一、根据超声波声道结构类型可分为单声道和多声道超声波流量计

    单声道超声波流量计是在被测管道或渠道上安装一对换能器构成一个超声波通道，应用比较多的换能器是外夹式和插入式。单声道超声波流量计结构简单、使用方便，但这种流量计对流态分布变化适应性差，测量精度不易控制，一般用于中小口径管道和对测量精度要求不高的渠道。多声道超声波是在被测管道或渠道上安装多对超声波换能器构成多个超声波通道，综合各声道测量结果求出流量。与单声道超声波流量计相比，多声道流量计对流态分布变化适应能力强，测量精度高，可用于大口径管道和流态分布复杂的管渠。

二、根据超声波流量计适用的流道不同可分为管道流量计、管渠流量计和河流流量计

    管道流量计一般是指用于有压管道的流量计，其中也包括有压的各种形状断面的涵洞，这种流量计一般是通过一个或多个声道测量流体中的流速，然后求得流量。用于管渠的超声波流量计除了要具有测流速的换能器以外，还需要有测水位的换能器，根据测得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量计一般含有多个测速换能器(由声道数决定)和一个测水位换能器。多数河流超声波流量计仅测流速和水位，而河流的过水流量由用户根据河床断面进行计算。

超声波流量计的分类

    超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。
   
    根据对信号检测的原理,目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。
    其中以噪声法原理及结构最简单,便于测量和携带,价格便宜但准确度较低,适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的,故又统称为传播速度差法。
    其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差,准确度较高,所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同,传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
    波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的,低流速时,灵敏度很低适用性不大．
    多普勒法是利用声学多普勒原理,通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的,适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。
    相关法是利用相关技术测量流量,原理上,此法的测量准确度与流体中的声速无关,因而与流体温度,浓度等无关,因而测量准确度高,适用范围广。但相关器价格贵,线路比较复杂。在微处理机普及应用后,这个缺点可以克服。
    噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理,通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单,设备价格便宜,但准确度低。
   
    以上几种方法各有特点,应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。
    一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定,故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时,选用Z法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时,采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时,也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流,可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病,因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展,煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展,都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。简单介绍一下流量计的概念：

凡是有物质流动的场合，人们为掌握其数量都需要流量测量，流量分为瞬时流量（Flow Rate）和累计流量（Total Flow）。

瞬时流量（Flow Rate）：单位时间内流过封闭管道或明渠有效截面的量。流过的物质可以是气、液、固体。工程上常用的单位m3/h.。

累计流量（Total Flow）：在某一段时间间隔内（可以是一天、一周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量称为累计流量，通过将瞬时流量对时间积分可求得累计流量。

流量计（Flowmeter）：用以测量瞬时流量或累计流量的器具统称为流量计。

流量计广泛应用于能源计量如水，气等含能工质。流量计的种类繁多，可大体分为几大类，约几百种以上。

（1）    差压式流量计：1.皮托管 2.孔板 3.文丘里管。

（2）    转子流量计

（3）    容积式流量计：1.椭圆齿轮 2.腰轮 3.刮板 4.旋转活塞

（4）    涡轮流量计

（5）    电磁流量计 ：大管径，造价高。安装时需要停水断管。

（6）    涡街流量计

（7）    超声波流量计

（8）    质量流量计  

（9）    其它流量计

上述流量计优、缺点，用途各异。用户选表总想找到一种理想的流量计以解决它的流量计量问题，而流量计制造厂都力图制造出一种理想流量计以适应更广泛的需要。总结千百种流量计的所有优点可以提出理想流量计的条件如下：

1．检测件无阻碍物；

 2．检测件可夹装在管道外部，可随意移动在任何地点测量而无须截断管道与流体；

3．仪表的流量计算方程简单明确，可外推到未知领域而无须实流校验；

4．频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传抗干扰及与计算机联网；

5．仪表输出信号不受流体流动特性的影响；

6．仪表复现性高；

7．仪表范围度宽，线性好；

8．仪表可靠性高，价格适宜，维修技术不复杂；

9.无须个别实流校验，或只须“干校”，或在一、二种介质中校验可推广到各种介质；

10.检测件输出信号直接反映质量流量。

可以说至今并没有出现上述的理想流量计，所有流量计都多少具备一些上述条件，只不过有的多些，有的少些。所有流量计制造厂试制新产品都力图能更多地具备上述条件。

我们今天介绍的超声波流量计，目前之所以能被相当广泛的用户普遍接受是有客观原因的。主要是它能在更多方面更好地满足理想流量计的一些条件。

二．超声波流量计的分类

（1）    按原理分：

A．   传播速度差法：

a.       时差法（目前最常采用此法）b.频差法（声环法）c.相位差法

d. 多普勒法（目前最常采用此法）e.相关法 f.射束位移 g.涡街法

（2）按探头（换能器）安装方式分：

A．外夹式

B．插入式（即湿式）又分为：

a.带测量管段的   b.不带测量管段，直接在工艺管段上实现安装的。

（3）按声道数目划分：

A．单声道

B．多声道（2—8声道）

（４）按性能分；

Ａ．标准型 B．固定式 C．便携式 D．低温防水型 E．其他

三．超声波流量计的基本原理

1．基本原理

超声波在流动的流体中的传播速度与流体的流速有关。相对于固定座标系(如管壁)，顺流的超声波的传播速度将大于逆流的传播速度。为实现流量（流速）测量，首先需要有一个发射超声波的换能器（俗称超声波探头），通常采用石英等材料制成的压电元件作为换能器。发射超声波时是利用负压电效应，即利用高频电脉冲的作用，使压电晶体高频振动，从而发出脉冲变化的高频压力波（即超声波）。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由装在管道对面的接收换能器接受。接受换能器则利用正压电效应，将高频压力波又转换高频的电脉冲信号。

可以轮流交替地利用同一个换能器及发射高频、短时的脉冲压力波，又用来接收对面换能器发来的脉冲压力波。可以用一组换能器兼做超声波的收、发用。由于人耳听到声音的上限频率是20千赫，而此种流量计所收、发的压力波的频率是0．5—10兆赫（典型频率是1MHz）,属于超声波范畴，超声波流量计因此得名。

2．管外夹式时差式液体超声波流量计的工作原理

该类型流量计利用测量超声波在管道中传播时间原理而实现的。介质（液体）在管道中流速，与超声波沿介质顺流和逆流传播的时间差存在着线性关系。只要分别测量出超声波顺流、逆流的传播时间，就可以依据线性关系得到沿管道路径上各点流速的瞬时平均流速。这样，介质流量则可以通过流速、管道截面积以及雷诺数等得到。

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

上一篇：应变扭矩的测量--应变式扭矩传感器的应用  下一篇：ZRN700防腐压力变送器、投入式液位计的应用