DE2908194C2

DE2908194C2 - Verfahren zur Betriebszustandseinstellung eines Ultraschallverbrauchsmessers und nach diesem Verfahren arbeitender Verbrauchsmesser

Info

Publication number: DE2908194C2
Application number: DE2908194A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Viktorovi&ccaron; Kujby&scaron;ev Smy&scaron;ljaev; Eduard Aleksandrovi&ccaron; Zalesskij
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE2908194A1; SU879306A2; FR2418924B1; US4240292A; JPS6047974B2; FR2418924A1; JPS54135565A; CA1129986A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betriebs7ust=ndseinstellung eines Ultraschall-Verbrauchsmessers und auf einen nach diesem Verfahren arbeitenden Verbrauchsmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 6. Ein solches Verfahren und ein solcher Verbrauchsmesser sind aus der SU-PS 5 26 827 bekannt. Ein ähnliches Verfahren ist in der US-PS 37 15 709 beschrieben.

Zum besseren Verständnis des nachstehend beschriebenen Verfahrens und des entsprechenden Gerätes sei vorausgesetzt, daß unter Verbrauchsmessern Geräte gemeint sind, die zur Messung sowohl der Durchflußgeschwindigkeit als auch des Verbrauchs bestimmt sind, da der Verbrauch in der auf der Ausbreitung von akustischen Wellen beruhenden Meßtechnik eine Funktion der Geschwindigkeit ist.

An die Genauigkeit der Messung des Verbrauchs von verschiedenen Substanzen, z. B. von Erdöl, mit Hilfe von Ultraschall-Impulsfrequenzverfahren werden immer strengere Anforderungen gestellt. Dementsprechend erhöhen sich die Forderungen an die Zuverlässigkeit der Geräte sowie an die Glaubwürdigkeit der Meßergebnisse von Ultraschall-Verbrauchsmessern, die diese Verfahren realisieren und auf der Basis eines Synchronmeßkreises, d. h. eines Schwingungserze ugungssystems mit verzögerter akustischer Rückkopplung aufgebaut werden. Diese mit einem Synchronmeßkreis ausgeführten Verbrauchsmesser können aber eine hohe Meßgenauigkeit nur in dem Falle ergeben, wenn im Synchronmeßkreis nach seiner Inbetriebsetzung sich der Betriebszustand mit andauerndem automatischen Impulsumlauf, und zwar mit dem Umlauf nur eines, die Nutzinformation tragenden Impulses einstellt. In den realen Meßsystemen kann aber der akustische Übertragungskanal, d. h. der Raum, der das zu kontrollierende Medium durchläßt und zwei elektroakustische Wandler voneinander trennt, periodisch gestört werden. Diese Störungen, die zur Herabsetzung der Meßgenauigkeit führen, können infolge der Streuung des Ultraschallstrahles an Gasblasen und an Fremdeinschlüssen in dem zu kontrollierenden Medium entstehen. Beim Verschwinden der Fremdein-

Schlüsse muß der Betriebszustand des Verbrauchsmessers, d. h. der andauernde automatische Umlauf eines Impulses im Synchronmeßkreis wieder eingestellt werden. Eine verzögerte Betriebszustandseinstellung und der Betrieb mit zwei oder mehr im Syncironmeßkreis umlaufenden Impulsen führen zu Verfälschungen der Meßergebnisse.

Aus Birger B. I. und Brashnikov N. I.: »Ultraschall-Verbrauchsmesser«, Moskau, »Metallurgija«, 1964, S. 66-70 ist ein Verfahren zur Inbetriebsetzung eines nach dem Prinzip der Impulsfrequenzmessung arbeitenden Ultraschall-Verbrauchsmessers bekannt, bei dem in den Synchronmeßkreis im Einschaltzeitpunkt ein externer Auslöseimpuls eingeführt wird.

Der nach diesem Prinzip arbeitende bekannte Ultraschail-Verbrauchsmesser enthält zwei als Reihenschaltungen ausgeführte Synchronmeßkreise mit je einem Verstärker, einem Erregungsimpulsformer und zwei eiektroakustischen Wandlern, die durch einen zum Durchlassen des zu kontrollierenden Mediums bestimmten Raum voneinander getrennt und gegeneinander so angeordnet sind, daß sie das Aussenden und den Empfang eines akustischen Signals zwischeneinander unter einem von 90° verschiedenen Winkel α zur Durchflußrichtung des Mediums ermöglichen. Außerdem sind bei diesem bekannten Verbrauchsmesser ein Hilfsgenerator und ein Meßblock an die Synchronmeßkreise angeschlossen.

In jedem Synchronmeßkreis dieses Verbrauchsmessers wird der vom Generator erzeugte Impuls dem Erregungsimpulsformer zugeführt, dessen Ausgangssignal zum eiektroakustischen Wandler gelangt, der einen Impuls in das zu kontrollierende Medium abstrahlt. Der vom anderen eiektroakustischen Wandler empfangene Impuls gelangt wieder zum Erregungsimpulsformer, wobei also der Eigenumlauf des Impulses im Synchronmeßkreis erreicht wird. Nach der Frequenzdifferenz Af der in den Synchronmeßkreisen umlaufenden Impulse wird die Durchflußgeschwindigkeit ν des zu kontrollierenden Mediums bewertet.

Bei der Anordnung der Wandler an gegenüberliegenden Seiten einer Rohrleitung mit dem Durchmesser D ist beispielsweise

Af-

sin

(1)

Beim erwähnten bekannten Verfahren ist aber eine automatische Betriebszustandseinstellung im Verbrauchsmesser nach einer zeitweiligen Störung des akustischen Kanals unmöglich. Dieser Mangel ist dadurch zu erklären, daß bei dem bekannten Verfahren kein Merkmal der Wiederherstellung des Impulsumlaufs im Synchronmeßkreis, also kein Anzeichen für den normalen Betrieb des Verbrauchsmessers geliefert v.ird, dessen Fehlen die Einspeisung eines Auslöseimpulses vom Hilfsgenerator in den Synchronmeßkreis notwendig macht.

Dieser Mangel wurde bei dem aus Birg^p«r G. I. und Brashnikov N I. »Ultraschall-Verbrauchsmesser«, Moskau. »Metallurgija«, 1964, S. 295-303 bekannten Verfahren zur Betriebszustandseinstellung im Impulsfrequenz-Verbrauchsmesser beseitigt. Dieses Verfahren besteht darin, daß der Impulsformer des Synchronmeßkreises bei der anfänglichen Inbetriebsetzung des Verbrauchsmessers als selbsterregter Generator funktioniert, wobei seine Eigenschwingungsperiode etwas größer als die Maximaldauer der Impulsfortpflanzung im Synchronmeßkreis gewählt wird. Der vom Impulsformer erzeugte Impuls wird ebenso dem als Strahler wirkenden Wandler zugeführt und mit Hufe des Empfangswandlers empfangen. Der empfangene Impuls kommt früher an, als der Impulsformer des Synchronmeßkreises den zweiten Impuls erzeugt, -vobei durch den empfangenen Impuls die erzwungene Auslösung des Impulsformers im Synchronmeßkreis erfolgt und so der erzwungene Schwingungsbetrieb dieser Schaltung gewährleistet wird.

Bei einer Störung des akustischen Kanals kommen vom Empfangswandler keine Impulse an, wobei an der vorhandenen gleichgerichteten Spannung die Wiederherstellung des Verbrauchsmesserbetriebs erkannt wird und darauf die Registrierung der Meßergebnisse erfolgt.

Der bekannte Ultraschall-Verbrauchsmesser zur Durchführung dieses Verfahrens enthält zwei Synchronmeßkreise, an die ein Meßblock und ein Amplitudendetektor angeschlossen sind, wobei der Triggerimpulsformer jedes Synchronmeßkreises im selbstschwingenden und im getriggerten Betrieb funktionieren kann. Beim Einschalten des Verbrauchsmessers arbeitet der Impulsformer als selbsterregter Generator, wobei seine Eigenschwingungsperiode etwas größer als die Maximaldauer der Impulsfortpflanzung im Synchronmeßkreis gewählt ist. Der vom Impulsformer des Synchronmeßkreises erzeugte Impuls wird ähnlicherweise dem als Strahler wirkenden Wandler zugeführt und mit Hilfe des Empfangswandlers empfangen. Der empfangene Impuls kommt früher an als der Impulsformer des Synchronmeßkreises den zweiten Impuls erzeugt, wobei der empfangene Impuls die erzwungene Auslösung des Impulsformers und somit seinen getriggerten Betrieb bewirkt. Bei einer Störung des akustischen Kanals kommen vom Empfangswandler keine Impulse an, und der Impulsformer des Synchronmeßkreises funktioniert als selbstschwingende Schaltung. Nach Wiederherstellung des akustischen Kanals wird der Impulsformer des Synchronmeßkreises durch den ersten empfangenen Impuls zwangsweise ausgelöst, wobei der normale Betrieb des Verbrauchsmessers wieder einsetzt. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit wird das Vorhandensein des vom Empfangswandler gelieferten Signals im Verbrauchsmesser durch Gleichrichtung dieses Signals bestimmt, wobei an der vorhandenen gleichgerichteten Spannung die Betriebszustandseinstellung im Verbrauchsmesser erkannt wird, worauf die Registrierung der Meßergebnisse wieder vorgenommen wird.

Ein Mangel dieses Verfahrens besteht darin, daß die Betrieb^bereitschaft des Verbrauchsmessers nicht richtig erkannt werden kann, wenn an seinem Eingang Störungen erscheinen, die ebenso wie das Nutzsignal gleichgerichtet werden. Infolgedessen ist in diesem bekannten Gerät eine Verfälschung der Meßergebnisse möglich.

Ein gemeinsamer Mangel der beschriebenen Verfahren besteht außerdem in einer niedrigen Störfestigkeit der nach diesen Verfahren arbeitenden Verbrauchsmesser sowohl bei ihrer Inbetriebsetzung als auch während ihres Betriebs, da der Synchronmeßkreis dieser Verbrauchsmesser für die ganze Betriebsdauer geöffnet wird und bei einer falschen Auslösung des Impulsformers durch Einwirkung einer Störung sich der Umlauf von zwei und mehr Impulsen im Synchronmeßkreis einstellen kann, wobei die Meßergebnisse verfälscht werden.

Bei dem aus der SU-PS 5 26 827 bekannten Verfahren zur Betriebszustandseinstellune in einem auf der Basis

eines Synchronmeßkreises ausgeführten Verbrauchsmessers werden in den Synchronmeßkreis Triggerimpulse eingespeist, wobei der Synchronmeßkreis periodisch gesperrt und geöffnet wird. Hierbei wird der im Synchronmeßkreis wirksame Impuls gespeichert, und mit Hilfe dieses gespeicherten Impulses erfolgt die Wiederherstellung des Verbrauchsmesserbetriebs nach einer zeitweiligen Störung im akustischen Kanal. Eine Erhöhung der Störfestigkeit des Verbrauchsmessers wird durch Sperrung des Synchronmeßkreises für einen permanenten Zeitabschnitt erreicht, der kleiner als die voraussichtliche Fortpflanzungsdauer des Signals im akustischen Kanal ist.

Der nach diesem Verfahren arbeitende bekannte Verbrauchsmesser enthält wenigstens einen Synchronmeßkreis, der ais Reihenschaltung eines Inipulsforrner-Verstärkers, einer Sperrschaltung, eines Erregungsimpulsfonners und zweier elektroakustischer Wandler ausgeführt ist. Die elektroakustischen Wandler sind durch einen zum Durchlassen des zu kontrollierenden Mediums bestimmten Raum voneinander getrennt und gegeneinander so angeordnet, daß sie das Aussenden und den Empfang eines akustischen Signals zwischeneinander unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Durchflußrichtung des Mediums ermöglichen. Außerdem enthält der Verbrauchsmesser einen getriggerten Generator, der an die Sperrschaltung angeschlossen ist. Als Triggerimpuls-Einheit dient ein Generator mit verzögerter Rückkopplung.

sowie seine Störfestigkeit und die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse erhöht, und einen nach diesem Verfahren arbeitenden, einfach aufgebauten Verbrauchsmesser zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren und dem gattungsgemäßen Verbrauchsmesser, durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 6 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

ίο Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Ultraschall-Verbrauchsmessers sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5 bzw. 7 und 8.
Dabei läßt sich durch die Maßnahmen der Patentanspräche 2 und 3 eine erhöhte Störfestigkeit, durch die Maßnahmen des ,Anspruchs 4 eine Verkürzung der Dauer der Inbetriebsetzung und durch die Maßnahmen des Anspruchs 5 eine höhere Zuverlässigkeit der Meßergebnisse erreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebszustandseinstellung in dem nach diesem Verfahren arbeitenden Ultraschall-Verbrauchsmessers, der auf der Basis eines Synchronmeßkreises aufgebaut ist, ermöglicht die Automatisierung der Verbrauchsmessung und gestattet es, die Störsicherheit und die Schnelligkeit des Meßvorganges sowie die Glaubwürdigkeit der Meßergebnisse zu erhöhen und damit die Genauigkeit der Durchfluß- und Verbrauchsmessung zu steigern. Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung ge-

iii verzogener KucKKuppiung. "*- ~··"—~"o - .

In diesem Verbrauchsmesser stößt der umlaufende 30 zeigten Ausführungsbeispiele naher erläutert. Es zeigt Impuls den Generator mit verzögerter Rückkopplung Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Ver-

35

40

an, der nach einer zeitweiligen Störung des akustischen Kanals den Verbrauchsmesser in Betrieb setzt. Zur Erhöhung der Störfestigkeil wird der Synchronmeßkreis mit Hilfe des getriggerten Generators gesperrt. Der letztere wird durch den vom elektroakustischen Wandler empfangenen Impuls für einen permanenten Zeitabschnitt ausgelöst, der kleiner als die voraussichtliche Fortpflanzungsdauer des Signals im akustischen Kanal ist.

Ein Mangel dieses Verfahrens liegt dann, daß die automatische Inbetriebsetzung des Verbrauchsmessers unmöglich ist. Bei Vergrößerung der Fortpflanzungsdauer des Ultraschallsignals in dem zu kontrollierenden Medium wird außerdem die Zeit verlängert, in der der Synchronmeßkreis offen bleibt, wobei die Wahrscheinlichkeit einer falschen Auslösung des Synchronmeßkreises durch eine Störung steigt unii die Meßgenauigkeit sinkt.

Bei kleineren Durchflußgeschwindigkeiten stellt die Frequenzdifferenz im Ausdruck (1) eine geringe Größe dar. Bei einem Winke! « von beispielsweise 45°, einem DurchmesserD=Im und einer Durchflußgeschwindigkeit ν = 0,1 m/s ist die Frequenzdifferenz Af = 0,1 Hz, d. h. nimmt die Meßzeit in diesem Falle einen zu großen Wert von 10 s an.

Aus diesem Grunde schließt die erwähnte Bauart des Verbrauchsmessers die Möglichkeit der Messung des Momentverbrauchs aus, was ebenfalls die Meßgenauigkeit beeinträchtigt. Wegen all dieser Nachteile kann der bekannte Verbrauchsmesser in den automatischen Regelungssystemen nicht effektiv genug benutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Betriebszustandseinstellung in einem auf der Basis eines Synchronmeßkreises ausgeführten Ultraschall-Verbrauchsmessers zu entwickeln, das die Automatisierung des Verbrauchsmesserbetriebes ermöglicht brauchsmessers,

Fig. 2 dasselbe Blockschaltbild von Fig. 1 mit einer Einheit zur Kontrolle der Zuverlässigkeit der Meßergebnisse,

Fig. 3 das Blockschaltbild des Verbrauchsmessers nach Fig. 1 mit einem Impulsfrequenzteiler,

Fig. 4a, b, c, d, e Spannungsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung,

Fig. 5a, b, c, d, e, f Spannungsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung.

Das Verfahren zur Betriebszustandseinstellung in einem auf der Basis eines Synchronmeßkreises ausgeführten Ultraschall-Verbrauchsmesser besteht in folgendem: In den Synchronmeßkreis werden Triggerimpulse eingespeist. Die Folgeperiode der Triggerimpulse wird im Bereich möglicher Variationen der Foigeperiode der im Synchronmeßkreis umlaufenden Impulse geändert. Also soll die Minimalperiode T_mi„ der Tri^CTCr£rimⁿuise kleiner als die minimale Fortpflanzungsdauer des Signals im akustischen Kanal sein:

„ <

Hierbei sind

der Laufweg der akustischen Wellen in dem zu kontrollierenden Medium zwischen den elektroakustischen Wandlern;

die maximale Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls in dem zu kontrollierenden Medium, die von den Eigenschaften des Mediums und den Umgebungsverhältnissen abhängig ist; die Projektion des Vektors der maximal möglichen Durchflußgeschwindigkeit des Mediums auf die Richtung des Ultraschallbündels.

DieMaxirnalperiode r_mavder Triggerimpulse soll langer als die maximale Fortpflanzungsdauer des Signals im akustischen Kanal sein:

(3)

wobei <·„,,„ die minimale Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls in dem zu kontrollierenden Medium ist, die von den Eigenschaften des Mediums und den Umgebungsverhältnissen abhängig ist.

Die Änderung der Periode erfolgt in Schritten, die nicht größer als die Dauer der Triggerimpuise sind.

Diese Änderung der Folgeperiode der Triggerimpulse wird bis zum Koinzidenzzeitpunkt (Überlagerungszeitpunkt) des umlaufenden Impulses und des Triggerimpuises vorgenommen. Beim Erreichen dieser zeitlichen Koinzidenz wird die Eingabe der Triggerimpulse in den Synchronmeßkreis mit Hilfe der kontinuierlichen automatischen Phasen- und Frequenzangleichung dieser Impulse an die umlaufenden Impulse unterbrochen.

Diese automatische Phasennachstimmung erfolgt während der ganzen Betriebszustandsdauer des Verbrauchsmessers.

Bei einer Störung des akustischen Kanals, bei der die umlaufenden Impulse verschwinden, werden die Triggerimpulse mit ausgeglichener Phase zur Triggerung benutzt, indem sie in den Synchronmeßkreis eingeführt werden. Beim Betrieb des Synchronmeßkreises wird er mit Hilfe der Triggerimpulse periodisch geöffnet und gesperrt. Der Synchronmeßkreis kann für verschiedene begrenzte Zeitabschnitte geöffnet werden. Zweckmäßiger ist das Öffnen des Synchronmeßkreises für Zeitabschnitte, die nicht langer als die Dauer der Triggerimpulse sind, wobei die Triggerimpulsdauer im Zeitpunkt der Koinzidenz des umlaufenden Impulses und des Triggerimpulses zu begrenzen ist.

Um den Umlauf von Impulsen mit doppelter Frequenz im Synchronmeßkreis zu verhindern, muß die Bedingung

^max "** Vmax

^ max

Train

^* η

(4)

45

erfüllt werden.

Praktisch kann diese Bedingung leicht erfüllt werden, da für die zu kontrollierenden Medien

ax *'»io.v

ι r

(5)

50

Das Verfahren ist in einem in Fig. 1 gezeigten Verbrauchsmesser realisiert, der zur Messung des Verbrauchs von Substanzen in Rohrleitungen bestimmt ist.

Dieser Ultraschall-Verbrauchsmesser enthält wenigstens einen Synchronmeßkreis 1 (Fig. 1) mit einem Impulsformer-Verstärker 2, der an den Eingang 3 einer Sperrschaltung 4 angeschlossen ist. Die letztere ist mit dem Eingang 5 eines Erregungsimpulsformers 6 verbunden. Weiterhin gehören zum Synchronmeßkreis 1 zwei elektroakustische Wandler 7 und 8, die durch einen zum Durchlassen des zu kontrollierenden Mediums bestimmten Raum 9 voneinander getrennt sind.

Die Wandler 7, 8 sind an gegenüberliegenden Seiten einer Rohrleitung so angeordnet, daß sie das Aussenden und den Empfang des akustischen Signals von einem Wandler 7 bzw. 8 zum anderen ermöglichen. Dabei weicht der Winkel α zwischen der Durchflußrichtung des Mediums in der Rohrleitung und der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Wellen zwischen den Wandlern 7,8 von 90° ab. Außerdem enthält der Ultraschall-Verbrauchsmesser eine Triggerimpuls-Einheit 10 und einen Meßblock 11, die an den Synchronmeßkreis 1 angeschlossen sind. Die Triggerimpuls-Einheit 1· weist einen gesteuerten selbsterregten Generator 12 auf, dessen Ausgang 13 an den Eingang 14 einer UND-Schaltung 15, an den Eingang 16 eines Speichergliedes 17, an den Eingang 18 eines Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 sowie an den Eingang 20 des Meßblocks 11 geschaltet ist. Der Eingang 21 des gesteuerten selbsterregten Generators 12 ist mit dem Ausgang 22 des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 verbunden. Der Eingang 23 des letzteren iiegt am Ausgang 24 des Speichergliedes 17, das seinerseits an den Eingang 25 der UND-Schaltung 15 angeschlossen ist. Der Ausgang 26 der UND-Schaltung 15 ist mit dem Triggereingang 27 des Impulsformers 6 und mit dem Steuereingang 28 der Sperrschaltung 4 verbunden, deren Ausgang 29 am Eingang 30 des Speichergliedes 17 liegt.

Im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 1 weist der in Fig. 2 gezeigte Ultraschall-Verbrauchsmesser zusätzlich eine Einheit 31 zur Kontrolle der Zuverlässigkeit der Meßergebnisse auf, deren Eingänge 32 und 33 an den Ausgang 24 des Speichergliedes 17 bzw. an den Ausgang 13 des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 geschaltet sind. Der Ausgang 34 dieser Einheit 3Uiegt am Eingang 35 des Meßblocks 11.

Die Triggerimpuls-Einheit 10' (Fig. 3) weist gegenüber der Einheit 10 nach F i g. 1 einen Frequenzteiler 36 auf, der zwischen den Ausgang 13 des gesteuerten selbsterregten Generators 12 und den gemeinsamen Verbindungspunkt 37 geschaltet ist, in dem der Eingang 16 des Speichergliedes 17, der Eingang 18 des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 und der Eingang 14 der UND-Schaltung 15 zusammengeschaltet sind.

Als Sperrschaltung 4 kann z. B. eine NAND-Schaltung benutzt werden. Das Speicherglied 17 kann mit Hilfe eines RS-Flipflops und die Einheit 31 zur Kontrolle der Zuverlässigkeit der Meßergebnisse mittels eines D-Flipflops realisiert werden.

Das Phasensuch- und Nachstimmglied 19 stellt ein mit einer Entladungsstrecke ausgestattetes Bauelement zur Potentialspeicherung, z. B. einen Kondensator dar.

Das Verfahren zur Betriebszustandseinstellung in dem nach diesem Verfahren arbeitenden Ultraschall-Verbrauchsmesser wird in der nachstehenden Beschreibung der Wirkungsweise des Verbrauchsmessers näher erläutert.

Die am Ausgang 22 (Fig. i) des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 erzeugte Spannung wird dem Eingang 21 des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 zugeführt und bewirkt die Durchstimmung seiner Frequenz. Im Zeitpunkt der Zuführung der Speisespannung ist die Spannung am Ausgang 22 des Phasensuch- und Nachstimmgüedes 19 gleich Null. Dabei ist die Impulsperiode T_mln (Fig. 4a) des gesteuerten selbsterregten Generators 12 minimal und kleiner als die minimale Fortpflanzungsdauer des Signals im akustischen Kanal. Die Periode des Triggerimpulsgenerators 12 -wird so durchgestimmt, daß die maximale Periode T^_x der an seinem Ausgang erscheinenden Impulse größer als die maximale Fortpflanzungsdauer des Signals im akustischen Kanal ist Also müssen die Bedingungen (2) und (3) erfüllt werden.

Beim Anlegen der Speisespannung wird vom Ausgang 13 des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 kein Impuls geliefert, da an seinem Ausgang 13ein niedriger Pegel (L-Pegel) wirksam ist. Dieser Pegel wird vom Speicherglied 17gespeichert, wobei an seinem Ausgang 24 ein höherer Pegel (Η-Pegel) liegt. Der Η-Pegel erscheint auch am Ausgang 26 der UND-Schaltung 15bei ihrem Ausgangszustand. Da der Ausgang 24des Speichergliedes 17mit dem Eingang 25der UND-Schaltung 15 verbunden ist, gelangt der erste positive Impuls 38(Fig. 4a) vom Ausgang 13 des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12zur UND-Schaltung 15 Hierbei wird der Impuls 39 (Fig. 4b) auf den Eingang 28(Fig. 1) der Sperrschaltung 4 gegeben und öffnet diese. Derselbe Impuls 39 gelangt auch 7um Eingang 27 des Impulsformer 6, wobei dieser ausgelöst wird. Die Auslösung des Impulsformers 6erfolgt hierbei mit der Hinterflanke des positiven Impulses 39(Fig. 4b).

Der Impuls 40 (Fig. 4c) wird vom Impulsformer 6 (Fig. 1) dem Wandler 7 zugeführt, in dem er in ein Ultraschallsignal umgewandelt wird, welches das zu kontrollierende Medium durchläuft und vom Wandler 8 empfangen wird, der es in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses Signal gelangt zum Impulsformer-Verstärker 2, in dem es verstärkt und in einen Rechteckimpuls 41(Fig.4d) umgeformt wird, der auf die Sperrsrhaltung 4(Fig. 1) geführt wird. Der vom Impulsformer-Verstärker 2gelieferte Impuls wird in bezug auf den vom Ausgang des Erregungsimpulsformers 6abgegebenen Impuls um die Zeit t verzögert. Da die Schwingungsperiode des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 minimal und kleiner ist als t, gelangt der nächstfolgende Impuls 42 (Fig. 4b) vom Ausgang 26der UND-Schaltung lSfrüher zum Eingang 28der Sperrschaltung 4als der Impuls vom Ausgang des Impulsformer-Verstärkers 2, wobei die Sperrschaltung 4 im Zeitpunkt der Ankunft des vom Impulsformer-Verstärker 2 abgegebenen Impulses gesperrt ist. Nichtsdestoweniger durchläuft der am Ausgang der UND-Schaltung 15 erzeugte Impuls 42 (F i g. 4 b) ebenso wie der erste Impuls den akustischen Kanal usw. Gleichzeitig gelangen die positiven Impulse vom Ausgang 13 des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 an den Eingang 18 des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 und vergrößern die Spannung an seinem Ausgang (F i g. 4 e). Dabei vergrößert sich die Schwingungsperiode des Generators 12, bis die Sperrschaltung 4 zum Zeitpunkt der Ankunft des Impulses 43 (Fig. 4 d) vom Impulsformer-Verstärker 2 durch den Impuls 44 so (F i g. 4 a) des Generators 12 geöffnet wird. Dann wird der vom Impulsformer-Verstärker 2 erzeugte Impuls 43 (Fig. 4d) zum Eingang 5(Fig. 1) des Impulsformers 6 durchgelassen und löst diesen mit der negativen Vorderflanke aus, wobei der Synchronmeßkreis 1 in Betrieb gesetzt wird (vgl. den Synchronimpuls 45 in Fig. 4c). Gleichzeitig gelangt der negative Impuls vom Ausgang 29 der Sperrschaltung 4 zum Eingang 30 (Fig. 1) des Speichergliedes 17 und stellt an seinem Ausgang 24 den L-Pegel ein, so daß auf die UND-Schaltung 15 das Verbotssignal gegeben wird, wobei die Dauer des Impulses 46 (Fig. 4 b) am Ausgang dieser Schaltung 15 begrenzt wird (vgl. den Zeitpunkt ή in Fig. 4). Hierbei fällt die Hinterflanke des am Ausgang 26 der UND-Schaltung 15 erscheinenden positiven Impulses mit der Vorderflanke des negativen Impulses am Ausgang 29 der Sperrschaltung 4 zusammen. Das bedeutet, daß der weitere Betrieb des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 keinen Einfluß auf den Betrieb des Synchronmeßkreises 1 ausübt und der Generator 12 folglich automatisch abgeschaltet wird.

Daraufgeht das Phasensuch- und Nachstimmglied 19 vom Suchbetrieb zur automatischen Phasennachstimmung des gesteuerten Triggerimpulsgenerators 12 in bezug auf die im Synchronmeßkreis 1 umlaufenden Impulse über. Mit der Hinterflanke des vom Triggerimpulsgenerator 12 erzeugten positiven Impulses wird der Η-Pegel am Ausgang des Speichergliedes 17 wieder eingestellt.

Dervom Generator 12 erzeugte Triggerimpuls gelangt zum Eingang 18 des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19, während seinem anderen Eingang 23 Impulse vom Ausgang 24 des Speichergliedes 17 zugeführt werden, deren Vorderflanke mit der Vorderflanke der im Synchronmeßkreis umlaufenden Impuise nach ihrem Durchgang der Sperrschaltung 4 zusammenfällt. Das Phasensuch- und Nachstimmglied 19 löst die zeitliche Abweichung des Triggerimpulses von der Vorderflanke des im Synchronmeßkreis 1 umlaufenden Impulses heraus und wandelt diese Abweichung in ein Steuersignal um, mit dessen Hilfe die Frequenz und die Phase des Triggerimpulsgenerators 12 gesteuert werden. Diese Nachstimmung erfolgt so, daß die Vorderflanke des im Synchronmeßkreis umlaufenden Impulses innerhalb, vorzugsweise in der Mitte des Triggerimpulses liegt. In diesem Falle wird die Sperrschaltung 4 und folglich der Synchronmeßkreis 1 durch die Vorderflanke des Triggerimpulses geöffnet und durch die Vorderflanke des im Synchronmeßkreis umlaufenden Impulses gesperrt, wobei also die Öffnungszeit des Synchronmeßkreises die Hälfte der Triggerimpulsdauer beträgt. Unter Berücksichtigung der erforderlichen Störsicherheit wird die Dauer des Triggerimpulses gleich 1-2% von der Folgeperiode der umlaufenden Impulse gewählt.

Auf diese Weise werden die vom Ausgang des gesteuerten selbsterregten Generators 12 abgegebenen Triggerimpulse in ihrer Frequenz und Phase mit den im Synchronmeßkreis umlaufenden Impulsen verkoppelt, wobei die Folgefrequenz der letzteren ermittelt werden kann, indem man die vom Ausgang des Generators 12 gelieferten Triggerimpulse an den Eingang 20 des Meßblocks 11 anlegt.

Bei einer Störung im akustischen Kanal werden die Impulse vom Ausgang des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 weiterhin auf den Eingang des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 gegeben, wobei sie die Spannung an seinem Ausgang erhöhen und die Triggerimpulsperiode deswegen größer wird. Beim größten Wert der Spannung am Ausgang des Phasensuch- und Nachstimmgliedes Ϊ9 isi diese Periode maximal. Im Phasensuch- und Nachstimmglied 19 fällt nun diese Spannung infolge der Entladung bis auf Null ab, worauf die Einrichtung in der beschriebenen Weise weiter arbeitet.

Der in Fig. 2 gezeigte Ultraschall-Verbrauchsmesser funktioniert ähnlich wie der Verbrauchsmesser nach Fig. 1, mit dem Unterschied, daß er die Kontrolle der Zuverlässigkeit der Meßergebnisse nach der Koinzidenzjedes im Synchronmeßkreis 1 umlaufenden Impulses mit dem Triggerimpuls ermöglicht. Zu diesem Zweck werden die Impulse vom Ausgang 24 des Speichergliedes 17 dem Informationseingang 32 der Einheit 31 zur Kontrolle der Zuverlässigkeit der Meßergebnisse (im folgenden des Speichergliedes 31) zugeführt, während die Impulse vom Ausgang 13 des gesteuerten

11 '

ielbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 auf den Einlang 33des Speichergliedes 31 gegeben werden, der als Synchronisationseingang dient. Die am Ausgang 34 des jjSpeichergliedes 31 erscheinende Spannung ist ein |Merkmal des normalen Verbrauchsmesserbetriebs. Diese Spannung wird dem Freigabeeingang 35 des IMeßblocks 11 zugeführt.

j I Im Falle einer Störung im akustischen Kanal (in dem 'von dem zu kontrollierenden Medium gefüllten Raum 9) erscheint zum Zeitpunkt der Ankunft der Hin-{terflank'i eines vom gesteuerten Triggerimpulsgenerators 12 erzeugten Impulses am Eingang 33 des Spei- ^hergliedes 31 an seinem Informationseingang 32 der ■ rt-Pegel, der den gesperrten Zustand des Synchronmeßtreises 1 kennzeichnet. Durch die Hinterflanke des jTriggerimpulses wird die Information über die Koinziienz der Triggerimpuise und der im SynchronmeSkreis umlaufenden Impulse gelöst, wobei vom Ausgang 34 Jes Speichergliedes 31 auf den Freigabeeingang 35 des Meßblocks 11 das Verbotssignal gegeben wird. Vom Ausgang 13 des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators 12 werden dem Eingang 18 des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 weiterhin Impulse zugeführt, welche die Spannung an seinem Ausgang 22 erhöhen, wobei die Triggerimpulsperiode vergrößert wird. Bei der Maximalspannung am Ausgang 22 des Phasensuch- und Nachstimmgliedes 19 fällt diese Spannung infolge der Entladung bis auf Null ab, worauf die Einrichtung in der beschriebenen Weise arbeitet.

Um die ßetriebszustandseinstellung im Verbrauchs-'messer gleich im ersten Zyklus der Änderung derTrig-Jgerimpulsperiode zu gewährleisten, muß jede nachfolgende Periode der Triggerimpulse nicht mehr als um die §Dauer des Triggerimpulses geändert werden.

Der in F i g. 3 dargestellte Ultraschall-Verbrauchs- !messer funktioniert ähnlich wie der Verbrauchsmesser jnach Fig. 1, mit dem Unterschied, daß der in die iTriggerimpuls-Einheit 10' eingeführte Frequenzteiler i36 die Frequenzteilung von Impulsen (Fig. 5a) am !Ausgang des Generators 12 (Fig. 3) durch eine 'Größe »ΑΓ« bewirkt. In diesem Falle sind die vom Ausgang des Generators 12 abgegebenen Impulse in Freiquenz und Phase mit den im Synchronmeßkreis 1 'umlaufenden Impulsen verkoppelt, ihre Frequenz ist !aber um den Faktor »Af« höher als die der Impulse im j Synchronmeßkreis 1.

; Wenn im Verbrauchsmesser beispielsweise zwei Syn-Jl chronmeßkreise benutzt werden, beträgt die im Meßblock erhaltene Frequenzdifferenz der selbsterregten Generatoren

sin 2 a- „ ,,,

Af= ■ ν ■ K (o)

Bei Benutzung eines Frequenzteilers 36 mit einem jTeilungsverhältnis von beispielsweise K = 100 beträgt die Meßzeit für den erwähnten Fall 0,1 s. Deswegen ermöglicht der in Fig. 3 gezeigte Verbrauchsmesser die

j Messung des Momentanverbrauchs und den Betrieb in a automatischen Regelungssystemen im reellen Zeitmaß-

I stab.

Die Spannungsdiagramme, die in F i g. 5 b, c, d, e, f zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 3 gezeigten Verbrauchsmessers aufgeführt sind, unterscheiden sich von den in F i g. 4 a, b, c, d, e dargestellten Diagrammen nur dadurch, daß in F i g. 5 b (die der F i g. 4 a entspricht)

|die Impulsfolge am Ausgang des Frequenzteilers 36 gezeigt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Betriebszustandseinstellung in einem auf der Basis eines Synchronmeßkreises ausgeführten Ultraschall-Verbrauchsmessers, bei dem der Synchronmeßkreis durch Triggerimpulse periodisch gesperrt und geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperren und Öffnen des Synchronmeßkreises mit Triggerimpulsen erfolgt, deren Fclgeperiode im Bereich von möglichen Variationen der Folgeperiode der im Synchronmeßkreis umlaufenden Impulse bis zum Zeitpunkt der Koinzidenz des umlaufenden Impulses mit dem Triggerimpuls geändert wird, wobei die Eingabe der Triggerimpulse in den Synchronmeßkreis durch kontinuierliche automatische Phasenangleichung dieser Impulse an die umlaufenden Impulse im Koinzidenzzeitpunkt unterbrochen wird und beim Fehlen der umlaufenden Impulse wieder einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des Synchronmeßkreises für Zeitabschnitte vorgenommen wird, die nicht größer als die Dauer des Triggerimpulses sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Triggerimpulses im Zeitpunkt der Koinzidenz des umlaufenden Impulses und des Triggerimpulses begrent wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeperiode der Triggerimpulse in Schritten geändert wird, die nicht größer als die Dauer des Triggerimpulses sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Koinzidenz des umlaufenden Impulses und des Triggerimpulses fixiert und dazu benutzt wird, die Beendigung der Inbetriebsetzung und die Einstellung des Betriebszustandes im Verbrauchsmesser zu erkennen.

6. Ultraschall-Verbrauchsmesser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, mit wenigstens einem Synchronmeßkreis (1), der als Reihenschaltung eines Impulsformer-Verstärkers (2), einer Sperrschaltung (4), eines Erregungsimpulsformers (6) und zweier elektroakustischer Wandler (7,8) ausgeführt ist, die durch einen zum Durchlassen des zu kontrollierenden Mediums bestimmten Raum (9) voneinander getrennt und gegeneinander so angeordnet sind, daß sie das Aussenden und den Empfang eines akustischen Signals zwischeneinander unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Durchflußrichtung des Mediums ermöglichen, sowie mit einer Triggerimpulseinheit (10) und einem Meßblock (11), die an den Synchronmeßkreis (1) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerimpulseinheit (10) einen gesteuerten selbsterregten Generator (12) enthält, dessen Ausgang an den ersten Eingang einer UND-Schaltung (15), an den ersten Eingang eines Speichergliedes (17), an den ersten Eingang eines Phasensuch- und Nachstimmgliedes (19) sowie an den Eingang des Meßblocks (11) angeschlossen ist und dessen Eingang mit dem Ausgang des Phasensuch- und Nachstimmgliedes (19) verbunden ist, wobei der andere Eingang des Phasensuch- und Nachstimmgliedes (19) am Ausgang des Speichergliedes (17) liegt, das an den zweiten Eingang der UND-Schaltung (15) angeschlossen ist, und die letztere mit ihrem Ausgang an den Triggereingang des Impulsfonners (6) und an den Steuereingang der Sperrschaltung (4) geschaltet ist, während der Ausgang dsr Sperrschaltung (4) am zweiten Eingang des Speichergliedes (17) liegt.

7. Verbrauchsmesser nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einheit (31) zur Kontrolle der Zuverlässigkeit der Meßergebnisse, deren Eingange an den Ausgang des Speichergliedes (17) und an den Ausgang des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators (12) angeschlossen sind und deren Ausgang am Freigabeeingang des Meßblocks (11) üegt.

8. Verbrauchsmesser nach Ansprüchen 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerimpulseinheit (10) mit einem Frequenzteiler (36) ausgestattet ist, der zwischen den Ausgang des gesteuerten selbsterregten Triggerimpulsgenerators (12) und einen gemeinsamen Verbindungspunkt (37) geschaltet ist, in dem der Eingang des Speichergliedes (17), der Eingang des Phasensuch- und Nachstimmgliedes (19) und der Eingang der UND-Schaltung (15) zusammengeschaltet sind.