DE2732074B2

DE2732074B2 - Vorrichtung zur Ermittlung von auf Schallgeschwindigkeitsänderungen beruhenden Änderungen von physikalischen Eigenschaften einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem sing-around-Verfahren

Info

Publication number: DE2732074B2
Application number: DE2732074A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Koda; Masato Tsuchiya
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2732074A1; JPS5310454A; GB1579676A; JPS5643482B2; US4095457A; DE2732074C3

Description

Die vorliegende Erfindung hetriffi eine Vorrichtung zur Ermittlung von auf Schallgeschwindigkeitsänderungen beruhenden Änderungen von physikalischen Eigenschaften einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem sing-around-Verfahren, mit einem

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Zeitgeber auf einen gewünschten Wert innerhalb eines Periodenbereiches einstellbar ist der geringfügig kleiner ist als die sing-around-Periode entsprechend einer die Rohrleitung (8) durchströmenden Flüssigkeit in welcher die höchste angenommene Schallgeschwindigkeit auftritt
durch eine Empfangsüberwachungszeitregelschaltung (14) zur Festlegung einer Empfangsüberwachungszeitspanne, während welcher Unterbrechungen der von der monostabilen Impulsgenerator cnhaltiina (\Χϊ crplipfortAn Irriniilca fjbefWECht W6f- dcn, wobei diese Schaltung (14) unmittelbar nach Rückstellung ihres Zeitgebers durch den Impuls von der Impulsgeneratorschaltung (13) zu arbeiten beginnt und ein Signal liefert, wenn ihr Zeitgeber während der Empfangsüberwachungszeitspanne nicht erneut durch den nächsten Impuls der Impulsgeneratorschaltung (13) rückgestellt worden ist, wobei die Empfangsüberwachungszeitspanne durch ihren Zeitgeber auf einen gewünschten Wert einstellbar ist, der geringfügig größer ist als die sing-around-Periode entsprechend einer die Rohrleitung (8) durchströmenden Flüssigkeit, in welcher Empfängersonde, die einander gegenüberliegend an der Außenfläche einer Rohrleitung angebracht sind und von denen sie Sendersonde einen Ultraschallimpuls durch eine in der Rohrleitung strömende Flüssigkeit zur Empfängersonde aussendet die ihrerseits diesen Ultraschallimpuls in ein Spannungssignal umwandelt und dieses weiterleitet mit einem Verstärker zur Verstärkung des von der Empfängersonde empfangenen Spannungssignals, mit einer sing-around-Schaltung, weiche synchron mit den durch den Verstärker

zur Auslösung der Sendersonde dienendes Signal erzeugt und an welche ein Frequenz-Spannungswandler angeschlossen ist, der mit einem Aufzeichnungsgerät verbunden ist wobei die sing-around-Schaltung eine Maskierschaltung umfaßt, die in Abhängigkeit von den durch den Verstärker verstärkten Normalsignalen der Empfängersonde ein Maskiersignal zur Unterdrückung von den Normalsignalen der Empfängersonde abweichenden Rausch- oder Störsignalen während einer vorbestimmten Maskierzeitspanne liefert

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 zu transportieren. Hierbei muß die Grenze zwischen den verschiedenen, die Rohrleitungen durchströmenden Flüssigkei- > ten am Bestimmungsort von der Außenseite der Leitung her genau bestimmt und die eine Flüssigkeit von der anderen durch Umschalten der Rohrleitungsstrecke an diesem Grenzpunkt abgetrennt werden.

Es. sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen ι ο von der Außenseite der Rohrleitung her die Grenze zwischen verschiedenen, durch die Rohrleitung strömenden Flüssigkeiten festgestellt wsraen k~->n. Unter anderem ist ein nach dem sing around- '. ^rahren arbeitendes Verfahren zur Feststellung; diet.;. Grenze π bzw. dieses Obergangs bekannt. weich.' ...eh darauf stützt, daß die Schallgeschwindigkf/. «. Abhängigkeit von Änderungen der natürlichen «Mysikalischen Eigenschaften eines Mediums, e*r,a der Dichte oder dem Elastizitätsmodul (für Druck), Ve liert

Beim sing-around-Verfahren, 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 Spannungssignal 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 »sing-around-Frequenz« bezeichnet) des Ultraschallimpulses bei diesen wiederholten Emissionen mittels eines Frequenzmessers gemessen und die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit nach folgender Gleichung berechnet:

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1 = Strecke zwischen Sender- und Empfängersonde,

c = Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit und

/ = sing-around-Frequenz

bedeuten.

Die in obiger Gleichung zu berücksichtigende Zeitverzögerung in der elektrischen Schaltung ist in diesem Fall zur Vereinfachung der Beschreibung

i ιΐανιιίαααΐι:

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer bisher üblichen Vorrichtung zur Bestimmung der Grenze zwischen verschiedenen, in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeiten nach dem oben erwähnten sing- _M around-Verfahren. 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 Strämungsrichtung der Flüssigkeit in der Rohrleitung 4 (durch den Pfeil angedeutet) ausgestrahlt werden kann Wie erwähnt, wird ein Ultraschallimpuls v/iederholt von der Sonde 2 in die Flüssigkeit ausgestrahlt. Die sing-around-Frequenz wild durch einen Frequenz/Spannungs-Wandler 5 in eine Ausgangsspannung umgewandelt, die in einem Aufzeichnungsgerät 6 aufgezeichnet wird. In Fi g.l ist bei 1 eine sing-around-Schaltung dargestellt Eine Änderung der Dichte der in der Rohrleitung 4 strömenden Flüssigkeit, d.h. der Durchlauf der Grenze bzw. des Obergangs zwischen verschiedenen Flüssigkeiten an einem vorgegebenen Punkt, führt zu einer Änderung der sing-around-Frequenz und mithin zu einer Änderung der Ausgangsspannung. Auf diese Weise kann die Grenze zwischen verschiedenen Flüssigkeiten von der Außenseite der Rohrleitung 4 her festgestellt werden.

Bei der beschriebenen bisherigen sing-around-Schaltung, die als Impulsoszillator einen extern zwangssynchronisierten, astabilen Multivibrator (im folgenden einfach ab »astabiler Multivibrator« bezeichnet) verwendet, ist die Frequenz eines Sendeimpulses dieses Multivibrators mit der Frequenz ehies Signais von der Empfängersonde synchronisiert, unc" der erhaltene synchronisierte Sendeimpuls wird als Sendesignal benutzt

In einem freilaufenden Zustand, in welchem kein äußeres Zwangssynchronisiersignal (im folgenden einfach als »Synchronisiersignal« bezeichnet) als Triggersignal abgegeben wird, emittiert der astabile Multivibrator eine Folge von Impulsen mit voreingestellter Frequenz und Impulsbreite gemäß Fig.2a. Wenn im Einschaitzustand des Sendeimpulses ein Synchronisiersignal abgegeben wird, bewirkt dieses kein Ansprechen des Sendeimpulses auf das Synchronisiersignal, während der Sendeimpuls in seinem Ausschaltzustand 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 astaiilen Multivibrators abgegeben wird, wird diese Frequenz des Se.-deimpulses mit der Frequenz des Synchronisiersignals verblockt oder gekoppelt und damit synchronisiert Der astabile Multivibrator gibt einen Impuls mit einer Frequenz entsprechend derjenigen des Synchronisiersignais und mit seiner eigenen Impulsbreite ab, wie in Fig.2c oder 2e gezeigt Wenn dagegen ein Synchronisiersignal gemäß F i g. 2f im Einschaitzustand des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators abgegeben wird, spricht dieser Sendeimpuls nicht auf das Synchronisiersignal an so daß der Multivibrator gemäß Fig.2 einen impuk, mit derselben voreingesteiiten Frequenz und Impulsbreite wie in F i g. 2a abgibt

Di» Grenze zwischen verschiedenen, eine Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeiten wurde bisher unter Ausnutzung der beschriebenen Eigenschaften des astabiien iviumviDratcrs Destimmt Bei diesem bisherigen Verfahren wurde insbesondere die Frequenz des Sendeimpulses des astabiien Multivibrators auf einen Wert etwas untemalb der sing-around-Frequenz entsprechend einer in der Rohrleitung strömenden Flüssigkeit, welche die niedrigste Schaltgeschwindigkeit liefert, voreingestellt und die Frequenz des Sendeinpulses des Multivibrators mit der sing-arounci-Frequenz, 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 verbindert, 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 eine sing-around-Schaltung treten jedoch unvermeidbar die folgendein Schwierigkeiten auf:

1. Wenn eine Änderung der Art der in der Leitung strömenden Flüssigkeiten eine Änderung der sing-around-Frequenz hervorruft, kann die vorangestellte Frequenz eines Sendeimpulses des astabilen Multivibrators seine Synchronisationsgrenze mit der sing-around-Frequenz, d. h. mit der Frequenz eines Impulses von der Empfängersonde, Obersteigen, was von der Größe (extent) des vorbestimmten Wertes der Frequenz des Sendeimpulses des astabilen Multivibrators selbst abhängt, so daß befürchtet werden muß. daß eine Synchronisation nicht mehr möglich ist.

2. Wenn ein von der Sendersonde abgegebener Ultraschallimpuls die Empfängersonde aufgrund von Blasen oder Fremdstoffen, die in den die Leitung durchströmenden Flüssigkeiten enthalten 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 Frequenz- und Impulsbreite eines Sendeimpulses auf an den Durchmesser des neuen bzw. anderen Rohres angepaßte Werte eingestellt werden. Wie erwähnt ist eine solche Einstellung jedoch schwierig durchzuführen und insbesondere nicht an Ort und Stelle möglich.

Dieselben Schwierigkeiten bestehen bei dem nach der DE-AS 20 24 882 bekannten Meßgerät Dieses arbeitet auf der Grundlage einer festen Phasenbeziehung. Es weist einen Impulsoszülator auf, wobei die Frequenz eines Sendeimpulses mit der Frequenz eines äußeren Synchronisiersignals synchronisiert wird. Man spricht so auch von einem «^genannten Synchronsystem. Die Synchronisation wird durch eine Grundschaltung, bestehend aus einem freilaufenden Oszillator, einem Zählteiler, Phasendetektoren sowie einem Verstärker, herbeigeführt Diese Grundschaltung ersetzt den Multivibrator der oben beschriebenen Vorrichtung. Bei der bekannten Vorrichtung wird das Maskieren durch ein von dem Oszillator stammendes Ausgangssignal ausgelöst d. h-, das Maskieren beginnt sogar dann, wenn ein Empfangssignal fehlt Die Meßergebnisse sind daher eo nur beschränkt brauchbar.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine leichte Anpassung an unterschiedliche Rohrdurchmesser, eine automatische und äugen- &s blickliche Fortführung des sing-around-Betriebes, wenn der normale sing-around-Betrieb z.B. aufgrund von Blasen in der die Rohrleitung durchströmenden

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40 Flüssigkeit unterbrochen ist, sowie in einfacher Weise eine praktisch völlige Unterdrückung von Störsignalen erreichbar ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmate des Anspruchs 1 gelöst

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 Vorteile:

1. Aufgrund einer einfachen Einstellung der Maskier und Empfangsüberwachungszeitspanne ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an Rohrleitungen unterschiedlicher Durchmesser leicht anpaßbar.

2. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Ausdehnung oder Erweiterung der Maskierzeitspanne auf ein solches Maß gestattet daß der 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 sing-around-Betrieb aus irgendeinem Grund unterbrochen worden ist z. B. durch Blasen etc. in der Flüssigkeit kann der sing-around-Betrieb automatisch und augenblicklich wieder fortgu.ührt werden, indem die Empfangsüberwachungszeitspanne auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird.

4. Wenn bei der erfindungsgemäSen Vorrichtung eine häufige Unterbrechung der normalen sing-around-Betriebsart auftritt kann das Auftreten einer solchen Störung durch Hinzufügen einer Abnormalitätsdetektorschaltung mittels einer automatisch betätigten Alarmvorrichtung angezeigt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen Vorrichtung zur Feststellung der Grenze zwischen verschiedenen, eine Leitung durchströmenden Flüssigkeiten auf der Grundlage des sing-around- Verfahrens,

Fig.2a bis 2g graphische Darstellungen der Beziehung zwischen einem äußeren Zwangssynchronisiersignal und einem Sendesignal eines astabilen Multivibrators, der bei der sing-around-Schaltung der bisherigen Vorrichtung verwendet wird, wobei F i g. 2a und F i g. 2g einen Sendeimpuk des Multivibrators mit voreinge«teliter Frequenz und Impulsbreite, Fig.2b, 2d und 2t dis 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, die nach dem sing-around-Verfahren arbeitet

Fig.4 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsfonn der Erfindung und

Fig.5a bis 5d graphische Darstellungen der Beziehung zwischen einem Empfangssignal und einem Sendesigna] der grundsätzlichen Schaltungen bei der erfmdungsgemäßen Vorrichtung, wobei F i g. 5a ein von der Empfängersonde abgegebenes Signal, F i g. 5b einen von der monostabilen Impulsgeneratorsclhaltung übertragenen Impuls, Fig.5c ein von der Maskierschaltung übertragenes Maskier- oder Verdeckungssignal und F i g. 5d einen von der Pseudoimpulsgeneratorschaltung

abgegebenen Pseudoimpuls zeigen.

Mil dem Ziel zur Beseitigung der vorher geschilderten, mit dem bisher angewandten sing-around-Verfahrcn unter Verwendung eines äußeren, zwangssynchronisierten astabilen Multivibrators in der sing-around-Schaltung verbundenen Schwierigkeiten wurden ausgedehnte Untersuchungen angsstellt. Das Ergebnis dieser Untersuchungen legte den Schluß nahe, daß die genannten Schwierigkeiten deshalb, Weit 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.

Es zeigte sich nun, daß die obengenannten Schwierigkeiten beseitigt sind, wenn anstelle des äußeren bzw. extern zwangssynchronisierten astabilen Multivibrators, der eine Synchronisation mit der Frequenz eines äußeren Synchronisiersignals bewirkt, eine asynchrone monostabile impulsgeneratorschallung verwendet wird und wenn weiterhin eine Maskierschaltung und eine Pseudoimpulsgeneratorschaltung vorgesehen sind, die eine stufenlose und bestimmte Fortführung des sing-around-Belriebes eines Sendeimpulses von einer Impulsgeneratorschaltung gewährleisten.

Im folgenden ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 2^r. anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

In F i g. 3 ist ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform dargestellt. Fig.5 zeigt in graphi- «» scher Darstellung die Beziehung zwischen einem Empfangssignal und einem Sendesignal der Schaltungen gemäß F ig. 1.

Gemäß F i g. 3 sind eine Empfängersonde 7 für Ultraschallimpulse und eine Sendersonde 9 für Ultraschallimpuise 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 8 ausgesandt werden kann. Ein Verstärker 10 dient zur Verstärkung eines Signals von der Empfängersonde 7 auf eine solche Größe (vgL F i g. 5a), daß dieses Signal einer noch näher zu beschreibenden Maskierschaltung eingegeben werden kann.

Die Maskierschaltung 11 gemäß F i g. 3 überträgt ein in Fig. 5c gezeigtes Verdeckungs- bzw. Maskiersignal 5» in Abhängigkeit von einem durch den Verstärker 10 verstärkten normalen Signal i (F i g. 5a) der Empfängersonde 7. Das Maskiersignal verdeckt alle eingegangenen oder empfangenen Wellen κ, 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 »Maskierzeit« bezeichnet wird. Außerdem läßt das Maskiersignal eine noch näher zu beschreibende monostabile Impulsgeneratorschaltung einen Impuls abgeben. Mit anderen Worten: Die Maskierschaltung 1 ί dient zur Verhinderung einer Betätigung der noch näher zu beschreibenden monostabilen Impulsgeneratorschaltung durch andere Rausch- bzw. Störsignale als das normale Signa! von der Empfängersonde 7. Die Vorrichtung gemäß Fi g. 3 enthält weiterhin eine Maskierzeitregelschallung 12, welche ein Maskiersignal von der Maskierschaliung 11 auslöst. Genauer gesagt, beginnt diese Schaltung 12 ihren Betrieb nach der Rückstellung ihres 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 sing-around-Periode Tx entsprechend einer in der Rohrleitung 8 strömenden Flüssigkeit mit der höchsten Schallgeschwindigkeit (vgl. F i g. 5a) und welcher ausreicht, die empfangenen Störwelien ii und iii gemäß F i g. 5a zu maskieren bzw. zu verdecken.

Die monostabile Impulsgeneratorschaltung 13 gemäß F i g. 3 überträgt einen Impuls der Art gemäß F i g. 5b in Abhängigkeit von dem von der Maskierschaltung 11 abgegebenen Maskiersignal (F i g. 5c). Dieser Impuls der Impulsgeneratorschaltung 13 dient auch als Triggersignal für die Maskierzeitregelschaltung 12, einer Empfangsüberwachungs-Zeitregelschaltung (noch zu beschreiben) und einer noch zu erläuternden Spannung/ Leistung- Wandlerschaltung.

Gemäß Fig.3 sind eine Empfangsüberwachungs-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 sing-around-Betrieb, liefert die Zeitregelschallung 14 ein Signal zur Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16, um diese zu veranlassen, einen Pseudoimpuls gemäß Fig.5b an die Maskierschaltung 11 abzugeben. Wie durch den Pfeil dargestellt, übermittelt die Maskierschaltung 11 in Abhängigkeit von diesem Pseudoimpuls ein Maskiersignal an die monostabile Impulsgeneratorschaltung 13, während sie außerdem auch Störsignale maskiert Die Impulsgeneratorschaltung 13 übermittelt einen Impuls, wie durch einen anderen Pfeil dargestellt, in Abhängigkeil von diesem Maskiersignal. Infolgedessen bewirken die Zeitregelschaltung 14 und die Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 eine augenblickliche Wiederaufnahme des unterbrochenen sing-around-Betriebes. Insbesondere beginnt die Regelschaltung 14 zu arbeiten, sobald ihr Zeitgeber durch einen Impuls von der ImpulsgeneratorschaltUiig 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 Empfangsüberwachungszeitspanne 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 16. Letztere liefert in Abhängigkeit von diesem Signal einen Pseudoimpuls zur Maskierschaltung 11, wodurch der sing-around-Betrieb auf erläuterte Weise ohne Störung fortgeführt wird.

Wenn dagegen der sing-around-Betrieb normal

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verläuft und der Zeitgeber der Zeitregelscnaltung 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 einem Zeitgeber, etwa einem Vorwählzähler, auf den gewünschten Wert eingestellt werden, ι ο Gemäß F i g. 5a wird diese Zeitspanne auf einen Wert eingestellt, der geringfügig größer ist als die singaround-Periode 7ΐ entsprechend einer in der Rohrleitung 8 strömenden Flüssigkeit, in welcher die höchste Schallgeschwindigkeit auftritt.

Die Empfangsüberwachungszeitregelschaltung 14 und die Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 bewirken auch, daß die monostabile Impulsgeneratorschaltung 13 den ersten Impuls zur Einleitung des sing-around-Betriebes überträgt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in Betrieb gesetzt wird.

Gemäß F i g. 3 ist eine Spannung/Leistung-Wandlerschaltung 15 vorgesehen, welche ein Spannungssignal von der Impulsgeneratorschaltung 13 in ein Leistungssignal 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 F i g. 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. Störungszustand, 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 entsprechende Maßnahmen gegen den Störungszustand unternommen werden. Die Abnormalitätsdetektorzeitspanne und die vorbestimmte Zahl der Pseudoimpulse lassen sich ohne weiteres mittels eines Zeitgebers, etwa eines Vorwahl-Zählers, auf die gewünschten Werte einstellen. Die erwähnte Detektorschaltung ist für die 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 sing-around-Frequenz übertragenen Impulse aufnimmt und die empfangenen Impulse auf verschiedenartige Weise für die Abgabe bzw. den Ausgang verarbeitet Genauer gesagt, wandelt der Ausgangsabschnitt 18 die sing-around-Frequenz mittels des Frequenz/Spannungs-Wandlers in eine Ausgangsspannung um, die im Aufzeichnungsgerät dieses Abschnitts aufgezeichnet t,s wird. Wenn eine Änderung der Dichte der in der Rohrleitung 8 strömenden Flüssigkeit aufLitt, dh, wenn die Grenze zwischen unterschiedlichen Flüssigkeiten eine vo.-bestimmte Stelle passiert, wird hierdurch eine Änderung der sing-around-Frequenz hervorgerufen und mithin eine entsprechende Änderung in der Ausgangsspannung verursacht, was eine Änderung der Anzeige des Aufzeichnungsgerätes bewirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Grenze zwischen verschiedenen, die Rohrleitung 8 durchströmenden Flüssigkeiten anhand der Anzeigeänderung des Aufzeichnungsgerätes zu bestimmen.

Infolge des anhand von Fig.3 beschriebenen Aufbaus der Vorrichtung wird somit ein Impuls von der monostabilen Impulsgeneratorschaltunfj 13 über die Spannung/Leistung-Wandlerschaltung 15 zur Sendersonde 9 übertragen. Die Sendersonde 9 sendet in Abhängigkeit von diesem Impuls einen Ultraschallimpuls durch die in der Rohrleitung 8 strömend" Flüssigkeit zur Empfängersonde 7 aus. Letztere wandelt diesen 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 sing-around-Betrieb fortgesetzt wird.

Andererseits dient der von der Impulsgeneratorschaltung 13 abgegebene Impuls auch als Anstoß- bzw. Triggersignal für die Maskierzeitregelschaltung 12 und die Empfangsüberwachungszeitregelschaltung 14. 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 singaround-Betrieb aus irgendeinem Grund während einer vorbestimmten Empfangsüberwachungszeiispanne unterbrochen worden ist, liefert die Empfangsüberwachungszeitregelschaltung 14 ein Signal zur Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 und veranlaßt letztere dadurch, einen Pseudoimpuls zur Maskierschaltung 11 zu liefern, der eine Fortführung des sing-around-Betriebes ermöglicht Außerdem ist eine Abnormalitätsdetektorschaltung 17 zur Betätigung einer nicht dargestellten Alarmvorrichtung vorgesehen, die ein z.B. hörbares Alarmsignal abgibt, wenn der sing-around-Betrieb häufig unterbrochen wird.

Beispiel 2

In F i g. 4 ist ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausfühningsform dargestellt Den Teilen von Fig.3 entsprechende Teile sind in Fig.4 mit denselben Bezugsziffern wie in F i g. 3 bezeichnet

Die Vorrichtung gemäß Fig.4 weist eine Maskierschaltung W auf, die sich bezüglich Konstruktion und Arbeitsweise 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 II 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 F i g. 4 abgegebener Impuls dient ebenso wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel auch als Triggersignal für die Maskierzeitregelschaltung 12, die Empfangsüberwachungsregelschaltung 14 und die Spannung/Leistung-Wandlerschaltung 15.

Bei Verwendung der beschriebenen Maskierschaltung II' kann ein vcn der Pseudoimpulsgeneratorschaltung 16 abgegebener Pseudoimpuls, anstatt zur Maskierschaltung 1Γ gesandt zu werden, zjf die durch ijie gestrichelte Linie in Fig.4 angedeutete Weise unmittelbar zur Impulsgeneratorschaltung 13 übertragen werden.

Wie erwähnt, dient die beschriebene Vorrichtung zur Feststellung der Grenze bzw. des Übergangs zwischen verschiedenen, eine Rohrleitung durchströmenden Flüssigkeiten, doch ist der Einsatz der Vorrichtung nicht auf die Feststellung der Grenze zwischen verschiedenen Flüssigkeiten beschränkt Es braucht eigentlich nicht näher betont zu werden, daß sich die Vorrichtung auch für die Feststellung oder Bestimmung einer Änderung der Parameter, wie Elastizitätsmodul (für Druck), Konzentration und Temperatur, einer in einer Rohrleitungströmenden Flüssigkeit eignet

Hicr/u 4 Blatt Zeichnuimcn

Claims

Patentansprüche: 27 32

1. Vorrichtung zur Ermittlung von auf Schallgeschwindigkeitsänderungen beruhenden Änderungen von physikalischen Eigenschaften einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit nach dem sing-around-Verfahren, mit einem Sondensatz in Form einer Sendersonde und einer Empfängersonde, die einander gegenüberliegend an der Außenfläche einer Rohrleitung angebracht sind und von denen die Sendersonde einen Ultraschallimpiils durch eine der Rohrleitung strömende Flüssigkeit zur Empfängersonde aussendet, die ihrerseits diesen Ultraschallimpuls in ein Spannungssignai umwandelt und dieses weiterleitet, mit einem Verstärker zur Verstärkung des von der Empfängersonde empfangenen Spannungssignals, mit einer sing-around-Schaltung, welche synchron mit den durch den Verstärker verstärkten Normalsignalen der Empfängersonde ein zur Auslösung der Sendersonde dienendes signal erzeugt und an welche ein Frequenz-Spannungswandler angeschlossen ist, der mit einem Aufzeichnungsgerät verbunden ist, wobei die sing-around-Schaltung eine Maskierschaltung umfaßt, die in Abhängigkeit von den durch den Verstärker verstärkten Normalsignalen der Empfängersonde ein Maskiersignal zur Unterdrückung von den Normalsignalen der Empfängersonde abweichenden Rausch- oder Störsignalen während einer vorbestimmten Maskierzeitspanne liefert, dadurch gekennzeichnet, daß
die sing-around Schaltung eine asynchrone monostabile Impulsgeneratorschaltung (13) zur Lieferung eines Impulses in Abhängigkeit von dem Maskiersignal und eine Maskierzeitie^elschaltung (12) zur Festlegung der Maskierzeitspsnne umfaßt, die unmittelbar nach dem Rückstellen eines in ihr vorgesshenen Zeitgebers durch den jeweiligen Impuls von der Impulsgeneratorschaltung (i3), die auch den Frequenz-Spannungswandler (18) beaufschlagt, zu arbeiten beginnt und die Maskierung durch die Maskierschaltung (11) auslöst, indem sie letzterer ein Maskierauslösesignal in dem Moment liefert, in welchem die Maskierzeitspanne abgelaudie niedrigste angenommene Schallgeschwindigkeit auftritt,

durch eine Schein- oder Pseudoimpulsgeneratorschaltung (16), die in Abhängigkeit vom Signal der Empfangsüberwachungszeitregelschaltung (14) der Maskierschaltung (11) einen Pseudoimpuls liefert, welcher, ebenso wie das Signal von der Empfängersonde, die Maskierschaltung (11) veranlaßt, auf den Pseudoimpuls hin ein Maskiersignal abzugeben,
durch eine Spannung/Leistung-Wandlerschaltung

(15) zur Umwandlung des Spannungssignals der monostabilen Impulsgeneratorschaltung (13) in ein Leistungssignal, das zur Sendersonde (9) zu deren Ultraschallimpuls-Auslösung übermittelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierschaltung das Signal von der Empfängersonde (7) ohne jede Maskierbetätigung unmittelbar zur monostabilen Impulsgeneratorschaltung (13) durchzulassen vermag, um ietztere einen Impuls liefern zu lassen, und daß die Maskierumschaltung in Abhängigkeit vom Impuls der Impulsgeneratorenschaltung (13) ein Markiersignal abgibt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pseudoimpulsgeneratorschaltung

(16) den Pseudoimpuls unter Übergehung der Maskierschaltung unmittelbar zur monostabilen Impulsgeneratorsv-haltung (13) zu liefern vermag.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Abnormalitätsdetektorschaltung (17) vorgesehen ist, weiche die während einer vorbestimmten Zeitspanne von der Pseudoimpulsgeneratorschaltung (16) abgegebene Pseudoimpulse zählt und ein Signal liefert, wenn die gezählte Zahl der Pseudoimpulse einen vorgegebenen Wert übersteigt