DE2923653A1

DE2923653A1 - Steuergeraet

Info

Publication number: DE2923653A1
Application number: DE19792923653
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Salem
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-11
Publication date: 1979-12-20
Also published as: NL7904446A; US4196406A; FR2428880A1; JPS5513599A; AU4771879A; GB2022887A

Description

2323653

GENERAL ELECTRIC COMPANY, 1 River Road, Schenectady New York 12305 (USA)

S teuergerät

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Erzeugung von jeweils einer Gruppe von zeitverzögerten Impulsen, aus jedem eingespeisten Impuls, bei dem die zu jedem Impuls der Impulsgruppe gehörige Verzögerungszeit einstellbar ist.

In der US-PS 3.834.233 ^{ist ein} Gerät zur überwachung des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter beschrieben. Dieses Gerät weist einen vertikal in dem Behälter sich erstreckenden Ultraschallwellenleiter auf, dessen unteres Ende so angeordnet ist, daß es sich unterhalb des niedrigsten, bei der Messung zu erwartenden Flüssigkeitsstandes befindet. Ausgleichsöffnungen in dem Wellenleiter bewirken, daß sich der Flüssigkeitsstand in dem Wellenleiter auf dasselbe Niveau einstellt, wie der Flüssigkeitsstand in dem Behälter, wobei, wie oben beschrieben, der Flüssigkeitsstand in dem Wellenleiter überwacht wird, um die gewünschte Information zu liefern. Der Wellenleiter trägt an seinem oberen Ende einen Senderempfänger, der periodisch Impulse mit Ultraschallschwingungen erzeugt, während in einem festen Abstand unterhalb des oberen Endes ein Ultraschallwandler vorgesehen ist. Beim Betrieb laufen die Ultraschallimpulse abwärts durch den Wellenleiter, erregen hierbei den Wandler und treffen schließlich auf der Flüssigkeitsoberfläche auf, wo sie zu dem Senderempfänger zurückreflektiert werden. Die Perioden-

909851/0808

mm ET _

dauer zwischen den ausgesendeten Impulsen genügt, damit ein reflektierter Impuls zu dem Senderempfänger zurückkehren kann, ehe der nächste der periodischen Impulse ausgesendet wird. Abhängig von den eintreffenden Impulsen erzeugen der Senderempfänger und der Wandler elektrische Signale, die verarbeitet werden, um ein DurchlaufZeitverhältnis und,wegen des festen Abstandes zwischen dem Senderempfänger und dem Wandler, eine periodische Messung des Abstandes zwischen dem Senderempfänger und der Flüssigkeitsoberfläche in dem Behälter zu ergeben. DurchlaufZeitverhältnisse werden deshalb von dem Gerät verarbeitet, damit die Abstandsmessung unabhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Impulses wird, die abhängig von der Temperatur des jeweils oberhalb des Flüssigkeitsstandes in dem Wellenleiter befindlichen Gases ist. Die Patentschrift beschreibt ferner, daß der Wandler durch einen Reflektor ersetzt werden, kann und daß die von dem Reflektor und der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Signale, die bei dem Senderempfänger eintreffen, in ähnlicher Weise verarbeitet werden können, um eine Abstandsmessung des Flüssigkeitsstandes in dem Wellenleiter zu ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromechanisches Steuergerät zu schaffen, das billig herzustellen und leicht in andere Geräte einzubauen ist.

Ein Vorteil des elektromechanischen Steuergerätes besteht darin, daß Ultraschall verwendet wird, um die Benutzereingaben in dem Steuergerät abzufragen.

309851/08Ώ%

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Steuergerät dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallwellenleiter sowie ein daran angekoppelter Ultraschallwandler, durch den abhängig von dem einspeisten elektrischen Impuls ein für die Ausbreitung entlang dem Ausbreitungsweg des Wellenleiters geeigneter Ultraschallimpuls erzeugt wird, und zwei oder mehrere Ultraschallreflektoren vorhanden sind, von denen jeder in unterschiedliche, einstellbare Positionen entlang dem Ausbreitungsweg bringbar ist und die jeweils so gestaltet sind, daß sie einen Teil der sich ausbreitenden Ultraschallimpulses zu dem Ultraschallwandler zurückreflektieren, der aus den derart reflektierten Ultraschallirapulsen eine Sequenz von elektrischen Impulsen erzeuat. bei der die Zeitverzögerung jedes einzelnen Impulses, bezogen auf einen eingespeisten Impuls von 'der Einstellung eines eigenen Reflektors abhängig ist. _

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Steuergerätes sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Steuergerät gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 das Gehäuse des Steuergerätes gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 3 das Steuergerät nach Fig.1 in einer Seitenansicht, geschnitten entlang der Linie III-III nach Fig. 1 und

909851/0808

ORIGINAL INSPECTED

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer üblichen, zu dem Steuergerät gehörenden elektronischen Schaltung.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Steuergerät 10 veranschaulicht. Wie in diesen Fig. gezeigt, enthält das Steuergerät 10 ein Gehäuse 11 mit einem Kanal 12 sowie eine an dem Gehäuse 11 befestigte Abdeckung 13· es bildet auf diese Weise einen Ultraschallwellenleiter 15. Ein Ende des Wellenleiters 15 ist mit einer Bohrung 16 in dem Gehäuse verbunden, die dazu verwendet ist, einen Ultraschallwandler 17 zu halten. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Wandler 17 ein an den Wellenleiter 15 angepaßter piezoelektrischer Wandler, der dazu dient, bei seiner Anregung eine längs sich ausbreitende Welle im Ultraschallfrequenzbereich zu erzeugen. Die Abdeckung 13 enthält drei parallele Schlitze 18, 19 und 20, die so angeordnet sind, daß sie auf jeweils gerade Abschnitte des Wellenleiters 15 ausgerichtet sind und mit diesen in Verbindung stehen. Drei Reflektorglieder 21, 22, 23 stehen mit den Schlitzen 18, 19, und. 2O in Eingriff bzw. sind in diesen verschieblich gelagert, wobei jedes Reflektorglied 21, 22, 23 einen Ultraschallwellenreflektor 24, 25 (nicht alle gezeigt) enthält, die in den Wellenleiter (15) hineinragen und jeweils entlang unterschiedlicher Längsabschnitte des durch den Wellenleiter 15 begrenzten Ausbreitungsweges bewegbar sind. Die Anregung des Wandlers 17 mittels eines über Drähte 26 zugeführten elektrischen Impulses bewirkt einen Ultraschallwellenimpuls, der sich durch den Wellenleiter 15 ausbreitet und der bei seiner Ausbreitung durch den Wellenleiter von jedem Reflektor 24, 25

.909851/0808

teilweise in Richtung auf den Wandler 17 zurückreflektiert wird. Bei einer üblichen Betriebsweise des Steuergerätes 10 ist der gesendete Ultraschallimpuls derart bemessen, daß seine Aussendung beendet ist, ehe der erste der reflektierten Impulse bei dem Wandler 17 eintrifft, womit folglich die sequenziell ankommenden, reflektierten Impulse eine Gruppe elektrischer Impulse erzeugen, die auf den Drähten 26 erscheinen. Die Zeitverzögerung jedes Impulses der Gruppe, bezogen auf den eingespeisten, den Wandler 17 erregenden Impuls_/ ist abhängig von der Stellung des jeweiligen Reflektors 24, 25. Es ist ersichtlich, daß die zu der momentanen Stellung jedes einzelnen Reflektors 24, 25 gehörige Information mit einem einzigen Ultraschallimpuls ermittelbar ist und daß die Stellung der Reflektoren mittels einer periodischen Zufuhr von Impulsen zu dem Wandler 17 kontinuierlich überwacht werden kann. Zu diesem Zweck kann ein bei 5 MHz arbeitender,piezoelektrischer Wandler verwendet werden, um in einem Wellenleiter mit einer Ausbreitungslänge von 225 mm einen periodischen Impuls von 100 (n see) Dauer zu erzeugen, wobei die Wiederholrate bei 10 Impulsen pro Sek. liegt. Es dürfte auch ersichtlich sein, daß die Informationsmenge, die in einem solchen beschriebenen Gerät gespeichert werden kann, abhängig von der Anzahl der in dem jeweiligen Steuergerät verwendeten Reflektoren ist.

Das Steuergerät 10 enthält einen feststehenden Reflektor 27, der an einem Ende des Wellenleiters 15 angeordnet ist. Deshalb werden, wenn ein Ultraschallimpuls, wie oben beschrieben, durch den Wandler 17

909851/0808

erzeugt wird und sich durch den· Wellenleiter 15 ausbreitet, Teile des Impulses durch die beweglichen Reflektoren 24,25 zu dem Wandler 17 zurückreflektiert, und ein weiterer Teil des Impulses wird durch den feststehenden Reflektor 27 zu dem Wandler 17 zurückgeworfen. Der Teil des gesendeten Impulses, der mittels des Rfelektors 27 zu dem Wandler 17 zurückgeworfen wird, durchläuft eine feste Strecke entlang dem Ausbreitungsweg des Wellenleiters und erzeugt einen elektrischen Impuls, der im folgenden als Referenzimpuls bezeichnet ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Ultraschallimpulses in dem Wellenleiter 15 ist temperaturabhängig, und deshalb sind die für die Gruppe von Impulsen gemessenen Verzögerungszeiten von der Stellung der zu den Reflektorgliedern 21,22,23 gehörigen Reflektoren abhängig; sie ändern sich aber mit der Temperatur. Wie später noch ersichtlich wird, kann der Referenzimpuls zusammen mit der Impulsgruppe verarbeitet werden, um die Stellung der Reflektoren genau zu bestimmen. Ein Referenzimpuls kann auch durch einen an einer anderen Stelle als dem Ende des Wellenleiters angeordneten stationären Reflektor erzeugt werden, jedoch ist das Ende des Wellenleiters zu bevorzugen, da der Reflektor dann eine Wandung sein kann, die auch das Eindringen von äußeren Ultraschallsignalen in den Wellenleiter verhindert.

Der Wellenleiter 15 nach den Fig. 2 und 3 ist schlangenförmig angeordnet und aus rechtwinklig miteinander verbundenen geraden Wellenleiterabschnitten zusammengesetzt, wobei jede rechtwinklige Verbindung eine reflektierende Oberfläche 28 bis 31 aufweist, und somit für die von dem Wandler 17 erzeugten Impulse einen stück—

309851/0808.

- to -

ORIGINAL INSPECTED

weise geraden Ausbreitungsweg 32 bildet. Die Verwendung einer schlangenformigen Anordnung des Wellenleiters führt zu einem gedrungenen Steuergerät.

Das in den Fig. 1 und 3 veranschaulichte Reflektorglied 21 enthält einen Knopf mit einem flachen Abschnitt 34 und einem Reflektor 24. Der Reflektor 24 ist ein rechteckiges Bauteil mit einem rechteckigen Fortsatz, der so gestaltet ist, daß er durch den Schlitz 18 hindurchragt und rechtwinklig mit dem flachen Abschnitt 34 in Eingriff steht. Das rechteckige Bauteil und der flache Abschnitt 34 bewirken zusammen eine Begrenzung der Querbewegung des Reflektorgliedes 21, bezogen auf die Abdeckung 13, während der Schlitz 18 eine Schiebeführung für den rechteckigen Fortsatz bildet, um eine Längsbewegung des Reflektorgliedes 21 entlang dem Schlitz 18 zu ermöglichen. Um dem Benutzer eine genaue Einstellung des Reflektors längs dem Ausbreitungsweg zu ermöglichen und um die Stellung anzuzeigen bzw. zu identifizieren, sind entlang dem Schlitz 18 auf der Oberseite der Abdeckung 13 Bezugszeichen 36 angeordnet, während auf dem flachen Abschnitt 34 eine Markierung 37 vorgesehen ist, die auf eines der Bezugszeichen 36 ausrichtbar ist. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bezugszeichen 36 den Markierungen für die Temperatur zugeordnet, die, wie ersichtlich, durch das Steuergerät gesteuert werden soll. Markierungen auf den Reflektorgliedern 22 und 23 gehören in ähnlicher Weise zu Bezugszeichen auf der Abdeckung 13.

- 11 -

909851/0808

ORIGINAL INSPECTED

Das Steuergerät 10 kann dazu verwendet werden, beispielsweise ein kombiniertes Toastgerät zu steuern, wobei bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abdeckung 13 eine Markierung aufweist, die die Betriebsweise, d.h. Backen, Rösten oder Toasten mit dem Reflektorglied 23 verknüpft. Die Beschriftung verknüpft ferner die Kochzeit mit dem Reflektorglied 22 und die Temperatur mit dem Reflektorglied 21. In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild veranschaulicht, um das Steuergerät 10 mit einem Toastgerät 15 so zu verbinden, daß dessen Temperatur steuerbar ist. In Fig. 4 erzeugt ein zentraler Taktgeber 51 Taktimpulse für einen torgesteuerten : Zähler 52, einen torgesteuerten Zähler 53 und einen Teiler 54. Der Teiler 54 arbeitet in Abhängigkeit von den Taktimpulsen und speist periodisch Impulse in die Leitungen 26 (vgl. Fig. 1) des Steuergerätes 10 ein, wodurch mittels des Wandlers 17 Ultraschallimpulse in den Wellenleiter gesendet werden. , Die periodischen Impulse werden ferner in einen torgesteuerten Verstärker 55 sowie in die Zähler 52 und 53 eingespeist. Jeder durch den Teiler 54 in die Zähler 52 und 53 eingespeiste Impuls setzt die Zähler 52 und 53 auf ihren Anfangszustand und löst den Zählvorgang aus. Der Taktgeber 51 Steuer Gatter in dem Verstärker 55, um die elektrische Signale zu verteilen, die als Folge der Ultraschallreflexionen auf den Leitungen 26 erzeugt werden. Beispielsweise wird ein durch den Reflektor 27 hervorgerufenes elektrisches Referenzsignal zu dem Zähler 53 durchgeschaltet, um diesen anzuhalten und um in ihm einen Zählwert zu speichern, während ein zu der Stellung des Reflektorgliedes 21 gehöriges elektrisches Signal zu dem Zähler 52 durchgeschaltet wird, damit dieser anhält und einen weiteren Zählerwert speichert.

909851/0808 - 12 -

Die Ausgänge der Zähler 52 und 53 sind mit einem Teiler 56 verbunden, der ein von der Einstellung des Reflektorgliedes 21 abhängiges Verhältnis bildet. Wenn angenommen wird, daß die Temperaturänderungen längs des Ausbreitungsweges vernachlässigbar sind, ist das Verhältnis im wesentlichen unabhängig von der Temperatur in dem Wellenleiter. Das gebildete Verhältnis wird einem Digital-Analog-Wandler 57 zugeführt, der ein Steuersignal für ein Temperaturservosystem 5 8 des Toastgerätes 50 erzeugt und somit die Temperatur des Toastgerätes 50 steuert. Bekanntlich können im wesentlichen temperaturunhangige Verhältnisse für die Lageeinstellung . der Reflektorglieder 22 und 23 verwendet werden. Das zu dem Reflektorglied 22 gehörige Verhältnis kann dazu hergenommen werden, den Zeitschalter des Toastgerätes 50 zu steuern, während das zu dem Reflektorglied 23 gehörige Zahlenverhältnis dazu verwendet werden kann, um, beispielsweise zusammen mit einem Komparator, die zu dem Toastgerät gehörigen Betriebsartenschalter zu steuern. Das Steuergerät 10 kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann ein kreisförmiger Wellenleiter in gerader oder gekrümmter Anordndung mit ähnlichen oder unterschiedlichen Reflektorgliedern verwendet werden.

Claims

Patenl-anwä'te Dipl.-Ing. W. Scherrm3nn Dr.-lng.R.Röger

,'300 Esslingen (Neckar), Webergasse J. Postfach 343

b . Juni 1979 τ β ι βίο η

ΡΛ 16 J bav/a - s,„«., », ,ο/,.,

Telex 07256610 smru

TaiBjraTi.na PitenUchuU Esslin j jnnecfcar

Leiten tan Sprüche

f 1. Steuergerät zur Erzeugung von jeweils einer Gruppe von zeitverzögerten Impulsen, aus jedem eingespeisten Impuls, bei dem die zu jedem Impuls der Impulsgruppe gehörige Verzögerungszeit einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet/ daß ein UltraschailwellenleLter (15) sowie ein daran angekoppelter Ultraschal!wandler (1/)/ durch den abhängig von dem eingespeisten elektrischen Impuls ein für die Ausbreitung entlang dem Ausbreitungsweg (32) des Wellenleitern (15) geeigneter Ultraschallimpuls erzeugt wird, und zwei oder meherere Ultraschallreflektoren (2 1,25) vorhanden sind, von denen jeder in unterschiedliche, einstellbare Positionen entlang dem Ausbreitungsweg (H) brinjbar ist und die jeweils so gestaltet sind, daß sie einen Teil des sich ausbreitenden Ultraschal !impulses ai a<.m Ultraschal !wandler (17) zurückreflektieren, der aus den derart reflektierte Ultraschallimpulsen eine Sequenz von elektrischen Impulsen., bei der die Zeitverzögerung jedes einzelnen Impulses, bezogen auf einen e ingeüpeisten Irqiuls, von der Einstellung eines eigenen Reflektors (24,25) abhängig ist.

— 2 —

0 9 8 ^r ι /ri 9 η η
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausbreitungsweg (.32) des Weilenleiters (15) ein stationärer Reflektor (27) angeordnet ist, der nach Einspeisung eines elektrischen Impulses Ln den Ultraschallwandler (17) einen verzögerten Referenz impuls an dem Ultraschallwandler (17) erzeugt.
3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Reflektor (27) an einem Ende dea WelLtui Leiters (15) an der Wand angeordnet ist.
•1. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der WeLLenLeiter (15) eine nicht geraden Ausbreitungsweg (32) aufweist.
5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, d.iii der WeLLenLeiter (15) einen schlangenförmigen Ausbreitungsweg (52) aufweist.
6. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dcxß einer der RefLektoren (21, 25) längs eines ersten Abschnittes des Ausbreitungswegea (32) verschieblich gehaltert ist, da.'J ein weiterer Reflektor (21, 25) Lang; eines zweiten Abschnittes des Ausbreitung;:;-v/ege_;; (.52) ve rs chi. et) 1 ich gelagert ist und daß beide Abschnitte sich über unterschiedliche Teile des Ausbreitungsweges (32) erstrecken.
7. Steuergerät nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Reflektor (27) außethviLb der beiden Abschnitte des Ausbreitungswegu.'i (32) angeordnet ist.

f) o') 8 ^ ι / η ß fM - 3 -

ORIGINAL INSPECTED
8. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (36, 37) für die Stellung wenigstens eines Reflektors (24)/bezogen auf den jeweils zugehörigen Abschnitt des Ausbreitungsweges (32) vorgesehen ist.

— 4 —

90985 1/'080S

ORIGINAL INSPECTED