DE2131847A1

DE2131847A1 - Verfahren zur messung bzw. erfassung der relativbewegung eines fluessigen oder gasfoermigen mediums gegenueber einer messsonde

Info

Publication number: DE2131847A1
Application number: DE19712131847
Authority: DE
Inventors: Eduard Dr-Ing Krochmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-06-26
Filing date: 1971-06-26
Publication date: 1973-01-18
Also published as: DE2131847B2; DE2131847C3

Description

Verfahren zur Messung bzw. Erfassung der Relativbewegung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums gegenüber einer Meßsonde" Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Messung bzw. Erfassung der Relativbewegung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums gegenüber einer Meßsonde unter Anwendung des akustischen Mitführeffektes, wobei die Messung in einem Meßzyklus aus mehreren Teilmessungen besteht und zwei dieser Teilmessungen an Meßstrecken vorgenommen werden, die räumlich in entgegengesetzter Richtung betrieben werden.
Es handelt sich daher um die technische Realisierung eines akustischen Meßprinzips, das auf dem Mitführungseffekt des akustischen Schallfeldes bei relativ zur Meßsonde bewegtem Medium heruht. Der Effekt und das Meßprinzip sind aus der Literatur bekannt, vergl.
C. Krause, B. Struck, "Physikalische Prinzipien zur Messung voii Strömungsgeschwindigkeiten in flachen Meeresgebieten Kieler Meeresforschungen XXV 1969, H. 1, S. 143 bis 165.
Lester, R.A., "High accuracy, self-calibrating Acoustic Flow meter?, Mar. Sci. Instr. 1961, Vol. 2, S. 200 bis 204.
Middleton, F .H., Li, W.H., "Design and development of an estuarine current meter", Inst. f. Coop. Reis. John Hopkins Univ., Balt.
Es ist jedoch bisher zu keiner technisch befriedigenden Lösung gekommen, da die aus dem Prinzip resultierenden außerordentlich hohen Anforderungen an die Exaktheit einiger Teiloperationen sowie die dazugehörigen schaltungstechnischen und konstruktiven Maßnahmen nicht hinreichend in Betracht gezogen wurden.
Die bekanntgewordenen Lösungen sind infolge dessen nicht in der Lage, die Anforderungen an Stabilität und Unabhängigkeit von äußeren Einflüssen zu erfüllen, die beispielsweise im Rahmen der ozeanographischen Meßtechnik an ein derartiges Meßgerät gestellt werden müssen. Ebenso wenig konnte den Anforderungen an die Meßgeschwindigkeit entsprochen werden, die bei der Vielfach-Strömungsmessung für jede Messung am gemeinsamen Geräteträger bei der Erfassung von Strömungsprofilen gestellt werden müs3enZ bei denen für jede Einzelmessung nur wenige Millisekunden verfügbar sind und ebenso auch für schnelle Einzelmessungen.
Zur Erläuterung sei das bekannte Meßprinzip an hand der Fig. 1 beschrieben: Der vorerwähnte Mitführeffekt besteht darin, daß die Laufzeit T des Schalls zwischen einem im flüssigen Medium angeordneten als Schall sender wirkenden elektroakustischen Schwinger S 1 und einem in einem bestimmten Abstand L (Meßstrecke) davon im flüssigen Medium angeordsaten als Empfänger wirkenden akustischen Schwinger S 2 von der Bewegung des Mediums relativ zu der aus den beiden vorerwähnten Schwingern gebildeten Sonde abhängig ist.
Maßgebend für den physikalischen Effekt ist die Komponente der Strömung , die in die durch den Sender und Empfänger festgelegte Richtung fällt.
Unter der Einwirkung der "Strömung" (genauer "der Relativbewegung1,)des flüssigen Mediums gegenüber der Sonde ändert sich die scheinbare Schallgeschwindigkeit v im Medium auf den Wert v' = v ##,je nach Richtung der betreffenden Strömungskomponente. Eine Strömung quer zur Richtung der Meßstrecke hat keinen Einfluß auf die scheinbare Schallgeschwindigkeit.
Die Sfgnallaufzeit bei ruhendemMedium To = L (L = Länge v der Meßstrecke) geht bei Strömungsversatz über in L L T0 = = v v(1 # 0/v) Das Verhältnis 0/v liegt bei den interessierenden Meßbereichen der Strömungsmessung unterhalb i o/oo, so daß man mit großer Annäherung schreiben kann: " X L»v (i + /v) n T0 (1 + 0/v) Der Strömungsversatzeffekt beträgt mithin: T0 =T0 - T0 = T0 . 0/v Dieser Strömungsversatzeffekt ist extrem klein. Am unteren Endet des zu erfassenden Meßbereichs (d*h.bei 1 cm/sec) liegt er bei 10-6. To. Deswegen müssen die Laufzeiten Tg und T0 sehr genau erfaßt werden, damit die extrem kleine Differenz t Tß eine sinnvolle Meßgenauigkeit aufweist.
Weder die Meßstreckenlänge L noch die Schallgeschwindigkeit v können bei dieser Genauigkeitsforderung als Konstante angesehen werden. Aus diesem Grunde muß auch die Laufzeit TO 2 L/v zusammen mit T jedesmal mitgemessen werden.
Im strömenden Medium ist T0 jedoch der Messung im allgemeinen nicht zugänglich. Deswegen erweist es sich als hotwendig, zwei Messungen 1 und 2 mit Meßstrecken entgegengesetzter Richtung, aber gleicher Strömungsrichtung durchzuführen.
Man mißt die Laufzeiten T01 und T2 und bildet die Laufzeitdifferenz T01 -T02 = # T012 = 2 TO . 0/v bzw. mit TO = L : v 2 v T v (1) 0 = # T012 . 2L Voraussetzung für die Richtigkeit dieses Ansatzes ist neben der rein meßtechnischen Schwierigkeit bei der Bestimmung der kleinen Zeitdifferenz # T012@ die Einhaltung der Identitätsbedingung (JB). Diese besagt: i) die mittlere Schallgeschwindigkeit v und die wirksame Meßstreckenlänge L müssen mit großer Exaktheit (von 10-6) relativ zueinander bei beiden Messungen identisch sein und 2) die Laufzeiten müssen in beiden Richtungen identisch gemessen werden.
Extreme Meßgenauigkeiten, wie sie durch die Identitätsbedingung vorgeschrieben werden, lassen sich im allgemeinen nur im digitalen Bereich realisieren. Für unterschiedliche Meßstrecken und den Bereich von analogen Meßsignalen ist sie nur realisierbar, wenn weitgehend auf Identität bei der Meßstrecke und bei der elektrischen Schaltung zurückgegriffen wird. Die Tatsache, daß dies bisher nicht richtig erkannt wurde, ist die Ursache für die bisherigen Fehlschläge bei der Realisierung der Strömungsmeßverfahren unter -Verwendung des Mitführeffektes.
Die Absolutwerte der Größen tWeßstreckenlänget L und tSchallgeschwindigkeitlt " v- gehen außerhalb der Identitätsbedingung (die in Gl (1) für die Erfassung der Größe 4 TI2 maßgebend war) noch mit in die Bestimmungsgleichung (1) für ein. Für die Absolutwertbestimmung von L und v sind dabei jedoch Genauigkeiten ausreichend, die in direktem Verhältnis zu der geforderten Genauigkeit für die Strömungsmessung liegen. Die Absolutwerte von L und v brauchen deswegen nur mit Genauigkeiten von 10 bis 10 ermittelt werden, nicht vergleichbar mit den extrem hohen Anforderungen der JB. Hier genügt die Kenntnis der Meßstreckenlänge L entsprechend den Konstruktionszeichnungen und für die Schallgeschwindigkeit beispielsweise der in einem getrennten Versuch ermittelte Wert. Die geforderten Absolutgenauigkeiten für L und v entsprechen also der geforderten Absolutgenauigkeit für .
Bei der technischen Realisierung der Meßsonden sind mit Rücksicht auf das anzustrebende räumliche Auflösungsver mögen Schwingerabstände von 10 bis 20 cm anzustreben, entsprechend Laufzeiten T01 bzw. T2 in der Größenordnung von von 10 sec. Zeitmessungen in diesem Bereich mit Genauigkeiten von 10-6 sind nicht realisierbar. Um diese Schwierigkeitzu umgehen, ist versucht worden, die Laufzeiten nach dem bekannten "sind-around-Verfahren", bei dem diese durch eine Rückkoppelungsschaltung in Frequenzen umgesetzt wurden, indirekt auf dem Wege über die Frequenz zu messen. Abgesehen davon, daß bei diesem Verfahren für die Differenzmessung zuviel Zeit benötigt wird, ist auch die "zeitliche Identität" gestört, da die Meßstrecke und womöglich auch die elektrische Schaltung sich zwischen zeitlich geändert haben.
Mit all diesen Methoden lassen sich also stabile Messungen im Rahmen der JB nicht erreichen.
Es ist daher Aufgabe derErfindung, die angegebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu offenbaren, mit dem die Strömungsmessung in flüssigen oder gasförmigen Medien realisierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Kombination folgender Merkmale vorgeschlagen: a) daß die Meßstrecken der beiden Teilmessungen dadurch identisch sind1 daß die Funktion der elektro-akusti schen Sende- und Empfangsschwinger durch Umkehr der elektrischen Übertragungsrichtung mittels elektrischer Schalt einrichtungen vertauscht werden, b) daß jeder der beiden Ausgänge einer für die Messrichtungsumkehr dienenden Umschaltweiche im tiren Zustand - die gleiche Impedanz wie im passiven Zustand an£veistç wid c) daß eine weitgehende Zeitidentität hergestellt wird, indem die beiden nacheinander auszuführenden Teilmessungen in so schneller Folge durchgeführt werden, daß die an oder in der Meßstrecke zwischen den beiden Teilmessungen auftretenden Änderungen unter Einschluß der Änderungen im nachfolgenden elektro-akustischen Signalkreis in ihrer Auswirkung auf die Meßgröße vernachlässigbar klein werden.
Phasenverfahren, bei denen die Meßstrecke in jeder der beiden Richtungen mit einem eingeschwungenen sinusförmigen Meßsignal betrieben werden, bieten Vorteile und wurden deswegen für die technische Realisierung ausgewählt. Die Meßfrequenz wird dabei so ausgewählt, daß sich in der Meßstrecke eine möglichst große Zahl von Vollwellen ausbildet (deren genaue Anzahl nicht unmittelbar bekannt zu sein braucht), wobei die Zahl z der Vollwellen jedoch nur so groß gehalten wird, daß der für die Messung verwendete Phasendiskriminator bei der Differenzmessung innerhalb eines eindeutigen Arbeitsbereiches, d.h. innerhalb eines durch die Schaltung des Phasendiskriminators vorgegebenen Teilbereiches eines vollen Phasendurchlaufs von 360 Grad verbleibt.
Die Steigerung der Genauigkeit gegenüber den reinen Laufzeitmeßverfahren beruht vornehmlich auf der Tatsache, daß bei einer Vielzahl von Vollwellen innerhalb der Meßstrecke der Phasenwinkel t sehr empfindlich gegen Laufzeit änderungen durch den Strömungsversatz wird.
Hier gilt die Beziehung t X z . 360 - (Winkelgrad) : z X Zahl der Schallwellen in der Meßstrecke v mit der Wellenlänge # = f und z TL ~ wird tp = 360 . » = 360 . L.f v Setzt man anstelle der Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit v die "scheinbare Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit" vw = v + ein, so ergibt sich für den strömungsabhängigen Phasenwinkel Mit dem von der Strömung pl abhängigen Anteil Bei der Strömungs-Summen/Differenzschaltung entfällt auch hier die grobe Störung durch die variable Schallgeschwindigkeit und die Phasendifferenz bei der Differenzschaltung wird Also gilt für die zu messende Strömung: Bei dem technischen Konzept gemäß vorliegender Erfindung steht die Einhaltung der Identitätsbedingung (JB) an erster Stelle. Diese bezieht sich auf JB 1 die Streckenientität, durch Verwendung der gleichen Strecken, mit vertauschten Funktionen der Sende- bzw.
Empfangsschwinger. hierdurch sind die Meßstrecken für beide Messungen absolut identisch, insbesondere auch bezüglich des zwischen den beiden Schwingern befindlichen Mediums, dessen Schallgeschwindigkeitsverteilung längs der Meßstrecke infolge von Inhomogenitäten nicht als konstant angesehen werden kann.
Das gleiche gilt auch hinsichtlich mechanischer Verformungen der Meßstrecke, z.B. durch Temperatureinflüsse.
JB 2 die elektrische Identität, indem auf strenge Einhaltung der Anforderungen des Vierpol-Umkehrsatzes geachtet wird indem bei Vertauschen der Meßrichtung das elektromechanische Netzwerk zwischen Sender und Empfänger einschl. der Abschlußwiderstände auf der Einspeise- und Empfangsseite der Meßfrequenz sowie auch die Meßfrequenz selbst für beide Meßrichtungen identisch sein. Nur so gelingt es, bei den unkontrollierbaren Phasendrehungen im elektrischen Netzwerk und in den elektromechanischen Schwingern eine von der Meßrichtung unabhängige Stabilität der Phasendifferenzmessung zu gewährleisten.
JB 3 die Zeit identität, indem sich an die Messung 1 in der ersten Richtung die Messung 2 in der zweiten Richtung in einem Zeitintervall anschließt, das gering ist gegenüber möglichen Änderungen an und in der Meßstrecke sowie im elektrischen bzw. elektromechanischen Netzwerk. Dies wird erreicht durch Einhaltung eines Leitintervalls von wenigen Millisekunden zwischen beiden Messungen, während dessen praktisch keine Änderungen auftreten können.
Durch die Einhaltung der JB 1 bis JB 3 sind also die Voraussetzungen geschaffen, um die Phasenstabilität der Phasendifferenzmessung bis zu Bruchteilen eines Grades zu gewährleisten und insbesondere die Möglichkeit geschaffen, die Schwinger über abgeschirmte Koaxzuleitungen bis zu einigen hundert Meter Länge anzuschließen, was bei den zur Anwendung gelangenden Meßfrequenzen zu Absolutwerten der Phasendrehung in der Größenordnung von einigen Vollwellen führt.
Durch die Streckenidentität werden außerdem alle Überlegungen hinsichtlich der schwer definierbaren wahren Streckenlänge" überflüssig.
Bemerkenswert ist insbesondere, daß für die Einhaltung der JB 1 bis JB 3 kein besonderer technischer Aufwand erforderlich ist bis auf den der hohen Meßgeschwindigkeit.
Diese ist aber bereits im Phasenverfahren mit eing;eschlossenO Die hohe Meßgeschwindigkeit bildet darüberhinaus ihrerseits die Voraussetzung für die Anwendung des Meßverfahrens bei schnell veränderlichen Vorgängen und in schnell arbeitenden Vielfach-Meßeinrichtungen, wie diese z. B.
in der ozeanographischen Meßtechnik benötigt werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine bekannte Anordnung für die Phasenmessung, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Generatoren und zwei Phasendiskriminatoren, Fig. 4 eine vereinfachte Anordnung gemäß Jig. 3 Fig. 5 eine Vielfach-Strömungsmessung Fig. 6 eine Frequenzregelung für die Bereichsanpassung der Phasenmessung in einer Richtung Fig. 7 eine Schwingeranordnung an einem Geräteträger Fig. 8 eine Schwingeranordnung für die Erfassung eines räumlichen Strömungsvektors und Fig. 9 einen Meßkorb.
Fig. 2 zeigt zunächst eine bekannte Anordnung für Phasenmessung mit einem Frequenzgenerator G, dessen Spannung U über den akustischen Schwinger S1 und die Meßstrecke L mit z Vollwellen (bei 1 MHz und einer Meßstreckenlänge von 150 mm ist z = 100) auf den Empfangsschwinger S2 gelangt, dessen Ausgangs signal Uf2 auf den Phasendiskriminator D geschaltet ist und zusammen mit der llezugsphase vom HF-Generator G ein der Phasenversehiebung zwischen Bezugsphase und Signal Uf2 proportionales Signal UF liefert.
Fig. 3 zeigt eine Realisierung des Erfindungsgedankens.
Hierin wird die Meßstrecke L durch die Schwinger S1 und S2 gebildet, die im Abstand einer größeren Zahl von Halbwellen voneinander im relativ bewegten Medium angeordnet sind.
Für die Messung in Meßrichtung Nr. 1 erfolgt die Erregung des Sendeschwingers S1 in der dargestellten Stellung der Kontakte wl, w2 der Umschaltweiche W durch den Generator G1 (Signal Ufl), Der erzeugte Ultraschall durchläuft die Meßstrecke L. Er wird von dem Empfänger S2 empfangen und gelangt als Signal Uf2 über den Kontakt w2 der Weiche W auf den Phasendetektor D2, wo die Phase des Ausgangssignals Ur2 mit der hierbei als Referenzphase wirkenden Spannung Ug1 von G1 verglichen wird. Das entstehende Ausgangssignal Ug2 wird der Vergleichseinrichtung RE zugeführt und zunächst abgespeichert.
In gleicher Weise wird nach Umlegen der Weiche W durch einen Umschalter oder ein entsprechendes Umschaltsignal u der Schwinger 52 durch den Generator G2 erregt und gelangt das empfangende Signal Ufl vom Empfangsschwinger S1 auf den Phasendiskriminator Dl.
Das detektierte Phasensignal Uf1 wird dem zweiten Differenzeingang der Auswerteeinrichtung RE zugeführt und gleichfalls dort abgespeichert.
Die Speicherung kann analog, z. B. mit Hilfe von (durch das Umschaltsignal u) gesteuerten Halteverstärkern erfolgen. Sie kann auch nach vorheriger Digitalisierung der Signale U>, Uy2 in digitalen Speichern erfolgen.
Das gleiche gilt auch für die anschließende Differenzbildung, die ein Signal liefert, das der Größe entspricht von Gleichung (2).
Die nach Gleichung (2) weiter erforderlichen Einfluß-2 größen v (v X Schallgeschwindigkeit) und L (Meßstreckenlänge) können (soweit ihre Abweichungen von den Standardwerten im Rahmen der erforderlichen Meßgenauigkeit berücksichtigt werden müssen) in einer zusätzlichen Rechenoperation in bekannter Weise eingeführt werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß L bekannt ist und daß v anderweitig ermittelt wurde.
Es wird später noch ein Verfahren angegeben, nach dem die Schallgeschwindigkeit auch in der beschriebenen Einrichtung noch zusätzlich ermittelt werden kann und das einen Teil des Erfindungsgedankens bildet.
Als Auswerteschaltung kann eine analoge oder digitale Rechenschaltung Anwendung finden, insbesondere auch ein digitaler Rechner eingesetzt werden1 der gleichzeitig neben der Speicherung der Meßgrößen der durchzuführenden Rechenoperationen noch die Steuerung der Meßoperationen noch die Steuerung der Meßoperationen übernehmen kann, die für die Durchführung einer vollständigen Strömungsmessung erforderlich sind.
Der absatzweise Meßbetrieb bei der Phasenmessung, der die getrennte Phasenermittlung bei den Teilmessungen Nr. 1 (in Meßrichtung Nr. 1) und Teilmessung Nr. 2 (in Meßrichtung Nr. 2) vorsieht und die strömungsabhängige Phasendifferenz anschließend aus der Differenz der Phasensignale Uf11 Uy2 ermittelt, wird dadurch erschwert, daß der Nutzbereich des Phasenmessers begrenzt ist.
Da die Zahl z der Vollwellen in der Meßstrecke einer großen Anzahl entspricht und bei gegebener Meßstreckenlänge noch von der Schallgeschwindigkeit abhängt - was mehr als eine Einheit von z ausmachen kann - muß durch eine zusätzliche Maßnahme zu jeder Strömungsmessung eine jeweilige Anpassung an den Nutzbereich des Phasenmessers vorgenommen werden. Hierfür kann z. B. die Meßstreckenlänge derart eingestellt werden, daß die zu einer Messung gehörigen beiden Phasenmessungen beide innerhalb eines eindeutigen Meßbereiches des Phasendiskriminators liegen.
Hierzu dient z. B. die Verstellung der Meßstreckenlänge.
Diese Verstellung der Meßstreckenlänge kann von Hand oder motorisch erfolgen. Die Meßstreckenlänge L muß dabei erfaßt werden und geht mit als Einflußgröße in die Auswerteschaltung RE ein.
Durch entsprechende Wahl der Meßstreckenlänge und der Meßfrequenz wird dabei dafür gesorgt, daß die Phasendifferenz zwischen beiden Messungen den Nutzbereich des Phasenmessers einerseits nicht überschreitet, andererseits aber hinreichend ausnutzt.
In der Anordnung gemäß Fig. 3 sind die Generatoren G1, G2 getrennt vorgesehen. Die yon diesen Generatoren erzeugten Frequenzen fl, f2 müssen im Rahmen der Identi-10-6 tätsbedingung (JB 2) auf 10 genau gleich sein. Diese Forderung ist nach dem Stand der Technik erfüllbar.
Die Phasenmesser Dl, D 2 müssen im Rahmen der erforderlichen Absolutgenauigkeiten gleich sein bezogen auf ihren ausgenutzten Bereich, d.h. mit Genauigkeiten von 10-2 bis 10-3, entsprechend der geforderten Genauigkeit der Strömungsmessung . Dies ist realisierbar.
Die Erfassung der Meßstreckenlänge L braucht gleichfalls nur mit einer der geforderten Absolutgenauigkeit entspl2-chenden Genauigkeit von 10-2 bis 10-3 vorgenommen werden, entsprechend der geforderten Genauigkeit von #, was technisch gleichfalls möglich ist.
Verbleibende Differenzen zwischen beiden Meßrichtungen, die auf Unterschieden der Meßfrequenzen sowie der für jede der beiden Übertragungsrichtungen spezifischen Übertragungsleitungen einschließlich der Weichen beruhen sowie auf Unterschieden in den Phasermessernf können durch eine Referenzmessung mit Strömungsgeschwindigkeit 8 = O (ggf.
durch eine entsprechende Simulation der Meßstrecke bei der es auf die Einhaltung des Originalwertes ton z nicht ankommt) erfaßt und anschließend in einer entsprechenden Erweiterung der Auswerteschaltung RE ausgeglichen werden, Hierauf wird später noch eingegangen.
Fig. 4 zeigt eine gegenüber der Anordnung von 3 vereinfachte Einrichtung, bei der d'j eine aaRarsarti$o Ausbildung der Weiche nur ein einziger Frequenzgenerator und nur einziger Frequenzdiskriminator erforderlich sind.
Unterschiede aus den Frequenzen und aus den Phasenmessern können dabei nicht mehr auftreten.
Fig. 5 zeigt eine Vielfach-Strömungsmessung, die nach dem gleichen Prinzip arbeitet wie die Anordnung von Fig. 4, bei der jedoch eine Vielzahl von Meßstrecken nacheinander an die gleiche zentrale Abfrage- und Auswerteinrichtung angeschlossen sind.
Bei der Anwendung des Phasenmeßverfahrens zur Vielfach-Strömungsmessung besteht die Aufgabe, eine Vielzahl von Strömungssensoren, die an einem Geräteträger angeordnet sind, von einer Datenzentrale her zu erregen und abzufragen.
Die in beiden Richtungen betreibbaren Meßstrecken L1, L2 ... L werden von den Sensoren SllX S21 S In bis S2n n gebildet. Sie sfnd z. B. längs eines Geräteträgers angeordnet. Jeweils eine Meßstrecke wird durch den von der zentralen Abfrageeinrichtung ansteuerbaren Adressdiskriminator ADR durchgeschaltet. Die Ansteuerung erfolgt über den übertragungskanal C. Über die Koaxkabel A und B ist die betreffende Meßstrecke eingangs- und ausgangsseitig mit der zentralen Abfrageeinrichtung verbunden. Sie wird vom Generator G der zentralen Abfrageeinrichtung erregt und die Ausgangssignale werden vom Phasendiskriminator D der zentralen Abfrageeinrichtung erfaßt.
Die Richtung, in der die Meßstrecke jeweils betrieben wird, wird durch die in der zentralen Abfrageeinrichtung befindlichen Weiche W I,estinai und wiihiend des einzoiIen Meßvorganges durch ein vom Adressgel)er ausgesandios Umschaltsignal u veranlasst.
Während des ersten Teiles des Meßvorganges ist z. 13. der Generator auf die Koawleitung A toschaltet und die Koaxleitung B überträgt-das Empfangssignal des rechten Schwingers auf die Abfrageeinrichtung.
Während des zweiten Teils eines jeden Meßvorganges wird beispielsweise der rechte Schwinger der Meßstrecke über Koaxleitung B erregt und der linke Schwinger sendet sein Empfangssignal über die Koaxleitung A zum Phasendiskriminator D der zentralen Abfrageeinrichtung, entsprechend der in diesem Zustand vorhandenen Weichenstellung.
Der Rechner in der zentralen Abfrageeinrichtung bildet die Adresse entsprechend dem vorgegebenen Abfrageprogramm; er steuert die Summen/Differenzmessung durch entsprechende Umschaltung der Weiche W und bildet außerdem die digitale Differenz der im Anschluß an die Phasendiskriminierung digitalisierten Phasenmeßwerte.
Für alle Meßstrecken wird hierfür nur eine einzige zentrale rechnergesteuerte Abfrageeinrichtung benötigt.
Die digitale Steuerung und Auswertung ist dabei über eine zentrale Steuer- und Auswerteschaltung, z. B. einen Prozeßrechner vorgesehen, der die Meßstrecken gegensinnig absatzweise d. h. nacheinander im schnellen Wechsel und mit der gleichen Meßfrequenz betreibt. Somit kann den hohen Anforderungen an Symmetrie (und damit an die Phasenstabilität) entsprochen werden. Der absatzweise Betrieb läßt allerdings eine unmittelbare Bildung der Phasendifferenz nicht zu. Stattdessen werden die Phasenwerte der beiden Teilmessungen Nr. 1 und Nr. 2, die zu jeder Strömung messung gehören jeweils für sich aLlein bestimmt. Als Referenzphase dient die Erregung der Meßstrecke.
Das daraus entstehende Gleichstromsignal IJy wird zum Abschluß jeder Teilmessungen (Nr. 1; Nr. 2) digitalisiert.
Die zu jeder Strömungsmessung gehörige Differenzbildung erfolgt im Digitalrechner, nach Vorliegen der Ergebnisse der Phasenmessung von beiden Meßrichtungen d. h. nach Abschluß des Paares von Messungen, die zu jeder Strömungsmessung gehören.
Hier werden auch die Einflußgrößen v (Schallgeschwindigkeit) und L (Meßstreckenlänge) sowie f (Meßfrequenz) eingegeben.
Die mechanische Anpassung der Messung an den Nutzbereich des Phasenmessers über die Verstellung der Meßstrecken wird bei Vielfach-St römungsmessung problematisch, insbesondere, weil diese recht kompliziert ist und zuviel Zeit in Anspruch nimmt.
Stattdessen erfolgt die Phasenrückstellung elektronisch zit jedem Meßvorgang und zwar itber eine Verstellung der Meßfrequenz; der Generator C fiir die Erzeugung der Elefrequen@ m@ß dabei z.B. durch ein Gleichstromsignal steuerbar gemacht werden. Flir jede Strömungsmessung wird <t i . Frequenz (um wenige o/oo) so Lange verstellt1bis die Anpassung an den verfügbaren Ntttzbereich des Phasendiskrimintltors angepasst ist. Anstatt durch ein Gleichstromsignal kann die Meßfrequenz auch stufenweise, ntti besten kalibriert weitergeschaltet werden.
E)ie Anpassung kann durch einen RegeLvorgang fiir die Meßfrequenz automatisch automatisch hergestellt werden. Dabei wird die Meßfrequenz vor Durchführung der Teilmessung NrO 1 (in Meßrichtung Nr. 1> automatisch so lange verstellt, bis am Ausgang des Phasendiskriminators etwa der Nulldurchgang im Nutzbereich (d. h. im ansteigenden Ast) erreicht wurde (vergl. Fig. 6a).
In Fig. 6a ist die Eichkennlinie des Phasendiskriminators angegeben, Über dem Phasenwinkel t ist das Ausgangssignal aufgetragen. Die ausnutzbaren Bereiche des Phasendiskriminators sind mit A und B bezeichnet, in denen also eine eindeutige Zuordnung der beiden Werte möglich ist.
soll vom ganzzahligen Vielfachen von 2»um nicht mehr als +li/2 abweichen.
Die Frequenz in der zugehörigen Schaltanordnung Fig. 6b wird dabei durch einen Oszillator (VCO) erzeugt, dessen Frequenz über, ein Gleichstromsignal Uf steuerbar ist.
Als Signal Uf dient das analogisierte Ausgangssignal eines Zählers Zs der nach Start des Anpassungsvorgangs mit einer vorgegebenen Taktfrequenz laufend weitergeschaltet wird -solange, bis das von der Phase abgeleitete Stillsetzsignal bei Einlaufen in die Nähe des Phasenwinkels Null die weitere Fortschaltung unterbindet. In einer anderen Lösung kann der Zähler die stufenweise Weiterschaltung übernehmen.
Zähler und Torschaltung der rakteinrichtullg waren zu Beginn des Anpassungsvorgangs durch einen Start und Ruckftihrimpulse in ihre Ausgangslage gebracht worden.
Die Taktfrequenz richtet sich nach der Laufzeit des Schallsignals in der Meßstrecke, die in der Größenordnung von 10-4 sec. liegt.
Mit Stillsetzen der Anpußeinrichtung wird die Meßfrequenz "festgesetzt't und mit dieser Frequenz werden die beiden Teilmessungen Nr. 1 und Nr. 2 des Strömungs-Meßvorgangs durchgeführt. .
Der Ablauf eines Meßzyklus für die Vielfach-Strömungsmessung umfasst also die folgenden Stufen: - Stufe I - Einschaltung der Meßstrecke durch die Adressiereinrichtung - Stufe II - Einstellung der Weiche auf Meßrichtung Nur.1, Abwarten des eingeschwungenen Zustandes (Fig. 5) - Stufe III - Phasenanpassung (Start; Taktung; Stillsetzen; Meßfrequenz steht) (Fig. 6) - Stufe IV - Digitalisierung und Einspsicherung des Phasenmeßwertes der Meßrichtung Nr. 1 - Stufe V - Umschaltung der Weiche auf Meßrichtung Nr. 2, Abwarten des eingeschwungenen Zustandes - Stufe VI - Digitalisierung und Einspeicherung des zweiten Phasenmeßwertes von Teilmessung Nr. 2 Die anschließende Auswertung der Meßsignale zum Strömungssignal unter Berücksichtigung der eingegebenen Werte für die Schallgeschwindigkeit v und der Meßstreckenlänge L und der Meßfrequenz f erfolgt zyklusunabhängig im Rechner RE.
Die Phasenstabilität der Weiche für die Umschaltung der Meßrichtung muß den hohen allgemeinen Anforderung ei an die Phasenstabilität der Phasenmessung entsprechen. Da bei einer Weiche "individuelle", d. h. unabhängige (für jede der beiden Richtungen getrennte) Elemente vorhanden sind (vergl. Fig. 4, Elemente Al, Bt bzw. A22 132), können bei ungewollten Unsymmetrien in der Weiche richtungsabhängige Phasenverschiebungen auftreten. Auch Unsymmetrien in den Schaltelementen (z. B. Halbleiterschaltern) können unterschiedliche Phasendrehungen bei Messung Nr. 1 gegenüber Nr-. 2 zur Folge haben.
Diese Phasenunterschiede gehen dann als Fehler in die Messung ein. Es besteht jedoch die Möglichkeit, diese Weichenunsymmetrie - die ja für alle Vielfachmessungen die gleiche ist - zu erfassen und einzueichen.
Durch Einfügen einer Simulations-Meßstrecke (ohne Strömung) kann der Phasendifferenzfehler der Weiche z. B. bei jedem Hauptzyklus oder auch nur gelegentlich gemessen werden und nach Einspeichprung in den Rechner zur Fehlerkompensation herangezogen werden0 Die Weichenanordnung für die Umkehr der Meßrichtung braucht also keine Gefahr für die Phaseirstabllität der Meßeinrichtung zur Strömungsmessung zu bedeuten.
Die im vorstehenden beschriebene Anordnung zur Vielfach-Strömungsmessung ging zunächst von einer bekannten Schallausbreitungsgeschwindigkeit v aus, die dem Rechner eingegeben und die bei der Auswertung der eßstreckensignale für die Ermittlung des Strömtingssignals in die Rechnung eingesetzt wird.
Die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit kann getrennt erfolgen. Sie kann jedoch auch in einem besonderen Meßzyklus jeder der vorhandenen Strömungsmeßstlecken durchgeführt werden und zwar unter Verwendung derfür die Strömungsmessung vorhandenen Baugruppen mit in den Meßzyklus hineinintegriert werden.
Dies kann z. B. durch Verstimmen der Frequenz von einem Nulldurchgang des Phasenmessers bis zum nächsten Nulldurchgang geschehen, entsprechend einem Übergang von z auf z + 1 Vollwellen in der Schallmeßstrecke.
Bei Erhöhung von z auf z + 1 ist z = 1, d.h.
v = L . ß f Die zugehörige Frequenzänderung A f kann mit digitalen Zähleinrichtungen beliebig genau gemessen werden, soweit t fnicht aus der Kalibrierung bei stufenweiser Verstellung der Meßfrequenz bekannt ist. Die Länge L der Meßstrecke ist bekannt.
Bei v = 1500 m/s und L = 0,15 m ist ß f = v/L = 1500/0,15 = 10 kHz.
Für die Korrektur der Strömungsmessung genügt es meist, wenn die Schallgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von 0,5 % erfaßt wird. Dies entspricht einem zulässigen Fehler der u f-Messung von 5 x 10 3 entsprechend einer Genauigkeit der Frequenzmessung von 50 Hz.
Eine digitale Frequenzmessung kann hierbei in 10 ms durchgeführt werden. Noch schneller kann die Messung erfolgen, wenn der steuerbare Oszillator (VCO) (Fig. 6b) kalibriert ist und der Rechner dann die Umrechnung auf Schallgeschwindigkeiten mit den zur kalibrierten Stufe gehörigen Frequenzwerten vornimmt.
Der für die Verstimmung von einem Nulldurchgang zum nächsten (vergl. Fig. 6a) erforderliche Regelvorgang wird mit der vorhandenen Anordnung ausgeführt (vergl.
Fig. 5 und 6b).
Allerdings ist dabei zu berücksichtigen, daß die Einregelung der Phase Null von dieser Schaltung nicht genau durchgeführt werden kann. Eine genauere Ausregelung würde wesentlich mehr Zeit beanspruchen. Stattdessen empfiehlt es ! sich hier, die ungenaue Einregelung beizubehalten und die dabei auftretenden und erfaßten Phasenfehler mit in die Rechnung eingehen zu lassen.
Anstelle von z 3 i ist dann mit dem Wert entsprechend Die zugehörige Auswertung kann vom Rechner durchgeführt werden im Rahmen der Gesamtauswertung des Unterprogramms jeder einzelnen Strömungsmessung oder auch nur einmal im gesamten Meßzyklus.
Die erreichbare Genauigkeit dieser Methode ist letzten Endes durch die Genauigkeit der Phasenbestimmung im Phasenmesser gegeben.
Durch Erhöhung der Anzahl der durchfahrenen Nulldurchgänge von 1 auf 2 oder mehr kann die Genauigkeit des Verfahrens möglicherweise bis auf 10 } gesteigert werden.
Durch das Hinzutreten der Schallgeschwindigkeitsbestimmung erweitert sich der Umfang der für eine Strömungsmessung erforderlichen Operationen des Unterprogramms wie folgt: Stufe I bis VI, wie vorstehend Stufe VII - Rückschaltung der Umschaltweiche auf Meßrichtung Nr. 1 Stufe VIII - Digitalisierung und Einspeicherung des zugehörigen Phasenmeßwertes Stufe IX - Frequenzmessung, Digitalisierung und Speicherung Stufe X - Einregelung des Phasenwertes zu z + 1 Stufe XI - Digitalisierung und Einspeicherung des zugehörigen Phaseiimeßwertes Stufe XII - Frequenzmessung, Digitalisierung und Speicherung Die weitere Auswertung erfolgt im Rechner, unabhängig vom Ablauf der Meß-Unterzyklen.
Die Schallmeßstrecke mit den akustischen Schwingern S 1, S 2 ist ein Störelement im Strömungsfeld. Die durch den Schwinger verursachte Wirbelstraße erstreckt sich über das 5- bis 10-fache des Schwingerdurchmessers und seiner Halterung.
Der Schwinger wird mit Rücksicht auf die veränderliche Strömungsrichtung am besten kugelförmig ausgeführt, die Halterung in Form eines zylindrischen Stabes. Der Durchmesser des Schwingers lingt bei 1 MHz Meßfrequenz unterhalb 10 mm.
ei Strömungsrichtungen schräg zur Richtung der Meßstrecke ist der Einfluß der Wirbelstraße auf die Meßstrecke geringer.
Die Erfassung der gerichteten ebenen Strömung macht zwei Meßstrecken erforderlich. Sind diese unter 45 Grad zur Strömungsrichtung angeordnet, so stören die Wirbelstraßen von Schwinger und Aufhängung die Messung am wenigsten, weniger als bei einer Lage, bei der eine Meßrichtung mit der Strömungsrichtung zusammenfällt.
Es besteht die Möglichkeit, den Schwinger während der Messungen langsam und schrittweise der Lage anzupassen, in der die Genauigkeit am größten ist. Die dafür erforderliche Drehung des Sensorsystems, die vom Rechner veranlasst werden kann, muß bei der für die zum Sensorträger orientierte Richtungsangabe im Rechner berücksichtigt werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Meßstrecken abseits von einem Geräteträger frei im umgebenden Raum gemäß Fig. 7 anzuordnen. Die Störung der Meßstrecken durch Wirbelstraßen wird dann stark reduziert.
Um einen räumlichen Strömungsvektor möglichst frei von Wirbelstraßen zu erfassen und zwar bei den in der Praxis vorhandenen Neigungen des Geräteträgers bis zu 45 Grad gegen die Vertikale ist gemäß der Erfindung Fig. 8 vorgesehen daß der Geräteträger mit einem zu dessen Hauptachse geneigten Sys-tem von Meßstrecken umgeben wird, z. B. in Form eines abgeschnittenen Doppel-Tetraeders.
Ohne Kollision der Meßstrecke mit dem die Strömung behindernden Mast des Geräteträgers sind dabei die folgenden Meßstrecken möglich: 1) 21/22 4) 21/11 7) 21/31 10) 11/31 oder 2) 22/23 5) 22/12 8) 22/32 12/32 oder 3) 23/21 6) 23/13 9) 23/33 13/33 Durch jeweils drei Meßstrecken in unterschiedlichen Richtungen kann der Strömungsvektor bei beliebiger Richtung erfaßt und errechnet werden. Die Strömungsmessung kann also mit erheblicher Redundanz ausgeführt werden. Mit den Mitteln der Vielfach-Strömungsmessung können also --abgesehen von der Aufnahme von umfangreichen Strömungsprofilen -auch die einzelnen Strömungsmessungen durch erhöhte Redundanz mit erheblicher Sicherheit versehen werden.
Der bei einigen der angegebenen Strecken vorhandene Einfluß von Wirbelstraßen kann nach ungefährer Kenntnis der Strömungsrichtung vom Rechner beurteilt werden und auf diese Weise durch Ausnutzung der vorhandenen Redundanzen die Ermittelung des Strömungsvektors optimiert werden. Aus Plausibilitätskontrollen können gestörte Meßstrecken erkannt und ausgeschieden werden.
Die Arme, die als Träger für die Schwinger der Meßstrecken dienen, können während des Transports an den Stamm des Geräteträgers angeklappt werden und werden beim Einsatz durch Fadenzüge, durch Auftrieb oder durch sonstige hydraulische oder mechanische Einstelleinrichtungen in ihre Arbeitsstellung gebracht.
Hier kommt der Vorteil zur Geltung, daß durch die Identität der Meßstrecken in beiden Meßrichtungen besondere Genauigkeitsanforderungen für die Sensorhalterungen nicht mehr eingehalten zu werden brauchen. Fehler durch geringfügige Änderungen der mechanischen Anordnung beeinflussen die Meßgenauigkeit lediglich im Maße der aufgetretenen Längenänderung.
Neben der Anordnung entsprechend Fig. 8 sind auch andere Konfigurationen der Meßstrecke denkbar, z. B. mittels eines Meßkorbes entsprechend Fig. 9, Bei diesem Meßkorb können die Meßschwinger z. B. gleichmässig über den Umfang des Korbes verteilt werden, d. h. 3 x 2 Schwinger. Durch diese Anordnung kann dann innerhalb des Korbes mit neun unabhängigen Meßstrecken-ausgemessen werden und die durch den Korb hindurchtretende Strömung ihrer Richtungsintensität nach mit guter Genauigkeit erfasst werden.
Die Gielfach-Strömungsmessung erstreckt sich nicht nur auf die Messung im gleichen Medium. Ebenso wie mit dem Verfahren die Geschwindigkeiten von Flüssigkeiten wie von Gasen gemessen werden können, können bei der Vielfach-Strömungsmessung auch die Strömungen von Wasser und Luft im gleichen Meßzyklus erfaßt werden. Gleichzeitig mit der ozeanographischen Vielfachmessung des Profils der- Meeresströmung kann also auch die meteorologische Messing des Windes und gegebenenfalls des Windprofils oberhalb der Wasseroberfläche gemessen werden. Hieraus ergeben sich besondere Möglichkeiten für die Ausmessung der Grenzschicht zwischen Luft und Wasser.
Die Meßfrequenz wird bei der Windmessung entsprechend der geringeren Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit im Ablauf des Meßzyklus der Vielfach-Strömungsmessung bei den betreffenden Stufen entsprechend umgeschaltet.

Claims

Patentansprüche

C Verfahren zur Messung bzw. Erfassung der Relativbewegung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums gegenüber einer Meßsonde unter Anwendung des akustischen Mitführeffektes, wobei die Messung in einem Meßzyklus aus mehreren Teilmessungen besteht und zwei dieser Teilmessungen an Meßstrecken vorgenommen werden, die räumlich in entgegengesetzter Richtung betrieben werden, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale a) daß die Meßstrecken bei beiden Teilmessungen dadurch identisch sind, daß die Funktion der elektroakustischen Sende-und Empfangsschwinger (S1, S2) durch Umkehr der elektrisehen U1> UDewtraglxlgsrichtung mittels elektrischer Schalteinrichtungen vertauscht werden b) daß jeder der beiden Ausgänge einer für die Meßrichtungsumkehr dienenden Umschaitweiche im aktiven Zustand die gleiche Impedanz wie im passiven Zustand aufweist c) daß eine weitgehende Zeitidentität hergestellt wird, indem die beiden nacheinander auszuführenden Teilmessungen in so schneller Folge durchgeführt werden, daß die an oder in der Meßstrecke zwischen den beiden Teilmessungen auftretenden Änderungen unter Einschluß der Änderungen im nachfolgenden elektroakustischen Signalkreis in ihrer Auswirkung auf die Meßgröße vernachlässigbar klein werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für beide Teilmessungen (1,2) im Rahmen der Strömungsmessung durchzuführenden Phasenmessungen getrennt mit von der erregenden Meßspannung abgeleiteter Bezugsphase bzw. abgeleiteten Bezugsphasen durchgeführt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase bei beiden der für jede Strömungsmessung durchzuführenden Teilmessungen (1,2) durch Einsteilungen im elektroakustischen Signalkreis so gelegt werden, daß beide Phasenwerte in einen gleichen und eindeutigen Meßbereich des Phasenmessers fallen und daß mit dieser an den Nutzbereich des Phasenmessers angepassten Einstellung die beiden Teilmessungen durchgeführt werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Einrichtung zur Anpassung der Phasen an den Nutzbereich des Phasenmessers durch eine mechanische Verstellung der Meßstreckenlänge vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellte Länge der Meßstrecke gegebenenfalls automatisch erfaßt und als Einflußgröße in eine Auswerteschaltung eingegeben wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Einrichtung zur Anpassung der Phasen durch Verstellung der Meßfrequenz vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellte Meßfrequenz oder ein dieser Frequenz entsprechender Wert gegebenenfalls automatiscljerfaßt und in die Auswerteschaltung eingegeben wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gelennzeichnet,- daß die Ergebnisse der Phasenmessungen zu den zu jeder Strömungsmessung gehörigen Teilmessungen (1,2) signalmässig zur Differenz gebracht werden und, falls erforderlich, die zur exakten Ermittlung der Strömung dienende Multiplikation 2 mit der Einflußgröße v und der Division durch L und f durch geführt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 2, 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallgeschwindigkeit aus der bekannten Meßstreckenlänge und einer zur vorgegebenen Meßfrequenzänderung gehörigen, meßtechnisch erfaßbaren Phasendifferenz bzw. umgekehrt errechnet wird.
10. Verfahren nach Ansprüch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abläufe und die rechnerische Auswertung zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit durch die zentrale Auswerte- und Abfrageeinrichtung ausgeführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Vektor der ebenen Strömung rechnerisch durch vektorielle Zusammensetzung aus den Komponenten x und y unter Errechnung von Betrag und Phase gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vektor der räumlichen Strömung rechnerisch durch vektorielle Zusammensetzung aus den Komponenten x, y und z unter Errechnung von Betrag und Phase gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System von Meßstrecken automatisch aufgrund der zunächst angefallenen groben Meßergebnisse zur Erzielung einer günstigeren Lage der Meßstrecken gegenüber den durch die Strömung verursachten Wirbelstraßen mechanisch verstellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereineachung der Rechnungen bei der Meßstreckenoptimierung auf das Ergebnis der davor liegenden Meßzyklen zurückgegriffen wird.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß bei der Vielfach-Strömungsmessung die Strömungen in verschiedenen Arten von Medien innerhalb des gleichen Meßzyklus gemessen werden.
16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von einer zentralen Abfrage und Auswerteeinrichtung, bestehend aus Umschaltweiche(» tIeßfrequenzgenerator(G) und Phasendiskriminator (D) sowie eine Steuer- und Auswerteeinrichtung bzw. einen Rechner, eine Vielzahl von Meßstellen jeweils einzeln angewählt werden, die durch von der zentralen Einrichtung betätigte Schalter einzeln durchgeschaltet werden, wobei die Adressierung über einen bzw. mehrere Verbindungskanäle erfolgt0
17. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzmeßstrecke oder eine Simulationsstrecke ohne Strömung vorgesehen ist, um die Unsymmetrie der Umechaltweiche und der dahinter in Richtung zur Zentraleinrichtung liegenden Einrichtungen zu erfassen und bei der Auswertung in Form von Nullpunktkorrektur das Meßergebnis zu beeinflussen.
18. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der gerichteten ebenen Strömung zwei Strömungsmessungen mit zueinander geneigten, insbesondere senkrecht zueinander in der Ebene angeordneten Strecken vorgesehen sind.
19. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der gerichteten räumlichen Strömung drei Vielfach-Strömungsmessungen mit zueinander geneigten, insbesondere senkrecht zueinander räumlich angeordneten Meßstrecken vorgesehen sind.
20. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung des Meßbereichs der Strömungsmessung an den Meßbereich des Phasenmessers die Meßfrequenz entsprechend umschaltbar ist.
21. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Übertragungsrichtung der Meßstrecke durch Relais oder Halbleiterschalter erfolgt.
22. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Übertragungsrichtungen der Meßstrecke der gleiche Meßfrequenzgenerator und Phasendiskriminator dienen und eine Weiche vorgesehen ist, die die Umschaltung von einem Ende der Meßstrecke auf das andere vornimmt.
23. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digitalrechner die Meßoperationen und die Rechneroperationen sowie deren Abläufe einschließlich der Meßbereichsanpassung der Phasenmessung ausführt bzw. vorgibt.
24. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung zur Phasenanpassung automatisch durch eine Stelleinrichtung erfolgt, die nach Einlaufen der Phase der die Teilmessung (1) vorbereitenden Operation in den passenden Bereich des Phasenmessers automatisch stillgesetzt wird, wobei dieser Bereich so festgelegt ist, daß bei der Durchführung von Teilmessung (2) keine Uberschneidung des eindeutigen Meßbereichs des Phasenmessers eintritt.
25. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeiciInet, daß die Verbindungskabel zwischen der zentralen Abfrage- und Auswerteeinrichtung und den Meßstrecken als Gemeinschaftsleitungen ausgeführt sind und daß an beide Kabel alle Meßstrecken er von der zentralen Einrichtung adressierte Schalter .angeschlossen sind.
26. Einrichtung nach den Ansprüchen 16 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierung der Meßstreckenschalter von der Zentraleinrichtung erfolgt die zugleich das Abfrageprogramm steuert.
27. Einrichtung nach den Ansprüchen i8 und 19, gekennzeichnet durch eine solche Einstellung der Meßstrecken, daß die von den Schwingern und ihren lialterungen verursachten Wirbelstraßen nicht in die Richtung der Meßstrecken fallen.
28. Einrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecken zur Erfassung einer ebenen oder räumlichen Strimung in Form eines abgeschnittenen Doppel-Tetraeders mit senkrecht zur Strömungsrichtung liegender Hauptachse oder mit zu der Hauptströmungsrichtung geneigten Richtungen angeordnet sind.
29. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz in kalibrierten Stufen einstellbar ist und daß die zu den einzelnen Stufen bekannten Werte der Frequenz in die Auswertung zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit und der Scllallgeschwindigkeit unmittelbar eingehen.
30. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbereichsumscbaltung automatisch erfolgt, obei zunächst mit dem gröberen Neßbereich abgefragt wird. Leerseite