DE2933972A1 - Verfahren und vorrichtung zur ultraschallmessung derdurchflussmenge eines stroms - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ultraschallmessung derdurchflussmenge eines stroms

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DE2933972A1 DE19792933972 DE2933972A DE2933972A1 DE 2933972 A1 DE2933972 A1 DE 2933972A1 DE 19792933972 DE19792933972 DE 19792933972 DE 2933972 A DE2933972 A DE 2933972A DE 2933972 A1 DE2933972 A1 DE 2933972A1
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Description

  • 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.

Claims (3)

  1. Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallmessung der Durchflußmenge eines Stroms PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Ultraschallmessung der Durchflußmenge eines Stroms, das auf gleichzeitiger Durchleitung zweier entgegengerichteter Autozirkulationsimpulsfolgen über einen zu kontra 1-lierenden Strom in einem akustischen Kanal unter Ausschluß von Zeitpunkten einer Impulskoinzidenz der Folgen und auf Ermittlung der Durchflußmenge nach einer Impulsfrequenzdifferenz der Folgen beruht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Impulse der einen Folge zur Phasensynohronisation eines selbsterregten Generators ausgenutzt werden, dessen Frequenz um ein ganzzahliges Vielfaches größer als die Impulsfrequenz dieser Folge gewählt wird, der Ausschluß der Koinzidenzzeitpunkte durch 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 Folgen durch einen Vergleich der Impulsfrequenz der anderen Folge mit der Frequenz des selbsterregten Generators ermittelt wird.
  2. 2. Ultraschall-Durchflußmengenmesser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 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 von900 verschiedenen Winkel bildet und aus 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 Speicherelementes verbunden ist, dessen Ausgang mit den anderen Eingängen der Suchschaltung mit automatischer -Phasennachstimmung und der UND-Schaltung gekoppelt ist, und eine den Synchroringen gemeinsame Meßeinheit enthält, deren Eingänge an die Ausgänge der selbsterregten Generatoren angeschlossen sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jede Auslöseimpulseinheit (13, 14) einen eigenen Arbeitsimpulsformer (18,34) enthält, wobei in der einen Auslöseimpulseinheit (13) der Arbeitsimpulsformer (18) in Reihe zwischen dem Ausgang des Frequenzteilers (17) und einem einen Eingang der UND-Schaltung (22), einen Eingang des Speicherelementes (24) und einen Eingang der Suchschaltung (16) mit automatischer Phasennachstimmung verbindenden gemeinsamen Punkt (20) liegt und in der anderen Auslöseimpulseinheit (14) der Arbeitsimpulsformer (34) mit dem Eingang an den Ausgang des Frequenzteilers (33) und an dessen AusgCinére mit einen Eingängen eine Einheit (38) zur Kontrol:Le einer lrnpulskoinzidenz der Synchroringe und zur Steuerung der Zeitpunk.-te einer Sperrung und Wiederherstellung der Arbeit eines Synchro-Tinges angeschlossen sind, deren Eingang (54) an einen Ausgang (55) des Arbeitsimpulsformers (18) der Auslöseimpulseinheit (13) und deren einer Ausgang an einen Eingang (40) des der betreffenden Auslöseimpulseinheit (14) entsprechenden Treiberimpulsformers (11) des Synchroringes und deren anderer Ausgang an einen einen Eingang der UND-Schaltung (44), einen Eingang der Suchschaltung (32) mit automatischer Phasennachstimmung und einen Eingang des Speicherelementes (46) verbindenden gemeinsamen Punkt (42) angeschlossen sind.
  3. 3. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einheit (38) zur Kontrolle einer Impulskoinzidenz der Synchroringe und zur Steuerung der Zeitpunkte einer Sperrung und Wiederherstellung der Arbeit eines Synchroringes einen Frequenzteiler (57), eine UND-Schaltung (59), deren Eingang (58) an den Ausgang des Frequenzteilers (57) angaeschlossen ist, eine UND-Schaltung (61), deren Eingang (60) an den Ausgang der UND-Schaltung (59) angeschlossen ist, eine UND-Schaltung (63), deren Eingang (62) an den Ausgang der UND-Schaltung (59) angeschlossen ist, ein Speicherelement (65), dessen Eingang (64) an den Ausgang der UND-Schaltung (63) angeschlossen ist, ein Speicherelement (68), dessen Eingang (67) an einen Ausgang (66) des Speicherelementes (65) angeschlossen ist, eine UND-Schaltung (71), deren Eingang (70) an einen Ausgang (69) des SAeicherelementes (68) angeschlossen ist, eine UND-Schaltung (74) enthält, deren Eingang (77) an einen Ausgang (76) des Speicherelementes (65) und deren mit einem Eingang (75) des Speicherelementes (65) zusammengeschalteter Eingang (73) an einen Ausgang (72) des zweiten Speicherelementes (68) und deren Ausgang an einen Eingang (78) des Frequenzteilers (ski7) angeschlossen ist, dessen mit einem Eingang (80)der UND-Schaltung (59) und mit einem Eingang (84) des Speicherelementes (68) zusammengeschalteter Eingang (79) sowie ein Eingang (82) der UND-Schaltung (61) und ein Eingang (83) der UND-Schaltung (71) als Eingänge (35, 36, 37) der Einheit (38) zur Kontrolle, ein Eingang (84) der UND-Schaltung (63) als Eingang (54) der Einheit (38) zur Kontrolle und Ausgänge der UND-Schaltungen (61 und 71) als Ausgänge (41 bzw. 39) der Einheit (38) zur Kontrolle dienen.
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DE3411778A1 (de) * 1984-03-30 1985-10-03 Bopp & Reuther Gmbh, 6800 Mannheim Verfahren und vorrichtung zum messen der stroemungsgeschwindigkeit von fluiden mittels ultraschall

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DE2908194A1 (de) * 1978-03-03 1979-09-06 Zalesskij Verfahren zur betriebszustandseinstellung eines ultraschallverbrauchsmessers und nach diesem verfahren realisierter verbrauchsmesser

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