多普勒超聲波流量計(jì)采用多普勒法測(cè)量原理，依據(jù)聲波中的多普勒效應(yīng)，檢測(cè)其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨著流體以同一速度運(yùn)動(dòng)的固體顆粒與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該固體顆粒可把入射的超聲波發(fā)射回接收器。入射聲波與發(fā)射聲波之間的頻率差就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的聲波的頻率頻移， 由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以通過(guò)測(cè)量頻率差就可以求得流速，進(jìn)而可以得到流體流量。

超聲波多普勒流量測(cè)量的一個(gè)必要條件是：被測(cè)流體介質(zhì)應(yīng)是含有一定數(shù)量能反射聲波的固體粒子或氣泡等的兩相介質(zhì)，這個(gè)工作條件實(shí)際上也是它的一大優(yōu)點(diǎn)，即這種流量測(cè)量方法適宜對(duì)于兩相流的測(cè)量，這是其他流量計(jì)（質(zhì)量流量計(jì)除外）難以解決的問(wèn)題。因此，作為一種極有前途的兩相流測(cè)量方法的流量計(jì)，超聲波多普勒流量測(cè)量方法目前正日益得到廣泛應(yīng)用。

多普勒超聲波流量計(jì)與其他超聲波流量計(jì)一樣，采用傳感器裝在管道外，管道內(nèi)無(wú)測(cè)量元件，所以無(wú)流動(dòng)壓力損失、不存在破壞流場(chǎng)，不受被測(cè)流體的狀態(tài)參數(shù)和物性參數(shù)等因素的影響， 響應(yīng)靈敏、分辨率髙，沒(méi)有零點(diǎn)漂移。維護(hù)、安裝時(shí)不影響生產(chǎn)。但是測(cè)量精度受流體中顆粒的大小、濃度、流動(dòng)狀態(tài)等因素的影響。

多普勒法測(cè)量從原理上講，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的許多顆粒都應(yīng)該會(huì)引起多普勒頻移，所以多普勒超聲波流量計(jì)流量的測(cè)量原理可以分為兩步探討：

多普勒超聲波流量計(jì)的發(fā)射換能器以Q角度向流體發(fā)射頻率為f1的連續(xù)聲波時(shí)，流體中的懸浮顆粒將聲波反射到接收換能器，因?yàn)閼腋☆w粒的運(yùn)動(dòng)，所以反射的超聲波將產(chǎn)生多普勒頻移△f，如果頻移后接收換能器收到的超聲波頻率為f2，超聲波在流體中速度為c，懸浮顆粒與流體速度相同都為v，則多普勒頻移見(jiàn)式，通過(guò)測(cè)量△f就可得到流速見(jiàn)式。

v=c△f/2f1cosQ

以上公式是按單個(gè)顆?？紤]時(shí)，測(cè)得的多普勒頻移和流體速度。

但是對(duì)于實(shí)際含有大量粒群的液體，則應(yīng)對(duì)所有頻移信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。超聲波多普勒流量計(jì)的換能器通常采用收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，如圖所示。

換能器接收到的反射信號(hào)只能是發(fā)生器和接收器的兩個(gè)指向性波束重疊區(qū)域內(nèi)顆粒的反射波，這個(gè)重疊區(qū)域稱為多普勒信號(hào)的信息窗。換能器所收到的信號(hào)就是由信息窗中所有流動(dòng)懸浮顆粒的反射波的疊加，即信息窗內(nèi)多普勒頻移為反射波疊加的平均值。平均多普勒頻移△f可以表示為：

△f(_) =∑Ni△fi/∑Ni（i= l, 2, 3, ???）

式中 △f(_)——信息窗內(nèi)所有反射粒子的多普勒頻移的平均值；

    ∑N_i——產(chǎn)生多普勒頻移△f_i的粒子數(shù)；

△f_i——任一個(gè)懸浮粒子產(chǎn)生的多普勒頻移。

這就說(shuō)明了，在照射域內(nèi)顆粒產(chǎn)生的散射波的合成應(yīng)該是接收換能器所接收的發(fā)射信號(hào)，在這種情況下當(dāng)流通截面積為A時(shí)，流體中的聲速C容易受到溫度的影響，設(shè)聲束在聲楔中速度為C₁，如圖所示，根據(jù)折射定律：

C/cosQ=C/sinQ3=C1/sinQ1=C1/cosQ2

由此可知，流量計(jì)測(cè)得的多普勒頻移信號(hào)僅反映了信息窗區(qū)域內(nèi)的流體速度，因此要求信息窗應(yīng)位于管內(nèi)接近平均流速的位置，才能使其測(cè)量反映管內(nèi)流體的平均流速。但是管內(nèi)平均流速區(qū)域的位置是一與雷諾數(shù)有關(guān)的函數(shù)，當(dāng)管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)Re發(fā)生變化時(shí)，其平均流速區(qū)域位置也將改變，而且一旦流量計(jì)安裝完畢，其多普勒信息窗位置就固定了，為了使測(cè)得的多普勒頻移信號(hào)△f能在不同雷諾數(shù)Re條件下均能正確地反映流量值，在流量計(jì)的計(jì)算公式中引入了流速修正系數(shù)K，流速修正系數(shù)K是雷諾數(shù)Re和信息窗位置的函數(shù)，用它來(lái)對(duì)因上述原因引起的測(cè)量誤差進(jìn)行修正。因此，超聲波多普勒流量計(jì)的實(shí)際流量計(jì)算式可以寫成：

q_v=AC₁△f(__)/（2KcosQ₂f₁）

多普勒超聲波流量計(jì)由換能器和信號(hào)處理、檢測(cè)、顯示兩大部分組成。

換能器的結(jié)構(gòu)與前面講到的頻差法換能器是一樣的，也是由晶體片和聲楔組成。超聲波流量計(jì)一般都采用兩種形式，一種方式是制成換能器帶測(cè)量管式的流量計(jì)，生產(chǎn)廠生產(chǎn)調(diào)校時(shí)就已保證了發(fā)射換能器與接收換能器的對(duì)稱性，使照射域處于管道的中心位置，由于測(cè)量管與聲楔的相對(duì)位置已調(diào)好，流量計(jì)只要直接安裝就可使用。而另一種收發(fā)一體結(jié)構(gòu)的超聲換能器，雖然接收換能器與發(fā)射換能器的相對(duì)位置也是固定的，但由于采用夾裝式換能器直接夾裝在管道上，就存在正確確定夾裝位置和調(diào)整的問(wèn)題。多普勒法超聲波流量計(jì)使用的折射式換能器與傳播時(shí)間法所用的夾裝式換能器的發(fā)射頻率等技術(shù)性能不同，不能混用，然而兩者適用管道條件是基本相同的，這里特別提醒大家要引起注意。

多普勒超聲波流量計(jì)的信號(hào)檢測(cè)方式主要是通過(guò)混頻或直接耦合獲得多普勒頻移這兩種方法?；祛l方式的多普勒頻移的零交叉頻率與照射域的平均流速?zèng)]有成正比,所以只有在照射域有限小時(shí)，才有測(cè)量的意義，即測(cè)量管道中心軸上的流速，因此使用這種測(cè)量方法時(shí)，應(yīng)該對(duì)管道內(nèi)流速的分布進(jìn)行修正來(lái)保證精度。直接耦合方式不采用混頻器，而利用直接耦合方式進(jìn)行拍頻同樣可獲得多普勒頻移信號(hào)。對(duì)收發(fā)一體結(jié)構(gòu)的換能器，直耦信號(hào)一般均大于反射信號(hào)，拍頻信號(hào)很弱，需要進(jìn)行必要的選頻放大并使直耦信號(hào)具有合適的大小匹配。

典型的多普勒超聲波流量計(jì)基本誤差為±1%?±10%,重復(fù)性誤差為0.2%?1%。工業(yè)用多普勒超聲波流量計(jì)的超聲波頻率 為 0.5?2MHz。

多普勒超聲波流量計(jì)因受散粒體的性質(zhì)、非軸向速度分量形成的多普勒頻移增寬、被照射域位置的不確定性、散射體和基相液體間的滑差的影響，整體性能要比傳播時(shí)間法低得多。

隨著科技的發(fā)展，多普勒超聲波流量計(jì)已經(jīng)研制出現(xiàn)只需要一個(gè)換能器（即是發(fā)射探頭也是接收探頭）。其原理是：傳感器探頭首先發(fā)射高頻聲波通過(guò)管壁而進(jìn)入流體，然后聲波被流體中的氣泡或顆粒反射回傳感器探頭，因流體的流動(dòng)，反射波以一個(gè)頻率差返回（多普勒效應(yīng)）。傳感器探頭連續(xù)測(cè)量這種頻率差而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的測(cè)量，其最大特點(diǎn)是聲波的發(fā)射和接收可以在同一個(gè)傳感器探頭內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)超聲波流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)較多，有CJ/T 122—2000《超聲多普勒流量計(jì)》；HJ/T 366—2007《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求  超聲波管道流量計(jì)》；MT/T 526—1995《LCD系列多普勒超聲波流量計(jì)》。