一组转换方式
超声波收发器P1装在管道的外壁
上，使超声波射束斜着经过液体
中传播，在被测液体是水的场合，
振荡器用0.4兆赫或1兆赫的锆钛
酸铅陶瓷（PZT），并使用超声
波入射角为40的胶木材料作为塑
料楔。在这个楔子和管道的交界
面上超声波射束发生者射，同时
产生影响波形变换，在管材为钢、
铸铁等铁系材料时，产生从纵波
0 T 35C 0 S 45% 0 D 1000 （米）
声循环法的原理
首先从发生器T1沿顺流方向发射 超声波脉冲，在接收器R1处接收 这个信号。再在放大器-1处把此 接受信号进行放大，把输出信号 加到发生器T1，从T1再次发射超 声波脉冲，以后重复进行。
正向循环频率
f1
1 t1
C
V L
反向循环频率
f2
1 t2
C V L
两个声循环频率之差，取此差为， f
f1
f2
2V L
与声速C无关。由于频率差非常小，检测困难
6-7-2-2相位差法
相位差法本质上和时间差法是相同的
4ft D cos
C2
V
Ft超声波频率，D管道直径
由于相位差和频率成正比，频率愈高则测量的灵敏度也高。
可是应该看到，频率提高时，可能测量的最大速度值也就降
流速测量方法
图6-24，小口径管道用超声波流量计的测量管示例
流量计的安装
方形水渠内充满着水， 因此即使用一条测量线 进行测量也可得到较好 的精度。这种水渠一般 以混凝土制的居多，但 是，由于混凝土使超声 波超声波传播的损耗大， 因此在相应于超声波传 播途径部分使用不锈钢 钢板。并在探测器的对 面的壁上安装上反射板， 采用所谓V法一避免流 动偏离管道对称轴所产
到横波的变换。这里特意使用横
波的利用在于，超声波在水中的
透过率，横波比纵波高，而且横
波在水中的折射角也能取得大些。
向此水中的折射角大约为23，可 图6-15，用声循环法的超声波流量计方框图
以把超声波收发器P2设置在对面
管壁的一个位置上，在该位置可 以有效地接收从该角度发射的超 声波。
两个超声波收发器希望制造得完全相同，因而具有相同的特 性，它们既起超声波发生器又起超声波接收器的作用。交替 转换开关用来转换超声波的发射方向，一定时间使超声波沿
6-7 超声波流量计
测量原理
包括传播速度差法 声循环法 时间差法 多普勒法
种 能动或被动 类
流量计种类
超 声能 波动 流型 量 计
被动型
测量原理 (利用的现 象)
传播速度的变化 (顺流、逆流)
射束位移
多普勒效应
流动产生的声音
检测量
相位差 时间差 频率差
接收波的感度 差 漂移频率
声音的大小
测量方法 简称
6-7-2-4 时间差法
用时间差法测量流速、流量，在初期是用模拟技术进 行的。
近年来，由于数字式技术的进步可以精密测量微小时 间，因此，在顺、逆两方向同时发射脉冲，把这些接 收波前沿的时间差用数字方式进行测量（LE Flowmeter，LE流量计）等的文献发表了[39]，并以实 用化为目标进行了种种试验。
传播速度差法 相位差法 时间差法 声循环法 射束位移法
多普勒法
听音法
备注
应用最广泛 上水道用 上水道用
下水、排水 用 与频率有关
传 P-B水槽 感 涡街流量计 器 相关式流量计
节流水位上升 卡门涡 紊流
水位 透过波的振幅 振幅、相位
下水、排水 用，也可检 测透过时间
6-7-2，传播速度差法
将流体流动时与 静止时超声波在 流体中传播的情 形进行比较，由 C2 V 2 于流速不同会使 超声波的传播速 度发生变化。
低了，因此必须适当选取频率值。
按图6-11所示的方式使用连续波时，有可能产生两个测量系统 间的相互干扰，为了避免这点，提出了把一组超声波发射接 收器进行周期性转换的方案[19]，也提出更简单的，不进行转 换的，同时进行发射接收的方案
6-7-2-3 声循环法应用
可与被测液体中的声速无关地测量流速， 现在作为大口径管道用的流量计已经得 到最广泛的应用。
6-7-2-5 流量测量
管内流速分布的影响
传播速度差法从原理上看是测量超声 波传播途径上的平均流速，因此，该测 量值是线平均。所以，它和一般的面平 均（真平均流速）不同，其差异取决于 流速的分布。
k V 1 0.01 6025 431Re0.237 V
图6-22，流量修正系数和雷诺数的关系
二组方式
声循环回路（Sing Around Loop）
构成顺、逆两个方向的
声循环回路来进行的。
这种场合，脉冲经回路
一圈的时间叫做声循环
周期，其倒数叫做声循 环频率。
fd
C
V cos
L
图6-14，麦克逊流量计方框图（附有 质量流量计测量回路）
fu
C
V cos
L
两者的差频为
f
fd
fu
2V cosLtt2t12LV C2
C=constant?
影响流体中声速C的因素
温度
图6-13，水中声音速度是水温的函数， 其温度系数随温度不同而异
影响流体中声速C的因素（续）
水温T（C） 含盐量S （o） 水深D（米） C 1449.2 4.6T 0.055T 2 0.00029T 3
(1.34 0.01T )(S 35) 0.016D
t1
C
L V
t2
C
L V
t
t2
t1
2LV C2
图6-12 超声波传播速度差法的原理图，液体中超 声波的传播速度是静止液体中声波传播速度C和 流体速度V的矢量和
相位差法
相位差法，就是测量顺、逆两个方向接 受波的相位差 ，而时间差 t和 的关 系为：
2 ft t
超声波的 频率
相位差法和时间差法的原理可以看成是一样的。
顺流方向发射，再经过同一时间间隔沿逆流方向发射，时间
图如图6-16所示。
图6-16，时间图 (u)与加减运算指令一致，对每个 (v)信号得到流速测量值，作为输出信号传送出去
f
fd
fu
V sin 2
D
(1 C sin )2
D
流动与声波夹角
顺逆
管道直径
为固定延迟时间，即：超声波经过塑料楔、管壁和衬 材传播所需要的时间以及电信号滞后时间之和。
典型例子是在进行医学实验时，用脉冲时间法测量经 血管内的血液流速[10]。在这种实验中，把两个传感 器和血管相连接，使用3兆赫的小型钛酸钡陶瓷振荡器 用高速交替变换的一组转换方式进行超声波的收发， 在测量1厘米/秒以下到1米/秒以上的流速时线性很好。 测量范围的界限取决于飘移和噪声，据报道四小时以 内在0.5厘米以下。