超声波流量计多普勒原理的探讨  三

1．1．1超声波测量技术发展历程

研究利用超声波测量液体和气体的流量已经将近有一百年的历史。1928年，德国人吕特根(RUTTGEN)在一篇获得专利的文章中提出了用两个声信号的时差法来测量流速的可能性。但是时差法超声波流量计要求对时间的测量精度在当时是很难达到的。50年代初，美国科技工作者首先提出了“鸣环”测量法，就是通过多次循环将时差扩大后再进行测量。这种测量发放使得时间测量精度大大提高，弥补了电子技术的不足。1955年，世界上第一台超声波流量计在美国诞生，它所使用的测量技术就是“鸣环”时差法，用于航空燃料油流量的测量。但由于“鸣环”法是多次循环测量，测量周期长，系统的反应时间慢，而且在循环中任何一个干扰信号或信号中断都有可能使循环中断，造成此次测量无效，因此，系统的稳定性较差，再加上此法没有消除声速对测量的影响，测量精度得不到保证，所以没有进入室用测量领域。上个世纪70年代中后期，基于大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的PLL(锁相环路)技术的应用，使得超声波流量计的稳定性和可靠性得到了初步的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法。同一时期，前苏联科技工作者对管道内流体的流速分布规律进行了大量深入细致的研究，指出管道内流体流动存在两种状态：层流状态和絮流状态，并给出了层流状态与絮流状态下流速分布规律的理论分析，提出了流量修正系数及其理想状态下的理论计算公式，为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此，超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来。

超声波流量计