超聲流量計(jì)按測(cè)量原理，可以具有多種不同的形式。它們所依據(jù)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(guān)法；
7）流速-液面法。
上述各種方法用于流量測(cè)量各有特點(diǎn)，可以根據(jù)被測(cè)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(jì)測(cè)量原理是通過(guò)測(cè)量流體的流速來(lái)?yè)Q算成流體的質(zhì)量流量qm'其關(guān)系為
式中，密度ρ取決于流體介質(zhì)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(cè)得。所以測(cè)量流體的流速u(mài)，便是超聲流量計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量的主要目的。
超聲流量計(jì)的測(cè)量原理，就是通過(guò)發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波，以一定的方式穿過(guò)流動(dòng)的流體，通過(guò)接收換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)處理反映出流體的流速。
超聲流量計(jì)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(yīng)。每只超聲流量計(jì)至少有一對(duì)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(dāng)?shù)陌l(fā)射電路，利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，把電能加到壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，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(yīng)，通過(guò)接收超聲波并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑢?shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。
換能器通常由壓電元件和聲楔構(gòu)成。壓電元件一般均為圓形，沿厚度方向振動(dòng)，為保證超聲波的振動(dòng)方向性，其直徑與厚度之比一般應(yīng)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(duì)聲楔的要求不僅是強(qiáng)度高，耐老化，而且要求超聲波透過(guò)聲楔后能量損失小，一般希望透射系數(shù)盡可能接近1。
超聲流量計(jì)對(duì)信號(hào)的發(fā)生、傳播及檢測(cè)有各種不同的設(shè)置方法，構(gòu)成了依賴(lài)不同原理的超聲流量計(jì)，大致可分為傳播速度差法（包括：時(shí)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(guān)法、流速一液面法。
一 傳播速度差法
根據(jù)超聲波在流動(dòng)的流體中，順流傳播的時(shí)間與逆流傳播的時(shí)間之差與被測(cè)流體的流速有關(guān)，求出流速的方法。按所測(cè)物理量的不同，傳播速度差法可分為時(shí)差法，相位差法和頻差法。
1.時(shí)差法
將流體流動(dòng)時(shí)與靜止時(shí)超聲波在流體中傳播的情況進(jìn)行比較，由于流速不同會(huì)使超聲波的傳播速度發(fā)生變化。如圖9-1所示。
由此可見(jiàn)，當(dāng)聲速一定時(shí)，只要測(cè)出Δt，就可求得流體流速u(mài)。
2.相位差法
相位差法是利用時(shí)差法中的超聲波的相位差與時(shí)間差的關(guān)系
通過(guò)測(cè)量順、逆兩個(gè)方向接收波的相位差A(yù)ψ來(lái)實(shí)現(xiàn)α的測(cè)量，這里f為超聲波的發(fā)射頻率。
3.頻差法
由此可通過(guò)測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)兩組閉路循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)頻率之差來(lái)測(cè)得流速。
二 多普勒法
所以可通過(guò)測(cè)量Δf得到流速
三 波束偏移法
超聲波束在流體的流動(dòng)影響下，其波束的方向會(huì)發(fā)生偏移。在超聲波束與流動(dòng)方向垂直時(shí)，這一偏移更是明顯，所以利用波束偏移法進(jìn)行測(cè)量的超聲流量計(jì)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(qiáng)度的差值變化來(lái)反映的，其原理如圖9-3所示。
四 噪聲法
噪聲法是一種對(duì)信號(hào)僅僅進(jìn)行接收的無(wú)源方法。一般而言，當(dāng)液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在流體中會(huì)產(chǎn)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(nèi)產(chǎn)生聲波或超聲波，此時(shí)產(chǎn)生的噪聲的強(qiáng)度與流速成比例，通過(guò)噪聲的檢測(cè)可以得出流體的流速，
由于在一般的現(xiàn)場(chǎng)低頻振動(dòng)和電噪聲很強(qiáng)，因而信噪比很低，通常使用高通濾波器來(lái)消除低頻的影響，可在高頻范圍內(nèi)不受干擾地進(jìn)行測(cè)量。
五 旋渦法
旋渦法的測(cè)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(guò)流體到達(dá)接收換能器B時(shí)，會(huì)由于流體的運(yùn)動(dòng)而使信號(hào)發(fā)生改變。在流體靜止時(shí)，流體中無(wú)旋渦，B收到的仍是等幅超聲波；當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的旋渦運(yùn)動(dòng)速度幾乎與流體運(yùn)動(dòng)速度相等，超聲波束穿過(guò)每個(gè)旋渦時(shí)，由于旋渦對(duì)聲波的折射和反射都使B收到的信號(hào)幅度被調(diào)制一次，只要能獲得強(qiáng)旋渦，并在一個(gè)較寬的流速范圍內(nèi)旋渦穩(wěn)定，即可根據(jù)調(diào)制頻率而獲得流速。
六 相關(guān)法
相關(guān)法測(cè)量流量的原理如圖9-6所示，多數(shù)流體在管道內(nèi)的流動(dòng)是以相關(guān)方式運(yùn)動(dòng)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(dòng)，可見(jiàn)流速剖面之間存在差相關(guān)性，相關(guān)程度是隨著間距的減小而增大。令所取截面的代表點(diǎn)為A和B（同軸上），則A點(diǎn)記錄的信號(hào)x（τ）和B點(diǎn)記錄的信號(hào)y（τ）在時(shí)間變量為t時(shí)，所表示的相關(guān)函數(shù)可表達(dá)為
顯然，被測(cè)流速與聲速無(wú)關(guān)。
七 流速-液面法
流速-液面法主要用于敞開(kāi)河道、水渠和非充滿(mǎn)管道的流量測(cè)量。其測(cè)量系統(tǒng)的組成有超聲液位計(jì)，超聲流速計(jì)和流量積算儀。液位計(jì)測(cè)得的液位用于換算成液體的流通截面積A，流速計(jì)用于求得截面平均流速u(mài)，積算儀則對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，其計(jì)算公式為
需要說(shuō)明的是，上述方法中，如旋渦法和相關(guān)法，雖然用超聲方法檢測(cè)，但通常分屬渦街式流量計(jì)和相關(guān)式流量計(jì)的范疇。
以上就是上海瓷熙對(duì)超聲流量計(jì)的測(cè)量原理的介紹，希望可以幫助到大家，若還有關(guān)產(chǎn)品的相關(guān)問(wèn)題，可以撥打頁(yè)面的咨詢(xún)電話！本公司提供24小時(shí)服務(wù)！
