DE2530202A1

DE2530202A1 - Geraet zur ultraschallmessung der stroemungsgeschwindigkeit von stroemenden medien

Info

Publication number: DE2530202A1
Application number: DE19752530202
Authority: DE
Inventors: Alvin Edmund Brown; Niels Thun
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-07-05
Filing date: 1975-07-05
Publication date: 1977-01-20
Also published as: NL7607284A; NL181147C; FR2317656B1; GB1551743A; JPS5754729B2; US3981191A; NO762156L; CH612763A5; NO142765C; IT1071116B; NO142765B; SE407860B; GB1551744A; JPS529477A; SE7607503L; FR2317656A1; DE2530202B2; DK302576A

Description

Gerät zur Ultraschallmessung der Strömungsgeschwindigkeit

von strömenden Medien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Ultraschallmessung der Strömungsgeschwindigkeit von strömenden Medien, mit wenigstens einer mit zwei Ultraschallvandlern versehenen, zumindest mit einer Komponente in Strömungsrichrung verlaufenden Meßstrecke, über die Ultraschallsignale abwechselnd stromaufwärts und stromabwärts gesendet v/erden, mit einer auf der Empfangsseite angeordneten Vergleichsanordnung, der einerseits dem Empfangszeitpunkt der Ultraschallsignale zugeordnete Ankunftssignale und andererseits gegenüber dem SendeZeitpunkt verzögerte Bezugssignale zuführbar sind und die Früh- bzw. Spätsignale abgibt, wenn die Ankunftssignale früher bzw. später als das jeweilige Bezugssignal eintreffen, mit einer Steuerschaltung, die in logischen Gliedern in Abhängigkeit von der Senderichtung auftretende Aufwärts- und Abwärtssignale mit den Früh- und Spätsignalen verknüpft und wenigstens zwei in Abhängigkeit hiervon gesteuerte Signalniveaugeber zur Erzeugung von zwei der Senderichtung zugeordneten Steuersignalen aufweist, und mit mindestens einem von den Steuersignalen gesteuerten Zeitgeber, insbesondere einem Oszillator mit nachgeschaltetem Impulszähler, zur Gewinnung des Bezugssignals.

Bei derartigen Geräten wird die Laufzeit eines stromabwärts über die Keßstrecke gesendeten Ultraschallsignals mit der Laufzeit eines stromaufwärts über die Keßstrecke gesendeten Ultraschallsignals verglichen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist dann proportional der Differenz und die Schallgeschwindigkeit im strömenden Medium proportional der Summe der Laufzeit-Kehrwerte. Wenn die Laufzeit dadurch gemessen wird, daß eine vorbestimmte Zahl der von einem Oszillator mit veränderbarer Frequenz

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abgegebenen Schwingungen gezählt wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit proportional der Differenz und die Schallgeschwindigkeit proportional der Summe zweier der Abwärts-Messung bzw. der Aufwärt s-Mes sung zugeordneten Frequenzen f.. und fp.

Aus DT-OS 2 322 749 ist ein Gerät zur Ultraschallmessung bekannt, bei dem ein spannungsgesteuerter Oszillator bei der Abwärts-Messung eine Frequenz f^ und bei der Aufwärt s-Mes sung eine Frequenz f_? erzeugt. Vom Zeitpunkt der Sendung des Ultraschallsignals an wird eine vorbestimmte Anzahl von Ausgangsimpulsen, ζ. B. 256 Impulse, des Oszillators gezählt und alsdann wird das Bezugssignal abgegeben. Wenn in der Vergleichsanordnung festgestellt wird, daß das empfangene Ultraschallsignal früher auftritt als das Bezugssignal, -wird die Frequenz des Oszillators mittels eines Signalniveaugebers in der Form eines Integrators erhöht, so daß sich der Zeitpunkt des Bezugssignals dem Ankunftszeitpunkt des Ultraschallsignals anpaßt. Tritt das empfangene Ultraschallsignal später auf als das Bezugssignal, wird die Frequenz des Oszillators herabgesetzt. Die so abwechselnd ermittelten Frequenzen f.. und f„ werden jeweils in eine Auswerte schaltung überführt, dort bis zum Eintreffen der jeweils anderen Frequenz gespeichert und dann zu den der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Schallgeschwindigkeit entsprechenden Meßdaten verarbeitet.

Aus US-PS 3 780 577 ist ein Gerät der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei dem für beide Senderichtungen je ein Signalniveaugeber vorgesehen ist, dessen Eingängen die Früh- bzw. Spätsignale nur zugeführt werden können, wenn in den zugehörigen logischen

ein

Gliedern gleichzeitig ein Aufwärts- bzw./Abwärtssignal vorhanden ist. Hierbei steht das Signalniveau auch während des Messens in der jeweils anderen Senderichtung zur Verfügung. Durch Summierung und anschließende Integrierung der Signalniveaus erhält man eine Spannung zur Steuerung eines Oszillators, dessen Ausgangsfrequenz als Maß für die Schallgeschwindigkeit gewählt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit wird dadurch gewonnen, daß aus den beiden Signalniveaus mittels Umschaltern, rasch

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arbeitenden Integratoren und Komparatoren Trapezwellen erzeugt werden, die zueinander in Beziehung gesetzt werden. Außerdem wird die Ausgangsfrequenz des Oszillators auf ein Viertel heruntergeteilt und zur Erzeugung der Frequenzen f^ und I^ moduliert. Das Bezugssignal tritt nach jeweils 256 Impulsen der Frequenzen f^ bzw. fp auf.

An die Genauigkeit der Arbeitsweise dieser Geräte werden außerordentlich hohe Ansprüche gestellt. Denn die Laufzeitunterschiede betragen bei den meisten Anwendungsfällen nur 10" oder 10 Sekunden. Um diese Genauigkeit zu erreichen, muß bei den bekannten Geräten ein erheblicher Aufwand getrieben werden. Dies bezieht sich unter anderem auf bestimmte Schaltungskonfigurationen, auf Operationsverstärker hoher Qualität und auf Präzisions-Komponenten. Hierdurch wird das Gerät teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, ein Gerät zur Ultraschallmessung der eingangs beschriebenen Art mit der gewünschten Meßgenauigkeit oder sogar noch größerer Meßgenauigkeit, insbesondere auch der Strömungsgeschwindigkeit, anzugeben, das infolge der Verwendung eines einfachen Schaltungsaufbaus und normaler Komponenten wesentlich billiger hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des ersten Signalniveaugebers als Hauptsignal und der Ausgang des zweiten Signalniveaugebers als Hilfssignal an eine Summierschaltung gelegt ist, in der für wenigstens ein Steuersignal das Hilfssignal zum Hauptsignal addiert und/oder von ihm subtrahiert wird, und daß ein von der Senderichtung gesteuerter Schalter vorgesehen ist, mit dem abwechselnd zwei verschiedene Verzögerungszeiten für das Bezugssignal wirksam gemacht werden. ;

Wenn nur ein,Zeitgeber, z.B. ein Oszillator mit nachgeschaltetem vorhanden ist,

Zähler/ kann der Schalter in der Zuleitung für das Hilfssignal zur Summierschaltung liegen. Dieser Zeitgeber wird daher abwechselnd mit einem Aufwärts-Steuersignal und einem Abwärts-Steuersignal versorgt, so daß das verzögerte Bezugssignal der :

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Ankunftszeit des Ultraschallsignals bei Aufwärts-Messung bzw.
bei Abwärts-Messung angepaßt werden kann«

Bei Verwendung zweier Zeitgeber kann der Schalter zumindest
einem ersten Teil dieser Zeitgeber nachgeschaltet sein. Bei Verwendung von Oszillatoren mit nachgeschaltetem gemeinsamen Zähler
kann dieser Schalter beispielsweise zwischen den Oszillatoren
und dem Zähler liegen.

Bei einem derartigen Aufbau des Geräts ist das Hilfssignal unmittelbar ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Dieses Hilfssignal ist in mindestens einem der beiden Regelkreise wirksam,
die bei der Aufwärts-Messung bzw. bei der Abwärts-Messung gebil- ' det werden. In diesen Regelkreisen wird der Zeitpunkt des Auftretens des verzögerten Bezugssignals mit großer Genauigkeit
dem Ankunftszeitpunkt des empfangenen Ultraschall signals nachgeführt. Auch wenn innerhalb dieser Regelkreise durch einfache
Schaltungsgruppen, billige Komponenten o. dgl. Ungenauigkeiten
auftreten sollten, werden sie durch die Funktion des Regelkreises kompensiert« Infolgedessen hat auch das Hilfssignal und damit die gemessene Strömungsgeschwindigkeit, unabhängig von der Güte der
!verwendeten Komponenten, die gewünschte Genauigkeit. .;

\ Zur Erhöhung der Genauigkeit kann das Hilfssignal vor oder in · der Summierschaltung proportional verkleinerbar sein. Das Hilfs- ! signal ist daher vom zweiten Signalniveaugeber mit einem größeren Proportionalitätsfaktor als das Hauptsignal vom ersten Signal- ;

i j

jniveaugeber abgebbar. Der zweite Signalniveaugeber arbeitet i

j deshalb mit einem verhältnismäßig hohen Ausgangsniveau. Dies >

ist möglich, weil das Hauptsignal und das Hilfssignal getrennt ;

erzeugt und Über getrennte Pfade, die eine unterschiedliche i

Schleifenverstärkung haben können, zur Summier schaltung ge- \

führt werden.

Bei einer Ausführungsform ist das eine Steuersignal durch das I Hauptsignal und das andere Steuersignal durch die Summe oder j Differenz von Haupt- oder Hilfssignal gebildet. Wenn die Laufzeit
durch FreqtieazbildiÄg gemessen wird, entspricht das Hauptsignal

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der Frequenz I^ oder ±₂ und das Hilfssignal der Differenz zwischen diesen Frequenzen, so da3 das Steuersignal abwechselnd f^ oder fp entspricht.j Dies läßt sich nit einer Schaltung erreichen, bei der der erste Signalniveaugeber einen Integrator aufweist, dessen einer Senderichtung zugeordnetem Eingang Frühsignale mit einem und Spätsignale mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zuführbar sind, und bei der der zweite Signalniveaugeber einen Integrator aufweist, dessen der anderen Senderichtung zugeordnetem Eingang Frühsignale mit einem und Spätsignale mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zuführbar sind.

Bei einer bevorzugten zweiten Ausführungsform ist das eine Steuersignal durch die Summe und das andere Steuersignal durch die Differenz von Hauptsignal und Hilfssignal gebildet. Hierbei ist nämlich das Hauptsignal ein unmittelbares Maß für die Schallgeschwindigkeit in der Strömung. Man kann daher beide hauptsächlich interessierenden Meßwerte mit hoher Genauigkeit unmittelbar aus den Regelkreisen entnehmen. Bei einer Zeitmessung auf Frequenzbasis entspricht das Hauptsignal dem Mittelwert der Frequenzen f.- und fp und das Hilfssignal der halben Differenz dieser beiden Frequenzen.

Bei einer in diesem Zusammenhang besonders geeigneten Schaltung weist der erste Signalniveaugeber einen Integrator auf, dessen Eingang alle Frühsignale beider Senderichtungen mit einem Vorzeichen und alle Spätsignale beider Senderichtungen mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zuführbar sind, und weist der zweite Signalniveaugeber einen Integrator auf, dessen Eingang die Frühsignale oder Spätsignale beider Senderichtungen zuführbar sind, wobei die Signale der einen Senderichtung ein Vorzeichen und die Signale der anderen Senderichtung das entgegengesetzte Vorzeichen haben. Bei diesem Aufbau werden in beiden Signalniveaugebern jeweils Signale sowohl aus der Aufwärts-Messung als auch aus der Abwärts-Messung verwertet.

Da zur Gewinnung des Hauptsigna.ls alle Früh- und Spätsignale beider Senderichtungen ausgenutzt werden, ergibt sich infolge des hohen Informationsgehalts ein sehr genaues Hauptsignal. Auch

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für das Hilfssignal können alle Früh- und Spätsignale beider Senderichtungen ausgenutzt werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß der zweite Signalniveaugeber einen Haupt- und einen Zusatzintegrator aufweist, wobei der Zusatzintegrator die nicht vom Hauptintegrator verarbeiteten Signale beider Senderichtungen in gleicher Weise wie der Hauptintegrator verarbeitet und der Ausgang des Zusatzintegrators mit einem Eingang des Hauptintegrators verbunden ist.

Ein einfacherer Schaltungsaufbau ergibt sich, wenn der zweite Signalniveaugeber ein Korrekturglied aufweist, über welches den Frühsignalen und den Spätsignalen der einen Senderichtung die Frühsignale und die Spätsignale der anderen Senderichtung hinzugefügt werden, bevor sie dem Integrator zugeführt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß in der Steuerschaltung eine erste Reihe von zwei logischen Gliedern vorgesehen ist, deren Ausgänge in Abhängigkeit vom Vorhandensein des Ankunftssignals und eines Früh- oder Spätsignals belegt sind und einerseits mit der Eingangsschaltung des Integratos des ersten Signalniveaugebers und andererseits mit den Eingängen einer zweiten Reihe von vier logischen Gliedern verbunden sind, denen außerdem Aufwärts- bzw. Abwärtssignale derart zuführbar sind, daß deren Ausgänge den Frühsignalen der einen Senderichtung, den Frühsignalen der anderen Senderichtung, den Spätsignalen der einen Senderichtung bzw. den Spätsignalen der anderen Senderichtung zugeordnet sind. Zwei oder vier der letztgenannten Ausgänge dienen dann zur Speisung des zweiten Signalniveaugebers.

! An dem Ausgang des zweiten Signalniveaugebers kann der Eingang eines Verstärkers liegen, dessen Ausgang über zwei entgegengesetzt gepolte, in Parallelzweigen liegende Leuchtdioden, von denen die eine gegebenenfalls mit einer Zenerdiode in Reihe liegt, mit einem Spannungsbezugspunkt, z. B. Masse, verbunden ist. Dies ergibt eine Anzeigevorrichtung, die durch Aufleuchten

;einer der beiden Leuchtdioden die gemessene Strömungsrichtung anzeigt.
L __Ξ £8-

Des weiteren kann an dem Ausgang des ersten "Signalniveaugebers über einen doppelseitig wirkenden Spannungsbegrenzer der Eingang eines Verstärkers liegen, dessen Ausgang über zwei parallelgeschaltete, entgegengesetzt gepolte Leuchtdioden mit einem Spannungsbezugspunkt, z. B. Masse, verbunden ist. Hier leuchtet eine der Leuchtdioden auf, wenn die Schallgeschwindigkeit die Grenzen eines Zulässigkeitsbereichs nach oben oder unten überschreitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines ,erfindungsgemäßen Meßgeräts,

Fig. 2 eine Abwandlung eines Teils der Schaltung, Fig. 3 eine weitere Abwandlung der Schaltung, Fig. 4 eine Ausführungsform der Steuerschaltung, Fig. 5 eine Abwandlung eines Teils der Steuerschaltung,

Fig. 6 den das Summierglied und den Schalter aufweisenden Teil der Schaltung,

Fig. 7 Steuerschaltung, Schalter und Summierschaltung für die Ausführungsform der Fig. 2,

Fig. 8 einen abgewandelten Teil der Schaltung,

Fig. 9 eine Anzeigeschaltung für Abweichungen der Schallgeschwindigkeit ,

Fig. 10 eine Schaltung zum Anzeigen der Strömungsrichtung und

Fig. 11 in einer Tabelle die bei den verschiedenen Kombinationen von Aufwärts- und Abwärts-, Früh- und Spätsignalen auf-

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— ο —

ί tretenden Korrekturen bei der Ausführungsform nach den ¹ Fig. 1,3-5 oder 6.

Gemäß Fig. 1 befindet sich in einem Kanal 1 eine Ultraschall-Meßstrecke 2, die durch zwei Ultraschallwandler 3 und 4 begrenzt ist sowie schräg zur Strömungsrichtung 5 des den Kanal 1 durchströmenden Mediums angeordnet ist. Eine Sendeeinrichtung 6 vermag an den Wandler 3 über die Leitung 7 einen Gleichstromimpuls S7 abzugeben, der den Wandler in seiner Resonanzfrequenz erregt, worauf/durch das Medium im Kanal 1 ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von beispielsweise 1 14Hz abgibt. Dieses Signal wird am Ende der Laufzeit vom Wandler 4 aufgenommen und in ein elektrisches Signal S8 umgesetzt, das über eine Leitung 8 einer Empfangseinrichtung 9 zugeführt wird. Die Leitungen 7 und 8 sind über einen Schalter 10 miteinander vertauschbar", so daß die ¥andler 3 und 4 abwechselnd als Ultraschallsender und als Ultraschallempfänger dienen können. Stattdessen können auch ge- ; trennte Sender und Emfanger benutzt werden, wie es aus US-PS ! 3 780 877 bekannt ist. In der Empfangseinrichtung 9 wird aus ί dem hochfrequenten Signal S8 mittels eines Nulldurchgangsjdetektors,vie er aus der genannten US-PS bekannt ist, ein definiertes Ankunftssignal S11 gewonnen, das über eine Leitung 11 einer Vergleichsanordnung 12 zugeführt wird. Dieser Vergleichsanordnung wird gleichzeitig über eine Leitung 13 ein Bezugssignal S13 zugeleitet, mit welchem das Ankunftssignal S11 zeitlich verglichen wird.

Als Zeitgeber dient ein spannungsgesteuerter Oszillator 14, der über eine Leitung 15 seine Ausgangsschwingungen als Impulsreihe S15 einem Zähler 16 zuleitet. Dieser Zähler gibt zum Zählbeginn, über eine Leitung 17 ein Sendesignal S17 an die Sendeeinrichtung 6 ab. Bei einem vorbestimmten Zählerinhalt, z. B. 256 Impulsen, wird das Bezugssignal S13 abgegeben. Zwischen beiden Zeitpunkten wird über eine Leitung 18 ein Empfänger-Bereitschaftssignal S18 abgegeben, welches die Vergleichsanordnung für die nächste Messung vorbereitet. Nach der Messung, z. B. nach 384 Impulsen, wird das Empfänger-Bereitschaftssignal

-S18 beendet_f^so-daß- der-Empfänger_und_Vergleicherjunwirksam

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gemacht und gegen Erregung während des Sendezeitpunkts geschützt werden. Zum Abschluß wird über eine Leitung 19 ein Signal S19 an einen bistabilen Senderichtun^sgeber 20 geleitet, der über ein Paar von Signalleitungen 21 und 22 abwechselnd Abwärtssignale S21 und Aufwärtssignale 322 abgibt, welche den Schalter 10 jeweils umschalten.

Wenn in der Vergleichsanordnung 12 ein Ankunftssignal S11 eintrifft, erscheint am Ausgang 23 ein Signal mit vorbestimmter konstanter Amplitude und Dauer. Ist dieses Ankurftssignal S11 früher als das Bezugssignal S13 eingetroffen, ergibt sich ein Signal am Ausgang 24. 1st das Ankunftssignal später als das Bezugssignal ermittelt worden, tritt ein Signal am Ausgang 25 ein. Eine erste Reihe 26 von logischen Gliedern verknüpft diese drei Ausgangssignale derart^ daß in einer Leitung 27 ein Frühsignal S27 mit konstanter Amplitude und derselben Dauer wie das Signal am Ausgang 23 auftritt, wenn Signale an den beiden Ausgängen 23 und 24 auftreten, und auf einer Leitung 28 ein Spätsignal S28 ebenfalls mit konstanter Amplitude und derselben Dauer wie das Signal am Ausgang 23, wenn Signale an beiden Ausgängen 23 und 25 auftreten.

In einem integrierenden Signalniveaugeber 29, z. B. einem Integrator, werden alle Frühsignale S27 in einer Richtung und alle Spätsignale S28 in der entgegengesetzten Richtung integriert. Zum Zweck der Erläuterung sollen die + und - Zeichen in den Blöcken 29 und 38 die Richtung der Integration der Frühsignale S27 und Spätsignale S28, die in den Ausführungsbeispielen beide positive Polarität haben, anzeigen. Beispielsweise können die Frühsignale einen nicht-invertierenden Eingang und die Spätsignale einen invertierenden Eingang eines als Integrabr dienenden Operationsverstärkers zugeführt werden. Am Ausgang 30 des Signalniveaugebers tritt ein Hauptsignal S30 in der Form eines durch die Früh- und Spätsignale änderbaren Signalniveaus auf. Dieses Hauptsignal S30 kann direkt an einer Ausgangsklemme 31 über eine Auswerteschaltung, ζ. Β. einem Meßgerät, abgenommen und als Maß für die Schallgeschwindigkeit c eines den Kanal 1

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durchströmenden Mediums genutzt werden. Außerdem wird dieses Hauptsignal S3O einem Eingang einer Summierschaltung 32, z. B. einem Addierer, zugeführt.

Die Früh- und Spätsignale S27 und S28 werden außerdem einer zweiten Reihe 33 von logischen Gliedern zugeführt, denen außerdem die Abwärts- und Aufwärts signale S21 und S22 zugeführt werden. Hieraus werden auf vier Ausgängen 34 bis 37 Früh-Aufwärts-Signale S34, Früh-Abwärts-Signale S35, Spät-Aufwärts-Signale S36 und Spät-Abwärts-Signale S37 gewonnen. Einem zweiten integrierenden Signalniveaugeber 38, z. B. einem Integrator, werden die Früh-Abwärts-Signale S35 mit positivem und die FrUh-Aufwärts-Signale S34 mit negativem Vorzeichen und gegebenenfalls zusätzlich die Spät-Abwärts-Signale S37 mit negativem und die Spät-Aufwärts-Signale S36 mit positivem Vorzeichen zugeführt. Infolgedessen entsteht am Ausgang 39 ein Hilfssignal S 39 in der Form eines von den Signalen S34 bis S37 abhängigen Signalniveaus. Dieses Hilfssignal S39 wird direkt einer Ausgangsklemme 40 zugeführt, an welcher über eine Auswerte schaltung die Strömungsgeschwindigkeit ν des im Kanal 1 strömenden ; Mediums abgenommen werden kann. Außerdem wird das Hilfssignal S39 über einen Schalter 41 abwechselnd dem positiven und dem negativen zweiten Eingang der Summierschaltung 32 zugeführt. Der Schalter 41, der ein Analogschalter sein kann, wird in Abhängigkeit von den Abwärts- und Aufwärtssignalen S21 und S22 ι umgeschaltet. Am Ausgang 42 der Summierschaltung treten daher abwechselnd Steuersignale S43 und S44 auf, die der Summe bzw. der Differenz des Hauptsignals S30 und des HilfssignalsS39 entsprechen. Diese Steuersignale S43 und S44 steuern den spannungsgesteuerten Oszillator 14 derart, daß die Impulsreihe S15 abwechselnd eine größere, der Abwärts-Messung zugeordnete Frequenz f., und eine kleinere der Aufwärts-Messung zugeordnete

·

' Frequenz f₂

Hieraus ergibt sich die folgende in Verbindung mit Fig. 11 erläuterte Arbeitsweise. In den fünf Reihen 1-5 sind auf Zeitlinien jeweils das Sendesignal S17, das nach der Laufzeit t^

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auftretende Ankunftssignal S11 und das nach einer Verzögerungszeit t , die größer oder kleiner als t^ sein kann, auftretende Bezugssignal S13 sowohl für die Abwärts-Messung als auch für die Aufwärts-Messung aufgetragen. Des \eiteren ist angegeben, ob das Hauptsignal S3O, das Hilfssignal S39 und die Steuersignale S43 und S44 ansteigen, fallen oder unverändert bleiben.

Fall 1: Es wird angenommen, daß alle Ankunftssignale S11 früher als die Bezugssignale S13 auftreten. Das hat zur Folge, daß der Signalniveaugeber 29 lediglich positive Signale zugeführt erhält und das Hauptsignal S3O ansteigt. Dem zweiten Signalniveaugeber 38 werden dagegen abwechselnd positive und negative Signale zugeführt, so daß sich das Hilfssignal S39 nicht verändert. Dies hat zur Folge, daß beide Steuersignale S4.3 und S44 anwachsen. Mit ihnen nehmen auch die Frequenzen f.. und f^ der vorn Oszillator 14 abgegebenen Impulsreihe zu. Die Verzögerungszeit t wird daher in beiden Senderichtungen verkürzt, da die Impulse in einer kürzeren Zeitspanne vom Zähler 16 gezählt worden sind. Bei der jeweils nächsten Aufwärtsbzw. Abwärtsmessung ist daher die Verzögerungszeit t der tatsächlichen Laufzeit t^ besser angepaßt worden. Da dieser Vorgang bei äeder Messung wiederholt wird, ergibt sich schließlich eine Übereinstimmung zwischen der Verzögerungszeit und der Laufzeit, oder anders ausgedrückt, die Frequenzen f., und fp sind ein Maß für die tatsächliche Laufzeit t^ oder proportional zu ihr.

Fall 2: Alle Ankunftssignale S11 treten später als die zugehörigen Bezugssignale S13 auf. Dann treten genau die umgekehrten Verhältnisse wie im Fall 1 auf. Das Hauptsignal S3O nimmt ab. Das Hilfssignal S39 bleibt unverändert. Die Steuersignale S43 und S44 werden beide kleiner. Die Frequenzen f^ und f₂ nehmen beide ab.

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Fall 5: Bei der Abwärts-Messung liegt das Ankunftssignal S11 zeitlich vor, bei der Aufwärts-Messung dagegen zeitlich hinter dem Bezugssignal S13. In diesem Fall wird der Signalniveaugeber 29 abwechselnd mit positiven und negativen Signalen versorgt, so daß das Hauptsignal S3O unverändert bleibt. Dagegen wird der zweite Signalniveaugeber 38 nur mit positiven Signalen versorgt. Infolgedessen steigt das Hilfssignal S39. Dies hat zur Folge, daß das Steuersignal S43 und damit die Frequenz f^ anwächst, das Steuersignal S44 und daher die Frequenz f₂ dagegen abnimmt.

Fall 4: Die Ankunfts signale S11 liegen bei der Abwärts-Messung zeitlich hinter, bei der Aufwärts-Messung dagegen zeitlich vor den Bezugssigna],en S13. Hier treten die umgekehrten Verhältnisse wie im Fall 3 auf. Das heißt, die Frequenz f.* sinkt und die Frequenz fp steigt.

Fall 5: Alle Ankunfts-Signale S11 stimmen zeitlich mit den

Bezugssignalen S13 überein. Die Signalniveaugeber 29 und 38 empfangen kein Signal. Hauptsignal S3O und j Hilfssignal S39 bleiben unverändert, demnach auch die ! Frequenzen f^ und f^. Dies ist ein Idealzustand, der j in der Praxis praktisch nicht auftritt. ·

j Die Schaltung bildet daher einen Regelkreis, in welchem allein j durch die statistische Auswertung der Früh- und Spätsignale bei der Aufwärts- und Abwärts-Messung eine Nachführung der Verzögerungszeit t_v in der Weise erfolgt, daß diese nach wenigen Einzelmessungen genau mit der Laufzeit t^ übereinstimmt. Diese j Regelung erfolgt mit verhältnismäßig hoher Genauigkeit, unabhängig von der Güte der im Regelkreis vorhandenen Komponenten.

Wenn die Frequenzen f.. und f₂ durch Summation und Subtraktion

von Hauptsignal S3O und Hilfssignal S39 entstehen, ergibt eine j einfache Rechnung, daß das Hauptsignal S30 ein verhältnismäßig ^! genaues Maß für den oder proportional zum Mittelwert f₁ + f₂

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und das Hilfssignal 339 ein verhältnismäßig genaues Maß der oder proportional zur halben Differenz f^ + f_? der beiden Frequenzen f^ + fp ist. 2

Da andererseits aber dieser Mittelwert proportional der Schallgeschwindigkeit in den Kanal 1 durchströmenden Kedium und der Differenzwert proportional der Strömungsgeschwindigkeit dieses Mediums ist, kann man unmittelbar an die Ausgänge 30 und 39 Ausgangsklemmen 31 und 40 anschließen, an denen Signale anstehen, welche der Schallgeschwindigkeit c bzw. der Strömungsgeschwindigkeit ν entsprechen. Diese Signale können eine außerordentlich hohe Genauigkeit haben, da sie unmittelbar aus dem sich selbst abgleichenden Regelkreis entnehmbar sind.

Statt des aus Oszillator 14 und Zähler 16 bestehenden Zeitgebers kann auch ein Zeitgeber auf Analogbasis verwendet werden, wie er in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben ist.

In Fig. 2 ist eine Abwandlung der Lösung nach Fig. 1 veranschaulicht, bei welcher die Signale S34 bis S37 zwei Signalniveaugeber 43 und 44 in der ¥eise speisen, daß dem Signalniveaugeber 43 das Früh-Aufwärts-Signal S34 mit positivem Vorzeichen und das Spät-Aufwärts-Signal mit negativem Vorzeichen zugeführt wird und dem Signalniveaugeber 44 das Früh-Abwärts-Signal S35 mit positivem Vorzeichen und das Spät-Abwärts-Signal S37 mit negativem Vorzeichen zugeleitet wird. Am Ausgang 45 des Signalniveaugebers 44 tritt ein Hauptsignal S45 auf, welches an den einen Eingang der Summierschaltung 32 gelegt ist. Am Ausgang 46 des Signalniveaugebers 43 tritt ein Hilfssignal S46 auf, das über einen Schalter 47, der wiederum vom Signalrichtungsgeber 20 gesteuert ist, an den anderen Eingang der Summierschaltung 32 legbar ist. Die Ausgangsklemme 40, an welcher eine der Strömungsgeschwindigkeit ν entsprechende Größe abnehmbar iä:, ist an den Ausgang 45 des Signalniveaugebers 43 angeschlossen.

Ss sei angenommen, daß der Schalter 47 bei der Abwärts-Messung geöffnet ist. Dann entspricht das Steuersignal S43 dem Hauptsignal S45 während des geöffneten Zustandes. Letzteres ändert

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sich in Abhängigkeit davon, ob dein Spannungssignalintegrator 44 Früh-Abwärts-Signale oder Spät-Abwärts-Signale zugeführt v/erder.. Venn nur der Signalniveaugeber 44 in den Regelkreis eingeschaltet ist, entspricht daher das Hauptsignal S45 der Frequenz f^ für die Abwärts-Messung.

Wenn während der Aufwärts-Messung der Schalter 47 geschlossen ist, erfolgt eine Addition des Hilfssignals S46 zum Hauptsignal S45. Das Hilfssignal ändert sich in Abhängigkeit davon, daß dem Signalniveaugeber Früh-Aufwärts-Signale oder Spät-Aufwärts-Signale zugeführt werden. Da bei dieser Messung das Steuersignal S44 auf einen Wert eingestellt wird, das der Frequenz f₂ entspricht, muß das Hilfssignal S46 der Differenz f^ - fp entsprechen. Auch auf diese V/eise läßt sich daher mit hoher Genauigkeit ein der Strömungsgeschwindigkeit ν proportionales Signal gewinnen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine andere Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt. Hierbei werden das Hauptsignal S3O und das Hilfssignal S39 zwei Summierschaltungen 43 und 49 in der Weise zugeführt, daß dauernd das durch die Summe gebildete Steuersignal S43 und das durch die Differenz gebildete Steuersignal S44 entstehen. Mit diesen Steuersignalen werden zwei spannungsgesteuerte Oszillatoren 50 und 51 versorgt, die dauernd Impulse S52 mit der Frequenz f,. bzw. Impulse 353 mit der Frequenz fp abgeben. Ein vom Signalrichtungsgeber 20 : gesteuerter Schalter 54 legt diese Impulsketten abwechselnd an ■ einen gemeinsamen Zähler 55, der dem Zähler 16 entspricht.

■_: In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung in Fig. 1 näher veranschaulicht, wobei teilweise statt der Bezugszeichen für Leitungen lediglich die Bezugszeichen der in ihnen auftretenden Signale angegeben ist. Die erste Reihe 26 logischer Glieder besteht aus zwei AND-Gliedern 56 und 57, die zweite Reihe 33 logischer Glieder aus vier AND-Gliedern 58 bis 61. Der Signalniveaugeber 29 we±± einen Verstärker 62 auf, dessen nicht-invertierendem Eingang alle Spätsignale S28 und dessen

:_invertierendem,Eingang alle_Frühsignale S27 zugeführt werden.

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Diesem Verstärker ist ein Integrationsveretärlcer 63 nachgeschaltet, an dessen Ausgang das Hauptsignal S30 abnehmbar ist. Der Signalniveaugeber 38 weist einen Verstärker 64 auf, dessen nicht-invertierendem Eingang die Früh-Aufwärts-Signale S34 und dessen invertierendem Eingang die Früh-Abwärts-Signale"zuführbar sind. Eine Korrekturschaltung 65 erlaubt es, dem invertierenden Eingang des Verstärkers 64 außerdem die Spät-Aufwärts-Signale S36 und dem nicht-invertierenden Eingang die Spät-Abwärts-Signale S37 zuzuleiten. Dem Verstärker 64 ist ein Integrationsverstärker 66 nachgeschaltet, an dessen Ausgang das Hilfssignal S39 abgenommen werden kann.

Bei der Aus führung sfrm nach Fig. 5 v/erden die Früh-Aufwärts-Signale 'S34 dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 64 und die Früh-Abwärts-Signale dem invertierenden Eingang dieses Verstärkers zugeführt. Der Ausgang dieses Verstärkers ist wiederum mit dem invertierenden Eingang des Integrationsverstärkers 66 verbunden. Die Spät-Aufwärts-SignäLe S36 werden dem invertierenden Eingang eines weiteren Verstärkers 67 und die Spät-Abwärts-Signale S37 dem nichtinvertierenden Eingang dieses Verstärkers zugeführt. Der Verstärkerausgang speist einen Integrationsverstärker 68, dessen Ausgang dem nichtinvertierenden Eingang des Integrationsverstärkers 66 zugeführt wird. Auch hier kann man am Ausgang des Integrationsverstärkers 66 das Hilfssignal S39 abnehmen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Summierschaltung 32 zusammen mit dem Schalter 41 gemäß Fig. 1. Die Summierschaltung weist einen ersten Widerstand 69 auf, über den das Hauptsignal S3O zugeführt wird, ferner einen zweiten Widerstand 70, über ; welchen das verarbeitete Hilfssignal S39 zugeführt wird, und _; einen Summier-Vorspannungswiderstand 71. Das Summensignal wird in einem Verstärker 72 verstärkt. Der Verstärkerausgang ist über ein Potentiometer 73 an eine Spannung von + 12 V gelegt, so daß die am Potentiometer 73 abgreifbaren Steuersignale S43, S44 noch eine zusätzliche Einstellung zur Festlegung des Arbeitsbereichs erhalten können.

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Der Schalter 41 besteht aus zwei elektronischen Schaltelementen 74 und 75, die abwechselnd von den Abwärts signal en S21 und den Aufwärtssignalen S22 v/irksam gemacht werden. Infolgedessen wird das Hilfssignal S39 abwechselnd dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 76 zugeführt, während dem jeweils anderen Eingang des Verstärkers 76 eine an einem Span- ; nungsteiler 77 und 77' abgegriffene feste Spannung zugeführt wird, : Das umgeschaltete Hilfssignal S39 wird durch den Widerstand 77' auf dasselbe Spannungsniveau wie die feste Spannung gebracht. \ Die unbezeichneten Blöcke in den Figuren veranschaulichen ver- ' schiedene den Verstärkungsgrad bestimmende Widerstände. Dies hat zur Folge, daß der Summierschaltung 32 das Hilfssignal S39 abwechselnd mit positivem und negativem Vorzeichen zugeführt wird.

Fig. 7 zeigt Einzelheiten der Schaltung nach Fig. 2, wobei die ■ Komponenten teilweise mit denjenigen der Fig. 4 und 7 übereinstimmen. Die erste Reihe 26 logischer Glieder ist mit NAND-Gliedern 56' und 57', die zweite Reihe 33 mit NOR-Gliedern 58«, 59', 60' und 61' ausgestattet.

: Die der zweiten Reihe 33 logischer Glieder 58' bis 61 · entnehm- ! baren Signale S34 bis S37 v/erden hierbei wie folgt ausgewertet: Die Früh-Aufwärts-Signale S34 werden dem invertierenden Eingang j eines Verstärkers 78 und die Spät-Aufwärts-Signale S36 dem j nichtinvertierenden Eingang dieses Veisbärkers zugeführt. Der ! Ausgang des Verstärkers 78 speist einen Integrationsverstärker ; 79, an dessen Ausgang das Hilfssignal S46 abnehmbar ist. Die ; Früh-Abwärts-Signale S35 werden dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 80 und die Spät-Abwärts-Signale S37 dem nichtinvertierenden Eingang dieses Verstärkers zugeführt. Der Verstärkerausgang speist einen Integrationsverstärker 81, an dessen Ausgang das Hauptsignal S45 abgegriffen wird. Das Hauptsignal S45 wird aus logischen Gründen über einen Verstärker 72' mit dem Verstärkungsfaktor 1 der Summierschaltung 32 zugeführt. Das \ Hilfssignal S46 wird jeweils bei der Aufwärts-Messung über den j ■^stärker 76 umgeformt und an einem Potentiometer 82 abgegriffen. Das Steuersignal S43 entspricht daher dem Hauptsignal S45 _; bzw. der Frequenz f-, und das Steuersignal S44 der Differenz von ;

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- 17 Hauptsignal S45 und Hilfssignal S46 oder der Frequenz f^.

Mit Hilfe des Verstärkers 76^X in den Fig. 6 und 7 bzw. des Spannungsteilers 82 in Fig. 7 kann das Hilfssignal S39 bzw. S46 von dem am Ausgang des Jeweiligen Spannungsniveaugebers (Fig. 1) bzw. 43 (Fig. 2) auftretenden Wert proportional verkleinert werden. Dies hat zur Folge, daß an den Ausgängen 39 bzw. 46 dieser Spannungsniveaugeber Hilfssignale auftreten, die gemessen an den Werten der Hauptsignale S3O bzw. S45 stark überhöht sind, so daß an der Ausgangsklemme 40 größere Amplituden zur Verfügung stehen, welche die Genauigkeit der Ablesung erhöhen.

Zur Kalibrierung des Geräts ist ein weiterer Schalter 83 vorgesehen, mit dessen Hilfe der invertierende Eingang des Verstärkers 76 an ein konstantes Spannungsniveau gelegt werden kann, das mit Hilfe eines Widerstandes 84 und einer Zenerdiode 85 gebildet wird. Dieses Spannungsniveau simuliert ein definiertes Hilfssignal S46, das seinerseits einer definierten Strömungsgeschwindigkeit entsprechen soll. Wenn mit Hilfe des Potentiometers 73 der Arbeltsbereich entsprechend einer zu erwartenden Schallgeschwindigkeit eingestellt worden ist, kanrjman, gegebenenfalls nach Unwirksammachung der Signale S45 und S46, nach Umschalten des Schalters 83 mit Hilfe des Potentiometers 82 die Kalibrierung bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit vornehmen. Beispielsweise kann man das Signal S15 einem Meßgerät zuführen und das Potentiometer 82 solange verstellen, bis die Periodendauer den für die definierte Strömungsgeschwindigkeit berechneten Viert hat.

In Fig. 8 ist eine andere Schaltung veranschaulicht, mit der aus dem Hauptsignal S30 und dem Hilfssignal S39 das Bezugssignal S13, das Sendesignal S17, das Empfänger-Bereitschaftssignal S18 sowie das Abwärts-Signal S21 und das Aufwärts-SignrJL S22 der Fig. 1 erzeugt v/erden können.

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Das Hilfssignal S39 wird in einem Umkehrverstärker 86 mit dem Verstärkungsfaktor 1 invertiert. Mit Hilfe des Schalters 41, der als von derJAbwärts- und Aufwärts-Signalen S21 bzw. S22 gesteuerter Analogschalter ausgebildet ist, wird der Summierschaltung 32 abwechselnd das nichtinvertierte und das invertierte Hilfssignal S39 zugeführt. Ein Potentiometer 87 dient dazu, die Größe des in die Summierschaltung 32 eingehenden Hilfssignals S39 einzustellen. Das Hauptsignal S3O wird über einen Wi der stand 88, das Hilfssignal S39 über einen Widerstand 89 zugeführt. Eine Zenerdiode 90 mit Widerständen 91 und 92 dient der Erzeugung einer Summier-Vorspannung.

Der Zeitgeber 14 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Analog-Zeitbasis auf. Zu diesem Zweck werden die Steuersignale S43 und S44 aus der Summierschaltung 32 einem Integrator 93 zugeführt, an dessen Ausgangsleitung 94 demnach ein allmählich ansteigendes Signal S94 auftritt, bis die später beschriebene

; Rückschaltung erfolgt. Dieses Signal S94 wird dem nichtinver-. tierenden Eingang von vier Vergleichern 95 - 98 zugeführt.

: Die invertierenden Eingänge dieser Vergleicher liegen an einem Spannungsteiler, der durch die Widerstände 99 - 102 und eine Zenerdiode 103 gebildet ist. Demzufolge geben die

: Vergleicher zu unterschiedlichen Zeiten ein zugehöriges Aus- ! gangssignal S95, S96, S97 und S98 ab.

Mit diesen Ausgangssignalen S95 - S98 werden drei D-Flipflops 104, 105 und 106 sowie ein monostabiler Multivibrator 107 in ^:folgender Weise betätigt. Das Signal S96 wird dem C-Eingang ; des Flipflop 106 zugeführt. Demzufolge erscheint am Q-Ausgang :das Empfänger-Bereitschaftssignal S18. Einige Zeit später tritt am Vergleicher 97 das Signal S97 auf, das unmittelbar als Bezungssignal S13 verwendeb werden kann. Wieder einige Zeit später ! tritt das Signal S98 auf, das an den einen Eingang eines UND-Gliedes 108 angelegt wird, dessen anderem Eingang ein invertiertes Massepotential zugeführt wird. Der beim Auftreten des Signals S98 angestoßene monostabile Multivibrator 107 erzeugt daher an seinem Ausgang Q ein Signal S109, welches dem C-Eingang

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des Flipflop 104 zugeleitt wird, der demnach eine Unischaltung vom Abwärts-Signal S21 auf das Aufwärts-Signal 222 oder umgekehrt vornimmt. Nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit tritt ein Signal S110 am Q-Ausgang des monostabilen Multivibrators 107 auf, der einerseits dem R-Eingang des Flipflop 106 zugeführt wird und damit das Enipfänger-Bereitschaftssignal S18 beendet, und andererseits dem C-Eingang des Flipflop 105 zugeführt wird, von dessen Q-Ausgang ein Signal SI11 über einen Gleichrichter 112 und einen Widerstand 113 an den Eingang des Integrators 93 gelegt wird. Dieses Signal hat eine Polarität, daß das Ausgangssignal S94 rasch auf Null absinkt. SobsLd der Vergleicher 95 das Erreichen des Null-Niveaus feststellt, führt das an den R-Eingang des Flipflop 105 gelegte Signal S95 zur Rückstellung. Von diesem Zeitpunkt an wird der Integrator 93 wieder von einem der Signale S43 bzw. S44 gespeist und am Q-Ausgang des Flipflop 105 tritt das Sendesignal S17 auf. Damit beginnt ein neuer Zyklus.

In Fig. 10 ist eine Anzigevorrichtung mit zwei antiparallel geschalteten Leuchtdioden 114 und 115 veranschaulicht, die zwischen den Ausgang eines Verstärkers 116 und Hasse gelegt sind. Der eine Verstärkereingang ist mit der Anschlußklemme 31 für die Schallgeschwindigkeit c über einen doppelseitig wirkenden Spannungsbegrenzer in der Form der Reihenschaltung einander entgegengesetzt gepolter Zenerdioden 117 und 118 verbunden. Sobald die Spannung an der Ausgangsklemme 31 die Sperrspannung in der einen oder anderen Richtung überschreitet, leuch-fet, je nach Spannungsrichtung, die eine oder die andere Leuchtdiode auf, um anzuzeigen, daß der eingestellte Arbeitsbereich des Geräts überschritten wird. Der zulässige Arbeitsbereich kann dann beispielsweise dadurch wieder eingestellt werden, daß am Potentiometer'73 eine Verstellung vorgenommen wird. '.'

Fig. 11 befaßt sich mit einem Anzeigegerät für die Strömungsrichtung. An die Ausgangsklemme 40 für die Strömungsgeschwindig-

keit ν ist der eine Eingang eines Verstärkers 119 angeschlos-

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sen, dessen Ausgang über die Reihenschaltung einer Leuchtdiode

120 und einer Zenerdiode 121 in Parallelschaltung zu einer Leuchtdiode 122, jeweils mit den entsprechenden Vorwiderständen 123 bzw. 124, an Masse gelegt ist. Eine Abwärtsströmung erzeugt ein positives Signal an der Klemme 40 und damit eine negative Spannung am Ausgang des Verstärkers 88. Infolgedessen leuchtet die Leuchtdiode 122. Bei Aufwärts-Strömung tritt am Verstärkerausgang eine positive Spannung auf, so daß die Leuchtdiode 120 leuchtet und an einem zwischen Leuchtdiode 120 und Zenerdiode

121 gelegten Ausgang 125 ein Rückfluß-Signal abnehmbar ist.

Mit Hilfe dieser Anzeigeschaltung läßt sich auch eine Justierung des Geräts vornehmen. Wegen des raschen Ansprechens der Schaltung und der fehlenden Rückführung beim Verstärker 88 treten bei der Strömungsgeschwindigkeit Null am Ausgang des Verstärkers abwechselnd positive und negative Spannungen auf mit der Folge, daß die Leuchtdioden 120 und 122 abwechselnd in rascher Folge aufleuchten. Zum Justieren kann man daher die Strömung unterbrechen und einen Abgleich vornehmen, bis die , Leuchtdioden abwechselnd gleichmäßig aufleuchten, um den Stillstand des Mediums anzuzeigen.

In den Beispielen sind die einzelnen Verstärker Operationsverstärker, die gegebenenfalls durch ohmsche oder kapazitive Rückführungen ihrem speziellen Anwendungszweck angepaßt sind. • Die Signale S30, S39, S43 - S46 sind Analogsignale, die Signale S21, S22 sind Binärgrößen 1 oder 0 mit jeweils annähernd gleicher Dauer, S23, S27, S28 und S34 - S37 sind Binärgrößen 1 oder 0 mit jeweils annähernd gleicher Dauer und Amplitude. Die übrigen Signale sind, bis auf das hochfrequente Ultraschallsignal, Impulse oder ebenfalls binäre Signale. Die ; verschiedenen unbezeichneten Blöcke in den Figuren stellen Wi- ! der stände zur Einstellung des Verstärkungsfaktors dar, wie sie zur Funktion der integrierten Schaltungen notwendig sind.

Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Schaltungskomponenten sind von üblicher Bauart und handelsüblich. Beispielsweise

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"kann die Sendeeinrichtung 6 einfach ein Impulsgenerator sein, der eine Stoßerregung des Wandlers 3 hervorrufen kann. Die Empfangseinrichtung 9 kann durch einen Impuisverstärker gebildet sein, der die Hochfrequenz-Impulsreihe vom empfangenen Ultraschallwandler zu verstärken vermag. Der Schalter 10 v«^rird beispielsweise durch eine Transistor-Schalsrorrichtung gebildet. Die Vergleichsanordnung 12 kann von der Art sein, wie sie in US-PS 3 780 577 beschrieben worden ist und die die übertragenen Inpulsreihen empfängt, sie bezüglich ihrer Phasenlage mit dem Bezugssignal vergleicht und Ausgangssignale erzeugt, die anzeigen, ob die empfangenen Signale früher oder später als das Bezugssignal auftreten. Der spannungsgesteuerte Oszillator ist bekannt; er kann beispielsweise aus einer-integrierten Schaltung ICL 8038 bestehen. Die in den verschiedenen logischen Schaltungen verwendeten.Operationsverstärker sind vorzugsweise vom Typ 301A. Die verschiedenen UlTO-, ODER-, NOR- und NAND-Glieder können integrierte Schaltungen aus der Serie 7400 sein. Die Analogschalter können integrierte Schaltungen vom Typ CA 4016 sein. In ähnlicher Weise kann der bistabile Senderichtungsgebar 20 ein Element sein, das ähnlich demjenigen ist, welches in US-PS 3 780 577 beschrieben wurde. In der einfachsten Form kann es sich um einen bistabilen Multivibrator oder einen Flipflop handeln. Der Zähler 16 kann ein üblicher Binärzähler rat entsprechenden Teilerkreisen sein. Die anderen Elemente der Schaltung, insbesondere diejenigen der Blöcke 26, 29, 33, 38 und 41 sind im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben worden; es handelt sich überwiegend um übliche Operationsverstärkerschaltungen, die im Handel erhältlich sind.

Eine verhältnismäßig stabile Integrationsschaltung kann erhalten werden, wenn ein Aufwärts-Abwärts-Zähler in der Form einer integrierten Schaltung verwendet wird. Wenn dieser im Rahmen des Signalniveaugebers oder Integrators 29 verwendet v/erden soll, kann man seinem Aufwärts-Eingang alle Spätsignale und seinem Abwärts-Eingang alle Frühsignale zuführen. Bei Verwendung im Rahmen des Signalniveaugebers oder Integrators 38

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können seinem Aufwärts-Eingang die Aufwärtssignale und seinem Abwärts-Eingang die Abwärtssignale zugeführt v/erden. Der binäre Ausgang des Zählers wird einem üblichen Digital-Analog-tfowandler zugeführt, der in bekannter V/eise eine analoge Spannung abgibt, die direkt benutzt werden kann, um über eine geeignete Schaltvorrichtung den spannungsgesteuerten Oszillator zu steuern.

Das Ankunftssignal S11 braucht nicht unmittelbar mit dem Bezugssignal S13 verglichen zu werden; in manchen Fällen empfiehlt es sich, ein korrigiertes Bezugssignal zi verwenden, das gegenüber dem Bezugssignal S13 noch geringfügig verzögert ist, wie es in US-PS 3 780 577 beschrieben ist.

Claims

- 23 Patentansprüche

1. Gerät zur Ultraschallmessung der Strömungsgeschwindigkeit von strömenden Medien, mit wenigstens einer mit zwei Uitraschailvandlem versehenen, zumindest mit einer Komponente in Strömuncsrichtung verlaufenden Kcßstrecka, über die Ultraschallsignale abwechselnd stromaufwärts und stromabwärts gesendet v/erden, mit einer auf der Empfangsseite angeordneter. Vergleichsanordnung, der einerseits dem Empfar.gszeitpunkt der Ultraschallsignale zugeordnete Ankunftssignale und anderer- \ seits gegenüber dem Sendezeitpunkt verzögerte Bezugssignale zuführbar sind und die Früh- bzw. Spätsignale abgibt, wenn die Ankunftssignale früher bzw. später als das jeweilige Bezugssignal eintreffen, mit einer Steuerschaltung, die in logischen Gliedern in Abhängigkeit von der Senderichtung auftretende Aufwärts- und Abwärtssignale mit den Früh- und Spätsignalen verknüpft und wenigstens zwei in Abhängigkeit hiervon gesteuerte Signalniveaugeber zur Erzeugung von zwei der Senderichtung zugeordneten Steuersignalen auf v/eist, und mit mindestens einem von den Steuersignalen gesteuerten Zeitgeber, insbesondere einem Oszillator mit nachgeschaltetem Impulszähler, zur Gewinnung des Bezugssignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (30; 45) des ersten Signalniveaugebers (29; 44) als Hauptsignal (S30; S45) und der Ausgang (39; 46) des zweiten Signalniveaugebers (38; 43) als Hilissignal (S39; S46) an eine Summierschaltung (32; 48,49) gelegt ist, in der für wenigstens ein Steuersignal das Hilfssignal zum Hauptsignal addiert und/oder von ihm subtrahiert wird, und daß ein von der Senderichtung gesteuerter Schalter (41;"47; 54) vorgesehen ist, mit dem abwechselnd zwei verschiedene Verzögerungszeiten für das Bezugssignal (S13) wirksam gemacht werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.bei Verwendung eines Zeitgebers (14, 16) der Schalter (41, '47) in der Zuleitung für das Hilfssignal (S39; S45) zur Summierschaltung (32) gelegt ist.

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3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Zeitgeber (50, 51, 55) der Schalter (54) zumindest einem ersten Teil dieser Zeitgeber nachgeschalxex ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssignal (S39; S46) vor oder in der Summierschaltung proportional verkleinerbar ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Steuersignal (S43) durch das Hauptsignal (S45) und das andere Steuersignal (S44) durch die Summe oder Differenz von Hauptsignal und Hilfssignal (S46) gebildet ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch* gekennzeichnet, daß der erste Signalniveaugeber (44) einen Integrator/aufweist, dessen einer Senderichtung zugeordneten Eingang Frühsignale (S35) mit einem und Spätsignale (S37) mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zuführbar sind, und daß der zv/eite Signalniveaugeber (43) einen Integrator (79) aufweist, dessen der anderen Senderichtung zugeordneten Eingang Frühsignale (S34) mit einem und Spätsignale (S36) mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zuführbar sind.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Steuersignal (S43) durch die Summe und das andere Steuersignal (S44) durch die Differenz von Hauptsignal (S30) und Hilfssignal (S39) gebildet ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Signalniveaugeber (29) einen Integrator (63) aufweist, dessen Eingang alle Frühsignale (S27) beider Senderichtungen mit einem Vorzeichen und alle Spätsignale (S28) beider Sendevorrichtungen mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zuführbar sind, und daß der zweite Signalniveaugeber (38) einen Integrator (66) aufweist, dessen Eingang die Frühsignale

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(S34, S55) oder Spätsignale (S56, S37) beider Senderichtungen zuführbar sind, wobei die Signale der einen Senderichtung ein Vorzeichen und die Signale der anderen Senderichtung das entgegengesetzte Vorzeichen haben.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalniveaugeber (38) einen Hauptintegrator (66) und einen Zusatzintegrator (68) aufweist,.wobei der Zusatzintegrator die nicht vom Kauptintegrator verarbeiteten Signale beider Senderichtungen in gleicher Weise wie der Hauptintegrator verarbeitet und der Ausgang des Zusatzintegrators mit einem Eingang des Hauptintegrators verbunden ist.

10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalniveaugeber (38). ein Korrekturglied (65) aufweist, über welches den Frühsignalen (S34) und den Spätsignalen (333) der einen Senderichtung die Frühsignale (S36) und die Spätsignale (337) der anderen Senderichtung hinzugefügt werden, bevor sie dem Integrator zugeführt werden.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung eine erste Reihe (26) von zwei logischen Gliedern (56, 57) vorgesehen ist, deren Ausgänge in Abhängigkeit vom Vorhandensein des Ankunftssignals (S11) und einss Früh- oder Spätsignals (S27, S28) belegt sind und einerseits mit der Eingangsschaltung des Integrators (63) des ersten Signalniveaugebers (29) und andererseits mit dem Eingang einer zweiten Reihe (33) von vier logischen Gliedern (58 - 61) verbunden sind, denen außerdem Aufwärts- bzw. Abwärtssignale (S21, S22) derart zuführbar sind, daß deren Ausgänge den Frühsignalen (S34) der einen Senderichtung, den Frühsignalen (S35) der anderen Senderichtung, den Spätsignalen (S36) der einen Senderichtung bzv/. den SpätSignalen (S37) der anderen Senderichtung zugeordnet sind.

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12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang des zweiten Signalniveaugebers (38; 43) der Eingang eines Verstärkers (119) liegx, dessen Ausgang über zwei entgegengesetzt gepolte, in Parallelzv/eigen liegende Leuchtdioden (120, 122), von denen die eine gegebenenfalls mit einer Zenerdiode (121) in R.eihe liegt, mit einen Spahnungsbezugspunkt, z. 3. Masse, verbunden ist.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang des ersten Signalniveaugebers (29) über einen doppelseitig wirkenden Spannungsbegrenzer (117, 118) der Eingang eines Verstärkers (116) liegt, dessen Ausgang über zwei parallelgeschaltete, entgegengesetzt gepolte Leuchtdioden (114, 115) mit einera Spannung sbezugspunkt, z. B. Masse,* verbunden ist.

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