超声波流量计由三部分组成：超声波转换器、电子转换线路和流量显示累积系统。超声波转换器由铸铁酸铅压电元件制成，利用压电效应发射和接收声波，通过检测流体对超声波束（或超声波脉冲）的影响来测量流量。

超声波流量计原理：当传输的声信号通过管道中的介质流动时，其传输速度受介质流量速度的影响。

两个传感器之间的声信号传输时间取决于管道中介质的流量。声信号通过上游的时间比通过下游的时间长。时差DT与管道中介质的流量VF成比例。如图1所示。

V:介质流量；

M:液体中声束直线传播次数；

D:管道内径；Tup:顺流时声束的传播时间；

Tdown:逆流时声束的传播时间；△T=Tup-Tdown。

当超声波束在液体中传播时，液体的流动会微改变传播时间，传播时间与液体流量完全相同（实际测量零流量的唯一技术）；当介质流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间。其关系符合上述表达式。

目前使用的超声波流量计系统主要是合理的：

1.1速度法：

管道内介质流量vf按以下公式获得：

(L/2cos)

公式：T1，T2分别代表声信号通过上下游时间；

通过上下游之间的时差，dt为声信号；

L通过路径长度作为声信号；

β代表管轴与L之间的角度。

1.2环鸣系统法(Sing2aroundSystem)

如果将两个脉冲链的频率差与两个不同方向的流速成比例。

这是流速的基频表示，与流体中的声速无关。

上述两种流体流量算法的理论基础相同，其流体流量VF的理论值基本相同。使用不同的二次仪器设置不同的流量系数来显示其体积流量。

性能特点：

(1)适用于各种管径流量的高精度测量，其流量和管径越大，精度越高；

(2)测量范围(量程比)很宽，一般为1:40~1:160，最大可达1:300；

(3)重复性高，可实现双向流量计量；

(4)流量计本体无压力损失，能准确测量脉动流；

(5)节能，可大大降低长输管道增压成本；

(6)不受沉积物或水分的影响，无可动部件；

(7)上下游直管段短(上游10D，下游3D)；

(8)无磨损，无零漂移，偏差小；

(9)动态测量范围广；

(10)不受涡流和流量剖面变化的影响；

(11)不受压力、温度、分子量、气体成分变化的影响；

(12)无需重复校准。

流量计性能比较：

应用：

1.测量体积流量。

作为一种流量计，其流量范围非常宽，可以双向测量，也可以测量粘度高甚至流量小的流体。同时，它的维护成本也很低。它没有管道中的机械部件，不受其他介质的影响，不需要调整和控制，也不需要停止生产。但超声波流量计的精度取决于介质的特性。其补偿技术是必要的。为了简化补偿系数f，必须在上游和下游保留10倍直径的直管段。在一定的安装条件和流体特性下，可以确定实际的流量系数进行补偿。

2.泄漏检测。

在正常情况下，输送管道的入口流量应完全等于管道的出口流量。如果没有，则必须有泄漏。如果两个测量仪器之间的测量读数发生变化，超过额定精度，则可发现泄漏。测量仪器越准确，泄漏检测就越准确。但是，对于大直径管道检测，由于温度和压力的影响，还应考虑温度和压力变化的补偿。例如，DN1000管道的温度变化为10℃，体积变化为0.8%。DN1000长100公里的管道在0.1MPa压力变化下可导致10m3体积变化。鉴于这种情况，两组流量计之间的距离不是很长。距离越短，泄漏就越容易检测到。

误差分析：

1.噪声影响。

超声波流量计可能会受到附近超声波噪声源的不利影响。噪声源包括减少可听噪声的无噪声阀、压力调节器和管道的其他重要节流部件。流量计制造商正在积极解决这个问题。测量站的设计师应该向制造商寻求帮助。现场经验表明，最好在流量计上游找到潜在的噪声源，并在流量计和噪声源之间设置弯头，以减少额外的超声噪声。

2.流体清洁度的影响。

超声波传送器表面的堆积物（压缩机油、冷凝剂等）可能不会通过流体传递超声波脉冲。这可能会导致所谓的超声波路径脱落，路径脱落会增加测量误差。在测量气流时，当气流安装位置相同时，初始体积较大的空气罐可以更有效地控制水冲击压力的产生，即空气罐越大越好。但在实际工程中，其尺寸受到经济、外观等因素的限制。空气罐的容量通常由计算方法决定。图5显示了不同安装位置A压力变化的影响。从图5可以看出，安装在不同位置的空气罐对管道的压力有不同的影响。当空气罐安装在B处时，A处的水冲击控制不大，增强了水冲击的可能性，即其水冲击压力可能大于安装空气罐时的水冲击压力。

当管道系统终端阀立即关闭时，在输液管的适当位置安装一定体积的空气罐，可有效控制水击的发生。空气罐的初始体积越大，水击控制越有效；空气罐安装在某些位置，体积小时，安装空气罐后的水击压力有时大于不安装空气罐时的水击压力。

可选传感器：

综合超声波冷/热量表：

一体式超声波冷/热表避免了安装过程中人为和管道因素造成的外束和插入式传感器误差。具有精度高、范围宽、无压力损失、安装简单等优点。

分体式超声波冷/热量表：

固定分体式超声波冷/热表广泛应用于加热管网的在线测量中。主机分为壁挂标准型、壁挂防爆型、盘装型和本地显示型。传感器分为外绑式、插入式、管段式等。

传感器：

插入式传感器：

安装过程中，使用专用开孔工具在测量管道上打孔，直接接触测量传感器和测量介质，可按压安装。传感器解决了外捆传感器在测量厚管道时不易接收信号、长期测量信号衰减的问题，具有不间断安装、免维护、与管径无关、无压力损失等特点。

管段传感器：

管段传感器是一种利用法兰将管段传感器与被测管道直接连接的测量方法。该传感器解决了安装过程中人工或被测管道参数不准确造成的误差，具有测量精度高、稳定性好、免维护等特点。

安装点选择：

为保证测量精度和稳定性，在流场均匀分布的直管段应选择传感器的安装点。

注意事项：

管轴水平位置±45°范围内安装传感器；接地主机壳体。