DE2831270C2

DE2831270C2 - Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Objekts

Info

Publication number: DE2831270C2
Application number: DE2831270A
Authority: DE
Inventors: Sigeyuki Aichi Akita; Hisato Toyota Wakamatsu
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1984-09-06
Also published as: JPS5421894A; US4201087A; DE2831270A1

Description

a) einen Oszillator (101, 102), der Taktsignale fester Bezugsfrequenz erzeugt,

b) einen Modulator (103), der die von dem Detektor (122) erzeugten dritten Signale und die Taktsignale derart überlagert, daß in den modulierten Signalen die Taktsignale nur während Zeitintervallen (Ti) auftreten, die den ermittelten Phasendifferenzen entsprechen,

c) einen ersten Zähler (104), der die vom Modulator (103) abgegebenen Taktsignale zählt,

d) einen zweiten Zähler (105), der eine voreinstellbare Anzahl der dritten Signale zählt, und

e) einen Mittelwertbildner (106 bis 109), der ein der gemittelten Phasendifferenz entsprechendes Signal durch Division des Zählerinhalts des ersten Zählers (104) durch den Zählerinhalt des zweiten Zählers (105) bildet, und daß

f) der Signalgenerator (121) einen Frequenzteiler aufweist, der die Frequenz der anliegenden Taktsignale zur Erzeugung der ersten Signale derart teilt, daß die ersten Signale eine Impulsform mit gleicher Einschalt- und Ausschaltzcit aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallempfänger (124) einen Ultraschallwandler (28), der den kontinuierlich empfangenen Ultraschallwellen entsprechende Ausgangssignale erzeugt, die mittels eines mit seinen Eingängen mit den Ausgängen des Ultraschallwandlers (28) verbundenen Vergleichers (29) in die rechteckförmigen zweiten Signale (311) umformbar sind, und einen zwischen den Ausgang und einen der Eingänge des Vergleichers geschalteten Widerstand zur Kompensation von Temperatureinflüssen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anzeigeschaltung (110), die die vom Mittelwertbildner abgegebenen Signale als jeweils ermittelten Temperaturwert digital anzeigt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Aus dem SU-Erfinderschein 4 65 562 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der ein Signalgencralor Signale sowohl an einen Ultraschallsender als auch an einen Phasendifferenzdetektor abgibt, dem zusätzlich die von einem Ultraschallempfänger in Abhängigkeit von den durch das Objekt hindurch übertragenen, empfangenen Ultraschallsignalen erzeugten Signale zugeführt werden. Die vom Phasendifferenzdetektor ermits teile Phasendifferenz zwischen ausgesendeten und empfangenen Ultraschallsignalen wird angezeigt Treten allerdings bei der bekannten Vorrichtung Störungen wie z. B. kurzzeitige Turbulenzen in dem hinsichtlich seiner Temperatur zu untersuchenden Objekt bzw. Medium auf, so gehen diese Störungen voll in das Meßergebnis ein, so daß die Meßanzeige somit relativ unzuverlässig bzw. stark schwankend sein kann. Die Genauigkeit der Meßergebnissc wird darüber hinaus auch durch Schwankungen in der Leistung des ausgesendeis ten Ultraschallsignals nachteilig beeinflußt, da das Ansprechverhalten des Ultraschallempfängers, d. h. also der Zeitpunkt der Abgabe eines den Empfang eines Ultraschallsignals darstellenden Ausgangssignals, in der Regel von der empfangenen und damit von der ausgesendeten Leistung abhängt.

Die US-PS 36 90 155 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln der materialabhängigen Schallgeschwindigkeit in einem Werkstück, bei der die Laufzeit eines impulsförmigen Ultraschallsignals zwischen Aussendung und Empfang durch Zählen der Anzahl von während des Laufzeitintervalls erzeugten Taktsignalen ermittelt wird. Temperatureinflüsse werden bei der bekannten Vorrichtung weder ausgewertet noch berücksichtigt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 05 461 eine Vorrichlung bekannt, bei der die Temperatur eines festen Objekts dadurch gemessen wird, daß die temperaturabhängige Schwingfrequenz von Oberflächenschallwellen ermittelt wird, die sich zwischen einem Ultraschallsender und einem mit dem Ultraschallsender positiv rückgekoppelten und nahe diesem angeordneten Ultraschallempfänger ausbilden. Die Entstehung von Oberflächenschallwellen ist allerdings nur bei festen Körpern möglich, so daß die bekannte Vorrichtung zum Messen der Temperatur z. B. von gasförmigen oder flüssigen Medien nicht geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sich die Temperatur eines beliebigen Objekts sehr exakt ermitteln läßt.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteh gelöst.

Es wird somit einerseits durch Ermitteln der Anzahl der während einer Mehrzahl von ermittelten Phasendifferenzen auftretenden Taktimpulsen und anschließendem Dividieren der ermittelten Anzahl der Mittelwert aus mehreren Phasendifferenzen gebildet, womit eventuell auftretende Störeinflüsse ausgemittelt oder in ihrer Wirkung zumindest drastisch verringert werden, und andererseits darüber hinaus dafür Sorge getragen, daß die Sendeleistung, mit der das Ultraschallsignal ausgesendet wird, äußerst konstant ist, so daß auch die einzelnen Phasendifferenzen selbst aufgrund jeweils gleichen Ansprechverhaltens des Ultraschallempfängers sehr genau ermittelt werden. Damit ist eine äußerst zuverlässige und exakte Temperaturermittlung unabhängig von der Art des untersuchten Objekts sichergestellt. Aufgrund der Konstanthaltung der Sendeleistung kann darüber hinaus der die Taktsignale erzeugende Oszillator vorteilhafterweise auch in größerem Abstand von dem

b5 Signalgenerator angeordnet sein, ohne daß auf den dann erforderlichen Übertragungsleitungcn ggf. auftretende Störungen wie z. B. verteilte Kapazitäten die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinflussen können. Fer-

ner kann auch die vorzugsweise digital erfolgende Anzeige der ermittelten Temperatur an entfernter Stelle erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in Blockschaltbilddarstellung den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der beschriebenen Vorrichtung,

F i g. 2A, 2B und 2C in detaillierterer Darstellung das elektrische Schaltbild des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels und

Fig.3 bis 8 an verschiedenen Punkten der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Schaltung auftretende Signalverläufe zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung.

In F i g. 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung in Blocksciialtbilddarstellung wiedergegeben. Eine Auswerte- und Anzeigeschaltung 100 und eine Fühlerschaltung 120 werden über Versorgungsleitungen 11 und 12 von einer elektrischen Spannungsquelle !0 mit Leistung versorgt und sind über Signalleitungen 13 und 14 zum Aussenden und Empfangen von Signalen ineinander verbunden.

Die Auswerte- und An: eigeschaltung 100 weist einen Hochfrequenzgenerator 101, eine Referenzschaltung 102, die die Frequenz der vom Hochfrequenzgenerator 101 abgegebenen Signale zur Erzeugung von Taktsignalen fester Bezugsfrequenz, deren Wert doppelt so groß wie die Erregerfrequenz der Fühlerschaltung 120 ist, teilt und mit dem Hochfrequenzgenerator 101 einen Oszillator bildet, einen Modulator 103, eine einen ersten Zähler bildende Akkumulatorschaltung 104, eine einen zweiten Zähler bildende Taktsignalschaltung 105, eine Verknüpfungsschaltung 106. eine Zählschaltung 107, eine Schaltschaltung 108, eine Diskriminatorschaltung 109, die gemeinsam mit der Zählschaltung 107 und der Schaltschaltung 108 einen Mittelwertbildner bildet, und eine Anzeigeschaltung 110 auf, die die ermittelte Temperatur des Objekts wie z. B. die Lufttemperatur anzeigt.

Der Modulator 103 moduliert das Bezugsfrequenzsignal mit einem von der Fühlerschaltung 120 abgegebenen Phasendifferenzsignal. Die Akkumulatorschaltung 104 akkumuliert das modulierte Impulssignal, während die Taktsignalschaltung 105 nach jeweils einem bestimmten Zeitintervall ein Taktsignal abgibt. Die Verknüpfungsschaltung 106 erzeugt als Antwort auf jedes Taktsignal ein Speichersignal und ein Rückstellsignal. Die Zählschaltung 107 zählt die Anzahl der in der Akkumulatorschaltung 104 akkumulierten impulse, während die Schaltschaltung 108 die Anzahl der akkumulierten Impulse in Abhängigkeit davon umschaltet, ob die Temperatur des überwachten Objekts, d. h. der Luft, positiven oder negativen Wert besitzt. Die Diskriminatorschaltung 109 ermittelt, ob der Wert der Temperatur der Luft positiv oder negativ ist.

Die Fühlerschaltung 120 weist eine einen Signalgenerator bildende Synchronschaltung 121 auf die die von der Auswerte- und Anzeigeschaltung 100 abgegebene Bezugsfrequenz durch zwei teilt und hieraus die Eirregerfrequenz für einen Uliraschallschwinger und außerdem ein Synchronsignal zur Ermittlung der Phasendifferenz zwischen den von einem Ultraschallsender 123 ausgesendeten und den von einem Ultraschallempfänger 124 empfangenen Signalen erzeugt. Der Uliraschallsen der 123 und der Ultraschallempfänger 124 senden bzw. empfangen kontinuierlich Ultraschallsignale mit der Erregerfrequenz. Ein Phasendifferenzdetektor 122 ermittelt die Phasendifferenz zwischen den an den Ultras schallsender 123 abgegebenen Signalen und den vom Ultraschallempfänger 124 erzeugten Signalen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2, in der das elektrische Gesamtschaltbild des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt ist, werden im folgenden der Auf- bau und die Wirkungsweise der Vorrichtung detaillierter beschrieben.

Gemäß F i g. 2 ist der Hochfrequenzgenerator 101 als eine einen Quarzoszillator aufweisende Oszillatorschaltung ausgeführt, die einen Quarzschwinger 203, Kon- densatoren 201 und 202, Widerstände 204 bis 207, Verknüpfungsglieder 208 und 209 sowie einen verstärkenden Inverter 210 aufweist. Das durch die Schwingungen des Hochfrequenzgenerators 101 erzeugte Impulssignal wird mittels der Referenzschaltung 102 um den Faktor 100 frequenzgeteilt.

Die Referenzschaltung 102 enthüit Dekadenzähler 211 und 212, ein Nicht-Glied 213 und einen Transistor 214. Am Anschluß 14' erscheint ein Bezugssignal, dessen Verlauf sich durch Invertierung des Signalverlaufs (300) in l· i g. 3 ergibt. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwei integrierte Schaltungen in Kaskadenschaltung als Dekadenzähler 211 und 212 zur Schaffung des durch hundert frequenzgeteilten Bezugssignals verwendet. Das Bezugssignal, d. h. das Signal mit der Be- zugsfrequenz, gelangt an einen Anschluß 14" der Fühlerschaltung, in der es mittels eines Nicht-Glieds 21 geformt wird, an dessen Ausgang das bei (300) in F i g. 3 gezeigte Signal auftritt. Dieses Bezugssignal 300 erreicht den Eingang der Synchronschaltung 121. Die Syn- chronschaltung 121 enthält eine Frequenzteilerschaltung und gibt an Leitungen 131 bzw. 141 durch zwei bzw. durch acht frequentgeteilte Signale ab, die bei (301) und (302) in F i g. 3 gezeigt sind. Das Signal 301 wird dem Sender 123 zugeführt, wo es einen Leistungsver stärker mit drei parallelgeschalteten Nicht-Gliedern 26 durchläuft, um einen Ultraschallschwinger einer Sendeeinrichtung 27 zu erregen. Von der Sendeeinrichtung 27 wird daraufhin kontinuierlich die bei (303) in F i g. 3 gezeigte Ultraschallwelle ausgestrahlt. Die Sendeeinrich- tung 27 und eine entsprechende Empfangseinrichtung 28 sind bekannte Einrichtungen, wie sie üblicherweise zum Senden bzw. Empfangen von Ultraschallwellen verwendet werden. Der Grund dafür, daß das Bezugssignal zur Schaffung der Erregerfrequenz um den Fak- tor 1/2, d.h. also durch zwei frequenzgeteilt wird, besteht in folgendem. Selbst wenn beispielsweise der Ort der Auswerte- und Anzeigeschaltung 100 und der der Fühlerschaltung 120 voneinander entfernt sind und das Tastverhältnis der Perioden (Ta in Fi g. 3 (300)) des am Anschluß 14" anliegenden Bezugssignals infolge der verteilten Kapazität oder ähnlichem der Signalleitung 14, welche die Schaltungen 100 und 12 verbindet, von Periode zu Periode verschieden ist, hat jede Periode (Tb in Fig. 3 (301)) des durch zwei frequenzgeteilten Aus gangssignals ein Tastverhältnis von 1 :1, so daß die Sen deeinrichtung 27 konstant eine definierte elektrische Leistung liefert. Diese Art der Verarbeitung ist insbesondre vorteilhaft, wenn die Signalleitung 14 lang ist (z. B. mehrere Meter lang).

Die von der .Sendeeinrichtung 27 ständig ausgesandte Ultraschallwelle wird von der durch einen L'ltraschallwandler gebildeten Empfangseinrichtung 28 empfangen, die als Ausgangssignal ständig ein Empfangssignal

liefert, das bei (310) in F i g. 3 gezeigt ist und der empfangenen Ultraschallwelle entspricht. Das Empfangssignal 310 wird an den invertierenden Eingang und den nichtinvertierenden Eingang eines Vergleichers 29 angelegt, an dessen Ausgang ein Signal mit dem bei (311) in F i g. 3 gezeigten Verlauf auftritt. Dieses Signal 311 ist dem auch als Trägerwelle bezeichneten Signal 301 ähnlich, unterscheidet sich jedoch von diesem in der Phase. Man sorgt dafür, daß das eine ununterbrochene Welle darstellende Empfangssignal 310 von der Empfangseinrichtung 28 symmetrisch um die Null-Volt-Linie schwingt, so daß der Vergleicher 29 das impulsförmige Signal 311 erzeugt, das sich in Abhängigkeit vom Polaritätswechsel des Empfangssignals 310 ändert. Selbst wenn also der Vergleicher 29 eine Tcrnperaturdrifi aufweist, wird sein ι ί Ausgangssignal von dieser Tcmperaturdrift nicht beeinflußt.

Die Ti ägerwelle 301 und das auch als Enipfangswelle bezeichnete Signal 311 gelangen an die Takteingänge CP von JK-Flipflops 22 und 23 des Phasendiffercnzdetektors 122. Da die Löscheingänge der JK-Flipflops 22 und 23 mit dem invertierten Verlauf des Synchronsignals 302 beaufschlagt sind, erscheint am Ausgang Q des Flipflops 22 jeweils nach einem Zeitintervall TO das bei (312) in Fig.3 gezeigte Signal, während am Ausgang Q des Flipflops 23 jeweils nach dem Zeitintervall TO das bei (313) in Fig.3 gezeigte Signal auftritt. Die Signale 312 und 313 erreichen die Eingänge eines NAND-Glieds 24. Mit der Periode TO tritt daher am Ausgang des NAND-Glieds 24 das bei (314) in Fig. 3 gezeigte Phasendifferenzsignal auf, dessen Impulsbreite die Phasendifferenz Ti ist.

Diese Phasendifferenz soll nun unter Bezugnahme auf Fig.4 erläutert werden. Wenn gemäß Fig.4 eine Sendeeinrichtung 401 und eine Empfangseinrichtung 402 um einen definierten Abstand / voneinander entfernt sind und zum Zeitpunkt A 0 von der Sendccinrichtung 401 auf der Trägerwelle 411 ein Signal ausgesandt wurde, dann ergibt sich das Zeitintervall t vom Zeitpunkt A 0 zum Zeitpunkt A 1 zu f = l/v. wobei ν die

Schallgeschwindigkeit ist. Da η Impulse (n = 0, 1,2 )

während dieses Zeitintervalls t von der Sendeeinrichtung 401 ausgesendet werden, haben die Impulssignale oder die Folgen von Impulsen eine Phasendifferenz T= (l/v)— π ■ Tb(wobei 7bdie Periode des impulssignals ist) zwischen der Empfangseinrichtung 402 und der Sendeeinrichtung 401. Aus dieser angegebenen Beziehung geht hervor, daß die Phasendifferenz 7"von der Schallgeschwindigkeit ν und damit von der Lufttemperatur abhängig ist.

Aus der obigen Beziehung für die Phasendifferenz T geht ferner hervor, daß die Phasendifferenz Taußerdem erheblich von der Entfernung / abhängt, nämlich mit zunehmender Entfernung /zunimmt, so daß mit zunehmender Entfernung auch die Genauigkeit der Phasendifferenzermittlung zunimmt. Auf der anderen Seite nimmt mit wachsender Entfernung / auch die Schwankung der ermittelten Phasendifferenz 7"zu, die durch die Schwankung der Temperaturverteilung oder ähnliches infolge einer Luftströmung zwischen der Sendeeinrich- to tung und der Empfangseinrichtung hervorgerufen wird. Daher kann die Lufttemperatur möglicherweise nicht ermittelt werden, wenn am Meßpunkt eine deutliche Schwankung der Luftströmung vorliegt. Daher muß die Entfernung /unter Berücksichtigung des Schwankung«- maßes der Temperaturverteilung des zu messenden Objekts und der Periode der Trägerwelle geeignet bestimmt werden. Einige experimentelle Ergebnisse der vorliegenden Ausführungsform haben ergeben, daß die Entfernung / günstig zwischen 24 bis 30 mm für eine Trägerwellenfrequenz von 40 KH/. liegt. Allgemein kann man sagen, daß, falls die Werte für die Entfernung / die Gleichung/ — η ■ Tb + Terfüllen, diese Werte verwendet werden können (7"ist die Phasendifferenz, Tb ist die Periode des Synchronsignals und η — 1,1,2...).

Das Phasendifferenzsignal wird vom Anschluß 13" der Fühlerschaltung 120 über die Signalleitung 13 zum Anschluß 13' der Auswerte- und Anzeigeschaltung 100 übertragen. Daher erscheint am Ausgang eines Nicht-Glieds 221 des Modulators 103 ein bei (501) in Fig. 5 gezeigtes Phasendifferenzsignal. Das Phasendifferenzsignal 501 entspricht dem Phasendifferenzsignal 314, ist jedoch in vergrößertem Zeitmaßstab gezeigt. Hin NAND-Glied 223 moduliert ein von der Refercnzschaltung 102 erzeugtes Bezugssignal 502 mit diesem Phasendifferenzsignal 501 und gibt an seinem Ausgang ein moduliertes Impulssignal 503 ab, dem im Zeitintervall 7"I die Bezugsfrequenzimpulse überlagert sind. Falls sich die Phasendifferenz Γ1 mit einer Änderung der Lufttemperatur ändert, ändert sich folglich auch die Anzahl der Bezugsfrequenzimpulse, die im Zeitintervall T1 auftreten, entsprechend. Wenn die Frequenz des Bezugssignals 502 erhöht wird, wird die Anzahl der Hochfrequenzimpulse größer, so daß die Genauigkeit der Ermittlung der Phasendifferenz Ti erhöht wird. Das Phasendifferenzsignal 501 vom Ausgang des Nicht-Glieds 221 wird weiterhin der Taktsignalschaltung 105 zugeführt, die die Impulse des Phasendifferenzsignals 501 bis 2'" (in diesem Beispiel 2¹²) zählt, um ein Taktsignal bestimmter Zeit bzw. Periode zu erzeugen. Die Signale 2m - J₁₂m - 2,2'" - 1 und 2^m sind bei (601), (602), (603) und (604) in F i g. 6 gezeigt.

Alle diese Signale werden an die Verknüpfungsschaltung 106 geliefert, die Nicht-Glieder 251 und 252 und NAND-Glieder 253 und 254 enthält. An den Ausgängen des NAND-Glieds 253 und des NAND-Glieds 254 in der Verknüpfungsschaltung 106 treten ein bei (605) in F i g. 6 gezeigtes Speichersigna! bzw. ein bei (606) in F i g. 6 gezeigtes Rückstellsignal auf. Das Signal 604 wird an einen Eingang eines NOR-Gliedes 271 der Schallschaltung 108 geliefert, während der andere Eingang dieses NOR-Glieds das Ausgangssignal 607 der Akkumulatorschaltung 104 empfängt, die das modulierte Impulssignal um 2^m~ ' Impulse akkumuliert hat. Am Ausgang des NOR-Glieds 271 erscheint daher ein bei (608) in F i g. 6 gezeigtes Signal. Die Anzahl der im Zeitintervall 7"2 im Signal 608 vorhandenen Impulse ist dabei gleich dem Mittelwert der Anzahl von Impulsen, die im Intervall Ti des modulierten Impulssignals 503 vorhanden sind, wobei der Mittelwert über das Zeitintervall /1 gebildet wurde (ti = Γ0 · 2^m). Das modulierte Impulssignal 503 wird in der Akkumulatorschaltung 104 während des Zeitintervalls 11 akkumuliert Dieses Zeitintervall /1 wird durch die Taktsignalschaltung 105 vorgegeben, so daß der Mittelwert der Phasendifferenz über das Zeitintervall t i gebildet wird.

Das Rückstellsignal 606. weiches das Ausgangssignal des NAND-Glieds 254 ist, bringt ein D-FIipflop 283 in der Diskriminatorschaltung 109 in den Ausgangszustand, so daß seine Ausgänge Q und Q »0« bzw. »1« werden. Wenn diese Signale Q und Q die Eingänge der NAND-Glieder 272 bzw. 273 der Schaltschaltung 108 erreichen, wird das NAND-Glied 272 gesperrt, während das NAND-Glied 273 geöffnet, d. h. also auf Durchlaß geschaltet wird. Am Ausgang des NAND-Glieds 273 erscheint daher das bei (701) in Fig. 7 gezeigte Signal.

Dieses Signal 701 liegt am Anschluß »Abwärtszählen« eines Zwcirichtungszählers 261 in der Zählschaltung 107 an. Der Borgeanschluß des Zweirichtungszählers 261 liefert jedesmal einen Impuls, wenn zehn Impulse den Abwäriszählanschluß des Zählers erreicht haben. Das Ausgangssignal vom Borgeanschluß gelangt an den Abwärtszähleingang eines zweiten Zweirichtungszählcrs 262, wobei der Zweirichtungszähler 261 die erste Stelle und der Zweirichtungszähler 262 die zweite Stell bzw. Wertigkeit darstellt. Das gleiche gilt, wenn den Aufwärtszahlanschlüssen beim Aufwärtszählen Signale zugeführt werden.

Es sei nun angenommen, daß die Signale an den Dateneingängen A, B, C und D des im folgenden einfacher als Zähler bezeichneten Zweirichtungszählers 261 alle »0« sind, daß die Signale an den Dateneingängen A. B und C des im folgenden ebenfalls einfacher als Zähler bezeichneten Zweirichtungszählers 262 <>0« sind, während das Signal am Dateneingang Odes Zählers 262 »1« ist. Wenn also die Dateneingänge auf diese Weise auf »80« eingestellt sind, ändert sich der Zählerausgang beim Eintreffen von Impulsen am Abwärtszähleingang des Zählers 261 zu 79 - 78 - 77 - ... Wenn das Rückstellsignal 606 (F i g. 7) die Ladeein^änge der Zähler 261 und 262 zum Zeitpunkt B 1 erreicht, üefern die Ausgänge Qa, Qb, Qi und O; ^Jes Zählers 261 alle ein »0« Signal, die Ausgänge Q_A Ή und Qc des Zihlers 262 ebenfalls ein »0« Signal, wahrend der Ausgang Qd des Zählers 262 ein »1« Signal abgibt. Das Ausgangssignal 701 des NAND-Glieds 273 erreicht den Abwärtszähleingang des Zählers 261, so daß sich die Ausgangssignale an den Ausgängen Qa, Qa, CVund Qnaes Zählers 261 gemäß den Darstellungen in (702), (703). (704) und (705) in F i g. 7 ändern, während das Signal 706 am Borgeanschluß des Zählers 261 dazu führt, daß sich die Signale an den Ausgängen Qa, Qb, Qc und Qo des Zählers 262 gemäß den Darstellungen bei (707), (708), (709) und (710) in F i g. 7 ändern.

Es sei nun angenommen, daß fünfundfünfzig Impulse im Intervall T2 enthalten sind. Die Ausgangssignale an Q",, Qiu Qi und Qd des Zählers 261 sind »1«, »0«, »1« bzw. »0«. Die Ausgangssignale an Qa, Qb, pe und ζ)» des Zählers 262 sind »0«, »1«, »0« bzw. »0«. so daß die Ausgangssignale insgesamt nach dem Zeitintervall zwischen B 2 und 53 den Wert 80 - 55 = 25 darstellen. Diese Ausgangssignale gelangen an die Eingänge von Lcuchtdiodenanzeigeeinrichtungen 291 und 292, welche » die erste Ordnung« bzw. »die zweite Ordnung« in der Anzeigeschaltung 110 darstellen.

Da die Anzeigeeinrichtungen 291 und 292 an ihren Bereitschaftsanschlüssen mit den Spcichersignalen 605, die bei (605) in F i g. 7 gezeigt sind, beaufschlagt wurden, leuchten in diesen Anzeigeeinrichtungen 291 und 292 die Lcuchtdioden abhängig von den Eingangscodesignalen auf. wenn das Speichersignal 605 »0« ist, um diesen Zustand anzuzeigen und weiterhin zu speichern. Daher zeigt die Anzeigeeinrichtung 291 die Ziffer »5« an, während die Anzeigeeinrichtung 292 die Ziffer »2« anzeigt, so daß als Temperatur der das überwachte Objekt darstellenden Luft 25°C angezeigt wird. Wenn der Zeitpunkt S4 in Fig. 7 erreicht ist, werden die Zähler 261 und 262 in den Ausgangszustand zurückgestellt, so daß derselbe Vorgang, wie er oben beschrieben wurde, ausgeführt werden kann und eine den Ausgangssignalen der Zähler 261 und 262 entsprechende Anzeige erfolgen kann. Es sei z. B. angenommen, daß die Temperatur der gemessenen Luft angestiegen ist und daß damit das Zeitintervall Π des Phasendifferenzsignals 314. das in Fig. 3 gezeigt ist, kürzer geworden ist, so daß die Anzahl der im Zeitintervall T2 in F i g. 7 auftretenden Impulse fünfundzwanzig ist. Die Ausgangssignale an den Ausgängen Q_A, Qn, Qcund Qodes Zählers 261 sind dann »1«. »0«, »1« bzw. »0«, während die Ausgangssignalc an den entsprechenden Ausgängen des Zählers 262 »1«, »0«, »1« bzw. »0« sind, so daß die Ausgangssignale insgesamt nach dem Zeitintervall zwischen B 2 und ß3 entsprechend dem oben beschriebenen Vorgang den

ίο Wert 80 — 25 = 55 darstellen. Die Anzeigeeinrichtungen 291 und 292 zeigen daher beide die Ziffer »5« an, was bedeutet, daß die Lufttemperatur 55⁰C beträgt.

Es sei nun angenommen, daß die Temperatur der Luft so weit abgesunken ist, daß sie auf der Ceisius-Skala einen negativen Wert erreicht hat. Aus der bereits angegebenen Beziehung T — l/v — η ■ Tb ergibt sich dann, daß das Intervall 7Ί im Phasendifferenzsignal 314 von Fig.3 vergrößert ist. Es sei ferner angenommen, daß das modulierte Signal akkumuliert bzw. aufsummiert wird, so daß die Anzahl der im Intervall 7~3, welches dasselbe wie das Intervall Γ2 in F i g.' ist, auftretenden Impulse des bei (608) in Fig.8 gezeigten Ausgangssignals des NOR-Glieds 271 91 beträgt. Die Darstellung in F g. 8 entspricht der vorangegangenen Beschreibung, d.h. ausgehend vom Zeitpunkt Cl erreicht das Ausgangssignal 801 des NAND-Glieds 273 den Abwärtszähleingang des Zählers 261, so daß sich die Ausgangssignalc an den Ausgängen der Zähler 261 und 262 so ändern, wie dies bei (803), (804), (805), (806), (807),

jo (811). (812). (813) und (814) in F i g. 8 gezeigt ist.

Wenn zum Zeilpunkt C2 achtzig Impulse den Abwärtszähleingang des Zählers 261 erreicht haben, sind die Ausgangssignale aller Ausgänge der Zähler 261 und 262 »0« geworden, da 80 — 80 = 0 ist, so daß ein bei

(815) in F i g. 8 gezeigtes Signal am Borgeanschluß des Zählers 262 zur Darstellung »der zweiten Ordnung« erscheint. Dieses Signal 815 und das Ausgangssignal 807 vom Borgeanschluß des Zählers 261 zur Anzeige »der ersten Ordnung« werden an ein NOR-Glied 281 der Diskriminatorschaltung 109 angelegt. Am Ausgang dieses NOR-Glieds erscheint ein Signal 820, dessen Pegel zum Zeitpunkt C2auf »1« ansteigt. Da dieses Signal 820 dem Takteingang eines D-Flipflops 283 zugeführt wird, wird zum Zeitpunkt C2der Ausgang (?des D-Flipflops

283 »1«, während sein Ausgang Q »0« wird. Daher wird das NAND-Glied 272 in der Schaltschaltung 108 geöffnet, während das NAND-Glied 273 gesperrt wird. Als Folge davon erscheint am Ausgang des NAND-Glieds 272 ein Impulssignal, das bei (802) in Fig.8 gezeigt ist.

so Dieses Signal 802 wird dem Aufwärtszähleingang des Zählers 261 zugeführt. Nach dem Zeitpunkt C2 liefern die Ausgänge der Zähler 261 und 262 Signale, deren Gesamtwert mit der Anzahl der Eingangsimpulse zunimmt. Nach Ablauf des Zeitintervalls zwischen dem

ss Zeitpunkt Ci und dem Zeitpunkt CA sind die Ausgangssignale an den Ausgängen Q_A, Qs. Qc und Qd des Zählers 261 »1«, »0«, »0« bzw. »1«, während die Ausgangssignale an den Ausgängen Qa, Qb, Qc und Qd des Zählers 262 »1«, »0«, »0« bzw. »0« sind. Die Anzeigeein richtung 291 zur Anzeige »der ersten Ordnung« bzw. der geringerwertigen Stelle zeigt eine »9« an, während die Anzeigeeinrichtung 292 zur Anzeige »der zweiten Ordnung« bzw. der höherwertigen Stelle eine »1« anzeigt, da die Gesamtanzeige aufgrund des Ergebnisses

80-99 19 ist.

Da das Signal 82t vom Ausgang Q des D-Flipflops 283, das /.um Zeitpunkt C2 »1« geworden ist, an den Anschluß D des D-Flipflops 284 der nächsten Stufe an-

gelegt wird, deren Takteingang vom Ausgangssignal eines Nicht-Glieds 282 beaufschlagt wird, erscheint am Ausgang Q des D-Flipflops 284 ein Signal 822, das zum Zeitpunkt C3 auf »1« ansteigt. Das Nicht-Glied 282 erhält als Eingangssignal das Speichersignal 605 vom Ausgang des NAND-Glieds 253. Das Signal 822 wird mittels eines Nicht-Glieds 285 invertiert und dem Anschluß einer Anzeigeeinrichtung 293 zur Anzeige des Minuszeichens zugeführt, so daß diese Anzeigeeinrichtung das Minuszeichen anzeigt. In der Anzeigeschaltung in 110 werden die Ziffern daher mit dem Minuszeichen »—19« angezeigt, was bedeutet, daß die Temperatur der Luft als zu messendem Objekt — I9°C ist.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Messung aufgrund der Phasendifferenz Ti (F i g. 3. is 314) zwischen den Signalen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung. Dieselbe Messung kann aber auch mit Hilfe der Impulsbreite To durchgeführt werden, die sich durch Subtrahieren der Phasendifferenz Ti von der Periodendauer des Synchronsignals ergibt. Die Impulsbreite To würde in diesem Fall im Gegensatz zur vorangegangenen Ausführungsform mit steigender Temperatur zunehmen. Durch Umkehren der Wirkung des Aufwärtszählens und Abwärtszählens bei den Zählern 261 und 262 zur Einstellung jeweiliger Eingangsdaten läßt sich daher offensichtlich das gleiche Ergebnis wie bei der beschriebenen Ausführungsform erzielen. Bei der beschriebenen Ausführungsform wurde die Schwingfrequenz zur Bildung des Bezugssignals gemäß der Darstellung in Fig.2 durch hundert geteilt. Der Faktor dieser Frequenzteilung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt, sondern hängt von der Erregerfrequenz des Ultraschallschwingers ab.

Damit man bei der beschriebenen Ausführungsform eine stabile Anzeige erhält, werden die modulierten Impulse von dem Modulator 103 durch die Akkumulatorschaltung 104 aufsummiert und mit Hilfe der Taktsignalschaltung 105 der Mittelwert der Anzahl modulierter Impulse über ein bestimmtes Zeitintervall ermittelt. Dieses Signal wird der Zählerschaltung «07 zugeführt. um die Anzeigeschaltung 110 zur Anzeige des Mittelwerts zu steuern.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Zählschaltung 107 zur digitalen Anzeige der Anzeigeschaltung 110 zugeführt. Anstelle der Anzeigeschaltung 110 kann jedoch auch zur Änaloganzeige ein Drehspulmeßinstrument oder ähnliches verwendet werden.

Auch kann das Ausgangssignal der Zählschaltung 107 statt zur Anzeige anderen elektronischen Stcuervorrichtungen zugeführt werden und als Temperaturfühler dienen. Dabei kann, wenn die Frequenz der Hochfrequenzimpulse, die dem NAND-Glied 223 im Modulator zugeführt werden, erhöht wird, die Temperatur mit einer größeren Genauigkeit ermittelt werden. Durch geeignetes Anpassen der Frequenzeinstellung der H F-Impulse an das jeweilige Ansprechverhalten erlaubt solch ein Temperaturfühler eine schnelle elektronische Steuerung bei einer Temperaturänderung.

Obwohl beim beschriebenen Ausführungsbeispiel die Temperatur von Luft als zu messendem Objekt ermittelt wurde, sind als Objekt auch alle anderen Materialien denkbar, durch die hindurch Ultraschallwellen sich ausbreiten können, wie z. B. verschiedene Arten von Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff, Helium oder dgl., einige Arten von Flüssigkeiten wie Wasser, öl oder dgl. und selbst einige Arten von Feststoffen wie Eisen, Holz oder dgl. In diesen Fällen müssen jedoch die Parameter wie der Abstand zwischen der Sendeeinrichiung und der limpfangscinrichtung, die Erregerfrequenz oder die Kon stantcn der Bcstimmungsschaltung im Hinblick uuf die unterschiedlichen Bedingungen der Schallwcllenaus dehnung in unterschiedlichen Objekten eingestellt werden.

Der Ultraschallsender sendet somit durch Erregung des Ultraschallschwingers mit einer Reihe von eine Trägerwelle darstellenden Impulsen kontinuierlich diese Trägerwelle als Ultraschallwelle, wobei die empfangene verstärkte Ultraschallwelle eine Impulsreihe darstellt, die unabhängig von einer Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers im Empfänger einen konstanten .Signalpegel besitzt.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Objekts, bei der ein Ultraschallscnder in Abhängigkeit von mittels eines Signalgenerators erzeugten ersten Signalen vorgegebener Frequenz Ultraschallwellen an das Objekt abgibt, die nach Übertragung durch das Objekt von einem Ultraschallempfänger empfangen werden, der in Abhängigkeit von den empfangenen Ultraschallwellen zweite Signale erzeugt, wobei die Phasendifferenz zwischen den ersten und den zweiten Signalen mittels eines Detektors ermittelt wird, der in Abhängigkeit von der jeweils ermittelten Phasendifferenz dritte Signale erzeugt und an eine Meßeinrichtung abgibt, d a durch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (101 bis 109) enthält: