超声波流量计的基本原理及类型
超声波流量计是基于超声波在流体中传播的物理特性，通过检测传播速度、时间或相位的变化来推算流体流量的非接触式仪表，具有无压损、适配大管径、可测腐蚀性介质等优势，广泛应用于水、污水、油类及气体等流体的流量测量。
一、 基本测量原理
超声波在流体中传播时，会受到流体流动的影响：顺流传播时速度加快，逆流传播时速度减慢。流量计通过检测顺流与逆流的传播差异，计算流体的流速，再结合管道截面积换算成体积流量。核心公式为：Q=v×A其中：
Q = 体积流量
v = 流体的平均流速
A = 管道的横截面积
根据检测参数的不同，主流测量原理分为以下 2 类：
1. 时差法（最常用）
原理核心
在管道两侧成对安装发射换能器（T） 和接收换能器（R），分别测量超声波顺流传播时间t1 和逆流传播时间t2。流体流速越快，t1与t2的差值越大。
顺流传播时间：t1=c+vcosθL
逆流传播时间：t2=c−vcosθL
流速计算公式：v=2cosθL×t1t2t2−t1式中：L= 超声波传播路径长度；c= 超声波在静止流体中的传播速度；θ= 超声波传播方向与管道轴线的夹角。
特点
精度高（一般 ±0.5%~±1.5%），量程比宽（可达 1:40）；
适用于清洁的单相流体（如水、汽油、液态化工原料）；
受流体温度、密度影响较小，可通过温度补偿进一步提升精度。
2. 多普勒法
原理核心
利用多普勒效应：当超声波照射到流体中运动的悬浮颗粒或气泡时，反射波的频率会发生偏移，偏移量与流体流速成正比。
频率偏移公式：Δf=c2fvcosθ式中：Δf= 频率偏移量；f= 发射超声波的频率。
特点
适用于含悬浮颗粒或气泡的流体（如污水、矿浆、泥浆）；
精度相对较低（一般 ±1%~±5%）；
对流体的清洁度要求低，抗干扰能力强。
二、 超声波流量计的主要类型
按安装方式和探头结构，可分为 4 大类，各自适配不同的工况场景：
| 类型 | 结构特点 | 适用场景 | 优缺点 |
|---|---|---|---|
| 外夹式（壁挂式） | 探头直接夹持在管道外壁，无需断管、无需接触介质 | 大管径管道（DN50~DN6000）、腐蚀性介质、不便停机改造的工况 | 优点：安装便捷、无压损、成本低缺点：受管道材质（需导声）、管壁结垢影响大 |
| 插入式 | 探头通过专用开孔器插入管道内部，传感器部分接触介质 | 中、大管径（DN80~DN2000）、含少量杂质的流体、需要更高测量精度的场景 | 优点：精度高于外夹式、抗干扰能力强缺点：安装需短暂停机、存在微小泄漏风险 |
| 管段式（一体式） | 流量计与管道制成一体，探头内置，出厂前已标定 | 中小管径（DN15~DN600）、清洁流体、高精度计量（如贸易结算） | 优点：精度最高（可达 ±0.2%）、稳定性好、不受外部因素干扰缺点：安装需断管、成本较高 |
| 便携式 | 外夹式探头 + 手持式主机，可移动测量 | 现场巡检、临时流量监测、多管道对比测试 | 优点：灵活便携、即装即用缺点：精度受环境影响大，不适合长期在线监测 |
三、 补充说明
超声波流量计无法测量完全纯净、无任何颗粒 / 气泡的流体（多普勒法），或高粘度、高衰减的流体（如沥青、蜂蜜，会吸收超声波）。
时差法适用于单相清洁流体，多普勒法适用于多相流体，选型时需优先匹配流体特性。
