馬克森流量計是典型的頻差法超聲波流量計。液體測量基本誤差為±0.5%?±5%,重復性為0.1% ?0.3%；氣體測量基本誤差為±0.5%?±3%,重復性為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場(chǎng)管道固定安裝換能器的儀表精度，要通過(guò)標定計算接入現場(chǎng)管道流通面積和傳播距離長(cháng)度測量誤差，夾裝在管道的不確定性，聲耦合變化等因素，要降低些。若安裝調試不細致，測量精度有可能會(huì )低到5%，甚至更低。測量精度還取決于聲道數設置及布置位置。

馬克森流量計是典型的頻差法超聲波流量計。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，當兩個(gè)超聲波換能器安裝位置固定以后，測出頻率差就可得到流速，并且此法與聲速無(wú)關(guān)。

當超聲波脈沖從發(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精度在2級以?xún)?，測量范圍是最小流量的20倍。

由于馬克森流量計中兩組循環(huán)頻率相互干擾較大，工作不穩定，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，它是通過(guò)收發(fā)轉換系統在一定時(shí)間間隔內使一對換能器交替逆轉作為接收器和發(fā)射器使用。分別把對應的順流和逆流循環(huán)頻率用計數器計數，從而獲得頻率差△f。頻率差 △f很小，直接測量時(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(chǎng)家稱(chēng)其為探頭）安裝在管道外壁，不直接接觸流體，這樣就要求一對換能器的安裝角度和間隔距離一定要得當。

對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選用Z法（透過(guò)法）；當流動(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)的流量測量誤差。

換能器中的壓電晶體元件把電信號轉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。為提高測量精度，要求超聲波能量越大，傳播時(shí)間越長(cháng)越好。這樣就要選擇透射系數接近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(cháng)些。為了防止波的干擾，建立穩定的循環(huán)，聲楔安裝角應使發(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。這是因為超聲波在水中的透過(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定性和測量精度。

超聲波在管道內的聲程L3越長(cháng)，測量精度越高；聲楔從方便機械加工考慮取Q1≈45°；采用頻差法超聲波流量計測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的聲信號，以提高測量精度，就要準確選擇兩個(gè)聲楔間的距離。該距離的最佳長(cháng)度等于超聲波在管壁內及流體中的聲程在管道軸線(xiàn)上的投影之和，稱(chēng)為軸向距離h，如圖所示。

管壁內聲程在軸線(xiàn)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(xiàn)上的投影h3，取決于管道內徑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(mǎn)足測量精度的要求，也有考慮儀器的計數器容量及倍頻系統中分頻電路的可取性。

倍頻數M的選擇應滿(mǎn)足：?

1/（0.01τ△f?。?/span><M<2^n/（τ△f大）

式中△f小——以最低流速計算出的頻率差（Hz）；

τ——對順循（或逆循）的取樣時(shí)間（s）；

△f大——最高流速相應的頻率差（Hz）；

2^n——采用二進(jìn)制雙穩電路計數器可逆容量為2^n個(gè)脈沖；n為計數器雙穩電路的數目。

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

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

K=M△fτ/（qtT）

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

T——取數周期（s），對頻差法超聲波流量計每隔時(shí)間T取出一組頻差數；

M——倍頻數；

τ——對順、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。

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

控制系統由石英體制成的振蕩器、分頻電路和門(mén)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)調工作。

循環(huán)系統由聲學(xué)系統即發(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)、轉換電路組成。一般測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，但必須穩定可靠。

倍頻電路是為了提高儀表的測量精度，減少信號檢測時(shí)間而設置的電路。倍頻系數M的穩定性直接影響整機的測量精度，為保證M的穩定性，必須采用倍頻電路。

瞬時(shí)流量顯示系統由倍頻系統輸出倍頻后的頻率Mf+及Mf- 通過(guò)門(mén)電路送入可逆計數器進(jìn)行差值運算，求出頻差M△f。再經(jīng)數模轉換電路轉換成標準電壓或電流，供流量瞬時(shí)值顯示或信號遠傳。

累計流量顯示系統是把瞬時(shí)流量相應的電壓或電流值，經(jīng)電壓或電流一頻率轉換電路轉換為相應的頻率，并將此頻率除以?xún)x表參數，所得的頻率進(jìn)行累加得出累計流W，并以數字顯示。