馬克森流量計(jì)是典型的頻差法超聲波流量計(jì)。液體測(cè)量基本誤差為±0.5%?±5%,重復(fù)性為0.1% ?0.3%；氣體測(cè)量基本誤差為±0.5%?±3%,重復(fù)性為0.2%?0.4%，高精度儀表均為多聲道儀表。管道外夾裝換能器或在現(xiàn)場(chǎng)管道固定安裝換能器的儀表精度，要通過(guò)標(biāo)定計(jì)算接入現(xiàn)場(chǎng)管道流通面積和傳播距離長(zhǎng)度測(cè)量誤差，夾裝在管道的不確定性，聲耦合變化等因素，要降低些。若安裝調(diào)試不細(xì)致，測(cè)量精度有可能會(huì)低到5%，甚至更低。測(cè)量精度還取決于聲道數(shù)設(shè)置及布置位置。

馬克森流量計(jì)是典型的頻差法超聲波流量計(jì)。由頻差法順流、逆流循環(huán)脈沖頻率差公式△f=2v/L和流速公式v=L△f/2可知，當(dāng)兩個(gè)超聲波換能器安裝位置固定以后，測(cè)出頻率差就可得到流速，并且此法與聲速無(wú)關(guān)。

當(dāng)超聲波脈沖從發(fā)射換能器1(發(fā)射換能器2)發(fā)出，經(jīng)順流方向發(fā)射超聲波的傳播時(shí)間t1(逆流方向發(fā)射超聲波的傳播時(shí)間 t2)后，被接收換能器1(接收換能器2)接收。接收到的信號(hào)經(jīng)放大后又觸發(fā)發(fā)射換能器1(發(fā)射換能器2)，使發(fā)射換能器1(發(fā)射換能器2)發(fā)出另一脈沖。這樣脈沖由發(fā)射換能器、管壁、流體、接收換能器、放大器再回到發(fā)射器，如此循環(huán)，形成脈沖循環(huán)的兩組方式。這種方式的超聲波流量計(jì)精度在2級(jí)以內(nèi)，測(cè)量范圍是最小流量的20倍。

由于馬克森流量計(jì)中兩組循環(huán)頻率相互干擾較大，工作不穩(wěn)定，一般采用一組（鳴環(huán)）循環(huán)頻率方式，如圖所示，也叫單聲道超聲波流量計(jì)，它是通過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在一定時(shí)間間隔內(nèi)使一對(duì)換能器交替逆轉(zhuǎn)作為接收器和發(fā)射器使用。分別把對(duì)應(yīng)的順流和逆流循環(huán)頻率用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而獲得頻率差△f。頻率差 △f很小，直接測(cè)量時(shí)誤差會(huì)較大，所以必須采用倍頻技術(shù)。由于換能器（生產(chǎn)廠家稱其為探頭）安裝在管道外壁，不直接接觸流體，這樣就要求一對(duì)換能器的安裝角度和間隔距離一定要得當(dāng)。

對(duì)換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選用Z法（透過(guò)法）；當(dāng)流動(dòng)方向與管軸不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時(shí)，采用V法（發(fā)射法）或X法(交叉法）。當(dāng)流場(chǎng)分布不均勻而表前直管段又短時(shí)，也可采用多聲道（如雙聲道或四聲道）來(lái)克服流速擾動(dòng)帶來(lái)的流量測(cè)量誤差。

換能器中的壓電晶體元件把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波輻射出去，它經(jīng)過(guò)聲楔穿過(guò)管壁再射入流體。為提高測(cè)量精度，要求超聲波能量越大，傳播時(shí)間越長(zhǎng)越好。這樣就要選擇透射系數(shù)接近1的材料制造聲楔，而且要選擇合適的形狀使超聲波進(jìn)入流體的入射角Q3盡量大，以使聲程L3長(zhǎng)些。為了防止波的干擾，建立穩(wěn)定的循環(huán)，聲楔安裝角應(yīng)使發(fā)出的超聲波射在管壁上時(shí)，只激發(fā)橫波，縱波則全反射。這是因?yàn)槌暡ㄔ谒械耐高^(guò)率橫波比縱波高，而且橫波向水中的折射角也可以取得大些，這樣利于提高儀表的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。

超聲波在管道內(nèi)的聲程L3越長(zhǎng)，測(cè)量精度越高；聲楔從方便機(jī)械加工考慮取Q1≈45°；采用頻差法超聲波流量計(jì)測(cè)量大管徑流量的精度優(yōu)于小管徑。

為了使接收換能器獲得最強(qiáng)的聲信號(hào)，以提高測(cè)量精度，就要準(zhǔn)確選擇兩個(gè)聲楔間的距離。該距離的最佳長(zhǎng)度等于超聲波在管壁內(nèi)及流體中的聲程在管道軸線上的投影之和，稱為軸向距離h，如圖所示。

管壁內(nèi)聲程在軸線上的投影h2由管壁厚度δ及超聲波進(jìn)入管壁的入射角Q2決定，即h2=δtanQ2；

超聲波在流體中的聲程在管道軸線上的投影h3，取決于管道內(nèi)徑D及超聲波進(jìn)入流體中的入射角Q3，即h3=DtanQ3。

兩個(gè)換能器安裝距離為：

h=2h2+h3=2δtanQ2+ DtanQ3

確定倍頻M值時(shí)，要考慮滿足測(cè)量精度的要求，也有考慮儀器的計(jì)數(shù)器容量及倍頻系統(tǒng)中分頻電路的可取性。

倍頻數(shù)M的選擇應(yīng)滿足：?

1/（0.01τ△f?。?/span><M<2^n/（τ△f大）

式中△f小——以最低流速計(jì)算出的頻率差（Hz）；

τ——對(duì)順循（或逆循）的取樣時(shí)間（s）；

△f大——最高流速相應(yīng)的頻率差（Hz）；

2^n——采用二進(jìn)制雙穩(wěn)電路計(jì)數(shù)器可逆容量為2^n個(gè)脈沖；n為計(jì)數(shù)器雙穩(wěn)電路的數(shù)目。

實(shí)際上，M值的選擇首先由流量下限和測(cè)量精度決定，在滿足該要求后再考慮最接近的計(jì)數(shù)器容量，最后確定M，以便電路得到充分利用。

超聲波流量計(jì)直接顯示的是通過(guò)管道的流量，一般用kg或t表示。頻差法超聲波流量計(jì)可逆計(jì)數(shù)器算出的是脈沖數(shù)M△f，還需換算，這就引出了以脈沖數(shù)/kg (t)的儀表常數(shù)K：

K=M△fτ/（qtT）

式中qt——時(shí)間T內(nèi)平均瞬時(shí)流量，（kg/s或t/s)；

T——取數(shù)周期（s），對(duì)頻差法超聲波流量計(jì)每隔時(shí)間T取出一組頻差數(shù)；

M——倍頻數(shù)；

τ——對(duì)順、逆循環(huán)脈沖的取樣時(shí)間（s)；

M△f——每隔時(shí)間T取出的一組頻差數(shù)。

頻差法超聲波流量計(jì)的測(cè)量電路主要由電源、控制系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、倍頻系統(tǒng)、瞬時(shí)流量顯示系統(tǒng)、累積流量顯示系統(tǒng)組成。

控制系統(tǒng)由石英體制成的振蕩器、分頻電路和門電路等組成，以固定的時(shí)間順序給各部分提供控制脈沖，使儀表各部分協(xié)調(diào)工作。

循環(huán)系統(tǒng)由聲學(xué)系統(tǒng)即發(fā)射換能器-管壁-流體-管壁-接收換能器以及發(fā)射、接收、放大、整形、收發(fā)、轉(zhuǎn)換電路組成。一般測(cè)量大管徑的流體流量，發(fā)射超聲波的頻率取低些，小管徑則取髙些。壓電晶片固有振蕩頻率為發(fā)射頻率，常用0.4MHz或 1.0MHz。放大電路是一個(gè)寬頻放大器，增益不太高，但必須穩(wěn)定可靠。

倍頻電路是為了提高儀表的測(cè)量精度，減少信號(hào)檢測(cè)時(shí)間而設(shè)置的電路。倍頻系數(shù)M的穩(wěn)定性直接影響整機(jī)的測(cè)量精度，為保證M的穩(wěn)定性，必須采用倍頻電路。

瞬時(shí)流量顯示系統(tǒng)由倍頻系統(tǒng)輸出倍頻后的頻率Mf+及Mf- 通過(guò)門電路送入可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行差值運(yùn)算，求出頻差M△f。再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流，供流量瞬時(shí)值顯示或信號(hào)遠(yuǎn)傳。

累計(jì)流量顯示系統(tǒng)是把瞬時(shí)流量相應(yīng)的電壓或電流值，經(jīng)電壓或電流一頻率轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率，并將此頻率除以儀表參數(shù)，所得的頻率進(jìn)行累加得出累計(jì)流W，并以數(shù)字顯示。