超聲波流量計的兩個超聲波換能器相對而放，每個換能器既做發射頭又作接收頭，通過電子線路控制，兩個換能器同時發射頻率與相位均相同的聲波脈沖，并且在發射停歇期接收經過流體傳播后的聲波脈沖。兩束聲波脈沖在流體中傳播的距離相等，但由于一束聲波順流傳播，另一束聲波逆流傳播，受到流體流動的影響，到達接收頭時，兩束聲波在相位上存在差異。
兩個超聲波流量計的探頭之間距離為L，流體速度為v，順流和逆流聲波的傳播時間分別為t1 和t2，收到兩列聲波的時間差為△t，由于△t遠小于t1和t2，且tl ≈t2，可令t²≈t1t2，這種情況下，若兩束聲波發射頻率為f，到達時相位差為△￠，顯然，兩束超聲波的相位差與流體流速成線性關系。通過測量△￠和t，可以計算出流體流速v，進一步分析折算成流量。
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