DE2427373C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Stellung des Schwebekörpers im Meßrohr eines Schwebekörper-Durchflußmessers Rota Apparate- und Maschinenbau Dr. Hennig KG, 7867 Wehr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Stellung des Schwebekörpers iin Meßrohr eines Schwebekörper-Durchflußmessers, wobei die Laufzeit von durch einen in bezug auf das Meßrohr fest angeordneten Sender in periodischer Folge ausgesandten und von dem Schwebekörper reflektierten Schallimpulsen bis zu deren Eintreffen am Sender gemessen wird und wobei die Auslösung der Schallimpulse durch ein Auslösesignal hervorgerufen wird, welches von der Laufzeit der Schallimpulse abhängt. Im allgemeinen besteht ein Schallimpuls aus einem hochfrequenten Wellenzug.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Es ist grundsätzlich allgemein bekannt, Laufzeiten durch Frequenzvergleiche zu bestimmen, indem ein Vergleich mit der Netzfrequenz oder einer anderen bekannten konstanten Frequenz di rchgeführt wird. Derartige Frequenzvergleichsverfahren arbeiten entweder direkt mit der Netzfrequenz oder einer daraus abgeleiteten Frequenz, es sei denn, daß eine geeignete konstante Frequenz in der Meßeinrichtung selbst erzeugt wird. Der hierzu erforderliche gerätetechnische Aufwand ist jedoch verhältnismäßig hoch.

Weiterhin ist aus der deutschen Aasle^eschrift 41 731 ein auf die Übertragungsgeschwindigkeit von

<>5 akustischen Energien in einem fluiden Medium ansprechendes Gerät mit einem eleklroakustischen Scnde-Empfangs-Wandler und einem Reflektor für ein akustisches Signal bekennt. Dieses Gerät dient dazu,

elastomechanische oder akustische Eigenschaften von fluiden Medien zu bestimmen. Bei dieser bekannten Einrichtung ist der Wandler mit eine^n Impulsgenerator verbunden, der eine Eigenfrequenz hat, welche größer ist als die maximale Übertraglingszeit der akustischen Energie zum Reflektor, und der Impulsgenerator ist nach einem Zyklus der Übertragung und Reflexion eines akustischen Energieimpulses triggerbar, um einen weiter?? Zyklus auszulösen, so daß die Frequenz des Pulsgenerators von der Übertragungszeit der akustischen Energie fiber den akustischen Weg zum Reflektor abhängt Bei dieser bekannten Einrichtung wird somit ein akustischer Weg konstanter Länge verwendet, und es können mit diesem Gerät Laufzeitmessungen durchgeführt werden, beispielsweise in Meerwasser, und diese Laufzeitmessungen können zur Charakterisierung an bestimmten Stellen verwendet werden.

Die Wiederholungsfrequenz des Pulsgenerators gibt dabei eine Anzeige für die Übertragungszeit der akustischen Energie längs eines bekannten Weges. Bei dieser bekannten Einrichtung löst somit das Laufzeitende zugleich den Neubeginn einer weiteren Laufzeit aus, so daß direkt eine meßwertabhängige Impulsfrequenz geliefert wird Dieses Verfahren erfordert jedoch eine spezielle Starteinrichtung und eine ständige Überwachung, um bei einem versehentlichen, nicht registrierten Laufzeitende eine weitere Laufzeit in Gang setzen zu können. Eine entsprechende Schaltungsanordnung erfordert somit einen erheblichen gerätetechnischen Aufwand, wenn eine ausreichende Funktionssicherheit gewährleistet sein soll.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 58 030 ein Ultraschallgerät für die Erfassung und die quantitative Bestimmung von Abständen und Abstandsänderungen bekannt Mit dieser bekannten Einrichtung sollen insbesondere bewegliche Grenzflächen im menschlichen Körper ermittelt werden. Dieses bekannte Ultraschallgerät weist eine von den Sendeimpulsen gesteuerte Eichvorrichtung auf, welche künstliche Echoimpulse in einem Zeitabstand von den Sendeimpulsen an einen Verarbeitungsteil abgibt wobei der Zeitabstand auf Grund der Schallausbreitungsgeschwindigkeit im zu messenden Objekt für einen wählbaren Abstand definiert ist Die Eichvorrichtung enthält einen monostabilen Multivibrator mit einstellbarer Zeitkonstante, der von den Ultraschall-Sendeimpulsen getriggert wird und beim Zurückkippen in seinen stabilen Zustand einen künstlichen Echoimpuls an den Verarbeitungsteil abgibt. Aus der Zeitdifferen? zwischen dem Eintreffen eines Sendeimpulses und eines dazugehörigen Echoimpulses bildet der Verarbeitungsteil ein proportionales elektrisches Signal, welches an eine Registriereinrichtung geführt wird. Auch diese bekannte Einrichtung erfordert die Verwendung eines getriggerten Oszillators, der einen erheblichen Schaltungsaufwand bedeutet. Außerdem dient der gerätetechnische Aufwand bei diesem bekannten Ultraschallgerät im wesentlichen dazu, eine Eichvorrichtung aufzubauen, welche als Bezugssignal künstliche Echoimpulse in einem ZeitabstanH von den Sendeimpulsen an einen Verarbeitungsteil liefert, welcher aus der Zeitdifferenz zwischen einem Sendeimpuls und einem empfangenen Echoimpuls ein dem zu messenden Abstand entsprechendes Signal bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich insbesondere dazu eignen soll, die an sich nichtlineare Charakteristik des SchwebekörDer-Durchflußmessers in der Weise zu linearisieren, daß die Anzeige eine lineare Funktion des Durchflusses ist

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein weiteres periodisches Signal mit veränderbarer Amplitude erzeugt wird, dessen Periode sich in einer vorgebbaren Weise mit seiner Amplitude ändert daß die Amplitude des weiteren Signals durch ein von der Laufzeit der Schallimpulse abhängiges Abstimmsignal in jeder Periode derart nachgestellt wird, daß nach

ίο einigen Perioden die Laufzeit der Schallimpulse mit der Periode des Auslösesignals praktisch übereinstimmt daß die Periode des weiteren periodischen Signals als Auslösesignal für die Schailimpulse verwendet wird und daß die Amplitude des Abstimmsignals zur Anzeige der

Stellung des Schwebekörpers verwendet wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Oszillator vorgesehen ist dessen Ausgangssignal dem Sendewandler als Auslösesignal zuführbar ist daß weiterhin ein Kondensator vorhanden ist dessen Ladespannung als Abstimmsignal zur Frequenzsteuerung des Oszillators dient daß die Ladespannung des Kondensators durch Signalimpulse veränderbar ist die in einem Komparator derart erzeugbar sind, daß ihr Zeitintegral jeweils der Differenz zwischen dem Eintreffen eines vom Schwebekörper reflektierten Echoimpulses am Ort des Sendewandlers und dem Eintreffen eines Auslöseimpulses vom Oszillator am Sendewandler proportional ist.

Nach dem Grundgedanken des Erfinders wird somit der zur Laufzeitbestimmung verwendete Schallimpuls, welcher im Meßrohr vom Schwebekörper reflektiert wird, durch eine vorzugsweise elektrisch steuerbare Frequenz ausgelöst Diese Frequenz ist bei einer beispielsweise durch eine Kondensatorumladung erzeugten Dreiecks-Funktion dem Strom direkt und der Amplitude umgekehrt proportional, wobei grundsätzlich der Ladestrom und der Entladestrom verschieden sein können, so lange diese beiden Ströme in einem festen Verhältnis zueinander stehen. Dieser Sachverhalt ergibt sich, wenn eine Konstantstromumladung des Kondensators verwendet wird.

Wenn die Frequenz derart eingestellt wird, daß die Anstiegszeit oder die Abfallzeit der Dreiecksschwingung der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und dem Eintreten des Echos gleich sind, wird die gesamte Periodendauer der Auslösefrequenz ein Maß für den gesuchten Abstand zwischen dem Sender und der reflektierenden Fläche am Schwebekörper. Wenn vorzugsweise der Anstieg und der Abfall der Dreiecksschwingung gleich lang gewählt werden, so trifft das zweite Echo mit dem folgenden Schallimpuls und dessen erstes Echo wiederum mit dem dritten Echo des vorangegangenen Schallimpulses zusammen und so weiter, so daß auf diese Weise Störeinflüsse von früheren Echos zuverlässig vermieden sind, was insbesondere bei halbierter Oszillatorfrequenz gewährleistet ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die unabhängig von der Amplitude und dem Strom weiterschwingende und lediglich zu ihrer Periodendauer variierbare Auslösefrequenz auch dann einen neuen Schallimpuls absendet, wenn kein vorausgegangenes Echo registriert wurde. Außerdem steht vor dem Ablauf der GesamtDerioden-

dauer eine Zeit zur Verfügung, die zur Nachsümmung der Auslösefrequenz auf den zu messenden Abstand ausgenutzt wird.

Es kann nämlich vorteilhafterweise beim Eintreffen des Echos vor dem Ablauf der ersten Auslösehalbwelle deren Dauer verkürzt werden, und zwar jeweils um einen Betrag, welcher derjenigen Zeit entspricht, die zwischen dem Echoimpulsbeginn und dem ersten Halbwellenende verstreicht. Schaltungstechnisch läßt sich diese Maßnahme vorteilhaft dadurch verwirklichen, daß ein die Amplitude bestimmender Kondensator durch einen Konstantstrom von einem ersten eintreffenden Echoimpuls ab bis zum Halbwellenende entladen wird und von einem ersten Halbwellenende ab bis zum Echoimpulsbeginn aufgeladen wird. Auf diese Weise ist die Kondensatorspannung dem Abstand zwischen der Membran des Schallsenders und der reflektierenden Fläche des Schwebekörpers proportional. Falls eine reziproke Proportionalität zweckmäßig ist, kann an Stelle der Spannung in analoger Weise auch der Strom beeinflußt werden, welcher die Auslösefrequenz bestimmt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wekerhin der außerordentliche Vorteil erreichbar, daß die vom Hause aus nichtlineare Charakteristik des Schwebekörperdurchflußmessers in besonders einfacher Weise linearisiert werden kann. Eine solche Linearisierung läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht durch eine feste Grundverzerrung erreichen, welche entweder dem Abstimmsignal oder auch dem Auslösesignal aufgeprägt wird. Dabei kann diese Grundverzerrung, durch welche die nichtlineare Charakteristik des Schwebekörperdurchflußmessers ausgeglichen wird, grundsätzlich auch über die Linearität hinaus in eine umgekehrte Verzerrungsart verschoben werden. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine quadratische Anzeigecharakteristik leicht erreichen.

Weiterhin erweist es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft, daß der Meßwert als Spannung oder als Strom direkt zur Anzeige zur Verfügung steht, so daß der Meßwert mit Hilfe von handelsüblichen und preiswerten Geräten mit hoher Genauigkeit angezeigt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung in Verbindung mit einem schematisch dargestellten Schwebekörper-Durchflußmesser,

Fig.2 verschiedene Grundfunktionen zur Erläuterung der Arbeitsweise der in der F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform einer Oszillatoranordnung,

Fig.4 eine schematische Darstellung von Potentialverläufen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß F i g. 3,

F i g. 5 eine Schaltungsanordnung zur Korrektur der Charakteristik des Schwebekörper-Durchflußmessers,

F i g. 6a bis 6d verschiedene Schaltungsbeispiele zur Erläuterung der Arbeitsweise der in der Fig.5 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig.7 ein Prinzipschaltbild für eine korrigierbare Konstantstromerzeugung,

F i g. 8 ein Prinzipschaltbild einer in Abhängigkeit von der Amplitude frequenzkorrigierten Oszillatoranordnung und

F i g. 9 ein Prinzipschaltbild eines impulsgesteuerten Oszillators.

Die F i g. 1 zeigt eine Anordnung, in welcher ein Schwebekörper-Durchflußmesser mit einem Ultraschall-Sender S ausgestattet ist, dessen Membran den Abstand a_o-a von der schallreflektierenden Oberfläche des Schwebekörpers SK besitzt, welcher seinerseits bei einer Geschwindigkeit ν des strömenden Stoffes zwischen dem Sender S und dem Schwebekörper SK um den Betrag a aus der Ruhelage angehoben ist. Der Sender S erhält über einen Leistungsverstärker L etwa

ίο je Periodendauer Mf durch den Oszillator 10 einen »Knall«-Impuls, wobei mit dem zugeführten Konstantstrom /, der Kondensatorspannung Uc und dem Proportionalitätsfaktor ρ sich die Frequenz f — ρ ■ UUc ergibt Bezeichnet v$ die Schallgeschwindigkeit im Meßstoff, so benötigt die »Knall«-Welle die Zeit

(ao-a)/(v_s-v)

für den Hinweg und
20

(a₀ - a)/(v_s + v)

für den Rückweg, insgesamt daher

2-(O₀

a)-rs¹-(I -

was bei einem gegenüber eins kleinen Verhältnis v/vs praktisch bedeutet: 2 · ^a₀ — a)/vs Die nach dieser Zeitspanne eintreffende Echowelle wird im Verstärker V verstärkt, bevor eine anschließende Auswertungs-Schaltung kontrolliert, ob der erhaltene Wert mit der Oszillatorfrequenz korrespondiert; falls dies nicht der Fall ist, wird durch einen entsprechend langen Stromimpuls der Kondensator C um einen solchen Betrag umgeladen, daß die Diskrepanz sich vermindert und nach wenigen Perioden vernachlässigbar klein ist Dann gilt

Ud(p ■ I) = !//proportional · (a„ - a)/v_s und mit im Nullpunkt

folglich

I) = Mf₀ proportional 2 · O₀/v_s

U = Uo- Ltproportional 2 · a/v_Ä

so daß zwischen U und a eine lineare Proportionalität besteht

In der F i g. 2 sind die verschiedenen Grundfunktionen schematisch dargestellt, wie sie sich bei einei Anfangsabweichung von 40% zwischen 1st- unc Sollwert und einer Öberregelung von 25% ergeben. Da: dabei angewandte Prinzip, die halbierte Oszillatorfre quenz (mittlere Zeile) zu verwenden, bietet den Vortei daß einerseits im abgeglichenen Zustand (ab Echo 2

über genau gleich große Teilperioden zu verfügei womit etwaige schwache Mehrfach-Echos n + 1 av früheren Starts als π stets unter den stärkeren Echos ai dem Start η untergehen, während andererseits am vermieden wird, daß der die Kondensatorspannung I

ändernde Stromimpuls seine eigene Dauer beeinflußt

Im einzelnen löst gemäß F i g. 2 der Start 1 das Echo

aus. das um zwei Zeiteinheiten verspätet eintrifft ui

nun einen positiven Stromimpuls (unterste Zei^!

beendet der ab Halbperiodenschluß wegen des 1

6s dahin nicht eingetroffenen Echos den Kondensator um 24 Einheiten aufgeladen hat An Stelle des richtig Wertes von 2,0 Einheiten wurden 23 Einheiten Beispie', gewählt um zu zeigen, wie unkritisch e

Übersteuerung ist. Aus der wegen des Konstantstroms / stets gleichen Dreieckskurvensteilheit der Oszillatorfrequenz erfolgt nach dem Start 2 ein verfrühtes Eintreffen des zugehörigen Echos um 0,5 Einheiten bei einem über den gesamten Betrachtungszeitraum unverändert ange- s nommenen Meßwert a. Das während der ersten Halbperiode etwa verfrüht eintreffende Echo vermindert bis zu dem Ende der Halbperiode die Spannung Uc mittels eines negativen Stromimpulses um 0,5 Spannungseinheiten, wonach eine Synchronisation erreicht ist, und die Echos zeitlich genau immer in die Mitte zwischen zwei benachbarten Starts fallen. Träte hingegen beispielsweise bei der negativen Steuerung gleichfalls ein Fehler von 25% auf, so betrüge die Abweichung anschließend 0,125 Einheiten nach unten und weiter +1/32, -1/128, +1/512, -1/2048 usw. Eine solche sich auf den Sollwert einpendelnde Überregelung erreicht gegenüber der sich asymptotisch nähernden Unterregelung im Mittel schneller den Sollwert.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann leicht die Charakteristik des Schwebekörper-Durchflußmessers berücksichtigt werden, daß nämlich kein linearer Zusammenhang zwischen dem Durchfluß und der Auslenkung a in F i g. 1 besteht. Vielmehr muß die Linearität mit Zuhilfenahme geeigneter Einrichtungen hergestellt werden. Hierzu läßt sich eine Version der in der Patentschrift 22 36 598 in der Fig. 3 skizzierten Schaltung einsetzen, die dann aus der unkorrigierten eine korrigierte Meßgröße liefert, welche der Auslenkung a gemäß Fig. 2 proportional ist. Mit größerem Vorteil läßt sich beispielsweise eine Korrekturstufe wie die in der Fig. 1 gestrichelt schematisch dargestellte Korrekturstufe 12 einsetzen, die von der Spannung U her den Strom / beeinflußt. Ebenso sind weitere Möglichkeiten der Linearisierung gegeben, wie Uc dem Oszillator korrigiert zuzuführen.

Ebenso wie U kann auch / vom Stromimpuls gesteuert werden, wobei dann U den Ausgang der Korrekturschaltung bildet.

Zur Vermeidung eines direkten Kontaktes mit dem Meßstoff kann der Schallkopf des Schallsenders 5 von außerhalb des Schwebekörper-Durchflußmessers vorteilhaft über eine Flüssigkeit als Schallkoppler (wärmeisolierend) wirken.

Soll der Austritt des Stoffs sich von oben her über dem Meßrohr in Verlängerung des unteren Eintritts befinden, so läßt sich der Schallkopf seitlich anbringen und seine Knallwelle über Schallspiegel in die erforderliche Richtung leiten.

Bei der oben angegebenen Einstellung der Oszillatorfrequenz /über den Strom / anstatt über die Spannung U bzw. Uc wird außer dem beabsichtigten Zweck, schaltungs- und einstellungstechnische Vorteile zu erzielen, noch erreicht, daß im Prinzip / sich hierbei reziprok zu Uc verhält, womit leicht erreichbar wird, zwei verschiedene strömende Mengen über einen Hall-Multiplikator nicht nur zu multiplizieren, sondern auch zu dividieren, \ as sich kaskadisch erweitern läßt.

Es lassen sich weiterhin Temperatureinflüsse des Meßstoffes auf den Meßwert eliminieren, wenn durch die zum Beispiel einem Widerstandsthermometer mitgeteilte Temperatur / oder Uc geeignet beeinflußt wird. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können letztlich beliebig geartete Distanzen gemessen werden, so lange nur ein Schallecho möglich ist

Ebenso ist die Erfindung grundsätzlich zur direkten Messung strömender Stoffe über die Strömungsgeschwindigkeit und aus ihr abgeleiteter Größe wie den Durchfluß und durch Integration des Durchflusses über die Zeit die Menge innerhalb einer oder mehrerer fester Distanzen einsetzbar.

Analog lassen sich die Schallgeschwindigkeit selbst sowie aus ihr abgeleitete Größen, z. B. die Dichte, bestimmen.

Wie schon dargelegt wurde, bestehen zwei prinzipiell verschiedene Möglichkeiten, eine durch Spannungsamplitude und Ladestromstärke bestimmte Kondensator-Oszillator-Frequenz elektrisch zu steuern. Wird nämlich die Spannung variiert, so folgt ihr die Periodendauer linear-proportional, während dieselbe Periode in reziproker Proportionalität mit dem Strom verknüpft ist Im allgemeinen wird der erste Fall besonders bei Distanzmessungen interessieren, der andere etwa mehr für Geschwindigkeitsermittlungen.

Findet ein Oszillatorprinzip gemäß Fig.3 Anwendung, das mit zwei Unijunktion-Transistoren gute Temperaturkonstanz gewährleistet, so bieten sich in erster Linie die folgenden kombinierten Spannungs- und Stromsteuerungen für die Periodendauer an:

1 ./ =7= T_A + T_n

= (&.„· U₄ + k_B ■ U_B) ■ (1 // ₄ + 1 il_B) ■ K .

VA	7 :	Vb-	= const	U
Va	= U.	vR	= V4 -	U
vA	= const.	Vb	= Ua +	υΛ
vA	= const.	Vb	= U -
vA	= const.	VH

/., = /. /„ = const:

I₄ = const. I_B = I₄-I:

I_A = const. I β = /₄ + /:

I₄ — const. I_B = I — 1₄.

Die hieran anzuschließende Korrektur- oder Linearisierungsschaltung kann zur Vereinfachung des Trimm-Vorgangs gegenüber der in der Patentschrift 22 36 598 Fig. 3, dargestellten Anordnung durch Ersetzen der r Transistoren Ti bis T_n durch npn-Typen derart abgeändert werden, daß beim höchsten Meßwert alk Transistoren gesperrt sind, wobei dann die Gesamtkon stante oder Durchschnittssteilheit des geforderter Zusammenhanges einstellbar ist Auch können npn-Ty pen für Γι bis T_m und pnp-Transistoren für T_n* 1 bis 7; verwendet werden, wie es das F.intrimmschema dei Fig.5 im Prinzip wiedergibt insbesondere halb unc halb, d. h. η = 2 · m, wonach dann, wenn untereinandei gleiche R\ bis R_n, und R_n,* 2 bis R_n vorausgesetzt sind was bei angenähert linearen Zusammenhängen häufig von Vorteil ist die erwähnte Gesamtkonstanten-Ein stellung in die Mitte des Bereichs zu legen ist.

In der F i g. 6a bis 6d sind fünf Beispiele aus denkbarer Beschallungen eines Schemas nach F i g. 5 dargestellt während die weitere Beschreibung sich darauf bezieh!

709 6ClR/ Vi

'Wt

eine geeignet korrigierbare Konstantstrom-Erzeugung für den Oszillator nach F i g. 3 und 4 zu schaffen.

Hierzu zeigt Fig. 7 eine Konstanthaltung des Stromes / mittels eines Operationsverstärkers oder !Comparators, in der wegen stets zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang sich einstellender Spannungsdifferenz Null die Beziehung

wobei der Ausdruck sich für RJ, = 0 (was trotz der vorangegangenen Rechenoperationen das Ergebnis ίο nicht verfälscht) vereinfacht zu

fuhren sie auf

(R_h- R'_h)-(I₂ +I₂)
= (Κ* +K_b)-(1 - 2 .\) /_x

+ K_h!K_a+2) v..

Ra- h + Uz= R₁'- /l'

Rb- h= Uz+ Rb ■ h'

gilt. Zudem fließen
Stellung zwischen
offenbar aus
α- · Λ, so daß

in aas Potentiometer P, dessen A=O und χ = 1 regulierbar ist, und W die Ströme (1 - x) ■ Ix bzw.

I\

Ii + x ■ A

ist. Damit wird aus der Anfangsbeziehung

R · I₂ + R_a ■ (1 - x) ■ I_x + U₂ ---- R'_e-li+R'_t- x ■ I_x

h = U₇, + R_a ■ (1 - χ) · /, - R₁, ■ χ ■ I_x

was in der Potentiometer-Mittelstellung χ = 'I₂ offensichtlich für R„ = R'_a nicht mehr von I_x abhängt.

Somit bestehen die beiden Gleichungen

/;-/,=(!- 2· x)- I_x+ U₇JR₁,

I₂-I₂- RJR' = - U_xIR'_b

I₂ ■ RIlR₁, - I₁= - U₇JRb . aus denen sich

{R_bIR'_b- D-Z₂ = (1-2· x) I_x + (MR_a+\lR'_h)U_x und

(1 - R'_hIR_b) ■ I₂ = (1 - 2 ■ x) · I_x + {MR, + !//*„) · V₁

ergeben.

Umgeschrieben als

-2· x) ·

und
(R_h-R'_b)l2 = *V⁽¹ -2· χ)·/,+ (*„/

I₂ _ V₁ = I = (l - 2 · x) ■ I_x + (1R₀ + 2!R_h) · V₁.

wobei dieser Strom folglich in der Potentiometerstellung A = 1/2 von /, unabhängig ist, wie bereits gezeigt wurde, in χ = 0 um /, größer und in χ = 1 um denselben Betrag kleiner wird. Um dabei /immer positiv zu halten, kann entweder Λ genügend klein gewählt werden, oder eine Bereichs-Einschränkung durch Vorwiderstände für P durchgeführt wenden. Im übrigen ist unter Verlust an Gpnauigkeit die höher eingezeichnete der beiden Z-Dioden entbehrlich oder bei Ab' = O die untere.

Diese Anordnung ermöglicht es, einen Oszillator nach

2s F i g. 3 dergestalt durch korrigierten Konstat.tstrom zu steuern, daß von einer bestimmten Amplitude an aufwärts ständig weitere I_xp zugeschaltet werden, die nach der Stellung x_p der Potentiometer P_p sich dem konstanten Grundstrom

(1/Ä. + 2IRb) ■ Ud

— mit Ud als Diodenbrennspannung — (mehr oder minder additiv oder subtraktiv) überlagern und so die Steigung der Potentialverläufe und damit bei unveränderten Spannungen Ua und Ub die Frequenz beeinflussen, wie es das Prinzipschema der F i g. 8 wiedergibt. Dort üben offenbar alle jene IVi bis W_p eine Wirkung aus, deren zugehörige Ti bis T_n Basisspannungen an Bi

bis Bp aufweisen, die höchstens der Schwingungsamplitude im Punkte ßdes Kondensators K gleich sind; denn wegen Ersetzens der Z-Dioden durch gewöhnliche Dioden liegen wegen D₂ die Endpunkte ader Potentiometer um einen vergleichbaren Betrag über dem Potential von B wie die Emittoren der gezündeten Transistoren Tüber deren Basisspannungen. Zum Pol A hingegen fließt ein durch den Trimmer / mit seinem Begrenzungswiderstand /'einstellbarer Konstantstrom so daß die eine Teilperiode justierbar und die andere

korrigierbar ist; diese Methode zeichnet sich durdi besondere Übersichtlichkeit aus. Bezüglich der Hilfs- spannung Uh ist dabei zu beachten, daß die an B₁ liegende Spannung, vermehrt um Au · Ua aus der Potentialverläufen der F i g. 4, nicht größer sein darf al:

ss die zulassige Basis-Emitter-Sperrspannung der Transistoren, wenn der Einsatz gleicher Typen angenommer wird. Im Bereich positiven Potentials des Kondensator pols B bietet somit das in der Fig.8 angegeben« Schaltschcma die Möglichkeit, den linearen Zusammen

no hang /wischen Ub und der Oszillationsperiode Schrit für Schritt, beginnend bei Pi als bei hinreichend kleine Amplitude allein wirksamen Eingriff, mit wachsende Amplitude «Hein wirksamen Eingriff, mit wachsende Amplitude in der geforderten Weise zu korngieren.

6<i Da» Schema der F i g. 9 enthält eine Schaltungsanord nung für die Realisierung der Funktionen von Oszillatoi Konstantstromerzeugung. Korrekturfunktion um Stromimpulsformung gemäß Fig. 1. Neben den bereit

beschriebenen Bauelementen und Anordnungen sind vor allem enthalten ein Operationsverstärker 3 zur Erzeugung der Hilfsspannung Un mittels Ru und der Stabilisatordiode Si. wobei

I/o - Uη und U_A - Uh

U₀

gilt, ein weiterer Operationsverstärker 4 zur Übertragung der Frequenzsteuerspannung i/raus das belastbare Ub = Uc und ein weiterer Operationsverstärker 5 zur Ansteuerung des Ausgangstransistors T_A mit Basiswiderstand Rb über Z, was die Forderung nach mittlerer Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 5 erfüllt, der wie die übrigen an einer Betriebsspannung von 24 V liegt. Die Stellung y des an Ub = WrHegenden Potentiometers P_M bestimmt den Maßstab des zwischen M₊ und M- über den Meßwiderstand Rm fließenden Meßstroms

Im ■ Rm = U, - y ■ U_c
/.v, = (U -y· t/r)/ÄM.

Die Stabilisatordiode 5j gestattet die Beobachtung des Linearisierungsstroms L_L aus allen Kollektoren dei Transistoren Γι bis Γιο durch einen sie zwischen L unc -12 V überbrückenden Strommesser. Insbesondere wird so der Einsatzpunkt des ersten Transistors T ermittelbar.

Die von der Auswertung gelieferten Spannungsim pulse positiver oder negativer Polung legen E₊ ar +12 V oder E- an — 12 V, so daß während ihrer Dauei der Kondensator C durch einen von Äs und S3 bzw. S. bestimmten Konstantstrom gemäß dem untersier Verlauf in der F i g. 2 aufgeladen bzw. entladen wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Stellung des Schv^ebekörpers im Meßrohr eines Schwebekörper-Durchflußmessers, wobei die Laufzeit von durch einen in bezug auf das Meßrohr fest angeordneten Sender in periodischer Folge ausgesandten und vor dem Schwebekörper reflektierten Schallimpulsen bis zu deren Eintreffen am Sender gemessen wird und wobei die Auslösung der Schallimpulse durch ein Auslösesignal hervorgerufen wird, welches von der Laufzeit der Schallimpulse abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres periodisches Signal mit veränderbarer Amp'itude erzeugt wird, dessen Periode sich in einer vorgebbaren Weise mit seiner Amplitude ändert, daß die Amplitude des weiteren Signals durch ein von der Laufzeit der Schallimpulse abhängiges Abstimmsi gnal in jeder Periode derart nachgestellt wird, daß nach einigen Perioden die Laufzeit der Schallimpulse mit der Periode des Auslösesignals praktisch übereinstimmt, daß die Periode des weiteren periodischen Signals als Auslösesignal für die Schallimpulse verwendet wird und daß die Amplitude des Abstimmsignals zur Anzeige der Stellung des Schwebekörpers verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Auslösesignal verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannung als Auslösesignal verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstrom als Auslösesigna! verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sägezahnschwingung als Auslösesignal verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigende und die abfallende Flanke der Sägezahnschwingung gleich stabil verlaufen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des als akustisches Auslöse^rignal dienenden hochfrequenten Wellenzuges in der Größenordnung von einem Megahertz liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösefrequenz für die Schallimpulse gleich der halben Frequenz des Auslösesignals ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Abstimmsignals durch ein Korrektursignal derart beeinflußt wird, daß der funktionale Zusammenhang zwischen dem Weg des Schwebekörpers über die Länge des Meßrohres und der Größe des Abstimmsignals eine vorgebbare Charakteristik hat.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal eine solche Funktion der Schwebekörperstellung ist, daß ein linearer Zusammenhang zwischen der Schwebekörperstellung und der Größe des Abstimmsignals erreicht ist.

11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, daß ein Oszillator (10) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal dem Sendewandler (S) als Auslösesignal zuführbar ist, daß weiterhin ein Kondensator (C) vorhanden ist, dessen Ladespannung (Uc)'als Abstimmsignal zur Frequenzsteuerung des Oszillators (10) dient, daß die Ladespannung (Uc) des Kondensators (C) durch Signalimpulse veränderbar ist, die in einem Komparator derart erzeugbar sind, daß ihr Zeitintegral jeweils der Differenz zwischen dem Eintreffen eines vom Schwebekörper (SK) reflektierten Echoimpulses am Ort des Sendewandlers (S) und dem Eintreffen eines Auslöseimpulses vom Oszillator (10) am Sendewandler ßy proportional ist

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendewandler (S) mit der halben Frequenz des Oszillators (10) auslösbar ist

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsverstärker (L) zwischen dem Oszillator (10) und dem Sendev, andler (SJ angeordnet ist

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß dem Oszillator (10) eine Korrekturstufe (12') vorgeschaltet ist, durch welche dem Oszillator (10) ein derart korrigiertes Abstimmsignal zuführbar ist, das zwischen dem resultierenden Abstimmsignal (Uc) und dem Schwebekörperausschlag eine vorgebbare funktionale Abhängigkeit besteht.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionale Abhängigkeit linear ist.