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Titel: Schaltung für die Digitalauswertung eines produkts einer veränderlichen
Frequenz und einer Konstanten.
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Die erfindung betrifft die Schaltung für die J)igitalauswertung eines
Produkts einer veränderlichen Frequenz und einer Konstanten.
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Es ist bekannt, für das Messen des Flüssigkeitsdurchflusses Ultraschall-Frequenzimpuls-DurchfluBmesser
zu verwenden, welche die Durchsclinittsgeschwindigkeit der durchfließenden Flüssigkeit
messen. Die Ultraschallimpulse durchdringen in schräger Richtung die Rohrleitung
der gemessenen Flüssigkeit in Strom- und
Gegenstromrichtung. In
den an die Ultraschallköpfe angeschlossenen Schaltkreisen entstehen zwei Folgefrequenzen,
deren höhere Laufzeit der Ultraschallimpulse in Stromrichtung der gemessenen Flüssigkeit
und deren niedriegere dem Durchgang in Gegenstromrichtung entspricht. Die durch
die Impulskoinzidenz entstehende Differenzfrequenz f mit einer höheren und niedrigeren
Folgefrequenz ist der Durchschnittsge# schwindigkeit v der gemessenen Flüssigkeit
proportional, Der augenblickliche Durchfluß Q ist durch die Formel Q = kf gegeben,
wobei k die Konstante des Durchflußmessers ist. Die gesamte Durchflußmenge, das
heißt die Summe des Durch flusses QB in einer bestimmten Zeit ist dann XB =kf a
wobei T das Zeitintervall bedeutet, während dessen der Durchfluß gemessen wird,
Bei anderen Ultraschallimpulsgeräten, z. Be bei Analysatoren von Flüs sigkei ts
eigenschaften, Meßapparaturen der elastischen Konstanten u.ä., die auf der Messung
der Durchgangszeit der Ultraschallimpulse beruhen, von der die Folgefrequenzen der
Sendeimpulse abhängen, tritt
das gleiche Problem auf, das als Digitalauswertung
des Produkts der Verhältnisfrequenz mit der Konstanten verallgemeinert werden kann.
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Bei den bekannten Verfahren wird nur die Frequenz f der Impulse gemessen
und registriert, und zwar direkt oder auf Gleichspannung überführt, die mit der
Konstanten k multipliziert wird. So kann auf dem Zähler die Bilanz der durchströmten
Menge direkt registriert werden.
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Bei der rirequenzregis tri erung auf diese Art entstehen Fehler, durch
welche die Genauigkeit der Durchflußmessungen herabgesetzt werden. Es ist jedoch
erwünscht, daß z. B. die Angabe der gemessenen Größe direkt in gemeesenen Einheiten
angezeigt wird, was jedoch die direkte Berücksichtigung der Konstanten k mit großer
Genauigkeit erfordert. Dieses ist mittels des genau bekannten, periodisch sich wiederholenden
Zeitintervalls durchführbar, während dessen die Uhrimpulse aus einer stabilen Quelle
gezählt werden. Diese Einrichtungen sind zwar genau, aber teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angeführten Nachteile
durch eine neue Schaltung zu beseitigen. Diese Schaltungseinrichtung besteht in
der digitalen Darstellung oder dem Druck der Frequenzangabe des Impulsdurchflutmessers
multipliziert mit einer beliebigen Konstanten in einem beliebigen Kode.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gemessene
Frequenz dem ersten Eingang eines bistabilen Kippkreises zugeführt wird, dessen
Ausgang mit dem ersten Eingang eines Torkreises verbunden ist. Sein zweiter Eingang
ist an eine Nadelimpulsquelle angeschlossen, der Ausgang des Torkreises ist mit
dem Itegistriereingang eines Hilfszählers und mit dem Eingang eines Bilanzzählers
verbunden. Die Ausgänge des Hilfszählers sind über Dekaden mit Dekodierschaltung
und über Umschalter mit den Eingängen des Torkreises geschaltet, dessen Ausgang
einerseits an den zweiten Eingang des bistabilen Kippkreises, anderseits an den
liöschimpulseingang des Hilfszählers angeschlossen ist.
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Da es sich um Durchflußmesser handelt, ist die Koinzidenzfrequenz
f verhältnismäßig niedrig, höchstens 102 Hz.
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Es ist jedoch möglich, dieses Prinzip auch für andere mit einer Konstanten
multiplizierte Frequenzzählungen zu verwenden.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, mit einer einfachen,
keinen großen Aufwand erfordernden Einrichtung sehr genaue Mengenmessungen in bestimmten
Zeitintervallen über eine beliebig lange Zeit durchführen zu können.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungs beispiel dargestellt,
das ein Blockschaltbild für die
Digitalauswertung des Produkts einer
veränderlichen Frequenz mit einer dreistelligen Konstante zeigt und das im folgenden
näher beschrieben wird0 Der Ultraschall-Frequenzimpuls-Durchflußmesser an den die
erfindungsgemäße Schaltung angeschlossen wird, hat an seinem Ausgang einen Koinzidenzkreis.
An jeden Eingang dieses Kreises werden die Impulse mit einer bestimmten Folgefrequenz
aus einer geschlossenen Schleife des Darchflußmesaers herangeführt. Am Ausgang des
Koinzidenzkreises entsteht die Frequenz f, die mit der Konstanten k multipliziert
und als Ziffer registriert werden soll. Diese Frequenz f wird in den bistabilen
Kippkreis 1 eingeführt, der zwei separate Eingänge 11 und 12 aufweist. Dem Eingang
11 werden die Impulse mit der Frequenz f zugeleitet, Durch den Impuls der Frequenz
f wird der bistabile Kippkreis 1 gekippt.
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An seinem Ausgang 13 entsteht ein Rechteckimpuls, der an den Torkreis
2 herangeführt wird, welcher z. B. ein logischer Kreis ist. Dieser Torkreis 2 öffnet
sich und läßt Impulse aus der Impulsquelle 3 durch, die an den eingang 14 des Torkreises
2 gelangen. Als Impulsquelle 3 dient z. B. ein Sperrschwinger oder eine andere Impulsquelle,
z. B. mit einer Frequenz von fQ 1 105 bis 106 Hz. Die Frequenz fo muß die bedingung
erfüllen fo > k ' f, wobei k' den Ziffernwert der gültigen Stellen der Konstanten
k darstellt, die durch eine
ganze Zahl ausgedrückt ist. An den Ausgang
15 des Torkreises 2 ist einerseits der Hilfszähler 4 mit Vorbestimmung, anderseits
der Bilanzzähler 5 angeschlossen.
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Der Hilfszähler 4 mit Vorbestimmung besteht aus der nötigen Anzahl
der Dekaden des Dekodierkreises und aus den Umschaltern. Die Dekadenanzahl hängt
von der gewünschten Genauigkeit der Multiplikation mit der Konstanten k' ab, und
zwar in dem Sinne, daß ihre Anzahl durch die Summe der ganzzahligen gültigen Stellen
gegeben ist. Die Konstante 1, 02 z, B. erfordert 3 Dekaden und die Konstante 0o01028
4 Dekaden. Der Dekodierkreis jeder Dekade hat am Ausgang einen Umschalter durch
den der Ausgang entsprechend der Ziffern 0 bis 9 eingestellt werden kann. Aus drei
Umschalter sind die Ausgänge 16 bis 18 herausgeführt und an den drei Eingänge aufweisenden
Torkreis 6 angeschlossen. Sein Ausgang it mit dem zweiten Eingang 12 des bistabilen
Kippkreises 1 und gleichzeitig mit dem Löschimpulseingang 19 des Hilfszählers 4
verbunden. Den resultierenden Durchfluß, das heißt, die resultierende Anzahl der
Impulse k' f in einem beliebigen Zeitintervall L T, ermittelt der Bilanzzähler 5.
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Die Schaltanlage arbeitet folgendermaßen: Bei jedem Koinzidenzimpuls
der Frequenz f wird der bistabile Kippkreis 1 umgekippt und das Tor zum Hilfszähler
4
geöffnet, wohin die Impulse aus der Impulsquelle 3 fließt. Wenn der Hilfszähler
4 eine Impulsanzahl aufgezählt hat, die dem Zahlenwert der gültigen Stellen der
eingestellten Konstanten k gleich ist, entsteht am Ausgang des Torkreises 6 ein
Impuls, der den bistabilen Kippkreis 1 in seine ursprüngliche Lage umkippt, wobei
gleichzeitig der Zähler 4 auf Null eingestellt wird. Die Impulse aus der Impulsquelle
3 hören auf durch den Torkreis 2 zu fließen. Der Wert k' ist mittels der Umschalter
leicht umstellbar, so daß der Dekodierkreis jeder Dekade einen zehnlagigen Umschalter
enthält, dessen Ausgang an den Eingang des Torkreises 6 angeschlossen ist. Dieses
ist bei übertragbaren Durchflußmessern vorteilhaft, wo die Konstante k dem Rohrdurchmesser
entsprechend eingestellt wird.
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Die Impulsquelle 3 muß nicht stabilisiert sein und zufällige Änderungen
in einem weiten Bereich können die Genauigkeit nicht beeinflussen, denn allein die
Gesamtanzahl der Impulse, die von dem Hilfszähler 4 während einer Periode der gemessenen
Koinzidenzfrequenz f gezählt wird, ist wichtig. Der Hilfszähler 4 beendet nach Erreichung
der eingestellten Impulsanzahl die Zählung und I!Iirt sofort die Löschung durch.
Hinsichtlich der Konstantenangabe besteht keine Unsicherheit. Nach der Anzahl der
Dezimalstellen in der Konstanten k muß der Dezimalpunkt in der Ziffernangabe des
Summenzählers 5 eingetragen werden.
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Die vorgeschlagene Schaltung ist zwar für das zahlenmäßige Frequenzmessen
bei Ultraschall-Impulsdurchflußmessern bestimmt, kann jedoch überall dort Anwendung
finden, wo ein ähnliches Problem bei einer verhältnismäßig niederen Frequenz f besteht
Der Schaltplan ist dann anwendbar, wenn der Zahlenwert der Konstanten durch die
Ganzzahl k' ausgedrückt die Bedingung fo> k'f teell erfüllen kann, wobei fo die
Frequenz der Nadelimpulsquelle 3 ist.