本文采用傳播時間法。超聲波在流體中傳播時，與聲波在靜止流體中傳播的速度相比，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則會減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播時間之差與被測流體流速之間的關系求得流速，稱為傳播時間差法。通過接收穿過流體的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據時差的表現形式不同，又可以分為時差法、相位差法和頻差法。時差式流量計工作模型如圖1所示。　　
　　圖1中，兩個換能器固定在輸液管道的同一側，聲波從換能器T1發出，經過輸液管道另一側的內壁，反射到接收換能器T2。兩個換能器也可以固定在輸液管道的上下兩側，聲波由換能器T1發出，直接傳播到換能器T2。發射和接收聲波的振子密封在換能器的腔體里，其輻射面與端面成一個角度θ1，腔體里用透聲材料填充。由于換能器中填充材料、管道材料、管道中流體材料的不同，它們的聲速也不同，因此聲波傳播到介面處會有折射。這里假設折射角為θ2、θ3。流量計在工作時，換能器T1、T2輪流做發射和接收。因為管中的液體是流動的，聲波由T1傳到T2（正程）和由T2傳到T1（逆程）的傳播時間是不同的。正程、逆程兩個傳播時間的差反映出液體的流速、流量。
　　
　　以換能器T1為例。聲波由A到B再傳到C，在這一段傳播過程中，因為沒有流體參與，傳播時間是固定不變的。在這里，把聲波在換能器填料、管壁中傳播時間記為t延。在尋找正程與逆程之間的時間差時，不必考慮t延，只考慮在液體中傳播的正程、逆程的傳播時間差就可以了。
　　
　　這里，設D為輸液導管內徑;d為壁厚;V流為液體流動速度;V介為液體的聲速;θ3為折射角;t正為聲波由T1到T2的傳播時間;t逆為聲波由T2到T1的傳播時間。
　　
　　用聲學模型可得如下公式：　　
　　由上述推導可以看出，只要得到t正和t逆，管道中的液體流速V就可以算出。時差法與頻差法和相位差法之間原理方程式的基本關系為：　　
　　式中：Δf為頻率差;Δφ為相位差;f正、f逆為超聲波在流體中順流和逆流的傳播頻率;f為超聲波的頻率。
　　
　　從中可以看出，相位差法本質上和時差法是相同的，而頻率與時間又互為倒數關系，三種方法沒有本質的區別。
　　
　　普通方法測量時間差
　　
　　所存在問題分析
　　
　　從上述公式的推導中可以看出，要運用傳播時間測流量時，zui關鍵的測量量就是順逆流傳播時間差，只有得到這個時間差，流量才能由其導出。
　　
　　對于小口徑、低流速的情況，順逆流的時差非常短，典型zui大流量對應的時差僅約20ns，測量難度很大，需要*的時鐘頻率。如果測量方法粗放，這個極小的時間量很可能被淹沒在測量的誤差中。因此，如何才能測量到這個時間量，并使其盡可能，就是本文要研究的環鳴法的關鍵所在。
　　
　　環鳴法的設計確定
　　
　　環鳴法的產生
　　
　　為了解決時間差值太小的的問題，環鳴法利用了讓小的量不斷積累，使總體值增大，得到總量后再做平均的思想。環鳴法總方框圖如圖2所示。　　
　　該方法中，當換能器T1發射聲信號，在換能器T2收到信號的時刻，令T1再次發射聲信號，而T2再次接收，這樣如此循環發射、接收N次。通過測量記錄下N次測量的總時間∑t正。然后，再令T2發射，T1接收，經過N次如此循環就可得到逆向發射總時間∑t逆。這時讓順逆流兩個總的時間作差，可以得到總時間差∑Δt。∑Δt這個量比起單次測量時，它已經擴大了2N倍。由測量帶來的誤差經過了N次累加后，其均值則向零靠近，使得測量精度提高了倍。此時這個值就較容易測量，從而得到想要的流量數據。
　　
　　環鳴法要解決的幾個重要問題
　　
　　捕捉計時點
　　
　　新測量方法用具有半個周期的正弦脈沖去激勵換能器。由于換能器是一個窄帶系統，在電脈沖的激勵下，發射和接收的聲信號都是較短的、有正弦填充的、具有鐘形包絡的脈沖信號，如圖3所示。本文選用沖擊信號作發射源，信號持續時間短，因此比較適合細管徑的輸液管道測量。
　　
　　正弦函數在過零點處斜率zui大。如果把回波的某個正弦周期的過零點檢測出來，回波時間的測量精度將極大提高。從總方框圖可知，過零點的檢測電路是由過零比較器、電平比較器、單穩2電路和與門電路等組成。其波形和信號之間的邏輯關系在圖3中可以清楚地看到。
　　從圖3可以看出，得到這個計時點立刻觸發單穩1電路以獲得發射同步信號。
　　
　　信號門
　　
　　接收信號中并不是只有從T1到T2在液體中傳播的聲信號，還有T1到T2沿管壁傳播的聲信號。在獲得計時點時，較高的信號過電平比較器后送出的*個脈沖對測量是不必要的。因此，在做數字信號處理的時候，只能把電平比較器送出的*個脈沖放行，其他信號將被信號門過濾掉。不同管徑的輸液管道，聲信號的傳播時間是不同的。因此，信號門的位置也不同。本設計中采用了信號門計數器，用數據裝訂的辦法改變信號門的位置。從總框圖中可以看到，信號門電路是由可預置的同步計數器、RS觸發器等電路組成。由發射同步信號觸發RS觸發器置0，封鎖其后的脈沖，然后由計數器的進位脈沖在信號到來之前將RS觸發器置1，開門等待接收信號，如圖4所示。　　
　　計時電路
　　
　　計時電路是由時間計數器、計次計數器、RS觸發器和與門等電路組成。發射同步信號是計時、計次的核心。如圖5所示，*個發射同步信號是由計算機通過“計4”發出的，經過或門觸發器單穩1得到的發射同步信號觸發器RS觸發器，使其變為1狀態，打開與門，使時鐘通過，時間計數器計時開始。以后的發射都是由接收機收到的信號觸發，這時流量計進入“環鳴”狀態。每發射一次，計數器的數值都要加1。當計數值達到N+1時（實際上只有N次測量），計次計數器發出一個進位信號，使RS觸發器置于零狀態，封鎖與門，時間計數器停止計數。利用這個進位脈沖還把測得的時間存放到數據鎖存器中。
　　
　　在RS觸發器零狀態期間，計算機要做以下工作：發“計1”信號，讀取“正程”計時數據;發“計2”信號，讀取漏計時數據;送收發轉換信號“計3”，使流量計從“正程”工作狀態轉為“逆程”工作狀態。做完之后，計算機還要發“計4”信號把N值重新裝載到測次計數器中，使進位脈沖下跳歸零，同“正程”一樣，又進入“逆程”的“環鳴”測時過程。
　　
　　在“環鳴”過程中，是不希望由于某種意外使“環鳴”中斷的。如果發生這種情況，儀器應該能夠自動恢復到“環鳴”狀態中。否則，流量計將“死機”。這個恢復系統由漏收計數器、漏收計次器、單穩1等電路組成。漏收計時器是一個可預置的同步計數器。計數器記到全1之后，將發出進位脈沖。計數器裝訂的數值應大于“環鳴”周期，例如選在1.5倍。這個進位脈沖一路送到或門去觸發單穩1，使丟失的發射同步信號重新出現;另一路送到漏收計次器，記下對計時無用的漏計時間。在正常情況下，由于漏收計時器的計數長度比環鳴周期長，所以漏收計時器不會有進位脈沖輸出，只有在接收機沒有收到信號的情況下，才會有進位脈沖輸出。
　　
　　結語
　　
　　該套儀表進行了多次試驗，保證了潛艇航行中各項指令的正確執行，設備*可靠，安裝在潛艇上均衡注、排水量和移水量一目了然，其精度更高，抗*力更強。