DE2105282C3

DE2105282C3 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung physikalischer Größen strömender Medien

Info

Publication number: DE2105282C3
Application number: DE2105282A
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Tokio Asada
Original assignee: KK Tokyo Keiki Tokio
Current assignee: KK Tokyo Keiki Tokio
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1979-08-23
Also published as: JPS5113430B1; GB1329176A; US3710621A; DE2105282A1; DE2105282B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung physikalischer Größen strömender Medien, insbesondere der Strömungsgeschwindigkeit nach der Ultraschallmethode, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige, nach der sogenannten »sing-around«-Methode arbeitende Schaltungsanordnungen sind aus den US-PS 29 12 856 und 33 92 574 bekannt. Bei diesen Schaltungsanordnungen kann es zu einem instabilen Verhalten des »sing-around«-Betriebs kommen, da alle Signale verwertet werden, die in der Schaltungsanordnung umlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung derart zu verbessern, daß der »sing-around«-Betrieb stabilisiert werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Aufgrund der Torschaltung kann die Amplitude des ersten empfangenen Signals, das zur Durchführung des »sing-around«-Betriebs notwendig ist, konstant gehalten werden, so daß der »sing-around«-Betrieb stabilisiert werden kann, da die Torschaltung nur das erste empfangene Signal durchläßt, das für diesen Betrieb von Bedeutung ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt w>

F i g. 1 die Grundschaltung eines bekannten Ultraschallmeßgerätes (angewandt bei einem Strömungsmesser);

F i g. 2 Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Geräte gemäß den Fig. 1 und 3; »i

F i g. 3 eine Schaltung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Meßgerätes.

Zürn besseren Verständnis άετ Erfindung sei zunächst die Grundschaltung eines bekannten sogenannten sing-around-Ultraschallmeßgerätes (angewandt bei einem Strömungsmesser) erläutert in F i g. 1 ist mit 1 das zu messende Strömungsmittel bezeichnet (ein Medium für Ultraschallwellen), beispielsweise Wasser, das in einem Rohr 2 strömt. Ein Ultraschallsender 3 und ein Ultraschallempfänger 4 sind an der Außenwand des Rohres 2 einander gegenüberliegend vorgesehen.

Ein Synchronsteuerkreis 5 liefert einen Triggerimpuls Pt zu einer Senderschaltung 6, die ein dem Impuls Pt entsprechendes Sendesignal St dem Sender 3 zuführt Infolgedessen gibt der Sender 3 auf das zu messende Strömungsmittel 1 einen Ultraschallimpuls in Richtung auf den Empfänger 4 ab.

Mit dem Empfänger 4 ist ein Empfangsverstärker 7 verbunden, der das vom Sender 4 erhaltene Signal verstärkt und ein Empfangs-Ausgangssignal Sr liefert Dieses Ausgangssignal Sr wird dem Synchronsteuerkreis 5 zugeführt und liefert den Triggerimpuls Pt in einem Zeitpunkt in dem das Empfangs-Ausgangssignal Sr einen vorgegebenen Wert L erreicht hat, der im Synchronsteuerkreis 5 eingestellt ist Der so erzeugte Triggerimpuls Pt wird wie zuvor beschrieben der Senderschaltung 6 zugeführt

Bei der vorstehend erläuterten Grundschaltung eines üblichen Ultraschalldurchflußmessers wird das auf dem Triggerimpuls Λ beruhende Sendesignal Si dem Sender 3 zugeführt, und der vom Sender 3 abgegebene Ultraschallimpuls wird vom Empfänger 4 aufgenommen. Das Signal vom Empfänger 4 wird als Signal Sr vom Verstärker 7 abgenommen; der Triggerimpuls Pt wird vom Synchronsteuerkreis 5 beruhend auf dem Signal Sr gewonnen. Durch die Wiederholung dieses Vorganges ergibt sich das sogenannte »sing-around«- System. Infolgedessen erhält man an einem Ausgangsanschluß 8 des Synchronsteuerkreises 5 ein Signal mit einer Frequenz entsprechend dieser Wiederholungsfrequenz. Diese Frequenz entspricht der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels 1.

Bei dem bekannten Durchflußmesser erhält man das Empfangssignal Sr, das dem Synchronsteuerkreis 5 zugeführt wird, in Form eines Zuges positiver und negativer Impulse, die je einem Triggerimpuls Pt des Synchronsteuerkreises 5 entsprechen; ihre Amplituden werden allmählich größer und dann kleiner. Der erste und zweite positive Impuls des Empfangssignals Sr sind in F i g. 2A mit Sr ι und Sr 2 bezeichnet.

Im allgemeinen ist bei dem sing-around-System der Synchronsteuerkreis 5 so bemessen, daß er den Triggerimpuls Pt erzeugt, wenn der Wert des ersten positiven Impulses Sr \ des Empfangssignales Sr einen vorbestimmten Wert L erreicht, der im Synchronsteuerkreis 5 eingestellt ist (vgl. Fig.2A). Wenn sich beispielsweise die Amplitude des Impulses Sr 1 ändert, wie mit voll ausgezogenen und gestrichelten Linien a und b in F i g. 2A dargestellt (aufgrund einer Änderung in der Konzentration eines bestimmten Bestandteiles des Strömungsmittels 1 oder aufgrund einer Trübung), so ändert sich der Zeitpunkt der Erzeugung des Triggerimpulses Pt von fi zu t\ (vgl. F i g. 2B). Man kann infolgedessen kein stabiles Signal erhalten. Erreicht die Amplitude des Impulses Sr \ nicht den Wert L (wie durch die strichpunktierte Linie c in F i g. 2A angedeutet), so wird der Triggerimpuls Pt zum ersten Mai im Zeitpunkt t\" erzeugt, wenn der Wert des zweiten positiven Impulses Sr 2 entsprechend dem Impuls cdes Impulses Sr 1 den Wert L erreicht, wie durch die

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hierdurch wird das Signal weiter unstabil.

Anhand von F i g. 3 sei nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen sing-around-Ultraschallmeßgerät es im einzelnen erläutert Entsprechende Elemente wie in F i g. 1 sind auch in F i g. 3 mit denselben Bezugszeichen versehen und werden im einzelnen nicht mehr beschrieben. Zwischen dem Empfangsverstärker 7 und dem Synchronsteuerkreis 5 ist eine Schaltung vorgesehen, die einen Pegeldetektor 9, beispielsweise einen Schmitt-Trigger enthält, der vom Verstärker 7 das Empfangssignal Sr erhält, ferner ein Steuersignalkreis 10, der beispielsweise aus einer monostabilen Kippschaltung besteht, die mit einem Ausgangssignal Pl des Pegeldetektors 9 versorgt wird. Das Signal Sr des Verstärkers 7 wird ferner einer Torschaltung 11 zugeführt, die von einem Steuersignal Pg gesteuert wird, welches der Steuersignalkreis 10 liefert Das Ausgangssignal Sr' der Torschaltung 11 wird einem Gleichstrom-Glättungskreis 12 zugeführt dessen Gleichstrom-Ausgangssignal E als automatisches Verstärkungssignal zum Verstärker 7 zurückgeführt wird. Hierdurch wird der Verstärkungsgrad dieses Verstärkers, d. h. die Verstärkung des Empfangssignals Sr gesteuert.

Bei dieser Anordnung wird der Einstellwert des Pegeldetektors 9 so gewählt, daß ein Impuls, wie in F i g. 2C dargestellt, als Ausgangssignal Pl des Pegeldetektors 9 in einem Zeitpunkt fi erhalten wird, wenn der Wert des mit vollen Linien veranschaulichten Impulses der ersten positiven Impulse Sr \ (angedeutet durch die voll ausgezogene Linie a in Fig.2A) zum ersten MeI den Wert L erreicht hat. Der so erhaltene Impuls Pl wird dem Steuersignalkreis iO zugeführt, von dem man als Steuersignal Pg eine Rechteckwelle erhält, wie sie in F i g. 2D veranschaulicht ist; sie beginnt im Zeitpunkt fi und bleibt für eine vorbestimmte Zeitdauer τ bestehen. Das Steuersignal Pg wird der Torschaltung 11 zugeführt. Ein Teil des Empfangssignals Sr gelangt auch zur Torschaltung 11. Die Öffnungszeit der Torschaltung 11 wird so gewählt, daß sie der Zeitdauer ν zwischen fj und h entspricht; die Abfallflanke des Steuersignales Pg kann daher aufhören, bis der durch die voll ausgezogene Linie a angedeutete Impuls der erst.on positiven Impulse Sr ι den Wert L zum nächsten Mal erreicht. Infolgedessen erhält man als Ausgangssignal Sr der Torschaltung 11 einen Impuls, wie er in Fig.2E veranschaulicht ist, der dem Teil des Impulses der ersten positiven Impulse Sr ι entspricht, der durch die voll ausgezogene Linie a dargestellt ist und den Wert L übersteigt. Der Ausgangsimpuls Sr wird dem Gleichstrom-Glättungskreis 12 zugeführt, durch den sein Gleichstrom-Ausgangssignal £ entsprechend der Amplitude des Signales Sr erhalten wird. Dieses Signal zur automatischen Verstärkungssteuerung wird zum Verstärker 7 zurückgeführt und stabilisiert die Amplitude des vom Verstärker gelieferten Empfangssignales Sr, selbst wenn sich die Amplitude des dem Verstärker 7 zugeführten Eingangssignales ändert

Bei einer solchen Ausführung liefert der Synchronsteuerkreis 5 den Triggerimpuls Pt, beruhend auf dem vom Steuersignalkreis 10 gelieferten Steuersignal Pc, der dem Synchronsteuerkreis 5 zugeführt wird; in diesem Falle wird jedoch der Triggerimpuls Pt im ZeitpL'jikt t₂ entsprechend der Abfallflanke des Steuersignales Pg erzeugt (vgl. F i g. 2F). Das Sendesignal Si und das Empfangssignal Sr sind somit gegenüber dem Zeitpunkt t\, in welchem der Impuls Pt erzeugt wird, um eine Zeitdauer verzögert die der Breite τ des Steuersignales Pg entspricht Beide Signale Si und Sr treten somit nicht gleichzeitig auf. Dies gewährleistet eine stabilere Feststellung der Amplitude des Empfangssignales Sr verglichen mit dem Fall, in dem beide Signale Sf und Sr gleichzeitig erzeugt werden.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht somit darin, daß das Signal am Ausgangsanschluß 8 stabil gewonnen werden kann und daß sich eine einfache Gesamtschaltung ergibt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist das Sendesignal Sf gegenüber dem Empfangssignal Sr um eine Zeitspanne entsprechend der Zeitdauer des Steuersignales Pg verzögert; diese Verzögerungszeit ist jedoch konstant, was bei der Anzeige berücksichtigt werden kann. Diese Verzögerungszeit ist ferner in der Praxis wesentlich kleiner als die Periode der sing-around-Frequenz und kann demgemäß vernachlässigt werden.

Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit einem Strömungsmesser erläutert wurde, so kann sie doch gleichfalls auch für andere Ultraschallmeßgeröte zur Ermittlung physikalischer Größen strömender Medien Anwendung finden, vorausgesetzt, daß hierbei ein sing-around-System benutzt wird.

Gemäß obiger Beschreibung wurden die positiven Halbwellen des Empfangssignales Sr benutzt; es

4> versteht sich jedoch, daß das erfindungsgemäße Meßgerät in genau der gleichen Weise auch die negativen Signale auswerten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung physikalischer Größen strömender Medien, insbesondere der Strömungsgeschwindigkeit, nach der Ultraschallmethode, bestehend aus einem Ultraschallsender, einem Ultraschallempfänger, einem Empfängerverstärker, der mit dem Ultraschallempfänger verbunden ist, einem Pegeldetektor, der mit dem Empfängerverstärker verbunden ist, einem Steuersignalkreis, der ι ο mit dem Pegeldetektor verbunden ist und einen Rechteckimpuls fester Amplitude und Breite erzeugt, einem Synchronsteuerkreis, der mit dem Steuersignalkreis verbunden ist und einen Ausgangsimpuls erzeugt, der mit der Rückflanke des Rechteckimpulses koinzident ist, und einer Senderschaltung, die mit dem Synchronsteuerkreis verbunden ist und dem Ultraschallsender ein gegenüber dem Empfängerausgangssignal entsprechend der Breite des Rechteckimpulses zeitverzögertes Signal zuführt, gekennzeichnet durch eine Torschaltung (U), der die Ausgangssignale des Empfängerverstärkers (7) und des Steuersignalkreises (10) zugeführt werden, und die ein Verstärkungssteuersignal an den Empfängerverstärker (7) abgibt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch einen Gleichstrom-Glättungskreis (12) zwischen der Torschaltung (11) und dem Empfängerverstärker (7).

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