DE19626865A1 - Verfahren zur Messung der Laufzeiten von Schallsignalen in einem Fluid sowie Schaltungsanordnung zur Messung der Laufzeiten von Schallsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich einerseits auf ein Verfahren zur Messung der Laufzeiten von Schallsignalen in einem Fluid zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie andererseits auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 zur Durchführung des Verfahrens.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren und Anordnungen bekannt, um den Durchfluß und die Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden nach einem Laufzeitverfahren mittels Ultraschallsignalen zu bestimmen, die sich zwischen zwei Ultraschallwandlern ausbreiten, die im Wechsel als Sender oder Empfänger arbeiten.

Insbesondere in den Druckschriften von Johann Gätke, "Akustische Strömungs- und Durch­ flußmessung", Akademie-Verlag Berlin, 1991, oder Otto Fiedler, "Strömungs- und Durch­ flußmeßtechnik", Oldenburg Verlag GmbH, München, 1992, sind Verfahren zur Ermittlung der Laufzeit beschrieben, wobei von einem Sender ein Ultraschallimpuls ausgesendet und von einem Empfänger detektiert wird.

Dabei wird zunächst ein Ultraschallimpuls in Strömungsrichtung und anschließend ein Ultraschallimpuls entgegen der Strömungsrichtung gesendet. Ist die Strömungsgeschwindig­ keit des Fluids von Null verschieden, so ergibt sich eine Laufzeitdifferenz der Laufzeiten in und entgegen der Strömungsrichtung, aus der sich die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln läßt.

Für die Messung der Laufzeiten von Ultraschallsignalen, die von einem Sender erzeugt und von einem Empfänger detektiert werden, sind bisher folgende Anforderungen an die sich im Fluid ausbreitenden Ultraschallsignale zu stellen:

• - eine steile Anstiegsflanke des empfangenen Signals,
• - eine zeitlich stabile Anstiegsflanke sowie
• - eine zeitlich nicht veränderliche Empfangsamplitude der Signale.

Die ersten beiden Forderungen können durch eine hohe Frequenz der Ultraschallsensoren, durch den Einsatz breitbandiger Ultraschallsensoren und durch einen hohen Anregeimpuls des Senders erfüllt werden. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß eine hohe Frequenz des Ul­ traschallsignals eine hohe Dämpfung des sich im Fluid ausbreitenden Signals zur Folge hat. Auch setzt die Verwendung hoher Anregeimpulse entsprechend dimensionierte Ultraschall­ wandler voraus, wobei eine höhere Durchschlagsfestigkeit mit einem höheren Materialver­ brauch einhergeht, was schließlich höhere Fertigungskosten für die Wandler zur Folge hat.

Des weiteren wird vorgeschlagen, breitbandige Sensoren zu verwenden, wodurch jedoch hohe Stückkosten pro Sensor verursacht werden. Um eine zeitlich nicht veränderliche Empfangs­ amplitude der Signale zu erhalten, werden konstante Bedingungen für die Anregung und keine Änderung der Dämpfung des Ultraschallsignals auf dem Meßpfad z. B. durch suspen­ dierte Teilchen- bzw. Druckänderungen benötigt. Liegen Schwankungen in der Empfangs­ amplitude vor, so führt die Verwendung eines einfachen Flankentriggerverfahrens zu einer Verfälschung der gemessenen Laufzeit.

Um die Amplitudenabhängigkeit des Flankentriggerverfahrens zu umgehen, wird in den oben genannten Literaturstellen vorgeschlagen, ein Triggersignal bei einem Nulldurchgang des Empfangssignals auszulösen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch in der Mehr­ deutigkeit oszillatorischer Signale.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der zuvor genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei hoher Meßgenauigkeit der Einsatz kostengünstiger, schmalbandiger Ultraschallsensoren mit geringer Resonanzfrequenz sowie eine kostengünstige elektronische Realisierung ermöglicht wird. Auch soll die Laufzeitmes­ sung unabhängig von Schwankungen der Amplitude des Empfangssignals sein.

Das Problem wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß zur Bestimmung eines ersten Zeitwertes (Grobzeit) eine Einhüllende des Empfangssignals ermittelt wird, wobei der erste Zeitwert (Grobzeit) einem Zeitwert entspricht, bei dem die Einhüllende einem vorbestimmten Amplitudenwert entspricht, daß zur Bestimmung eines zweiten Zeitweites (Feinzeit), der der Laufzeit entspricht, bei dem das Empfangssignal nach Durchlaufen eines Maximums den Nulldurchgang aufweist, und daß eine Differenz zwischen der Grobzeit und der Feinzeit gebildet und mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird. Durch die Ermittlung der Einhüllenden des Empfangssignals kann die Lage des Empfangssignals zunächst grob bestimmt werden. Da die Auswertung anhand der Einhüllenden erfolgt, kann auf die strengen Anforderungen an das Empfangssignal bezüglich Flankensteilheit, Stabilität der Anstiegs­ flanke sowie zeitliche Veränderung der Empfangsamplitude verzichtet werden.

Aus diesem Grund können nunmehr kostengünstige, schmalbandige Ultraschallsensoren mit geringer Resonanzfrequenz sowie Anregeimpulse mit geringer Amplitude verwendet werden. Die Grobzeitbestimmung ist erforderlich, um eine eindeutige Zuordnung der ermittelten Feinzeit zu der tatsächlich interessierenden Laufzeit zu erhalten. Damit wird insbesondere sichergestellt, daß keine Fehlauswertung aufgrund der Mehrdeutigkeit oszillatorischer Signale erfolgt.

Durch die Bildung der Differenz von Grobzeit und Feinzeit und dem Vergleich mit einem vorbestimmten Wert ist eine eindeutige Zuordnung beider Zeiten zueinander gewährleistet.

Bei einer bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, daß das Empfangssignal mit einer Abtastfrequenz f_a abgetastet und in Kanälen K₁-K_N zwischengespeicheit wird, daß das abgetastete Signal zur Bildung der Einhüllenden gleichgerichtet und gefiltert wird, daß ein Maximum MAX und ein prozentualer Wert des Maximums MAX/X der Einhüllenden berechnet werden und eine reelle Kanalzahl K_G des Kanals bestimmt wird, dessen Inhalt dem Wert des prozentualen Weites entspricht, wobei sich die Grobzeit t_G aus der Kanalzahl K_G multipliziert mit der Inversen der Abtastfrequenz f_a ergibt und daß ein Maximum des abgetasteten Signals bestimmt und eine Sinusfunktion an die dem Maximum benachbarten Werte angepaßt wird, daß die dem Maximum folgende Nullstelle der Sinusfunktion berechnet und eine reelle Kanalzahl K_F des der Nullstelle zugehörigen Kanals bestimmt wird, wobei sich die Feinzeit t_F aus der Kanalzahl K_F multipliziert mit der Inversen der Abtastfrequenz f_T bestimmt.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise erlaubt eine kostengünstige elektronische Realisie­ rung mit einfachen Mitteln. So erfolgt die Bearbeitung des Empfangssignals zur Ermittlung der Grobzeit und der Feinzeit entweder durch ein Programm, eine fest verdrahtete Realisie­ rung des Programms oder durch zumindest einen Signalprozessor.

Vorzugsweise wird das Maximum der Einhüllenden durch Anpassen einer Parabel an die nächsten, dem größten digitalen Wert (Maximum) benachbarten Kanäle bestimmt.

Zur Bestimmung der Kanalzahl K_G ist vorgesehen, daß zunächst der Kanal bestimmt wird, in dem der prozentuale Wert des Maximums zum ersten Mal überschritten wird und ebenfalls durch Anpassung einer Parabel an die nächsten, dem prozentualen Wert benachbarten Kanäle die reelle Kanalzahl K_G ermittelt wird. Auch ist vorgesehen, daß die zur Bestimmung der Feinzeit an das abgetastete Signal angepaßt Sinusfunktion eine Frequenz aufweist, die der Resonanzfrequenz f_RES der Wandler entspricht und als Anpassungsparameter die Amplitude, eine Phase und eine Korrektur der Resonanzfrequenz der Wandler verwendet werden.

Durch die vorgenannten Merkmale wird eine sehr genaue Ausweitung des Empfangssignals ermöglicht. Um eine Systemkalibrierung zu gewährleisten wird vorgeschlagen, daß die Differenz aus der Grob- und Feinzeit bestimmt wird.

Des weiteren wird eine Schaltungsanordnung zur Messung der Laufzeiten von Schallsignalen in Fluiden zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids vorgeschlagen bestehend aus zumindest zwei mit einer Umschaltsteuerung verbundenen Schallwandlern, die über eine mit der Umschaltsteuerung verbundene Steuereinheit als Sender oder Empfänger schaltbar sind, sowie einem mit der Umschaltsteuerung verbundenen Funktionsgenerator zur Anregung des als Sender wirkenden Schallwandlers und einer mit einem Ausgang der Umschalts­ teuerung verbundenen Auswerteeinheit zur Bestimmung der Laufzeiten.

Das Problem wird mit der beschriebenen Schaltungsanordnung dadurch gelöst, daß zwischen dem Ausgang der Umschaltsteuerung und der Auswerteeinheit ein A/D-Wandler angeordnet ist, der über eine Steuerleitung mit dem Funktionsgenerator verbunden ist, und daß die Auswerteeinheit zur Bestimmung eines ersten Zeitweites (Grobzeit) einen ersten Signalzweig bestehend aus Gleichrichteinheit, Filtereinheit und Constant-Fraction-Diskriminitator und zur Bestimmung eines zweiten Zeitweites (Feinzeit), der der Laufzeit entspricht, einen zweiten Signalzweig bestehend aus Maximumdetektor und Nulldurchgangstrigger aufweist.

Die Anordnung zeichnet sich durch eine besonders kostengünstige Realisierung mit einfachen Mitteln aus. So kann insbesondere die Bearbeitung des Empfangssignals zur Ermittlung der Grobzeit und der Feinzeit durch ein Programm erfolgen, das in einem Speicher der Steuer­ einheit abgelegt ist. Alternativ kann auch eine fest verdrahtete Realisierung des Programms oder ein Signalprozessor eingesetzt werden.

Als besonderer Vorteil ist zu erwähnen, daß die Schallwandler schmalbandige Ultraschall­ sensoren mit geringer Resonanzfrequenz, vorzugsweise im Bereich von 80-120 kHz sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschalldurchflußmeßsystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auswertungseinheit des Ultraschalldurchflußmeßsystems gemäß Fig. 1,
007

Fig. 3 ein typisches Empfangssignal im Zeitbereich,

Fig. 4 ein abgetastetes Empfangssignal gem. Fig. 3,

Fig. 5 ein gleichgerichtetes abgetestetes Empfangssignal und

Fig. 6 eine Einhüllende des Signals gem. Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ultraschalldurchflußmeßsystems 10. Das Meßsy­ stem 10 besteht im wesentlichen aus zwei Ultraschallwandlern 12, 14, die in der Außenwand in einer Führung 16 wie Rohr oder Pipeline in Strömungsrichtung eines mit der Geschwin­ digkeit v strömenden Fluids 18 hintereinander angeordnet sind.

Die Schallwandler 12, 14 sind mit einer Umschaltsteuerung 20 verbunden. Über eine Steuerleitung 22 ist die Umschaltsteuerung 20 mit einer Steuereinheit 24 verbunden, die mittels eines Signals bestimmt, welcher Schallwandler 12, 14 als Sender und welcher als Empfänger arbeitet.

Des weiteren ist die Umschaltsteuerung 20 mit einem Funktionsgenerator 26 verbunden, der Impulse zur Anregung des als Sender wirkenden Ultraschallwandlers 12 liefert. Die Um­ schaltsteuerung 20 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 28 mit einem A/D- Wandler 30 verbunden. Ferner ist der A/D-Wandler 30 eingangsseitig über eine Steuerleitung 32 mit dem Funktionsgenerator 26 verbunden. Ausgangsseitig ist der A/D-Wandler 30 über eine Verbindungsleitung 34 mit einer Auswerteeinheit 36 verbunden, die mit Bezug zu Fig. 2 im folgenden beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Auswerteeinheit 36 gemäß Fig. 1. Die Auswerteeinheit 36 weist einen ersten Signalzweig 38 zur Berechnung der Grobzeit t_G und einen zweiten Signalzweig 40 zur Berechnung der Feinzeit t_F auf. Der Signalzweig 38 weist eine Gleich­ richteinheit 42, eine Filtereinheit 44 vorzugsweise Filter wie Infinite-Impulse-Response-Filter (IIR-Filter) sowie einen Constant-Fraction-Discriminator (CFD) 46 auf. Der Signalzweig 40 weist einen Maximumdetektor 48 sowie einen Nulldurchgangstrigger 50 auf.

Im folgenden soll die Funktion der Schaltung näher beschrieben werden.

Der im vorliegenden Beispiel als Sender betriebene Ultraschallwandler 12 wird durch eine endliche Folge von Anregeimpulsen, vorzugsweise Rechteckimpulsen angeregt, die von dem Funktionsgenerator 26 erzeugt und über die Umschaltsteuerung 20 zu dem Schallwandler 12 geleitet werden. Die Frequenz der Rechteckimpulsfolge entspricht im wesentlichen der Resonanzfrequenz f_RES der Ultraschallwandler 12, 14 mit einem Tastverhältnis von 50%. Sobald der Funktionsgenerator 26 mit der Anregung beginnt, löst er gleichzeitig über die Steuerleitung 32 ein Startsignal für den Analog-Digital-Wandler 30 aus.

Ein vom dem als Empfänger geschalteten Schallwandler 14 empfangenes Empfangssignal wird über die Umschaltsteuerung 20 dem A/D-Wandler 30 zugeführt. Ein typisches Emp­ fangssignal ist in Fig. 3 dargestellt. Das Empfangssignal wird durch den A/D-Wandler abgetastet und in Kanälen K₁-K_N zwischengespeichert. Die Abtastung erfolgt mit einer konstanten Frequenz f_a und wird durch das vom Funktionsgenerator 26 erzeugte Startsignal gestartet. Vorzugsweise genügt das Verhältnis zwischen der Abtastfrequenz f_a und der tragenden Signalfrequenz, die im wesentlichen der Resonanzfrequenz f_RES der Ultraschall­ sensoren 12, 14 entspricht, dem Shannon′schen Abtasttheorem (f_a 2 x f_MAX). Da die tragende Signalfrequenz bekannt ist, kann auch eine geringere Abtastfrequenz f_a benutzt werden.

Das in Fig. 4 dargestellte abgetastete Signal wird zur Ermittlung einer Einhüllenden dem Gleichrichter 42 zur Gleichrichtung zugeführt, in dem der Betrag der digital vorliegenden Werte gebildet wird. Das in Fig. 5 dargestellte gleichgerichtete Signal wird dem digitalen Filter 44 zugeführt, wobei eine digitale Filterung (Tiefpaßfilterung) mit einer bestimmten Grenzfrequenz die Einhüllende ergibt. Ein entsprechendes Signal ist in Fig. 6 dargestellt.

Zur Bestimmung des Maximums der Einhüllenden wird das Signal gemäß Fig. 6 der CFD- Einheit 46 zugeführt, in der durch Anpassung einer Parabel an die nächsten, den größten digitalen Wert benachbarten Kanäle das Maximum MAX bestimmt wird. Von dem Maximum wird ein fester prozentualer Wert (MAX/X) berechnet und ein Kanal K_G+ bestimmt, in dem dieser Wert zum ersten Mal überschritten wird (Fig. 5).

Um diesen Kanal werden wieder die nächsten benachbarten Kanalinhalte verwendet und durch Anpassung einer Parabel eine reelle Kanalzahl K_G ermittelt, die genau dem Erreichen des prozentualen Wertes (MAX/X) entspricht.

Aus dieser Kanalzahl K_G multipliziert mit den Inversen der Abtastfrequenz f_a, errechnet sich die Grobzeit t_G = K_G x 1/f_a.

Für die Berechnung der Feinzeit t_F wird das abgetastete Signal gemäß Fig. 4 benutzt, wobei wieder ein Kanal mit dem größten Inhalt gesucht wird. Dies erfolgt in dem Maximumdetektor 48. An die dem Maximum benachbarten abgetasteten Werte wird eine Sinusfunktion angepaßt (siehe Fig. 4). Vorzugsweise weist die Sinusfunktion die Resonanzfrequenz der Schallwandler 12, 14 auf. Als Anpassungsparameter werden die Amplitude, eine Phase und eine Korrektur der Resonanzfrequenz der Schallwandler 12, 14 verwendet. Sind die Größen bestimmt, so wird in der Nulldurchgangstriggereinheit 50 die erste Nullstelle nach dem Maximum errech­ net. Zu der Nullstelle wird eine zugehörige Kanalzahl K_F bestimmt, die eine reelle Zahl ist. Außer der zugehörigen Kanalzahl K_F kann durch Multiplikation der Inversen der Abtast­ frequenz f_a die Feinzeit t_F = k_F x 1/f_a bestimmt werden.

Um das Meßsystem zu kalibrieren, wird eine Differenz Δt_kal aus der Grobzeit t_G und der Feinzeit t_F bestimmt. Für die folgenden Messungen werden ebenfalls die Grob- und Feinzei­ ten sowie eine Differenz Δt aus diesen beiden Werten ermittelt. Diese werden mit der Diffe­ renz Δt_kal aus der Kalibrierung verglichen. Ist die Abweichung größer als eine halbe Peri­ odendauer der Schwingung der Ultraschallwandler 12, 14, so wird die Feinzeit t_F der Messung um eine Periodendauer korrigiert. Mit dem aktuellen Wert der Differenz Δt aus Grob- und Feinzeit läßt sich das System nachkalibrieren.

Das beschriebene Verfahren stellt damit sicher, daß die Feinzeit t_F immer auf die gleiche Stelle im Signal eingerastet ist.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung der Laufzeiten von Schallsignalen in einem Fluid zur Ermitt­ lung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, wobei ein Schallsignal von einem ersten als Sender geschalteten Schallwandler ausgesendet und von einem zweiten als Empfänger geschalteten Schallwandler empfangen wird und wobei das Empfangs­ signal zur Bestimmung der Laufzeit in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung eines ersten Zeitwertes (Grobzeit) eine Einhüllende des Emp­ fangssignals ermittelt wird, wobei der erste Zeitwert (Grobzeit) einem Zeitwert entspricht, bei dem die Einhüllende einem vorbestimmten Amplitudenwert entspricht,
daß zur Bestimmung eines zweiten Zeitweites, der der Laufzeit entspricht, im wesent­ lichen ein Nulldurchgang des Empfangssignals ermittelt wird, wobei der zweite Zeitwert (Feinzeit) einem Zeitwert entspricht, bei dem das Empfangssignal nach Durchlaufen eines Maximums den Nulldurchgang aufweist und daß eine Differenz zwischen der Grobzeit t_G und der Feinzeit t_F gebildet und mit einem Kalibrierwert verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal mit einer Abtastfrequenz f_a abgetastet und in Kanälen K₁-K_N zwischengespeichert wird, daß das abgetastete Signal zur Bildung der Einhüllenden gleichgerichtet und gefiltert wird, daß ein Maximum MAX und ein prozentualer Wert des Maximums MAX/X der Einhüllenden berechnet werden und daß eine reelle Ka­ nalzahl K_G des Kanals bestimmt wird, dessen Inhalt dem Wert des prozentualen Wertes entspricht, wobei sich die Grobzeit t_G aus der Kanalzahl K_G multipliziert mit der Inversen der Abtastfrequenz f_a und daß ein Maximum des abgetasteten Signals bestimmt und eine Sinusfunktion an die dem Maximum benachbarten Werte angepaßt wird, wobei die dem Maximum folgende Nullstelle der Sinusfunktion berechnet wird und eine reelle Kanalzahl K_F des der Nullstelle zugehörigen Kanals bestimmt wird, wobei sich die Feinzeit t_F aus der Kanalzahl K_F multipliziert mit der Inversen der Abtastfrequenz f_a bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum MAX der Einhüllenden durch Anpassen einer Parabel an die näch­ sten, dem größten digitalen Wert (Maximum) benachbarten Kanäle bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Kanalzahl K_G zunächst der Kanal bestimmt wird, in dem der prozentuale Wert des Maximums MAX/X zum ersten Mal überschritten wird, und daß durch Anpassung einer Parabel an die nächsten dem prozentualen Wert benachbarten Kanäle die reelle Kennzahl K_G ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bestimmung der Feinzeit t_F an das abgetastete Signal angepaßte Sinus­ funktion eine Frequenz aufweist, die der Resonanzfrequenz f_RES der Schallwandler entspricht und als Anpassungsparameter die Amplitude, eine Phase und eine Korrektur der Resonanzfrequenz der Wandler verwendet werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierungswert aus einer Differenz aus Grobzeit t_G und Feinzeit t_F berech­ net wird und daß die Feinzeit t_F um eine Periodendauer korrigiert wird, wenn die Differenz zwischen Grobzeit t_G und Feinzeit t_F und dem Kalibrierungswert größer als eine halbe Periodendauer der Schwingung der Schallwandler ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß schmalbandige Ultraschallsensoren mit einer Bandbreite im Bereich von 2 bis 5 % und einer Resonanzfrequenz im Bereich von 80-120 kHz verwendet werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anregungsimpulse mit einer Amplitude im Bereich von 10-20 Volt verwendet werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Anregungsimpulse vorzugsweise Rechtecksignale verwendet werden, deren Frequenz der Resonanzfrequenz f_RES der Schallwandler entspricht, mit einem Tast­ verhältnis von 50%.

10. Schaltungsanordnung (10) zur Messung der Laufzeiten von Schallsignalen in einem Fluid (18) zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids, bestehend aus zumindest zwei mit einer Umschaltsteuerung (20) verbundenen Schallwandlern (12, 14), die über eine mit der Umschaltsteuerung (20) verbundene Steuereinheit (24) als Sender oder Empfänger schaltbar sind, sowie einem mit der Umschaltsteuerung (20) verbundenen Funktionsgenerator (26) zur Anregung des als Sender wirkenden Schall­ wandlers (12) und einer mit der Umschaltsteuerung (20) verbundenen Auswerteeinheit (36) zur Bestimmung der Laufzeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Umschaltsteuerung (20) und der Auswerteeinheit (36) ein A/D-Wandler (30) angeordnet ist, der über eine Steuerleitung (32) mit dem Funktionsgenerator (26) verbunden ist, und daß die Auswerteeinheit (36) zur Bestim­ mung eines ersten Zeitwertes (Grobzeit) t_G einen ersten Signalzweig (38) bestehend aus Gleichrichteinheit (42), Filtereinheit (44) und Diskriminator (46) und zur Bestim­ mung eines zweiten Zeitwertes (Feinzeit) t_F, der der Laufzeit entspricht, einen zweiten Signalzweig (40) bestehend aus Maximumdetektor (48) und Nulldurchgangs­ trigger (50) aufweist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandler (12, 14) schmalbandige Ultraschallsensoren mit geringer Resonanzfrequenz f_RES vorzugsweise im Bereich von 80-120 kHz sind.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (42, 44, 46, 48, 50) der Auswerteeinheit (36) in einem Signal­ prozessor, einer fest verdrahteten Schaltung oder durch ein Programm realisierbar sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (10) des weiteren eine Subtraktionseinheit zur Bildung der Differenz zwischen Grobzeit t_G und Feinzeit t_F und eine Vergleichseinheit zum Vergleich der Differenz aus Grobzeit und Feinzeit mit einem vorbestimmten Kali­ brierwert aufweist.