超声波流量计的结构形式    
    1．构成
    流量计主要由流量计表体、超声波换能器及其安装部件和信号处理单元组成。对于现场插入式和外夹式流量计，安装换能器处的管道可做表体使用。插入式流量计的换能器直接与被测流体接触，外夹式流量计的换能器紧密安装在管道壁外。
    2．形式
    流量计按换能器安装方式可分为插入式和外夹式两种形式。插入式流量计根据换能器的数量不同，分为单声道流量计，双声道流量计和多声道流量计。
    流量计的输出方式有脉冲输出、模拟量输出和数字通讯输出等。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，采用适当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人流体中传播，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，需把元件固定入声道中，构成换能器整体（又称探头）。
    超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。
    根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法（包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法）波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差法又分为：Z法（透过法）、V法（反射法）、X法（交叉法）等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度、浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器件价格贵，线路比较复杂。噪声法（听音法）是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。
    以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质。流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中介质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z法；当流动方向与管轴不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道（例如双声道或四声道）来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、煤水混合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展，都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。
    （三）计量性能要求
    表2 -10为推荐的准确度等级系列，如采用非表中所列准确度等级，需在流量计产品说明书中及流量计铭牌上明示。流量计在q1≤q；的流量范围内，其最大允许误差应符合表10的规定，在q。i。≤q<吼的流量范围内，最大允许误差不超过表中规定的最大允许误差的2倍。并且，对气体流量计，qf对应的流速应不大于3m/s；对液体流量计，qt对应的流速应不大于0. 3m／s。表2 -10准确度等级

    (1)流量计系数调整
    连续两次检定之间流量计系数的调整量应不超过准确度等级所对应的最大允许误差的2倍。如超过，可降低该流量计的准确度等级直至满足要求，或按检定不合格处理。
    (2)重复性
    流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差绝对值的1/3。
    (3)双向测量的流量计两个测量方向应分别进行检定。
    (4)外夹式流量计应对每对探头分别检定，并尽量在与使用管径相同的管径下进行检定。如使用管径与检定管径之比大于2或小于1／2，使用时流量计应增加一个0. 5%的附加
误差。
    （四）用途
    时间差法流量计用于单相液体或气体的流量测量，多普勒流量计主要用于污水流量测量   
    （五）换能器信号传播与接收
    在超声流量计中通常采用压电陶瓷材料做为换能器，它具有高声阻，而气体的声阻是低的，因此对于陶瓷换能器向气体输送能量阻挠匹配是很困难的，至少工作过程是低效率的。接收信号的特性还与声束传播顺流或逆流有关，各类流量计解决此问题采取不同的方案。传统的方法是应用很低密度材料覆盖于压电陶瓷材料换能器的表面，以达到不同阻挠的匹配。此覆盖层应稳定，应用此技术除耦合外还可以改善结构问题。为了降低换能器的振响，可附加一个吸收衬垫，通常此类换能器的频率范围为140kHz到180kHz。聚氟乙烯(PVDF)膜具有低声阻特性，它在伸张和支撑时有压电性质，可以做为发射器，亦可做为接收器的可逆工作方式。其缺点是对温度敏感．因此其电子线路的增益需要随时改变以适应它。换能器的一个工作难题是换能器需面临灰尘，在所有网状系统中皆有一些灰尘，但在陈旧系统可能存在所谓尘暴。灰尘主要由氧化铁和二氧化硅组成，当速度分布变化或其他扰动时气流就积聚它，它对换能器的机械磨损以及丧失线性特性等方面有很大关系。
    对于流量计低流量时的准确度，换能器的线性度很重要，非线性特性甚至在无流量时可能引起两方向的计时差别，结果实际上无流量却出现流量显示，因此换能器需要良好的线性度。灰尘附着于线性换能器的表面，可能使换能器具有不同的振幅而产生非线性。
    常用安装方法：
    (1)平行双声道Z法（即一侧换能器斜方向发射声波到对面一侧换能器接收）
    (2)双声V法反射，其特点是发射换能器发射声束散射至对面一侧换能器接收，布置于弦位置上。
    (3)单声道V法（即发射声波经对面管壁反射到同侧另一换能器接收）传播方式。
    (4)四声道组合传播声波，两个声道是V法反射布置，为流量测量的基本信号；另两个声道之一的声束是按直径途径传播，之二的声束是按；角形反射途径传播，作为流速分布修正的辅助信号