DE3030858C2 - Flow volume counter - Google Patents

Flow volume counter

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Description

wobei V den Volumenstrom des Mediums, c die Schallgeschwindigkeit im Medium und A-, und A-; Meßkonstanten bedeuten.where V is the volume flow of the medium, c is the speed of sound in the medium and A-, and A-; Mean measurement constants.

Die Schallgeschwindigkeit c ist im allgemeinen nicht konstant sondern von der Temperatur § des Mediums abhängig. Die F i g. 2 zeigt als Beispiel die AuuEngigkeit des Quadrates der Schallgeschwindigkeit in Wasser von dessen Temperatur #. Zur Kompensation des temperaturabhängigen Einflusses der Schallgeschwindigkeit c auf die Messung wird der Impulsgenerator 3 von einem die Temperatur & des Mediums erfassenden Temperaturfühler 5 so gesteuert, daß — wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist — die mittlere Ausgangsfrequenz /j in einem vorgegebenen Temperaturbereich wenigstens näherungsweise die gleiche Abhängigkeit von der Temperatur ft des Mediums aufweist wie das Quadrat der Schallgeschwindigkeit im Medium. Es istThe speed of sound c is generally not constant but depends on the temperature § of the medium. The F i g. 2 shows as an example the A uu narrowness of the square of the speed of sound in water at the temperature of #. To compensate for the temperature-dependent influence of the speed of sound c on the measurement, the pulse generator 3 is controlled by a temperature sensor 5 that detects the temperature and the medium so that - as can be seen from FIG. 2 - the mean output frequency / j in a given temperature range is at least approximately has the same dependence on the temperature ft of the medium as the square of the speed of sound in the medium. It is

und somitand thus

Z4« ki ■ k2 ■ ki ■ V Z 4 « ki ■ k 2 ■ ki ■ V

wobei ki wiederum eine Konstante bedeutet. Die Pulsfrequenz Λ ist also zum Volumenstrom ^proportional. Durch Zählung der von der Meßeinrichtung 4where ki in turn means a constant. The pulse frequency Λ is therefore proportional to the volume flow ^. By counting from the measuring device 4

abgegebenen Zählimpulse kann das Durchflußvolumen ermittelt werden.The flow volume can be determined from the counting pulses emitted.

Die Ausgangsfrequenz fs des Impulsgenerators 3 ist, wie aus der Fig.2 hervorgeht, aus einer konstanten Frequenz f\ und einer von der Temperatur # des Mediums abhängigen Frequenz f> zusammengesetzt. Zu diesem Zweck besteht der Impulsgenerator 3 vorteilhaft aus einem Quarzoszillator 6 zur Erzeugung der konstanten Frequenz /i, aus einem durch den Temperaturfühler 5 gesteuerten Impulsgeber 7 zur Erzeugung der variablen Frequenz h und aus einem Frequenzaddierglied 8 zur Bildung der Ausgangsfrequenz fj — f\ + f2. Die konstante Frequenz /j ist im Vergleich zur variablen Frequenz /j möglichst groß. Fällt die Frequenz /? infolge eines Defektes des Temperaturfühlers 5 aus, so wird die Meßeinrichtung 4 mit der Frequenz f\ angesteuert und der Durchflußvolumenzähler arbeitet weiter, wobei lediglich ein geringer negativer Meßfehler entsteht.As can be seen from FIG. 2, the output frequency f s of the pulse generator 3 is composed of a constant frequency f \ and a frequency f> which is dependent on the temperature # of the medium. For this purpose, the pulse generator 3 advantageously consists of a quartz oscillator 6 for generating the constant frequency / i, a pulse generator 7 controlled by the temperature sensor 5 for generating the variable frequency h and a frequency adder 8 for generating the output frequency fj - f \ + f 2 . The constant frequency / j is as large as possible compared to the variable frequency / j. Does the frequency fall /? as a result of a defect in the temperature sensor 5, the measuring device 4 is activated with the frequency f \ and the flow volume counter continues to operate, with only a slight negative measurement error occurring.

Der Impulsgeber 7 ist vorteilhaft mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Überwachungsglied verbunden, das ein Siörsigna! abgibt, wenn die Frequenz h ganz ausfällt oder einen vorgegebenen Wert untcscheidet. Dieses Überwachungsglied kann auch derart ausgestaltet, sein, daß ein Störsignal abgegeben wird, wenn die variable Frequenz f2 einen vorgegebenen Wert überschreitet.The pulse generator 7 is advantageously connected to a monitoring element, not shown in the drawing, which is a Siörsigna! emits when the frequency h fails completely or differs from a predetermined value. This monitoring element can also be designed in such a way that an interference signal is emitted when the variable frequency f 2 exceeds a predetermined value.

Der beim Ausfall der variablen Frequenz f2 auftretende Meßfehler wird minimal, wenn die konstante Frequenz f\ einen solchen Wert aufweist, daß in der F i g. 2 die Gerade U die Kurve /j in einem Punkt schneidet, der etwa dem Mittelwert $m der Temperatur & entspricht. In diesem Fall ist zusätzlich zum Frequenzaddierglied 8 ein Frequenzsubtrahierglied vorzusehen, wobei bei #>#mdie Summe f) — f\ + f2 und bei ■&<■&„, die Differenz f3 = f\-f2 zu bilden ist. Eine solche Lösung läßt sich besonders einfach mittels eines Mikrocomputers realisieren, der die temperaturabhängigen Werte für die Schallgeschwindigkeit c in einem digitalen Speicher abruft.The measurement error that occurs when the variable frequency f 2 fails is minimal if the constant frequency f \ has such a value that in FIG. 2 the straight line U intersects the curve / j at a point which corresponds approximately to the mean value $ m of the temperature &. In this case, a frequency subtracting element is to be provided in addition to the frequency adder 8, whereby with #># m the sum f) - f \ + f 2 and with ■ &<■&" the difference f 3 = f \ -f 2 is to be formed . Such a solution can be implemented particularly easily by means of a microcomputer which calls up the temperature-dependent values for the speed of sound c in a digital memory.

Die Addition der Frequenzen /", und h erfolgt vorteilhaft dadurch, daß das Frequenzaddierglied 8 eine vom Impulsgeber 7 erzeugte variable Anzahl von Impulsen synchron zwischen die vom Quarzoszillator 6 erzeugten Impulse einfügt. Die F i g. 3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines derart arbeitenden Impulsgenerators. Ein Quarzoszillator 9 ist einerseits über einen ersten Impulsuntersetzer 10 und einen Impulsformer 11 mit einem ersten Eingang eines ODER-Tores 12 und andererseits über einen Schalter 13, einen zweiten Impulsuntersetzer 14 und einen zweiten Impulsformer 15 mit einem zweiten Eingang des ODER-Tores 12 verbunden. Der Ausgang des Impulsuntersetzers 10 ist auch an den Takteingang einer monostabilen Kippstufe 16 angeschlossen. Der Temperaturfühler 5 ist in Reihe mit einem Abgleichwiderstand 17 in den zeitbestimmenden Kreis der Kippstufe 16The addition of the frequencies / ″, and h is advantageously carried out in that the frequency adder 8 inserts a variable number of pulses generated by the pulse generator 7 synchronously between the pulses generated by the crystal oscillator 6. FIG. 3 shows an advantageous embodiment of a pulse generator operating in this way A crystal oscillator 9 is connected on the one hand via a first pulse scaler 10 and a pulse shaper 11 to a first input of an OR gate 12 and on the other hand via a switch 13, a second pulse scaler 14 and a second pulse shaper 15 to a second input of the OR gate 12 The output of the pulse reducer 10 is also connected to the clock input of a monostable multivibrator 16. The temperature sensor 5 is in series with a balancing resistor 17 in the time-determining circuit of the multivibrator 16

geschaltet. Der Ausgang der Kippstufe 16 ist mit dem Steuereingang des Schalten 13 verbunden. Als letzte Stufe des Impulsuntersetzers 14 dient ein D-Flipflop, dessen Takteingang an den Ausgang des Impulsuntersetzers 10 angeschlossen ist.switched. The output of the flip-flop 16 is with the Control input of switching 13 connected. As the last Stage of the pulse scaler 14 is a D flip-flop whose clock input is connected to the output of the pulse scaler 10 is connected.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des beschriebenen Impulsgenerators wird angenommen, daß die vom Quarzoszillator 9 abgegebene Frequenz /^220Hz beträgt und die impulsuntersetzer 10 und 14 einen Untersetzungsfaktor von 212 bzw. 2H aufweisen. Der Impulsuntersetzer 10 teilt die Frequenz fs mit dem Faktor 212 und erzeugt demnach eine Rechteckspannung i/i (F i g. 3 und 4) mit der Frequenz /j = 256 Hz und der Periodendauer Γι. Jede ansteigende Flanke dieser Rechteckspannung U\ löst die Kippstufe 16 aus. An deren Ausgang entsteht eine Rechteckspannung Ui mit der Periodendauer Ti und der Impulsdauer 7j, wobei T2 vom Widerstandswert des Temperaturfühlers 5 und des Abgleichwiderstandes 16 abhängig ist. Während der Impulsdauer T2 ist der Schalter 13 gespart, so daß die Frequenz (■, nur während der Pausendaviir Tj = Tj — T2 zum Impulsuntersetzer 14 gelangt. Dieser Impulsuntersetzer 14 teilt die in Paketen auftretenden Impulse der an seinem Eingang erscheinenden Pulsspannung Ui n.it dem Fakto·" 214 und erzeugt eine Rechteckspannung Ua mit der Frequenz /j < 64 Hz.To explain the mode of operation of the pulse generator described, it is assumed that the frequency emitted by the crystal oscillator 9 is / ^ 2 20 Hz and the pulse dividers 10 and 14 have a reduction factor of 2 12 and 2 H , respectively. The pulse scaler 10 divides the frequency fs by the factor 2 12 and accordingly generates a square wave voltage i / i (F i g. 3 and 4) with the frequency / j = 256 Hz and the period Γι. Each rising edge of this square-wave voltage U \ triggers the flip-flop 16. A square-wave voltage Ui with the period Ti and the pulse duration 7j is produced at the output thereof, T 2 being dependent on the resistance value of the temperature sensor 5 and the balancing resistor 16. During the pulse duration T 2 , the switch 13 is saved, so that the frequency (■, only reaches the pulse divider 14 during the pause period Tj = Tj - T 2. This pulse divider 14 divides the pulses occurring in packets of the pulse voltage Ui n appearing at its input .with the factor · "2 14 and generates a square-wave voltage Ua with the frequency / j <64 Hz.

Infolge der Synchronisierung der letzten Stufe des Impulsuntersetzers 14 mit der Rechteckspannung U\ fallen die Flanken der Rechteckspannung Ik jeweils mit einer abfallenden Flanke der Rechteckspannung U\ zusammen. Die Impulsformer 11 und 15 erzeugen aus der Rechteckspannung U\ bzw. Ua eine nadelimpulsförmige Spannung Us bzw. U$. Am Ausgang des ODER-Tores 12 entsteht eine nadelimpulsförmigeAs a result of the synchronization of the last stage of the pulse reducer 14 with the square-wave voltage U \ , the edges of the square-wave voltage Ik coincide with a falling edge of the square-wave voltage U \ . The pulse shapers 11 and 15 generate a needle-pulse-shaped voltage Us or U $ from the square-wave voltage U \ or Ua. At the output of the OR gate 12, a needle pulse is produced

y> Spannung Ui mit der mittleren Ausgangsfrequenz /j. y> voltage Ui with the mean output frequency / j.

Als Temperaturfühler 5 kann ein Widerstand mit negativem oder mit positivem Temperaturkoeffizienten eingesetzt werden. Ein negativer Temperaturkoeffizient erfordert die beschriebene Sperrung des Schalters 13A resistor with a negative or a positive temperature coefficient can be used as the temperature sensor 5 can be used. A negative temperature coefficient requires the switch 13 to be blocked as described

-to während der Impulsdauer T2, ein positiver Temperaturkoeffi >';ent dagegen die Sperrung des Schalters 13 während der Pausendauer Ti Der Abgleichwiderstand 17 kann zum Abgleich der Toleranzen der Me3strecke und des Temperaturfühlers 5 dienen.-to during the pulse duration T 2 , a positive temperature coefficient; ent, however, the blocking of the switch 13 during the pause time Ti .

·»> Es ist leicht ersichtlich, daß die Ausgangafrequenz /j des beschriebenen Impulsgenerators auch bei einer Unterbrechung oder Kurzschlusses des Temperaturfühlers 5 den unteren Grenzwert /■;m;n = 256Hz nicht unterschreiten und den oberen GrenzwertIt is easy to see that the output frequency / j of the pulse generator described does not fall below the lower limit value / ■; m; n = 256Hz and the upper limit value even if the temperature sensor 5 is interrupted or short-circuited

5n hmax = 256 + 64 Hz nicht überschreiten kann, so daß ein solcher Fehler weder eine Unterbrechung der Messung noch einen unbeschränkt großen positiven Meßfehler verursachen kann.5n hmax = 256 + 64 Hz, so that such an error can neither cause an interruption of the measurement nor an unlimited positive measurement error.

Der beschriebene Durchflußvolumenzähler eignetThe flow volume meter described is suitable

*ή sich vorteilhaft zur Verwendung in einem Wä-memengenzähler. * ή advantageous for use in a heat meter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Durchfluövolumenzähler für flussige Medien, mit zwei Ultraschallwandlern, mit einem Impulsgenerator, der von einem die Temperatur des Mediums erfassenden Temperaturfühler so gesteuert ist, daß die mittlere Ausgangsfrequenz des Impulsgenerators in einem vorgegebenen Temperaturbereich wenigstens näherungsweise die gleiche Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums aufweist wie das Quadrat der Schallgeschwindigkeit im Medium, und mit einer an die Ultraschallwandler und an den Impulsgenerator angeschlossenen Meßeinrichtung, an deren Ausgang Zählimpulse entstehen, deren mittlere Pulsfrequenz dem Produkt is aus der Ausgangsfrequenz des Impulsgenerators und der Laufzeitdifferenz der von den Ultraschallwandlern empfangenen Ultraschallimpulse entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequert^ (Ti) des Impulsgenerators (3) aus einer konstanten Frequenz //.) und einer von der Temperatur (ti·) des Mediums abhängigen variablen Frequenz (h) zusammengesetzt ist.1. Durchfluövolumenzähler for liquid media, with two ultrasonic transducers, with a pulse generator which is controlled by a temperature sensor that detects the temperature of the medium so that the average output frequency of the pulse generator in a given temperature range has at least approximately the same dependence on the temperature of the medium as the square of the speed of sound in the medium, and with a measuring device connected to the ultrasonic transducer and the pulse generator, at the output of which counting pulses are generated, the mean pulse frequency of which corresponds to the product is of the output frequency of the pulse generator and the transit time difference of the ultrasonic pulses received by the ultrasonic transducers that the output frequency ^ (Ti) of the pulse generator (3) is composed of a constant frequency //.) and a variable frequency (h) dependent on the temperature (ti ·) of the medium. 2. Durchflußvolumenzähler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (3) aus einem Quarzoszillator (6), einem durch den Temperaturfühler (5) gesteuerten Impulsgeber (7) und einem Frequenzaddierglied (8; 12) besteht.2. flow volume meter according to claim I, characterized in that the pulse generator (3) consists of a quartz oscillator (6), one through the Temperature sensor (5) controlled pulse generator (7) and a frequency adder (8; 12). 3. Durchflußvolumenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (3) außerdem aus einem Frequenzsubtrahierglied besteht.3. Flow volume meter according to claim 2, characterized in that the pulse generator (3) also consists of a frequency subtracter. 4. Durchflußvolumenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzaddierglied (8; 12) zum synchronen Einfügen einer vom Impulsgeber (7; 9,13,14,15,16) erzeugten variablen Anzahl von Impulsen zwischen die vom Quarzoszillator (6; 9, 10,11) erzeugten Impulse eingerichtet ist.4. flow volume meter according to claim 2, characterized in that the frequency adder (8; 12) for the synchronous insertion of one of the Pulse generator (7; 9,13,14,15,16) generated variable Number of pulses between the pulses generated by the crystal oscillator (6; 9, 10, 11) is set up. 5. Durchflußvolumenzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzoszillator (9) einerseits über einen srsten Impulsuntersetzer (10) und andererseits über einen Schalter (13) und einen zweiten lmpulsuntersetzer(14)mitdem Frequenzaddierglied (12) verbunden ist, daß der Ausgang des ersten impulsuntersetzer (10) an den Takteingang einer monostabilen Kippstufe (16) angeschlossen ist, daß der Temperaturfühler (5) in den zeitbestimmenden Kreis der Kippstufe (16) geschaltet ist und daß der Ausgang der Kippstufe (16) mit dem Steuereingang des Schalters (13) verbunden ist.5. flow volume meter according to claim 4, characterized in that the quartz oscillator (9) on the one hand via a first pulse reducer (10) and on the other hand via a switch (13) and a second pulse divider (14) with the frequency adder (12) is connected that the output of the first pulse divider (10) to the clock input a monostable flip-flop (16) is connected that the temperature sensor (5) in the time-determining Circuit of the flip-flop (16) is connected and that the output of the flip-flop (16) with the control input of the switch (13) is connected. 6. Durchflußvolumenzähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe des zweiten Impulsuntersetzers (14) ein D-Flipflop ist, dessen Takteingang an den Ausgang des ersten Impulsuntersetzers (10) angeschlossen ist.6. flow volume meter according to claim 5, characterized in that the last stage of the second pulse scaler (14) is a D flip-flop whose clock input to the output of the first Pulse reducer (10) is connected. 7. Durchflußvolumenzähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (5) mit einem Abgleichwiderstand (17) in Reihe geschaltet ist.7. flow volume meter according to claim 5, characterized in that the temperature sensor (5) is connected in series with a balancing resistor (17). 8. Durchflußvolumenzähler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (7) mit einem Überwachungsglied verbunden ist, das ein Störsignal abgibt, wenn die Frequenz (fj) des Impulsgebers (7) einen vorgegebenen Werl unterschreitet. bi 8. Flow meter according to one of claims 2 to 7, characterized in that the pulse generator (7) is connected to a monitoring element which emits an interference signal when the frequency (fj) of the pulse generator (7) falls below a predetermined value. bi 9. Verwendung des Durchflußvolumenzählers nach Anspruch 1 in einem Wärmemengenzähler.9. Using the flow meter according to claim 1 in a heat meter. Ein Durchflußvolumenzähler der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art ist aus der CH-PS 6 04 133 bekannt Bei diesem Durchflußvoiumenzähler kann je nach der konkreten schaltungstechnischen Ausbildung des Impulsgenerators eine Unterbrechung oder ein Kurzschluß des Temperaturfühlers dazu führen, daß der Impulsgenerator keine Impulse mehr erzeugt, wodurch die Durchfhißvolumenmessung unterbrochen wird.A flow volume meter of the type mentioned in the preamble of claim I is from CH-PS 6 04 133 known With this flow volume counter, depending on the specific circuit design of the pulse generator an interruption or a short circuit of the temperature sensor lead to the The pulse generator no longer generates any pulses, which interrupts the flow volume measurement. Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußvolumenzähler zu schaffen, bei de.n ein Ausfall des Temperaturfühlers keine Unterbrechung der Messung, sondern lediglich eine etwas geringere Meßgenauigkeit mit sich bringtThe invention specified in claim 1 is based on the object of providing a flow volume meter create, in which a failure of the temperature sensor does not interrupt the measurement, but only brings a somewhat lower measurement accuracy with it Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigtSome exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings shows Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Durchflußvolumenzählers, Fig. 1 is a basic circuit diagram of a flow volume counter, F i g. 2 ein Diagramm,F i g. 2 a diagram, Fig.3 ein Prinzipschaltbild eines Impulsgenerators und3 shows a basic circuit diagram of a pulse generator and F i g. 4 ein Impulsdiagramm.F i g. 4 is a timing diagram. In der F i g. 1 bedeuten 1 und 2 Ultraschallwandler, die zusammen mit einem Impulsgenerator 3 an eine Meßeinrichtung 4 angeschlossen sind. Der impulsgenerator 3 erzeugt Impulse, deren mittlere Pulsfrequenz mit fs bezeichnet ist. Jeder dieser Impulse löst, wie dies aus der CH-PS 6 04 133 bekannt ist, in der Meßeinrichtung 4 eine Durchflußmenge aus. Hierbei senden die Ultraschallwandler 1,2 Ultraschallwellen aus, welche ein flüssiges Medium entlang einer Meßstrecke in entgegengesetzter Richtung durchlaufen und jeweils vom anderen Ultraschallwandler 2 bzw. 1 empfangen werden. Die Meßeinrichtung 4 mißt die Laufzeildifferenz Δι der Ultraschallwellen und gib· an ihrem Ausgang Zählimpulse ab, deren mittlere Pulsfrequenz U dem Produkt aus der Ausgangsfrequenz /j des Impulsgenerators 3 und der Laufzeitdifferenz At entspricht.In FIG. 1 denote 1 and 2 ultrasonic transducers which are connected to a measuring device 4 together with a pulse generator 3. The pulse generator 3 generates pulses, the mean pulse frequency of which is denoted by fs. As is known from CH-PS 6 04 133, each of these pulses triggers a flow rate in the measuring device 4. Here, the ultrasonic transducers 1, 2 emit ultrasonic waves, which pass through a liquid medium along a measuring section in the opposite direction and are received by the other ultrasonic transducer 2 and 1, respectively. The measuring device 4 measures the running line difference Δι of the ultrasonic waves and emits at its output counting pulses, the mean pulse frequency U of which corresponds to the product of the output frequency / j of the pulse generator 3 and the transit time difference At . Es giltIt applies
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