DE2732074A1 - Vorrichtung zur feststellung von aenderungen der parameter einer in einer rohrleitung stroemenden fluessigkeit nach dem rueckkopplungs(pfeif)verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur feststellung von aenderungen der parameter einer in einer rohrleitung stroemenden fluessigkeit nach dem rueckkopplungs(pfeif)verfahren

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Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte Nippon Kokan Kabushiki Kaisha mooomoS»80 Tokio, Japan ^089/982085.87
Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid
15. Juli 1977
Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem
RUckkopplungs(pfeif)verfahren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit, etwa von Dichte, Elastizitätsmodul (für Druck), Konzentration und Temperatur, auf der Grundlage des RUckkopplungs(pfeif)verfahrens (sing-around method)·
Bei der Förderung einer Flüssigkeit durch eine Rohrleitung zu einem Bestimmungsort ganz allgemein ist es häufig üblich, mit dem Ziel einer wirksamen Ausnutzung der Rohrleitung verschiedene Flüssigkeiten gleichzeitig durch eine einzige Rohrleitung zm transportieren. Hierbei muß die Grenze zwischen den verschiedenen, die Rohrleitungen durchströmenden Flüssigkeiten am Bestimmungsort von der Außenseite der Leitung her genau bestimmt und die eine Flüssigkeit von der anderen durch Umschalten der Rohrleitungsstrecke an diesem Grenzpunkt getrennt werden·
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen von der Außenseite der Rohrleitung her die Grenze zwischen verechie-
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denen, durch die Rohrleitung strömenden Flüssigkeiten festgestellt werden kann· Unter anderem ist ein nach dem Rückkopplungsverfahren arbeitendes Verfahren zur Feststellung dieser Grenze bzw. dieses Übergangs bekannt, welches sich darauf stützt, daß die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Änderungen der natürlichen physikalischen Eigenschaften eines Mediums, etwa der Dichte oder dem Elastizitätsmodul (für Druck), variiert.
Beim Rückkopplungsverfahren, das eine kontinuierliche Messung der Geschwindigkeit einer Ultraschallwelle erlaubt, werden folgende Maßnahmen getroffen: Anbringung einer Sendersonde und einer Empfängersonde in einem bestimmten Abstand; Aussenden eines Ultraschallimpulses von der Sendersonde in eine Flüssigkeit in Abhängigkeit von einem Spannungssignal eines Impulsoszillators; Empfangen des Ultraschallimpulses durch die Empfängersonde und Umwandlung des empfangenen Impulses in ein Spannungssignal· Sodann wird das Spannungssignal einer Verstärkung und Wellenformung unterworfen, worauf der Impulsoszillator mit dem so verarbeiteten opannungssignal wieder in Betrieb gesetzt wird, um erneut einen Ultraschallimpuls an der Sendersonde in die Flüssigkeit hinein auszustrahlen, wobei durch die Sendersonde wiederholt ein Ultraschallimpuls in einer geschlossenen Schleife ausgestrahlt wird. Hierauf wird die Wiederholungsfrequenz (im folgenden als "Rückkopplungsfrequenz" bezeichnet) des Ultraschallimpulses bei diesen wiederholten Emissionen mittels eines Frequenzmessers gemessen und die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit nach folgender Gleichung berechnet:
1 » Strecke zwischen Sender- und Empfängersonde, c - Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit und f - Rückkopplungsfrequenz j
bedeuten«
709883/109«
Die in obiger Gleichung zu berücksichtigende Zeitverzögerung in der elektrischen Schaltung ist in diesem Fall zur Vereinfachung der Beschreibung vernachlässigt.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bisher üblichen Vorrichtung zur Bestimmung der Grenze zwischen verschiedenen, in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeiten nach dem oben erwähnten Rückkopplungsverfahren. Zur Verhinderung einer Mehrfachreflexion eines Ultraschallimpulses sind gemäß Fig. 1 eine Sendersonde 2 und eine Empfängersonde 3 an der Außenfläche einer Rohrleitung 4 unter einem Winkel dazu angeordnet, so daß ein Ultraschallimpuls unter diesem Winkel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Rohrleitung 4 (durch den Pfeil angedeutet) ausgestrahlt werden kann. Wie erwähnt, wird ein Ultraschallimpuls wiederholt von der Sonde 2 in die Flüssigkeit ausgestrahlt. Die Rückkopplungs(pfeif)frequenz wird durch einen Frequenz/Spannungs-Wandler 5 in eine Ausgangsspannung umgewandelt, die in einem Aufzeichnungsgerät 6 aufgezeichnet wird. In Fig. 1 ist bei 1 eine Rückkopplungsschaltung dargestellt. Eine Änderung der Dichte der in der Rohrleitung 4 strömenden Flüssigkeit, d.h. der Durchlauf der Grenze bzw. des Übergangs zwischen verschiedenen Flüssigkeiten an einem vorgegebenen Punkt, führt zu einer Änderung der Rückkopplungsfrequenz und mithin zu einer Änderung der Ausgangsspannungο Auf diese Weise kann die Grenze zwischen verschiedenen Flüssigkeiten von der Außenseite der Rohrleitung 4 her festgestellt werden.
Bei der beschriebenen, bisherigen Rückkopplungsschaltung, die als Impulsoszillator einen extern zwangssynchronisierten, astabilen Multivibrator (im folgenden einfach als "astabiler Multivibrator" bezeichnet) verwendet, ist die Frequenz eines Sendeimpulses dieses Multivibrators mit der Frequenz eines Signals von der Empfängersonde synchronisiert, und der er-
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haltene synchronisierte Sendimpuls wird als Sendesignal benutzt·
In einem freilaufenden Zustand, in welchem kein äußeres Zwangssynchronisiersignal (im folgenden einfach als "Synchronisiersignal1* bezeichnet) als Triggersignal abgegeben wird, emittiert der astabile Multivibrator eine Folge von Impulsen mit voreingestellter Frequenz und Impulsbreite gemäß Fig. 2a· Wenn im Einsehaltzustand (on-state) des Sendeimpulses ein Synchronisiersignal abgegeben wird, bewirkt dieses kein Ansprechen des Sendeimpulses auf das Synchronisiersignal, während der Sendeimpuls in seinem Ausschaltzustand (off-state) auf ein Synchronisiersignal anspricht, wenn dieses abgegeben wird»
Wenn, genauer gesagt, ein Synchronisiersignal mit einer geringfügig über der Frequenz des Sendeimpulses liegenden Frequenz, wie in Fig. 2b oder 2d gezeigt, im Ausschaltzustand des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators abgegeben wird, wird diese Frequenz des Sendeimpulses mit der Frequenz des Synchroxfsiersignals verblockt oder gekoppelt und damit synchronisiert· Der astabile Multivibrator gibt einen Impuls mit einer Frequenz entsprechend derjenigen des Synchronisiersignals und mit seiner eigenen Impulsbreite ab, wie in Fig· 2c oder 2e gezeigt. Wenn dagegen ein Synchronisiersignal gemäß Fig. 2f im Binschaltzustand des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators abgegeben wird, spricht dieser Sendeimpuls nicht auf das Synchronisiersignal an, so daß der Multivibrator gemäß Fig. 2 einen Impuls mit derselben voreingestellten Frequenz und Impulsbreite wie in Fig· 2a abgibt·
Die Grenze zwischen verschiedenen, eine Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeiten wurde bisher unter Ausnutzung der beschriebenen Eigenschaften des astabilen Multivibrators be-
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stimmt· Bel diesem bisherigen Verfahren wurde Insbesondere die Frequenz des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators auf einen Wert etwas unterhalb der Rückkopplungsfrequenz entsprechend einer in der Rohrleitung strömenden Flüssigkeit, welche die niedrigste Schaltgeschwindigkeit liefert, voreingestellt und die Frequenz des Sendeimpulses des Multivibrators mit der Rückkopplungsfrequenz, d.h. der Frequenz eines Signals von einer Empfängersonde, synchronisiert, so daß der so synchronisierte Sendeimpuls als Sendesignal benutzt wird. Eine durch Rauschen oder Störsignale verursachte Fehlmessung wird dabei dadurch verhindert, daß die empfangenen Störwellen, etwa sich längs der Rohrleitungswand ausbreitende Ultraschallwellen, durch Einstellung der Impulsbreite des SendeImpulses vom astabilen Multivibrator auf eine etwas größere Breite maskiert oder verdeckt werden.
Bei Verwendung eines astabilen Multivibrators in einer Rückkopplungsschaltung treten jedoch unvermeidbar die folgenden Schwierigkeiten auf:
1. Wenn eine Änderung der Art der in der Leitung strömenden Flüssigkeiten eine Änderung der Rückkopplungsfrequenz hervorruft, kann die voreingestellte Frequenz eines Sendeimpulses des astabilen Multivibrators seine Synchronisationsgrenze mit der Rückkopplungsfrequenz, d.ho mit der Frequenz eines Impulses von der Empfängersonde, übersteigen, was von der Größe (extent) des vorbestimmten Werts der Frequenz des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators selbst abhängt, so daß befürchtet werden muß, daß eine Synchronisation nicht mehr möglich 1st.
2ο Wenn ein von der Sendersonde abgegebener Ultraschallimpuls die Empfängersonde aufgrund von Blasen oder Fremdstoffen, die in den die Leitung durchströmenden Flüssigkeiten ent-
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halten sind, nicht auf normale Weise erreicht, kann eine Falschmessung verursacht werden, sofern die Instrumente nicht sorgfältig überwacht werden.
3. Frequenz und Impulsbreite des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators selbst können nicht getrennt eingestellt werden. Deshalb ist es in der Praxis sehr schwierig, die Impulsbreite auf einen größeren als den gewünschten bzw. Sollwert einzustellen, um dadurch Störsignale, etwa sich längs der Leitungswand ausbreitende Ultraschallwellen zu verdecken.
4. Wenn ein astabiler Multivibrator bei einem Rohr mit einem anderen Durchmesser angewandt wird, müssen Freq-uenz und Impulsbreite seines Sendeimpulses auf an den Durchmesser des neuen bzw. anderen Rohrs angepaßte Werte eingestellt werden. Wie erwähnt, ist eine solche Einstellung jedoch schwierig durchzuführen und insbesondere nicht an Ort und Stelle möglich.
Aus diesem Grund besteht seit langem ein Bedarf für eine Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer eine Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeit auf der Grundlage des RUckkopplungs(pfeif)verfahrens, welcher die oben geschilderten Mängel nicht anhaften. Eine solche Vorrichtung wurde jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer eine Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeit auf der Grund^ge des RUckkopplungs(pfeif)Verfahrens, bei welcher die empfangenen Rausch- oder Störwellen praktisch unterdrückt werden können.
Diese Vorrichtung soll selbst dann, wenn der normale RUck-
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kopplungsbetrieb aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, augenblicklich wieder auf diesen Betrieb zurückgehen·
Zudem soll diese Vorrichtung zur Verwendung bei einem Rohr eines anderen Durchmessers durch eine einfache Einstellung oder Justierung daran anpaßbar sein·
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem RUckkoppplungs(pfeif)verfahren erfindungsgemäß gelöst durch einen Sondensatz in Form einer Sendersonde und einer Empfängersonde, die einander gegenüberliegend an der Außenfläche einer Rohrleitung angebracht sind und von denen die Sendersonde einen Ultraschallimpuls durch eine in der Rohrleitung strömende Flüssigkeit zur Empfängersonde aussendet, die ihrerseits diesen Ultraschallimpuls in ein Spannungssignal umwandelt und dieses weiterleitet, durch einen Verstärker zur Verstärkung des von der Empfängersonde empfangenen Spannungssignals, durch eine Maskierschaltung zur Lieferung eines Verdeck- bzw. Maskiersignals in Abhängigkeit von dem durch den Verstärker verstärkten Signal der Empfängersonde, wobei die Maskierschaltung während einer vorbestimmten Maskier Zeitspanne von den Normalsignalen der Empfängersonde abweichende Rausch- oder Störsignale maskiert bzw· verdeckt, durch eine monostabile Impulsgeneratorschaltung zur Lieferung eines Impulses in Abhängigkeit von diesem Maskiersignal, durch eine Maskierzeitregelschaltung zur Bestimmung oder Festlegung der Masklerzeitspanne, die unmittelbar nach dem Rückstellen eines in ihr vorgesehenen Zeitgebers durch den Impuls von der Impulsgeneratorschaltung zu arbeiten beginnt und die Maskierung durch die Maskierschaltung auslöst, indem sie letzterer ein Maskierauslösesignal in dem Moment liefert, in welchem die Maskierzeitspanne abgelaufen 1st, wobei die Maskierzeitspanne durch den Zeitgeber auf einen gewünschten Wert innerhalb eines Periodenbereichs einstellbar 1st, der geringfügig kleiner ist als die RUckkopplungsperiode entsprechend eine^&ie Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeit,
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in welcher die höchste Schallgeschwindigkeit auftritt, und der eine Maskierung bzw. Verdeckung von Störsignalen ermöglicht, durch eine Empfangsüberwachungszeitregelschaltung zur Festlegung einer Empfangsüberwachungszeitspanne, während welcher Unterbrechungen der von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung gelieferten Impulse überwacht werden, wobei diese Schaltung unmittelbar nach Rückstellung ihres Zeitgebers durch den Impuls von der Impulsgeneratorschaltung zu arbeiten beginnt und ein Signal liefert, wenn der Zeitgeber während der EmpfangsüberwachungsZeitspanne nicht erneut durch den nächsten Impuls der Iwpulsgeneratorschaltung rückgestellt worden ist, wobei die EmpfangsUberwachungszeitspanne durch den Zeitgeber auf einen gewünschten Wert einstellbar ist, der geringfügig größer ist als die Rückkopplungsperiode entsprechend einer die Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeit, in welcher die niedrigste Schallgeschwindigkeit auftritt, durch eine Schein- oder Pseudoimpulsgeneratorschaltung, die in Abhängigkeit vom Signal der Empfangsüberwachungszeitregelschaltung der Maskierschaltung einen Pseudoimpuls liefert, welcher, ebenso wie das Signal von der Empfängersonde, die Maskierschaltung veranlaßt, auf den Pseudoimpuls hin ein Maskiersignal abzugeben, durch eine Spannung/Strom-Wandlerschaltung zur Umwandlung des Impulses der monostabilen Impulsgeneratorschaltung in ein Stromsignal, das zur Sendersonde übermittelt wird, die ihrerseits in Abhängigkeit davon den nächsten Ultraschallimpuls aussendet, so daß der Rückkopplungsbetrieb fortgeführt wird, und durch einen Ausgangsabschnitt zur Abnahme eines Impulses von der Impulsgeneratorschaltung als Ausgangssignal, wobei der Ausgangsabschnitt einen Frequenz/Spannungs-Wandler und ein Aufzeichnungsgerät enthält.
Im folgenden sind bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten
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Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen Vorrichtung zur Feststellung der Grenze zwischen verschiedenen, eine Leitung durchströmenden Flüssigkeiten auf der Grundlage des Rückkopplungsverfahrens,
Fig. 2a bis 2g graphische Darstellungen der Beziehung zwischen einem Süßeren Zwangssynchronisiersignal und einem Sendesignal eines astabilen Multivibrators, der bei der Rückkopplungsschaltung der bisherigen Vorrichtung verwendet wird, wobei Fig. 2a und Fig. 2g einen Sendeimpuls des Multivibrators mit voreingestellter Frequenz und Impulsbreite, Fig. 2b, 2d und 2f das Synchronisiersignal und Fig. 2c und 2e einen mit der Frequenz des Synchronisiersignals synchronisierten Sendeimpuls des astabilen Multivibrators zeigen,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,
Flg. 4 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 5a bis 3d graphische Darstellungen der Beziehung zwischen einem Empfangssignal und einem Sendesignal der grundsätzlichen Schaltungen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Fig. 5a ein von der Empfängersonde abgegebenes Signal, Fig. 5b einen von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung übertragenen Impuls, Fig. 5c ein von der Maskierschaltung übertragenes Maskier- oder Verdeckungssignal und Fig. 5d einen von der Pseudoimpulsgeneratorschaltung abgegebenen Pseudoimpuls zeigen.
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.ye.
Mit dem Ziel der vorher geschilderten, mit dem bisher angewandten Rückkopplungsverfahren unter Verwendung eines äußeren, zwangssynchronisierten astabilen Multivibrators in der Rückkopplungsschaltung verbundenen Schwierigkeiten wurden erfindungsgemäß ausgedehnte Untersuchungen angestellt. Das Ergebnis dieser Untersuchungen legte den Schluß nahe, daß die genannten Schwierigkeiten deshalb, weil Frequenz und Impulsbreite eines Sendeimpulses des astabilen Multivibrators nicht getrennt eingestellt werden können, unmöglich zu lösen sind, solange beim Rückkopplungsverfahren der astabile Multivibrator benutzt wird. Die Erfindung beruht nun auf diesem Schluß·
Genauer gesagt, kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, daß anstelle des äußeren bzw. extern zwangssynchronisierten astabilen Multivibrators, der eine Synchronisation mit der Frequenz eines äußeren Synchronisiersignals bewirkt, eine synchrone monostabile Impulsgeneratorschaltung verwendet wird und daß weiterhin eine Maskierschaltung und eine Pseudoimpulsgeneratorschaltung vorgesehen sind, die eine stufenlose und bestimmte Fortführung des Rückkopplungsbetriebs eines Sendeimpulses von der genannten Impulsgeneratorschaltung gewährleisten·
Im folgenden ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Fig· 3 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen einem Empfangssignal und einem Sendesignal der grundsätzlichen Schaltungen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung·
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Gemäß Fig. 3 sind eine Empfängersonde 7 für Ultraschallimpulse und eine Sendersonde 9 für Ultraschallimpulse vorgesehen. Die beiden, einen Satz bildenden Sonden 7 und 9 sind einander unter einem Winkel gegenüberliegend in schräger Lage an der Außenfläche einer Rohrleitung 8 so angeordnet, daß ein Ultraschallimpuls, wie durch den Pfeil in Fig. 3 angedeutet, zur Vermeidung einer Mehrfachreflexion dieses Impulses schräg zur Strömungsrichtung einer Flüssigkeit in der Rohrleitung β ausgesandt werden kann. Ein Verstärker 10 dient zur Verstärkung eines Signals von der Empfängersonde 7 auf eine solche Größe (vgl. Fig. 5a), daß dieses Signal einer noch näher zu beschreibenden Maskierschaltung eingegeben werden kann.
Die Maskierschaltung 11 gemäß Fig. 3 überträgt ein in Fig.5c gezeigtes Verdeckungs- bzw. Maskiersignal in Abhängigkeit von einem durch den Verstärker 10 verstärkten normalen Signal i (Fig. 5a) der Emp-fängersonde 7. Das Maskiersignal verdeckt alle eingegangenen oder empfangenen Wellen ii, die sich längs der Wand der Rohrleitung 8 ausgebreitet haben, sowie andere Störwellen iii gemäß Fig. 5a. während einer Periode vom Eingang des Normalsignals i bis zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor Eingang des nächsten Normalsignals iv von der Empfängersonde 7, wobei diese Zeitspanne im folgenden als "Maskierzelt" bezeichnet wird. Außerdem läßt das Maskiersignal eine noch näher zu beschreibende monostabile Impulsgeneratorschaltung einen Impuls abgeben. Mit anderen Worten: Die Maskierschaltung 11 dient zur Verhinderung einer Betätigung der noch näher zu beschreibenden monostabilen Impulsgeneratorschaltung durch andere Rausch- bzw» Störsignale als das normale Signal von der Empfängersonde 7. Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 enthält weiterhin eine Masklerzeitregelschaltung (masking time setup circuit) 12, welche ein Maskiersignal von der Maskierschaltung 11 auslöst. Genauer gesagt, beginnt diese Schaltung 12 ihren Betrieb nach der Rückstellung ihres
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Zeitgebers durch einen Impuls von der noch zu beschreibenden Impulsgeneratorschaltung, um nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne, d.h. der Maskierzeit, ein Maskierauslösesignal an die Maskierschaltung 11 zu liefern. Die Maskierzeit Tm gemäß Fig. 5c kann mittels eines Zeitgebers, etwa eines Vorwählzählers, leicht auf einen gewünschten Wert eingestellt werden· Die Maskierzeit Tm wird auf einen Wert eingestellt, der geringfügig kleiner ist als die RUckkopplungsperiode T1 entsprechend einer in der Rohrleitung 8 strömenden Flüssigkeit mit der höchsten Schallgeschwindigkeit (vgl. Fig. 5a) und welcher ausreicht, die empfangenen Störwellen ii und iii gemäß Fig. 5a zu maskieren bzw. zu verdecken.
Die monostabile Impulsgeneratorschaltung 13 gemäß Fig. 3 überträgt einen Impuls der Art gemäß Fig. 5b in Abhängigkeit von dem von der Masklerschaltung 11 abgegebenen Maskiersignal (Fig« 5c). Dieser Impuls der Impulsgeneratorschaltung
13 dient auch als Triggersignal für die Maskierzeitregelschaltung 12.einerEmpfangsUberwachungs-Zeitregelschaltung (noch zu beschreiben) und einer noch zu erläuternden Spannung/Strom· Wandlerschaltung·
Gemäß Fig. 3 sind eine Empfangsüberwachung-Zeitregelschaltung
14 und eine Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 vorgesehen· Wenn die Empfängersonde 7 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne aufgrund von Blasen oder Fremdkörpern, die in der die Rohrleitung 8 durchströmenden Flüssigkeit enthalten sind, keinen Ultraschallimpuls von der Sendersonde 9 empfangen hat, wodurch die Impulse von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung 13» wie durch die gestrichelte Linie in Fig· 5b veranschaulicht, ebenso unterbrochen werden wie der normale Rückkopplungsbetrieb, liefert die Zeitregelschaltung 14 ein Signal zur Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16, um diese zu veranlassen, einen Pseudoimpuls gemäß Fig· 5b an die Maskierschal-
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tung 11 abzugeben. Wie durch den Pfeil dargestellt, übermittelt die Maskierschaltung 11 in Abhängigkeit von diesem Pseudoimpuls ein Maskiersignal an die «onostabile Impulsgeneratorschaltung 13» während sie außerdem auch Störsignale maskiert. Die Impulsgeneratorschaltung 13 übermittelt einen Impuls, wie durch einen anderen Pfeil dargestellt, in Abhängigkeit von diesem Maskiersignal· Infolgedessen bewirken die Zeitregelschaltung 14 und die Pseudoimpulsgeneratorschal· tung 16 eine augenblickliche Wiederaufnahme des unterbrochenen Rückkopplungsbetriebs. Insbesondere beginnt die Regelschaltung 14 zu arbeiten, sobald ihr Zeitgeber durch einen Impuls von der Impulsgeneratorschaltung 13 rückgestellt worden ist. Wenn dieser Zeitgeber durch den nächsten Impuls der Schaltung 13 nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne wieder rückgestellt worden ist, nämlich während der EmpfangsUberwachungsZeitspanne, bzw. wenn ein Ultraschallimpuls von der Sendersonde 9 aus irgendeinem Grund nicht innerhalb der angegebenen Zeitspanne von der Empfängersonde 7 empfangen worden ist, liefert die Empfangsüberwachungs-Zeitregelschaltung 14 ein Signal zur Pseudoimpulsgeneratorschaltung I6e Letztere liefert in Abhängigkeit von diesem Signal einen Pseudoimpuls zur Maskierschaltung 11, wodurch der RUckkopplungsbetrieb auf erläuterte Weise ohne Störung fortgeführt wird.
Wenn dagegen der RUckkopplungsbetrieb normal verläuft und der Zeitgeber der Zeitregelschaltung 14 durch
den nächsten Impuls von der Impulsgeneratorschaltung 13 innerhalb der Empfangsüberwachungszeit wieder rückgestellt worden ist, wird lediglich die nächste Empfangsüberwachungszeitspanne eingeleitet, während die Schaltungen 14 und 16 ihre vorher beschriebene Arbeitsweise nicht durchführen·
Die Empfangsüberwachungszeitspanne kann ohne weiteres an eines Zeitgeber, etwa einem Vorwählzähler, auf den gewünsch-
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ten Wert eingestellt werden· Gemäß Fig· 5a wird diese Zeitspanne auf einen Wert eingestellt, der geringfügig größer ist als die RUckkopplungsperiode T2 entsprechend einer in der Rohrleitung 8 strömenden Flüssigkeit, in welcher die höchste Schallgeschwindigkeit auftritt. ,
Die EmpfangsUberwachungszeitregelschaltung 14 und die Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 bewirken auch, daß die monostabile Impulsgeneratorschaltung 13 den ersten Impuls zur Einleitung des Rückkopplungsbetriebs überträgt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in Betrieb gesetzt wird.
Gemäß Fig. 3 ist eine Spannung/Strom-Wandlerschaltung 15 vorgesehen, welche ein Spannungssignal von der Impulsgeneratorschaltung 13 in ein Stromsignal umwandelt und dieses zur Sendersonde 9 übermittelt. Letztere gibt dann in Abhängigkeit von diesem Signal einen Ultraschallimpuls durch die in der Rohrleitung 8 strömende Flüssigkeit zur Empfängersonde 7 ab.
Weiterhin ist gemäß Fig. 3 eine Abnormalitätsdetektorschaltung 17 vorgesehen, welche die Zahl der von der Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 während einer Abnormalitätsdetektorzeitspanne abgegebenen. PseudoImpulse zählt. Wenn die Zahl der gezählten Pseudoimpulse einen vorgegebenen Wert bzw. Sollwert übersteigt, d.h. wenn es häufig vorkommt, daß ein von der Sendersonde 9 ausgesandter Ultraschallimpuls aus irgendeinem Grund nicht in der normalen Weise von der Empfängersonde 7 abgenommen wird, betrachtet die Abnormalitätsdetektorschaltung 17 einen derartigen Zustand als Abnormalitäts- bzw. Störungezustand, so daß sie ein Signal zu einer nicht dargestellten Alarmvorrichtung, die ein hörbares Alarmsignal zur Erweckung der Aufmerksamkeit der Bedienungspersonen abgibt, oder ein Signal zu einer Vorrichtung (nicht dargestellt) überträgt, durch welche
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entsprechende Maßnahmen gegen den Storungszustand unternommen werden. Die Abnormalitätsdetektorzeitspanne und die vorbestimmte Zahl der Pseudoimpulse lassen sich ohne weiteres mittels eines Zeitgebers, etwa eines Vorwählzählers, auf die gewünschten Werte einstellen. Die erwähnte Detektorschaltung ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht unabdingbar, vielmehr wird sie nach Bedarf vorgesehen.
Gemäß Fig. 3 weist ein Ausgangsabschnitt 18 einen Frequenz/-Spannungs-Wandler sowie ein Aufzeichnungsgerät auf, welches die von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung 13 in einer Folge, d.h. mit der RUckkopplungsfrequenz übertragenen Impulse aufnimmt und die empfangenen Impulse auf verschiedenartige Weise für die Abgabe bzw. den Ausgang verarbeitet. Genauer gesagt, wandelt der Ausgangsabschnitt 18 die Rückkopplungsfrequenz mittels des Frequenz/Spannungs-Wandlers in eine Ausgangsspannung um, die im Aufzeichnungsgerät dieses Abschnitts aufgezeichnet wird. Wenn eine Änderung der Dichte der in der Rohrleitung 8 strömenden Flüssigkeit auftritt, d.h. wenn die Grenze zwischen unterschiedlichen Flüssigkeiten eine vorbestimmte Stelle passiert, wird hierdurch eine Änderung der Rückkopplungsfrequenz hervorgerufen und mithin eine entsprechende Änderung in der Ausgangsspannung verursacht, was eine Änderung der Anzeige des Aufzeichnungsgeräts bewirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Grenze zwischen verschiedenen, die Rohrleitung 8 durchströmenden Flüssigkeiten anhand der Anzeigeänderung des Aufzeichnungsgeräts zu bestimmen«
Infolge des anhand von Fig. 3 beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit ein Impuls von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung 13 über die Spannung/-Strom-Wandlerschaltung 15 zur Sendersonde 9 übertragen· Die Sendersonde 9 sendet in Abhängigkeit von diesem Impuls einen Ultraschallimpuls durch die in der Rohrleitung 8 strömende Flüssigkeit zur Empfängersonde 7 aus. Letztere wandelt diesen
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Ultraschallimpuls in ein Spannungssignal um. Das Spannungssignal wird durch den Verstärker 10 verstärkt und dann zur Maskierschaltung 11 übermittelt. Letztere liefert in Abhängigkeit von diesem Signal ein Maskiersignal, wobei sie auch die eingegangenen Störsignalwellen maskiert bzw. verdeckt. In Abhängigkeit von diesem Maskiersignal liefert die Impulsgeneratorschaltung 13 einen Impuls, durch den der normale Rückkopplungsbetrieb fortgesetzt wird.
Andererseits dient der von der Impulsgeneratorschaltung 13 abgegebene Impuls auch als Anstoß- bzw. Triggersignal für die Maskierzeitregelschaltung 12 und die Empfangsüberwachungszeitregelschaltung 14O Genauer gesagt, beginnt die Regelschaltung 12 in Abhängigkeit von einem von der Impulsgeneratorschaltung 13 abgegebenen Impuls zu arbeiten, wobei sie nach Ablauf einer vorbestimmten Maskierzeit ein Maskierauslösesignal zur Maskierschaltung 11 überträgt und dadurch eine Maskierzeitspanne einleitet. Die Regelschaltung 14 beginnt dagegen in Abhängigkeit von einem Impuls von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung 13 zu arbeiten· Wenn der normale Rückkopplungsbetrieb aus irgendeinem Grund während einer vorbestimmten EmpfangsüberwachungsZeitspanne unterbrochen worden ist, liefert die EmpfangsUberwachungszeitregelschaltung 14 ein Signal zur Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 und veranlaßt letztere dadurch, einen Pseudoimpuls zur Maskierschaltung 11 zu liefern, der eine Fortführung des Rückkopplungsbetriebs ermöglicht. Außerdem ist eine Abnormalitätsdetektorschaltung 17 zur Betätigung einer nicht dargestellten Alarmvorrichtung vorgesehen» die ein z.B. hörbares Alarmsignal abgibt, wenn der Rückkopplungsbetrieb häufig unterbrochen wird.
Beispiel 2
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, wobei den Teilen von Fig. 3 entsprechende
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Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind·
Die Vorrichtung gemäß Fig.4 weist eine Maskierschaltung 11 · auf, die sich bezüglich Konstruktion und Arbeitswelse geringfügig von der vorher beschriebenen Maskierschaltung 11 unterscheidet. Insbesondere läßt die Maskierschaltung 11· ein von der Empfängersonde 7 abgegebenes Signal, das durch den Verstärker 10 verstärkt worden ist, ohne jede Maskierbetätigung durch die Maskierschaltung 11* hindurch unmittelbar zur monostabilen Impulsgeneratorschaltung 13 gelangen. Letztere übermittelt in Abhängigkeit von diesem Signal einen Impuls zur Maskierschaltung 11', die dann ihrerseits in Abhängigkeit von diesem Impuls von der Schaltung 13 ein Maskiersignal abgibt und gleichzeitig Störsignale zu maskieren beginnt.
Die vorher beschriebene Maskierschaltung 11 nach Beispiel 1 beginnt eine Störsignalmaskierung in Abhängigkeit von einem Signal von der Empfängersonde 7, wobei sie gleichzeitig die monostabile Impulsgeneratorschaltung 13 zur Abgabe eines Impulses veranlaßt, während die Maskierschaltung 11' gemäß Beispiel 2 oder Fig. 4 die Störsignalmaskierung nicht aufgrund eines Signals von der Empfängersonde 7> sondern aufgrund eines Impulses von der Impulsgeneratorschaltung 13 einleitet. Ein von dieser Impulsgeneratorschaltung 13 gemäß Flg. 4 abgegebener Impuls dient ebenso wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel auch als Triggersignal für die Masklerzeitregelschaltung 12, die EmpfangsUberwachungsregelschaltung 14 und die Spannung/-Strom-Wandlerschaltung 15.
Bei Verwendung der beschriebenen Maskierschaltung 11* kann ein von der Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 abgegebener Pseudoimpuls, anstatt zur Masklerschaltung 11* gesandt zu werden, auf die durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 angedeutete Weise unmittelbar zur Impulsgeneratorschaltung 13 übertragen werden.
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Wie erwähnt, dient die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Peststellung der Grenze bzw. des Übergangs zwischen verschiedenen, eine Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeiten, doch ist die Aufgabe der e-rf indungs gemäßen Vorrichtung nicht auf die Feststellung der Grenze zwischen verschiedenen Flüssigkeiten beschränkt. Es braucht eigentlich nicht näher betont zu werden, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Feststellung oder Bestimmung einer Änderung der Parameter, wie Elastizitätsmodul (für Druck), Konzentration und Temperatur, einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit eignet.
Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, auf einfache und bequeme Weise die Maskierzeitspanne und die EmpfangsüberwachungsZeitspanne auf gewünschte Werte einzustellen. Die Erfindung gewährleistet daher die folgenden industriellen Nutzeffektes
1. Aufgrund einer einfachen Einstellung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an Rohrleitungen unterschiedlicher Durchmesser anpaßbar.
2. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Ausdehnung oder Erweiterung der Maskierzeitspanne auf ein solches Maß gestattet, daßcer Empfang der Normalsignale von der Sendersonde nicht beeinträchtigt wird, ist es möglich, die empfangenen Störsignalwellen praktisch völlig zu unterdrücken.
3. Selbst wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der normale Rückkopplungsbetrieb aus irgendeinem Grund unterbrochen worden ist, kann der RUckkopplungsbetrieb automatisch und augenblicklich wieder fortgeführt werden, indem die EmpfangsüberwachungsZeitspanne auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird.
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4. Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine häufige Unterbrechung der normalen RUckkopplungsbetriebsart auftritt, kann das Auftreten einer solchen Störung durch HinzufUgung einer Abnormalitätsdetektorschaltung mittels einer automatisch betätigten Alarmvorrichtung angezeigt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssig keityiäuf der Grundlage des RUckkopplungs ve rf ahrens besteht also aus einem Sondensatz in Form einer Sendersonde und einer Empfängersonde, die zum Abgeben und Aufnehmen eines Ultraschallimpulses einander gegenüberliegend an der Außenfläche einer Rohrleitung angebracht sind, einer Maskierschaltung zur Übertragung eines Maskiersignals in Abhängigkeit von einem von der Empfängersonde gelieferten Signal, einer monostabilen Impulsgeneratorschaltung zur Lieferung eines Impulses in Abhängigkeit von dem von der Maskierschaltung abgegebenen Maskiersignal, einer Maskierzeitregelschaltung zur Einstellung oder Festlegung einer Maskierzeitspanne des von der Maskierschaltung abgegebenen Maskiersignals, einer Empfangsüberwachungszeitregelschaltung nebst einer Pseudoimpulsgeneratorschaltung zur Lieferung eines Pseudoimpulses, einer Spannung/Strom-Wandlerschaltung zur Umwandlung des Impulses von der Impulsgeneratorschaltung in ein Stromsignal und einem Ausgangsabschnitt zum Abnehmen des Impulses der Impulsgeneratorschaltung als Ausgangssignal.
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-2.3-Leerseite

Claims (4)

  1. Henkel, Kern, Feiler Cr Hänzel Patentanwälte
    Möhlstraße 37 D-8000 München 80
    Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid
    ί5· Juli 1977
    Patentansprüche
    / 1.1 Vorrichtung zur Feststellung von Änderungen der Parameter einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem Rückkopplungs(pfeif)verfahren, gekennzeichnet durch einen Sondensatz in Form einer Sendersonde (9) und einer Empfängersonde (7)» die einander gegenüberliegend an der Außenfläche einer Rohrleitung (8) angebracht sind und von denen die Sendersonde einen Ultraschallimpuls durch eine in der Rohrleitung strömende Flüssigkeit zur Empfängersonde aussendet, die ihrerseits diesen Ultraschallimpuls in ein Spannungssignal umwandelt und dieses weiterleitet, durch einen Verstärker (10) zur Verstärkung des von der Empfängersonde empfangenen Spannungssignals, durch eine Maskierschaltung (11 oder 11') zur Lieferung eines Verdeck- bzw. Maskiersignals in Abhängigkeit von dem durch den Verstärker verstärkten Signal der Empfängersonde, wobei die Maskierschaltung während einer vorbestimmten Maskierzeitspanne von den Normalsignalen der Empfängersonde abweichende Rausch- oder Störsignale maskiert bzw. verdeckt, durch eine monostabile Impulsgeneratorschaltung zur Lieferung eines Impulses in Abhängigkeit von diesem Maskiersignal, durch eine Maskierzeitregelschaltung (12) zur Bestimmung oder Festlegung der Maskierzeitspanne, die unmittelbar nach dem Rückstellen eines in ihr vorgesehenen Zeitgebers
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    ORIGINAL INSPECTED
    den Impuls von der Impulsgeneratorschaltung zu arbeiten beginnt und die Maskierung durch die Maskierschaltung auslöst, indem sie letzterer ein Maskierauslösesignal in dem Moment liefert, in welchem die Maskierzeitspanne abgelaufen ist, wobei die Maskierzeitspanne durch den Zeitgeber auf einen gewünschten Wert innerhalb eines Periodenbereichs einstellbar ist, der geringfügig kleiner ist als die Rückkopplungsperiode entsprechend einer die Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeit, in welcher die höchste Schallgeschwindigkeit auftritt, und der eine Maskierung bzw. Verdeckung von Störsignalen ermöglicht, durch eine Empfangsüberwachungszeitregelschaltung (14) zur Festlegung einer Empfangsüberwachungszeitspanne, während welcher Unterbrechungen der von der monostabilen Impulsgeneratorschaltung gelieferten Impulse überwacht werden, wobei diese Schaltung unmittelbar nach Rückstellung ihres Zeitgebers durch den Impuls von der Impulsgeneratorschaltung zu arbeiten beginnt und ein Signal liefert, wenn der Zeitgeber während der Empfangsüberwachungszeitspanne nicht erneut durch den nächsten Impuls der Impulsgeneratorschaltung rückgestellt worderjiist, wobei die Empfangsüberwachungszeitspanne durch den Zeitgeber auf einen gewünschten Wert einstellbar ist, der geringfügig größer ist als die Rückkopplungsperiode entsprechend einer die Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeit, in welcher die niedrigste Schallgeschwindigkeit auftritt, durch eine Schein- oder Pseudoimpulsgeneratorschaltung (16), die in Abhängigkeit vom Signal der Empfangsüberwachungszeitregelschaltung der Maskierschaltung einen Pseudoimpuls liefert, welcher, ebenso wie das Signal von der Empfängersonde, die Maskierschaltung veranlaßt, auf den Pseudoimpuls hin ein Maskiersignal abzugeben, durch eine Spannung/Strom-Vandlerschaltung (15) zur Umwandlung des Impulses der monostabilen Impulsgeneratorschaltung in ein Stromsignal, das zur Sendersonde übermittelt wird, die ihrerseits in Abhängigkeit davon den nächsten
    709883/109Ä
    2737074
    Ultraschallimpuls aussendet, so daß der Rückkopplungsbetrieb fortgeführt wird, und durch einen Ausgangsabschnitt (18) zur Abnahme eines Impulses von der Impulsgeneratorschaltung als Ausgangssignal, wobei der Ausgangsabschnitt einen Frequenz/Spannungs-Wandler und ein Aufzeichnungsgerät enthält.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierschaltung das Signal von der Empfängersonde ohne jede Maskierbetätigung unmittelbar zur monostabilen Impulsgeneratorschaltung durchzulassen vermag, um letztere einen Impuls liefern zu lassen, und daß die Maskierschaltung in Abhängigkeit vom Impuls der Impulsgeneratorschaltung ein Maskiersignal abgibt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pseudoimpulsgeneratorschaltung den Pseudoimpuls unter übergehung der Maskierschaltung unmittelbar zur monostabilen Impulsgeneratorschaltung zu liefern vermag.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Abnormalitätsdetektorschaltung vorgesehen ist, welche die während einer vorbestimmten Zeitspanne von der Pseudoimpulsgeneratorschaltung abgegebenen Pseudoimpulse zählt und ein Signal liefert, wenn die gezählte Zahl der Pseudoimpulse einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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DE2732074A 1976-07-16 1977-07-15 Vorrichtung zur Ermittlung von auf Schallgeschwindigkeitsänderungen beruhenden Änderungen von physikalischen Eigenschaften einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem sing-aroundVerfahren Expired DE2732074C3 (de)

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