超声波流量计工作原理

封闭管道用USF按测量原理分类有：时间传播法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法。其中时间传播法又可分为时差法、相位差法、频差法。目前应用于空调水系统中的USF的测量原理主要有时差法和多普勒效应法。

    1.1 时差式USF测量原理

    超声波在液体中传播，由于流体流速不同会使超声波传播速度发生变化。如图1所示，取超声波在静止流体中声速为c，流体流速为v，上下游传感器的安装距离为L。当超声波传播方向与流体方向一致时，超声波传播速度为（c+v），当超声波传播方向与流体方向相反时，超声波传播速度为（c－v）；则顺流方向传播时间tl=L/（c+v），逆流方向传播时间t₂=L/（c－v），则有：

 

    c、L为常数，测得时间差△t即可求出流体流速v，进而求得流体流量。

    1.2 多普勒USF测量原理

    多普勒USF是以利用多普勒效应原理来测量流体流量。如图2所示，传感器1发射频率为f₁的超声波信号，经过管道内液体中悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以f₂的频率反射到传感器2，这就是多普勒效应，f₂与f₁之差即为多普勒频差f_d。

    取流体流速为v，超声波声速为c，多普勒频移f_d正比于流体流速v，即：

 

    当管道条件、传感器安装位置、发射频率、声速确定以后，c、f1、θ即为常数，流体流速和多普勒频移成正比，通过测量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。

    1.3 两者使用主要区别

    1.3.1 被测流体水质要求不同。时差式USF适用于比较洁净的流体测量，多普勒USF主要用于测量含有适量能给出强反射信号的颗粒或气泡的液体。时差式USF可以测量悬浮颗粒较少的液体，多普勒USF要比时差式USF适用悬浮颗料含量上限高得多，而且可以测量连续混入气泡的液体。

    1.3.2 测量精度不同。时差式USF测量精度比多普勒USF高，时差式USF测量精度可以达到±（0.5～1）%，重复性误差0.1%～0.3%；多普勒USF测量精度一般为±（1～2）%，重复性误差0.5%～1%。