超聲波流量計主要用于氣體、液體和蒸汽的體積流量測量，在冶金、化工、食品加工、標準計量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。超聲波流量計已有幾十年的歷史，在原理上主要利用多普勒效應(yīng)法和時差法。多普勒效應(yīng)法需要流體中含有反射物質(zhì)，主要應(yīng)用于兩相流體的檢測，此處主要探討時差法檢測。

　　1 時差法原理

　　超聲波有兩個重要的特性：定向性，它頻率高且短，可以象光波一樣沿直線傳播；可以在氣體、液體、固體中傳播。所以大部分流體介質(zhì)都能用超聲波原理檢測。它的測量方法可簡單比喻為在河流上渡船擺渡的過程，順流擺渡渡船到達對岸所需的時間要比逆流的少。河流的流速越大，順流的速度越快，而逆流所需的時間越長。順流和逆流所需時間的時間差直接與河流的流速有關(guān)。在超聲波流量計中超聲波好比渡船，河流流速等于流體的流速。電聲變換器發(fā)送和接受的短促聲脈沖信號穿過管道中流動的介質(zhì)。兩個變換器分別安裝在縱向有偏移的測量管道兩側(cè)。這時超聲波順流和逆流傳播的時間差與流體的流速成正比。時差法原理如圖1所示。

　　1.1 基本原理

　　在直型管道中由發(fā)送器（S）以與流動方向成銳角的方式發(fā)射穿過流動氣體或液體的超聲波，并用一個接收器（E）接收信號。

　　圖1 時差法原理

　　在靜態(tài)液體中，從發(fā)送器到接收器超聲波運動的速度為c，液體流動的速度為υ，在觀察點O處流動速度υ在超聲波運動方向上的速度分量是Vα，在流動液體中與此相應(yīng)的超聲波速度為：

　　c1=c+Vα=c+cosα

　　如果把發(fā)送器和接收器互換，那么速度分量的方向與超聲波運動方向相反，超聲波的速度為：

　　c2=c-Vα=c-cosα

　　當測量距離l已知時，由在測量距離l上的流體平均速度來確定測量時間t1。該時間是順流時超聲波運行距離l所需的時間。但是超聲波速度與液體的溫度有關(guān)，為了補償溫度對測量結(jié)果的影響，必須在順流和逆流兩個方向上同時發(fā)射超聲波，以便同時考慮加以計算。