-
BESCHREIBUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Ultraschall-Meßtechnik
und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Ultraschallmessung der Durchflußmenge
eines Stroms und auf einen Ultraschall-Durchflußmengenmesser zu dessen Durchführung-Die
vorliegende Erfindung kann zur Durchlußmengenmessung von Erdöl, Erdöl-, Nahrungs-,
chemischen Produkten, Wasser in Meliorationssystemen u.a. verwendet werden.
-
Unter einem "Durchflußmengenmesser" wird eine Apparatur verstanden,
die sowohl zur Geschwindigkeits- als auch zur Durchflußmengenmessung vorgesehen
ist, weil in der von der Ausbreitung akustischer Wellen Gebrauch machenden Meßtechnik
die Durchflußmenge eine Geschwindigkeitsfunktion ist.
-
Bei der Durchflußmengenmessung eines beispielsweise über eine Rohrleitung
fließenden Stroms ist es erwünscht, seine Bewegung nicht zu stören. Es ist auch
eine hohe Meßgenauigkeit mit Hilfe einer verhältnismäßig billigen Einrichtung erwünscht,
die eine große Lebensdauer aufweist und auf deren Anzeigen die Temperatur-und ähnliche
Änderungen physikalischer Eigenschaften eines Kontrollmediums ohne Einwirkung bleiben.
-
In erster Näherung wird der Einfluß der physikalischen Eigenschaften
des Kontrollmediums durch Ultraschall-Impulsfrequenz-Meßverfahren ausgeschlossen,
die durch auf der Basis eines Synchroringes, d.h. eines Impulsgeneratorsystems mit
einer akustischen Rückführung mit Totzeit, ausgeführte Ultraschall-Durchflußmengenmesser
realisiert werden. Hierbei stellt sich im Synchroring ein Autozirkulationsimpulsbetrieb
ein.
-
Zur Durchflußmengenmessung werden Einrichtungen mit zwei und mit
einem
akustischen Kanal, d.h. mit einem zur Durchleitung des Kontrollmediums vorgesehenen
und zwei elektroakustische Wandler trennenden Raum, benutzt.
-
Es ist ein Ultraschallmeßverfahren für die Durchflußmenge eines Stroms
bekannt, darin bestehend, daß in dem zu kontrollierenden Strom über die zwei akustischen
Kanäle Autozirkulationsimpulsfolgen durchgeleitet werden. Hierbei breiten sich die
Impulse in dem einen akustischen Kanal in Stromrichtung des Kontrollmediums und
im anderen entgegen der Strömung aus. Nach der Impulsfrequenzdifferenz der Folgen
wird die Durchflußmenge ermittelt.
-
Es ist weiter ein Durchflußmengenmesser zur Durchführung dieses Verfahrens
bekannt, der zwei Synchroringe, die je aus einem Reihenkreis aus einem Verstärker-Former,
einem Signalgenerator des Synchroringes und einem Treiberimpulsformer bestehen,
an zwei voneinander durch einen zur Durchleitung eines Kontrollmediums vorgesehenen
Raum getrennte elektroakustische Wandler angeschlossen sind, die gegeneinander derart
orientiert sind, daß es möglich wird, ein akustisches Signal von einem Wandler zum
anderen in einer Richtung zu senden und zu empfangen, die mit der Bewegungsrichtung
des Mediums einen von 900 verschiedenen Winkel bildet, sowie an die-Synchroringe
angeschlossene Frequenzvervielfacher und eine Meßeinheit (s. beispielsweise das
US-Patent Nr 3625 057) enthalten.
-
In jedem Synchroring dieses Durchflußmengenmessers wird ein Impuls
des Signalgenerators vom Synchroring auf den Treiberimpulsformer gegeben, von dessen
Ausgang das Signal auf den einen Impuls in das Kontrollmedium abgebenden elektroakustischen
Wandler gelangt. Der durch den anderen elektroakustischen Wandler empfangene Impuls
gelangt erneut auf den Treiberimpulsformer, und auf solche Weise erfolgt eine Autozirkulation
der Impulse in einem Synchroring. Die Frequenz eines jeden Synchroringes wird durch
den Frequenzvervielfacher vervielfacht, worauf die Meßeinheit eine Frequenzdifferenz
ermittelt, nach der die
Durchflußmenge des Kontrollmediums beurteilt
wird.
-
Die Durchführung der Messungen im bekannten Verfahren über die zwei
verschiedenen akustischen Kanäle führt zu einem durch eine nicht auf einen Strom
zurückzuführende Differenz zwischen den Impulsübertragungswegen bedingten Zusatzfehler.
-
Die bekannte Einrichtung erfordert zur Erreichung einer hohen Meßgenauigkeit
präzise Herstellung und Anordnung der elektroakustischen Wandler, Aufrechterhaltung
einer konstanten -Temperaturführung sowohl in der elektronischen Schaltung als auch
auf der Meßstrecke der Rohrleitung mit einem hohen Genauigkeitsgrad, Stabilisierung
der Länge der akustischen Kanäle mit einer Genauigkeit von einigen wenigen Mikrometer,
sowie eine durch eine nicht auf einen Strom zurückzuführende Differenz zwischen
den Impulsübertragungswegen bedingte Kompensation. All das begrenzt das Anwendungsgebiet
des Durchflußmengenmessers auf Systeme, wo keine hohe Meßgenauigkeit erforderlich
ist.
-
Von einem durch eine Nichtidentizität der Kanäle bedingten Felller
ist ein anderes bekanntes UltraschallmeßverIahren für die Durchflußmenge eines Stroms
frei, das in einer abwechselnden Durchleitung (über den zu kontrollierenden Strom
in einem akustischen Kanal) zweier entgegengerichteter Autozirkulationsimpulsfolgen,
der Speicherung (für die Durchlaßzeit in einer Richtung) der Folgefrequenz der sich
in der entgegengesetzten Richtung ausbreitenden Autozirkulationsimpulse und der
Ermittlung der Durchflußmenge nach der Impulsfrequenzdifferenz der Folgen besteht.
-
Der Durchflußmengenmesser zur Durchführung dieses Verfahrens enthält
zwei elektroakustische Wandler, eine nach dem Typ eines Synchroringes mit einer
Speichereinrichtung ausgeführte einkanalige Meßschaltung und eine Meßeinheit (s.
beispielsweise den UdSSR- UrheberscheinNr, 191155).
-
Der Synchroring dieses Durchflußmengenmessers arbeitet abwechselnd
in Stromrichtung und entgegen dem Strom. Für die Durchlaßzeit
einer
Autozirkulationsimpulsfolge in einer Richtung wird die Folgefrequenz der sich in
der entgegengesetzten Richtung fortpflanzenden Autozirkulationsimpulse mit Hilfe
einer Speichereinrichtung eingespeichert. Nach der Differenz der gespeicherten Frequenz
und der Folgefrequenz der Autozirkulationsimpulse liefert die Meßeinheit eine Information
über die Durchflußmenge.
-
In diesem Verfahren führt die abwechselnde Durchleitung der zwei entgegengesetzt
gerichteten Autozirkulationsimpulsfolgen über einen zu kontrollierenden Strom dazu,
daß der Ultraschall praktisch nach den physikalischen Eigenschaften verschiedene
Strecken eines Kontrollmediums passiert (die physikalischen Eigenschaften des Mediums
ändern sich zwischen den Schalttakten), was einen Zusatzfehler in die Durchflußmessung
einbringt. Darüber hinaus ist dieses Verfahren für die Durchflußmessung pulsierender
Ströme wegen der großen Meßzeitkonstanten ungeeignet. Die Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens muß zur Erreichung einer hohen Meßgenauigkeit eine umstellbare
Speichereinrichtung mit einem Fehler für die Frequenzspeicherung von ca. 10 9 besitzen,
deren Realisierung beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung der Technik äußerst
schwierig ist.
-
Schließlich ist ein Ultraschallmeßverfahren für die Durchflußmenge
eines Stroms bekannt, darauf der gleichzeitigen Durchleitung zweier entgegengesetzt
gerichteter Autozirkulationsimpulsfolgen über einen zu kontrollierenden Strom in
einem akustischen Kanal unter Ausschluß von Zeitpunkten einer Impulskoinzidenz der
Folgen und auf einer Ermittlung der Durchflußmenge nach einer Impulsfrequenzdifferenz
der Folgen aufbaut. Nach diesem Verfahren wird der Zeitpunkt der Impulskoinzidenz
der Folgen durch eine relative zeitliche Verschiebung jeder Impulsfolge ausgeschlossen,
und nach der Zahl dieser die Impulsfrequenzdifferenz indirekt charakterisierenden
Verschiebungen wird über die Durchflußmenge geurteilt.
-
Es ist auch ein Ultraschall-Durchflußmengenmesser zur Durchführung
dieses Verfahrens bekannt. Dieser Durchflußmengenmesser
Enthält
zwei mit einem akustischen Kanal arbeitende Schaltungen von einem Synchroring, zwei
eine Verschiebung der Autozirkulationsimpulsfolgen sichernde Einheiten, ein die
Zahl dieser Verschiebungen fixierendes Flip-Flop und einen die Durchflußmenge indirekt
charakterisierende Impulsfolgefrequenz des Flip-Flops messenden Frequenzmesser (s.
beispielsweise den UdSSR-Urheberschein Nr. 479000).
-
Diesem Verfahren haftet der Nachteil an, daß die Zahl der Verschiebungen
der Impuisfolgen vom wahren Wert der Frequenzdifferenz der Synchroringe abweicht,
was einen Fehler in der Durchflußmengenmessung zur Folge hat. Außerdem erfordert
das Verfahren das Vorhandensein einer streng gleichen zeitlichen Verschiebung jeder
Impulsfolge. Die Realisierung derartiger Verschiebung, von deren Genauigkeit der
Meßfehler für die Durchflußmenge abhängt, ist äußerst schwierig.
-
Die Mängel des bekannten Durchflußmengenmessers hängen damit zusammen,
daß seiner Arbeitsweise ein Systemfehler für die Durchflußmengenmessung zugrunde
liegt. Darüber hinaus msissen die für eine Verschiebung der Autozirkulationsimpulsfolgen
sorgenden Einheiten sowie die Elemente der Synchroringe eine zeitliche Nichtidentizität
in einer Größenordnung von einigen wenigen Nanosekunden aufweisen, was die Realisierung
des Durchflußmengenmessers sehr erschwert und sämtliche Vorteile des einkanaligen
Meßverfahrens praktisch auf Null reduziert. Dieser Durchflußmengenmesser besitzt
eine große Meßträgheit. Bei einem Durchmesser der Rohrleitung, in der die Durchflußmenge
gemessen wird, gleich 1 m und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m/s beträgt
die Frequenzdifferenz der Synchroringe ca. 0,1 Hz, d.h.
-
die Meßzeit ist gleich 10 s, was ein zu großer Wert ist. Darüber hinaus
kann der Durchflußmengenmesser nicht automatisch in den Autozirkulationsbetrieb
kommen und seine Arbeit nach einer zeitweiligen Störung im akustischen Kanal wieder
aufnehmen, die wegen einer Streuung eines Ultraschallstrahls an Gasbläschen und
Fremdeinschlüssen des Kontrollmediums auftreten kann, was seine Anwendungsmöglichkeit
in Automatiksystemen
einschrankt.
-
Es ist ein Ultraschall-Durchflußmengenmesser bekannt, der zwei Synchroringe,
die je aus einem Reihenkreis aus einer Sperrschaltung, einem Treiberimpulsformer
und zwei für die Synchroringe gemeinsamen elektroakustischen Wandlern, die voneinander
durch einen zur Durchleitung eines Kontrollmediums vorgesehenen Raum getrennt und
gegeneinander derart orientiert sind, daß es möglich wird, ein akustisches Signal
von einem Wandler zum anderen in einer Richtung zu senden und zu empfangen, die
mit der Bewegungsrichtung des Mediums einen von 900 verschiedenen Winkel bildet
und einem Verstärker-Former bestehen, sowie zwei Auslöseimpulseinheiten, die je
an einen entsprechenden Synchroring angeschlossen sind und einen gesteuerten selbsterregten
Generator einschließen, dessen Eingang mit dem Ausgang einer Suchschaltung mit automatischer
Phasennachstimmung und dessen Ausgang über einen Frequenzteiler mit einem Eingang
einer UND-Schaltung, einem Eingang der Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung
und mit einem Eingang eines Speicherelements verbunden ist, dessen Ausgang mit den
anderen Eingängen der Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung undder
UND-Schaltung gekoppelt ist, und eine den Synchroringen gemeinsame Meßeinheit enthält,
deren Eingänge an die Ausgänge der selbsterregten Generatoren (s. beispielsweise
einen UdSSR-Urheberschein für die BRD P.29081945 vom 2.03. 1979) angeschlossen sind.
-
In jedem Synchroring dieses Durchflußmengenmessers wird mit Hilfe
einer entsprechenden Auslöseimpulseinheit ein Autozirkulationsimpulsbetrieb herbeigeführt,
worauf die Auslöseimpulseinheit abgeschaltet wird. Die Einspeisung der Auslöseimpulse
in den Synchroring wird bei einer Störung im akustischen Kanal wieder aufgenommen,
die wegen einer Streuung eines Ultraschalls an Gasbläschen und Fremdeinschlüssen
des Kontrollmediums entstehen kann.
-
Der bekannte Durchflußmengenmesser wird automatisch gestartet und
nimmt seine Arbeit nach einer zeitweiligen Störung im
akustischen
Kanal wieder auf. Der Durchflußmengenmesser weist eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit
und Störsicherheit auf.
-
Die Nachteile des bekannten Durchflußmengenmessers sind darauf zurückzuführen,
daß zwei Synchroringe mit einem akustischen Kanal nur nacheinander stabil arbeiten
können. Dies führt zu einer Verringerung der Meßgenauigkeit der Strömungsgeschwindigkeit
infolge einer Änderung der physikalischen Eigenschaften des Mediums zwischen den
Schalttakten. Darüber hinaus wird es nötig, die Frequenz des einen Synchroringes
während der Arbeit des anderen einzuspeichern, was einen zusätzlichen Meßfehler
bewirkt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschallmeßverfahren
für die Durchflußmenge eines Stroms zu schaffen, bei dem es möglich ist, den wahren
Wert der Frequenzdifferenz der Synchroringe bei gleichzeitiger Durchleitung zweier
entgegengesetzt gerichteter Autozirkulationsimpulsfolgen über einen akustischen
Kanal zu messen.
-
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschall-Durchflußmengenmesser
zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen, der über Mittel zur Verwirklichung
eines automatischen Anlaufes und Wiederherstellun derArbeit der Synchroringe verfügt,
eine einfache schaltungstechnische Lösung besitzt und betriebssicher ist.
-
Dies wird dadurch erreicht, daß in dem Ultraschallmeßverfahren für
die Durchflußmenge eines Stroms, das auf einer gleichzeitigen Durchleitung zweier
entgegengerichteter Autozirkulationsimpulsfolgen über einen zu kontrollierenden
Strom ineinem akustischen Kanal unter Ausschluß -von Zeitpunkten einer Impulskoinzidenz
der Folgen und auf einer Ermittlung der Durchflußmenge nach einer Impulsfrequenzdifferenz
der Folgen beruht, gemäß der Erfindung die Impulse der einen Folge zur Phasensynchronisation
eines selbsterregten Generators ausgenutzt werden, dessen Frequenz um ein ganzzahliges
Vielfaches größer als die Impulsfrequenz dieser Folge gewählt wird, der Ausschluß
der
Koinzidenzzeitpunkte durch eine Unterbrechung der gleichen Folge vor dem Zeitpunkt
der Impulskoinzidenz und durch deren Wiederherstellung mittels eines der mit einem
Impuls der anderen Folge nicht zusammenfallenden Impulse des selbsterregten Generators
verwirklicht wird, und die Impulsfrequenzdifferenz der Folge durch einen Vergleich
der Impulsfrequenz der anderen Folge mit der Frequenz des selbsterregten Generators
ermittelt wird.
-
Dies wird auch dadurch erreicht, daß in dem Ultraschall-Durchflußmengenmesser
zur Verwirklichung des genannten Verfahrens, der zwei Synchroringe, die je aus einem
Reihenkreis aus einer Sperrschaltung, einem Treiberimpulsformer und zwei für die
Synchroringe gemeinsamen elektroakustischen Wandlern, die voneinander durch einen
zur Durchleitung eines Kontrollmediums vorgesehenen Raum getrennt und gegeneinander
derart orientiert sind, daß es möglich wird, ein akustisches Signal von einem Wandler
zum anderen in einer Richtung zu senden und zu empfangen, die mit der Bewegungsrichtung
des Mediums einen von 900 verschiedenen Winkel bildet und aus einem Verstärker-Former
bestehen, sowie zwei Auslöseimpulseinheiten, die je an einen entsprechenden Synchroring
angeschlossen sind und einen gesteuerten selbst erregten Generator einschließen,
dessen Eingang mit dem Ausgang einer Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung
und dessen Ausgang über einen Frequenzteiler mit einem Eingang einer UND-Schaltung,
einem Eingang der Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung und mit einem
Eingang eines Speicherelementes verbunden ist, dessen Ausgang mit den anderen Eingängen
der Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung undder UND-Schaltung gekoppelt
ist, und eine den Synchroringen gemeinsame Meßeinheit enthält, deren Eingänge an
die Ausgänge der selbsterregten Genera-toren angeschlossen sind r gemäß der Erfindung
jede Auslöseimpulseinheit einen eigenen Arbeitsimpulsformer enthält, wobei in der
einen Auslöseimpulseinheit der Arbeitsimpulsformer in Reihe zwischen dem Ausgang
des Frequenzteilers und einem einen Eingang der UND-Schaltung, einen Eingang des
Speicherelementes und einen Eingang der Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung
verbindenden
gemeinsamen Punkt liegt und in der anderen Auslöseimpulseinheit der Arbeitsimpulsformer
mit dem Bingang an den Ausgang des Frequenzteilers und an dessen Ausgänge mit einen
Eingängen eine Einheit zur Kontrolle einer Impulskoinzi-Xdenz der Synchroringe und
zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und Wi-ederherstellung der Arbeit eines
Synchroringes angeschlossen ist, deren anderer Eingang an einen zweiten Ausgang
des Arbeitsimpulsformers der ersten Auslöseimpulseinheit und deren einer Ausgang
an einen anderen Eingang des der betreffenden Auslöseimpulseinheit entsprechenden
Treiberimpulsformers des Synchroringes und deren anderer Ausgang an einen einen
Singang der UND-Schaltung, einen Eingang der Suchschaltung mit automatischer Phasennachstimmung
und einen Eingang des Speicherelementes verbindenden gemeinsamen Punkt angeschlossen
sind.
-
Es ist zweckmäßig, die Einheit zur Kontrolle der ImpulskoinZidenz
der Synchroringe und zur Steuerung der Zeitpunkte der Sperrung und Wiederherstellung
der Arbeit eines Synchroringes derart auszuführen, daß sie einen Frequenzteiler,
dessen Ausang an einen Eingang einer ersten UND-Schaltung angeschlossen ist, deren
Ausgang an einen Eingang einer zweiten UND-Schaltung und an einen Eingang einer
dritten UND-Schaltung angeschlossen ist, deren Ausgang an einen Eingang eines Speicherelementes
angeschlossen ist, dessen einer Ausgang mit einem Informationseingang eines zweiten
Speicherelementes verbunden ist, dessen einer Ausgang an einen ersten Eingang einer
vierten UND-Schaltung und dessen zweiter Ausgang an einen ersten Eingang einer fünften
UND-Schaltung und an einen zweiten Eingang des ersten Speicherelementes angeschlossen
sind, dessen zweiter Ausgang mit einem zweiten Eingang der fünften UND-Schaltung
verbunden ist, deren Ausgang an einen Binstelleingang des Frequenzteilers angeschlossen
ist, enthält, wobei der zweite mit einem zweiten Eingang der ersten UND-Schaltung
und mit einem Takteingang des zweiten Speicherelementes zusammengeschaltete Eingang
des Frequenzteilers sowie ein anderer Eingang der zweiten UND-Schaltung und
ein
andererEineang der vierten UND-Schaltung als erste Eingänge der Einheit zur Kontrolle,
ein zweiter Eingang der dritten UND-Schaltung als ein anderer Eingang der Einheit
zur Kontrolle und die Ausgang der vierten und der zweiten UND-Schaltung als erster
bzw. zweiter Ausgang der Einheit zur Kontrolle dienen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallmessung der Durchflußmenge
eines Stroms gestattet es, im Vergleich zu den bekannten Verfahren die Meßgenauigkeit
der Durchflußmenge wesentlich zu erhöhen und erfordert keine Dauerspeicherung der
Frequenz.
-
Der erfindungsgemäß ausgeführte U3.traschall-Durchflußmengenmesser
zur Durchführung dieses Verfahrens ist einfach zu realisieren und kann auf der Basis
von zur Zeit in der Meßtechnik weitgehend verwendeten Einheiten ausgeführt werden,
verfügt über Mittel zur automatischen Auslösung und Wiederherstellung der Arbeit
der Synchroringe und ist betriebszuverlässig.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines
erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmengenmessers; Fig. 2 ein Blockschaltbild
einer erfindungsgemäßen Einheit zur Kontrolle einer Impulskoinzidenz der Synchroringe
und zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und WIederherstellung der Arbeit
des Synchroringes eines Ultraschall-Durchflußmengenme ssers; Fig. 3 a, b, c, d,
e, f Spannungskurven, die die Arbeit eines Synchroringes des in Fig. 1 dargestellten
Ultraschall-Durchflußmengenmessers im Anlaufbetrieb erläutern und Fig. 4 a, b, c,
d, e, f, g, h, i, j, k, 1, m Spannungskurven, die die Arbeit des in Fig. 1 dargestellten
Ultraschall-Durchflußmengenmessers im Meßbetrieb erläutern.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallmessung der Durchflußmenge
eines Stroms besteht in folgendem: über einen
zu kontrollierenden
Strom werden durch einen akustischen Kanal gleichzeitig zwei entgegengerichtete
Autozirkulationsimpulsfolgen durchgeleitet. Die Impulse der einen (im weiteren geführten
genannten) Folge werden zur Rhasensynchronisation des selbst erregten Generators
herangezogen, was es gestattet, eine vollständige Information über die geführte
Folge zu erhalten. Die Frequenz des selbsterregten Generators wird um ein Vielfaches
höher als die Frequenz der geführten Folge gewählt. Die andere (im weiteren führende
genannte) Folge der sich in umgekehrter Richtung ausbreitenden Impulse ist stetig.
Die Elimination der Zeitpunkte der Impulskoinzidenz der geführten und der führenden
Folge geschieht, indem die geführte Folge vor dem Augenblick der Impulskoinzidenz
der Folgen unterbrochen und durch einen der mit einem Impuls der anderen führenden
Folge nicht zusammenfallenden Impulse des selbsterregten Generators wiederhergestellt
wird. Da die Wiederherstellung der geführten Folge mit einer Genauigkeit bis auf
eine Phase erfolgt ist, veranlaßt die Synchronisation des selbsterregten Generators
durch die wiederhergostellte FoJr;e keinen übergQngsvorgang in seiner Arbeit. Der
selbterree Generator trägt also eine Information über eine (quasistetige) Arbeit
der geführten Folge. Und die Impulsfrequenzdifferenz der Folgen wird als Maß der
Durchflußmenge durch einen Vergleich der Impulsfolgefrequenz der führenden Folge
mit de-r Frequenz des selbsterregten Generators ermittelt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallmessung der Durchflußmenge
eines Stroms wurde in einem in Fig. 1 dargestellten, zur Durchflußme-ssung von Werkstoffen
in Rohrleitungen vorgesehenen Durchflußmengenmesser realisiert.
-
Der Ultraschall-Durchflußmengenmesser enthält zwei Synchroringe.
-
Der erste (im weiteren führende) Synchroring besteht aus einer an
einen Eingang 2 eines Treiberimpulsformers 3 angeschlossenen Sperrschaltung 1 (Fig.
1), zwei voneinander durch einen zur Durchleitung eines Kontrollmediums vorgesehenen
Raum 6 getrennten elektroakustischen Wandlern 4, 5 und einem an einen Eingang 8
der Sperrschaltung 1 angeschlossenen Verstärker-Former 7.
-
Der zweite (im weiteren geführte) Synchroring setzt sich aus einer
an einen Eingang 10 eines Treiberimpulsformers 11 angeschlossenen Sperrschaltung
9, zwei voneinander durch einen zur Durchleitung eines Kontrollmediums vorgesehenen
Raum 6 getrennten elektroakustischen Wandlern, 5, 4 und einem an einen Eingang 12
der Sperrschaltung 9 angeschlossenen Verstärker-Former 7 zusammen.
-
Die Wandler 4,5 sind an den entgegengesetzten Enden einer Rohrleitung
angeordnet und gegeneinander in der Weise orientiert, daß es möglich wird, ein akustisches
Signal von einem Wandler 4 oder 5 zum anderen zu senden und zu empfangen. Hierbei
ist der Winkel FC zwischen der Richtung der Stromgeschwindigkeit v in der Rohrleitung
und der Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen zwischen den Wandlern 4,5 verschieden
von 900.
-
Der Ultraschall-Durchflußmengenmesser enthält zwei Auslöseimpulseinheiten
13, 14, die an den führenden bzw. geführten Synchroring angeschlossen sind. Die
Auslöseimpulseinheit 13 enthält einen gesteuerten selbsterregten Generator 15, dessen
Eingang mit dem Ausgang einer Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung
verbunden ist. Der Ausgang des selbsterregten Generators 15 ist über einen Frequenzteiler
17 mit dem Eingang eines Arbeitsimpulsformers 18 gekoppelt, dessen Ausgang 19 an
einen einen Eingang 21 einer UND-Schaltung 22, einen Eingang 23 eines Speicherelementes
24 und einen Eingang 25 der Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung
verbindenden gemeinsamen Punkt 20 angeschlossen ist. Der Ausgang 26 des Speicherelementes
24 ist mit einem Eingang 27 der Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung
und mit einem Eingang 28 der UND-Schaltung 22 gekoppelt, deren Ausgang mit einem
Starteingang 29 des Formers 3 und mit einem Steuereingang 30 der Sperrschaltung
1 verbunden ist, die ihrerseits über ihren Ausgang an einen Eingang des Speicherelementes
24 angeschlossen ist.
-
Die Auslöseimpulseinheit 14 enthält einen gesteuerten selbsterregten
Generator 31, dessen Eingang mit dem Ausgang einer Suchschaltung
32
mit automatischer Phasennachstimmung verbunden ist.
-
Der Ausgang des selbsterregten Generators 31 ist über einen Frequenzteiler
33 mit dem Eingang eines Arbeitsimpulsformers 34 gekoppelt, an dessen Ausgänge Eingänge
35, 36, 37 einer Einheit 38 zur Kontrolle einer Impulskoinzidenz der Synchroringe
und zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und Wiederherstellung der Arbeit
eines Synchroringes angeschlossen sind. Der Ausgang 39 der Einheit 38 zur Kontrolle
ist an einen Starteingang 40 des Treiberimpulsformers 11 und der Ausgang 41 zu 41
an einen einen Eingang 43 einer UND-Schaltung 44, einen Eingang 45 eines Speicherelementes
46 und einen Singang 47 der Suchschaltung 32 mit automatischer Phasennachstimmung
verbindenden gemeinsamen Punkt 42 angeschlossen. Der Ausgang 48 des Speicherelementes
46 ist mit einem Eingang 49 der Suchschaltung 32 mit automatischer Phasennachstimmung
und mit einem Eingang 50 der UND-Schaltung 44verbunden, deren Ausgang mit einem
Starteingang 51 des Formers 11 und rnit einem Steuereingang 52 der Sperrschaltung
9 gekoppelt ist, die ihrerseits mit ihre!a Ausgang an einen Eingang 53 des Speicherelementes
46 angeschlossen ist. Ein Eingang 54 der Einheit 38 zur Kontrolle ist mit einem
Ausgang 55 des Formers 18 verbunden. Die Ausgänge der selbsterregten Generatoren
15-, 31 sind je an einen entsprechenden Eingang einer Meßeinheit 56 angeschlossen.
-
Die Einheit 38 zur Kontrolle einer Impulskoinzidenz der Synchroringe
und zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und Wiedereinschaltung eines Synchroringeskann
verschiedenartig ausgeführt sein.
-
Eine ihrer vorzugsweisen Ausführungsformen ist in Fig. 2 wiedergegeben.
-
Die Einheit 38 zur Kontrolle einer Impulskoinzidenz der Synchroringe
und zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und Wiedereinschaltung eines Synchroringes
enthält einen Frequenzteiler 57, dessen Ausgang an einen Eingang 58 einer UND-Schaltung
59 angeschlossen ist, deren Ausgang an einen Eingang 60 einer UND-Schaltung 61 und
an einen Eingang 62 einer UND-Schaltun; 63
angeschlossen ist, deren
Ausgang an einen Einstelleingang 64 eines Speicherelementes 65 angeschlossen ist,
dessen Ausgang 66 mit einem Informationseingang 67 eines Speicherelementes 68 verbunden
ist, dessen Ausgang 69 an einen Eingang 70 einer UND-',chaltlmg 71 angeschlossen
ist. Ein Umkehrausganp 72 des Speicherc:l.cmentes 68 ist an einen Eingang 73 einer
UND-Schaltung 74 und an einen Löscheingang 75 des Speicherelementes 65 angeschlossen,
dessen Umkehrausgang 76 mit einem Eingang 77 einer UND-Schaltung 74 verbunden ist,
deren Ausgang an einen Einstelleingang 78 des Frequenzteilers 57 angeschlossen ist.
Hierbei wirluken der mit einem Eingang 80 der UND-Schaltung 59 und einem Takt eingang
81 des Stjeicherelementes 68 verbundene Eingang 79 des Frequenzteilers 57 sowie
ein Eingang 82 der UND-Schaltung 61 und ein Eingang 83 der UND-Schaltung 71 jeweils
als Eingänge 35, 36, 37 der Einheit 38 zur Kontrolle. Der Eingang 84 der UND-Schaltung
63 stellt einen Eingang 54 der Einheit 38 zur Kontrolle dar. Die Ausgänge der UND-Schaltungen
71 und 61 dienen als Aus. ringe 39 bzw. 41 der Einheit 38 zur Kontrolle.
-
Als Sperrschaltungen 1, 9 (Fig. 1) können beispielsweise UND-NICHT-Schaltungen
verwendet werden. Als Speicherelemente 24,46-(Fig. 1) und als Speicherelement 65
(Fig. 2) konnen RS-Flip-Flops, als Frequenzteiler 57 ein D-Flip-Flop mit einem Binstelleingang,
als Speicherelement 68 ein getaktetes D-Flip-Flop eingese-tzt werden.
-
Jede der Suchachaltungen 16 (Fig. 1) und 33 mit automatischer Phasennachstimmung
stellt ein ein Potential speicherndes, mit einem Ableiter ausgestattetes Element,
beispielsweise einen Kondensator,dar.
-
Die Meßeinheit 56 enthält einen Frequenzmischer und ein Anzei.geOerät.
-
Das in der geschilderten Einrichtung realisierte Verfahren zur Ultraschallmessung
der Durchflußmenge eines Stroms wird anhand der Arbeitsweise der Einrichtung erläutert
und besteht gemaß der Erfindung in folgendem:
Nun wird die Arbeit
des Durchflußmengenmessers in zwei Betriebsarten, namlich im Anlauf- und im Meß-Betrieb
betrachtet.
-
Im Anlaufbetrieb wird die Spannung vom Ausgang der Suchschaltung 16
(Fig. 1) mit automatischer Phasennachstimmung auf den Eingang des gesteuerten selbsterregten
Generators 15 gegeben, wodurch dessen Frequenz umgestellt wird. Im Augenblick der
Zuführung der Speisespannungen ist die Spannung am Ausgang der Suchschaltung 16
mit automatischer Phasennachstimmung gleich Null. Hierbei ist die Impulsfolgeperiode
des gesteuerten selbsterregten Generators 15 minimal und beträgt Tmin (Fig. 3 a).
Darüber hinaus muß die Bedingung erfüllt werden, daß die Impulsfolgeperiode Tmin.k
. am Ausgang des Frequenzteilers 17 mit einem Teilerverhältnis k kleiner als die
minimale Laufzeit des Signals im akustischen Kanal ist. Die Umstellung der Periode
T des gesteuerten selbsterregten Generators 15 wird in der Weise gewählt, daß die
maximale Impulsfolgeperiode Tmax am Ausgang des Frequenzteilers 17 größer als die
maximale Laufzeit des Signals im akustischen Kanal ist. Es müssen also folgende
Bedingungen erfüllt werden:
L - der durch die Schallwellen in einem Kontrollmedium zwischen den elektroakustischen
Wandlern zurückgelegte Weg; Cmax - die von den Eigenschaften des Mediums und den
Umgebungsbedingungen abhängige maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls
im Kontrollmedium; Vmax - die Projektion des Vektors der höchstmöglichen Geschwindigkeit
des Mediums auf die Ultraschallstrahlrichtung.
-
Cmin - die von den Eigenschaften des Mediums und den Umgebungsbedingungen
abhängige minimale Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls im Kontrollmedium.
-
In dem Augenblick der Zuführung der Speise spannungen bleibt am Ausgang
des gesteuerten selbsterregten Generators 15 ein Impuls aus, deshalb liegen an den
Ausgängen des Frequenzteilers 17 und des Arbeitsimpulsformers 18 keine Impulse an.
Hierbei liegt der Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 auf einem niedrigen Pegel.
-
Dieser Pegel wird durch das Speicherelement 24 festgehalten, wobei
an seinem Ausgang 26 ein hoher Pegel anliegt. Am Ausgang der Sperrschaltung 1 liegt
im Auseangszustand ein hoher Pegel an. Da der Ausgang 26 des Speicherelementes 24
mit dem Eingang 28 der UND-Schaltung 22 verbunden ist, gelangt bereits der erste
positive Impuls 85 (Fig. b) vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 auf den Eingang
21 der UND-Schaltung 22, wobei ein Impuls 86 (Fig. 3c) an den Eingang 30 der Sperrschaltung
1, wodurch diese geöifnet wird, und an den Eingang 29 des Formers 3 gelangt, wodurch
dieser ausgelös-t wird. Der Former 3 wird durch die Hinterflanke des positiven Impulses
86 ausgelöst.
-
Ein Impuls 87 (Fig. 3 d) vom Former 3 gelangt auf den Wandler 4, wird
in ein Ultraschallsignal umgewandelt, das ein Kontrollmedium passiert und durch
den Wandler 5 empfangen wird, der es in ein elektrisches Signal verwandelt. Dieses
Signal gelangt auf den Verstärker-Former 7, wo es verstärkt und in einen Rechteckimpuls
88 (Fig. 3 e) verwandelt wird, worauf er am Eingang 8 der Sperrschaltung 1 eintrifft.
Der Impuls 88 ist am Ausgang des Verstärker-Formers 7 bezüglich des Impulses 87
vom Ausgang des Formers 3 um eine Zeit t1 verzögert. Da die Impulsperiode am Ausgang
19 des Arbeitsimpulsformers 18 minimal und unterhalb von t1 ist, kommt ein nächster
Impuls 89 (Fig. 3 c) vom Ausgang der UND-Schaltung 22 am Eingang 30 der Sperrschaltung
1 an, bevor ein Impuls vom Ausgang des Verstärker-Formers 7 am Eingang 8 der Sperrschaltung
1 eingetroffen ist, und die Sperrschaltung 1 ist zum Zeitpunkt der Ankunft des Impulses
88 vom Verstärker-Former 7 gesperrt. Trotzdem durchläuft ein Impuls 89 vom Ausgang
der
UND-Schaltung 22 den akustischen Kanal in Analogie zum Ersteren usw.
-
Gleichzeitig kommen die positiven Impulse vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers
18 am Eingang 25 der Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung an, weshalb
die Spannung an deren Ausgang (Fig. 3 f) zunimmt. Hierbei nimmt die Periode des
gesteuerten selbsterregten Generators 15 so lange zu, bis die Sperrschaltung 1 zum
Zeitpunkt der Ankunft eines Impulses 90 (Fig. 3 e) vom Verstärker-Former 7 an der
Sperrschaltung 1 durch einen Impuls 91 (Fig. 3 b) vom Ausgang 19 des Arbeitsimpuisformers
18 geöffnet ist. Dann kommt der Impuls 90 vom Verstärker-Former 7 zum Eingang 2
des Forrners 3 durch, weshalb dieser durch dessen Vorderflanke gestartet wird -
der führende Synchroring des DurchfluBmengenmessers ist gestartet (Synchronisierimpuls
> in Fig. 3 d). Gleichzeitig stellt ein negativer Impuls vom Ausgang der Sperrschaltung
1, indem er am Eingang des Speicherelementes 24 ankommt, an dessen Ausgang 26 einen
niedrigen Tr'e ein, so daß auf clie UND-Schaltung 22 ein 'tVerbot" geliefert wiCi,
was zu einer Begrenzung der Dauer eines Im pulses 93 (Fi,. c) an deren Ausgang (Zeitpunkt
t2 in Fig. 3) führt. Hierbei fAlLt die Hinterflanke des positiven Impulses am Ausgang
der UND-Schaltung 22 mit der Vorderflanke des negativen Impulses am Ausgang der
Sperrschaltung 1 zusammen, d.h. die weitere Arbeit des gesteuerten selbsterregten
Generators 15 bleibt auf die Arbeit des führenden Synchroringes ohne Wirkung, der
gesteuerte selbsterregte Generator 15 schaltet also automatisch ab. Im folgenden
arbeitet der führende Synchroring ununterbrochen.
-
Danach geht die Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung
vom Suchbetrieb auf den Betrieb der automatischen Phasennachstimmung des gesteuerten
selbsterregten Generators 15 mit den Autozir'~ulationsimpulsen des führenden Synchroringes
über. Der hohe Pegel am Ausgang 26 des Speicherelementes 24 stellt sich erneut durch
die Hinterflanie des positiven Impulses 91 vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers
18 ein. Die Impulse treffen vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 am Eingang
25 der Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung
ein,
während an deren anderem Eingang 27 Impulse vom Ausgang 26 des Speicherelementes
24 ankommen, deren Vorderflanke mit der Vorderflanke eines die Sperrschaltung 1
verlassenden Impulses des Synchroringes zusammenfällt. Die Suchschaltung 16 mit
automatischer Phasennachstimmung trennt einen Fehler der zeitlichen Abweichung zwischen
einem Impuls vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 und der Vorderflanke eines
Autozirkulationsimpulses des Synchroringes ab, wandelt den Fehler in ein Steuersignal
um, mit dessen Hilfe die Frequenz und die Phase des selbsterregten Generators 15
gesteuert werden. Hierbei wird es in der Weise nachgestimmt, daß die Vorderflanke
des Autozirkulationsimpulses des Synchroringes zeitlich innerhalb des Impulses vom
Ausgang zu 9 19 s Arbe des Arbeitsimpulsformers 18, vorzugsweise in seiner Mitte
liegt. Dann wird die Sperrschaltung 1 und also der führende Synchroring durch die
Vorderflanke des Impulses vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 geöffnet und
durch die Vorderflanke des Impulses des Synchroringes gesperrt, d.h. die Zeitdauer
des leitenden Zustandes des SynchrorinCes beträgt die halbe impuisdauer am Ausgang
19 des Arbeitsimpulsformers 18. Zur Erzielung einer hohen Störfestigkeit wird die
Impulsdauer am Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 gleich 1 bis 2 % der Folgeperiode
der Autozirkulationsimpulse gewählt.
-
Falls eine Störung im elektroakustischen Kanal eintritt, gelangt gen
die Impulse vom Ausgang 19 des Arbeitsimpulsformers 18 weiter an den Eingang 25
der Suchschaltung 16 mit automatischer Phasennachstimmung, wodurch die Spannung
an deren Ausgang zunimmt. Hierbei nimmt. die Impulsfolgeperiode am Ausgang 19 des
Arbeitsimpulsformers 18 zu. Bei der Höchstspannung am Ausgang der Suchschaltung
16 mit automatischer Phasennachstimmung wird diese Periode maximal, die Suchschaltung
16 mit automatischer Phasennachstimmung läßt diese Spannung auf den Wert Null absinken,
wonach die Einrichtung, wie bereits erwähnt, arbeitet.
-
Analog wird der geführte Synchroring mit Hilfe der Äuslöseimpulseinheit
14 gestartet.
-
Die Impulse von den Ausgängen der selbsterregten Generatoren 15 und
31 erweisen sich also als frequen7- und phasengekoppelt
mit den
Impulsen des führenden bzw. geführten Synehroringes, während deren Folgefrequenz
höher entsprechend dem Teilungsverhältnis der Frequenzteiler 17 und 33 als die Impulsfolgefrequenz
der Synchroringe ist.
-
Bei der Arbeit des Ultraschall-Durchflußmengenmessers im Meßbetrieb
arbeiten die Synchroringe im Aütozirkulationsbetrieb und die Spannungskurven an
den Ausgängen der einzelnen Einheiten haben den folgenden Verlauf. In Fig. 4 a sind
Impulse am Ausgang des Frequenzteilers 17 für Impulse der Auslöseim;pulseinheit
13 des fuhrenden Synchroringes dargestellt. Die Folgeperiode dieser Impulse ist
gleich der Impuisfolgeperiode T1 des führenden Synchroringes. In Fig. 4 b sind Impulse
am Ausgang 55 des Arbeitsimpulsformers 18 wiedergegeben. Im folgenden werden diese
Impulse Verbotsimpulse des führenden Synchrorinoes genannt. Das Vorhandensein der
Verbotsimpulse ist zur Elimination des Zeitpunktes einer Impulskoinzidenz des führenden
und des geführten Synchroringes nötig. Näher wird darauf nachstehend eingegangen.
In Fig. 4 c sind Impulse am Ausgang 19 des Arbeit impulsformers 18 dargestellt In
Fig. 4 d sind durch den Wandler 5 empfangene Signale des führenden Synchroringes
wiedergegeben.
-
Fig. 4 e zeigt Impulse am Ausgang des Formers 3. Wie aus Fig.
-
4 d und 4 e zu ersehen ist, arbeitet der führende SynchroriW; ununterbrochen,
und seine Periode ist gleich T1.
-
Das Teilerverhältnis des Frequenzteilers 33 wird in der Weise gewählt,
daß die Impulsfrequenz an dessen Ausgang (Fig. 4 f) um ein ganzzahliges Vielfaches
höher (in Fig. 4 f um das Zweifache) als die Impulsfrequenz des geführten Synchroringes
ist.
-
Der Arbeitsimpulsformer 34 der Auslöseimpulseinheit 14 des gen führten
Synchroringes formt aus den Impulsen vom Ausgang des Frequenzteilers 33 am Eingang
35 der Einheit 38 ankommende Verbotsimpulse des geführten Synchroringes (Fig. 4
g) und am Eingang 36 der Einheit 38 eintreffende Impulse (Fig. 4 h). Diese zwei
Folgen entsprechen den Verbotsimpulsen des führenden Synehroringes undden Impulsen
am Ausgang 19 des Arbeitsirnpulsformers 18.
-
Da die selbsterregten Generatoren 15 und 31 mit den Imsulsfolgen der
entsprechenden Synchrorine fest frequenz- und phasengekoppelt sind, ist es ein leichtes,
die Forderung zu erfüllen, daß die Verbotsimpulse die durch die elektroakustischen
Wandler 4, 5 empfangenen Signale ttumschliel3en".
-
Darüber hinaus läßt die feste Frequenz- und Phasenkopplung des selbsterregten
Generators 31 mit den Impulsen des geführten Synchroringes den Arbeitsimpulsformer
34 am Eingang 37 der Einhe.it 38 ankommende Impulse (Fig. 4 i) formen, deren Vorderflanken
mit den Flanken der Impulse des geführten Synchroringes, d.h.
-
der Impulse arn Ausgang des Formers 11, koinzidieren. Diese Impulse
(Fig. 4 i) werden im weiteren Impulse gespeicherter Phase genannt.
-
Da die Impulsfrequenz am Ausgang des Teilers 33 um ein ganzzahliges
Vielfaches höher als die Frequenz des geführten Synchroringes liegt, formt der Arbeitsimpulsformer
34 Folgen von Verbotsimpulsen (Fig. 4 g), Impulsen gespeicherter Phase (Fig. 4 i)
und am Eingang 36 (Fig. 4 h) der Einheit 38 ankommenden Impu1-sen mit einer gleichfalls
um ein ganzzahliges Vielfach. r; (im betrachteten Fall um das Zweifache) höheren
Frequenz als die Frequenz des geführten Synchroringes. Deshalb kann jede der geformten
Folgen als Ergebnis einer überlagerun0 zweier Impulsfolgen (einer geraden und einer
ungeraden) mit einer der Frequenz des geführten Synchroringes gleichen Frequenz
angesehen werden, die aber gegeneinander um eine halbe Periode des geführten Synchroringes
phasenverschoben sind. Hierbei fallen die Flanken der Impulse gespeicherter Phase,
beispielsweise der geraden Folge, aufgrund der automatischen Phasennachstimmung
mit den Flanken von durch den Former 11 ausgestrahlten Impulsen zusammen, d.h.
-
sie sind synchron zu den Impulsen des geführten Synchroringes.
-
Die Verbotsimpulse der geraden Folge "umschließen" ein durch den akustischen
wandler 4 empfangenes Signal. Die Impulse nur einer geraden Folgc gelangenvom Ausgang
41 der Einheit 38 auf die UND-Schaltung 44, das Speicherelement 46 und die Suchschaltung
32 mit automatischer Phasennachstimmung.
-
Da beim Durchlauf des Stroms durch eine zu kontrollierende Strecke
der Rohrleitung der führende und der geführte Synchroring eine Frequenzdifferenz
aufweisen, nähern sich deren Signale unweigerlich langsam einander an. Um den Augenblick
einer Koinzidenz dieser Signale auszuschließen, sorgt die Einheit 38 für einen Vorrang
des führenden Synchroringes - er arbeitet ununterbrochen. Darüber hinaus überwacht
die Einheit 38 eine Koinzidenz der Verbotsimpulse der geraden Folge (Impuls 94 in
Fig. 4 j) mit den Verbotsimpulsen vom Former 18 (Impuls 95 in Fig. 4 b).
-
Nach dem Eintritt solch einer Koinzidenz (der in Fig. 4 j dargestellte
Impuls 96 fällt mit dem in Fig. 4 b dargestellten Impuls 97 zusammen) sorgt die
Einheit 38 für eine Phasenverschiebung der Autozirkulationsimpulse des geführten
Synehroringe um eine halbe Periode. Dies wird dadurch erreicht, daß die Einheit
38 die Impulse der geraden Folge (der in Fig. 4 h dargestellte Impuls 98) zum Eingang
43 der UND-Schaltung 44 nicht mehr clui ciiläßt und damit anhängt, die Impulse der
ungeraden um eine halbe be- periode gegenüber der geraden Folge verschobenen folge
(de1-in Fig. 4 h dargestellte Impuls 99) durchzulassen. Hierbei erweist sich die
Sperrschaltung 9 als gesperrt für die den geraden Folgen entsprechenden Impulse
des Synchroringes und als geöffnet für die den ungeraden Folgen entsprechenden Impulse.
-
Zugleich läßt die Einheit 38 vom Ausgang 39 einen-Impuls 100 (Fig.
4 k) gespeicherter Phase aus einer ungeraden Folge durch, der am Eingang 40 des
Formers 11 ankommt und den geführten Synchroring wieder mit einer Verschiebung um
eine halbe Periode arbeiten läßt. Die weitere automatische Phasennachstimmung erfolgt
auf ungeradzahlige Impulse.
-
Zur gleichen Zeit beginnt die Einheit 38 die Koinzidenz der Verbots
impulse des führenden Synchroringes mit den Verbotsimpulsen des geführten Synchroringes
der ungeraden Folge (Impuls 101 in Fig. 4 j) zu kontrollieren. Bei einer neuen Annäherung
der Signale der Synchroringe geschieh-t erneut eine Phasenverschiebung der Autozirkulationsimpulse
im geführten
Synchroring um eine halbe Periode usw.
-
Wie aus Fig 4- 1 ersichtlich, wo die durch den elektroakustischen
Wandler 4 empfangenen Signale des geführten Synchroringes dargestellt sind, und
aus Fig. 4 d zu ersehen ist, wo die durch den elcktroakustischen Wandler 5 empfangenen
Signale des führenden Synehroringes dargestellt sind, gibt es keine Signalkoinzidenz
der Synchroringe. Zur Sicherung einer normalen ArbeitsfähiglLeit wird die Dauer
# der Verbotsimpulse unter der Bedingung 2# < T/N (3) gewählt, worin T - die
minimale Impulsfolgeperiode der Synchroringe, N - das Verhältnis der Impulsfrequenz
am Ausgang des Frequenzteilers 37 zur Impulsfrequenz des geführten Synchroringes
bedeutet.
-
Für den vorliegenden Fall ist N = 2, und der Wert # wird unter der
Bedingung T # < T (4) -2 gewählt.
-
Aus Fig. 4 m, wo die durch den Former 11 abgegebebenen Impulse wiedergegeben
sind, ist es ersichtlich, daß der geführte Synchroring seine Arbeit nach einer halben
Periode (Impuls 102 in Fig 4 m) wieder aufnimmt, Bei höheren Werten N kann man die
Zeit fü"' die Wiederaufnahme der Arbeit des Synchrorinbres reduzieren. In diesem
Fall wird der Minimalwert # ausgehend von den realen Parametern der elektroakustischen
Wandler 4, 5 gewählt.
-
Wie aus Fig. 4 f, g, h, i zu ersehen ist, sind die darin wiedergegebenen
Impuisfolgen stetig, weil sie aus den Impulsen des mit den Impulsen des geführten
Synchroringes phasengekoppelten seibsterregten Generators 31 geformt sind. Deshalb
kann man, incn man die Impulsfolgefrequenz des selbsterregten Generators
31
mit der des führenden Synchroringes vergleicht, eine Information über die Durchfluß
menge eines Stroms erhalten. Um die Information über die Frequenzen der Synchroringe
auf einen einheitlichen Maßstab zu bringen, empfiehlt es sich, diese andern seibsterregten
Generatoren 15 und 31 abzulesen. In diesem Fall liefert die Meßeinheit 5-6 eine
kontinuierliche Information über die Stromgeschwindigkeit gemäß folgender Beziehung:
#f = n V/D sin 2α (5) worin #f - die Frequenzdifferenz der selbsterregten
Generatoren 15 und 31; D - den Durchmesser der Rohrleitun3-, in der eine Durchflußmessung
vorgenommen wird; n - das Teilunr:sve rhältnis der Frequenzteiler 17 und 33 unter
Berüc'j:sichtigung eines Maf3stabfaktors; V - die Geschwindigkeit eines zu kontrollierenden
Stroms: bedeutet.
-
In dem gefertigten, in Fig. 1 dargestellten Durchflußmengcnmesser
ist das Teilungsverhältnis n = 100.
-
Nun -wird die Arbeit der Einheit 38 (Fig. 2) zur Kontrolle- der Impulskoinzidenz
der Synchroringe und zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und Wiedereinschaltung
eines Synchroringes näher beschrieben.
-
Die Verbotsimpulse (Fig. 4 g) des geführten Synchroringes mit einer
zweimal höheren Frequenz als bei diesem Synchroring gelangen vom Eingang 35 der
Einheit 38 auf den Eingang 79 des Frequenzteilers 57 und auf den Eingang 80 der
UND-Schaltung 59.
-
Da der Eingang 58 der UND-Schaltung 59 mit dem Ausgang des Teilers
57 verbunden ist, tritt am Ausgang der UND-Schaltung 59 jeder zweite Verbotsimpuls
des geführten Synchroringes (L>eispielsweise die gerade Folge) auf. Die Folgefrequenz
dieser Impulse ist gleich der Frequenz des geführten-Synchroringes.
-
Diese Impulse kommen am Eingang 60 der UND-Schaltung 61 an.
-
Am zweiten Eingang 82 der UND-Schaltung 61 treffen Impulse (Fig. 4
h) vom Eingang 36 der Einheit 38 ein. Die Frequenz dieser Impulse ist auch zweimal
höher als die Frequenz des geführten Synchroringes. Da diese Impulse "innerhalb"
der Verbotsimpulse liegen, tritt am Ausgang der UND-Schaltung 61 jeder zweite der
am Eingang 82 der UND-Schaltung 61 ankommenden Impulse auf, die an den Ausgang 41
der Einheit 38 gelangen. Die Impulse vom Ausgang der UND-Schaltung 59 kommen auch
am Eingang 62 der UND-Schaltung 63 an, an deren zweiten Eingang 84 Verbotsimpulse
(Fig. 4 b) des führenden Synchroringes vom Ausgang 54 der Einheit 38 eintreffen.
Bei Fehlen einer Koinzidenz der Verbotsimpulse der Synchroringe in der UND-Schaltung
63 liegt am Ausgang 66 des Speicherelementes 65 ein niedriger Pegel an.
-
Dieser Pegel wird auf den Informationseingang 67 des Speicherelementes
68 gegeben. Deshalb liegt am Ausgang 69 des Speicherelementes 68 stets ein niedriger
Pegel an. Dieser Pegel sperrt iiber den Eingang 70 die UND-Schaltung 71., und die
am Eingang 63 der UND-Schaltung 71 vom Eingang 37 der Einheit 38 eintreffenden Impulse
(Fig. 4 i) gespeicherter Phase kommen nicht zum Ausgang j9 der Einheit 38 durch.
-
13ei einer Koinzidenz der Verbotsimpulse 96 und 97 der Synchroringe
in der UND-Schaltung 63 erscheint an deren Ausgang ein Impuls, der an den Einstelleingang
64 des Speicherelementes 65 gelangt, wodurch sich an dessen Ausgang 66 ein hoher
Pegel einstellt. Dieser Pegel gelangt auf den Informationseingang 67 des Speicherelementes
68, wobei dieses auf eine Informationsauf zeichnung über das Vorhandensein einer.
Koinzidenz der- Verbotsimpulse vorbereitet. Diese Information wird in das Speicherelement
68 durch die Vorderflanke des am TakteinBans 81 des -Speicherelementes 68 vom Eingang
35 der Einheit 38 aniommenden Verbotsimpulses 101 (Fig. 4 j) des geführten Synchroringes
eingeschrieben. Und zur ,liedereinschaltung des geführten Synchroringes kommt vom
Eingang 37 der Einheit 38 über die UND-Schaltung 71 der Impuls 102 (Fig. 4 m) gespeicherter
Phase durch.
-
Gleichzeitig stellt der niedrige Pegel vom Ausgang 76 des Speicherelementes
65 nach der Koinzidenz der Verbotsimpulse der Synchroringe, indem er über die UND-Schaltung
74 zum Einstelleingang 78 des Speicherelementes 57 durchkommt, an dessen Ausgang
einen niedrigen Pegel ein. Hierbei treten keine geraden Verbotsimpulse des geführten
Synchroringes mehr am Ausgang der UND-Schaltung 59 auf. Durch die Vorderflanke des
Impulses 101 (Fig. 4 j) wird wegen eines auf den Löscheingang 75 des Speicherelementes
65 vom Ausgang 72 des Speicherelementes 68 kommenden niedrigen Pegels die Information
über die Koinzidenz der Verbotsimpulse der Synchroringe im Speicherelement 65 gelöscht,
und auf den Informationseingang 67 des Speicherelements 68 gelangt erneut ein niedriger
Pegel. Der nächste Impuls vom Ausgang 35 der Einheit 38 überführ-t das Speicherelement
68 in den entgegengesetzten Zustand, wobei die UND-Schaltung 71 übfr den Eingang
70 gesperrt und die UND-Schaltung 74 über den Eingang 73 geöffnet wird. Der niedrige
Pegel verscharindet vom Einstelleingang 78 des Speicherelementes 57, und am Ausgang
der UND-Schaltung 59 treten erneut Verbotsimpulse, aber mit einer Verschiebung um
eine halbe Periode, d.h. Impulse einer ungeraden Folge, auf usw.