DE2322749A1 - Verfahren und einrichtung zur stroemungsmessung - Google Patents

Description

Verfahren und Einrichtung zur Strömungsmessung.

PUr diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden Anmeldung in den Vereinigten Staaten Serial No. 250,700 vom 5. Mai 1972 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Strömungsmessung, und zwar insbesondere auf ein System zur Messung der volumetrischen Strömung in Leitungen oder in offenen Kanälen. Dabei werden vorzugsweise Ultraschallimpulse verwendet, welche entgegen der Strömungsrichtung und danach in Strömungsrichtung gesendet werden.

Die am meisten verbreitete bekannte Methode zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeiten eines Mediums in einer Leitung besteht darin, daß ein Venturi-Meßgerät verwendet wird, das nach einem Differentialdruckprinzip arbeitet. Es gibt vielerlei Variablen, welche die Genauigkeit eines solchen Strömungsmeßsystems beeinträchtigen können. Dazu gehören insbesondere Wirbelbildung und Verzerrung der Strömung sowie physikalische Eigenschaften des strömenden Mediums. Ein Venturi-Strömungsmesser kann aufgrund der Be-

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Mnderung der Strömung durch das Meßgerät selbst einen unannehmbaren Kopfverlust verursachen.

Es sind auch schon andere Strömungsmeßsysteme verwendet worden wie z.B. Laufradsysteme, elektromagnetische Systeme und Ultraschallmeßsysterne, die auf den Prinzipien der Phasenmessung, des Dopplereffekts oder der Laufzeitmessung beruhen. Alle diese Systeme unterliegen Beschränkungen hinsichtlich der erreichbaren Genauigkeit oder hinsichtlich der Abhängigkeit Von Parametern der strömenden Medien, welche bei Änderungen der Umgebungsbedingungen schwanken, oder hinsichtlich Änderungen, welche direkt das strömende Medium selbst betreffen. ■

Bei früheren Verfahren, welche Ultraschallenergiewandler oder Schallköpfe verwenden, werden diese in den Leitungswandungen so angebracht, daß sie Energie durch das strömende Medium übertragen können, die von anderen Schallköpfen empfangen wird, welche allgemein oberhalb oder unterhalb, in Strömungsrichtung gesehen, von dem sendenden Schallkopf angeordnet sind. Solche bekannten Strömungsmeßsysteme wurden nach dem allgemein bekannten "ring-äround"-Prinzip angewendet derart, -.. daß das strömende Medium die frequenzbestimmende Komponente des Systems war und der Empfang eines gesendeten Signals die folgenden gesendeten Impulse auslöste. Damit wurde ein schwingendes System gebildet, dessen Periode der Übertragungs- oder Sendezeit des Impulses durch das Medium, hindurch gleich oder gleichwertig war. Die Oszillatorperiode war von

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verschiedener Dauer je nachdem., ob der Energieimpuls in Richtung der Strömung oder entgegen der Strömungsriehtung übertragen wurde« Bei einem solchen System wurden allgemein zwei Wandlerpaare zusammen mit zwei getrennten Rückkopplungskreisen angewendet, um entgegen der Strömung und in Richtung der Strömung'wirkende Schwingungsarten zu schaffen. Einige solche Systeme arbeiteten direkt auf den sich bei Sendung entgegen der Strömung und mit der Strömung ergebenden Schwingungsfrequenzen und unterlagen Begrenzungen hinsichtlich der Genauigkeit der Strömungsgeschwindigkeit bei niederen Strömungsgeschwindigkeiten, wenn die beiden Frequenzen im wesentlichen gleich wurden. Andere solche Systeme verwendeten Phasendetektoren, welche die gesendeten und empfangenden Signalphasenbeziehungen verglichen, indem sie die Phasendetektorausgänge integrierten und das integrierte Signal spannungsgesteuerten Oszillatoren zuführten und damit die Frequenzen bei Sendung entgegen der Strömung und mit der Strömung kontrollierten. Diese letztere Art von Systemen war einer Phaseninstabilität unterworfen wie sie durch strömende Medien hervorgebracht werden kann, die eine beträchtliche Konzentration von Streustoffen mit sich führen.

Es besteht ein großer Bedarf nach einem Strömungsmeßsystem, das eine hohe Meßgenauigkeit über einen weiten Bereich verschiedener Umgebungsbedingungen und Parameteränderungen des strömenden Mediums gewährleistet.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand auf einfache und billige Weise eine Strömungsmessung zu ermöglichen, die sich für eine breite Vielfalt strömender Medien sowie Leitungsei genschaften eignet und von den variablen Parametern des strömenden Mediums völlig unabhängig ist. .

Durch die Erfindung sollen auch eine'verbesserte Auslöseschaltung in einem Strömungsmeßsystem,' eine verbesserte Möglichkeit zur Eichung, eine verbesserte Steuereinrichtung, welche das Meßsystem in einer stabilen Arbeitsweise festhält, geschaffen und dafür gesorgt werden, daß Differenzen der Länge des Sendewegs innerhalb des strömenden Mediums oder Differenzen des Winkels zwischen ihm und der normalen Strömungsrichtung die Genauigkeit der Messung nicht beeinträchtigen können.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein am Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators gebildeter Energieimpuls durch das strömende Medium hindurch zunächst im wesentli chen entgegen der Strömungsrichtung des Mediums und danach im wesentlichen in der Strömungsrichtung gesendet wird, daß ein verzögerter Impuls, der auf den Energieimpuls und eine vorbestimmte Anzahl von Perioden des Oszillators anspricht, gebildet wird, daß der durch das Medium hindurch gesandte Energieimpuls empfangen und verstärkt wird, um einen die Ankunfts-

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zeit des empfangenen Impulses darstellenden Impuls zu bilden, daß die Ankunftszeit des verarbeiteten empfangenen Impulses mit der Ankunftszeit des verzögerten Impulses verglichen und durch den Vergleich eine Steuerspannung gebildet wird, die an den spannungsgesteuerten Oszillator angelegt wird, so daß der Oszillatorausgang für einen frühzeitig verarbeiteten und empfangenen Impuls auf eine höhere Frequenz und für einen spät verarbeiteten und empfangenen Impuls auf eine niedrigere Frequenz gebracht wird, daß die Anzahl der Perioden gezählt wird, die von dem Oszillator erzeugt werden, wenn der verarbeitete empfangene Impuls und der verzögerte Impuls für Sendungen entgegen der Strömuhgsrichtung und für Sendungen in der Strömungsrichtung im wesentlichen zeitlich zusammenfallen, eine Differenz zwischen dem Gegenstromzählwert und dem Mitstromzählwert gebildet und die Zählung durch Vorbestimmung des Zeitbetrags geeicht wird, wodurch die Zählung für Gegenstrom und für Strömungsrichtung gespeichert wird, so daß die Differenz direkt die gewünschten Einheiten des Ergebnisses der Strömungsmessung darstellt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens dient erfindungsgemäß ein System, bei welchem in Verbindung mit dem strömenden Medium stehende Wandler in einem Abstand in Strömungsrichtung voneinander angeordnet sind. Ein spannungsgesteuerter Oszillator liefert eine fortlaufende Reihe von Ausgangsimpulsen, die einem Teiler (Frequenzteiler) und einem Sendeimpulsgenerator zugeleitet werden. Ein Zählsteuerkreis startet gleich-

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zeitig den Teiler und erzeugt die Sendeimpulse. Der Teiler erzeugt einen Impuls nach einer vorbestimmten Zahl von VCO-Ausgangsimpulsen, welcher einen verzögerten Impuls hervorbringt und ihn einem Ankunftszeitkreis zum Zeit-Phasenvergleich mit dem empfangenen und verarbeiteten Impuls darbietet. Aus dem Zeitvergleich der beiden Signale ergibt sich ein Ausgangssignal, das an den spannungsgesteuerten Oszillator angelegt wird. Während der Sendungen entgegen und mit der Strömungsrichtung wird die VGO-Ausgangsfrequenz durch das aus dem Zeitvergleich resultierende Ausgangssignal derart eingestellt, daß die verzögerten Impulse in die Zeitphase mit den empfangenen Impulsen getrieben werden oder eine solche zeitliche Koinzidenz aufrecht erhalten wird. Die VCO-Ausgangsimpulse werden für eine vorbestimmte Zeitspanne während der Sendung entgegen dem Strom und mit dem Strom gezählt. Dabei werden die verzögerten und empfangenen Impulse während solcher Zeitspannen in Phase gehalten. Es wird eine Zählwertdifferenz zwischen den Zählungen für die Richtung entgegen der Strömung und mit der Strömung erhalten, welche eine Anzeige für die Strömung ergibt. Die Eichung der Strömungsanzeige erfolgt in speziellen Einheiten durch ein die Zählperiodenlänge steuerndes Prograemm,

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

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Fig. la zeigt ein Blockschema eines Strömungsmeßsystems

gemäß der Erfindung, '

Pig. Ib ein Blockschema für Leitplan und Konditionierung der gesendeten und empfangenen Signale,

Fig. 2 ein Blockschema des Datenzählungs-Steuerabsehnitts des Systems,

Fig. 3 ein Blockschemä des Datenzählungs-Reduktionsabschnitts des Systems,

Fig. 4 ist ein Schaltschema einer Ausführungsform des Niederpegelvollwellendetektors,

Fig. 5 zeigt eine Gruppe von einander zugeordneten Kurvenbildern zur Veranschaulichung der Zeitbeziehungen des Teiler- und Zählungssteuersignals (Zeitgebungskettendiagramm).

Fig. 6a zeigt ein Zeitgebungskettendiagramm zur Veranschaulichung der zeitlichen Beziehungen beim Konditionieren der empfangenen Impulse,

Fig. 6b zeigt ein Zeitgebungskettendiagramm zur Veranschaulichung der Konditionierung der empfangenen Impulse für strömende Medien mit Streustoffen,

Fig. 7a ist ein Zeitgebungskettendiagramm, welches das Ansprechsignal für eine frühe tatsächliche Zeit der Signalankunft veranschaulicht,

Fig. 7b ist ein Zeitgebungskettendiagramm, welches das Ansprechsignal des Systems für eine späte tatsächliche Zeit der Signalankunft veranschaulicht,

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Fig.· 8 ist ein Schaltschema des Si gnalgleiehlauf steuer-

absehnitts des Systems,
Fig. 9 zeigt ein Schaltschema des Verarbeitungsabschnitts

des Systems für empfangene Signale, Fig.10 ist ein Schaltsehema des spannungsgesteuerten Oszillators und des Steuerabschnitts des Systems

für die Richtung der gesendeten Impulse^ Figoll ist ein Schaltsehema des Kontrollabschnitts für die variable Zeitbasis und die Auf-Ab-Zählung bei dem System.

Die hier beschriebene Ausführungsform eines Strömungsmeßsystems gemäß der Erfindung weist einen spannungsgesteuerten Oszillator 10 auf. Dieser liefert Impulse an einen Datenzählkreis 11, der die angelegten Impulse für eine vorbestimmte Zeit zählt, um eine Information über die Strömung des Mediums zu bilden. Aus Fig. la ist zu ersehen, daß das Ausgangssignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 10 zur Bildung eines ersten und eines zweiten Signals dient, welche verglichen werden,um eine Steuerspannung für den VCO 10 zu entwickeln. Das erste Signal wird erzeugt, wenn eine Zählersteuervorrichtung 12 durch einen Ausgangsimpuls des VCO betätigt wird. Das Ausgangssignal aus der Zählersteuervorrichtung 12 löst einen als Sender dienenden Impulsgenerator 13 aus. Ein erster Wandler l4 ist in der Wandung 15 einer Leitung oder eines Kanals für das strömende Medium angebracht und steht mit dem

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strömenden Medium l6 in Verbindung. Der von dem Generator 13 gelieferte Impuls wird an den Wandler 14 gelegt, und die dem Medium l6 aufgedruckte Energie 17 pflanzt sich durch das Medium l6 fort und wird von einem zweiten Wandler l8, der in Verbindung mit dem Medium l6 steht, empfangen. Der zweite Wandler l8 ist in der Wandung 15 der Mediumleitung in einer Lage, in Strömungsrichtung gesehen, oberhalb oder unterhalb des ersten Wandlers 14 angeordnet. Somit läuft die sich durch das Medium 16 fortpflanzende Energie 17 in einer solchen Richtung, daß eine Komponente der Fortpflanzungsrichtung parallel zu einer Komponente der Mediumströmungsrichtung verläuft. Je nach der Richtung der Strömung werden die durch das Medium übertragenen Energieimpulse unterstützt oder es wird ihnen entgegengewirkt, so daß die Laufzeiten entgegen der Strömung und mit der Strömung verschieden sind. Die empfangene Energie wird einem Empfängerkreis 19 zugeführt. Der empfangene Impuls wird einem Ankunftszeitkreis 20 als erstes Signal zugeleitet.

Das zweite Signal wird durch Teilen des VCO-Impulses erzeugt, der nach der Erzeugung des ersten Impulses empfangen wurde. Eine Teilervorrichtung 21 erzeugt das zweite Signal eine gegebene Zahl von VCO-Impulsen nach dem gesendeten Impuls, was eine vorbestimmte Verzögerung ergibt. Es ist also ersichtlich, daß die Verzögerungszeit eine Funktion der Ausgangsfrequenz des VCO 10 ist; eine höhere Frequenz ergibt eine kürzere Verzögerung und umgekehrt

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eine niedrigere Frequenz eine längere Verzögerung. Der verzögerte Impuls wird als das zweite Signal dem Ankunftszeitkreis 20 zugeführt, der auch den tatsächlich empfangenen Impuls als das erste Signal aufgenommen hat. Dieser letztere Kreis 20 bewirkt einen Zeitphasenvergleich zwischen dem tatsächlich empfangenen Impuls und dem verzögerten Impuls, und es wird eine resultierende einheitliche Fehlerladung an den Eingang des VCO 10 abgegeben, um die Aus gangs frequenz des VCO 10 zu ändern und das durch den Teiler 21 eingeleitete Ausgangesigrial dazu zu bringen, zeitlich mit dem tatsächlich empfangenen Impuls zusammenzufallen. Die vorstehend geschilderte Erzeugung und der Vergleich eines ersten und zweiten Signals und einer gleichförmigen Fehlerladung hält fortgesetzt die verzögerten Impulse in zeitlicher Koinzidenz mit den verarbeiteten empfangenen Impulsen. Die Ausgangsimpulse des VCO werden für eine vorbestimmte Zeitspanne gezählt, während die verzögerten und empfangenen Impulse in Koinzidenz gehalten und zum Vergleich mit dem Impulszählwert gespeichert werden, der erhalten wird, wenn Energie in der entgegengesetzten Richtung durch das Medium gesendet wird. Die Zeit, während welcher Zählungen gesammelt und in einem besonderen System aufgezeichnet werden, schwankt von einem Bruchteil einer Sekunde bis zu mehreren Sekunden, je nach den physikalischen Eigenschaften der Me.diumleitung und den Parametern des Mediums selbst.

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Der erste und zweite Wandler 14 und l8 haben eine identisch gleiche Ausbildung und können solche sein wie sie in der US-Patentschrift 3 420 102 beschrieben sind. Bei Verwendung passender Schalteinrichtungen können sie zuerst als Sender bzw. als Empfänger und danach als Empfänger bzw. als Sender verwendet werden. Die Sehaltvorrichtung ist so ausgebildet, daß sie zunächst für eine Energieausbreitung entgegen der Strömungsrichtung und danach für eine Energieausbreitung in der Strömungsrichtung sorgt. Es ist zu ersehen, daß die während des Sendevorgangs in Gegenrichtung zur Strömung aufrecht erhaltene Frequenz sich unterscheidet von derjenigen, die während eines Sendevorgangs in der Strömungsrichtung aufrecht erhalten wird, was auf die Differenz der Laufzeiten zurückzuführen ist. Die Differenz der Ausgangsfrequenzen ist somit ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Der Datenzählkreis 11 überwacht die Differenz der Zahl der für eine vorbestimmte Zeit aufgezeichneten VCO-Impulse für die beiden Senderichtungen und reduziert die Differenzzählung auf eine Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums.

In Pig. Ib sind die hauptsächlichen Komponenten des Systems mehr im einzelnen wiedergegeben und es ist die gegenseitige Beziehung zwischen dem Schalten der Sender, dem verarbeiteten empfangenen Impuls, dem verzögerten Impuls, dem Impulsvergleich und der Steuerung des VCO gezeigt. Bei-

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spielsweise kann der VCO IO einen Ausgangsfrequenzbereich von 1-3 MHz für ein Rohr mit K Zoll Durchmesser haben. Für Rohre mit größerem Durchmesser würde der VCO-Ausgangsfrequenzbereieh entsprechend niedriger, und umgekehrt für kleinere Rohrdurchmesser der Bereich entsprechend höher liegen. Das Ausgangssignal aus dem Oszillator 10 wird dem Teiler 21 und der Zählsteuerung 12 zugeführt. Die aus der Zählersteuervorrichtung 12 kommenden digitalen Ausgangssignale entgegengesetzter Beschaffenheit werden mit dem Teiler 21 und dem Sendeimpulsgenerator 13 gekoppelt. Der Ausgang aus dem Teiler 21 ist verbunden mit einem Anhebeimpulsgenerator 22, der eine Anhebefunktion oder Unwirksammachung für die Verweilzeit der Impulse bewirkt. Der Ausgang aus dem Anhebeimpulsgenerator oder Impulsanhebungsgenerator 22 ist an die Zählersteuervorrichtung 12 rückgekoppelt. Der Ausgang aus dem Teiler 21 ist auch mit einem Zeitverzögerungsimpulsgenerator 23 verbunden. Das zeitverzögerte Ausgangssignal aus dem Impulsgenerator 23 ist an den Ankunftszeitkreis 20 gelegt. Dieser kann eine Doppeldaten-Plip-Plop-Schaltung mit Impulsfiankentriggerung {dual data type edge triggered flip-flop device) enthalten« Der Ankunftßzeitkrels 20 bildet ein Eingangssignal für den fehlersie&eren Älarmkreis 25·

Das Ausgangesignal aus ä©m Impulsgenerator IjJ wird durch

den Söfsäeverstärk©r 2h verstärkt vma dann ent^ed©r über den Sehalter Kl oder den Schalter. KS geleitet. Wenn die Schalt-

vorrichtung Kl geschlossen ist, ist die Schaltvorrichtung K2 offen· Bei geschlossenem Schalter Kl wird der Sendeimpuls dem ersten Wandler 14 zugeleitet, der einen Energieimpuls 17 durch das strömende Medium 16 sendet. Der zweite in Verbindung mit dem Medium 16 stehende Wandler l8 empfängt.den Impuls 17 und leitet ihn über den anderen geschlossenen Kontakt von Kl zu dem Empfangsverstärker 33· Das Ausgangssignal aus dem Verstärker 33 wird an den Überkreuzungsspannungsvergleicher 34 und einen Niederpegeldetektor 35 geleitet, der ebenfalls einen Ausgangsimpuls hervorbringt. Der Ausgang aus dem Detektor 35 ist mit einem automatischen Verstärkungsriegelintegrator 36 verbunden. Der Ausgang aus dem Integrator 36 ist wiederum an den Verstärkungsregler des Empfangs-Verstärkers 33 gelegt. Der Ausgang aus dem Niederpegeldetektor 35 ist auch an einen Differentiator 39 gelegt, der wiederum ein Eingangssignal für einen Empfangsimpulsspannungsvergleicher 40 bildet.

Bei einer Ausführungsform der Schaltung verbindet eine Schaltvorrichtung den Ausgang des Empfangsimpulsvergleichers 40 mit der Rückstellklemme 4l eines Empfangssignaltors 42. Das Empfangssignaltor 42 kann eine Zweifaehdaten-Flip-Flop-Vorrichtung mit Flankentriggerung sein. Der Ausgang aus dem Vergleicher 34 ist mit dem Triggereingang des Tors 42 verbunden· Der Ausgang aus dem Tor 42 ist an den Ankunftszeitkreis 20 zum Zeitvergleich mit dem durch den Teiler 21 einge-

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leiteten verzögerten Impuls gelegt.

Eine andere Darstellung des oben beschriebenen Empfangs· impulses wird über Schalteinrichtungen an die Klemme 45 geführt· In dieser Weise wird der Ausgang aus dem Empfangsimpulsvergleich^ 40 direkt mit dem Ankunftszeitkreis 20 zum Vergleich mit dem durch den Teiler 21 eingeleiteten verzögerten Impuls verbunden.

Der Ankunftszeitkreis 20 vergleicht die Ankunftszeit der verarbeiteten empfangenen Impulse und der verzögerten Impulse und leitet das Ausgangssignal aus der Konstantladungsabgabevorrichtung 46 an den Invert ere ingang eines Konstantladungsverstärkers 47* wenn der verarbeitete empfangene Impuls spät ist, und an den nicht umkehrenden Eingang des Verstärkers 47* wenn der verarbeitete empfangene Impuls frühzeitig ist. Der Ausgang aus dem Konstantladungsverstärker 47 wirdjmit deoi Eingang eines Integrators 48 verbunden. Der Ausgang des Integrators 48 wird je nach Polarität der Impulse aus dem Konstant ladungsverstärker 47 auf dem einen oder dem. anderen Wege getrieben und wiederum mit dem Eingang des VCO 10 verbunden, um die Ausgangsfrequenz und damit die von dem Teiler 21 auferlegte Verzögerung zu steuern. Der Ausgang aus dem VCO 10 ist außerdem, wie oben beschrieben, an den Datenzählkreis 11 angelegt.

Der DatenzShlkreis 11 ist im einzelnen in Fig. 2 und 3 dargestellt. Er dient zum Empfangen, Eichen und Zählen der Ausgangsimpulse aus dem VCO 10, wenn die verzögerten

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Impulse und die empfangenen Impulse zeitlich phasenverriegelt worden sind. Er dient außerdem zur Konditionierung und Darbietung der Zählung in ihrer endgültigen bedeutungsvollen Form sowie zur Bildung einer zusätzlichen Fehlwirkungsalarmanzeige sowie einer Strömungsanzeige. Der Ausgang des VCO 10 ist mit einem Tor 51 verbunden, das an einen Datenzählungsteiler 52 angeschlossen ist. Eine Taktschaltung 55 ist mit einem Zähler 5^ mit variabler Zeitbasis verbunden, der bei der vorliegenden AusfUhrungsform eine Zählkapazität von 10 Millionen hat. Die Zeitbasis ^a wird durch eine Programmiervorrichtung 57 variabel gemacht, die sie anfänglich mit einer vorbestimmten Zählung auffüllt. Der Ausgang aus der variablen Zeitbasis 5^ ist mit einem Zählungsenddetektor 58 verbunden, der wiederum mit einem Zählungsendimpulsgenerator 59 verbunden ist. Der Impulsgenerator 59 leitet seine Impulse zu einer die variable Zeitbasis regelnden Vorrichtung 60, um die variable Zeitbasis 5¹*· unwirksam zu machen oder auszuschalten. Der Impulsgenerator 59 ist außerdem mit einer Regel- oder Steuervorrichtung 63 für den Datenzählungsteiler verbunden, um gleichzeitig den DatenzMhlungsteiler 52 unwirksam zu machen oder auszuschalten. Der Datenzählungsteiler 52 ist wiederum mit dem Regler 60 für die variable Zeitbasis verbunden, um den variablen Zeitbasiszähler 5¹* am Ende des Impulses aus dem Impulsgenerator 59 zur Wirkung zu bringen.

Ein anderer Ausgang des Impulsgenerators 59 führt zu

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dem Auf/Ab-Zählungsregler 64. Der Ausgang dieses Reglers wird zu einer Relaissteuerung 65 geführt, welche das Schließen und Öffnen der in Fig» Ib dargestellten Steuerschalter Kl und K2 bestimmt ο Der Ausgang auf dem Auf/Ab-Zählungsregler 64 wird auch einem Zählerverriegelungsimpulsgenerator 66 zugeleitet. Ein Zählungslöschimpulsgenerator 69 ist mit einem der Ausgänge aus dem Zählerverriegelungsimpulsgenerator 66 verbunden und wird auf der Nachlaufflanke des Zahlerverriegelungsimpulses getriggert. Ein Test/Lauf-Wahlschaltkreis 70 ist mit dem Zählungsendimpulsgenerator 59 und dem Auf/Ab-Zählungsregler 64 verbunden, um diese auf ihren Anfangszustand zurückzustellen, wenn von der Test- auf die Lauf-Arbeitsweise übergegangen wird. Erforderlichenfalls kann wahlweise eine Drucker-Synchronisiervorrichtung 71 vorgesehen werden·

Fig. 3 zeigt ein Blockschema der Hauptkomponenten in dem Datenzählreduzierabschnitt des Datenzählkreises Hier werden die Auf- und Abzählungen empfangen und ein Differenz zählwert gebildet. Es ist eine Ströniungsrichtungsanzeige in der Leitung vorgesehen, wenn ein Alarmsignal durch eine maximale Verstärkung an dem Sendeverstärker 24 betätigt wird, das eine abnormal niedrige empfangene Signalstärke anzeigt. Es ist ein Dekadenzählregister 72 mit einer Zählkapazität von 10 000 bei dieser Ausführungsform vorgesehen. Außerdem ist in dieser Ausführungsform ein binäres Zählregister 75 mit einer 12 Bit-Zählkapazität

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vorgesehen» Die Impulse aus dem Ausgang des Datenzählungsteilers 52 werden sowohl dem Datenregister 72 als auch dem binären Register 75 zugeführt„ Für die Zählungsregister 72 und 75 sind jeweils eine Dekadenverriegelung J6 und eine Binärverriegelung 77 vorgesehen. Der Ausgang aus dem Zählerverriegelungsimpulsgenerator 66 ist mit beiden Verriegelungskreisen 76 und 77 verbunden. Die Klemmen 78 sind ebenfalls mit beiden Verriegelungskreisen 76 und 77 verbunden, um allgemeine Zugangspunkte für die Systemausgangssignale zu schaffen.

Der Ausgang aus dem automatischen Empfangsverstärkungsregelintegrator 36 wird dem Eingang des automatischen Sendeverstärkungsregelintegrators (AGC) 8l zugeführt. Der Ausgang aus dem Sende-AGC-Integrator 8l ist mit dem Verstärkungsreglereingang des Verstärkers 24 für die gesendeten Impulse und außerdem mit einem Niedrigsignalalarmspannungsvergleicher

82 verbunden, der seinerseits an eine visuelle Ablesetafel

83 angeschlossen ist. Bei dieser Ausfuhrungsform erscheint die Niedrigsignalalarmanzeige als ein Buchstaben "A" in dem Anzeigefeld links auf der Tafel 83, wenn die empfangene Signalstärke so niedJ/Pg ist, daß der Senderverstärker 24 bei seiner höchsten Verstärkung arbeiten muß.

Eine Überschußanzeigevorrichtung 84 ist mit dem Dekadenzählregister 72 verbunden. Der Überschußanzeiger 84 wird betätigt, wenn die Zählung abwärts die Zählung aufwärts

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überschießt, wodurch eine rückläufige Strömung angezeigt wird. Der Übersehußanzeiger 84 ist mit der visuellen Ablesetafel 83 verbunden. Bei dieser Ausführungsform erscheint eine Ziffer "1" in dem Anzeigefeld links auf der Tafel 83, wenn die Strömung in der Leitung rückläufig gegenüber der als normal angenommenen Strömungsrichtung ist.

Die binäre Verriegelung 77 ist mit einem Digital/Analog -Umformer 87 verbunden. Der Analogwertausgang aus dem Umformer 87 ist mit einem Signalkonditionierungskreis 88 verbunden, der die gewünschte Form und Höhe des Ausgangssignals bildet.

Wenn die Relaissteuerung 65 in Fig. 2 die Kontakte K2 in Fig. Ib schließt und die Kontakte Kl öffnet, der zweite Wandler l8 als Sender einen Energieimpuls 31 wie angegeben durch das strömende Medium l6 richtet, der von dem ersten Wandler 14 empfangen wird. Die beschriebenen Schaltungsanordnungen erfüllen insoweit die gleiche Funktion ohne Rücksicht darauf, ob der erste oder der zweite Wandler 14 bzw. 18 in jeweils einem Zeitpunkt als Sender oder als Empfänger arbeitet«

Es soll nun die Arbeitsweise des soeben beschriebenen Systems betrachtet und die Erzeugung der durch den Teiler 21 und die dazugehörige Schaltung auferlegte Verzögerung erörtert werden. Der Zweck besteht darin, ein Mittel zur

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Steuerung der Ausgangsfrequenz des VCO 10 zu schaffen. Der Ausgang 89 aus dem VCO 10 ist in Fig. 5 zu sehen. Bei dieser Ausführungsform verändert eine Vorderkante bzw. vordere Planke an dem VCO-Ausgangsimpuls 89a den ersten und zweiten Digitalausgangszustand 90 bzw. 93 an der Zählungsregelvorrichtung 13. Der Fall in den zweiten Ausgangszustand 93 bringt den Teiler 21 zur Wirkung, und es wird eine Zählung von 256 VCO-Ausgangsimpulsen 89 auf der nachlaufenden Flanke des VCO-Impulses 89a eingeleitet, welche die Veränderungen in die Zustände 90 und 93 verursacht. Die 256 VCO-Impulszählung stellt eine Zeitverzögerung von 256 Perioden des VCO-Ausgangsimpulses 89 dar. Der Teiler 21 ergibt ein Ausgangssignal Qk, das sich auf einen Zählwert von 128 erhebt und auf eine Zählung von 256 abfällt. Der Fall in das Teilerausgangssignal 94 triggert den Ausgang 95 aus dem Anhebe- oder Abschaltimpulsgenerator 22. Der Anhebe- oder Abschaltimpuls 95 wird dem Zählungsregler 13 zugeführt und stellt den ersten und zweiten Zählungsreglerausgangszustand 90 und 93 zurück. Der Impuls 95 setzt auch den Zählungsregler I3 für seine Verweilzeit oder Ruhezeit außer Wirkung, so daß die Ausgangszustände 90 und 93 nicht wieder verändert werden können bis er beendigt ist. Die Rückstellung des ersten Zählungsreglerausgangszustandes 90 triggert den Verzögerungsimpulsgenerator 23, der ein Ausgangssignal 96 bildet. Das Ende des Impulses 96 triggert eine Zustandsveränderung

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an den beiden Ausgängen 99 und 100 aus der flankengetrigger· ten Vorrichtung A5 in dem Ankunftszeitkreis 20. Die Verweil- oder Ruhezeit der Impulse 96 bewirkt somit eine feste Zeitverzögerung für die Ausgangssignale 99 und 10O₅ und zwar zusätzlich zu den 256 Perioden des VCO-AusgangsSignaIs 89« Die Impulse 99 und 100 stellen die verzögerten Impulse dar, die bei der Änkunftszeitbestimmung benutzt werden. Der Anstieg in dem ersten Zählungsreglerausgangszustand 90 triggert auch den Sendeimpulsgenerator 1J>_S um den Sendeimpuls 101 zu bilden» Der gleiche Anstieg des ersten Zählungsreglerausgangssignals 90 triggert auch eine Einschußvorrichtung AIS in Fig« 8,, welche einen Empfänger Überwachungsimpuls 102 erzeugt,, der den verarbeiteten empfangenen Impuls 106 kurz vor dem Ankunftszeitkreis 20 an der Vorrichtung Al4 in Pig. 8 sperrt. Der empfangene Impuls 105 weist unechte oder Rauschsignale I05A auf _s was auf die Energieausbreitung über Bauteile oder unerwünschte elektrische Erregung zurückzuführen ist,, die von dem gesendeten Impuls 101 herrührte Diese Sperrung geschieht zu dem Zweck der Verhinderung eines Auftretens unechter EingangsSignaIe 105A am Eingang des Änkunftszeitkreises 2O₅ während Daten aufgenommen werden. Der verarbeitete empfangene Impuls 106 wird durchlaufen'gelassen;? wenn der Impuls 102 an der Vorrichtung Al¹S- nicht anwesend ist,, und wird anschließend dem Ankunftsseiticreis 20 zugeführt _o Die Vorderkante oder Vorderflanke des ersten Zählungsreglerausgangsimpulses

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90 veranlaßt auch einen- Rückstellimpuls 10T₅ der dem Ankunftszeitkreis 20 zugeführt wird, die flankengetriggerten Ankunftszeitausgangssignale oder die verzögerten Impulse 99 und 100 in ihren Normalzustand zurückzubringen»

Fig. 6a und 9 zeigen die Zeitgebungskette für den die empfangenen Impulse konditionierenden Kreis υηά ein Schaltschema für den entsprechenden Abschnitt der Systemschaltung. Ein verarbeitetes empfangenes Signal 120 wird mit den verzögerten Impulsen 99 und 100 in seiner zeitlichen Phase verglichen und das Vergleiöhsergebnis dient zur Steuerung der Ausgangsfrequenz fies YCO 10„ Der empfangene Impuls 105 wird mit dem Brapfaxigsverstärker 53 gekoppelt® Der Smpfangs verstärker 33 arbeitet, im Gegentakt tsnd bildet ■ein nicht-umgekehrtes Ausganges3gnal 108 und ein »gekehrtes Ausgangssignal 111« Die Äusgangssignsle 1θ8 und III werden dem Miadi'igpegelvoll^elleadetelctor 35 zugeführt, der das- geglättete und gleichgerichtete Äusgangssigoal 112 in der anschließend gezeigten Foriagsbieig hervorbringt. Das umgekehrte Ausgangs signal 111 ιτίτά fiber- äen Kondensator 05, wie Fig. 9 zeigte dem Abfluß des einen P-Kanal aufweisenden Junction-FET (Feldeffekttransistor) Ql zugeführt. Das Tor von Ql befindet sich auf Erdpotential und bringt Ql in einen für an den Abfluß gelegte positive Spannungen leitenden Zustand. Der erste ins Positive gehende Impuls in dem umgekehrten Ausgangssignal 111 ist wie zu sehen ist der zweite Impuls in der Folge in dem ungeglätteten

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gleichgerichteten empfangenen Impuls 11.?· Die Quelle von Ql wird an die Basis eines emittergeschalteten Folgetran=· sistors Q3* wie-er in Figo 9 zu sehen ist, gelegt* Der nicht langekehrte empfangene Energieimpuls 108 ist durch den Kondensator C6 an den Abfluß des P-Kanal Junction-FET Q2 gekoppelte Das Tor von/ Q2 ist ebenfalls auf Erdpotential gebracht und die Quelle ist mit der Quelle iron Ql und daher auch, mit der Basis des emittergeschalteten Folgetransistors Q3 verbunden« Da^N Q2 ebenfalls in einen Zustand der Leitfähigkeit, für ins Positive gehende Impulse^, die an dem Abfluß auftreten gebracht ist, ist der erste Impuls in dem nicht umgekehrten empfangenen Impulszug 108 der erste Impuls in der Folge des ungeglätteten gleichgerichteten empfangenen Impulses 113» Ein Glättungskondensator C15 ist in dem Basiskreis des Emitterfolgegliedes Q3 angeordnet^■um das Ausgangssignal 112.aus dem Niedrigpegelvollwellendetektor 35 zu -bilden_o

Der Detektorausgang 112 wird dem Differentiator 39 zugeführt* Die maximale Nachführgeschwindigkeit des Differentiators 39 wird sorgfältig so eingestellt^ daß sie kleiner ist als die Ä'nderungsgeschwindigkeit der Kurvenform des Detektorausgangssignals 112 bis mindestens_ zwei UnLLettkpunkte in dem Detektoraus gangs signal 112 aufgetreten sind« Unter diesen Umständen erzeugt der Differentiator 39 das Ausgangssignal 114. Der Spannungsvergleicher 40

wird so eingestellt, daß er ein Ausgangssignal 117 hervorbringt* das an dem mit t, in Fig. 6 markierten Punkt auftritt. Dadurch wird eine Zeitverzögerung von dem mit t₁ bezeichneten ersten Schallpunkt aus dem Beginn des Ausgangssignals 117 bei t, auferlegt. Sowohl die Zeitverzögerung aus dem ersten Schallpunkt als auch die Verweil- oder Ruhezeit des Ausgangssignals 117 sind wie ersichtlich Funktionen der maximalen Nachführgeschwindigkeit des Differentiators 39 und der Spannungseinstellung an dem Vergleicher 40. Der Detektor 35* der Differentiator 39 und der Vergleicher 40 für die empfangenen Impulse umfassen die Hauptkomponenten in dem verbesserten Triggerkreis·

In dem Fall eines strömenden Mediums _s das vergleichsweise rein ist und nicht zu viele auf die Energieimpulse wirkende Streumittel enthält, wird das Vergleicherausgangssignal 1±7 über eine Schalteinrichtung zu der Klemme 4l an dem Tor 42 für das empfangene Signal in Fig. 1 b geführt. Der Überkreuzvergleicher 34 erzeugt ein Ausgangssignal 118, das aus einer Reihe von Rechteckimpulsen von gleicher Frequenz wie der empfangene Impuls 105 besteht· Das Tor 42 ist eine flankengetriggerte Vorrichtung und ei2eugt₅ wenn es durch den Impuls 117 zur Wirkung gebracht ist;, ein Torausgangssignal 119 bei der Ankunft der ersten vorderen Flanke des Überkreuzvergleicherausgangssignals 118, das nach der vorderen Flanke des zeitverzögei'ten Ausgangssignals 117 ankommt» Der dur-chgelassene Impuls 119 wird

dem Ankunftszeltkreis 20 zugeführt.

Der durchgelassene Impuls 119 wird dem Eingang des Impulsformers A9* der in Fig. 8 zu sehen ist und eine Einschußvorrichtung darstellt, zugeführt. Es sind ein ins Positive gehender Impuls 120 und ein ins Negative gehender Impuls 119 vorhanden. Der positive Impuls aus dem Impulsformer A9 wird mit der eine konstante Spannung abgebenden Vorrichtung AlO verbunden* die einen ins Negative gehenden Impuls 124 an ihrem Ausgang erzeugt« Der Landungsabgeberimpuls 124 wird auf einem Wege zu der Impulsformervorrichtung Ä9 geleitet, um die ins Positive und ins Negative gehenden Impulse 120 und 125 zu beendigen. Der Impuls 123 erhält so eine Impulsbreite, die der Laufzeit des Impulses 120 durch den Ladungsabgeber AlO und zurück zu dem Impulsformer A9 entspricht· Der Impuls 12J stellt dann den empfangenen Impuls mit der dem Ausgangssignal 117 aus dem Vergleicher 40 auferlegten Zeitverzögerung dar und entspricht der tatsächlichen Ankunftszeit zuzüglich der Verzögerung des verarbeiteten empfangenen Impulses 106.

In dem Falle, daß das strömende Medium einen genügend großen Anteil an Streustoffen-enthält, um die Snergieaus-, breitung durcli das Medium diffus zu machen,, wird das empfangene Signal verhältnismäßig schwach und es enthalt dann ein beträchtliches Phasenrauschen«. Unter solchen Bedingungen wird das verzögerte Äusgangssignal 11? aus dem Vergleicher direkt über eine Schaltvorrichtung an die Klemme 45 des

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Ankunftszeitkreises 20 gelegt und bewirkt direkt die Abgabe positiver und negativer Impulse 120 bzw«, 123 aus dem Impulsformer, wie in Fig. 6b zu sehen ist* Der übrige Teil der Signalverarbeitung bleibt unverändert· Es ist aber ersichtlich, daß diese letztere Alternative ein stabiles synthetisiertes und verzögertes empfangenes Signal ergibt, das nicht den Fehlern unterworfen ist, die durch übermäßiges Phasenrauschen in dem Kreuzübepyergleioher^ausgangssignal 12.8 sonst eingeführt würden*

Der Ankunftszeitkreis 20 enthält, eine flankengetriggerte Vorrichtung A5* Fig. B₃ welehe kusganggsignale 99 und 100 hervorbringt. Die Figuren 7®= und ?b veranschaulichen die Einzelheiten der- Funktion des Ankvmftszeitkreises. Bei* ins Negative gehende Impuls 125 aus dem Impulsformer A9 in Fig. ist wie ersichtlich in der in Fig® 7a abgebildeten Talctgebungskette zeitlich frühzeitig verglichen mit dem Ausgangssignal 99 des flankengetriggerter& Aßkimffcssaitkreises su demjenigen Zeitpunkt von Fig_e B₃ zv. ^ielcli©® das Signal 123 an den- beiden HOR-Toren. eintrifft _a befindet sieh das obere Tor des Paares in einem Zustand der Leitfähigkeit, wobei beide Toreingangssignale gleich null sind«, Das untere NOR-Tor des Torpaares A4 ist <5uz»eh einen "I^st Zustand an einer seiner Eingangsklemmen gesperrte. Somit veranlaßt der frühzeitige Impuls, daß ein "1" Zustand ara Ausgang des oberen Tores A4 und dem Eingang des oberen NQR°Tores des Paares Alj5 auftritt. Das untere KOR-Tor des Paares A4 hat einen

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Aus gangs zustand null"., der mit dem Eingang des unteren Tores AI3 verbunden ist«. Ein Mullzustand an dem Ausgang des oberen Tores AlJader mit dem Eingang des unteren Tores AI3 verbunden ist, ergibt einen "1" Zustand am Ausgang des unteren Tors AI3« Dieser wiederum wird an den Eingang des oberen Tors AlJ gelegt, das zusammen mit dem Eingangswert null aus dem unteren Tor A4 einen Ausgangswert null am oberen Tor A7 hervorbringt«, Der frühzeitige Impuls verursacht SOi daß der Konstant ladungs impuls 124*- gleichfalls in einem Nullzustand, am Ausgang des oberen NOR-Tors A7 als der Impuls 125 auftritt, der dem nicht umkehrenden Eingang des Verstärkers 47 zugeführt wird_s Der nicht umgekehrte verstärkte Impuls 126 wird an den Eingang des Integrators 48 gelegt^ der wiederum veranlaßt_s daß die Integratorausgangsspannung 129 fällt„ Der spezielle bei dieser Ausführungsform verwendete spannungsgesteuerte Oszillator 10 hat eine Frequenzbeziehung,, die umgekehrt gelagert ist wie die Eingangsspannung _o Infolgedessen verursacht ein Abfall der Eingangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators 10 einen Anstieg der Ausgangsfrequenz 130, welche die Zeitspanne 'verkürzt, die zum Zählen von 256 Impulsen erforderlich ist und damit auch die Gesamtverzögerungszeit verkürzte die dem Impuls 99 auferlegt wird, wodurch dieser dazu gebracht wird, daß er zeitlich mit dem empfangenen Impuls 123 zusammenfällt_o

4 S / 0

232274S

Umgekehrt als in der Darstellung von FIg. 7b befindet sich, wenn der empfangene Impuls 125 zeitlich später liegt als die Ausgangssignale 99 und 100 aus der flankengetriggerten Ankunftszeitvorrichtung A^₃ das untere NOR-Tor des Paares A4 in Fig. 8 in einem wirksamen Zustand, wobei an beiden Eingängen und Leitungen ein Nullzustand herrscht. Dadurch werden in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben beide Eingangsklemmen des unteren NOR-Tors in dem Paar A7 in Fig. 8 in einen Nullzustand versetzt, in dem sie die konstante Ladung IJl an den umkehrenden Eingang des Verstärkers 47 leiten. Die umgekehrte und verstärkte konstante Ladung wird dann dem Integrator 48 zugeführt und veranlaßt ein Ansteigen von dessen Ausgangssignal 1J55· Der Anstieg des Ausgangssignals 135 aus dem Integrator, der als Eingangssignal an den spannungsgesteuerten Oszillator 10 gelangt, bringt die Frequenz des Oszillatorausgangssignals I36 zum Abfallen. Dadurch wird die vordere Flanke des Ausgangssignals 100 aus dem Ankunftszeitkreis 20 in zeitliche Koinzidenz mit dem Ausgangssignal 123 aus dem Impulsformer A9 gebracht.

Ein Punkt in der Schaltung am Eingang zu dem oberen NOR-Tor des Paares A13 von Fig. 8 ändert wie ersichtlich seinen Zustand jedesmal, wenn der geformte Impuls 123 von früh nach spät oder von spät oder von spät nach früh geht. Diese Zustandsänderung ist mit dem Eingangssignal einer erneut triggerbaren Einschußvorrichtung A8 in Fig. verbunden, welche einen Alarm 25* wie in Fig« I zu sehen,

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verhindert. Die Ruhe- oder Verweilseit des Ausgangsimpulses wird bestimmt durch die Werte der Komponenten R7 und CIl in Fig. 8. solange wie Änderungen hinsichtlich des Frühoder Spätzustandes bei kleineren Zeitspannen auftreten als der Ruhe- oder Verweilzeit der Ausgangsimpulse entspricht, wird die Vorrichtung A8 erneut getriggert und das Alarmsignal in dem getriggerten oder "Auf" Zustand gehalten« Dies bedeutet eine fehlersichere Alarmgabe. Das Niedrigzustand-Ausgangssignal aus der Vorrichtung A8 wird mit einem NOR-Tor 51* Fig· 2₉ verbunden, das es dazu befähigte die Ausgangsimpulse 89 des spannungsgesteuerten Oszillators zu dem Datenzählungsteiler 52 durchzulassen.

Das Ausgangssignal 117 &us dem Vergleicher 40, das die vorbestimmte Zeitverzögerung einschließt, welche die durch die Impulse 96 auferlegte Verzögerung in die verzögerten Impulse 99 und 100 passend einführt* kann mit dem Eingang des Integrators 36 des automatischen Empfangs-Verstärkungsreglers 36 verbunden sein«, Bei dieser Ausführungsform aber ist der Ausgang 112 aus dem Detektor 35 mit dem Eingang des Empfänger «-AGC -Integrators 36 ver-.bundsn« Die Ergebnisse sind im wesentlichen die gleichen. Der Integrator 36 hat eine Eingangsvorspannung« welche eine Drift der Integratoransgangsepannung auf einen Wert zur Folge hat* der ein© höh© Verstärkung in dem Empfangsverstärker 33 erzeugte Die Setektorausgangsirapulse 112 haben daher eine anfänglich hohe Amplitude und ergeben

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naoh Integration durch den Integrator 56 ein Integrafcorausgangssignal, das wiederum den Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers senkt, bis die Vorspannung und die Detektorimpulse 112 das. Ausgangssignal aus"dem Integrator 36 auf einen stabilen Punkt abgleichen» Wie - ersieht«* lieh, wird der stetige Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers 33 dureh die Vorspanmsngseinstellung am Integrator 36 bestimmt· Der Zweck der MG »Empfänger besteht darin, den Empfangs verstärker 33 vom Triggern öureli Rausehsignale abzuhalten, wenn der Versfcärlcungagrad zu hoch ist, und ein Abfallen auf einen so niedrigen Verstärteungsgrad zu verhindern, daß der NiedrigpegeMetektorattsgang 112 tsiterhalb der maximalen ilaelifiilipgesemiindigtegife des Differentiators 39 liegt.

Das Ausgangssignal aus dem AGO-Integrator 36 am Impfanger wird auch eine® AGG-Integyat*©!⁵ 8l ftte³ ö®ja Sendeverstärker 24 zugeführt· Ber ÄGG»Iategi?s,t©r" 8l airs' Sender hat eine bedeutend laiigsaro-sre Asisprsofisei-ö als der Ä©G-Integrator 36 am Empfänger, mn. Schwingungeia zwisehs-n cieo. Verst§i?kungssteuerschleifen von Sender und Efspf Sng©p ausauschließen« Eine Eingangsvorapasnung wird aueh in den Integrator 8l eingeführt, damit sich eine Ausgangsspannung ergibt, die den S ende verstärker 2H- dazu bringt, naeh einem Zustand hohen Verstärkungsgrades zu driften« Wenn ein ausreichendes empfangenes Signal vorhanden ist, liefert der AGC 36 am Empfänger eine Spannung an den AGC 8l am Sender, der die

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eingeführte Vorspannung ausgleicht· Wenn aber nur ein "besonders niedriges empfangenes Signal vorhanden ist_fl driftet der AQQ 8l am Sender den Verstärkungsgrad am Sendeverstär-' ker 24 auf einen höheren Pegel* bis das empfangene Signal genügend verstärkt wird_e so daß der Ausgangswert aus dem AGC 36 SM Empfänger wieder die Eingangsvorspannung am Integrator 8l abgleicht. Wird der Verstärker 24 in einen Zustand maximaler Verstärkung gedriftet* so x-siird ein Ausgangssignal aus den Spannungsvergleiehei⁰ 82 hervorgebracht* Das Äusgangssignal aus dem Vergleicher 82 stellt " einen Älarmzustand aufgrund der mit maximalem VerstMrkungsgrad am Sender empfangenen Energie dar und niird mit der visuellen Ablesetafel 83 verbunden* um ein Warnsignal im Hinblick auf einen Betriebsfehler zu geben*,

Die durch den Alarmkreis 25 geschaffene ■ Alar-Esanzeige kann unter verschiedenartigen Störungsbedingungen auftreten_G Wenn z.«Be die das strömende Medium l6 führende Leitung nicht genügend voll durchströmt wird* so daß Sender und Smpfänger Ik baw_e T8 in die Strömung eintauchen/ kann das Empfangssignal ungenügend sein* so daß das. System nicht spurt« Es treten keine Zustandeänderungen an dem Eingang der beiden NOR-Tor AlJ in Fig* 8 auf„ Dies bedeutet, daß das System nicht spurte Wenn aus irgendeinem Grunde das Signal an diesem Punkt beständig frühzeitig oder beständig spät ist, wird die Einschußvorriohtung a8<> Fig*, Q_s nicht erneut getriggert^ ihre Impülsruhe tozwo Verx-ieilzeit läuft

aus, der Digitalzustand am Ausgang der Alarmanzeigevorrichtung fällt ab, verursacht, daß die visuelle Anzeigetafel 83 in ihrem linken Anzeigeabschnitt den Buchstaben A zeigt, was auf eine Betriebsstörung hindeutet und der Digitalzustand der mit dem Tor 51 am spannungsgesteuerten Oszillator verbunden ist steigt an und blockiert die VCO-Impulse 89 an diesem Punkt.

In Fig. 4 ist eine andere Schaltung für den Miedrigrauseh-Niedrigpegeldetektor 35 gezeigt. Bei dieser AusfUhrungsform wird das umgekehrte Gegentaktausgangssignal aus dem Verstärker 33 an das Tor des ersten P-Kanal-Junction FET 137 gelegt. Das Tor ist kapazitiv mit dem,Abfluß des zweiten P-Kanal-Junction FET 138 gekoppelt. Da ein positiver Impuls die P-Kanal-Vorrichtung abklemmt, schaltet ein positiver Impuls an dem Tor des ersten Junction FET 137 diese Vorrichtung aus, wogegen der gleiche Impulse, verbunden mit dem Abfluß des zweiten FET über den Kondensator den zweiten FET in den leitenden Zustand versetzt· Der negative Impuls aus dem nicht umkehrenden Ausgang des Gegentaktverstärker, der gleichzeitig an das Tor des zweiten P-Kanal-FET 138 angelegt wird, verstärkt diese Leitfähigkeit, Das Tor des zweiten Junction FET 138 ist auch kapazitiv mit .dem Abfluß des ersten Junction FET 137 gekoppelt· Infolgedessen schaltet der unmittelbar folgende positive Impuls an dem Tor des zweiten FET 138 diese Vonlchtung ab, bringt den Abfluß des ersten FET 137 hoch und bringt den ersten

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PET 137 in einen in noch verstärktem Maße leitenden Zustand. Die volle Welle wird somit gleichgerichtet. Die Quellen beide.r Vorrichtungen 137 und 138 werden aneinander gebunden und an die Basis eines Emitterfolgegliedes l4l geführt. Das Ausgangssignal des Emitterfolgegliedes ist im wesentlichen dasjenige, das in dem Puls 112, Fig. 6a, zu sehen war.

Es wurden Strömungsmeßsysteme wie vorstehend beschrieben hergestellt und betrieben, um die Strömungsgeschwindigkeiten von Frischwasser, Seewasser und flüssigem Brennstoff in Rohrleitungen verschiedener Abmessungen zu messen. Einige Hauptabschnitte der Schaltung des Systems sind in Fig. 8-11 wiedergegeben.

Fig. 8 zeigt die VCO-Steuerschaltung, welche die VCO-Ausgangsfrequenz herstellt, die die zu zählenden Impulse liefert. Die erste Entscheidung, daß das System spurt und in Bereitschaft zur Zählung ist, wird in diesem Teil der Schaltung getroffen. Fig. 9 zeigt die Schaltung für den Empfang der durch das strömende Medium fortgeleiteten Impulse und für die Verarbeitung der Impulse entsprechend Fig. 6a und 6b, um eine wohldefinierte Ankunftszeit der empfangenen Impulse zum Vergleich mit den verzögerten Impulsen zu schaffen. Der Sender, die Schaltvorrichtung und der VCO-Kreis sind in Fig. 10 gezeigt. Diese Schaltung enthält den VCO, die Relaissteuerung je nach Auf-Ab-Zählrichtung und den Verstärkungsregler

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(AGC) für den Sender. I>ie Eichvorrichtung für die variable Zeitbasis und die Besonderheiten der Auf/Ab-Zählsteuerung sind in Fig. 11 gezeigt. Dieser Teil des Systems sorgt für die Eichung des VCE-Ausgangs in vorgegebenen Einheiten des Ströraungsvolumens und steuert die Richtung der Energieausbreitung durch das Medium. Hier wird die endgültige Entscheidung über Zählung und Koordination zwischen Fortpflanzungsrichtung und Zählrichtung getroffen.

Das in Übereinstimmung mit dem Vorstehenden gebaute System ergab eine Messung der durchschnittlichen Geschwindigkeit mit einer Genauigkeit, die besser war als 0,25$ der vollen Skala. Unbekannte Geschwindigkeitsprofiländerungen beeinträchtigen die Genauigkeit der geeichten volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit. Eine Eigenschaft von primärer Wichtigkeit ist die Mediumgeschwindigkeitsauflösung von 0,24-384 cm/s (0,008 feet/second). Diese Möglichkeiten des Systems wurden bei stark veränderten Bedingungen, darunter insbesondere bei Durchfluß von Frischwasser durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 4 Zoll, bei Durchfluß von Seewasser durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 8 Fuß und bei Durchfluß von flüssigem Brennstoff (öl) durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 12 Zoll bestätigt.

Die hier beschriebene Erfindung betrifft somit ein genau eichbares Strömungsmeßsystem für strömende Medien und ein Verfahren, das eine zuverlässige Warnung für den

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Pall einer unrichtigen Meßwertanzeige aufgrund unrichtiger Punktion von Systemkomponenten oder unzureichender Strömung, welche die Leitung oder den Kanal nicht ausreichend füllt, gewährleistet. Eine positive Anzeige des Systemspurlaufs ist als positive Anzeige der Strömungsrichtung des Mediums vorgesehen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   /Iy Verfahren zur Strömungsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators gebildeter Energieimpuls durch das strömende Medium hindurch gesendet wird, fUr welches die Strömung zunächst allgemein entgegen der Strömungsrichtung und danach allgemein in der Strömungsrichtung gemessen werden soll, daß ein verzögerter Impuls, der auf den Energieimpuls und eine vorbestimmte Anzahl von Perioden des Oszillators anspricht, gebildet wird, daß der durch das Medium hindurchgesandte Energieimpuls empfangen und verarbeitet wird, um einen die Ankunftszeit des empfangenen Impulses darstellenden Impuls zu bilden, daß die Ankunftszeit des verarbeiteten empfangenen Impulses mit der Ankunftszeit des verzögerten Impulses verglichen und durch den Vergleich eine Steuerspannung gebildet wird, die dem-spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird, so daß der Oszillatorausgang für einen frühzeitigen verarbeiteten und empfangenen Impuls auf eine höhere Frequenz und für einen spaten verarbeiteten und empfangenen Impuls auf eine niedrigere Frequenz gebracht wird, daß die Anzahl der Perioden gezählt wird, die von dem Oszillator erzeugt werden, wenn der verarbeitete empfangene Impuls und der verzögerte Impuls für Sendungen entgegen der Strömung und für Sendungen mit der Strömung im wesentlichen zeitlich zusammenfallen, eine Differenz zwischen den Gegenstromzählwerten und Mitstromzählwerten

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   gebildet und die Zählung durch Vorbestimmung des Zeitbetrages geeicht wird, wobei die Zählung für Gegenstrom und für die Stromungsrichtung gespeichert wird, so daß die Differenz direkt die gewünschten Einheiten der Strömungsmessung darstellt.

   2. Strömungsmeßsystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem ersten und einem zweiten Wandler, die in einem Abstand voneinander in-der Strömungsrichtung so angeordnet sind, daß sie mit dem strömenden Medium in Verbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die dazu dient, Signale für wechselnde Perioden oder Zeitspannen an den ersten und den zweiten Wandler zu legen, um sie durch das Medium hindurch zu senden, eine Empfangseinrichtung für die gesendeten und durch den zweiten bzw. ersten Wandler während der wechselnden Zeitspannen abgefühlten Signale, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), eine auf die Laufzeit der gesendeten Signale ansprechende Einrichtung zur Erzeugung einer Steuerspannung für die Beeinflussung der Frequenz des Oszillators und eine Einrichtung zur Bestimmung der Differenz der Periodenzahl am Oszillatorausgang während der Zeitspannen entgegen der Strömung und mit der Strömung erfolgender Sendungen und zur Bildung eines die Strömung indizierenden Ausgangssignals O

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   J5. Strömungsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prequenzsteuereinrichtung für den Oszillator Mittel zur Erzeugung eines Bezugssignals nach einer vorbestimmten Zahl von Ausgangsperioden aus dem Oszillator im Anschluß an die Sendung eines Signals und Mittel zum Zeitvergleich des gesendeten Signals und des Bezugssignals aufweist, welche dazu dienen, aufgrund des Vergleichsergebnisses die Steuerspannung hervorzubringen, um die Oszillatorfrequenz zu ändern, bis das Bezugssignal und das gesendete Signal in zeitliche Koinzidenz gelangen.

   4. System nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals einen Impulsteiler, eine Schaltung, die dazu dient, diesen mit einem VCO-Impuls zur Wirkung zu bringen, eine"" erste Impulserzeugungsvorrichtung, die durch ein Ausgangssignal aus dem Teiler nach einer vorbestimmten Zahl von VCO-Impulsen zur Wirkung gelangt und einen ersten Impuls mit einer vorbestimmten Verweilzeit erzeugt, und eine zweite Impulserzeugungsvorrichtung aufweist, die durch das Ende des ersten Impulses zur Wirkung gebracht wird, so daß der zweite Impuls das verzögerte Impulssignal für die vorbestimmte Anzahl von VCO-Ausgangsperioden zuzüglich der Verweilzeit des ersten Impulses ist,

   5. Strömungsmeßsystem nach Anspruch J oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zeitvergleich des gesendeten Signals und des Bezugssignals einen ersten

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   Stromkreis, der anspricht auf die Ankunftszeit des gesendeten Signals, einen zweiten Stromkreis zur Erzeugung eines konstanten Ladungsimpulses, einen dritten Stromkreis zur Erzeugung einer Polarität einer konstanten Ladung für ein frühzeitig gesendetes Signal und die entgegengesetzte Polarität für ein spät gesendetes Signal und außerdem eine mit dem Eingang des VCO verbundene Integrationseinrichtung aufweist, die dazu dient, den Impuls konstanter Ladung unterschiedlicher Polarität zu empfangen, so daß die Ausgangsfrequenz des VCO aufgrund eines frühzeitig gesendeten Signals ansteigt und aufgrund eines spät gesendeten Signals abfällt·

   6. Strömungsmeßsystem nach Anspruch 3* ^ oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Differenz der Periodenzahl am Oszillatorausgang für Laufzeiten entgegen dem Strom und mit dem Strom einen variablen Zeitbasiskreis, der eine definierte Zeitspanne für die Zählung entgegen dem Strom und mit demStrom Ii e-.fert, eine Schaltung zum Außerwirkungsetzen der variablen Zeitbasis zwischen den Laufzeiten, ein Dekadenregister, ein binäres Register, eine an die variable Zeitbasis und die Register angeschlossene Schaltung zum Außerwirkungsetzen der Zeitbasis und Wechseln der Sende- und Empfangsarbeitsweise der Wandler zwischen den Laufzeiten und zum direkten Wechseln der Auf- und Abzählung von Perioden während wechselnder Zählperioden aufweist, so daß die

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   Differenz der gezählten Perioden als geeichte Anzeige der Strömung dargeboten wird.

   7. Strömungsmeßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Zeitbasisschaltung einen kristallgesteuerten Oszillator zur Bildung einer Taktfrequenz, ein Zählregister, das ein Ausgangssignal liefert, wenn es gefüllt ist und die Taktfrequenz an den Eingang gelegt ist, und eine Programmsehaltung zum Laden des Registers mit einer vorbestimmten Anfangszählung aufweist, so daß eine vorbestimmte Zeitspanne vom Beginn der Zählung bis zu dem Zeitpunkt erhalten wird, zu dem ein Ausgangssignal aus dem Register geliefert wird.

   8. Strömungsmeßsystem nach einem der Ansprüche 2 - 7.» dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung für die gesendeten und von den Wandlern abgefühlten Signale eine Schaltung zur Bildung einer Gegentaktform des jeweils empfangenen gesendeten Signals, einen an den Ausgang der Gegentaktschaltung gelegten Niedrigpegeldetektor, eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung zwecks Aufrechterhaltung des Gegentaktausgangs bei einer gewünschten Amplitudenhöhe, einen Differentiator, der auf die Arbeitsweise bei maximaler Nachführgeschwindigkeit mit dem Detektorsignaleingang eingestellt ist, einen Empfangsimpulsspannungsvergleicher zur Lieferung eines Ausgangssignals mit einer Zeitverzögerung aus dem ersten Sehallpunkt mit

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   - 4ο -

   dem Differehtiatoreingangssignal, einen Impuls formerkreis und eine Schaltungsanordnung, die auf ein Signal anspricht., das von dem Vergleicherausgang an den Impulsformer geliefert wird, sowie eine Schaltungsanordnung aufweist, die den geformten Impuls dem VCO-Frequenzregler zuführt.

   9. Strömungsmeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ausgangesignal aus dem Vergleicher ansprechende Schaltvorrichtung einen Überkreuzvergleicher in Parallelschaltung mit dem Detektor zum Empfang der abgefühlten gesendeten Signale sowie ein durch den Empfangsimpulsvergleicher zur Wirkung zu bringendes und von dem Überkreuzvergleicher zu triggerndes Tor aufweist, so daß der Impulsformer durch das Torausgangssignal gezündet wird.

   10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedrigpegeldetektor einen ersten und zweiten Feldeffekttransistor (FET), eine kapazitive Kopplung zwischen dem Tor des ersten FET und dem Abfluß des zweiten FET, eine kapazitive Kopplung zwischen dem Tor des zweiten FET und dem Abfluß des ersten FET, eine positive Spannungsquelle, einen ersten und zweiten Widerstand zwischen der positiven Spannung und den Abflüssen, wobei ein umgekehrtes Signal an das Tor des FET und ein nicht umgekehrtes Signal an das Tor des zweiten FET gelegt ist, und ein Emitterfolgeglied aufweist und daß eine gemeinsame

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   Verbindung zwischen den Quellen des ersten und des zweiten FET und der Basis des Eraitterfolgegliedes vorgesehen ist, so daß alle Impulse aus den umgekehrten und den nicht umgekehrten Signalen einer Polarität an dem Ausgang des Emitterfolgegliedes auftreten«,

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   η.

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