DE2316437C2 - Device for measuring the speed or a speed component of the flow of a fluid - Google Patents

Device for measuring the speed or a speed component of the flow of a fluid

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DE2316437C2
DE2316437C2 DE19732316437 DE2316437A DE2316437C2 DE 2316437 C2 DE2316437 C2 DE 2316437C2 DE 19732316437 DE19732316437 DE 19732316437 DE 2316437 A DE2316437 A DE 2316437A DE 2316437 C2 DE2316437 C2 DE 2316437C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen der Geschwindigkeit oder einer Geschwindigkeitskomponente eines Strömungsmittels der ini Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.The invention relates to an apparatus for measuring speed or a speed component a fluid of the type specified in the preamble of claim 1.

In der britischen Patentschrift 12 85 175 ist ein Strömungsmesser beschrieben, der eine Ausgangsfrequenz aufweist, die proportional der Strömungsgeschwindigkeit ist. Diese Ausgangsfrequenz ist die Differenzfrequenz fd von »Stromaufwärts«- und »Stromabwärts«-»sing-around«-lmpulsketten. Mit »singaround«-lmpulsketten sind Impulszüge gemeint, die durch Wiederauslösen des Wandlers erzeugt werden, wenn ein Impuls durch den Empfänger empfangen wird.In British patent specification 12 85 175 a flow meter is described which has an output frequency which is proportional to the flow rate. This output frequency is the difference frequency fd of "upstream" and "downstream" - "sing-around" pulse chains. By "singaround" pulse trains are meant pulse trains that are generated by triggering the transducer again when a pulse is received by the receiver.

Die Frequenz der »Stromaufwärts«-Impulskette
, 1 C-V
The frequency of the "upstream" pulse train
, 1 CV

Die Frequenz der »Stromabwärtsw-Impulskette
1 C+V
The frequency of the »downstream sw pulse train
1 C + V

Dabei istIt is

V — Geschwindigkeit des Strömungsmittels,
C = Geschwindigkeit des Schalls im Strömungsmittel,
V - velocity of the fluid,
C = speed of sound in the fluid,

L = Abstand zwischen den Wandlern,
/ι = »Stromaufwärts«-Laufzeit — d. h. Zeit der Übertragung von Impulsen vom Sender zum Empfänger,
t2 = »StromabwärtSK-Laufzeit,
L = distance between the transducers,
/ ι = "upstream" transit time - that is, the time it takes for impulses to be transmitted from the transmitter to the receiver,
t 2 = »downstream SK running time,

woraus folgt
fa = /ι
From which follows
fa = / ι

2 V2 V

Die Ausgabezeit für einen derartigen Strömungsmesser ist die Zeit, die erforderlich ist, um /,/ bis zur erforderlichen Genauigkeit zu messen. Die langen Zeiten, die für diese Ausgabe bzw. für dieses Auslesen für geringe Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, können in einigen Anwendungsfällen eine.i Nachteil bedeuten.The output time for such a flow meter is the time it takes to /, / to the required Measure accuracy. The long times required for this output or for this readout for low Flow velocities are required, can be a disadvantage in some applications.

Die Ausgabezeil kann durch eine Technik reduziert werden, bei der frequenzvariable Oszillatoren verwendet werden, wie sie in der US-PS 36 25 057 oder US-PS 34 20 102 beschrieben .sind.The output line can be reduced by a technique using variable frequency oscillators as described in US Pat. No. 3,625,057 or US Pat. No. 3,420,102.

Ein Nachteil der bekannten Einrichtungen ist auf die Verwendung separater Wege durch das Strömungsmittel hindurch für Stromaufwärts- und Stromabwärtsmessungen zurückzuführen. Ganz kleine Turbulenzen in der Strömung oder kleine Schwankungen in der Strömungsmitteltemperatur oder -dichte zwischen den beiden Wegen können die durch Vergleich zwischen den beiden Wegen durchgeführten Messungen ungültig machen.A disadvantage of the known devices is the use of separate paths through the fluid through for upstream and downstream measurements. Very small turbulence in the Flow or small fluctuations in fluid temperature or density between the two paths can invalidate the measurements made by comparing the two paths.

Die DE-OS 19 08 511 beschreibt ein System, bei dem der gleiche Weg durch das Strömungsmittel für Stromaufwärts- und Stromabwärtsmessungen verwendet wird. Dabei wird jedoch eine direkte Analog-Zeitimpulsmessung zum Vergleich der Differenz in den Fortpflanzungszeiten der jeweiligen Ultraschallimpulse im Strömungsmittel verwendet.DE-OS 19 08 511 describes a system in which the same path through the fluid for upstream and downstream measurements is used. However, a direct analog time pulse measurement is used to compare the difference in the propagation times of the respective ultrasonic pulses im Fluid used.

Es gibt jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten, die mit den bekannten Geräten nicht ausreichend ausgeräumt werden. So gib; es viele Reflexionen von Ultraschall aus verschiedenen Teilen des Systems, wie Rohrwände, Turbulenz, Blasen oder andere Objekte im strömenden Medium. Diese können zu vielen unerwünschten Signalen oder zur Unterbrechung der gewünschten Signale führen. Die Genauigkeit ist in kritischem Maße abhängig vom genauen und konsistenten Aufbau der »sing-around«-Frequenz. Ein erneutes Triggern aus einem unerwünschten Signal kann einen Fehler erzeugen, der, selbst wenn er über eine große Anzahl von korrektHowever, there are a number of difficulties which the known devices have not sufficiently overcome will. So give; there are many reflections of ultrasound from different parts of the system, such as pipe walls, Turbulence, bubbles or other objects in the flowing medium. These can lead to many undesirable Signals or lead to the interruption of the desired signals. The accuracy is critical depending on the exact and consistent structure of the "sing-around" frequency. A retriggering from one unwanted signal can produce an error that, even if it is correct over a large number of

ίο wiederausgelösten »sing-around«-Signalen gemittelt wird, im Vergleich zu dem kleinen gemessenen Wert immer noch groß istίο re-triggered »sing-around« signals averaged becomes, is still large compared to the small measured value

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf eine elegante und exakte Weise die geschilderten Schwierigkeiten mit einem Gerät zu überwinden, das mit guter Stabilität gegenüber den vielen unerwünschten oder anderen störenden Einwirkungen arbeitet, die so häufig den Ausgang von Ultraschall-Strömungsmeßsystemen ungenau oder gar unverständlich machen können.The invention is based on the problem of solving the described difficulties in an elegant and precise manner to overcome with a device that with good stability against the many undesirable or other disruptive effects that so often affect the output of ultrasonic flow measuring systems can make imprecise or even incomprehensible.

Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichnungsmerkmale des Patentanspruchs 1 gelös; Zweckmäßige Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the characterizing features of claim 1; Appropriate training can be found in the subclaims.

Das Gerät nach der Erfindung ist insbesondere für die Messung der Gesamtströmung in Flüssen oder großen Rohren vorteilhaft, wobei die Wandler über die ganze Breue des Flusses oder Rohres auf Abstand angeordnet sind, und zwar auf einem geneigten Weg. um auf diese Weise eine Geschwindigkeitskomponente auf dem Weg einzuführen. Bei solchen großen Basislinien ist die An-Sprechzeit von Anlagen, wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 12 85 175 beschrieben sind, unannehmbar langsam.The device according to the invention is particularly suitable for measuring the total flow in rivers or large ones Pipes advantageous, with the transducers spaced across the entire width of the river or pipe are on a sloping path. in order to have a speed component on the way in this way to introduce. With such large baselines, the response time of systems, such as those in the British Patent 12 85 175 are unacceptably slow.

Jedoch ist das erfindungsgemäße Gerät außerdem für die Strömungsmessung in kleinen Rohrleitungen vorteühaft. Wandler können an der Ausgangsseite der Rohrleitung abgebracht werden, so daß auf diese Weise keine Störung für die Strömung eingeführt wird. Die Wandler werden axial versetzt angeordnet und so gewinkelt und mit der Rohrleitung gekoppelt, daß bei Berücksichtigung von Brechungen an den verschiedenen "^wischenflächen die Ultraschallimpulse einen entsprechenden Weg, und zwar so steil wie möglich zur radialen Richtung geneigt, im fließenden Strömungsmittel nehmen. Eine Strömung von etwa 1 cm/Sekunde in einer Rohrleitung von etwa 10 cm Durchmesser würde eine Ansprechzeit in Minuten erfordern, wenn ein »singaro'jnd«-System und eine Koinzidenzzählung verwendet werden. Bei dem Gerät nach der Erfindung kann die Ansprechzeit ohne weiteres auf einen Bruchteil einer Sekunde herabgesetzt werden.However, the device according to the invention is also advantageous for measuring flow in small pipelines. Transducers can be attached to the outlet side of the pipeline, doing so in this way no disturbance to the flow is introduced. The transducers are arranged axially offset and so angled and coupled to the pipeline that taking into account breaks at the various "^ wipe the ultrasonic impulses a corresponding Take the path, inclined as steeply as possible to the radial direction, in the flowing fluid. A flow of about 1 cm / second in a pipe about 10 cm in diameter would be a Require response time in minutes if a »singaro'jnd« system and a coincidence count can be used. In the device according to the invention, the Response time can easily be reduced to a fraction of a second.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform,
The invention will now be described with reference to the drawing which shows it by way of example
1 shows a block diagram of an embodiment,

Fig.2 ein B'ockschaltbild einer weiteren Ausfühningsform, 2 shows a block diagram of a further embodiment,

Fig.3 ein Blockschaltbild in größeren Einzelheiten eines Teils der Konstruktion nach F i g. 1,
F i g. 4 verschiedene Wellenformen zur Veransrhaulichung der relativen Zeitgabe verschiedener Vorgänge oder Operationen, während
3 is a block diagram in greater detail of part of the construction of FIG. 1,
F i g. 4 different waveforms to show the relative timing of various processes or operations during

Fig.5 ein Blockschaltbild einer Abänderungsform der Konstruktion nach F i g. 1 wiedergibt.Fig. 5 is a block diagram of a modification the construction according to FIG. 1 reproduces.

In Fig. I sind die wesentlichen Bestandteile eines Strömungsmessers dargestellt.In Fig. I the essential components of a flow meter are shown.

Der Ausgang dieses Strömungsmessers ist die Differenzfrequenz von zwei spannungsgesteuerten frequenzvariablen Oszillatoren VFOI und VFO2, deren Fre-The output of this flow meter is the differential frequency of two voltage-controlled frequency-variable oscillators VFOI and VFO2, whose frequency

quenzen genau aufsequence exactly

gcnen Impuls sein, so daßbe an impulse so that

N x N x

und /Vx-and / Vx-

durch Steuerschaltungen eingestellt werden, welche t\ mit/VfvFoi und außerdem h mit Mvfcm vergleichen.can be set by control circuits which compare t \ with / VfvFoi and also h with Mvfcm.

'vfoi. fvFO2 sind die Zeitspannen der beiden gesteuerten Oszillatoren.'vfoi. fvFO2 are the time spans of the two controlled oscillators.

Die Ausgangsfrequenz ist proportional der Strömungsgeschwindigkeit.The output frequency is proportional to the flow velocity.

Ί h Ί h

2NV2NV

Für eine ähnliche Wassergeschwindigkeit und einen ähnlichen Wandlerabstand führt diese Methode zu einer Äusgsiigsfrcqusnz, die proportional einer Wassergeschwindigkeit von N mal derjenigen des in der britischen Patentschrift 12 85175 verschriebenen Verfahrens ist so daß ein Herauslesen im —-fachen der ZeitFor a similar water velocity and transducer spacing, this method results in an output proportional to a water velocity N times that of the method prescribed in British Patent 1285175, so that a readout is - times the time

erfolgen kann. A/ kann jede zweckmäßige Zahl sein, beispielsweise 100 oder 1000.can be done. A / can be any convenient number, such as 100 or 1000.

Bei der Anordnung nach F i g. 1 werden die Wandler nicht so eingerichtet, daß sie ein »sing-around« erzeugen; der Sender wird nicht durch einen empfangenen Impuls erneut getriggert. sondern durch einen Impuls von einem Haup'os/.illator 11, dessen Schwingungsperiode größer als (i oder tj istIn the arrangement according to FIG. 1 the converters are not set up in such a way that they generate a "sing-around"; the transmitter is not retriggered by a received pulse. but by an impulse from a main oscillator 11, the oscillation period of which is greater than (i or tj

Die Geschwindigkeitsauflösung dieses .Strömungsmessers wird, in Grenzen, bestimmt durch die kleinste Zeitdifferenz, die zwischen /| und /Vivroi oder zwischen fj und Mvfo2 aufgelöst werden kann.The speed resolution of this flow meter is, within limits, determined by the smallest Time difference between / | and / Vivroi or between fj and Mvfo2 can be resolved.

Elektromechanische Ultraschallwandler I und 2 sind im Abstand voneinander so angeordnet, daß sie Schallwellenimpulse durch das Strömungsmittel hindurch in der Richtung übertragen, in welcher die Geschwindigkeitskomponente gemessen werden soll.Electromechanical ultrasonic transducers I and 2 are arranged at a distance from one another so that they transmit sound wave pulses through the fluid in the direction in which the speed component is to be measured.

Es erscheint zweckmäßig, die Betriebsweise der Anordnung nach F i g. I für die eine Übertragungsrichtung zu beschreiben, wobei die entgegengesetzte Richtung ähnlich istIt appears expedient to change the mode of operation of the arrangement according to FIG. I for one direction of transmission to describe, with the opposite direction being similar

Der Hauptoszillator U liefert eine Kette von »Start«-Impulsen, deren Periode zweckmäßig etwaThe main oscillator U supplies a chain of "start" pulses, the period of which is expediently about

10% oder 20% länger als -p ist, wobei10% or 20% longer than -p , where

L der Abstand zwischen den Wandlern 1 und 2 und C die Schallgeschwindigkeit im Strömungsmittel ist L is the distance between transducers 1 and 2 and C is the speed of sound in the fluid

Jeder »Start«-Impuls ermöglicht einen Triggerimnuls für den Wandler I über eine Treiberschaltung TXI, sobald der nächste Impuls vom Oszillator VFOl nach diesem »Starte-Impuls erscheint Der resultierende Ultraschallimpuls vom Wandler 1 pflanzt sich durch das Strömungsmittel hindurch zum Wandler 2 fort.Each »start« pulse enables a trigger pulse for the converter I via a driver circuit TXI, as soon as the next pulse from the oscillator VFOl appears after this "start pulse".

Eine logische !-Schaltung vergleicht die Laufzeit des empfangenen Impulses vom Wandler 2 über einen Verstärker RXl mit der Zeit zu der der /V-te Impuls vom Oszillator VFOl erscheint In Abhängigkeit davon, ob der empfangene Impuls vor oder nach dem /V-ten VFOl-Impuls erscheint wird eine Steuer-!-Schaltung veranlaßt eine kleine Änderung in der Steuerspannung zum Oszillator VFOl vorzunehmen, um dessen Frequenz jeweils zu erhöhen oder zu erniedrigen. Nach einer Anzahl von Übertragungen wird der Af-te VFOl-Impuls in Zeitübereinstimrnung mit dem empfanA logic! Circuit compares the running time of the received pulse from the converter 2 through an amplifier RXl with the time at which the / V-th pulse from Oscillator VFOl appears depending on whether the received pulse is before or after the / V-th VFOl impulse appears becomes a control -! - circuit causes a small change in the control voltage to be made to the oscillator VFOl to increase or decrease its frequency, respectively. To a number of transmissions will be the af-te VFOl pulse in time coincidence with the received ist, worinis where

fi die Zeit ist, die der Ultraschallimpuls auf seinem Weg zwischen den Wandlern braucht.fi is the time that the ultrasonic pulse is on his Way between the converters.

Ähnliche Übertragungen werden in der entgegengesetzten Richtung vom Wandler 2 zum Wandler 1 durchgeführt, um eine VFO2-Frequcnz vonSimilar transmissions are made in the opposite direction from converter 2 to converter 1, at a VFO2 frequency of

zu erhalten.to obtain.

Die Einzelteile für diesen Vorgang sind gleich den entsprechenden, oben beschriebenen Einzelteilen mit Bezugszeichen versehen, jedoch unter Verwendung der Indexziffer 2 anstelle der Indexziffer 1.The individual parts for this process are the same as the corresponding, above-described items are provided with reference numerals, but using the Index number 2 instead of index number 1.

Eine Differenzschalutng 12 liefert einen Ausgang, dessen Frequenz proportional der Geschwindigkeit des Strömungsmittels zwischen den Wandlern ist.A differential circuit 12 provides an output the frequency of which is proportional to the velocity of the fluid between the transducers.

/vfoi ~/vfo2/ vfoi ~ / vfo2

2NV2NV

Ein Abtaster 13 erzeugt einen Impuls, der jedemA scanner 13 generates a pulse that each

jo Startimpuls nach einer festgelegten Zeitverzögerung folgt, die durch eine Verzögerungsschaltung 14 eingestellt wird. Die Abtastperiode ist so eingerichtet, daß sie die erwartete Ankunftszeit eines empfangenen Impulses umfaßt. Wenn kein empfangener impuls in dieser Abjo start impulse after a specified time delay which is set by a delay circuit 14 follows. The sampling period is arranged so that includes the expected time of arrival of a received pulse. If no pulse received in this Ab tustzcit infolge eines Hindernisses im Strömungsmittel weg ankommt, so wird dies durch die logische Schallung als ein Fehlerzustand erkannt, und keine Änderung in der VFO-Steuerspannung wird vorgenommen. Eine vorübcrghende Behinderung oder Störung, die nur we-tustzcit as a result of an obstacle in the fluid away, this is recognized by the logic as an error condition, and no change in the VFO control voltage is applied. A temporary disability or disorder that only

nigc Übertragungen beeinträchtigt, kann zugelassen werden. Eine permanente Störung wird erkannt und das Herauslesen gesperrt.nigc transmissions impaired, may be admitted will. A permanent malfunction is recognized and reading out is blocked.

F i g. 3 zeigt einige Teile der F i g. 1 mehr im einzelnen. Wieder wird der Vorgang nur in der einen Übertra-F i g. 3 shows some parts of FIG. 1 more in detail. Again, the process is only carried out in one gungsrichtung betrachtet. Die VFO-Frequenz muß genaudirection of travel considered. The VFO frequency must be accurate

/Vx-L
t\
/ Vx-L
t \

sein, wobei J1 die Zeit ist, die ein Ultraschallimpuls auf seinem Weg von dem sendenden Wandler zum empfangenden Wandler brauchtwhere J 1 is the time it takes for an ultrasonic pulse to travel from the sending transducer to the receiving transducer

Der sendende Wandler wird in Zeitübereinstimmung mit einem VFO-Impuls getriggert und ein Vergleich wird durchgeführt zwischen der Zeil bis zu den /V-ten VFO-Impulsen und der Zeit die verstreicht bevor ein Impuls am empfangenden Wandler empfangen wird. Jede Differenz zwischen diesen Zeiten erzeugt eine Fehlerspannung, welche die VFO-Frecjuenz steuert Nach einer ausreichenden Anzahl von Übertragungen wird eine Zeitübereinstimmung zwischen dem N-ten VFO- und dem empfangenen Impuls erzielt d. h. /vr> ist genau gleichThe transmitting transducer is triggered in time with a VFO pulse and a comparison is made between the line up to the / Vth VFO pulses and the time that elapses before a pulse is received at the receiving transducer. Any difference between these times creates an error voltage which controls the VFO frequency. After a sufficient number of transmissions, a time match is achieved between the Nth VFO and the received pulse, ie / vr> is exactly the same

/vx-L/ vx-L

Mit Bezug auf Fig.3 und Fig.4 ist der Vorgang folgender:With reference to Fig.3 and Fig.4, the process is following:

Ein Startimpuls (in den F i g. 3 und F i g. 4 mit »Rückstellung« bezeichnet) vom Hauptoszillator 11 stellt Flipflop-Schaltungen 15 und 16 zurück, stellt den -f -N-ZAh- ler 17 zurück und stellt den Start-Flipflop 18 zurück.A start pulse (referred to as "reset" in FIGS. 3 and 4) from the main oscillator 11 resets flip-flop circuits 15 and 16, resets the -f -N counter 17 and sets the start -Flip-flop 18 back.

Am Ende des Rückstellimpulses fängt der -=--A/-Zäh-Lt.' 17 an zu zählen.At the end of the reset pulse, the - = - A / -Zäh-Lt. ' 17 to count on.

Wenn ein nächster VFO-Impuls (n·=]) dem -f--/V-Zähier 17 zugeführt wird, so wird die »Start«-Flipflop- schaltung 18 eingestellt, und deren Ausgang (siehe TX-TRIGGER in Fig.4) triggert die Treiberschaltung TX des Senders, d. h. der sendende Wandler wird in Zeitübereinstimmung mit einem VFO-Impuls angesteuert.When a next VFO pulse (n · =]) is fed to the -f- / V-counter 17, the “start” flip-flop circuit 18 is set and its output (see TX-TRIGGER in Fig. 4 ) triggers the driver circuit TX of the transmitter, ie the transmitting converter is controlled in time with a VFO pulse.

Entweder kann der /V-te VFO-Impuls (Ausgang vom -7· -Zähler) die Flipflop-Schaltung 16 einstellen, oder der empfangene Impuls RX kann die Flipflop-Schaltung 15 einstellen, je nachdem, welcher zuerst erscheint. Die erste Fiiptiop-Einsteiiung verhindert die andere.Either the / Vth VFO pulse (output from the -7 · counter) can set the flip-flop circuit 16, or the received pulse RX can set the flip-flop circuit 15, whichever appears first. The first Fiiptiop graduation prevents the other.

Je nachdem, ob die Flipflop-Schaltung 16 oder die Flipflop-Schaltung 15 arbeitet, erfordert dann der VFO eine Steuerspannungszunahme, um jeweils seine Frequenz zu reduzieren oder zu erhöhen.Depending on whether the flip-flop circuit 16 or the flip-flop circuit 15 is operating, the VFO then requires a control voltage increase to reduce or increase its frequency, respectively.

Wenn die Flipflop-Schaltung 15 arbeitet, so wird dadurch eine monostabile Schaltung 19 getriggert, die über eine Pegel-Verschiebeschaltung 21 einen Eingangsstrom für einen Integrator 22 einschaltet, der seinen Ausgang um eine kleine positive Zunahme ändert. Diese Änderung in der VFO-Steuerspannung erhöht etwas die VFO-Frequenz.When the flip-flop circuit 15 operates, this triggers a monostable circuit 19 which switches on an input current for an integrator 22 via a level shift circuit 21 which changes its output by a small positive increase. This change in the VFO control voltage increases the VFO frequency somewhat.

Wenn, andererseits, die Flipflop-Schaltung 16 arbeitet, dann liefert deren monostabile Schaltung 23 über eine Pegel-Verschiebeschaltung 24 einen Eingangsstrom von entgegengesetzter Polarität, um auf diese Weise den Integratorausgang um eine kleine negative Zunahme zu ändern und die VFO-Frequenz herabzuset-If, on the other hand, the flip-flop circuit 16 operates, then its monostable circuit 23 delivers over a level shift circuit 24 an input current of opposite polarity in order to this Way to change the integrator output by a small negative increment and lower the VFO frequency.

Nach einer Anzahl von Übertragungen wird die VFÖ-Frequenz sehr genau aufAfter a number of transmissions the VFÖ frequency becomes very accurate

,vx-L, vx-L

4040

eingeregelt, und aufeinanderfolgende Übertragungen erzeugen Fehler von entgegengesetzter Polarität, so daß die VFO-Frequenz abwechselnd etwas niedriger und höher alsadjusted, and successive transmissions produce errors of opposite polarity, so that the VFO frequency is alternately slightly lower and higher than

soso

eingeregelt wird.is regulated.

Der Integrator 22 wird so eingestellt, daß er eine ausreichend kleine Zunahme ergibt, wenn er durch die Pegel-Verschiebeschaltung 21 oder die Pegel-Verschiebeschallung 24 getriggert wird, um die beste Auflösung zu erzielen, die mit der erforderlichen Ansprechzeit und den anderen Fehlerquellen im System verträglich ist Solche kleinen Zunahmen können jedoch zu einer langen Verzögerung beim Erzielen einer Koinzidenz beim anfänglichen Aufbau führen, wenn anfänglich eine weitläufige Abweichung zwischen den Ankunftszeichen des empfangenen RX-Impulses und des »A/-ten VFOw-Impulses vorliegt Der Integrator 22 ist daher bei diesem Aüsführungsbeispic! mit einer manuell betätigbaren Steuerung für das Erhöhen der Größe der Zunahme versehen, so daß eine angenäherte Koinzidenz schnell erzielt werden kann.The integrator 22 is set to have a gives a sufficiently small increase when triggered by the level shift circuit 21 or the level shift sound 24 to obtain the best resolution to achieve that is compatible with the required response time and the other sources of error in the system However, such small increases can result in a long delay in achieving coincidence in the initial build-up if there is initially a widespread discrepancy between the arrival signs of the received RX pulse and the »A / th VFOw pulse is present. The integrator 22 is therefore at this Execution example! with a manually operated Control is provided for increasing the size of the increment so that an approximated coincidence quickly can be achieved.

Die kleinste Zeitdifferenz, die zwischen empfangenen RX- und »W-ten VFO«-Impulsen aufgelöst werden kann, beträgt etwa 6 Nanosekunden, und dies ergibt eine Geschwindigkeitsauflösung, die besser ist als die für die meisten Anwendungsfälle erforderliche.The smallest time difference that is resolved between received RX and "Wth VFO" pulses is about 6 nanoseconds, and this gives a speed resolution that is better than that required for most use cases.

Die tatsächlich erzielte Geschwindigkeitsauflösung ist immer besser als aus der Betrachtung des Zeitauflösevermögens der Schaltung angedeutet. Selbst bei stillstehenden Strömungsmitteln oder sehr konstanten Strömungsgeschwindigkeiten gibt es stets Änderungen in den Übertragungszeiten des Ultraschalls um die mittlere Zeit herum. Obwohl diese Zeitänderungen zu einer größeren Schwingung der VFO-Frequenz um den wahren Mittelwert herum führen als die oben beschriebenen abwechselnden positiven oder negativen Fehler, so liegt doch die Durchschnitts-VFO-Frequenz dichter an diesem Mittelwert.The speed resolution actually achieved is always better than indicated by considering the time resolution of the circuit. Even with stagnant fluids or very constant ones Flow velocities there are always changes in the transmission times of the ultrasound around the mean time. Although this time changes to a result in greater oscillation of the VFO frequency around the true mean value than the alternating positive or negative errors described above, see above the average VFO frequency is closer to this mean.

Liegt ein Hindernis oder eine Störung zwischen den Wandlern vor und wird kein RX-impuls empfangen, sü erfolgt keine Korrektur der VFO-Frequenz. Dieses Hindernis bzw. diese Störung wird durch eine Fehlerschaltung (nicht dargestellt) erkannt, welche den Betrieb der Flipflop-Schaltung 26 sperrt. Der Integrator hat eine lange Abklingkonstante, so daß eine kleine Anzahl von »Fehlw-Übcrtragungcn einen vernachlässigbaren Fehler erzeugt. Eine Störung für mehr als ein paar Übertragungen wird durch die »Fehler«-Schaltung erkannt, und die Geschwindigkeitsablesung wird verhindert, bis der Fehler beseitigt ist.If there is an obstacle or a fault between the converters and no RX pulse is received, see below there is no correction of the VFO frequency. This obstacle or this disturbance is recognized by a fault circuit (not shown), which the operation of the Flip-flop circuit 26 blocks. The integrator has a long decay constant, so a small number of »Wrong transmissions generated a negligible error. A fault for more than a few transmissions is recognized by the "error" circuit, and the speed reading is prevented until the fault is eliminated.

F i g. 2 zeigt eine andere Anordnung, bei welcher die Geschwindigkeitsauflösung auf Kosten der Ansprechzeit verbessert ist. Bei diesem Verfahren werden wiederum zwei spannungsgesteuerte frequenzvariable Oszillatoren VFOl und VF02 verwendet, wobei deren Frequenzen so gesteuert werden, daß sieF i g. Figure 2 shows another arrangement in which speed resolution is improved at the expense of response time. In this method, two voltage-controlled variable-frequency oscillators VFOl and VF02 are used, with their Frequencies are controlled so that they

undand

sind, wobei jedoch die Steuerspannung durch einen Vergleich zwischen Mti und A/Mvfoi und zwischen AZf2 und MNtVfO2 erhalten wird. M bedeutet wieviel mal jedem Kanal die Möglichkeit gegben wird, ein »singaround« nach jedem Hauptoszillator-Impuls durchzuführen. Die Periode dieses Oszillators muß größer als Mt\ oder Mh sein. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeitsauflösung um einen Faktor M über das System (wie in F i g. 1) verbessert wobei vervielfachende VFO1S ohne »sing-around« verwendet werden. Durch entsprechende Wahl von M kann ohne weiteres ein zufriedenstellender Kompromiß zwischen der Geschwindigkeitsauflösung und der Ansprechzeit für jede gewählte Messung eingestellt werden.but the control voltage is obtained by comparing between Mti and A / Mvfoi and between AZf 2 and MNtVfO 2 . M means how many times each channel is given the opportunity to perform a "singaround" after each main oscillator pulse. The period of this oscillator must be greater than Mt \ or Mh . In this way, the speed resolution is improved by a factor M over the system (as in FIG. 1), using multiplying VFO 1 S without "sing-around". By selecting M accordingly, a satisfactory compromise between the speed resolution and the response time can easily be set for each selected measurement.

Wie bei F i g. 1 ist es zweckmäßig, den Betrieb für die eine Übertragungsrichtung zu beschreiben, wobei die entgegengesetzte Richtung ähnlich istAs with F i g. 1, it is appropriate to operate for the to describe a direction of transmission, the opposite direction being similar

Der Hauptoszillator 25 liefert eine Kette von Impulsen, deren Periode größer als ~q~ istThe main oscillator 25 supplies a train of pulses, the period of which is greater than ~ q ~

Jeder Start-Impuls vom Hauptoszillator 25 her gibt einer Sender-Treiberschaltung TXl die Möglichkeit einen Treiberimpuls an den Wandler 1 zu liefern, sobald der nächste VFOl-Impuls nach diesem Start-Impuls erscheint.Each start pulse from the main oscillator 25 gives a transmitter-driver circuit TX1 the opportunity to deliver a driver pulse to the converter 1 as soon as it is the next VFOl pulse after this start pulse appears.

Der resultierende Ultraschaüimpuls wandert durch das Strömungsmittel hindurch vom Wandler 1 zum Wandler 2. Der empfangene Impuls am Verstärker-RXl-Ausgang triggert sofort die Treiberschaltung TXl,The resulting ultrasonic pulse travels through the fluid through from converter 1 to converter 2. The received pulse at the amplifier RXl output immediately triggers the driver circuit TXl,

9 109 10

ν um einen weiteren Antriebsimpuls für den Wandler 1 zu Für jeden Fehlerzustand wird ein Triggerimpuls für dieν to add a further drive pulse for the converter 1. For each fault condition, a trigger pulse for the

■ j erzeugen; d. h, das System führt ein »sing-around« aus. Treiberschaltung TX erzeugt, um das »sing-around«■ generate j; d. h, the system performs a "sing-around". Driver circuit TX generated in order to achieve the "sing-around"

Ϊ Der M-lc empfangene Impuls am Verstärker RXI trig- aufrechtzuerhalten, aber es erfolgt keine Änderung derΪ The M-lc received pulse at the amplifier RXI trig- maintain, but there is no change in the

gert die Treiberschaltung TX1 nicht erneut, so daß nur VFO-Steuerspaimung.The driver circuit TX1 doesn’t get it again, so only VFO control pairing.

f.' M »sing-arounds« erscheinen. Bei diesem Ausführungs- s Eine zeitweilige bzw. flüchtige Störung, die nur einf. ' M »sing-arounds« appear. In this embodiment s A temporary or transient fault that only has a

beispiet wird t/ so gewählt, daß nicht so viele »sing- paar Übertragungen beeinträchtigt, kann geduldet wer-for example t / is chosen in such a way that not so many »single couple transmissions are impaired, can be tolerated

i|: arounds« vorhanden sind, als daß irgendeine Wahr- den. Eine längere Störung wird erkannt, und die AbIc-i |: arounds «exist as that of any truth. A longer fault is recognized and the AbIc-

;':: scheinlichkeil der Koinzidenz zwischen Aussenden und sung bzw. Ausgabe wird verhindert.; ':: apparently wedge of the coincidence between transmission and sung or output is prevented.

is'j Empfangen an einem der Wandler eingeführt wird. Da die Wandler nicht gleichzeitig Impulse empfan-is'j receiving is introduced at one of the transducers. Since the converters do not receive pulses at the same time

Sk Die logische 1-Schaltung vergleicht die Ankunftszeit io gen, ist es möglich, einen einzigen Verstärker als Ersatz Sk The logic 1 circuit compares the arrival time io gen, it is possible to use a single amplifier as a replacement

§ des M-ten empfangenen Impulses mit der Zeit, zu der für die Verstärker RXl AMP und RX2 AMP in F i g. 1 § of the M-th received pulse with the time at which for the amplifiers RX1 AMP and RX2 AMP in FIG. 1

\\l der MxN-te VFOl-Impuls nach dem Start-Impuls er- zu verwenden. Eine entsprechende Umgestaltung der \\ l the MxN-th VFOl pulse after the start pulse to be used. A corresponding redesign of the

. ■; scheint; d. h, es findet ein Vergleich zwischen Mt und Schaltung ist in F i g. 5 dargestellt, die einige zusätzliche. ■; appears; d. That is, there is a comparison between Mt and the circuit shown in FIG. 5 illustrated which some additional

p] AWl VFOi statt Verbesserungen zeigt.p] AWl VFOi instead of showing improvements.

Φ je nachdem, ob der empfangene Impuls vor oder nach 15 Nach F i g. 5 liefert ein Hauptoszillator 35 eine KetteΦ depending on whether the received impulse is before or after 15 after F i g. 5, a master oscillator 35 provides a chain

s| dem MAAten erscheint, wird eine kleine Änderung in von Impulsen, deren Periode größer als L/Cist, an jedens | appears to the MAAten, a small change in pulses, the period of which is greater than L / C, is sent to each

fjj der Spannung durch die Steuer-1-Schaltung ausgeführt, der Trigger TXl und TX2, wobei die Impulse zum Trig-fjj of the voltage is carried out by the control 1 circuit, the trigger TX1 and TX2, the pulses for triggering

t| um die VFOl-Frequenz jeweils zu erhöhen oder herab- ger TX2 relativ zu den Impulsen zum Trigger TXl zeitt | to increase the VFOl frequency or lower TX2 relative to the pulses to trigger TXl time

£ zusetze». versetzt sind; um ein Aufeinandertreffen von Empfangs-£ add ». are offset; a meeting of receptionists

:, Nach einer Anzahl dieser Perioden der »sing- 20 und Sendeimpulsen an den Wandlern zu vermeiden.: After a number of these periods of the »sing and transmit pulses to be avoided at the transducers.

j! arounds« befindet sich der ΛίΛΖ-te VFOl-Impuls in Zeit- Ein Impuls vom Hauptoszillator 35 steuert denj! arounds «is the ΛίΛΖ-th VFOl pulse in time. A pulse from the main oscillator 35 controls the

koinzidenz mit dem M-ten Impuls vom Verstärker RXI TXl-Trigger an, der die Treiberschaltung TXl beimcoincidence with the M-th pulse from the amplifier RXI TXl trigger, which the driver circuit TXl when

'< her, so daß, wie beim vorhergehenden Verfahren, nächsten VFOl-Impuls triggert. Der Ausgang vom'<so that, as in the previous procedure, the next VFOl pulse is triggered. The exit from

Trigger TXl stellt außerdem den 4·-ZV-Zähler 36 aufTrigger TX1 also sets up the 4 * ZV counter 36

/yjQ, mfifxJ- [/, - *■ ) 25 n-1 zurück./ yjQ, mfifxJ- [/, - * ■) 25 n-1 back.

; t\ \ C-V) ; t \ \ CV) Der resultierende Ultraschallimpuls wandert durchThe resulting ultrasonic pulse travels through

das Strömungsmittel hindurch vom Wandler 1 zumthe fluid through from the transducer 1 to

ist Wandler 2. Der empfangene Impuls wird zum Vcrstär-is converter 2. The received pulse is used to amplify

In ähnlicher Weise werden Übertragungen in der ent- ker 37 weitergeleitet.Transmissions are forwarded in the corer 37 in a similar manner.

gegengesetzten Richtung vom Wandler 2 zum Wandler 30 Ein genauer Zeitbezug wird bei diesem empfangenenopposite direction from transducer 2 to transducer 30. A precise time reference is received with this

1 durchgeführt, um Impuls durch einen Nulldurchgangs-Detektor 38 aufge-1 carried out to detect the pulse by a zero crossing detector 38.

. ν baut. Dies ist ein Merkmal, welches eine verbesserte . ν builds. This is a feature which is an improved

/vfoj -Nx- (I7 - ~—) Auflösung ermöglicht./ vfoj -Nx- (I 7 - ~ - ) resolution enabled.

/j \ C+V/ / j \ C + V / Der Ausgang vom Nulldurchgangs-Detektor 38 wirdThe output from zero crossing detector 38 becomes

35 über einen geschaltetes Abtaster-UND-Tor 39 zur logi-35 via a switched scanner AND gate 39 to the logi-

zu erhalten. sehen !-Schaltung und zur Steuer-1-Schaltung übermit-to obtain. see! circuit and transmitted to control 1 circuit

Der Strömungsmesser-Ausgang, proportional der telt, die im Betrieb den Bauteilen entsprechen, die inThe flow meter output, proportional to the number of parts corresponding to the components in operation in Wassergeschwindigkeit, ist die Differenz-Frequenz der F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. SoWater speed, is the difference frequency of the F i g. 1 are provided with the same reference numerals. So

beiden VFÖ's. vergleicht die logische 1 -Schaltung die Zeit der Ankunftboth VFÖ's. the logic 1 circuit compares the time of arrival

ν ν 0 vi/ 40 ^β8 emPfangenen Signals vom Wandler 2 her mit derν ν 0 vi / 40 ^ β8 em captured signal from converter 2 with the

/* -/vpoi -/vfo2 ----- H—. / * - / vpoi - / vfo2 ----- H-. Zeit, zu welcher der A/-te Impuls vom Osr'lator VFOlTime at which the A / th pulse from the oscillator VFOl

*i h L, * i h L, her erscheint. Je nachdem, ob der empfangene Impulsappears here. Depending on whether the pulse received

vor oder nach dem A/-ten VFOl-Impuls erscheint, wirdappears before or after the A / th VFOl pulse, will

Es ist ersichtlich, daß die Schaltung der F i g. 1 und 3 die Steuer-1-Schaltung veranlaßt, eine kleine Änderung ohne weiteres for dieses begrenzte »sing-around-Ver- 45 der Steuerspannung für den Oszillator VFOl vorzunehfahren geeignet ist. Der Betrieb ist ähnlich, mit der Aus- men, um jeweils dessen Frequenz zu erhöhen oder hernähme, daß nach jedem Hauptoszillator-Triggerimpuls abzusetzen. Nach einer Anzahl von Übertragungen ein Zähler durch Λ/Λ/teilen muß, und die Flipflop-Schal- wird sich der A/-te VFOl-Impuls in Zeitübereinstimtungcn arbeiten beim MN-ttn VFO-lmpuls und beim mung mit dem empfangenen Impuls befinden. M-ttn empfangenen RX-Impuls. 50 Das Signal vom Hauptoszillator 35 her steuert außer-Für einen gegebenen Fehler in der VFO-Frequenz ist dem das geschaltete Abtaster-UND-Tor 39 über eine die Zeitdifferenz der Eingänge zu den Flipflop-Scha!- Verzögerungseinrichtung 41 und einen Abtaster 42, Das tungen somit M mal so groß, was einen effektiven Zeit- verzögerte Abtastsignal dient dazu, sowohl das Anspre-It can be seen that the circuit of FIG. 1 and 3 causes the control 1 circuit to make a small change without further ado for this limited sing-around variation of the control voltage for the oscillator VFO1. The operation is similar, with the exception of increasing its frequency or taking it off after each main oscillator trigger pulse. After a number of transmissions a counter has to divide by Λ / Λ /, and the flip-flop switch, the A / th VFOl pulse will work in time with the MN-ttn VFO pulse and when minging with the received pulse. M-ttn received RX pulse. 50 The signal from the main oscillator 35 controls exceptionally For a given error in the VFO frequency, the connected scanner AND gate 39 is via a delay device 41 and a scanner 42, Das thus M times as large, which is an effective time-delayed sampling signal, both the response

vergleich zwischen i, und MVFO1 ergibt, was dem i-fa- =hen· außef um.die erwartete Ankunftszeit eines emp-6 6 M comparison between i and M VFO1 results, which the i-FA = · outsid hen f order. the expected time of arrival of a 6 6 M 55 fangenen Impulses nerum, zu sperren als auch den cherc demjenigen entspricht, der ohne begrenztes »sing- Schalter zu betätigen, um das empfangene Signal an die around« möglich ist Man erzielt somit eine Zunahme logische 1-Schaltung weiterzuleiten, von M bei der Strömungsgeschwindigkeitsauflösung. Der Betrieb für eine Übertragung vom Wandler 2 her Jeder Triggerausgang zur Treiberschaltung TX er- erfolgt parallel zu demjenigen für den Wandler 1, mit zeugt außerdem einen Abtastimpuls, der so verzögert 60 der Ausnahme, daß das empfangene Signal vom Wandwird, daß ein empfangener Impuls innerhalb dieser Ab- ler 1 über das geschaltete Abtaster-UND-Tor 39 an die tastzeit ankommt Der Trigger wird gesperrt, außer logische 2-Schaltung weitergeleitet wird, während des Abtastimpulses, um soweit wie möglich ein Die Ausgänge, die mit VFOl O/P, entsprechend Mi, erneutes Triggern durch ungewollte Signale zu verhin- und mit VF02 O/P, entsprechend Mi, bezeichnet sind, dem, Wird kein Impuls während des Abtastimpulses ic werden einer logischen Differenzschaltung 43 zugeempfangen, und zwar wegen seines Hindernisses bzw. führt Die Strömungsrate wird durch einen Differenzeiner Störung im Strömungsmittelweg zwischen den ausgang (Mi—Mj) angezeigt Bei diesem Ausführungs-Wand· im, so wird dies als ein Fehlerzustand festgestellt beispiel wird die Strömungsrichtung durch logische55 trapped impulses nerum, as well as the cherc corresponds to the one that is possible without a limited "sing switch to operate the received signal to the around". One thus achieves an increase in the logic 1 circuit, from M in the flow velocity resolution . The operation for a transmission from the transducer 2. Each trigger output to the driver circuit TX occurs in parallel with that for the transducer 1, and also generates a sampling pulse which is delayed 60 with the exception that the received signal is off the wall that a received pulse is within this sampler 1 arrives at the sampling time via the connected sampler AND gate 39 The trigger is blocked, unless logic 2-circuit is passed on during the sampling pulse in order to corresponding to Mi, to prevent re-triggering by unwanted signals and denoted by VF02 O / P, corresponding to Mi, if no pulse is received during the sampling pulse ic , a differential logic circuit 43 is received because of its obstacle or leads to the flow rate is indicated by a difference in a disturbance in the fluid path between the output (Mi-Mj). In this embodiment wall · im, it is indicated as an error The flow direction is determined by logical

Ausgänge angezeigt, die entweder Nf\ > Nf2 oder Nf\ < Nf2 zeigen.Outputs are displayed that show either Nf \> Nf 2 or Nf \ <Nf 2 .

Wie bsi der Anordnung nach Fig. 1 hat der Integrator eine ausreichende Zeitkonstante, wobei es ihm nichts ausmacht, wenn einige Impulse behindert werden. Die empfangenen Impulse werden vom Verstärker 37 her überwacht und, als RXl 0/P und RX2 0/P angedeutet, an eine logische Fehlerschaltung 44 übermittelt. Diese Schaltung zeigt einen Fehler an und sperrt das Herauslesen, wenn weniger als ein voreingestellter Mindestprozentsatz von Impulsen empfangen wird. Im tpyischen Fall hat es sich als zufriedenstellend herausgestellt, die Fehlerschaltung so einzustellen, daß sie in Tätigkeit tritt, wenn weniger als 10% der ausgesendeten Impulse von einem der Wandler empfangen werden. In is der Praxis stellt sich gewöhnlich heraus, daß entweder alle Impulse empfangen werden oder irgendeine Störung vorhanden ist, wenn keine empfangen werden. Eins vorübsrcfi"h£r!dfi, flüchtige Störung wie beisnielsweise ein voi beifahrendes Boot, wo die Flußströmung zu überwac'Sen ist, kann einige Impulse unierbrechen, wird jedoch im allgemeinen die Ablesung nicht beeinträchtigen. As in the arrangement according to FIG. 1, the integrator has a sufficient time constant, and it does not mind if some pulses are obstructed. The received pulses are monitored by the amplifier 37 and, indicated as RX1 0 / P and RX2 0 / P, transmitted to a logic error circuit 44. This circuit indicates an error and blocks reading out if less than a preset minimum percentage of pulses is received. In the typical case it has been found satisfactory to set the error circuit so that it comes into operation when less than 10% of the transmitted pulses are received by one of the transducers. In practice it usually turns out that either all pulses are received or that there is some interference if none are received. One vorübsr cfi "h £ r dfi, volatile fault! Beis as n ielsweise a voi beifahrendes boat where the river currents to überwac'Sen is, some pulses may unierbrechen, but will not interfere with the reading in general.

Es versteht sich, daß die Anordnung nach F i g. 2 abgeändert werden kann, um einen einzigen Verstärker in einer der F i g. 5 ähnlichen Weise zu verwenden.It goes without saying that the arrangement according to FIG. 2 can be modified to include a single amplifier in one of the F i g. 5 similar ways to use.

Die Erfindung ist. nicht auf Einzelheiten der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise wird es vorgezogen, zwei frequenzvariable Oszillatoren und zugeordnete Steuerschaltungen zu verwenden, so daß die Messungen in den entgegengesetzten Richtungen parallel fortschreiten können, wobei die einzige Bedingung in einer ausreichenden Differenz in der Zeitgebung zwischen Einzelimpulsen besteht, um ein Zusammenfallen des Aussendens und des Empfangens an irgendeinem Wandler zu vermeiden, mit der folgenden Empfängersperrung. Die Vorteile dieser Art von Messung sind prinzipiell folgende:The invention is. not limited to details of the exemplary embodiments described above. For example it is preferred to have two variable frequency oscillators and associated control circuits too so that the measurements can proceed in parallel in the opposite directions, where the only condition is that there is a sufficient difference in timing between individual pulses in order to to avoid a coincidence of sending and receiving at any transducer with the following recipient block. The main advantages of this type of measurement are as follows:

(1) Die Ultraschall-Meßimpulse pflanzen sich fast völ-Mg gleichzeitig über den Strömungsmittelweg hinweg fort, so daß auf diese Weise irgendwelche möglichen Auswirkungen auf die Transit-Geschwindigkeitsmessung infolge Temperatur-, Dichte- oder anderer Änderungen im Strömungsmittel auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, und(1) The ultrasonic measuring impulses plant themselves almost entirely Mg at the same time across the fluid path, so that in this way any possible effects on the transit speed measurement due to temperature, density or other changes in the fluid are minimized, and

(2) es ist eine direkte und einfache Sache, eine Differenzfrequenz zwischen zwei gleichzeitig arbeitenden Oszillatoren anzuzeigen, und der Ausgang ist eine kontinuierliche Anzeige für die Strömungsgeschwindigkeit Obwohl Strömungsgeschwindigkeitsänderungen nicht sofort gefolgt wird, wird ihnen doch sehr schnell gefolgt, insbesondere bei der Ausführungsform nach Fig. 1.(2) it's a straightforward and simple thing, a frequency difference between two oscillators operating at the same time, and the output is a continuous display of the flow rate although flow rate changes is not followed immediately, they are followed very quickly, especially with the Embodiment according to FIG. 1.

5555

Falls erwünscht, wäre es jedoch möglich, einen einzigen spannungsgesteuerten Oszillator mit zugeordneter Steuerschaltung zu verwenden und aufeinanderfolgende Bestimmungen von, anfänglich, der Frequenz, die erforderlich ist, damit N Impulse in die Zeitdauer hineinpassen, die von Schallweilen gebraucht wird, um vom V/andler 1 zum Wandler 2 zu gelangen, und, nachfolgend, der Frequenz, die erforderlich ist, damit N Impulse in die Zeitdauer hineinpassen, die Schallwellen brauchen, um vom Wandler 2 zum Wandler 1 zu gelangen. Ein solches System würde einen. Speicher erfordern, um die erste Frequenz festzuhalten, während die zweite Frequenz bestimmt wird, wonach die Differenzfrequenz durch Subtraktion gefunden werden kann.If desired, however, it would be possible to use a single voltage controlled oscillator with associated control circuitry and successive determinations of, initially, the frequency necessary for N pulses to fit into the length of time it takes for sound waves to pass from the v / andler 1 to get to transducer 2, and, below, the frequency that is required so that N pulses fit into the period of time that sound waves need to get from transducer 2 to transducer 1. Such a system would. Require memories to hold the first frequency while the second frequency is determined, after which the difference frequency can be found by subtraction.

Außerdem ist es zweifellos äußerst zweckmäßig und einfach, die Anzahl Λ/νοη Impulsen des frequenzvariablen Oszillators so einzurichten, daß sie innerhalb jeder Zeitperiode die gleiche ist, so daß die Differenzfrequenz eine einfache Proportionalität zur Strömungsgeschwindigkeit hat. Jedoch könnte man eine andere Anzahl von Impulsen, beispielsweise N\ Impulse für die Stromaufwärtsmessung und Nj Impulse für die Stromabwä. ?»- messung, verwenden. Es würde dann einfach nur notwendig sein, den Differenzausgang um einen konstanten Faktor bei der Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit einzuregeln.In addition, it is undoubtedly extremely convenient and simple to set up the number Λ / νοη pulses of the variable frequency oscillator so that it is the same within each time period, so that the difference frequency has a simple proportionality to the flow rate. However, a different number of pulses could be used, for example N \ pulses for the upstream measurement and Nj pulses for the downstream measurement. ? »- measurement, use. It would then simply be necessary to adjust the differential output by a constant factor when calculating the flow velocity.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Gerät zum Messen der Geschwindigkeit oder einer Geschwindigkeitskomponente der Strömung s eines Strömungsmittels, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Einheit, die voneinander auf Abstand angeordnet sind und je Schallwellen aussenden und empfangen, die Ober einen Weg durch das Strömungsmittel hindurch in der Richtung verlaufen, in welcher die Geschwindigkeit oder Geschwindigkeitskomponente zu messen ist, aus einer Zeitsteuereinrichtung, aus einer Triggereinrichtung zur Steuerung der Übertragung von Impulsen in beiden Richtungen über den Weg zwischen der ersten und zwei- ten Einheit sowie aus einer Einrichtung, die einen Ausgang liefert, der zur Differenz der Laufzeiten der Impulse in den jeweils entgegengesetzten Richtungen auf dem Weg in Beziehung steht dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung (TRIG; TRIGGER 1, TRIGGER 2; TX1 -TRIGGER, TX2-TRIGGER) unter der Steuerung der Zeitsteuereinrichtung (11; 25; 35) arbeitet, damit Schallwellen von der ersten Einheit (Wandler 1) zur zweiten Einheit (Wandler 2) separat, aber über den gleichen Weg durch das Strömungsmittel wie von der zweiten Einheit (Wandler 2) zur ersten Einheit (Wandler1. Device for measuring the speed or a speed component of the flow s a fluid consisting of a first and a second unit, which are arranged at a distance from each other and each emit and receive sound waves that travel over a path through the Flow means pass through in the direction in which the speed or speed component is to be measured, from a timing device, from a trigger device for controlling the transmission of pulses in both directions via the path between the first and two th unit as well as from a device that provides an output that corresponds to the difference in the transit times of the Impulses in the respectively opposite directions on the way are related thereby characterized in that the trigger device (TRIG; TRIGGER 1, TRIGGER 2; TX1 -TRIGGER, TX2-TRIGGER) operates under the control of the timing device (11; 25; 35) to allow sound waves from the first unit (transducer 1) to the second Unit (converter 2) separately, but via the same path through the fluid as from the second unit (converter 2) to the first unit (converter 1) übertragen werden, daß eine Steuereinrichtung (Steuerung 1; Steuerung 2) die Frequenz einer frequenzvariahlen OsziIlatoreinrichtung(VFOl;VFO2) steuert, um eine vorbestimmte Vielzahl ΛΛ von Schwingungen oder .impulse-", in einer ersten Zeitspanne, die derjenigen entspricht, die ein Schallwellenimpuls auf seinem Weg ve ; der ersten Einheit (Wandler 1) zur zweiten Einheit (Wandler 2) braucht und eine vorbestimmte Vielzahl Ni von Schwingungen oder Impulsen in einer zweiten Zeitspanne zu erzeugen, die derjenigen entspricht, welche ein Schallwellenimpuls auf seinem Weg von der zweiten Einheit (Wandler 2) zur ersten Einheit (Wandler 1) braucht und daß die Einrichtung zur Lieferung eines Ausganges (12; Nf\—AWj; 43) die Differenz in acT Frequenz zwischen den Schwingungen oder Impulsen, die in der ersten Zeitspanne erzeugt werden, und den Schwingungen oder Impulsen, die in der zweiten Zeitspanne erzeugt werden, bestimmt.1) are transmitted that a control device (controller 1; controller 2) controls the frequency of a frequency-variable oscillator device (VFOl; VFO2) to a predetermined plurality ΛΛ of oscillations or .impulse- ", in a first period of time that corresponds to that a sound wave pulse on its way ve; the first unit (transducer 1) to the second unit (transducer 2) needs and a predetermined plurality Ni of vibrations or pulses to generate in a second period of time which corresponds to that which a sound wave pulse on its way from the second unit (converter 2) to the first unit (converter 1) and that the device for supplying an output (12; Nf \ - AWj; 43) the difference in acT frequency between the oscillations or pulses generated in the first period of time , and the vibrations or pulses generated in the second period of time. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Steuereinrichtung (Steuerung 1; Steuerung 2) eine logische Schaltung (15,16) zum Vergleichen der Erscheinungszeiten der N\ -ten Schwingung odsr des Λ/ι-ten Impulses mit der Ankunftszeit des Schallwellenimpulses an der zweiten Einheit (Wandler 2) und zum Vergleichen der Erscheinungszeit der Λ/2-ten Schwingung oder des /vVten Impulses, einer gegebenen Impulsübertragung folgend, und der An- ss kunftszeit des Schallwellenimpulses an der ersten Einheit (Wandler 1) aufweist, wobei die Schwingungs- oder Impulswiederholungsfrequenz so eingeregelt ist daß sie das Bestreben hat, diese Erscheinungszeiten der N\ «ten oder /Vrten Schwingung bo oder des Λ/ι-ten oder /Vj-ten Impulses in Übereinstimmung mit der Ankunftszeit des entsprechenden Schallwellenimpulses zu bringen, wobei die Differenzbestimmungseinrichtung (12; Nf\ — Nfr, 43) die Differenz in der Frequenz zwischen den in der er- (,5 sten Zeitspanne erzeugten Schwingungen oder Impulsen und den in der zweiten Zeitspanne cr/cugicn Schwingungen oder Impulses anzeigt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the control device (control 1; control 2) has a logic circuit (15, 16) for comparing the times of appearance of the N \ -th oscillation odsr of the Λ / ι-th pulse with the arrival time of the sound wave pulse at the second unit (transducer 2) and for comparing the time of appearance of the Λ / 2-th oscillation or the / vVth pulse following a given pulse transmission and the arrival time of the sound wave pulse at the first unit (transducer 1), where the oscillation or pulse repetition frequency is adjusted in such a way that it strives to bring these times of appearance of the N \ «th or / Vrth oscillation bo or of the Λ / ι-th or / Vj-th pulse into agreement with the arrival time of the corresponding sound wave pulse, wherein the difference determining device (12; Nf \ - Nfr, 43) the difference in frequency between the vibrations or pulses generated in the first (, 5th time period and the cr / cugicn oscillations or impulses in the second period of time. 3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (LOGIC 1; LOGIC 2) zum Sperren der Einstellung der Schwingungs- oder Impulswiederholungsfrequenz für den Fall, daß kein Schallwellenimpuls innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer empfangen wird, welche die zu erwartende Ankunftszeit umfaßt3. Apparatus according to claim 2, characterized by a locking device (LOGIC 1; LOGIC 2) for Locks the setting of the oscillation or pulse repetition frequency in the event that none Sound wave pulse is received within a predetermined period of time which includes the expected time of arrival 4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß N\ — Λ/2— Ν ist4. Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that N \ - Λ / 2— Ν 5. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Steuereinrichtung (Steuerung 1; Steuerung 2) die Frequenz der frequenüvariablen Oziüatoreinrichtung (VFOl; VFO2) durch eine festgelegte Schrittänderung in der Frequenz bei jedem Aussenden und Empfangen eines Schallwellenimpulses einregelt5. Apparatus according to one of claims I to 4, characterized in that the control device (Control 1; Control 2) the frequency of the variable frequency Oziüatoreinrichtung (VFOl; VFO2) by a fixed step change in the frequency each time one is sent and received Sound wave pulse regulates 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß eine Einrichtung zum vorübergehenden Einregeln der Größe der Schrittänderung in der Frequenz vorgesehen ist6. Apparatus according to claim 5, characterized in that means for temporary Adjustment of the size of the step change in the frequency is provided 7. Gerät nach einem der Ansprüche ί bis 5, dadurch gekennzeichnet daß der Betrieb so gesteuert ist daß jeder folgende SchallweHenimpuls über den Weg durch das Strömungsmittel in der zum vorangehenden Schallwellenimpuls entgegengesetzten Richtung verläuft7. Apparatus according to one of claims ί to 5, characterized in that the operation is controlled is that each subsequent sound wave pulse across the path through the fluid is in the opposite direction to the previous sound wave pulse Direction runs 8.G erät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet daßdieTriggereinrichtungeinenarsten(TRlGGERl) undeinenzweiten(TRIGGER2)Triggeraufweist,daß erste Triggersicuereinrichtungen (RX 1,-fMJ vorgesehen sind, die den ersten Trigger (TRIGGER 1) der Triggereinrichtungen veranlassen, die erste Einheit (Wandler 1) bei Empfang eines Impulses durch die zweite Einheit (Wandler 2) erneut zu triggern, und die den ersten Trigger (TRIGGER 1) an einem weiteren erneuten Triggern hindern, wenn eine vorbestimmte Vielzahl M\ von Impulsen von der ersten Einheit (Wandler 1) zur zweiten Einheit (Wandler 2) übertragen worden ist, daß zweite Triggersteuereinrichtungen (RX2, -r- M) vorgesehen sind, die einen zweiten Trigger (TRIGGER 2) veranlassen, die zweite Einheit (Wandler 2) bei Empfang eines Impulses durch die erste Einheit (Wandler I) erneut zu triggern, und die den zweiten Trigger(TRlGGER 2)an einem weiteren erneuten Triggern hindern, wenn eine vorbestimmte Vielzahl Mi von Impulsen von der zweiten Einheit (Wandler 2) zur ersten Einheit(Wand!er!)übertragen worden ist,daßdieZeitsteucreinrichtung(25)in bezug auf die Vielzahlen M\ und Mi so eingestellt wird, daß jede Wahrscheinlichkeit der Koinzidenz zwischen Aussenden und Empfangen an jeder Einheit vermieden wird, und daß die frequenzvariable Oszillatoreinrichtiing (VFO 1, VF02) so gesteuert wird, daß sie eine Vielzahl M\N\ von Schwingungen oder Impulsen in der Zeit erzeugt, die von M\ »sing-around«-Übertragung«:n von Schallwellenimpulsen von der ersten Einheit zur zweiten Einheit benötigt wird, und eine Vielzahl M2N2 von Schwingungen oder Impulsen in der Zeit zu erzeugen, die für M2 »sing-around«-Übcrtragungcn von Schallwellenimpulsen von der zweiten Einheit zurersten Einheit benötigt wird. 8.G erät according to claim 1, characterized in that the trigger device has a first (TRIGGER1) and a second (TRIGGER2) trigger, that first trigger control devices (RX 1, -fMJ are provided which cause the first trigger (TRIGGER 1) of the trigger devices, the first unit (converter 1 to trigger) upon receipt of a pulse by the second unit (transducer 2) again, and the 1) prevent the first trigger (tRIGGER to a further re-triggering when a predetermined plurality M \ of pulses from the first unit (transformer 1) to second unit (converter 2) has been transmitted that second trigger control devices (RX2, -r- M) are provided, which cause a second trigger (TRIGGER 2), the second unit (converter 2) when a pulse is received by the first unit ( Converter I) to trigger again, and which prevent the second trigger (TRIGGER 2) from being triggered again if a predetermined number Mi of pulses from the second unit (Wa transmitter 2) has been transmitted to the first unit (wall! er!) that the time control device (25) is set with respect to the pluralities M \ and Mi in such a way that any probability of coincidence between transmission and reception at each unit is avoided, and that said variable frequency Oszillatoreinrichtiing (VFO 1, VF02) is controlled so that it generates a plurality M \ N \ vibrations or pulses in the time of M \ "sing-around" transmission ": n of acoustic wave pulses from the first unit to the second unit is required, and to generate a large number of M2N2 oscillations or pulses in the time required for M 2 "sing-around" transmission of sound wave pulses from the second unit to the first unit. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitbezugswert bei empfangenen Schallwellenimpulsen durch einen Nullcliirchgangs-Detektor (38) aufgebaut wird.9. Apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a time reference value at received sound wave pulses is built up by a Nullcliirchgang detector (38).
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