DE2333971C3 - Schaltungsanordnung zum Ermitteln physikalischer Grossen strömender Medien nach der Ultraschallmethode - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Ermitteln physikalischer Grossen strömender Medien nach der UltraschallmethodeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln physikalischer Größen strömender
Medien nach der Ultraschallmethode, bei der über eine Meßstrecke abwechselnd Schallimpulse in zueinander
entgegengesetzten Richtungen gesendet bzw. empfangen werden. Es ist ein Phasendetektor zum Ermitteln
der Verschiebung zueinander gehörender Sende- und Empfangsimpulse vorgesehen, der die Frequenz mindestens
eines spannungsgestcuerten Oszillators beeinflußt. Dabu wird gleichzei;ig mit jedem gesendeten
Schallimpuls ein verzögerter Bezugsimpuls ausgelöst, der eines der beiden Eingangssignale des Phasendetektors
ist, dessen anderes Eingangssignal der zugehörige Schallimpuls ist.
Eine zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit dienende Schaltungsanordnung dieser Gattung wurde
bereits vorgeschlagen (Patentanmeldung P 23 22 749.-8-52).
Periodisch arbeitende Meßeinrichtungen für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit
nach der Ultraschailmethode, die nur eine Meßstrecke aufweisen, mit einem ersten und einem
zweiten in Strömungsrichtung angeordneten Wandler sind bereits bekannt. Bei einer solchen, bekannten
Meßeinrichtung (DT-AS 16 73 449) ist auch schon ein zusätzlicher spannungsgesteuerter Oszillator vorgesehen,
der nach Maßgabe der momentanen Schallausbreitunp;sgeschwindigkeit
angesteuert wird, und es wird ein Vergleich des jeweils empfangenen Schallimpulses mit
einem Markiersignal vorgenommen. Die empfangenen Signale aus beiden Meßrichtungen werden über
Schwellwertvorrichtungen geleitet, ehe sie ausgewertet werden.
Es sind auch bereits Schaltungsanordnungen mit zwei Meßstrecken zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit
nach der Ultraschallmethode bekannt. Bei einer solchen, bekannten Anordnung (»Ultrasonic Flow
Measurement., von A L B ro w η und (ί. VV Alle η in I niplangei und Sender sorgen l>r, empU.genc Sign.,1
„Instrument- & control Sys.ems«. lieft i. 14h7. Wirtl —π der Sende-! mpfangseinheit 15 einen. Phasen
S. IiO ff) wurden bereits Möglichkeiten vorgesehen. detektor Γ, zugeleitet Der Detektor 16 formt die
einen Alarmkreis einzusetzen, der u. a. auf Störung des empfangenen Impulse in gleichai Hgei W-ise wie in der
MdJbetriebes anspricht, sowie durch Frequenz Sum , Paientanmeldung P 2i 22 744 8 der Anmeldern! angebe
men- und -Differenzbildung eine Ermittlung und digitale ben. line Steuereinheit 17 ei/eugi einen Fk/iigsm.|ml·..
Anzeige sowohl der Stroniungs als auch der Schallaus der dem Detektor lh /U1 fuhrt w.rd. In dem Detektei
breitungbgeschwmdigkeiten zu erhalten. 16 wird ein Phasenve.glenh zwischen dem empfang
(iegenuber den bekannten, nach der I Hiraschallme neu Impuls und dem Be/^simpuls dun hgclulii! I π
thode arbeitenden Schallungsanordnungcn mit zwei ,„ Signal, dessen PoIa. Hat dun h die icl.mvr I ruh/eiligk:·.!
Meüstiecken haben die nur eine Meßsireikc mit oder Spatzeiligkeu des cmplangei.en Impulses he
Richtungsumschaltiing aufweisenden Sehaliungs.inord si.mmt wird, wird dem Sieiieinetzwei k 17 /,^c! net
nungen. zu denen a'ich die der eingangs genannten Das Stojerncizwe. k 17 lulin ein- Summ.iiu.n d. ι
Gaming gehört, den Vorzug, daß die sonst hei kleinen früheren bzw spaieien Sign.de dun h Diese weiden
Slromungsgeschwindigkeiten auftretenden Probleme,, einet I requenzsyniliesi. inheii 18 /i^cleilcl. deren
des ..Mitziehens benachbarter Frequenzen., uberwun Wirkungsweise auf der Siniiiiiaiion neniln Dies·
den sind; außerdem enttalle<: die |iisiageproblenie Finlicit bildet ! ι eiiuenzen.il,e den Si nalllortpflaiiztini/s
be/ut'luh der gegenseitigen I.insi. "1^·■- zweier Meß- geschwindigkeiien siromaiilwaris und stromabwärts
strecken proportional sind Diese 1 lequciizen werden der
Der Erfindung hegt die Auf^be zugrunde, nut <„ Steuereinheit 17 zugeliihi ι. um Siuiersignale zu bilden,
möglichst geringem Aufwaii'1 an Schaltungskomponen- wet. he die Sende Fmpl'angMimsi h.iliung, die in der
ten wenigstens eine <■ , physikalischen Großen Seiidc/I.mpUagseinhetl Ii diudu 'ihr, wird, in die
StromungsgeschwiiV 'kei:. Siromungsrichtung richtige Folge bringen Die Steuersignale .uis dem
und/oder Schallgcschw...digkcit strömender Medien /n Siuiernetzwerk 17 wen! -n .mßeideni mit dem Deiekioi
ermitteln und ständig verfügbar zu machen as 16 verbunden, der fur du . nhiig.· Sgnalfolgc fur den
Diese Aufgabe wild bei einer Schaltungsanoidnung I'h.isenvergleich /wischen dem e.nplangenen Signa!
der hier zur Rede stehenden Art dadurch gelost, daß und dem Bezugssigual sowie Im eine automatische
zwei Kanäle vorgesehen sinci. 'enen vom Phasendetek Verstärkungsregelung und lur eine »kein Signal»
tor aus ein Frühsignal, wenn der empfangene Schallim Al.innanzcige soigi Die Siinmi.eniiigen der Fiuiv'Spat
puls vo; dem Bezugsinipuls eintnflt. muli Spiitsignal. y, signale aus iler Steuereinheit 17 werden in der
wenn der empfangene Schallimpuls spater als das I requcnzv.nthcscemheu 18 direkt bemiizt, um die
Bezugssignal eintrifft, untci Beri'cksichtigung der Aiisgangsfrequen/ eines sp miiungsgesteiiei ten Os/illa
Stromaufwärts- oder Stromybwiiils-Senderichtung /u lors (V( O) 14 zu sieuein ι,.,ιΙ ein- Daieiifrequenz zu
gefihrt werden, und an denen aufgrund dieser als erzeugen. Der Ausgang des V(O 19 ergibt eine
Eingangswerte zugeführten Früh- bzw. Sp.asignale js f requenz. die propori'onal ist tier : "hallgeschwindigdtirch
integration mittels Integraiionsgüederii Span kcü in dem μ ...neudc-n Medium. Die i^atenfrequen/ ist
nungsniveausgebildet werden. proporiional cL-r Stromungsgeschwindigkeit. f!in Zeit-Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den eichkreis 20 empfang! die Daienlieqiien/ und wandelt
Unteransprüchen. diese um in Signale proportional der Strömungsmenge Im folgenden ist die Erfindung anhand der /eichnun ^0 oder Strömungsgeschwindigkeit, wie es bei Sichtanzeigcn
beispielsweise näher erläutert. Es zeigt gern erwünscht ist
Fi j. 1 ein vereinfachtes Bloeksehema. In IΊ g. 2 ist die Sende/Empfangseinheit 15 des
Fig. 2 ist ein Bloeksehema der Sende- b,-v. Systems als Blocksehallbild dargestellt. Diese Einhe.:
Eünpfangseinheil, der Ciesamtschaitung leitet einen .Sendeimpuls an den
F-" i g. 3 ist ein Bloeksehema des Phasendelektoi s, 4<i einen Wandler und ummt das Fmpfangssignal aus dem
F"ig. 4 ein Bloi kschema der Steuereinheit und. anderen Wandler in einen n\ einem Verstärker
Fig. 5 ist ein Bloeksehema der ί.innen fur die luhrenden Kanal auf. fin Aufwärt </Abwärts-Eingangs-
Frequenzsynthese, signal aus der Steuereinheit !7 dient zur Erzeugung
F-" i g. 6 ein dazugehöriges Schaltschema, eines Impulses aus entweder der einen oder der anderen
F"ig. 7 ist ein Jlocksehema der zur Zeiteichun« 50 Kippschaltung 21 bzv.. 22. Ein Abgleichspotentiometer
dienenden Einheit und 2 5 ist mit beiden Sendeimpulsgeneratoren 21 und 22
Fig. 8 ein den .'oitlichen Ablauf der Signale in der verbunden, um für eine gleichmäßige .Sendeimpulsbreite
Steuereinheit wiedergebendes Impulsdiagramm. /u 'orgen. Das gleiche Auiwärts/Abwartssignal wählt
Fig 9 ist ein Impulsdiagramm der Datenfrequenz die Stellung des Analogschalters 24, der wiederum
und der Steuersignale in der Frequenzsyntheseeinhtit, 5s abwechselnd den ersten oder zweiten Empfangsverstär-
Fig. 10 ist ein Impulsdiagramm zur Veranschauli- ker 25 bzw. 26 mii der Empfangssignalverarbeitung in
Chung der müiii|>!in.uuun Jc Ddicnficijucti/. in der dem Dcickior iö verbindet. Der usziiiatorschwingkreis
Frequenzsyntheseeinheii, 27 is' vorgesehen, um das Empfangssignal aus den
Fig. 11 ist ein Impulsdiagramm, das die Teilung der Empfängerversiärkern 25 oder 26 anzuheben, bevor es
hochfrequenten VCO-Ausgangsfrequenz, in der Fre- 00 dem Detektor 16 zugeführt wird. f)er Inverter 28 bildet
quenzsyntbeseemheit veranschaulicht; das Abwartssignai, da nur das Aufwärtssignal aus dem
Fig. 12 isi ein detailliertes Bloeksehema einer Steuerkreis 17 mit dem Sender/Empfängerkreis 15
Schaltung mit zwei spannungsgesteuerten Oszillatoren verbunden wird. Die Sendeimpulsgeneratoren 21 und 22
zur Frequenzerzeugung- sind mit dem Eingang der l-iochspannungssendcimpuls-
Gemäß Fig. I enthält das System eine Sende/Emp- 65 verstärk .r 29 bzw. 12 verbunden. Der Sendeverstärker
fangseinheit (5, in welchem die Umschai!vorgänge 29 ist, wie ersichtlich, mit dem Wandler 33 und der
erfolgen, die fnr eine abwechselnde Wirkung der Sendeverstärker 32 mit dem Wandler 34 in der
Wandler als Send?,· und als Empfänger bzw. als Wandung des Rohrs 35 verbunden.
Der Spannungsvergleicher 39 wird ebenfalls abwechselnd
mit dem Ausgang des Empfangsverstärkers 25 bzw. 26 verbunden und richtet ein Ausgangssignal an
einen Hoch-Niedrig-Signalsperrkreis 40, der auch ein positives Sendesignal aus der Steuereinheit 17 empfängt.
Ein Integrator 41 empfängt das Ausgangssignal des Sperrkreises 40 und steuert einen Hochspannungsrcglcr
44 an, um den Amplitudenerfordernissen zu entsprechen, die für das Empfangssignal an dem
Vergleichcr 39 bestehen. Das Ausgangssignal aus dem Integrator 41 wird auch einem Vergleicher 45 zugeführt,
•Jer eine Alarmatr/eige für einen vorbestimmten
Scndcimpuls Hochspannungspcgel liefen und einen
niedrigen emplanpcncn Impulspcgel sowie eine etwaige
Störung yn/eigl.
In I' i g. 5 ist cm Blockschcnn des Phasendeteklors 16
/υ sehen Diese l.inhcit der Schädling empfängt das
durch (Jas strömende Medium gesendete Signal,
verarbeitet es und trifft eine ί ruh- oder Spat-Empfangsciitschculung
fur den empfangenen Impuls, wenn er mil dem Bc/iigs<nipuls verglichen wird. Der Verstärker 46
empfangt das durchgehende vom ersten oder /weiten I mplarigsversiarker 25 b/w 26 kommende Signal |e
nach ck-i F.instclliing des Analogschalters 24 in dem
Sctnle/I mpfangskreis 15 Der automatische Vcrsiärkungsrcgler
47 paßt das Allsgangssignal aus dem Verstärker 4b an einen vorbestimmten Pegel an. Der
automatische Verstärktingsreglcr 47 enthalt einen K liitiollvergloicher 48 und einen Integrator 49. der ein
Λι.-iüingssignal hefen, das den Verstarkungsgrad des
Vcr,iärkers46 nach oben steuert, wenn es sich nicht aiii
dem vorbestimmten Pegel am Vergleichcr 48 befindet,
odci ihn auf diesen Pegel herabsel/t. wenn er den
vorbestimmten Pegelwert überschreitet. Der Vcrgleieher
48 ist auf ι'«·η Hoch·Niedrig Detektor 50
geschähet, der mn einem Inlcgralortor 51 verbunden ist.
Das [or 51 hefen ein Eingangssignal entweder an den
invertierenden oiler an den nicht invertierenden I mg.mg am Integrator 49.
Der Ausgang aus dem Verstärker 46 ist mit dem
N:edngpcgcldeicktor 52 verbunden, der einen Vorstai
kor 52;/enthält Der Ausgang des Verstärkers 52,/ist aiii
einen Vcrstiirkiingsvcrgleicher 48 in der ACiC Schleife
(.iiitoiii.iiischc Verstärkungsregelung) für den Versijr
ker 4b geschaltet Der Detektor 52. der Verstärker 52.·/.
em Differentiator 5J und ein Vergleicher 54 sind in
Reihe gescluilici und bilden die Ilauptkomponenien
eines Inggerkicscs
I in Ntillduii hg.ingsv ei gleicher 57 empfängt den Ii
falls il.is Ausgang isign.il .111s dem Verstarker 4b und ist
mn CiJHiIi for >8 verbunden, fm NAND-Tor 59 ist mi
geschähet. d.iLf es das for 58 einstellt und hat /wci
f ingaiigc. Der erste Eingang empfangt das Triggersignal
.ms dem Vergleicher 54. der /weite ist ein«·
I riKi-rhiiuli;njr über .men I mpfangsartenschaltcr 60
dessen "»teilung bestimmt, ob das Ausgangssignal aus
item I bei-bniikiingsv ei gleicher 57 oder das Ausgangs
sifii.il .ins dem fn^irerkrcisvergleicher 54 als das
empfangen»; ;uu) aufbereitete Signal benutzt wird Das
Tor 58 ist mit emeu: I adungsabgeber 61 und einem
Vergleichstor 62 verbunden Eine Kippschaltung (Muiti
vihr.i'or) 63 verzögert den Be/ugsimpuls um die
Kippimpulsbn-ite und liefer· ihn dann an das Tor 62
iber ein Be/ugsimpiiistor 64 ?u.n Vergleich mit den;
empfangenen Signal aus dem Tor 58
r.is Schui/sign.il aus der Steuereinheit 17 ist mit
eint ■ r mpf.ingssit'nal Adi-Rijcks'.elKerglcicher 65
■τ uien fs ist auch mit einem I adungsabgebcr 61
und einem Vergleicher 54 verbunden, um diese drei Vorrichtungen während der Verweilzeit des Schutzimpulses
zu sperren. Das Schutzsignal wird invertiert und dem Eingang eines »Kein Signal«-Tors 66 sowie dem
Ladungsabgeber 61 zugeführt. Ein Früh/Spät-Tor 67
empfängt das Ausgangssignal aus dem Tor 62 und dem Ladungsabgeber 61. Es wird ein Impuls entweder an
einem Früh- oder an einem Spät-Aüsgang aus dem Tor 67 gebildet, je nach Frühzeitigkeit bz.w. Spälzeitigkcit
des empfangenen Impulses.
Der Sendeimpuls aus der Steuereinheit 17 beaufschlagt
das Tor 64 sowie denHoch-^liederigdetektoi 50
und ein zusatzliches Tor 68. Das zusätzliche Tor 68 wird durch ein Signal aus dem Tor 58 zurückgestellt und
erzeugt ein Ausgangssignal, der das »Kein Signal«-Tor
66 steuert.
In E i g. 4 ist ein Blockschcma für den Steuerabschnitt
17 gezeigt.
Die Steuereinheit 17 sorgt allgemein für die Erzeugung des Sendeimpulssignals, eines Teils der
Verzogeningszeit und danach die Erzeugung des I?· ■ "simpulsev die Erzeugung des Empfängerschutz
signals, der Auf'Absteuersignale und der Integratorausgangssignale,
die als Steuersignale in dem Frequcnz-Svnthesekreis 18 benutzt werden. Aus dem Phasen-Detektor
16 werden Signale empfangen, weiche die
I riih/eiligkeit oder Spätzeitigkeil der empfangenen
Im;· 1Ke angebec. Selbsthaltcschaltungen 69 und 70
werden abwerh·-··1"!! -'urch einen Auf/Abmullivibrator
71 zur Wirkung gebracht, um ein Signal in Abhängigkeit
davon, ob das empfangene Signal früh oder spät ist. weiterzuleitcn. Ein Signal aus der Schaltung 69 wird
entweder mit dem invertierenden oder dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 72 verbunden,
der em Ausgangssignal an einen ersten Integrator 73 liefert. In ähnlicher Weise wird ein aus der Schaltung 70
erzeugtes Signal mit dem invertierenden oder dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 75 verbunden,
der wiederum ein Eingangssignal zu einem /weiten Integrator 76 liefert. Der Ausgang aus beiden
Integratoren 73 und 76 wird der Synt'ieseeinheit 18
zugeleitet.
Die normale Arbeitsweise der Schaltung erfordert fortlaufende Änderungen des Zustands beider Selbsthalteschaltungen
69 und 70. die durch den Summie rungs und Alarmkreis 77 überwacht werden. Wenn
einer oder beide Schaltungen 69, 70 aufhören, ihren Zustand fur eine bestimmte Zeitdauer zu ändern, wird
eine Aiarman/cige durch den Alarmkreis . 7 gebildet.
Die Steuereinheit 17 empfängt ferner zwei Frequenzen f.. ti aus der Sjritheseemheit 18. die dem Schaltkreis
78 zugeführt werden, der eine Einpol/Zweistellungsumsi
h.iitfunktion erfüllt. Der Schaltkreis 78 empfängt auch
Eingangssignale aus dem Auf/Ab-Steuermultivibrator
71 Das »Auf«-Signal aus dem Auf/Ab-Kreis 71 wird
auch der Sender Empfängereinheit 15 zur Steuerung des Analogschalters 24 zugeleitet.
Der Schaltkreis 78 ist mit dem Sendeimpulsgenerator
82 und außerdem mit dem Teilerkrcis 83 verbunden. Der Teilerkreis 83 ist mit dem Bezugsimpulsgenerator 84
und einem Impulsgenerator 87 verbunden. Der Impulsgenerator 87 ist wiederum mit dem Schutzimpulsgeneraior
88 verbunden, der ein Schutzsignal und ein Eingangssignal für den Auf/Ab-Steuerkreis 71 zur
Verfugung stellt. Der Empfängerschutzkreis 88 liefert auch das eine Eingangssignal zu einem Tor 89. das mit
einem Wiederhoiverhäitnis-Impulsgenerator 90 verbunden
ist. Der Impulsgenerator 90 ist so geschaltet, daß er
den Sendcimpulsgcncrator 82 steuert.
Ein Signal aus dem Empfängerschutzkreis 88 ist mit dem Phasen-Detektor 16 verbunden und das Signal aus
dem Bezugsimpülsgenerator 84 wird sowohl dem Detektor 16 als nuch der Sender/Erhpfängercinhcil 15
zugeführt. Die beiden Signale aus dem Sendeimpulsgenerator sind von entgegengesetzter Polarität: Der
niedrige Sendeimpuls wird dem Detcktorkreis 16 z.ugcfi?! et und der hohe Sendeimpuls dem Scnder/Empfiingcrkrei.s
15.
Erg. 5 zeigl ein ßlockschcma der Frequcnz.synthcsccinheii
18. Entsprechend einem an sich bekannten Verfahren zur Abtrennung des oberen und unteren
Seitenbnndes, (iegentaktmodulation sowie der Anwendung
einer linearen frequenzmischung werden FYequen/cn gebildet, die den Sehall-F ortpflanzungsge-.schwindigkcilen
in Richtung gegen den Strom und mit dem Slrom proportional sind. Ein erster und ein zweiter
Integrator 73 und 76 aus der Steuereinheit 17 sind in I ig.1} hereingenommen. Die Integratoren 73 und 76
sind mil einem Summicrkreis 93 verbunden, der einen
Millclwcrl der beiden liilegralorausgangswerlc einem
Iniegrator 94 /ii'ieferl. Der Integrator 94 wirkt als
Sicucrsigiuilgcncralor für den Hochfrequenz-VCO 19.
Dei ieilerkreis % empfängt das Ausgangssignal des Hochfrequenz-VCO 19 und erzeug! zwei Signale, die
MO phasenverschoben sind bei einem Viertel der
I requenz des Oszillators 19 Diese Rcchtcckwellensig
nale. die hier als sin (-) und Cos (-) bezeichne! werden
soll.ii werden den Gcgeiiliiktmodulaloren 99 bzw. 100
zugeführt
Die Signale aus dem eisten und zweiten lntcgralor 73
und 76 werden über Schalicr 101 .Schncllinicgnitorcri
102 und 103 zugeführt, deren Ausgange werden
Modulatoren 99 bzw. 100 zugeleitet. Die Ausgangssi gnale aus diesen Modulatoren werden durch I'oicnlio
nicier 105 bzw. 106abgiglichen.
Die Ausgange ;ius den Sclinclimtcgratoren 102 und
1Ü3 uirden iuiltcrdcm Vcrglcichcrn 107 und 108
zugeführt, die einen Kecliteckwellenausgang bei dei
Aiisgiingslrcqiicnz und der Phasenlage der Schnellinle
gralon.-n 102 und 103 hervorbringen. Die Ausgänge aus
den Vcglenhcrn 107 und 108 werden dazu benutzt. Sleiiersih.ilici 110 bzw. 111 /u betätigen. Die Schalter
•01 werden durch diese Steuerung so eingcsielll. d.iß
Irape/iirtige Wellcn(<innen mn 90 F'liasenverschic
hung ;iri den Ausgängen der Sihnclliiilcgi.itorcrt 102
und 103 gebildet werden, die hier als sin </' bzw. cos Φ
bezeichnet weiden
Du- im (itf'i iiMki iiiotliiliiTii-n Aiisganirssifriiale aus
tli-n Modulatoren 99, 100 werden linearen I requenznu
schcrn \\2 zugeführt, die wiederum in bestimmten
Kombinationen mit Iiefpaüfilieischailuiigen 113 und
114 verbunden sind. Die Ausgangsfrequcnzen aus den
I iltern 113 und 114 sind proportional den Schallfort·
pflanzungsgeschwindigkeilcn in Richtung gegen den
Strom b/w. mil dem Strom, was nachstehend noch naher erlauier! wird Diese beiden F requenzcn werden
dem Sieucrkrcis 17 als Synthese Ausgangssignale aus
dem ersten (und zweiten) spannungsgcsleuerlen Oszil
lator zugeführt.
Die Ausgänge aus den Vcrgleichcrn 107 und 108 sind
mi! einem \ lußrichiiingsphasendeteklor 117 verbunden,
das wiederum cm Eingangssignal mit einem Exklusiv ODEK-'Ior 118 liefen. Das Tor 118 liefert ein
Alisgangssigna!, das eine Anzeige der F lußrichiung
ergibt Die Ausgangsstufe .ms den Vcrglcichern 107
und 108 werden .liitli einem Miiltiplikatorkrcix 119
zugeführt, der ein Ausgangssignal vom Vierfachen der
Vcrgleicherausgangsfrequcnz liefert. Fiinc Kippschaltung
120 empfängt den Ausgang aus dem Vervielfacher oder Multiplikator 119 und bildet ein Datcnfrcqucnzausgangssignal
mit einer konstanten Ladung in jedem Ausgangsimpuls.
F7ig. 6 zeigt schematisch die Syntheseeinheit 18 des
Systems. Die Stromab- und Strqmauffrcqucnz.cn /Ί bzw,
f2 werden erzeugt, und die bei ihrer Synthese benutzten
Signaifrequenzcrifsiricl dabei proportional deriSütnmcnfrequenz
"und der j Differenzfrequenz. Es ist eine Flußrichtungsan/cigc vorgesehen und diese isl notwendig,
um nur einen VCO verwenden zu müssen.
Die Datenfrequenz aus der Kippschaltung 120 von Cig. 5 bzw. dem Block A 21 in I ig.6 isl wie schon
erwähnt proportional der Slromung. Verschiedene Einrichtungen, durch welche die Datenfrequenz ,iiif eine
lesbare form reduziert wird, sind in F ig. 11 wiciicrgc
geben. Zunächst isl hier die allgemein bekannte Schallungsweise vorhanden, wie sie in einem Digital/
An.ilogwandler 123 vorgesehen isl. Zweitens stellen die
Dalcnfrcqucnziirnulsc beabsichliglerwcise eine konstante
Ladung pro Impuls zur Verfügung, so daß sie i\<\/u benutzt werden können, einen Ercqiicnz/Analogwaiidler
124 /u beireiben Lin solcher F rcquenz/Aiia
logwandlcr kann die I'orm eines Drcnspul-Mcßgcräts
annehmen, das eine mechanische Bewegung aufgrund der Dalcnfrequcnzimpulse ausführt, die durch die
Trägheit der Mechanik des Meßgeräts gefiltert um\
geglättet sind. Eine dritte Einrichtung zur I lerabselzung
der Datenfrequenz erfolg! durch die Einführung der /eileichung.
E ig 7 zeigt einen I eslwcrtspeichcr 125. der eine
I'rogrammkorrcktur hat und mit einem Addierer 126 urbunden ist Der Addierer 126 ist mil einem der
f .iiigäiige einer Selbsthalteschaltung 129 verbunden. Die
Schaltung 129 empfängt auch die Dalcnfrequcnz ans der
Kippschaltung 120. Der Ausgang des Addierers 126 wird über die Sperr schaltung 129 dincli i-iiieii
Datenfrequenzimpuls auf einen Akkumulator 130
überfragen. Der Ausgang des Akkumulators 1 30 isl zn
dem Addierer 126 zurückgeführt
Nach Sammlung einer vorbestimmten /ahl von Impulsen erzeug! der Akkumulator J 30 einen Trägerim
puls, der zn der Schaltung gcsandl werden kann, die
en 1 weder eine Slrömuiigsgcschwindigl'citsinfornialioii
oder eine Slroniungsmengcninfonnalion liefert FJei der
Schaliiiiigsiiri. die eine Slromungsgcschwindigkcilsm
formation liefert, wird der "Irägerimpuls einem Auf/Ab
/iihlev i 31 zugeführt. Ein Eingangssignal aus einem
lakiirebcr 132 wird dem Auf/Abzählcr 131 zugeführt,
ί in Burger Ausgang und ein Übcriragerausgang sind
von dem Auf/Abzählcr 1 31 aus mit einem Slromungsgesi
hwindigkcitsanzciger 135 verbunden. Der Ekirgerausgang
ist mit dem Eingang eines Flip flops 3 36
verbunden Die Ausgänge aus dem Πιρ Flop 136
werden dem Sirömungsgcschwindigkcitsanzeurcr 135
und einen. Exklusiv-ODER-Tor 137 zugeführt. Em
anderer F'ingang de Tors 137 wird von dem Ausgang
des Exklusiv-ODF R Tors 118 in f ig 5 gespeist Der
Ausgang des Tors I 37 wird an den Zähler 1 31 gelegt, so
daß dieser Auf- oder Abzählungen durchfuhrt.
Falls die Stromungsinformation in Werten c!<.t
Strömungsmenge gewünscht wird, werden die Übei
tragimpulse aus dem Akkumulator 130 einem zweiten
Auf/Abzählcr 138 zugeführt. Fin Siromiingsmengenan
zeiger 141. cine F lip I lop Schaltung 142 und ein
I xklusivODF R for 143 sind d.iim m j'eii.in der
gleichen Weise verbunden wie sie vorstehend für die
Strömungigeschwindigkeitsanzcige beschrieben wurde. Bei dem /weiten Zähler 138 ist eine Rückstellfunktion
vorgesehen, um eine Löschung früherer Zähfungen vor
Beginn einer neuen Gesamtaufrechnung /u bewirken.
Die Arbeitsweise des Systems ist folgende: (Jan/ allgemein wird din Sendcsignal erzeugt, entgegen der
Strömung gesendet, empfangen, verarbeitet und zur Auslösung eines Sendesignals benutzt, das in Richtung
mit der Strömung gesendet wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, indem abwechselnd entgegen und mit der
Strömung gesendet wird. Auf diese Weise entstehet (icgenstrom und Mitsiromsignale, welche proporinn.il
sind den I lequcnzen. die iiiichslehend als Cjcgenslroni
uiiil Mitstromfrequen/en be/eichnet werden. Anhand
von Ϊ iμ. 2 soll die I rzeugimg und der Empfang eines
gesendeten Impulses erörtert werden. Angenommen, daß die Auf/Absicherung .ms der Steuereinheit 17 die
Sender Kippschaltung 21 wählt, wird ein ins Positive
gehender Rechteckinipuls an den Hingang des Sende-Verstärkers
29 gelegt, ein ms Negative gehender Impuls
ans der geregelten I lochspannungsqiielle 44 wird auf
cJi-n stromaufwärts angeordneten Wandler 33 in der
Ruhrwaiid 35 gerichtet. Jegliches Rauschen aus der
f iicrgiequelle 44 und dein übrigen I eil der Sendcrsch.il
Hing liegt tinlei h.ilb von 0.7 Volt.
Die .iiif das strömende Medium iibcrlr.igene f nergie
wird von dem siromabscitigeii Wandler 34 emplangen
und dem Eingang des I.inpfangsverslaikers 25 züge
fuhrt. Der gleiche Auf/Sieiiennipiils. der die Sender
Kippschaltung 21 wählte steuert auch die AnalogschaM
Steuerung 24 so daß der Schulter am Ausgang des l.inpf.ingsverstarkers 25 geschlossen wird, während der
Schalter am Ausgang des f nii'fangsversiarkers 26 im
geöffneten Zustand gehalten wird. Somit wird der
empfangene Inipuls aus dem Verstärker 25 dem Tank
oder Os/illalorschwingkrcis 27 zugeführt, der auch
unerwünschte I lequcnzkomponcnten in dem empfangenen
Impuls nach Art eines Handfilters unterdrückt. Der empfangene Impuls wird dann dem Empfänger 46
indem Delektorabschnilt 16zugeleitet.
Das empfangene Sig.ial wird auch aus dem Oszillator
schwingkreis 27 zu einem Kmpfangsimpuls Amplituden
detektor J'- geführt, der ein Spannungsvergleicher ist.
Der Veiglcichcr 39 ist mit der f loch/Niedrig Signal
spenc 40 verbunden, weiche den Integrator 41 steuert.
Der Integrator 41 steuert den Ausgangspegel des lloihspaiinungsreglers 44. der die f lochpanniingsscii
deimptilsc bildet. Dadurch wird cine ACiC Schleife
gebildet, in der eine konstante Hohe der Empfangsimpulse eingestellt und aufrechterhalten wird.
Der Ausgang des Integrators 41 wirkt auch in einen
Verglcicher 45 hinein, der ein Atisgangssignai bildet,
wenn der gesendete Impuls eine vorbestimmle Höhe erreicht. Der Ausgang des Vergleichers 45 betätigt
einen Alarm, wenn ein hoher Pegel des übertragenen (mpiilse-i durch die ACiC -Schleife infolge eines niedri
gen empfangenen impulspegels erzeugt wird, was ein Indiz für eine wahrscheinliche Swirling in der Schaltung
ist.
Nachdem ein Impuls in Richtung stromabwärts
gesendet ist. wählt die Auf/Absteuerung aus der Steuereinheit 17 eine Sender-Kippschaltung 22, mn on
ringangssignal an den Sendeverslärker 32 zu legen, der
wiederum einen ins Negative gehenden rjendeimpuls
hoher Spannung für den Wandler 34 erzeugt. Die Energie wird in Richtung stromaufwärts gesendet und
■■"ν. dem Wandler 33 empfangen. Das empfangene
Signal wird dem Empfungsvcrsiärker 26 zugeleitet und
gelangt über den Schalter an den Ausgang des Verstärkers 26, der durch das gleiche Signal gesperrt ist,
welches die Sender-Kippschaltung 22 wählte, um das .Sendesignal zu erzeugen. Der übrige Teil des Sende/
Einpfangskreises funktioniert ebenso, ganz gleich ob der Wandler 33 oder der Wandler 34 als Kmpfängcr
wirkt.
Es sei nunmehr der Phasen-Detektor 16 anhand von
Fig. 3 betrachtet. Das empfangene Signal aus der Sendc/Empfangseinheit 15 wird an den Eingang des
Verstärkers 46 gelegt. Das empfangene Signal wird aufbereitet und an das Ior 58 gelegt. Der l.mplangsarlcnschalter
60 liefert ein niedriges Eingangssignal an das NAND-for 59. wenn dieses mit Masse verbunden ist.
Das I or 59 bietet unter dieser Voraussetzung einen standigen »Auf«-Zustand dar. so daß der Eingang des
Tors 58 in seinen einen Zustand gestellt wird. Das Ausg.iiigssignal aus dem Verglcicher 54 stellt das Tor 58
zurück, und der nächste Impuls aus dem Nulldurch
gangsvergleicher 57 schallet das Tor 58. Im I alle, daß
strömende Medien /u viel l'hasenrauschen in das
Atisgangssignai des Vergleichen 57 einbringen, wird
der Inipfangsai !schalter 60 {-eoffiie:. Dadurch wird ein
»Hoch«-Zustand an den einen I mgang des NAND fors
59 gebracht, wodurch es cimoghcht wird, ein niedriges
Ausgangssignal /u dem eingestellten Umgang des fois
58 jedesmal dann /u senden, wenn der Vergleicher 54
einen Impuls erzeugt Der Impuls aus dem Vergleicher 54. der mit dem zurückgestellten Feil des Tors 58
verbunden ist. leitet das Ausgangssigiial aus dem Tor 58
in diesem J alle direkt ein.
Das Ausgangssignal aus dem for 58 entspricht der
Ankunftszeit des empfangenen Impulses und wird dem Ior 62 zum Vergleich mit der Ankunftszeit des
Bezugsimpulses aus der .Steuereinheit 17 zugeführt. Der
Bezugsinipuls wird durch einen ins Negative gehenden Impuls aus der Kippschaltung 63 verzogen, die ein
Eingangssignal an das Bezugsimpulstor 64 liefert. Das
Tor 64 wird durch den Niedrig Sendeimpuls aus der Steuereinheit 17 zurückgestellt und zündet beim
Ansteigen des Verzögerungsimpulses aus der Kipp
schaltung 63. um den verzögerten Bezugsimpuls dem Vergleichertor 62 zuzuführen. Die Verzögerung wird
sorgfältig eingestellt, so daß sie mit der Verzögerung
des empfangeneneii Impulses zusammenpaßt. Der empfänger· Impuls .ms dem Tor 58 wird auch dem
l-adungsabgeber 61 zugeleitet. Der Eadiingsabgeber
erzeugt einen Impuls nut einer Breite, die sich von dem
hnde des empfangenen Impulses bis zum Beginn des nächsten Schutzimpulses aus der Steuereinheit 17
erstreckt. Das Früh/Spat- Tor 67 enthalt zwei NOR-Tore.
welche die Ausgangssignale aus dem Vergleicher tor 62 und dem Eadiings.ibgibci 61 empfangen und ein
Signal entweder an einer Enih- oder einer Spat-Aus gangsklemme bilden. Die Eingänge des Tors 67 sind so
verbunden, daß ein abfallendes Signal an dem f ruh Ausgang erscheint, wenn das empfangene Signal
an dem Vergleichertor 62 vor dem Bezugsimpuls aus dem Tor 64 eintrifft. Umgekehrt erscheint ein
abfallendes Signal an dem Spat-Ausgang des Tors 67. wenn der empfangene Impiiis spater ist als der
Bezugsimpuls.
Der Niedrig-Sendeimpuls wird auch zum Zurückstellen des zusätzlichen Tors 68 benutzt, das dann durch das
Ausgangssignal aus dem Tor 58 geschaltet winL Der
Hoch Ausgangszustand des Tores 68 wird dem »Kein-Signal«-Tor 66 zugeführt. Hin Ausgang aus dem
Tor 66 wird durch das .Signal aus dein Tor 68 in einem
Nie Jrig-Zuiiand gehallen, Der invertierte Schutzimptils
hält das gleiche Ausgangssignal aus dem Tor 66 niedrig,
während das Tor 68 zurückgestellt wird. Ein ständiges Niedrig Ausgangssignal aus dem Tor 66 bedeutet eine
Anzeige für ein mit normaler Arbeitsweise empfangenes Signal und umgekehrt bedeutet ein I IcdiAusgangssignal
aus dem for 66 eine wahrscheinliche Störung, da die empfangenen Ausgangssignale nicht von dem Tor 58
erzeugt werden.
Der Niedrig-Sendeimpuls bewirkt auch die Rückstellung
des Hoch/Niedrig· Detektors 50. Die Ausgangssi
gnale aus dem Deteklorverstaiker 52,/ werden dein
ACiCSteuervcrglcieher 48 und dem ACiC Rückstell
vergleicher 65 zugeführt. Der Ausgang des Steuerver gleichers 48 ist mn dem Niedrig/l loch-Delektor ^O
verbunden. Die ße/ugsspaiiniing .in dem Steuerverglei
eher 48 ist kleiner .ils diejenige .in dem RUckslellverglei
eher 65. Wenn d.is Ausgiiiigssign.il mis dem Detektorversiärker
52,; hoher ist .ils il.is in dem .Steuervergleieher
48 eingesiellle Ikvugssignal. erzeugt es em an den
I loch/NkJrig Detektor 50 gern hteies Sigrid'. Γ .τ
I loch/Niedri;.' Detek.or 50 liefert sein Ausg.ingssignal
an das Integratorior 51 Der Ausgang .ms dem Tor 51 isl
mn dem I.ingang des liilegralois 49 verbunden,
wodurch sieh ein Veisiaikungsiegelsign.il .ms dem
Integrator 49 ergibt, das den Versi.irkungsgr.nl des
Verstärkers 46 verkleinert Wenn der Ausgang aus dem
Deiektorverstarker 52,;den eingestellten Ikzugswcii in
dem Rucksiellvergleicher 65 überschreitet, wird einAlis
gangssignal produziert, das. wenn es dem Inlegraionor
51 zugeführt wird, ein Ausgangssign.il aus dem Tor 51
erzeugt, das den Integrator 49 ständig in einer solchen Richtung steigt, daß der Versiarkungsgrad des Verstärkers
46 vermindert wird. Dieser letztere Vorgang stellt eine Überlagerung für die Steuervergleicherfimktion
dar. Das Integralorlor 51 ist so eingestellt, daß der
Verstärker 46 auf einen Zustand hohen Verstärktings grade1 gedrückt wird, bis er anderweitig durch den
Steuervergleicher 48 oder den Rückste-llvc-iglc-icher 65
gesteuert wird.
is soll nunmehr die Arbeitsweise der Steuereinheit 17
anhand von F Ί g. 7 erörtert werden. Die Selbsthaltcschaltungen
69 und 70 enthalten je zwei Paar NOR-lure I in F ruh oder Spät Signal, d.is aus dem
Detektor 16 kommt, hat die IOi-Pi eines abfallenden
Impulses. Sonnt bringt eine AuIv. .ins Anzeige aus der
Auf/Ab Steuerung 71. die tatsächlich ein Nii-Jng-Zustand
ist, das erste l'a.ir NOR Tore in der Schaltung 69
zur Wirkung, während das Gleichzeitige Hoch Signal aus der Auf/Ab Steuerung 71 /iir Schaltung 70 hin das
erste Paar der darin enthaltenen NOR-Tore blockiert.
Die Schaltung 69 belindet sich nun in einem Zustand zur
I.ellung entweder eines f ruhimpulses oder eines .Spätimpulses zum Verstärker 72. E.in l'nihmipuls wird
an ilen invertierenden 1 ingang des Verstärkers 72 geleitet, ein Spätimpuls an den nicht in» erliereiiden
Eingang. Das Ausgangssignal aus dem Verstärker 72 wird an den invertierenden Eingang des Integrators Ti
geleitet und bringt die Intergratorausgangsspannimg
zum Ansteigen im Falle eines früh empfangenen
Impulses und zum Abfallen im Falle eines spat
empfangenen Impulses.
Die Ausgangssignale aus dem ersten F'.iar NOR Fore
in der Schaltung 69 werden auch einem zweiten Paar darin enthaltener NOR-Tore derart zugeführt, uaü ihre
Ausgangszustände jedesmal geändert werden, wenn ein Übergang zwischen einem Frühimpuls und einem
Spätimpuls durch r'ie Schaltung 69 erfolgt. Die Selbsthalte-Schaltung 70 funktioniert in gleicher Weise
wie die Schaltung 69, sie sendet einen Früh- oder Spätimpuls zu dem invertierenden bzw. nicht invertierenden
Eingang des Verstärkers 75, der wiederum ein Ausgangssignal erzeugt, das den Integrator 76 auf die
gleiche Art und Weise antreibt, wie es für den Integrator 73 oben beschrieben wurde. Die Sperre 70 bewirkt auch
eine ständige Zustandsänderung aus einem darin enthaltenen zweiten Salz von NOR-Toren, wenn ein
konstanter Übergang zwischen Früh- und Späiinpulscn erfolgt, (Iu- (lurch den Integrator 76 hindurchgehen. Die
Ziisiandsanderungen aus den Sperren 69 und 70 als Iigebnis eines I rüli/Spal llbeiganges werden beide
einem Summations und Alarnistronikreis 77 zugeleitet.
Der Alarinkreis 77 enihaii eine zuriicktriggcrb.irc
Kippschaltung, die eine Al.iiinanzeige so lange sundig
in einem »Auf« Zustand h.tii wie beide Schaltungen 69
und 70 Zustands.mderuiigen m der Kipp Periode der
zuiiickinggeibaien Vorm lining hervorbringen. Im
I'alle, dall entweder die Schaltung 69 otter die Schaltung
70 keine Zusiandsanderungen m einer solchen Periode
hei vorbringt, l.illi das Alaiinaiisgangssig'ial auf einen
Niedrig Zustand, wodurch eine Störung in dem System
angezeigt wird.
In Γ ι g. 8 ist ein InipuhdMgr.iinm fur einen Feil des
Stciierabschnilts 17 wiedergegeben. Eine lakigebup^s
lrei|'ienz 144 ist .ils relativ hohe I requenz dargestellt, sie
ist die F rec|iienz l\ oder I), die in tier Svnihesecinheil 18
erzeugt und mit dem Schaltkreis 78 verbunden wird, der
Schaltkreis 78 laßt entweder /, oder I2 durchgehen, je
nach dem Zustand der Auf/Absteuerung 71. Wenn z. B. die Auf/Absteuerung 71 sich in dem Anlziisiand
befindet, so läßt sie l\ durch den Schaltkreis 78 hindurch
und blockiert I2. f\ wird dein Taktgeberkreiseing.ing des
I eilers 8} zugeführt. Fun Wiedei hoiverhältnisimpiils 147
wird durch den Eeilerkreis 8} erzeugt, der eine Penode
von 128 raktmif:■ ilsen hat Ein zweiter Teilerausgangsimpuls
148 erhebt sich .im Ende der 128 lakiimpulse
und fällt am Entle von 2 J6 Faktimpulsen ab. Der zweite
leilerausgangsimpuls 148 wird mit dem Schulz und
Auf/Ab-Einleitungsimpulsgenerator 87 verbunden Der
Impulsgenerator 87 schaltet beim Ans· '-g des Teilerausgangsimpulses
148 und endigt bei dem nachfolgenden Anstieg des Impulses 148, um den Impuls 149 zu bilden.
Der Impuls 149 wird mit dem Schutz und Auf/Ab Im
pulsgenerator 88 verbunden. Der Impulsgenerator 88 bildet Ausgangsimpuise 150 und 15} beim Ab, ill des
Impulses 149. Der Impuls 150 wird dem einen I ingang
des Tors 89 zugeliefert. Der zweite Teilerausgangsim puls 148 wird dem Bezugsimpiilsgenerator 84 zugeführt
und erzeugt ein Paar Ausgangsini|/iii->e 154, 155 beim
Abfall des Impulses 148 Der Impuls 144 wird der Sende/Empfangseinheil 15 zugeführt, um den Verglei
eher J9 während seiner Verweilzelt zur Wirkung zu bringen und die I loch/Niedrigsignalsperre 40 zu
erregen. Der Impuls 154 wird auch mit dem Phasen-Detektor
16 verbunden, wo er hinsichtlich seiner Zeitphase nut dem verarbeiteten empfangenen Impuls verglichen
wird. Der Impuls 155 aus dein Bezugsimpiilsgenerator
84 wird auf den zweiten Eingang des Tors 89 gerichtet Der Impuls 150 kehrt auf einen niedrigen Zustand
zurück, wahrend der Impuls 155 sich in einem niedrigen
Zustand befindet und ein Signal aus dem NOR Tor 89 erzeugt, welches das Wiederholverhältnistor 90 zurück
stellt, das wiederum beim nächsten Anstieg des Wiederholverhältnisimpulses 147 zündet. Das Aus
gangssignal aus dem Tor 90 ist als die Spitz·.· 15h
Ι.ι . .ι|ι ..id mn dem Sindeiirpuisgcricraior 82
ι π,ιι οι ί ι. Niedrig Send*.impuls 159 und ein
H· h Sendeimpuls 160 erscheinen unmittelbar an den f gangen des SuiJeimpulsgencrator 82 Her Niedrig
s. deimpuls 159 stelli unmittelbar die Teiler 83 /uriuk ·>
ι. id beginnt eine neue Folge für den Wiedcrholverhalt
iiiMtüpuls 147 und den Ausgangsimpuh 148 am zweiicri
Ieiler t.i stellt auch den Schutz- und Auf.' Ab ^ni.mgs
impuls 149 sowie die Hoch'Nledrig-Bezugs, im 154
au! ihre Normalzustände zurück. ;<
Der Auf/Ab Impuls 153 wird mil der Ai.f/Ah Steuc
riini.1 71 \i ■ fiundi.ii Der Impuls 153 steigt vor tier::
/eiipunkt der Urzeugung der Sendtinipiilst· 159 und IW)
.in Dadurch werden die Ausgangssteucr/ustandc an dei
Auf Ab Steuerung 7i gea.:!..;! wie dies durch ·'=.;■ :s
Aufwärts Steuerimpuls IbI un« liin Abwai issteuvrim
puK I62gc/i !(1I v. i ·■■( .V)IiUi winldi.· Auf'Ab Steuerung
71 huimuvJreiii um ein. i u i'ütvn Schalter zu b '.!!igen
iinii einen V1VC- '■ >., : .!er Si-r^k-ruhmr:^ /u ermögliche;1,
bivoi tlei nachfolgende S'-TKlfiiiifüis itfi ''/cugt v. <-d. .'"
Die I i.::kiu>u der Sviillieseemliiii 58 soll anhand von
I i (j ι vi'miicn vsvuicn. Die beiden Inicgi .norcn 73 und
76 .ins der Steuereinheit 17 liefern I ingangssignalc au
die Siimmeiist h.iliiing 9 5 Solange die Ausbieitungsgc
schwmd.gkcit in dem Medium iikht durch irgendeine js
Änderung der Mcdiiimugciisih.iflcn geaiJerl wird,
s.hwanken die Ausgangssigrialc der Iniegraioren 73
iiikI 76 in gleichet Weise in entgegengesetzten
Kicliiimgen. fhr Mittelwert bleibt also konstant gleit h
Null und der Ausgang tlei Siminieiisihaltung 9 J liefetI \n
keine Ansteuerung für ilen Integrator94 Iritt aber eine
Atnlciimg tier Mcdiumsihallgeschwindigkeit aiii, so
liefet I einer der Integrator ti 73 oder 76 ein groHcres
Ausgangs signal in einer Richtung als es bei dem anderen
in ilet entgegengesetzten Richtung der I all ist Dies is
crgil'i einen Anstieg b/w. eine Änderung des Mittel
wens aus dem Summenstromkreis 93. so clali eine
Ansteuerung fur den Integrator 94 geliefeil wird Du
Integrator 94 zeigt dann eine Änderung seines Ausgangssignals, das /u dem [.ingang des Ifochfrc
quen/ V(O 19 geliefert wird und dessen Ausgangsfrc quc ./ ändert Die Alisgangsfrequenz des V( O 19 ist
'•.onstant fur konstante Schall fortpffanzungsgeschw in
digkeiten in dem stromenden Medium Sie steigt aber an
fiir höhere fortpflanzungsgcschwindigkeilcn um\ fallt
bei niedrigeren I 01 ipftanzungsgeschwnidigkc!!'.·!! S;v
ist daher eine der I oripflan/ungsgcschwiniligkcit in
dem strömenden Medium pioporlionale Große
In I ig Il ist die Aiivgangsfrequenz 165 aus dem
V(O 19 gezeigt Die frequenz 165 v.ird einem s<
> frequenzteiler 96 zugcliefert. wo die f reqiienz 165 um
den f aktor 4 redu/ieri und zwei Ausgangsfrequenzru m
Quadratur, d. h phasenverschoben erzeugt werden. Die frequenzteilung und Quadratur wird auf folgendt
Weise erhallen I in in dem Teiler % enthaltener ss
flankengclriggcrtci Multivibrator empfangt die frc
qii^r,, in'} und erzeugt Ausgangssignale von entgegen
gesetzter I'olariiat 166 und 167. die beim Anstieg des
Impulses 165 eingeleitet und bee.idot wird. Der impuls
167 w ird einem zweiten flankcngetnggerten Multivibra- («>
lor in dem Teiler 96 sugclcilcl. der die impulse 168 und
171 beim Anstieg des Impulses 167 erzeugt. Der Impuls
166 wird einem dritten flankengetriggerten Multivibrator in dem Teiler % zugeleitet, der beim Anstieg des
Impulses 166 geschaltet wird und Ausgang.ssignalc 172
<<<· und 17} erzeugt. Die Ausgangssignale 168 und 172 sind
um 90 phasenverschoben. Der Impuls 168 kann als
cos Φ und der Impuls 172 als sin φ bezeichnet werden.
Die von den flanketigfinggerten Multivibrator·!!
erzeugten Impulse 168 und 172 sind krvii/vvt-isc so
gekoppelt, dalt '.:r eirn. konstante Phasenbeziehung
gewährleisten und cmc Quadratur oder Phasenver
sehicbungsinv ersti hi verhindern. Der Impuls 168 wird
dem E ingang des Modulators 100 und der impuls 172 dem f ingang des Modulators 99 zugeführt
in I ig. ·» ist die Synthese der Differenzfrequen/
gezeigt Die SciiliclJzustande der Kontakte am Schalter
ΙΟΙ (I ig r>) sind mit voll gezeichneten linien 174 fur
das untere und mn umgezeichneten Linien 177 fur d.is
obere Sthalterkoniaktpaar dargestellt Im /eiipunkt
Null sind die oberen Schaltkoniakie 8 und /geschlossen.
Dadurch wird d.is Aiisgangssignal des Integrator 7}
dem Schnelliniegrator 102 zugeführt lerner sind im
Zeitpunkt Null die Sehallkontakte i und 2 geschlossen,
wodurch das A11sgangss1gn.il des Integrators 76 an den
[.iiigang des Schnelliniegidiors 103 gelegt wird Der
Schiielliiiiegr.iii-i 103 erzeugt cm Aiisgangssignal 178.
das von Null aus im /eMtnmkl /., auf seinen
Sättigungspunkt ansteigt Dei Ausgang dis Schncllmte
gtatois 102 wild au den I ingang des Vergleichen 107
gelegt und vcruisacln cm AustMngssigti.il 183 um dort,
wenn der liifcgi.iicnaiisgang 178 eine \oii-ingeslellle
Verglcicher »I in« Sfuiinimgiliircltliiufi D.is Ausgangs
signal 183wird den Steuer si halut 110 gelegt, der die
Schaltkontakte 3 und 2 olliiet und die Koni.ikte 14 und 1
schliclSi. wie dies dutch «las Si li.illeisc hlieHdi.igi.inim
174 in I ig. 13 veranschaulicht vmicI An diesem I'ui'ki
wird das Aiisgangssignal aus dem Inicgi.ifor 73 dem
I ingang des Schriellinicgiaiors 103 zugefiiliit. und del
letztere beginnt eine zunehmcntle Aiisgangssp.tnnuiif
hervorzubringen bis diese ihre obere Saitigutigsgreiize
erreicht, wie dies die Wellenform 179 veranschaulicht
Wenn der Integra!!« ausgang i79 \cinen ohe:en
Sattigungswcrl ei "eic hl. durchlauft er eine voiciugc
stellte Vergleichet ·>( in« Spannung, die .in «lern Vu
gleicher 108 eingestellt ist An diesem Punkt erzeugt der
Vergleichet 108 ein Ausgangssipnal 180. das dem Steuerschalter 111 zugeführt wird und «lie Kontakte 8
und 7 öffnet und die Kontakte 5 und 6 schließt, wie dies
das Schalterschlicüdiagramm 177 in I 1 g. I 3 unten zeigt
Damit wird das Ausgangssignal des Integrators 7Ϊ von
dem I ir.gangdes Schnellmlegralors 102weggenommen
und durch das Ausgangssignal aus dem Integrator 76 crsci/i. De* Scriiieiiintegrator 102 beginnt somit sein
Ausgiiiigssignal bis zu der unteren Sattigungsgrenze
abnehmen /u lassen, wie dies die Wellenform 178
veransi liaulicht. Wenn die Wellenform 178 ihren
unteren Saltigungswcrt erreicht, diiichläuft sie cmc
voreiiigestcllle Verglcnhei Aus Spannung, was das
Aiisgangssignal aus dun Vcrgleithei 107 beendet, wie
es die Wellenform 183 zeigt. Dieses Signal wird wiederum von dem Steuerschalter IIO übernommen.
da die Schaltkontaklc 14 und 1 öffnet und die Kontakte
inifgraiiw 7»
3 und 7 «.HiliijKi ί}-..· inifgraiiw 7» «-rrd von dem
firigang des Schnellintcgrators 103 weggenommen und
der Ausgang aus dem Integrator 76 daran angelegt. Die Wellenform 179 beginnt abzunehmen, indem sie eine
voreingcstclltc Verjjlcidier-Aw.s-.Spannung durchläuft
und das Ausgangssignal aus dcni Vergicicher 108
beendet, wie es die Wellenform 180 zeigt. Der
Vergleichcrausgang 180 wiederum bewirkt die Rückstellung
der .Schaltkoniakte 8 und 7 in den geschlossenen
und der Kontakte 5 und 6 in den offenen Zustand,
und zwar durch die Wirkung des Steuerschalters ill. Diese folge wird wiederholt, um die beiden Wellcnformen
178 und 179 /u bilden, welche als cos Φ bzw. sin Φ
bezeichnet sind. Der cos Φ wird dem Modulator 99 und
der sin Φ dem Modulator 100 zugeleitet.
Anhand von Fig. 10 wird nun die An und Weise, in
welcher die Datenfrequenz erhalten wird, beschrieben. Das Ausgangssignal 183 aus dem oberen Vergleicher
107 und das Ausgangssignal 180 aus dem unteren Vergleicher 108 werden einem Kreis 119 zugeführt, der
bei dieser Ausführungsform die Frequenz der Wellenformen
180 und 183 mit dem Faktor 4 multipliziert. Die Ausgangssignale werden zuerst dem Eingang eines
Exk!usiv-ODER-Tors(Fig. 5) zugeführt, das den Impuls
184 erzeugt, wenn die Ausgangssignale 180 und 183 sich
in verschiedenen Zuständen befinden. Das Ausgangssi gnal 184 hat wie ersichtlich die doppelte Frequenz wie
die Impulse 180 und 183. da die letzteren um 90
phasenverschoben sind Der Impuls 184 wird dem einen
der Eingänge eines anderen Exklusiv-ODER-Tors in
dem Muiuplikaturkreis 119 zugeführt, der zugleich an
einem anderen seiner Eingänge mn einem konstanten Nicdngzustand gespeisi wird Dadurch ergibt sich das
AtisgangsMgnal 185 dj». lediglich eint; Umkehrung Jes
Impulse"· 184 darstellt Der Impuls 185 wird einem
dritten Exklusiv ODf R-Tor in dem Kreis 119 zugeführt
und auch über eine Reihe von drei invertern zurück zu
einem zweiten Eingang des dritten ODLR-Tors geleitet.
Die drei Inverter verursach ti eine sehr kleine
Zeitverzögerung des zweiten Eingangssignals an dem dritten Tor. wie e* der Impuls 186 veranschaulicht. So
wird die Spitze 190 an dem Ausgang des dritten
Exklusiv-ODER Tors erztugt. das wie ersichtlich die
vierfache Frequenz hai im Vergleich zu der Trapezfrequenz
der Vergleicht, ausgangssignale (80 und 183. Die
Spitze 190 wird de ι Kippschaltung 120 zugeführt,
welche Ausgangssignale 191 bei der gleichen Frequenz wie die Spitze 190. aber von konstanter Impulsbreite
und Amplitude hervorbringt und somii eine konstante
Ladung in jedem impuls führt.
Der Flußrichtungsphasendetektor 117 ist ein fi.inkengesteuerter
Multivibrator, der das invertierte Eingangssignal des Vergleichers 107 als sein Taktgebereingangssignal
und das invertierte Ausgangssignal des Vergleichers 108 als sein Dateneingangssignal empfängt. Für
die normale vorwärtsgerichtete Strömung führt das Taktgebereingangssignal das Dateneingangssignal, das
einen normalerweise niedrigen Zustand an dem Fliißrichturig'.aiisgarig herste!!!, der mit dem Exklusiv
ODER-Tor 118 verbunden ist. Ein Hoch- oder Aufwärts-Zustand wird dem anderen Eingang des Tors
118 zugeführt und bildet eine Aufwärts-Anzeige an dem
Ausgang des Tors 118 für die normale vorwärtsgerichtete Strömung. Es ist ers'chtlic1" daß wenn da«.
Dateneingangssignai das Taktgebereingangssignai zu
führen beginnt, das nachfolgende Flußrichtungsausgangssignal
zum Tor 1J8 hin einen Aufwärtszustand darstellt, der ein Ausgangssignal mit Abwärtszustand
aus dem Tor 118 ergibt, welches die umgekehrte Flußrichtung anzeigt.
Die Gegentaktmodulatoren 99 und 100 unterdrücken beide die Trägerfrequenz θ und die Modulationsfrequenz
Φ, und sie erzeugen die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz an ihren Ausgängen. Dies wird durch
die nachstehenden Beziehungen veranschaulicht:
cos Θ sin Φ = 1/2 sin (Θ + Φ) - sin ((9 - Φ)
sin Θ cos Φ — 1/2 sin (Θ — Φ) + sin {Θ — Φ)
Die linearen Frequenzmischer 112 nehmen die Ausgangssignale aus den Gegentaktmodulatoren in den
folgenden Kombinationen auf, die den unten angegebenen Größen äquivalent sind.
cos H sin </· sin (-) cos Φ = - sin {(-) - Φ)
cos (-) sin </> + sin H cos Φ - sin {(-) - Φ)
sin (-) cos Φ + cos« sin Φ = sin ((-) ± Φ)
cos (-> sin Φ - sin (-) civs '/' - - sin {(-) 4 Φ)
Wenn die nachstehende Beziehung für die Stromaufwärts
oder Gegenstromfrequenz gilt
Θ-Φ = /,
und (iie folgende Beziehung für die Stromabwärts- oder
Mitstromfrequenz eingehalten wird
so gilt folgendes:
Da θ eine Subharmonische der Ausgangsfrequenz des VCO 19 ist, ist die Ausgangsfrequenz des VCO 19
proportional der Summenfrequenz oder der Schallforlpflanzungsgeschwindigkeit
durch ein stillstehendes Medium In gleicher Weise ist Φ da es die Datenausgangsfrequenz
ist. ein der Differenzfrequenz proportio nales Signal, das eine Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums liefert.
Die Tiefpaßfilter 113 und 114 enthalten NulldurchgangsvergleiLner.
welche die gemischten Frequenzen
η aufnehmen und an ihrem Ausgang Rechteckwellen
erzeugen. Die Restwilligkeit an dem Mischfrequenzeingangssignal
wird auf diese Weise entfernt, so daß nur die Frequenz U am Ausgang des Tiefpaßfilters 113
zurückbleibt, welche proportional isi der Schallgeschwindigkeit
in Sfomaufwärtsrichtung sowie die Frequenz /2 an dem Ausgang des Tiefpaßfilters 114,
welche proportional ist der Schallgeschwindigkeit in Richtung stromabwärts.
NunmehV soll die Wirkung des Zeiteichkreises anhand von F i g. 7 erläutert werden. In den Festwert-
Programm eingegeben, das eine Zahl darstellt, welche
einer gewünschten Eichung der Datenimpulse aus der Kippschaltung 120 entspricht. Diese Zahl aus dem in
dem ROM 125 enthaltenen Programm wird einem Addierer 126 präsentiert. Die S-imme der Programmzani
und der Zahl aus dem Speicher 130 wird an den Eingang der Sperre 129 geleitet. Der nächste Datenfrequenzimpuls,
welcher die Sperre 129 erreicht, überträgt die Summe aus dem Addierer 126 über die Sperre 129
auf den Akkumulator 130. Dieser letztere Wert wird zu dem schon in dem Akkumulator 130 vorhandenen Wert
addiert und augenblicklich zu dem Addierer 126 zurückgesandt. Der gespeicherte Wert und die Zahl aus
dem Programm in dem ROM 125 werden addiert, und die Summe wird sogleich unmittelbar dem Eingang der
Sperre 129 zugeführt. Die nächste Ankunft eines Datenfrequenzirhpulses überträgt die neue Summe auf
den Sammler 130 wie vorher.
Die normale Flußrichtung veranlaßt den Auf/Abzähler in dem Mengenmeß-Kreis eine Aufrechnung
durchzuführen und die Strömungsmenge an der Anzeige 141 wiederzugeben, bis der Auf/Abzähler 138
709 640/273
IB
zurückgestellt wird. Im Falle einer Flußrichtungsumkehr
verursacht das Signal, das aus dem Exklusiv-ODER-Tor
118 kommt, welches mit dem Exkiusiv-ODER-Tor 143 verbunden ist, eine Änderung des Ausgangszustandes
des Tors 143, durch weiche der Auf/Abzähler 138 so s eingestellt wird, daß er nach abwärts zählt. Die Anzeige
141 zeigt dann eine Abnahme der Strömungsmenge bis diese den Wert Null erreicht. An diesem Punkt wird ein
Borgsignal zu dem Multivibrator 142 gesandt, was zur Folge hat, daß ein Minuszeichen auf der Anzeigetafel
141 erscheint, und einen der Eingangszustände am Tor 143 ändert. Dadurch wird der Ausgngszustand des Tors
143 zurückgestellt und der Zähler 138 dazu gebracht, wieder zu der Arbeitsweise Aufrechnen zurückzukehren.
Die Aufrechnung wird der Anzeigetafel 141 zugeleitet, wo infolge der Anwesenhei* des Minuszeichens
die rückfließende Strömungsmenge Gesamtfluß angezeigt wird.
Bei einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung (Fig. 12) ist die vorher beschriebene
Syntheseeinheit 18 nicht vorhanden. Diese abgewandelte Ausführungsform enthält alle Merkmale der Schaltung
wie vorher beschrieben, benutzt aber zwei getrennte spannungsgesteuerte Oszillatoren, um Gegenstrom-
und Mitstromfrequenzen zu erzeugen. Wie Fig. 12 zeigt, ist eine Sende/Empfangseinheit 201
vorhanden, wekhe Signale zu den in Verbindung mit dem strömenden Medium sielenden Wandlern 202 und
203 in der Warn! ng des K >hrs 204 sendet oder von
-' -sen Wandlern empfängt. Das empfangene Signal
wird einem Phasen-Detektor 206 zugeführt, der wiederum Früh- und Spat-Signale zu einer Steuereinheit
207 wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform leitet. Die Ausgangssignale aus dem ersten und zweiten
Integrator der Steuereinheit 207 werden einem ersten und einem zweiten spannungsgesteuerien Oszillator
(VCO 208 bzw. 209 zugeleitet. Die Ausgangsfrequen/en /i und Z2 aus dem VCO1 208 und dem VCO2 209 werden
zu der Steuereinheit 207 zurückgeführt und in gleicher Weise wie bereits anhand von Fig.4 im Zusammenhang
mit der Steuereinheit 17 beschrieben benutzt, und sie werden außerdem einem Gegentaktmodulator 211
zugeleitet, der die Summen- und die Differenzfrequenz hervorbringt, welche der Schallfortpflanzungsgeschwiniligkeit
bzw. der Strömungsgeschwindigkeit proportional sind. Die Ausgangsfrequenzen des Modulators 211
werden zu dem Hochpaßfilter 212 und dem Tiefpaßfilter 213 gesandt, welche die Träger- und Modulationsbestandteile
in den Summen- und Differenzfrequen/en beseitigen.
Das vorstehend beschriebene System erwies eine Meßfähigkeit bei Rohrdurchmessern bis herab zu 1/8
Zoü = 3.175mm, wobei Strömungsgeschwindigkeitsmessungen bis herab zu 0,008 Fuß pro Sekunde =
0,0024384 m/sec und eine Auflösung der Schallgeschwindigkeit von einem Teil in 5000 möglich waren.
ilierzu 10 Blatt Zeichnmmen
Claims (8)
- Patentansprüche:!. Schaltungsanordnung zum Ei mitteln physikalischer Größen strömender Medien nach der Ultraschallmethode, bei der über eine Meßstrecke abwechselnd Schallinipulse in zueinander entgegengesetzten Richtungen gesendet bzw. empfangen werden und bei der ein Phasendetektor /um Ermitteln der Verschiebung zueinander gehörender Sende- und Empfangsimpulse vorgesehen ist, welcher die Frequenz mindestens eines spannungsgesteuerten Oszillators beeinflußt, wobei gleich/eilig mit jedem gesendeten SchalliüiptiK ein verzögerter Bezugsinipuls ausgelost wird, der eines der beiden Eingangssignal des Phasendetektors ist. dessen anderes Eingangssignal der zugehörige Schallimpuls ist. gekennzeichnet durch zwei Kanäle {69, 70). denen vom Ph1 sendetektor (16) aus ein Friihsigni'l. wenn der empfangene Schallimpuls vor dem Bezugsimpuls eintrifft, und ein Spätsignal, wenn der empfangene Schallimpuls später als das Bezugssignal eintrifft, unter Berücksichtigung der Stromaufwart« oder Stromabwärts -Senderkühlung zugeführt werden, und an denen aufgrund dieser als Emgangswerte zugeführten Früh- bzw. Spätsignale durch Int -gration mittels Integrationsgliedern (7J, 76) Spann jngsniveaus gebildet werden (F i g. 4).
- 2. .c leitungsanordnung nach Ap-pruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß d.e be:den Spannungsniveaus in einem Summationsglied (93) summiert werden und die Spannungssumme einen einzigen spannungsgesteuerten Oszillator (19) steuert, dessen Ausgangsfrequen. der Schallgeschwindigkeit entspricht (F-ig. 5)i
- 3. Schaliungsanoi Jnung .(ach Anspruch 2. dadurch gekennzeichne', daß aus ieiden .Spannungsniveaus eine der Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Datenfrequenz gebildet wird, die durch Mischung mit der Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (f9), zwei je einer Senderichtung zugeordnete Frequenzen (Zi, F2) zur Bildung des verzögerten Bezugssignals ergibt (F i g. 5).
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Summat;onsglied aus einem Widerstandsnetzwerk (R1, Ri, R2i) mit einem nachgeschalteten Integrationsglied (94) besteht, das eine größere Zeitkonstante hat als die Integrationsglieder in den beiden Kanälen (Fig. 6).
- 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Datenfrequenz zwei integrationsglieder (!02,103) vorgesehen sind, die abwechselnd mit dem einen oder dem anderen Spannungsniveau mit unterschiedlichen Vorzeichen über ein Umschaltglied (101) gespeist werden, und daß die Umschaltglieder in Abhängigkeit davon umgcschalici wciiicii, daß der Äusgangswert des jeweils anderen Integrationsgliedes einen vorbestimmten Schwellwert erreicht (F i g. 5).
- 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der beiden je einem verzögerten Bezugssignal entsprechenden Frequenzen die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (19) mittels eines Teilers (96) in zwei um 90° versetzte Hilfsfrsquenzen zerlegt wird, die je für sich mit einer der beiden Datenfrequenzen in dem Mischer (112) gemischt werden (F i g. 5).
- 7.SchaIti igsanordr ung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsniveaus je einen spannungsgesteuei ten Oszillator {208, 209) steuern, deren Ausgangsfrequenzen je eine der d.'n beiden Meßrichtungen zugeordneten Ver/ogerungs/eiten der Be/ugsinipulse bilden und gleichzeitig durch Mischung Summen- bzw. Differenzfre qiien/en bilden, weiche der Schallgeschwindigkeit bzw. der Strömungsgeschwindigkeit entsprechen (Fig. 12).
- 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Eingängen eines Pha ,endetektors (117) die vor je einem der Integralionsglieder (102, 103) angegebenen Datenfrequenzen liegen und an dessen Ausgang ein cül Strömungsriehuing anzeigendes Signal abnehmbar ist (Ii g. 5).l). Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 —S. dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Kanälen ein Ala.mglied in der Form eines monostabilen Multivibrators (77) zugeordnet ist. der in Abhängigkeit von der abwechscliulon Zufuhr der f ruh bzw. Spätsignale in den beiden Kanälen (69, 70) ang'-jieueri wird, und der Alarm auslöst, wenn innerhalb seiner Rückstellzeil keine Austeuerung erfolg! (F ig.4).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732333971 DE2333971C3 (de) | 1973-07-04 | Schaltungsanordnung zum Ermitteln physikalischer Grossen strömender Medien nach der Ultraschallmethode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732333971 DE2333971C3 (de) | 1973-07-04 | Schaltungsanordnung zum Ermitteln physikalischer Grossen strömender Medien nach der Ultraschallmethode |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2333971A1 DE2333971A1 (de) | 1975-02-13 |
DE2333971B2 DE2333971B2 (de) | 1977-02-17 |
DE2333971C3 true DE2333971C3 (de) | 1977-10-06 |
Family
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