DE10118934A1 - Kontrollvorrichtung für Ultraschallwandler - Google Patents

Abstract

Überwachungseinrichtung zur Justierung und zur Alterungskontrolle von Messgeräten mit Ultraschallwandlern, insbesondere Durchflussmessgeräte für fluide Medien, mit einer an eine Vergleichseinrichtung angeschlossene Messeinrichtung zur Messung der Empfangsspannung der Ultraschallwandler.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung zur Justierung und zur Alterskontrolle von Messgeräten mit Ultraschallwandlern, insbesondere Durch­ flussmessgeräte für fluide Medien.

Bei der Durchflussmessung mit Ultraschall entstehen am Empfangsteil der Ultra­ schallwandler typischerweise Eingangsspannungen mit 50 bis 3000 mV und mit einer Frequenz zwischen etwa 0,5 und 2 MHz. Mit zunehmender Verschmutzung, die beispielsweise durch Kalk, Rost und Magnetit verursacht wird, verringert sich die Empfangsspannung und damit wird auch die Qualität der Durchflussmessung schlechter, bis sie zuletzt nicht mehr möglich ist.

Darüber hinaus haben Ultraschallwandler Toleranzen, wodurch sie bei fester Fre­ quenz nie in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Um die Frequenz auf den optimalen Arbeitspunkt zu justieren, müsste aber eine exakte Vermessung der Ultraschallwandlerleistung stattfinden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung zu schaffen, die einfacher Weise ein Justierung und eine zuverlässige Alterskon­ trolle und damit des Ausmaßes der Verschlechterung der Empfangsqualität von Ultraschallwandlern in Messgeräten ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Überwachungseinrichtung erfindungs­ gemäß gekennzeichnet durch eine an eine Vergleichseinrichtung angeschlossene Messeinrichtung zur Messung der Empfangsspannung der Ultraschallwandler.

Bei dem Einsatz von Ultraschallwandlern insbesondere in Durchflussmessgeräten für fluide Medien werden ja in erster Linie Laufzeitunterschiede gemessen, d. h. die Größe des jeweils ankommenden Ultraschallsignals und die Größe der daraus vom Ultraschallwandler erzeugten Signalspannung sind keine relevanten Größen für das Messgerät.

Erfindungsgemäß soll nun zusätzliche eine Absolutmessung der Empfangsspan­ nung stattfinden, um aus dieser entweder das Maß der Verstimmung gegenüber der optimalen Arbeitsfrequenz oder aber ein Maß für die durch eine Verschmut­ zung der Oberfläche des Ultraschallwandlers erzeugte Verschlechterung seiner Empfangsqualitäten zu erhalten.

Um Empfangsspannungen in dieser geringen Größe, wie sie bei Ultraschallwand­ lern auftreten und insbesondere den hohen Frequenzen, zu messen, werden nach dem Stand der Technik Analog-Digitalwandler benötigt. Diese sind aber für Wech­ selspannungen mit 1 MHz relativ teuer. Eine Gleichrichtung der kurzen Impulse mit anschließender Vermessung mit einem langsamen AD-Wandler ist ebenfalls mit einem erhöhten Aufwand verbunden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Emp­ fangssignale der zu überwachenden Ultraschallwandler in einem Komparator mit einer um eine Offsetspannung gegenüber dem Nulldurchgang versetzten Schalt­ schwelle in rechteckförmige Digitalsignale umgewandelt werden und deren Tast­ verhältnis bestimmt wird.

Durch die Einbeziehung einer derartigen sehr einfach und genau messend aufge­ bauten Überwachungseinrichtung in die Regelungseinrichtung eines Empfangs­ verstärkers eines Ultraschall-Messgeräts lässt sich eine sehr einfache Verstär­ kungsregelung durchführen, bei der über einen einstellbaren Verstärker immer für eine optimale Empfangsspannungsamplitude gesorgt werden kann. Zu diesem Zweck kann beispielsweise vorgesehen sein, dass unmittelbar von der Überwa­ chungseinrichtung ein Stellsignal für eine einstellbare Sendefrequenz des Mess­ geräts abgegeben wird.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, eine erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung mit einem optischen oder akustischen Signalgerät zur Abgabe eines Warnsignals bei Unterschreiten einer vorgegebenen Vergleichs­ spannung zu versehen. Über ein solches Warnsignal kann eine Empfehlung für einen Austausch des sich verschlechternden Ultraschallwandlers gegeben werden, bevor das Gerät komplett ausfällt. Die Anzeige liefert damit auch indirekt ei­ nen Hinweis an den Betreiber, dass die Qualität des Wassers nicht mehr ausrei­ chend ist.

Weiter Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 übereinanderliegende Diagramme einer sinusförmigen Signalspannung ei­ nes Ultraschallwandlers und der digitalisierten Rechteckspannung unter Einsatz einer Offsetschaltschwelle bei hohem Ultraschallsignal und

Fig. 2 der Fig. 1 entsprechende Diagramme eines Ultraschallwandlersignals mit niedrigerer Amplitude.

In einem Ultraschallzähler werden die Empfangssignale typisch vor einer weiteren Verarbeitung in einem Komparator aufbereitet. Dieser hat den Zweck, aus einem sinusförmigen Eingangssignal 1 ein rechteckförmiges Digitalsignal 2 zu formen. Aus der zeitlichen Lage dieses Digitalsignals kann auf den Durchfluss geschlos­ sen werden. Diese Verhältnisse sind bekannt und sollen an dieser Stelle über­ haupt nicht näher erörtert werden. Die Schaltschwelle des Komparators ist in der Regel auf den Nulldurchgang des Empfangssignals gelegt, so dass ein Rechteck­ signal mit einem Tastverhältnis TH : TL von 1 : 1 am Ausgang des Komparators bei üblichen Ultraschallwandlermessgeräten ansteht. In den Figuren ist aber nun­ mehr eine abgewandelte Funktionsweise des Komparators dargestellt, bei der die Schaltschwelle für die Zeitdauer der Messung auf einen Wert ungleich des Null­ durchgangs (Uoffset) gelegt ist, so dass man aus dem Tastverhältnis TH : TL auf die absolute Höhe des Empfangssignals schließen kann.

Wie man aus dem Vergleich der Fig. 1 und 2 erkennen kann, ist das Tastver­ hältnis TH : TL bei hoher Amplitude des Eingangssignals des Ultraschallzählers größer als bei einer kleinen Amplitude (Fig. 2), da natürlich bei hoher Amplitude ein größerer Teil der sinusförmigen Eingangsspannung 1 oberhalb der Offsetspannung Uoffset liegt. Je kleiner die Amplitude des Eingangssignals 1 ist, desto kleiner ist der Bereich des über der Offsetspannung liegenden Teils der Sinuskur­ ve, so dass dann, wenn die Amplitude des Eingangssignals 1 der Höhe der Off­ setspannung entspricht, ein Tastverhältnis TH : TL gleich Null auftreten würde. Durch dieses sehr einfach zu messende Tastverhältnis - Komparatoren, die dann allerdings ohne Offsetschwelle betrieben werden, sind ja in Ultraschallmessgeräte üblicherweise sowieso eingebaut - lässt sich in einfacher Weise eine periodisch wiederkehrende Messung des Absolutwerts der Eingangsspannung eines Ultra­ schallwandler-Messgeräts durchführen, aus der dann wiederum entweder eine Nachregelung zur Justierung auf den optimalen Arbeitspunkt erfolgen kann oder aber aus der Hinweise gewonnen werden können, dass durch Verschmutzung der Ultraschallwandler in seiner Empfangsqualität so verschlechtert worden ist, dass entweder eine Reinigung oder ein Austausch notwendig ist.

Claims (5)

1. Überwachungseinrichtung zur Justierung und zur Alterungskontrolle von Messgeräten mit Ultraschallwandlern, insbesondere Durchflussmessgeräte für fluide Medien, gekennzeichnet durch eine an eine Vergleichseinrichtung angeschlossene Messeinrichtung zur Messung der Empfangsspannung der Ultraschallwandler.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssignale in einem Komparator mit einer um eine Offsetspan­ nung gegenüber dem Nulldurchgang versetzten Schaltschwelle in recht­ eckförmige Digitalsignale umgewandet werden und deren Tastverhältnis bestimmt wird.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass sie in die Regelungseinrichtung eines Empfangsverstärkers integ­ riert ist.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass sie ein Stellsignal für eine einstellbare Sendefrequenz des Mess­ geräts abgibt.

5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass sie mit einem optischen oder akustischen Signalgerät zur Abgabe eines Warnsignals bei Unterschreiten einer vorgegebenen Ver­ gleichsspannung versehen ist.