多普勒超聲波流量計采用多普勒法測量原理，依據(jù)聲波中的多普勒效應(yīng)，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨著流體以同一速度運動的固體顆粒與聲源有相對運動，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而產(chǎn)生的聲波的頻率頻移， 由于這個頻率差正比于流體流速，所以通過測量頻率差就可以求得流速，進而可以得到流體流量。

超聲波多普勒流量測量的一個必要條件是：被測流體介質(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)，這個工作條件實際上也是它的一大優(yōu)點，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(yīng)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(nèi)無測量元件，所以無流動壓力損失、不存在破壞流場，不受被測流體的狀態(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，沒有零點漂移。維護、安裝時不影響生產(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，隨流體一起運動的許多顆粒都應(yīng)該會引起多普勒頻移，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(xù)聲波時，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，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，則多普勒頻移見式，通過測量△f就可得到流速見式。

v=c△f/2f1cosQ

以上公式是按單個顆?？紤]時，測得的多普勒頻移和流體速度。

但是對于實際含有大量粒群的液體，則應(yīng)對所有頻移信號進行統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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指向性波束重疊區(qū)域內(nèi)顆粒的反射波，這個重疊區(qū)域稱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——任一個懸浮粒子產(chǎn)生的多普勒頻移。

這就說明了，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，在這種情況下當流通截面積為A時，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，流量計測得的多普勒頻移信號僅反映了信息窗區(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)，當管內(nèi)流動的雷諾數(shù)Re發(fā)生變化時，其平均流速區(qū)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(shù)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(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)，用它來對因上述原因引起的測量誤差進行修正。因此，超聲波多普勒流量計的實際流量計算式可以寫成：

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(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)廠生產(chǎn)調(diào)校時就已保證了發(fā)射換能器與接收換能器的對稱性，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(diào)好，流量計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)整的問題。多普勒法超聲波流量計使用的折射式換能器與傳播時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混頻或直接耦合獲得多普勒頻移這兩種方法。混頻方式的多普勒頻移的零交叉頻率與照射域的平均流速沒有成正比,所以只有在照射域有限小時，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，應(yīng)該對管道內(nèi)流速的分布進行修正來保證精度。直接耦合方式不采用混頻器，而利用直接耦合方式進行拍頻同樣可獲得多普勒頻移信號。對收發(fā)一體結(jié)構(gòu)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(fù)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間法低得多。

隨著科技的發(fā)展，多普勒超聲波流量計已經(jīng)研制出現(xiàn)只需要一個換能器（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)射高頻聲波通過管壁而進入流體，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，反射波以一個頻率差返回（多普勒效應(yīng)）。傳感器探頭連續(xù)測量這種頻率差而實現(xiàn)對流體的測量，其最大特點是聲波的發(fā)射和接收可以在同一個傳感器探頭內(nèi)實現(xiàn)。

現(xiàn)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》。