DE1803097C3 - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen eines schallaufzeitpropor tionalen Signals - Google Patents

Description

lor enthält, wertet in sich den U morsch iod zwischen der Sende- und Empfangszeit aus und ermittelt daraus den anzuzeigenden Nivcaustand. Ungeaehte' der Notwendigkeit einer solchen Highstrecke hat dieses Verfahren den Nachteil, daß mit diesem weder Wirbel- noch Trennschichten, noch Schlieren erfaßt werden können, da der hier verwendete Echoinipuls mangels entsprechender Umformung den Ni\eauspieeel zu durchdringen vermag (vsil. USA.-Patentschrift 3 184 969). "

Für das Messen von Strömungen in durchströmten Räumen ist ferner eine Einrichtung bekannt, bei der mehrere Ultraschallkopfe und eine diesen nachgeschaltete Gerätegruppe verwendet wird. Die Schallköpfe, von denen ein Teil dem Senden von Impulsen und ein weiterer Teil dem Empfangen dieser Impulse dient, sind in dem zu messenden Raum diagonal angeordnet, wobei jevveib auf einer Diagonalebene ein sendender Schallkopf und ein diesem gegenüberliegender, empfangender Schallkopf vorgesehen ist. Diese bekannte Einrichtung erlaubt auf Grund ihres Aufbaues nur eine weniger empfindlich· Frequenzmessung, so daß Messungen in mit Flüssigkeiten oder Gasen durchströmten Räumen weniger eenau durchgeführt werden können (vgl. USA.-Patentschrift 2 931 223). '

Diesen Verfahren und Einrichtungen gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrur.de. eine Weiterbildung dahingehend zu erzielen, daß durch Erzeugen eines empfindlichen Impulses große Meßgenauigkeiten erreicht werden, so daß Messungen in Trennschichten von Flüssigkeiten, die durch Wirbelung in der Trennschicht sowie durch Bereiche unterschiedlicher Wichte besonders gestört sind, ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß das Taktsignal in Form einer Sinusschwingung auf einen vorgegebenen Amplitudenwert verstärkt. anschließend gleichgerichtet sowie in einen Impuls vorgegebener Breite und durch den Zeitpunkt der Messung begrenzbaren Impulshöhe umgeformt wird, und daß dieser Impuls mit einer vorgebbaren Haltedauer gespeichert und danach einem Anzeige-, Steuerungsund/odei Regelungsglied zugefünrt wird.

Die zum Durchführen dieses Verfahrens besonders vorteilhaft sich eignende Einrichtung, bestehend aus die einzelnen Taktimpulse erzeugenden sowie sendenden und empfangenden Teilen, wobei die erzeugenden Teile als Taktgeber und die sendenden und empfangenden Teile als Schallköpfe aufweisende Ultraschall-Sende- und -Empfangsschwinger ausgebildet sind, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Einrichtung von einem Taktgeber, einem diesem nachgeschalteten Oszillator sowie mindestens je einem diesem wiederum nachgeschalteten Verstärker im Impulssende- und/oder -empfangskreis und einem dem Empfangskreis bzw. dem Empfänger nachgeschalteten Gleichrichter und Impulsformer, welchem wiederum ein Haltekreis nachgeschaltet ist, gebildet wird.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern es werden darüber hinaus weitere Vorteile erzielt. So ist es beispielsweise möglich, die Einrichtung ohne nennenswerte Schwierigkeiten in jeden beliebigen Behälter bzw. an jedes beliebige Durchströmrohr oder jede beliebige Rinne anzuordnen. Bei Verwendung der Einrichtung als DurchtluÜmesser werden beide Sendeschwinger gleichzeitig von einem Taktgeber in vorgegebenen Zeiten kurz erregt. Das Schallsigna! der ersten Schallstreck«: (Schallgeschwindigkeit minus Strömungsgeschwindigkeit) erreicht den zugehörigen Schallempfänger früher als das Signal der zweiten Schallstrecke"(Schallgeschwindigkeit plus Strömunusgeschwindigkeit) unter Berücksichtigung des Schallrichtunaswinkels. Das Empfangssignal der ersten Schallstrecke kann dabei ein digitales Zählwerk schalten, welches mit einer, den Strömlingsgeschwindigkeitseinheiten proportionalen Zählfrequenz betrieben wird. Bei Ankunft des Empfangssignals der zweiten Schallstrecke wird die Zählung des Zählwerkes ausgeschaltet. Der ermittelte Zählwert ist in einem solchen Fall ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Die Meßgenauigkeit der erfindungsgemäßcn Einrichtung isi nun von der Gerätetechrtik her nur durch die Genauigkei'. der Frequenzkonstan/ beerenzt bzw. von der Frequ·. -zkorrektur, abhängig von der die Schallgeschwindigkr.t beeinflussenden Temperatur des strömenden Mediums, so daß Meßwertabweichungen kaum oder nur ganz geringfügig auf.reten können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung kanu noch darin gesehen werden, daß durch die hohe Empfindlichkeit der Messung. Mess .ngen nicht nur in Wirbel- und Trennschichten, sondern auch in Schlieren möglich sind, wodurch der Anwendungsbereich der Erfindung erheblich erweitert wird. Auch ist es mittels des erfindur.gsgemüßen Verfahrens möalich, Messungen, insbesondere in Behältern, vorzunehmen, in denen verschiedene Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Wichten sich befinden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können insbesondere den verbleibenden Unteransprüchen entnommen werden.

In den Zeichnungen sind einige fi nsführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Einrichtung für die Messung des Niveaus, z. B. von Wirbelschichten in Ionenaustauscherkolonnen,

F i g. 2 die Zuschaltung der die Einrichtung nach Fig. 1 bildenden Geräteteile am Beispiel einer Einrichtung mit einer Auswertung in Analogtechnik,

Fig. 3 eine Zusammenstellung verschiedener, den einzelnen Gerätenteilen nach Fig. 2 entnommenen Signalformen,

Fig. 4 das Schaltungsprinzip eines als Haltekreis ausgebildeten Geräteteiles,

Fig. 5 die Zuschaltung der die Einrichtung bildenden Geräteteile am Beispiel einer Einrichtung mit einer Auswertung in Digitaltechnik,

F i g. 6 eine Einrichtung für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten oder Gasen mit iiialoger Auswertung.

Fig. 7 ein Einbaubeispiel der Einrichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 einige der Einrichtung nach Fig. 7 entnommene Impulsformen,

Fig. 9 di°. Einrichtungen für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten oder Gasen mit digitaler Auswertung und mit jeweils einem Impulsgeber und -empfänger,

Fig. 10 ein Einbauspiel einer Einrichtung mit jeweils zwei Impulsgebern und -empfangen!,

F i 2. 11 die Zuschaltung der Geräteteile einer

Linrichiung nach Fig. K) mit analoger Auswertung nung nicht dargestellt·«, Steuer- bzw. RCgclorgan und führenden Leitung 26 versehen.

Fig. 12 die Zuschaltung der Geräteteile einer Die Wirkungsweise gemäß dem vorbcsehrieben<:n

Hinrichtung nach Fig. 10 mit digitaler Auswertung. Ausführungsbeispiel erfolgt dadurch, daß vom Takt-

liine erlindungsgemäße Einrichtung zum Messen 5 geber 10 über die Leitung 12 ein als Taktgeber diedes Flüssigkeitsstandes in einem Behälter wird am ncndcs Signal 12'(F ig. 3) zum Schalten des Oszilla-Ucispiel einer Beladungskolonne 1 eines kontinuicr- tors 14 abgegeben wild, der während der Dauer lieh arbeitenden Wirbrlschicht-Gcgenstrom-Ionen- dieses Signals Sinusschwingungen erzeugt, welche als austauschers erläutert. Die Beladungskolonnc 1 ist Signal 15/ (Fig. 3) über die Leitung 15 dem Ultrahierbci als eine schlanke Röhre mit Ein- und Aus- 10 schallschwinger 16 als Sendesignal zugeführt werden, lassen 2 bis S für die zu behandelnden Medien ver- Das Signal 12' setzt parallel zu dem vorgenannten sehen, von denen jeweils ein Auslaß 2 für die Vorgang den Speicher 17, dessen Ausgangssignal 18' benutzte Austauschermasse und ein Einlaß 3 für das (F i g. 3) den, dem Empfänger 19 mit Frequenzfilter zu behandelnde Medium, beispielsweise Rohwasser und Gleichrichter nachgeschalteten UND-Tor 20 als am unteren Ende der Beladungskolonne 1 und jeweils i₅ ölTnungssignal zugeführt wird. Im Empfänger 19 ein Einlaß 4 für die frische Austauschermasse und wird das empfangene Signal 15' verstärkt. Da aber ein Auslaß 5 für das gereinigte Wasser, d. h. das für die Messung des Niveaus im Behälter das erste Reinwasser am oberen Ende der Beladungskolonnc 1 Echosignal und nicht das Sendesignal verwendet angebracht sind. Am oberen Ende der Beladungs- wird, wird dieses falsche Signal von dem Signal 11' kolonne 1 ist zudem die Einrichtung6 zum Messen 20 (Fig. 3), das über die Leitung 11 auf das UND-Tor des Niveaus in der Beladungskolonne angeordnet, die 20 übertragen wird, gesperrt. Das Signal 11' ist, wie gemäß dem hier dargestellten Beispiel als Ultra- auch der F i g. 3 entnommen werden kann, langer schallschwinger ausgebildet ist. Vom Ultraschall- als das Signal 12'. Über die Leitung 13 wird ein schwinger werden in kurzer ..eitlichcr Aufeinander- Signal 13' vom Taktgeber 10 auf den Integrator 21 folge ein sinusförmiges Signal von der Dauer einiger 35 geführt, der eine einstellbare Rampe von der zeit-Schwingungen ausgestrahlt, die beim Auftreffen auf liehen Länge der maximal möglichen Echolaufzeit die Flüssigkeitsoberfläche, d. h. in dem hier darge- et^eugt. Dieses, mit einem rampenförmigen Verlauf stellten Beispiel auf die Oberfläche einer in der versehene Signal 22' (F i g. 3) wird über die Leitung Beladungskolonne 1 infolge des Durchsatzes der zu 22 der Abtasteinrichtung 23 zugeführt. Beim Eintrefbehandelnden Medien ausgebildeten Wirbelschicht 7 30 fen des ersten Echosignals, es sind deren mehr reflektiert und zum Ultraschallempfänger, d. h. zur möglich, beispielsweise das Echosignal vom Behälter-Einrichtung 6 zurückgeführt werden. Ultraschall- boden bzw. Echosignale, die nochmals den Behälter, schwinger bzw. -sender und Ultraschallempfänger d. h. die Beladungskolonne 1 durchlaufen, wird diesind gemäß dem hier dargestellten Beispiel in der ses im Empfänger 19 verstärkt, gleichgerichtet und gleichen Einrichtung 6 zusammengefaßt. Die Fre- 35 dem UND-Tor 20 zugeführt. Dieses UND-Tor 20 ist quenz der Sinusschwingungen muß hierbei so zu dieser Zeit geöffnet und gibt das Signal über die gewählt sein, daß der statische Körnchenabstand der Leitung 25 weiter an den Impulsformer 26. Der Austauschermasse in der Wirbelschicht 7 ein Reflek- Impulsformer 26 erzeugt von dem ursprünglichen tionsgitter für die Schallwellen bildet. Nachdem die Echosignal ein Signal 27' (F i g. 3) definierter Breite. Laufzeit des Signals dem Abstand vom Ultraschall- 40 Von dem Impulsformer 26 gelangt das Signal 27' schwinger zur Wirbelschicht 7 proportional ist, wird über die Leitung 27 zu dem Speichern und setzt diese bei der Einrichtung 6 gemessen und als Meß- diesen zurück. Dadurch wird ein Sperrsignal, das wert während der weiteren Meßvorgänge gespeichert. sogenannte Ausgangssignal 18' an das UND-Tor 20 Analog der Messung der Wirbelschichthöhe 7 kann gelegt, das nun für alle Folgeechosignale gesperrt mittels der Einrichtung 6 die Messung eines Trenn- 45 bleibt. Ferner gelangt das dem Impulsformer 26 schichtniveaus verschiedener Medien erfolgen, sofern entnommene Signal 27' über die Leitung 27 zu der diese Medien verschiedene Schallfortpflanzungs- Abtasteinrichtung 23 .In dieser Abtasteinrichtung 23 geschwindigkeiten besitzen. wird ein Impuls mit der Breite des Signals 27'

Die Einrichtung 6 mit analoger Auswertung zum und der Amplitude des augenblicklichen Wertes Messen des Niveaus besteht gemäß der Fig. 2 im 50 des Rampensignales 22' erzeugt. Dieses Signal 24' wesentlichen aus einem Taktgeber 10, der über (Fig. 3) gelangt über die Leitung24 (Fig. 2) zu einige Leitungen 11,12,13 sowohl mit einem Oszilla- dem Haltekreis 25, der ein der Amplitude des Signals tor 14, einem Speicher 17 als auch einem UND-Tor 24' gleiches Gleichspannungssignal 26' erzeugt 20 und einem Integrator 21 verbunden ist. Der (F i g. 3). Das Gleichspannungssignal 26' ist dei Oszillator 14 ist wiederum über eine weitere Leitung 55 Laufzeit des Echosignals und damit der Niveauhöhs 15 mit einem Ultraschallschwinger 16 und einem der Wirbelschicht bzw. der Trennsicht im Behalte Empfänger 19 verbunden. Desgleichen ist der Spei- proportional und kann damit zur Anzeige mittel eher 17 über eine Leitung 18 mit dem UND-Tor 20 eines Spannungsmeßgerätes bzw. als Istwert für dl· und der Integrator 21 über eine weitere Leitung 22 Regelung verwendet werden. Der erläuterte Vorgan mit einer Abtasteinrichtung 23 verbunden. Das UND- 60 wiederholt sich, gesteuert von dem Taktgeber 10 i Tor 20 ist wiederum über eine Leitung 25 mit einem Abständen von mehreren Millisekunden, fortwäh Impulsformer 26, der über Leitungen 27 einerseits rend.

mit dem Speicher 17 und andererseits mit der Abtast- Die vorliegenden Erläuterungen gelten für die Vei

einrichtung 23 und einem dieser nachgeschalteten Wendung eines Ultraschallschwingers 16, der sowol Haltekreis 25 verbunden. Abtasteinrichtung 23 und 65 das Sendesignal abgibt, wie aucb das Echosign Haltekreis 25 sind über eine direkte Leitung 24 mit- empfängt. Es ist selbst· erständlich mit größere einander verbunden. Der Haltekreis 25 ist zu dem Aufwand möglich, zwei Ultraschallschwinger 1 mit einem Anschluß für eine zu einem in der Zeich- einen zum Senden und einen zum Empfang, zu b

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nutzen. Im diesem lalle entfällt die leitung 15 Il ig. 2) /um Hinplänger 19. der .111 einen getrennten I tnpl.inesschwinger angeschlossen wird. I Iv η si ι kann in diesem I alle die Heilung Il entlallen

Da das Tastverhältnis. Zeitdauer des Signals 24 /ur W iedcrholzcit, etwa I : KKIO benagt, erhalt dei I laltekreis 25 besondere Bedeutung, l· i μ. 4 zeigt die elektrische Schaltung des llallekrcr.es 25. lliclvt ergibt sieh das l'mblem. einen kondensator als Halteglied innerhalb der Zeitdauer des SigiuiL 2-1 n> (Fig. 3) unabhängig von der 'l.adestronuichtung aiii die Amplitude dieses Signals umzuladen und diesen kondensator sii hochohmig >:u belasten, daIi er während der Wiederholzeit praktisch keine Entladung erfährt. Dies ist mit üblichen elektronischen Sehaltmitteln nicht zu erreichen. Vielmehr muli es sieh u 11 ein elektronisches Äquivalent zu einem elektromechanischen Schalter handeln, der unabhängig \on der Stromeinrichtung eine gleichgute niedeiohmige Verbindung herstellt. ²ⁿ

Dieses Problem wird durch die Verwendung einer Gractz-Schaltung gelöst, bei der der ImpuK-eingang und der 1 lallekondensalor an den ursprünglichen Wechselspaiiniingsanschlüssen liegen und die Glcichspannungsai'.sehlüsse während der Kondensatorumladezeil durch einen Transistor kurzgeschlossen werden.

F i g. 4 zeiül bei 30 den !".ingang für das niederohmige Signal 24' (Fig. 3) 31." 32. 33. 34 sind die Dioden der Graetz-Sehallung. 35 ist der Schalltransistor, der über den Kondensator 3i> und den Widerstand 37 von dem Signal 27' (I ig. 3) in Sättigung gesteuert wird. Zur Erzielung einer sehr großen t.ntladezeitkonstanien wird kondensatoriadespannung mittels eines Feldelfekt-Transistors 3¹J in Drain-Schaltung (Source-Folger) in ein belastbares niederohmiges Signal umgewandelt.

Die Hinrichtung mit digitaler Auswertung /um Messen des Niveaus unterscheidet sieh nicht wesentlich von der Einrichtung mit analoger Auswertung. 4" so daß. dem besseren Verständnis wegen, funktionell gleiche Geräteteile in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 2 gekennzeichnet werden. Die Fig. 5 zeigt das Aufbau- und Funktionsprinzip einer solchen Hinrichtung mit digitaler Auswertunu. bei der die neu hinzugekommenen üeräteteile die Numerierung ab 40 erhalten haben.

An Stelle des Integrators 21 in F i g. 2 wird bei der in F" i 2. 5 beschriebenen Einrichtung durch den Ί aktgeber 10 ein Zählimpulsgenerator 41 gestartet, der 5" über eine Leitung 42 ein Zählwerk 43 \on Zählstellung Null an weiterschaltet. Wenn der Echoimpuls einen Impuls auf Leitung 27 auslöst, wird u. a. die über die Leitung 44 anstehende Zählung auf das Digital-Register 45 als digitaler Niveauabstand übertragen. Der digitale Wert kann über die Leitung 46 zu einer digitalen Anzeige benutzt werden. Über die Leitung 47 gelangt der digitale Zählwert zu dem Digital-Analog-Wandler 48. dessen analoger Ausgang 49 als Istwert zur Regelung bzw. Steuerung nachgeschalteter Einrichtungen benutzt werden kann. Es empfiehlt sich, die Zählfrequenz des Zählimpulsgenerators 41 in Abhängigkeit zu der Schallgeschwindigkeit des in der zu regelnden Anlage benutzten Mediums so zu wählen, daß beispielsweise ein Zählimpuls für jede von dem Echo durchlaufene Wegeinheit, beispielsweise I mm. vorhanden ist.

Hei dem Ausführungsbeispiel nach F i g d handelt es sieh um eine Einrichtung mit analoger Aiisvv ei littm zum Messen um Stiömiingsiieschwindigkeilen von Flüssigkeiten oder Gasen, bei tier, dem besseren Veiständiiis wegen, selbst lunk'.ionell gleiche Gcraieleile. wie bei <.\^·η vmgenannlcn Auslulmmgsbe !spielen, dennoch mit neuen ;ib 50 lautenden Hezuns-/eichen vergehen worden sind. Wenn auch bei Λί Messung der Strömungsgeschwindigkeit ähnliche l'itn/ipicM wie bei der Ni\ caumcssung angewendet WoilIch. so unterseil,'iiU t sieh die F.imichlung lir die Messung tier Strömungsgeschwindigkeiten im we^entsiehen dutch die Anwendung \on jeweils einem getrennten Sende- und Empfangsschwingci. Die Anordnung des Schwingers kann dabei wie in Fig. 7 angegeben, erfolgen. Aufbau und Funktionsweise einer solchen Hinrichtung werden an Hand eines Heispiels für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten bei Flüssigkeiten, z. I). Wasser erläutert. Die Schallgeschwindigkeit bei Wasser von uv. a 20 ( beträgt MSSm/scc. Bei einer zu messenden Strömungsgeschwindigkeit von etwa I m see sind bei der zu erläuternden Hinrichtung etwa ' _M„- dei Schallgeschwindigkeit zu messen.

N; eh Fig. <■> steuert der Taktgeber 50 über die Leitung 51 einen nvt einem Verstärker versehenen Oszillator 52. der wiederum über eine leitum: 53 und einen Scndeichwinger 54 ein kurzzeitiges Siunal von einigen Schwingungen abgibt. Gleichzeitig wird vom Taktgeber 50 über eine weitere Leitung 55. ein Signal zu einem ersten Integrator 56 gegeben. Das Ausgatigssignal 57' (Fig. K) dieses ersten Integrators ?f> ist eine Rampe, wie sie in Fig. S dargestellt ist. Dieses Ausgangssignal 57' gelangt zu einem Vergleicher 58. wo em Vergleich des .Ausgangssignals 57' mit einem hoch stabilisierten Cilcichspannuivjssignal 59 stattfindet. Dieses stabilisierte GlcichspannungsMgnal ?9' wird in einer Gleichspaniiunessiabilisiei unü 60 erzeugt. Sie entspricht dabei dem rampenartigen Ausgangssignal 57' für .!en Zeitpunkt ties Hmplangssignals bei nicht bewegter Flüssigkeit. Da sieh die Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur des strömenden Mediums ändert, ist es sinnvoll, diese Temperatur mit einem Temperaturfühler 61 zu messen und der Gleiehspannungsstabilisierunu M) diesen Meßwert als temperaturabhängiges Anderungssignal für das Gleichspannungssignal 59' zuzuführen. Bei Spannungsgleichheit zwischen dem Ausgangssignal 57 und dem Gleichspannungssignal 59' wird von den Vergleieher 58 ein weiteres Aussiai-. „ssignal 62' erzeugt, welches einen zweiten Integrator 63 startet, dessen Ausgangssignal 64' einer Abfracecinhut 65 zugeführt wird.

Hin um den Strömungsgesehwindiekeitsanteil verzögertes Empfangssigna! wird von einem Empfanasschwinder66 aufgenommen, in einem Verstärker~67 verstärkt und einem Impulsformer 68 zugeführt, der einen Impuls definierter Breite erzeugt. Dieser Impuls, d.h. das Signal 69' (Fig. S) wird über eine Leitung 69 (Fig. 6) der Abfrageeinrichtune 65 zugeführt, die einen Impuls der Breite des Signals 69' mit der Amplitude der augenblicklichen Rampenhöhe des Signals 64' erzeugt. Dieses neue Signal 70' (Fig. 8) wird über eine Leitung70 einen, Halteglied 71 zugeführt, das von dem Signal 69' geschaltet wird und eine Gleichspannung mit der Hölle des Signals 70' erzeugt, welches zur Anzeige bzw. als Istwert für eine nachgeschaltete Regelung bzw. Steuerung benutzt werden kann.

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Die Hinrichtung mit digitaler Ausweitung nach (Il¹III Ausfühiungsbeispiel nach I' i g. ° unterscheidet sich im wesentlichen von der analogen Auswertung dadurch, daIi bei dieser, il. h. tier analogen Auslührung. der notwendige /eilvorhall /ur kompensation der 'whailauf/eit bei ruhenden Mrdien bei tier digilalen A\isf ..Ίιππιμ nach I i g. ') iluich Auszählung erfolut. Da die Schal'aufzeit /wischen Schallsendei und Schallempfänger bei ruhenden Medien ungefähr drei Größenordnungen gröl.Ki als die durch das strömende Medium verursachte Änderung ist. wird diese durch die Voreingabe eines Zählwertes bei jedem Arbeitstakt kompensiert. Um Zähleinriehtungsumsehaltungen zu vermeiden, wird die Kompensationszahlung in Komplementform eingegeben. Würde beispielsweise die Kompensationszahlung den Wert von K)UOOO haben und die Messung der Strömungsgeschwindigkeit würde einen Wert von K)O ergeben, so wird das Komplement der Kompensationszahlung in das Zählwerk eingegeben Im vorliegenden Heispiel 900 000. Bei einer nun folgenden Kompensationszahlung von 100 000 wird der Zählbereich überschritten, was nicht besonders berücksichtigt wird, und bei der anschließend erfolgenden Nutzzählung enthält das Zählwerk den im Beispiel abgegebenen Wert von 100.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.') wird mit jedem Takt vom Taktgeber 50 über eine Leitung 80 und eine Komplemcntbildungseinrichtung 81 die Voreingabe des Komplementes über eine Leitung 82 zum Zähler 83 gesteuert. Nach Hingabe des Vorhaltkomplementes in den Zähler 83 wird über eine weitere Leitung 84 ein Zählimpulsgenerator 85 gestartet, der über die Leitung 86 den Zähler 83 betätigt. Der Zählerstand des Zählers 83 wird über eine weitere Leitung 87 einem Register 88 zugeführt.

Bei Empfang des Schallsignals über einen F.mpfangsschwinger 66, Verstärker 67 und Impulsformer 68 überträgt das Signal 69' den Zählerstand von dem Zähler 83 über dir. Leitung 87 zu dem Register 88. Von dem Register 88 aus wird der digitale Zählwert über eine Leitung 89 einem Digital-Analog-Wandler 90 zugeführt, dessen analoges Ausgangssignal 91' einer Regelung als Istwert zugeführt werden kann.

Der Ausgang 92 des Registers 88 kann zur digitalen Anzeige benutzt werrden.

Wie bei F i g. 6 ist auch bei F i g. 9 eine Anpassung der Messung an eine, sich mit der Temperatur ändernde Schallausbreitungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums möglich. Diese kann bei F i g. 9 einmal durch eine von der Temperatur des strömenden Mediums abhängige Zählfrequenzänderung erreicht werden, bzw. von einem sich mit der Temperatur ändernden Komplementwert der Vorhaltezählung.

Fig. 11 zeigt im Prinzip eine Anordnung, bei der durch Verwendung von zwei Schallstrecken die Vorhaltezeit bzw. die Vorhaltezählung eliminiert werden kann.

Das Meßprinzip ist in Fi g. 10 angedeutet. Es werden dabei zwei Schallsender und zwei Schallempfänger benutzt. Hierbei sind zwei getrennte Schan.Tießsirecken mit je einem Sende- und einem Empfangsschwinger vorhanden, die gleiche Abstände zwischen Schallsender und Schallempfänger haben. Die Anordnung ist derart getroffen, daß die erste Schallstrecke. Sendesehwingev 105, Hmpfangsschwinger 109 eine Komponente in Slröinungsrichtung des strömenden Mediums aufweist, während die /weile Vhallstreckc, Sendeschwinger 108. Hmpfangssehwingerll2. eine Komponente gegen die Slrömungsrichiung hat. Meide Sendesehwinger 105, 108 geben gleich/eilig einen Sehallimpuls ab. Davon erreicht, abhängig son der Strömungsgeschwindiukeit lies strömenden Mediums, der Schallimpuls der eisten

ίο Schallstrecke ilen zugehörigen L-mpfangsschwinger 109 bzw. 112 früher und der Schallimpuls der /weiten Schallstreckc den zugehörigen Empfangsschwinger 112 bzw. 109 entsprechend später. Aus dieser DilTerenz läßt sich die Strömlingsgeschwindigkeit

»5 ermitteln.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 wird der Oszillator 102 über eine Leitung 102 von einem Taktgeber 100 betätigt, wobei der Oszillator über eine Leitung 103 einen Verstärker 104 den ersten

ao Sendeschwinger 105 erregt. Ferner gelangt das Ausganussignal des Oszillators 102 über eine kurzzeitige Signalspannungsverzögerung 106, die der Kompensation des Einsehwingungsvorganges für den Schallempfänger der ersten Schallstrecke dient, zu einem Verstärker 107 und weiter zum Sendeschwinger 108 der zweiten Schallstreckc.

Der Schallimpuls der ersten Schallstrecke erreicht den Empfangsschwinger 109, das Ausgangssignal desselben wird im Verstärker 110 verstärkt und dem Impulsformer 111 zugeführt, der den Integrator 117 startet. Beim Eintreten des Schallimpulses beim Empfangsschwinger H2 der zweiten Schallstrecke wird dieser dem Verstärker 113 zugeleitet, dessen Ausgangssignal dem Impulsformer 114 zugeleitet

3,5 wird. Das Ausgangssignal dieses Impulsformers 114 betätigt eine Abfrageeinrichtung 115 und den Haltekreis 116, die in ihrer Funktion der bei dem Echogerät zu Fig. 2 erläuterten Ausführung entspricht. Fig. 12 zeigt ein der Fig. 11 entsprechendes Gerät mit digitaler Auswertung, der Strömungsgeschwindigkeitsmessung. Die der Fig. 11 entsprechenden Funktionsgruppen haben gleiche Numerierung und werden auch nicht mehr besonders erläutert. Für die Anordnung der Schallschwinger gilt ebenfalls Fig. 10.

Bei Ankunft des früheren Schallsignals am Empfangsschwinger 109 der ersten Meßstrecke wird dasselbe im Verstärker 110 verstärkt. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers startet den Zählimpulsgenerator 130, der das Zählwerk 132 betätigt, welches zuvor bei Beginn des Taktes vom Taktgeber über eine Leitung 131 gelöscht wurde. Die jeweilige Zählung gelangt über die Leitungen 133 zum digitalen Halteregister 134 und wird von diesem aber nur übernommen, wenn, verursacht durch den empfangenen Schallimpuls der zweiten Schallstrecke, vom Impulsformer 114 ein Übertragungsimpuls auf die Leitung 135 erzeugt wird. Die Ausgangsleitung 136 des Halteregisters 134 geht zur nicht gezeichneten digitalen Anzeige bzw. kann als Istwert einer Regelung bzw. Steuerung zugeführt werden.

Eine Kompensation der temperaturabhängigen Schallaufzeit im zu messenden Medium durch entsprechende Beeinflussung der Zählfrequenz des Zählimpulsgenerators 130 bringt auch hier erhöhte Meßgenauigkeit.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. „,,,„„„.., zum Erzeugen eines schallaufzeitproportionalen

   PaiLntanspruLht. ^^ _{zum ana},_{Qgen ader} digitalen Messen von

   1. Verfahren zum Erzeugen eines schall- Standhöhen oder Strömungsgeschwindigkeiten von laufzeitproportionalen Signals zum analogen oder Flüssigkeiten oder Gasen, wobei das Signal als Taktdigitalen Messen von Slandhöhen oder Strö- 5 signal ausgebildet und dem Meßvorgang zugeführt mungsgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten oder wird.

   Gasen, wobei das Signal als Taktsignal ausgebil- Zum Messen von Standhöhen und/oder Durchdet und dem Meßvorgang zugeführt "wird, flußgeschwindigkeiten bei Flüssigkeiten oder Gasen da du rch gekennzeichnet, daß das Takt-' ist es bekannt, mit Ultraschall arbeitende Einrichsignal in Form einer Sinusschwingung auf einen io tungen zu verwenden und mittels dieser schallvorgegebenen Amplitudenwert verstärkt, an- laufzeitproportionale Signale zu erzeugen, diese schließend gleichgerichtet sowie in einen Impuls auszusenden und zu empfangen, um aus der Zeitvorgegebener Breite und durch den Zeitpunkt differenz zwischen Senden und Empfangen des der Messung begrenzbaren Impulshöhe umge- Signals Meßwerte zu erhalten. Die hierzu verwendformt wird, und daß dieser Impuls mit einer 15 baren Einrichtungen werden im wesentlichen von vorgebbaren Haltedauer gespeichert und danach Schallköpfen und diesen nachgeschalteten Gerateeinem Anzeige-, Steuerungs- und/oder Regelungs- gruppen gebildet, wobei je nach Messungsart, d. h. glied zugeführt wird. ~ Niveau- oder Strömungsgeschwindigkeitsmessung, die

   2. Einrichtung zum Durchführen des Ver- entsprechenden Schallköpfe und deren Gerätep-υρ fahrens nach Anspruch 1, bestehend aus ao pen auszuwählen und anzuordnen sind.

   die einzelnen Taktimpulse erzeugenden, sowie Bei einem bekannten Verfahren nebst Anordnung sendenden und empfangenden Teilen, wobei die zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes w-i erzeugenden Teile als Taktgeber und die Bunkern und Silos, wobei hier statt des Ultrasd.allsendenden und empfangenden Teile als prinzips das Radarprinzip angewendet wird, wird die Schallköpfe aufweisende Ultraschall-Sende- und 35 Laufzeit der Senderenergie von einer Senderantenne -Empfangsschwinger ausgebildet sind, dadurch zur Oberfläche des Füllgutes und zurück zu einer gekennzeichnet, daß die Einrichtung von einem Empfangxantenne in einem Indikator gemessen Taktgeber (10.50. 100). einem diesem nach- wobei die Auswertung des Meßergebnisses miau. geschalteten Oszillator (14. 52. 102) sowie min- monostabiler Multivibratoren geschieht. Hierbei sun'i destens j^. einem diesem wiederum nachgeschal- 30 der Sendeimpuls einen monostabilen Multivibr r 1 teten Verstärker (67) im Impulssende- und/oder mit der Zeitdauer der maximalen Laufzeit an, \<\-.\\- -empfangskreis und cin<_m dem Empfangskreis rend der zurücklaufende Impuls einen monostahilen (66.109.112) bzw. dem Empfänger (19) nach- Multivibrator von mindestens der gleichen Zcitd.iuer geschalteten Gleichrichter und Impulsformer (26, des ersten Impulses anstoßt. Der "om Sendeimpuls 68,111,114), welchem wiederum ein Haltekreis 35 angestoßene, monostabile Multivibrator liefert dabei (28,71,116,134) nachgeschaltet ist. gebildet einen Rechteckimpuls, dessen Rückflanke derart wird. einstellbar ist, daß die gesamte Breite des Rechteck

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch impulses der maximalen I r.ufzeit des Sende- und gekennzeichnet, daß zum analogen Messen der Reflexionsimpulses im leeren Bunker bzw. Silo ent-Standhöhe zwischen dem Taktgeber (10) und 40 spricht. Auch der Reflexionsimpuls stößt einen dem Haltekreis (28) ein Integrator (21) mit einer monostabilen Multivibrator an, der seinerseits wieihm nachgeschaiteten Abtasteinrichtung (23) ein- dcrum einen Rechteckimpuls erzeugt", dessen Breite geschaltet sind. mindestens der des ersten Rechteckimpulses ent-

   4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch spricht. Diese beiden Impulse werden anschließend gekennzeichnet, daß zum digitalen Messen der 45 in einer Koinzidenzschaltung verglichen und es wird Standhöhe zwischen dem Taktgeber (10) und der Impuls des Vergleichswertes in einer Impuls· und dem Ausgang (49) der Schaltung des Haltekrei- IntegrierschaUung gemessen und an einem Zeigerses (28) ein Zählimpulsgerierator (41), ein Zähl- instrument angezeigt. Zwar lassen sich mittels eines werk (43), ein Digitalregister (45) und ein Digital- solchen Meßverfahrens Standhöhen fester Substanzen Analog-Wandler (48) hintereinander geschaltet 50 ermitteln, indessen ist es damit nicht möglich, Niveausind, messungen bei Flüssigkeiten, insbesondere in Wirbel-

   ii. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch oder Trennschichten durchzuführen, da der Impuls

   gekennzeichnet, daß zum analogen Messen der durch die Flüssigkeit durchgeht, statt von deren

   Strömungsgeschwindigkeit neben den Sende- und Oberfläche reflektiert zu werden (vgl. deutsche

   Empfangsschwingern (54, 66) mindestens ein 55 Patentschrift 1 208 090).

   Integrator (56, 63), ein V ^gleicher (58) mit vor- Ein weiteres Verfahren zum Ermitteln des Niveaus

   geschalteter Gleichspannungsstabilisierutiig (60) einer Flüssigkeit mittels Ultraschall bedient sich

   und eine nachgeschaltete Abfragecinhsit (65) mindestens zweier Schallköpfe ,von denen der eine

   dem Taktgeber (50) nachgeschaltet sind. einen kontinuierlichen Impuls zur Flüssigkeitsober-

   6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch 60 fläche aussendet und der andere diesen von der

   gekennzeichnet, daß zum digitalen Messen der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Impuls wieder

   Strömungsgeschwindigkeit im Haltekreis zwi- empfängt, um diesen Impuls einem nachgeschaiteten

   sehen dem Taktgeber (50) und dem Zähler (83) Blockschaltbild zwecks Auswertung zuzuführen. Bei

   eine Komplementbildungscinrichtung (81) zwi- diesem Verfahren wird eine Eichstrecke in den

   schengcschaltet ist. 65 Meßprozeß einbezogen, wobei das dieser entnommene

   Eichsignal ebenfalls dem Blockschaltbild zugeführt

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und wird. Das Blockschaltbild, das neben einer Reihe

   eine Einrichtung /um Durchführen des Verfahrens anderer Geräteteile auch einen bistabilen Multivibra-