多普勒超聲波流量計采用多普勒法測量原理，依據聲波中的多普勒效應，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨著(zhù)流體以同一速度運動(dòng)的固體顆粒與聲源有相對運動(dòng)，該固體顆?？砂讶肷涞某暡òl(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量的一個(gè)必要條件是：被測流體介質(zhì)應是含有一定數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)，即這種流量測量方法適宜對于兩相流的測量，這是其他流量計（質(zhì)量流量計除外）難以解決的問(wèn)題。因此，作為一種極有前途的兩相流測量方法的流量計，超聲波多普勒流量測量方法目前正日益得到廣泛應用。

多普勒超聲波流量計與其他超聲波流量計一樣，采用傳感器裝在管道外，管道內無(wú)測量元件，所以無(wú)流動(dòng)壓力損失、不存在破壞流場(chǎng)，不受被測流體的狀態(tài)參數和物性參數等因素的影響， 響應靈敏、分辨率髙，沒(méi)有零點(diǎn)漂移。維護、安裝時(shí)不影響生產(chǎn)。但是測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。

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

多普勒超聲波流量計的發(fā)射換能器以Q角度向流體發(fā)射頻率為f1的連續聲波時(shí)，流體中的懸浮顆粒將聲波反射到接收換能器，因為懸浮顆粒的運動(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)，測得的多普勒頻移和流體速度。

但是對于實(shí)際含有大量粒群的液體，則應對所有頻移信號進(jìn)行統計處理。超聲波多普勒流量計的換能器通常采用收發(fā)一體結構，如圖所示。

換能器接收到的反射信號只能是發(fā)生器和接收器的兩個(gè)指向性波束重疊區域內顆粒的反射波，這個(gè)重疊區域稱(chēng)為多普勒信號的信息窗。換能器所收到的信號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；

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

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

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

q_v=AC₁△f(__)/（2KcosQ₂f₁）

多普勒超聲波流量計由換能器和信號處理、檢測、顯示兩大部分組成。

換能器的結構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。超聲波流量計一般都采用兩種形式，一種方式是制成換能器帶測量管式的流量計，生產(chǎn)廠(chǎng)生產(chǎn)調校時(shí)就已保證了發(fā)射換能器與接收換能器的對稱(chēng)性，使照射域處于管道的中心位置，由于測量管與聲楔的相對位置已調好，流量計只要直接安裝就可使用。而另一種收發(fā)一體結構的超聲換能器，雖然接收換能器與發(fā)射換能器的相對位置也是固定的，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整的問(wèn)題。多普勒法超聲波流量計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的信號檢測方式主要是通過(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沒(méi)有成正比,所以只有在照射域有限小時(shí)，才有測量的意義，即測量管道中心軸上的流速，因此使用這種測量方法時(shí)，應該對管道內流速的分布進(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。對收發(fā)一體結構的換能器，直耦信號一般均大于反射信號，拍頻信號很弱，需要進(jìn)行必要的選頻放大并使直耦信號具有合適的大小匹配。

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

多普勒超聲波流量計因受散粒體的性質(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(zhù)科技的發(fā)展，多普勒超聲波流量計已經(jīng)研制出現只需要一個(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）。傳感器探頭連續測量這種頻率差而實(shí)現對流體的測量，其最大特點(diǎn)是聲波的發(fā)射和接收可以在同一個(gè)傳感器探頭內實(shí)現。

現超聲波流量計的標準較多，有CJ/T 122—2000《超聲多普勒流量計》；HJ/T 366—2007《環(huán)境保護產(chǎn)品技術(shù)要求  超聲波管道流量計》；MT/T 526—1995《LCD系列多普勒超聲波流量計》。