DE2333971C3 - Schaltungsanordnung zum Ermitteln physikalischer Grossen strömender Medien nach der Ultraschallmethode - Google Patents

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 Au^fwärtszustand 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-

JI'tlLll^l IHUKl I \~ltU VlIfT IlltflllUt TI X*.«S WIIU \-lll

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)

1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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).