超声波流量计技术概述——多普勒法

  现代测量技术中，随着测量介质的多样化和复杂化，对于测量仪器的精度和可靠性要求越来越高。单一的时差式测量满足不了越来越复杂的工业状况，于是多普勒成为了另一种有效的解决方案。

  多普勒法超声波流量计由转换器、检测器、专用电缆组成，与传播时间法差法不同，是把超声发射器和超声接收器安装在测量管段流动方向的同一位置。 如右图，超声发射器发射出连续波到流体中时，超声波会碰到与流速v同速度的微小浮游物（悬浮物质或微小气泡）而被散射。用超声接收器将此散射后的超声波信号接收下来。由于发射信号频率f1受多普勒效应的影响，此时的接收信号f2的频率会发生变化，具体的公式可由下式表达：

                                                                  f2=f1*（c+v*cosβ）/(c-v*cosβ)                                           

式中的c为流体中的声速，由于c^2>>（v*cosβ）^2,上式也转变为：

f2=f1*（1+2v*cosβ/c）

将发射信号频率和接收信号频率之差作为多普勒频率Δf，则有：

Δf=f2-f1=f1*(2v*cosβ/c)

根据上式，可求得流速v：

v=Δf*c/(2cosβ*f1)

就是流速从与多普勒频率Δf成正比求得，再将测量流速v转换成平均流速。为此，需要有流量补偿系数k，把流速v，流量补偿系数k和水流截面积A进行运算，从而求得流量Q：

Q=kv*A

具体的k值由管道雷诺数Re的大小决定。（可参考超声波流量计技术概况——时间差法）

  多普勒式超声波流量计存在着它固有的其他流量计没有的优势，故得以发展和广泛推广。它可以有效测量高浊度的流体和连续含有微小气泡的流体,可以测量管径从6mm到2000mm，测量范围广，测量的流体速度范围则从几cm/s到约10m/s，可用于大部分原始污水、化工浆液、原油等的测量和处理。

  同时，由于多普勒式超声流量计的测量原理限制，测量的流体必须有约50mg/L以上的浊度，不能测量清洁的流体；但是流体如果混入太多的气泡时，往往会使测量产生不稳定和漏测；还有原理上是以流体中的固体颗粒或者气泡的流速来代替流体流速，他们是随机存在的，传声性能也有差别。这些原因都导致多普勒超声流量计的测量精度略差于时差式，一般等级为2.0级，即2%满量程误差（2%F.S.）。