一．引言

　　首先家簡單介紹一下流量計的概念

　　凡是有物質(zhì)流動的場合，人們?yōu)檎莆掌鋽?shù)量都需要流量測量。流量分為瞬時流量（Flow Rate）和累計流量（Total Flow）

　　瞬時流量（Flow Rate）：單位時間內(nèi)過封閉管道或明渠有效截面的量。流過的物質(zhì)可以是氣、液、固體。數(shù)學(xué)公式：    v為流體的體積,工程上常用的單位m3/h.

　　累計流量（Total Flow）：在某一段時間間隔內(nèi)（可以是一天、一周、一月、一年）流體流過封閉管道或明渠有效截面的累計量稱為累計流量，通過將瞬時流量對時間積分可求得累計流量。數(shù)學(xué)公式：

　　流量計（Flowmeter）：用以測量瞬時流量或累計流量的器具統(tǒng)稱為流量計

　　流量計廣泛應(yīng)用于能源計量如水，氣等含能工質(zhì)。流量計的種類繁多，可大體分為幾大類，約幾百種以上。

　　（1）    差壓式流量計：1.皮托管 2.孔板 3.文丘里管。

　　（2）    轉(zhuǎn)子流量計

　　（3）    容積式流量計：1.橢圓齒輪 2.腰輪 3.刮板 4.旋轉(zhuǎn)活塞

　　（4）    渦輪流量計

　　（5）    電磁流量計  ：大管徑，造價高。安裝時需要停水斷管

　　（6）    渦街流量計

　　（7）    超聲波流量計

　　（8）    質(zhì)量流量計  

　　（9）    其它流量計

　　上述流量計優(yōu)、缺點，用途各異。用戶選表總想找到一種理想的流量計以解決它的流量計量問題，而流量計制造廠都力圖制造出一種理想流量計以適應(yīng)更廣泛的需要。總結(jié)千百種流量計的所有優(yōu)點可以提出理想流量計的條件如下：

　　1．檢測件無阻礙物；

　　  2．檢測件可夾裝在管道外部，可隨意移動在任何地點測量而無須截斷管道與流體；

　　3．儀表的流量計算方程簡單明確，可外推到未知領(lǐng)域而無須實流校驗；

　　4．頻率脈沖輸出信號，數(shù)字式儀表，便于遠傳抗干擾及與計算機聯(lián)網(wǎng)；

　　5．儀表輸出信號不受流體流動特性的影響；

　　6．儀表復(fù)現(xiàn)性高；

　　7．儀表范圍度寬，線性好；

　　8．儀表可靠性高，價格適宜，維修技術(shù)不復(fù)雜；

　　9.無須個別實流校驗，或只須“干校”，或在一、二種介質(zhì)中校驗可推廣到各種介質(zhì)；

　　10.檢測件輸出信號直接反映質(zhì)量流量。

　　可以說至今并沒有出現(xiàn)上述的理想流量計，所有流量計都多少具備一些上述條件，只不

　　過有的多些，有的少些。所有流量計制造廠試制新產(chǎn)品都力圖能更多地具備上述條件。

　　我們今天介紹的超聲波流量計，目前之所以能被相當廣泛的用戶普遍接受是有客觀原因的。主要是它能在更多方面更好地滿足理想流量計的一些條件。

　　二．超聲波流量計的歷史

　　（1）    1928年德國人研制成功第一臺超聲波流量計，并取得了專利。至今超聲波流量計以有

　　75年歷史

　　（2）1955年首先應(yīng)用于馬克森（MAXSON）流量計測量航空燃燒油，這是一種基于聲循環(huán)法的兩組探頭（換能器）組成的液體流量計

　　（3）1958年A.L.H-ERDRICH等人發(fā)明折射式探頭，由于他們的研究可進一步消除由于管壁

　　的交混回響所產(chǎn)生的相位失真，也為管外夾裝提供了理論依據(jù)。

　　進入20世紀七十年代以后，由于集成電路和鎖相環(huán)路技術(shù)的發(fā)展，使超聲波流量計得以克服以前的精確度不高，響應(yīng)慢，穩(wěn)定性與可靠性差等致命弱點，使實用的超聲波流量計得以發(fā)展。

　　近20年來特別是近10年來，基于高速數(shù)字信號的處理技術(shù)與微處理技術(shù)的快速發(fā)展，基于新型探頭材料與工藝的研究以及聲道配置與流量動力學(xué)的研究，超聲流量測量技術(shù)取得了長足進展，顯示了強勁的技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)展勢頭迅猛。2000年在巴西召開的國際流量測量學(xué)術(shù)會議（FLOMEK-O‘2000）上共宣讀學(xué)術(shù)論文集103篇，其中直接涉及超聲波流量計及超聲波技術(shù)的論文20篇，約占論文總數(shù)的1/5。在歷次國際流量學(xué)術(shù)會議上，采用超聲波流量計作為傳遞標準的文獻愈來愈多，可見超聲波流量計其潛在的巨大的生命力。

　　三．超聲波流量計的分類

　　（1）    按原理分：

　　A．           傳播速度差法：

　　a.       時差法（目前最常采用此法）b.頻差法（聲環(huán)法）c.相位差法

　　d. 多普勒法（目前最常采用此法）e.相關(guān)法 f.射束位移 g.渦街法

　　（2）按探頭（換能器）安裝方式分：

　　A．外夾式

　　B．插入式（即濕式）又分為：

　　a.帶測量管段的   b.不帶測量管段，直接在工藝管段上實現(xiàn)安裝的。

　　（3）按聲道數(shù)目劃分：

　　A．單聲道

　　B．多聲道（2—8聲道）

　　（４）按性能分；

　　Ａ．標準型 B．固定式 C．便攜式  D．低溫防水型  E．其他

　　四．超聲波流量計的基本原理

　　1．基本原理

　　超聲波在流動的流體中的傳播速度與流體的流速有關(guān)。相對于固定座標系(如管壁)，順流的超聲波的傳播速度將大于逆流的傳播速度。為實現(xiàn)流量（流速）測量，首先需要有一個發(fā)射超聲波的換能器（俗稱超聲波探頭），通常采用石英等材料制成的壓電元件作為換能器。發(fā)射超聲波時是利用負壓電效應(yīng)，即利用高頻電脈沖的作用，使壓電晶體高頻振動，從而發(fā)出脈沖變化的高頻壓力波（即超聲波）。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由裝在管道對面的接收換能器接受。接受換能器則利用正壓電效應(yīng)，將高頻壓力波又轉(zhuǎn)換高頻的電脈沖信號。

　　可以輪流交替地利用同一個換能器及發(fā)射高頻、短時的脈沖壓力波，又用來接收對面換能器發(fā)來的脈沖壓力波。可以用一組換能器兼做超聲波的收、發(fā)用。由于人耳聽到聲音的上限頻率是20千赫，而此種流量計所收、發(fā)的壓力波的頻率是0．5—10兆赫（典型頻率是1MHz）,屬于超聲波范疇，超聲波流量計因此得名。

　　2．管外夾式時差式液體超聲波流量計的工作原理

　　該類型流量計利用測量超聲波在管道中傳播時間原理而實現(xiàn)的。介質(zhì)（液體）在管道中流速，與超聲波沿介質(zhì)順流和逆流傳播的時間差存在著線性關(guān)系。只要分別測量出超聲波順流、逆流的傳播時間，就可以依據(jù)線性關(guān)系得到沿管道路徑上各點流速的瞬時平均流速。這樣，介質(zhì)流量則可以通過流速、管道截面積以及雷諾數(shù)等得到。