超声波流量计可用于测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量,对流体温度、粘度、密度等因素不敏感,灵敏度高,安装维护方便,通用性好。目前,其应用领域已涉及工业、农业、水利和污水处理等行业。
超声波在流体中传播流体的流量信息,可以通过接收到的超声波检测到流体的流量信息,然后转换为流量。根据信号检测原理,超声波流量计可分为传输速度差法、多普勒法、波束偏移法、空间滤波法、噪声法等类型。传输速度差法是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时的速度差,以反映流体流量,从而测量流量。多普勒法是利用超声波的多普勒效应测量顺水流和逆水流的频率差来反映流体流量,从而测量流量。传输速度差法还包括时差法、相位差法、直接时差法等。一般来说,当被测流体中不含大浓度悬浮颗粒时,采用时差法;当被测流体中悬浮颗粒较多时,采用多普勒法。水电站一般需要在引水隧道、机组蜗壳前的压力钢管等部位安装超声波流量计,这些部位的水质相对较广。
根据超声波在管道中的反射次数,夹式超声波流量计可分为Z型、V型、N型等安装方式。对于Z型安装的超声波流量计,超声波直接传输到管道中,无折射,信号衰减小。建议优先安装Z型,管径超过300mm。V型安装的超声波流量计的超声波束在管道中反射一次,穿过流体两次;N型安装的超声波流量计的超声波束在管道中反射两次,穿过流体三次。由于超声波传播时间越长,测量精度越高,在测量小直径管道中的流体流量时,可采用多次反射的方法,增加超声波的传播路径,从而增加其传播时间,提高超声波流量计的测量精度。但是,每次反射都会导致超声波信号的衰减,因此传播次数不宜过多。因此,V型安装比V型安装更常用。