超聲波流量計多普勒原理的探討  三

1．1．1超聲波測量技術發展歷程

研究利用超聲波測量液體和氣體的流量已經將近有一百年的歷史。1928年，德國人呂特根(RUTTGEN)在一篇獲得專利的文章中提出了用兩個聲信號的時差法來測量流速的可能性。但是時差法超聲波流量計要求對時間的測量精度在當時是很難達到的。50年代初，美國科技工作者首先提出了“鳴環”測量法，就是通過多次循環將時差擴大后再進行測量。這種測量發放使得時間測量精度大大提高，彌補了電子技術的不足。1955年，世界上第一臺超聲波流量計在美國誕生，它所使用的測量技術就是“鳴環”時差法，用于航空燃料油流量的測量。但由于“鳴環”法是多次循環測量，測量周期長，系統的反應時間慢，而且在循環中任何一個干擾信號或信號中斷都有可能使循環中斷，造成此次測量無效，因此，系統的穩定性較差，再加上此法沒有消除聲速對測量的影響，測量精度得不到保證，所以沒有進入室用測量領域。上個世紀70年代中后期，基于大規模集成電路技術的飛速發展，高精度的時間測量成為一件輕而易舉的事情，再加上高性能的、動作非常穩定的PLL(鎖相環路)技術的應用，使得超聲波流量計的穩定性和可靠性得到了初步的保證，同時為了消除聲速變化對測量精度的影響，出現了頻差法。同一時期，前蘇聯科技工作者對管道內流體的流速分布規律進行了大量深入細致的研究，指出管道內流體流動存在兩種狀態：層流狀態和絮流狀態，并給出了層流狀態與絮流狀態下流速分布規律的理論分析，提出了流量修正系數及其理想狀態下的理論計算公式，為超聲波流量計進一步提高測量精度打下了堅實的理論基礎。至此，超聲波流量計的研究和應用才蓬勃發展起來。

超聲波流量計