包含超声波在流动的流体中传播时流体流速的信息。因此,接收到的超声波可以检测流体的流量,并将其转换为流量。根据检测方法,可以分为多种类型的超声波流量计,包括传播速度差法、多普勒法、光束偏移法、噪声法和相关方法。超声波流量计是近10多年来集成电路技术迅速发展而开始应用的非接触式计,适用于测量不易接触和观测的流体和大型管道径流。与水位计相联系,可以测量开放水的流量。超声波流量是理想的节能流量计,即使在流体中不安装测量部件,流体流动状态也不会发生变化,不会产生额外的阻力,仪表安装和维护不影响生产管道的运行。
目前,工业流量测量通常存在大直径、大流量测量困难的问题,因为一般流量计会根据直径的测量给制造和运输带来困难,成本上升、损失上升、安装不仅可以避免这些缺点,还可以避免超声波流量计。由于所有类型的超声波流量计都可以由外部安装、非接触式流量计组成,因此仪器成本基本上与被测试的管口径大小无关,而其他类型的流量计则随着口径的增加成本大幅增加,因此比起其他功能相同的类型的流量系谱,口径较大的超声波流量计的据推测,直径较大的流量计,多普勒超声波流量计可测量的两相介质的流量可用来测量污水和污水等肮脏的流量。在发电厂用便携式超声波流量计测量涡轮进水、涡轮循环水等大管径流,比过去的被脱管流量系谱方便得多。超声波也可用于流量汁的气体测量。管道直径的复盖范围从2厘米到5米,适用于几米宽的明渠,从运河到500米宽的河流。
超声波测量仪的流量测量精度几乎不受测量的流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响,可以用非接触式和便携式测量仪来制作,从而解决其他类型测量仪难以测量的强腐蚀性、非传导性、放射性和易燃性介质的流量测量问题。此外,非接触式测量功能和合理的电子电路、各种直径测量和各种流量范围测量的理想仪器。超声波流量计的适应性也比不上其他仪器。超声波流量计具有其中的一些优点,因此越来越关注产品系列化和普遍化,目前正在用不同通道的标准型、高温、防爆型和湿式计量器制造,以适应不同的介质、不同的情况和不同的管道条件。
目前超声波流量计的缺点是可测流体的温度范围受超声波能量交换铝和转换器与管道之间耦合材料的耐热性限制,并且在高温下测试的流体的声速的原始数据不完整。目前我国只能用于测量200 ℃以下的流体。另外,超声波流量计的测量线比一般流量系谱复杂。这是因为一般工业测量中的液体流速经常每秒几米,而流体中声波的传播速度约为1500m/s,测量的流体速度(流量)的变化也是音速的变化,最高可达10-3级。测量流速的准确度为1%时,声速测量准确度必须为10-5至10-6级,因此必须有完整的测量线路才能实现,这也是超声波流速只能在集成电路技术迅速发展之前实际应用的原因。超声波流量计由三部分组成:超声波转换器、电子电路和流量标记以及累积系统。超声波发射转换器将电转换为超声波能量,然后发射到受试者,通过电子电路放大接收器接收到的超声波信号,用表示流动的电信号供应标记和累积计来显示和累积。这样就可以检测和显示流量。
超声波流量计通常使用压电转换器。它利用压电材料的压电效应,利用适当的发射电路,将电添加到发射转换器的压电元件中,从而产生超声振动建议。超声波以特定角度发射到流体中传播,然后由接收转换器接收,通过压电元件变为电,从而检测到。发射转换器利用压电元件的反向压电效应,而接收转换器则利用压电效应。
超声波流量计转换器的压电元件经常由沿厚度振动的圆片制成。片状直径超过厚度的10倍,保证振动的方向。压电零件材料主要采用锆钛酸铅。要固定压电元件,以便超声波以适当的角度进入流体,可以插入构成整个听筒(也称为探针)的卷曲楔形块。楔体的材料不仅需要高强度和抗老化,而且超声波通过楔体后能量损失小,传输系数接近1。常用的楔形材质是有机玻璃,透明,因此可以观察声音楔形体中压电元件的组合。此外,有些橡胶、塑料和橡胶树也可以用作声楔材料。