2.1　超声波法测量的基本原理

2.1　超声波法测量的基本原理

超声波测量原理是基于声波的传播信号与水流的流动速度的叠加，声波从下游往上游传播的绝对速度低于从上游往下游的绝对速度，见图1。通过测量两个传感器之间的距离，流道上的水流平均速度就可以被推算出来。

有两种方法用来测量传播时间，这两种方法略有差别：第一种方法直接测量两个传感器之间来回两条声路的传播时间；第二种方法是对上下游两个传感器同时传送的信号分别接收的时间进行测量。

超声波是沿着与水流成夹角的斜线从上下游两个传感器之间传播的，声波以较高速度顺水而下，又以较低速度逆水而上。

设声波的速度为C，水流的速度为V，声路长L，声波与水流之间的夹角为θ。

声波从上游传到下游的时间为：

图1　超声波测量原理示意图

声波从下游传到上游的时间为：

传播时间差和平均值分别为：

设管子断面积为F，则流量Q为：

由于超声波本身的特点，决定了超声波测流具有以下优点：

（1）以测量线上各点速度代替测孤立几个点的速度，测量精度高。

（2）超声波流量计的传感器只安装于钢管壁外或壁内，拆装方便。

（3）不破坏流场。由于内贴式传感器在测试断面上所占面积比例极小，外贴式传感器与流体不相接触，故不影响流场，几乎没有附加水头损失。

（4）无机械可动部件，没有惯性，瞬时响应快，能测瞬态流量。

（5）可实现数据的自动采集，进行在线测量，在显示屏上直接显示流量值。

（6）测量工作量及费用与管径关系不大，用于大管径非常经济。图2显示超声波法与其他两种方法的经济性比较，管子直径越大，测量越经济。