超声波流量计是非侵入式设备，其使用声学振动来测量液体的流速。有两种类型，多普勒和传输时间。两者都设计成夹在管道外部而不会破坏管路或中断流动。
这也消除了压力损失并防止泄漏，这在线式流量计中很常见。另外，流量计不与液体接触，从而防止传感器的腐蚀或劣化。多普勒和渡越时间流量计的工作原理类似，但技术差别很大。为了获得准确的测量结果，了解哪种流量计用于您的应用非常重要。
多普勒超声波流量计
多普勒超声波流量计的工作原理是多普勒效应，奥地利物理学家和数学家克里斯蒂安·约翰·多普勒于1842年记录了这一点。他说，观察者接收的声波频率取决于震源的运动或观察者与声音的来源有关。多普勒超声波流量计使用换能器将超声波束发射到流过管道的流中。为了使流量计工作，流中必须有固体颗粒或气泡以反射超声波束。粒子的运动使光束的频率发生偏移，该频率由第二换能器接收。
流量计测量频率偏移，该频率与流量成线性比例。该值乘以管道的内径以得出体积流量，如下所示：
Δf=2fTsinθ?VF / VS
按斯涅尔定律（折射定律）：
sinθT/ VT =sinθ/ VS
VF =Δf/ fT? VT /sinθT=KΔf
其中：
VT =发射器材料的声速
θT=发射器光束的角度
K =校准系数
VF =流速
Δf=多普勒频移
VS =流体的声速
fT =发射器频率
θ=进入fT的角度液体
体积流量= K?VF?D2
其中：
K =常数
D =管道的内径
尽管多普勒超声波流量计依赖于在液体中流动的颗粒来运行，但必须考虑固体或气泡的浓度和尺寸的下限。此外，液体必须以足够高的速率流动以保持固体悬浮。
运输时间超声波流量计
传输时间超声波流量计测量从超声波信号从第一换能器传输到其穿过管道并且由第二换能器接收的时间差。比较上游和下游测量值。如果没有流量，则两个方向的行程时间相同。当存在流动时，如果沿相同方向行进，声音移动得更快，而如果移动则声音移动得更慢。由于超声波信号必须穿过传感器接收的管道，因此液体不能由大量的固体或气泡组成，或者高频声音会减弱而且太弱而无法穿过管道。
在同一路径上进行的上游和下游测量的差异用于计算通过管道的流量：
V = K·D /sin2θ?1 /（T0-t）2ΔT式
中：
V =流动的流体的平均速度
K =常数
D =管道的内径
θ=超声波的入射角度
T0 =零流量通过时间
ΔT = T1 - T2
T1 =从上游发射器到下游接收器
的波的传输时间T2 =从下游发射器到上游发射器
的波的传输时间t =通过管壁和衬里的波的传输时间
上面的等式表明流体的流速与上游和下游测量值的差异成正比。
传输时间超声波流量计具有三种可能的传感器配置：Z，V和W.所有都被识别为单个测量路径，而超声波束遵循单个路径。在所有三种配置中，换能器产生的输出被转换为电流，频率或电压信号。首选配置由以下因素决定：
管道尺寸
可用于安装传感器的空间
管道内壁的状况
衬里类型
流动液体的特性
在“Z”配置中，换能器位于管道的相对侧，一个位于另一个的下游。通常，下游距离约为D / 2，其中D等于管道的直径。最佳距离由转换器计算。这种布置仅适用于空间有限，浑浊度高，砂浆衬里或管道内壁上积垢较厚的情况。对于小管道上的安装应该避免，其测量精度往往会降低。
对于大多数安装，建议使用“V”配置。这种布置将两个换能器放置在管道的同一侧，在管道的大约直径内彼此相对。导轨附件夹在管道上并允许换能器水平滑动以将计算的距离定位在它们之间。
“W”配置最常用于直径为?英寸至1.5英寸的管道上的安装。在这种布置中，超声波信号从墙壁反弹三次; 因此，它必须行进更远的距离。高浊度液体以及管壁内部积垢或沉积物会降低精度。
影响超声波流量计精度的因素
超声波流量计测量的准确性依赖于正确的安装。管道中的大的温度变化或大量的振动可能影响换能器的对准和声学耦合到管道。安装过程中必须考虑这些因素。此外，为了提供精确的体积流量，所有超声波流量计都要求管道充满。如果两个换能器都安装在管道中的液位以下，则部分填充的管道上的多普勒超声波流量计将继续产生流速测量。
结论
超声波流量计是一种测量流速的非接触式装置。它们是夹紧装置，可连接到管道外部，可在不损坏传感器的情况下测量腐蚀性液体。两种类型的超声波流量计，多普勒和传输时间，每种功能都通过两种不同的技术。了解每种操作方式可以选择合适的流量计。多普勒超声波流量计必须具有颗粒或气泡以反射超声波信号。它最适用于污水或充气液体，如废水和浆液。液体中的大量固体或气泡将削弱由传输时间超声波流量计发出的信号。因此，最好使用清洁液体，如水或油。
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