通过检测流体流动时对超声波脉冲的作用，以测量流体体积流量的仪表称为超声波流量计。按测量原理分，它有传播时间法和多普勒频移法两种类型，其中传播时间法又分为时间差法、相位差法、频率差法3种。目前，绝大多数采用时间差法，相位差法已不使用，频率差法用得也很少。烟气流量测量中使用的超声波流量计均采用时间差法。
时差法超声波流量计的测量原理是：超声波在流体中的传播速度，顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播的时间差与流速成正比。测得发射器和接收器在两个方向的传播时间差即可求得流速。图4.9是时差法超声波流量计测量原理示意图。
图4.9 时差法超声波流量计测量原理示意图
如图4.9所示，超声波在顺流方向的传播时间t1为：
超声波在逆流方向的传播时间t2为：
式中 D——管道内径；
L——超声波声程，L=D/sinθ；
c——静止流体中的声速；
v——管道内流体流速；
vP——流体流速v在声道方向上的速度分量，vP=v cosθ；
θ——超声波传播方向和流体流动方向的夹角。
由式（4.7）、式（4.8）可得：
由式（4.9）、式（4.10）可得：
由于θ=45°，2θ=90°，所以sin 2θ=1，则式（4.12）可化为：
式（4.13）就是时差法超声波流量计测量流体流速的公式。
声音在被测介质中的传播速度和被测介质的温度、压力有关。温度越高，压力越大，声音传播得越快，反之则越慢。其中声速受温度的影响较大，且声速的温度系数不是常数。目前的超声波流量计产品都具有实时温度、压力自动补偿功能，当被测流体的温度、压力变化时，对流量计的指示影响很小，故可以看作对测量示值没有影响。(www.xing528.com)
（2）超声换能器
超声波流量计的传感器称为超声换能器。它主要由传感元件、声楔等组成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器利用压电材料的逆压电效应，将电路产生的发射信号加到压电晶片上，使其产生振动，发出超声波，所以是电能和声能的转换器件。接收换能器利用的是压电效应，将接收到的声波，经压电晶片转换为电能，所以是声能和电能的转换器件。发射换能器和接收换能器是可逆的，即同一换能器，既可以作发射用，也可以作接收用，由控制系统的开关脉冲来实现。
超声波换能器的安装方式有夹装式安装和湿式安装两种。夹装式安装是指用夹装件把换能器固定在测量管道的外壁上，测量时声波透过管壁传到被测气体。湿式安装是指换能器直接和介质接触，所以也称直射式安装。这种安装方式的换能器通常和一段短管制成一体，短管的两端有法兰，安装时通过法兰和测量管道连接。湿式安装也指在测量管道上开孔，将换能器直接穿插在孔内。对不好开孔的混凝土管道（如垂直烟筒），可将换能器固定在管道内壁上，其信号通过电缆引至管道外。
测量烟气流量时应采用湿式安装，而不能采用夹装式安装。因为固体管道和被测气体的密度相差太大，声波在管道壁中的传播速度远大于气体中的传播速度，声波经过管壁折射后，已无法满足测量要求。所以，测量气体流量时不能采用夹装式超声波流量计。
（3）探头式超声波流量计
在烟气流量的测量中，除经典的超声波流量计，需要在烟道上按45°开两个孔外；另外一种是内置探头式超声波流量计，只需在烟道上按45°开一个孔。其结构和安装见图4.10及图4.11。
图4.10 探头式超声波流量计结构图
R—烟道半径；r1—烟道中心至第一个换能器的距离；r2—烟道中心至第二个换能器的距离
图4.11 探头式超声波流量计安装示意图
探头式超声波流量计的两个超声换能器固定在一个支撑臂上，此支撑臂不阻挡检测气流，安装方式与外装式相同，与烟道气流成45°。与外装式相比，具有价格低，安装简单，清洁方便，不需要反吹装置等优点，在烟气流量测量中有较好的应用前景。探头式超声波流量计仅能测得烟道内某一点的流速，须根据烟气流速分布通过计算求得烟道内的平均流速。
以Sick Maihak公司FLOWSIC107内置探头式超声波流量计为例，其主要性能指标如下：
•测量范围：0～40 m/s。
•测量精度：＜±0.2 m/s。
•烟气温度：0～220℃。
•烟气压力：-900～+2 000 mbar。
•声程长度：0.3 m。
•探头安装角度：45°。
•供电：180～240 VAC。
•输出信号：4～20 mA，继电器接点，RS232或RS422。
•吹扫空气：不需要。
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