外夹式或者管段式超声波流量仪表是以“速度差法”为原理，测量圆管内液体流量的仪表。它采用了多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，使流量仪表更能适应工业现场的环境，计量更方便、经济、准确。可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。

中文名 超声波流量计 
外文名 Ultrasonic flowmeter 
连接方式 管道式、外夹式、插入式
介绍
定义
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。
原理
根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。
超声流量计和超声波流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，它是发展迅速的一类流量计之一。
超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q

优缺点
优点
超声波流量计是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。


缺点
现今所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。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路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3数量级．若要求测量流速的准确度为1%，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。
超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。
超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

特点功能

特点
◆独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。
◆无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。
◆电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。
◆智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。
◆管段式小管径测量经济又方便，测量精度高。
外夹式超声波流量计AFTU-2W的技术参数如下：
安装方式：挂墙式
流速范围：0~5m/s
准确度：测量值的±1%
重复性：0.2%
键盘：16（4×4）轻触按键
显示屏：20×2点阵字符背光液晶显示
电源：10~36VDC/1Amax
外壳材质：PC/ABS塑料
防护等级：IP65
环境温度：-10℃~+50℃
输出：频率输出0-5kHz，OCT方式：4-20mA输出
通讯：RS-485通讯接口，支持Modbus协议
特点：
可做非接触式测量
无流动阻挠测量,无压力损失
可测量非导电性液体
量程比宽，用途广泛
多种功能主机，携带方便
功能
下载测量值/记录, 图形显示, 格式转换操作系统: WindowsTM ；过程输出(可选)输出与主设备电隔离输出组数视输出类型而定. 电流范围: (0/4-20) mA精度: 0.1%读数± 15μA有源输出: Rext < 500??无源输出: Uext < 24V, Rext < 1k??电压范围: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV0~10V: 0.1%读数± 10mV仪表阻抗: Ri = 500??频率范围: 0~1kHz或0~10kHz集电极开路: 24 V/4mA开关量集电极开路: 24 V/4mA干簧继电器: 48 V/0.1A功能,如状态输出: 上下限, 符号变化或出错脉冲输出: 值: (0.01~1000)units宽度: (80~1000)ms过程输入(可选)输入与主设备电隔离, 最多4组输入.温度类型: Pt100, 四线制范围: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%读数)电流范围: 有源: (0~20)mA无源: (-20~20)mA精度: 0.1%读数± 10 A有源输入: Ri = 50??无源输入: Uext < 24V, Rext < 1k??电压范围: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV0~10V: 0.1%读数± 10mV仪表阻抗: Ri= 1M夹装式探头
适用口径: DN6-DN6500适用温度: -30 to 400℃ (适用防爆区).测厚探头（可选）测量范围: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm线性度: 0.1 mm标准型: -20℃ to +60℃高温型: 0℃ to +200℃短时间可达+540℃应用领域

应用
概况
传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;
气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;
环境
多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

注意事项

序号	主要应用领域	检测项目	应用仪表
1	环保	市政污水测量	多普勒超声波流量计 非满管超声波流量计
工厂污水排放监测	多普勒超声波流量计 非满管超声波流量计
2	油田	原油生产流量测量	多普勒超声波流量计
固井泥浆流量测量	多普勒超声波流量计
油田含油污水流量测量	多普勒超声波流量计 非满管超声波流量计
油井注水量流量测量	时差式超声波流量计
3	水务公司	江、河、水库原水测量	时差式超声波流量计
自来水流量测量	时差式超声波流量计
4	石油化工	石化产品工艺流检测	时差式超声波流量计
工业循环水流量测量	时差式超声波流量计 多普勒超声波流量计
5	冶金	工业循环水流量测量	时差式超声波流量计 多普勒超声波流量计
生产过程耗水量测量	时差式超声波流量计
选矿矿浆流量测量	多普勒超声波流量计
6	矿山	矿井排水流量测量	多普勒超声波流量计
选矿矿浆流量测量	多普勒超声波流量计
7	铝厂	生产过程耗水量测量	时差式超声波流量计
铝酸钠等工艺流流量测控	多普勒超声波流量计
8	造纸	纸浆流量测量	多普勒超声波流量计
生产过程耗水量测量	时差式超声波流量计
9	制药厂	化学药品流量测量	时差式超声波流量计 多普勒超声波流量计
生产过程耗水量测量	时差式超声波流量计
10	发电厂、热电厂	生产过程耗水量测量	时差式超声波流量计
冷却循环水流量测量	时差式超声波流量计
发电机组线圈冷却水流量测量	时差式超声波流量计 （超小管径）
11	食品	果汁流量测量	多普勒超声波流量计
奶液流量测量	多普勒超声波流量计

参数介绍

性 能	参 数
测量液体	充满被测管道的水、污水及其它均质液体，悬浮物含量小于10g/L，粒径小于1mm。
准确度	±1.0%
流速范围	±0.01m/s~±12.0m/s
管径范围	DN300mm~DN2000mm
传感器材质	钢或不锈钢
传感器承压能力	管径300~600mm，压力不超过2MPa；管径700~2000mm，压力不超过1MPa
转换器	环境温度：-10℃~+45℃；湿度≤85%(RH) （特殊环境订货时说明）
	壁挂式	盘装式	一体式
防护等级	IP65	IP51	IP65
传感器	防护等级：IP68	常温型	高温型	低温型
工作温度	0~50℃	0~150℃	-20~0℃
电 缆	采用双芯带屏蔽高频电缆，工作温度-40~+70℃
信号输出	模拟量：4~20mA或0~20mA或0~10mA软件可选；负载能力小于600Ω
开关量：累计流量脉冲输出，闭合3ms，周期6ms，传输距离小于500m
串行口：RS-485，传输速率4800bit/s,传输距离小于1200m
键 盘	1×3按键
显示器	2×16位背光液晶字符显示器
显示内容	同屏显示瞬时流量：-99999.99~+99999.99m3/h 累计流量： -19999999.99~+19999999.99m3，键控显示累计运行时间
数据存储	累计流量、累计运行时间及各项设置参数，掉电后数据可保存100年
工作电源	AC 220V ±15%，50Hz 功率<10W (DC 5~36V、1A，定货时提出)
电缆长度	传感器到转换器的布线距离，10m、20m、30m……300m可选

外型尺寸

内径（mm） DN	安装长度（mm） L	法兰尺寸（mm）	重 量 （Kg）	额定压力 （MPa）
D	Do	N×A
300	412	485	0	12×26	1	6
350	447	535	0	12×30	9
400	481	600	0	16×30	102
450	516	635	0	16×33	114
500	552	700	0	20×33	148
600	621	815	5	20×36	212
700	692	915	850	24×36	336	0
800	759	1046	970	24×40	500
1000	894	1288	1200	28×44	821
1200	1030	1522	1434	32×44	1303
1400	1164	1778	1670	32×48	1914
1600	1298	1982	1874	36×48	2442
1800	1432	2236	2114	36×52	3411
2000	1566	2446	2324	40×52	4262

测量原理

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式
其中
θ为声束与液体流动方向的夹角
M 为声束在液体的直线传播次数
D 为管道内径
Tup 为声束在正方向上的传播时间
Tdown为声束在逆方向上的传播时间
ΔT=Tup –Tdown
设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时（即顺流方向），其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则
t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)
由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>u,因此两者的时间差为 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。
相差法
如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，则在顺流和逆流发射时所接收到的信号之间便要产生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc
式中，w为超声波角频率。当测得▽O时即可求出u,进而求得流量Q。此法用测量相位差▽O代替了测量微小的时差▽t，有利于提高测量精度。但存在者声速c对测量结果的影响。
频差法
为了消除声速c的影响，常采用频差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超声波的频率之差为▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L
由此可知，只要测得▽f就可求得流量Q，并且此法与声速无关。超声波技术及其应用一、没测量水位概况
水电站多采用浮子式液位计或投入式液位计来进行水位测量。其缺点为：测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动和传感器堵塞导致测不准；维护工作量大，安装、调试不便，采集到的仅是模拟告警信号，不能直接进入电厂计算机监控系统。对无人值班电厂不实用。
通过对拦污栅水位测量系统进行了反复对比，优化得出最后的方案设计，采用超声波液位计对栅前、栅后水位进行实时准确监测，超声波液位计用PLC对采集量进行处理。并且把实时水位和压差数据送到中控室，超声波液位计显示和越限报警。超声波液位计同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机通信报文，最终将采集量送到电厂计算机监控系统上位机。
该项目实施后不仅满足栏污栅栅前、栅后水位及压差的多点实时监测，及报警功能，而且结束了拦污栅测量系统独立工作，无法与电厂计算机监控系统通讯的局面。实现与闸门系统的监视功能、控制功能以及故障时ON-CALL寻呼系统功能的集成。满足了无人值班电站的需要。该技术在云南省电力系统还是第一家。
超声波液位计测量水位的原理以及安装要求
超声波液位计工作时，高频脉冲声波由换能器（探头）发出，遇被测物体（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一换能器（探头）接收，转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间（声波的运动时间）与换能器到物体表面的距离成正比，声波传输的距离S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=　CⅩT/2
例如：声速C=344m/s，传输时间为50ms，即可算出传输的距离为17.2m，测定距离为8.6m。
三．可编程超声波式拦污栅水位测量系统在田坝电站应用产生的效果
用超声波液位计测量大坝水位在当今国内尚不普遍，技术上尚无经验可以借鉴。在这样的情况下，我们充分利用PLC与超声波液位计这一领域的技术，按照总体规划，长远考虑，一次到位，避免重复改造，重复投资的这一原则，对该项目进行自行设计，全面顺利地完成了这一课题。在该领域取得了较有价值的经验。为目前我国国内水电站实现对大坝水位监测系统提供了一个可以借鉴的范例。

原理

超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种
非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。
众所周知，工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。
另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。

分类

●插入式超声流量计：可不停产安装和维护。采用陶瓷传感器，使用专用钻孔装置进行不停产安装。一般为单声道测量，为了提高测量准确度，可选择三声道。
●管段式超声流量计：需切开管路安装，但以后的维护可不停产。可选择单声道或三声道传感器。
●外夹式超声流量计：能够完成固定和移动测量。采用专用耦合剂（室温固化的硅橡胶或高温长链聚合油脂）安装，安装时不损坏管路。
●便携式超声流量计：便携使用，内置可充电锂电池，适合移动测量，配接磁性传感器。
1、非接触式测量方式、体积小、携带方便
2、适用于现场测量各种尺寸管道导声介质
3、内置镍氢充电电池工作时间达20小时以上
4、用户界面灵活，使用简单
5、智能型现场打印功能，保证流量数据的完整
6、配备一体式铝合金防护箱，可在野外恶劣环境中使用
● 手持式超声流量计：体积小，重量轻，内置可充电锂电池，手持使用，配接磁性传感器。
● 防爆型超声流量计：用于爆炸性环境液体流量测量，为防爆兼本安型。即转换器为防爆型，传感器为本质安全型。

安装介绍

图纸分解

包括：测量流动通道6，被测量的流体通过其中流动；超声波换能器8和9，分别设置在沿测量流动通道6彼此相对的上游端和下游端；上游孔眼11和下游孔眼12，用于使超声波换能器8和9暴露于该测量流动通道6；第一流体抑制器15，至少邻近下游孔眼12，用于减少被测量的流体流入孔眼12；第二流体抑制器16，被设置在测量流动通道6的上游端并相对于孔眼11和12，用于减少被测量的流体流入孔眼11和12；测量控制部件19，用于测量超声波换能器8和9之间的超声波的传播时间；及计算部件20，用于根据该测量控制部件19的信号计算流量。为下游孔眼12设置的第一流体抑制器15包括具有至少一个超声波传输孔22的孔眼密封部件21。因此，有可能稳定超声波换能器之间的流体，以便增强超声波的接收水平，从而提高测量精度和对流量测量的上限值，并减少对于超声波换能器的驱动输入。

常见问题

发展

流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。 我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口。 流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。
关于使用超声波流量计的几点体会
流量计有对角和反射两种模式，当反射模式测不出时用对角模式可能能测出，以至于后来我们一直用反射模式。
流量计对管道要求比较高，保温层一定要刮掉一部分，否则无法测量。我们测空调水系统时用刀把保温层割下一块以防止传感器，测完后再把割下的保温层粘上。管道表面尽量光亮，太粗燥的话还得用砂纸打磨。
当管道内流体为非满管流时很难测出，所以测量位置应尽量选直管段，远离弯头、阀门等地方。
流量计读数的真实性是依赖于信号强度的，信号太低时结果基本不可信，一般要60%以上甚至更到。
由于读数可能会变化很大，我们采取的做法是让流量计连续读数，比如连续记录一分钟的读数，然后取平均值。
测量热水管路比冷水管路难。因为热水管壁面温度高，耦合剂在高温时容易化。除了产品自带耦合剂外，我们都尝试过牙膏。
总结超声波流量计在测量准确度和精度还有待提高
便携式超声波流量计的技术参数如下：测量原理:时差相关原理流速: 0.01~25 m/s分辨率: 0.025 cm/s重复性: 0.15%读数，视应用而定精度:(流场充分发展且 径向对称)体积流量: ± 1%读数，视应用而定 ± 0.5%读数，经过标定流速: ± 0.5%读数，视应用而定可测介质: 所有导声流体, 且气泡或固体颗粒的体积含量<10%
便携式超声波流量计主机外壳重量: ~ 3.9kg防护等级: IP54 (根据EN60529)材质:铝合金，粉末涂层尺寸: (270 x 100 x 180)mm (WxHx D)(不含把手)通道: 2危险区: Zone 2电源: 充电电池(6V/4Ah); 外接电源(100 ~ 240)VAC电池工作时间: >10h显示: 2 x 16 字符, 点阵, 带背光工作温度: -10 ~ 60℃功耗: < 15W信号平均: (0 ~ 100)s, 可调测量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)响应时间: 1s (1通道), 70ms可选.
便携式超声波流量计测量功能
技术优势（与其他原理相比）
不受电率、压力、温度以及粘度的影响，
与介质不接触，尤其适用于腐蚀性介质的测量
安装简单，费用低
可在现有管道上安装，无需切断工艺管道
无挠流件，无需缩径
无泄漏
成本低