差來測得流速。
二 多普勒法
所以可通過測量Δf得到流速
三 波束偏移法
超聲波束在流體的流動影響下，其波束的方向會發(fā)生偏移。在超聲波束與流動方向垂直時，這一偏移更是明顯，所以利用波束偏移法進行測量的超聲流量計均在垂直流速方向上發(fā)射超聲波。超聲波束方向的偏移，是以接收換能器所接收的波束強度的差值變化來反映的，其原理如圖9-3所示。
四 噪聲法
噪聲法是一種對信號僅僅進行接收的無源方法。一般而言，當液體在管道內流動時，在流體中會產生紊流或渦流等，由于液體的剪切作用，在一定的頻率范圍內產生聲波或超聲波，此時產生的噪聲的強度與流速成比例，通過噪聲的檢測可以得出流體的流速，
由于在一般的現場低頻振動和電噪聲很強，因而信噪比很低，通常使用高通濾波器來消除低頻的影響，可在高頻范圍內不受干擾地進行測量。
五 旋渦法
旋渦法的測量原理如圖9-5所示。換能器A發(fā)射一束連續(xù)等幅的超聲波，超聲波束穿過流體到達接收換能器B時，會由于流體的運動而使信號發(fā)生改變。在流體靜止時，流體中無旋渦，B收到的仍是等幅超聲波；當流體運動時所產生的旋渦運動速度幾乎與流體運動速度相等，超聲波束穿過每個旋渦時，由于旋渦對聲波的折射和反射都使B收到的信號幅度被調制一次，只要能獲得強旋渦，并在一個較寬的流速范圍內旋渦穩(wěn)定，即可根據調制頻率而獲得流速。
六 相關法
相關法測量流量的原理如圖9-6所示，多數流體在管道內的流動是以相關方式運動的湍流模式存在的。若在管道中相隔一定間距的截面上觀察它們的擾動，可見流速剖面之間存在差相關性，相關程度是隨著間距的減小而增大。令所取截面的代表點為A和B（同軸上），則A點記錄的信號x（τ）和B點記錄的信號y（τ）在時間變量為t時，所表示的相關函數可表達為
顯然，被測流速與聲速無關。
七 流速-液面法
流速-液面法主要用于敞開河道、水渠和非充滿管道的流量測量。其測量系統的組成有超聲液位計，超聲流速計和流量積算儀。液位計測得的液位用于換算成液體的流通截面積A，流速計用于求得截面平均流速u，積算儀則對信號進行計算處理，其計算公式為
需要說明的是，上述方法中，如旋渦法和相關法，雖然用超聲方法檢測，但通常分屬渦街式流量計和相關式流量計的范疇。
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