摘 要：介绍了外夹式超声波流量计的设计原理，在工业现场中得测试应用。
众所周知，目前的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，如造价提高、能损加大、安装不便等。超声波流量计可避免上述问题，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，被认为是较好的大管径流量测量仪表。
1超声波流量计原理
人耳能够感知的声音频率范围是 20 Hz～20 kHz，即声波，小于 20 Hz时称为次声波，大于 20 kHz时称为超声波。超声波流量计使用频率范围一般液体为 1 MHz～10 MHz，气体为 50 kHz～500 kHz，可测介质包括水、柴油、空气、氢气等等。
1.1 超声波流量计的测量原理
超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理是：测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量。多普勒法的基本原理则是：应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。最典型的超声波流量计原理为时差法。
1.2 时差法测量原理
时差法测量流体流量的原理如图 1 所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点，测量它的顺流传播时间 tdn和逆流传播时间 tup的差值，从而计算流体流动的速度和流量。
管段，以保障流体速度分布的稳定，水平安装确保精度，因为现场管路上部和下部往往夹杂有气泡与沉淀。
3 外夹式与管道式超声波流量计差别和解决办法
（1）现场安装误差影响，如两探头间距、两探头角度。需要按照说明正确安装。
（2）管道参数影响，如管径、壁厚、管材、涂层。需要实测。
（3）夹具影响，如松动、位移、尺寸不匹配。需要选用适合的夹具。
（4）耦合剂影响，如温度、环境、气候。需要使用高温耦合剂（200℃）、导波器或固态耦合片。
（5）声道影响，如只有过直径声道、角度小。需要夹装管道标定。
4 外夹式超声流量计最新进展
随着超声波流量计的发展，其可测的介质种类越来越多，可测条件也越来越复杂，比如可测 - 200℃～400℃的气体，50%石灰水、70%水煤浆、70%铜矿矿浆、50%～55%金铜矿矿浆、50%磁选尾矿矿浆、35%PVC 浆液、纸浆（白液，黑液）等多相流。在性能上也不断提高，如 70ms 的快速响应、小至 6mm的管径、50mm的厚壁、0.5%甚至更高的准确度等等。
总之，超声波流量计有着卓越的测试性能和现场适应能力，是一种值得推广的流量计。
参考文献
[1] 廖志敏，熊珊.超声波流量计的研究和应用[J].管道计术与设备，2004.
[2] 冒艳，范秀华.梯形渠道多声道超声波测流数学模型及计算方法[J].武汉水利水电大学学报，1997（1）.
本文作者：翟鹏程
