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Durchflußmengenmeßeinrichtung für Fluide und Modiiika-
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tion der Durchtlußmengenmeßelnrichtung zur Verwendung als Wärmemenenzähler
Die Erfindung betrifft eine Durchflußmengenmeßeinriohtung für Fluide mit zwei in
axialer Richtung eines Strömungskanals um eine Meßstrecke gegeneinander versetzten
Ultraschallwandlern, mit einem Ultraschalloszillator zur Speisung der Ultraschallwandler,
mit einem Phasenkomparator, dessen einem Vergleichs.ingang das Ausgangssignal eines
als Ultraschallempfänger dienenden Ultraschallwandlers zugeführt ist, sowie mit
einem Zusatzgenerator, und mit einer Auswerteeinrichtung, in der das Ausgangssignal
des Phasenkomparators in ein ftlr eine nachgesohaltete integrierende Anzei geeinriohtung
verwertbare Form umgesetzt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Modifikation der Durchflußmengenmeßeinrichtung
zur Verwendung als W§rmemengenzähler, wobei die Signalquelle als Meßglled für die
Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz mindestens eines Wärmetauschers ausgebildet
ist.
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Eine derartige Durchflußmengenmeßeinrichtung ist aus der DE-AS 27
24 661 bekannt. Hierbei werden die beiden in axialer Richtung eines Strömungskanals
gegeneingnder versetzten Ultraschallwdler 3eweils simultan für eine erste Zeltspanne
als Ultrasohallsender benutzt. Während dieser ersten Zeitspanne werden beide Ultraschallwandler
mit einem übereinstimmenden Sinuswellenpaket gespeist.
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Die Dauer dieser ersten Zeitspanne ist so bemessen, daß sie kürzer
ist als die Laufzeit der Sinuswellenpakete zwischen beiden Ultraschallwandlern.
Anschließend werden die Ultraschallwandler als Ultraschallempfänger für
das
einlaufende Sinuswellenpaket genutzt. Hierbei wird tUr eine zweite Zeitspanne der
Mittelteil der nach Paßsieren der Meßstrecke bei den Ultraschallwandlern ein laufenden
Sinuswellenpakete, die nun - da das in Strömungsrichtung wandernde Sinuswellenpaket
gegenüber dem in Gegenströmungsrichtung wandernden Sinuswellenpaket eine geringere
Laufzeit aufweist - eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Phasenverschiebung
gegeneinander aufweisen, ausgewertet. Diese PhasenverschieÜ wird in einem Phasenkomparator
in einen Impuls ungesetzt, dessen Breite der Laufzeitdifferenz proportional ist.
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Durch einen Zusatzoszillator werden die beschriebenen Sende-Empfangszyklen
repetitiv gesteuert. Der ausgangsseitige Impuls des Phasenkomparators dient nach
Fig. 6 der nE-AS 27 24 661 zur Steuerung eines Schalters, der das Ausgangssignal
einer Signalquelle, die als Konstant-Stromquelle oder Konstantspannungsquelle ausgebildet
sein kann, an den Eingang eines Quantisierers steuersignalkonform anschaltet. Der
als Analogfrequenzwandler dienende Quantisierer setzt das Eingangssignal des Quantisierers
in einen Impuls zug um, dessen Frequenz proportional zur Grube des Eingangssignals
ist. Der Quantidieser speist eine als Impulszähler ausgebildete integrierende Anzeigeeinrichtung,
deren Zähirate proportional zur Laufzeitdifferenz von Je zwei in entgegengesetzter
Richtung laufenden Sinuswellenpaketen und damit zur Strdmungsgeschwindigkeit ist.
Die Signalqelle, der steuerbare Schalter und der Quantisierer bilden eine Auswerteeinrichtung,
in der das Ausgangssignal des Phasenkomparators in eine für die nachgeschaltete
Anzeigeeinrichtung verwertbare Form umgesetzt wird. Wird die Signalquelle so ausgebildet,
daß ihr Ausgangssignal proportional zur Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz mindestens
eines Wärmetauschers ist, dann wirkt der steuerbare Schalter als eine Art Tise-Division-Multiplizierer
zur Produktbildung eines strömungsgeschwindigkeitsproportionalen Signals und eines
der Vorlauf-Rück-
lauf-Temperaturdifferenz proportionalen Signals,
so daß die als Impulszähler ausgebildete integrierende Anzeigeeinrichtung in diesem
Fall die durch den mindestens einen Wärmetauscher verbrauchte Wärmeenergie anzeigt.
Diese Strdmungageßchwindigkeitßmeßeinrichtung verlangt eine aufwendige und sehr
präzise zeitliche Steuerung zur Bildung des der Strdmungsges¢hwindigkeit proportionalen
Ausgangssignals des Phasenkomparators.
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Aus der DE-OS 28 28 937, insbesondere Anspruch 2, ist ferner eine
Strdmungßgeßchwindigkeitsmeßelnrichtung bekann, bei der zwei in axialer Richtung
des Stramungskanals gegeneinander versetzte Ultraschallwandler alternierend Jeweils
als Ultraschallsender bzw. Ultraschallempfänger betrieben werden. Hierbei werden
alternierend die beiden Ultraschallwandler als Sender mit einer ersten Ultraschallfrequenz
und einer zweiten, unterschiedlichen Ultraschallfrequenz gespeist. Zur Erzeugung
dieser beiden Frequenzen dienen spannungsgesteuerte Oszillatoren mit einer zugehörigen
Phasenregelschleife (PLL), wobei die Frequenzen derart geregelt werden, daß sich
am Jeweiligen Ultraschallempfänger eine aui das betreffende Ultraschallsendesignal
bezogene konstante Phasenlage des Ultraschallempfangssignals einstellt, eo daß aus
der Differenz der beiden Frequenzen die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im 8trdmungskanal
ermittelbar ist. Da die beiden differenten Ultraschallfrequenzen nacheinander gesendet
werden, müssen im Moment der Auswertung zwei diesen Frequenzen proportionale Signale
zur Verfügung stehen, was deren Speicherung verlangt. Dies macht einen beträchtlichen
technischen Aufwand erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stramungsgeschwindigkeitsmeßeinrichtung
der eingangs genannten Art so zu vorbessern, daß sie mit einem geringen technischen
Aufwand realisierbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst: a)
Der Zusatzgenerator ist als Rechteckgenerator mit dem Tastverhältnis 1/2 und mit
gegenüber der Frequenz des Ultraschalloszillators niedriger Frequenz ausgebildet,
b) es ist eine vom Zusatzoszillator gespeiste Umschalteinrichtung vorgesehen, in
deren erster Stellung der eine Ultraschallwandler zur Speisung als Ultraschallsender
an den Ultraschalloszillator und der andere Ultraschallwandler an den einen Vergleichseingang
des Phasenkomparators angeschlossen ist und in deren zweiter Stellung die Anschlüsse
der beiden Ultraschallwandler vertauscht sind, das Ausgangssignal des Zusatzgenerators
ist der Auswerteeinrichtung zur zeitlichen Steuerung zugeführt, d) der zweite Eingang
des Phasenkomparators ist mit dem Ausgangssignal des Ultraschalloszillators beaufschlagt.
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Damit wird periodiach für Je eine Halbperiode des Zusatzgenerators
ein Schwingungawellenpaket in Strömungsrichtung und in der anschließenden Halbperiode
gegen die Strdmungßrichtung des Fluids zwischen den Ultraschallwandlern übertragen.
Während Jeder Halbperiode wird durch den Phasenkomparator die entaprechend der Strömungageschwindigkeit
gegenüber der Laufzeit in einem nichtPtr4-spenden Fluid entweder vergrößerte oder
verkleinerte LauS-zeit der Ultraschallwellen gegenüber dem Ausgangssignal des Ultraschalloszillators
erfaßt. In der Auswerteeinrichtung können unter zeitlicher Steuerung durch das Ausgangasignal
des Zusatzgenerators die der Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Laufzeitunterschiede
der in und gegen die Strömungsrichtung wandernden Ultraschallwellenpakete relativ
zum Ausgangssignal des Ultraschalloszillators weitersverarbeitet werden. Die der
Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Laufzeitunterschiede der Ultraschallvellenpakete
in Strömungsrichtung und gegen die Strömungsrichtung werden somit durch eine vergleichs-
weise
aufwandsarme Schaltung ermittelt.
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Eine erhebliche Vereinfachung des Phasenvergleichs im Phasenkomparator
und der Weiterverarbeitung in der Auswerteeinrichtung kann dadurch erreicht worden,
daß der Ultraschalloszillator ein rechteckförmiges Ausgangssignal liefert. In diesem
Fall ist es nicht. erforderlich, die Nulldurchgänge der Ultraschallwellen des Ultraschalloszillators
sowie der am Ausgang des als Ultraschallempfänger wirksamen Ultraschallwandlers
auszuwerten; vielmehr kann auf die zeitlich sehr exakten Flanken von Rechtecksignalen
abgestellt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Strömungsgeschwindigkeitsmeßeinrichtung,
bei der entsprechend der eingangs erwähnten DE-AS 27 24 662 die Au«wertoeinrichtung
eine Signalquelle mit konstantem Aw gzngsßlgnal und mindestens einen vom Ausgangssignal
des Phasenkomparators gesteuerten Schalter auiweist, über den die Signalquelle einen
Quantisierer speist, dem ausgangaseitig ein als integrierende Anzeigeeinrichtung
dienender kumulierender Impuls zähler nachgeschaltet ist, ist durch folgende Merkmale
gekwnnzeichnet: a) Die Auswerteeinrichtung enthält einen aus zwei Exclusiv-ODER-Gattern
mit negiertem Ausgangssignal bestehenden Logikteil, b) im ersten Exclusiv-ODER-Gatter.
ist das Ausgangssignal des Phasenkomparators mit dem Ausgangssignal des Quantisierers
vorknüptt, c) im zweiten Exclusiv-ODER-Gatter ist das Ausgangssignal des ersten
Exclw iv-ODER-Gatters mit dem Ausgang signal des Zusatzgenerators verknüpft>
d) im einen Signalzustand des zweiten Exclusiv-ODER-Gatters ist das nichtinvertierte
Ausgangssignal der 5ignalque11e, im anderen Signalzustand das invertierte Ausgangssignal
der Signalquelle an den Eingang des Quantisierers geschaltet.
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Das durch den Logikteil bewirkte Anschalten des nichtinvertierten
bzw. invertierten Ausgangssignals der Signalquelle an den Eingang des Quantisierers
führt dazu, daß an dessen Eingang ein rechteckförmiges Wechselspannungssignal ansteht,
dessen Integral über eine Periode des Zusatzoszillators proportional zum Produkt
aus einerseits der Größe des Signals der Signalquelle und andererseits der Laufzeitdifferenz
der Ultraschallwellen gegen Stromungsrichtung und in Strömungsrichtung, die ihrerseits
proportional der Strmungsgeschwindigkeit ist, entspricht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Signalquelle einen nichtinvertierenden und einen invertierenden Ausgang aufweist,
daß der nichtinvertierende Ausgang über einen ersten steuerbaren Schalter und der
invertierende Ausgang über einen zweiten steuerbaren Schalter an den Eingang des
Quantisierers angeschlossen ist, wobei zur Steuerung des ersten Schalters das Ausgsngssignal
des zweiten Exolusiv-ODER-Gatters und zur Steuerung des zweiten Schalten das invertierte
Ausgangisignal dieses zweiten Exclusiv-ODER-Gatters dient. Damit wird in besonders
aufwandsarmer Weise das Eingangasignal des Quantisierers gewonnen.
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Als Phasenkomparator kann ein Exclusiv-ODER-Gatter mit negiertem Ausgang
dienen. Dies stellt eine besonders elegante und kostengunstige Realisierung eines
Phasenkomparators dar.
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Als Quantisierer kann ein Integrator mit nachgeschalteter Grenzwertstufe
mit zwei spannungagrenzwerten dienen.
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Immer dann, wenn das Ausgangssignal des Integrators einen der Spannungsgrenzwerte
der Grenzwertstufe erreicht, kippt dessen Ausgangasignal in den anderen von zwei
mdglichen Zuständen.
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Am Ausgang des Quantisierers entsteht somit ein rechteckiörmiger Impulszug,
dessen Impulse in einem integrierenden Zählwerk aufaddiert werden. Der Stand des
Zählwerks stellt ein Maß für die im Strömungskanal geflossene Menge des Fluids dar.
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Eine Modifikation der Durchflußmengenmeßeinrichtung zur Verwendung
als Wärmemengenzähler, wobei - entsprechend der DE-AS 27 24 661 - die Signalquelle
als Meßglied für die Vorlauf-Rücklauftemperaturdifferenz mindestens eines Wärmetauschers
ausgebildet ißt, besteht darin, daß zur Erfassung der Vorlauftemperatur und der
RUcklauitemperatur Je ein temperaturabhängiger Widerstand vorgesehen ist, von denen
Jeder durch eine Konstantstromquelle gespeist ist, und daß die Spannungsabfälle
an beiden Widerständen den Eingängen eines als Meßglied dienenden Differenzverstärkers
zugeführt sind. Da das unter der Wirkung des Logikteils an den Eingang des Quantiaierers
geschaltete Ausgangssignal der Signalquelle nunmehr nicht mehr konstant ist, sondern
in Abhängigkeit von der Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz eines Wärmetauschers
variiert, stellt nunmehr das Eingangssignal des Quantisierers - integriert über
eine Periode des Zusatzoszillators - das Produkt aus einerseits einer in Form der
Laufzeitdifferenz in und gegen die Strömungsrichtung strömungsgeschwindigkeitsproportionalen
Größe und andererseits einer der Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz proportionalen
Größe dar.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren 1 bis
9 dargestellten Ausftlhrungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 ein
Blockschaltbild der als Wärmemengenzähler modifizierten Durchflußmengenmeßeinrlchtung,
Fig. 2 - 9 die Zeitabhängigkeit von Signalverläufen an wesentlichen Punkten des
in Fig. 1 dargestellten Wärmemengenzählers.
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In dem schematisch dargestellten Strömungakanal 1 strömt ein als Wärmeträger
eines Heizungssystems dienendes Fluid in der durch den Pfeil r bezeichneten Strömungsrichtung.
In diesem Strömungskanal sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt die beiden
Ultraschallwandler W7 und W2 angeordnet. Die zwischen diesen Ultraschallwandlern
W1 und W2 liegende Strecke stellt die Meßstrecke dar, die alternierend von Ultraschallwellenpaketen
in Strömungsrichtung und Gegenströmungsrichtung durchlaufen wird. Zur alternierenden
Speisung der beiden Ultraschallwandler W1 und W2 dient ein Ultraschalloszillator
G1, der Rechtecksignale mit der Frequenz f1 und der Periode T erzeugt. Diese Rechtecksignale
weisen vorzugsweise ein Tastverhältnis von 1/2 auf. Das Ausgangssignal ul dieses
Ultraschalloszillators G1 ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Ausgangssignal u1 wird
über den Verstärker V1 alternierend in die Jeweils als Sender dienenden Ultraschallwandler
W1 und W2 eingespeist.
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Diese alternierende Einspeisung wird über eine Umschalteinrichtung
U erreicht, die von einem Zusatzoszillator G2 gesteuert ist. Der Zusatzgenerator
G2 ist als Rechteckgenerator mit dem Tastverhältnis 1/2 ausgebildet und emittiert
ein Rechtecksignal u4 mit der Frequenz f2 und der Periode Toe Die Frequenz f2 des
Zusatzgenerators G2 ist niedriger als die Frequenz f1 des Ultraschalloszillators,
wobei vorzugsweise die Frequenz f1 des Ultraschalloszillators G1 ein ganz zahl iges
Vielfaches der Frequenz f2 des Zusatzgenerators G2 darstellt. Das Ausgangssignal
u4 des Zusatzgenerators G2 ist in Fig. 5 veranschaulicht0 In dem den Fig. 2 und
5 zugrundeliegenden Beispiel ist die Periode T0 des vom Zusatzgenerator 2 stammenden
Ausgangssignals u4 sechsmal so lang wie die Periode T des vom Ultraschalloszillators
stammenden Ausgangssignals ul.
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Durch die vom Zusatzgenerator G2 gesteuerte Umschalteinrichtung U
ist Jeweils für eine erste Halbperiode To/2 das im Verstärker V1 verstärkte Ausgangssignal
ul des Ultraschalloszillators an den Ultraschallwandler W1 gelegt, wobei während
dieser Zeitspanne der Ultraschaliwandler W2 als Ultraschallempfänger für die vom
Ultraßchallsender W1 emittierten Ultraschallsignale dient. Dabei ist das Ausgangssignal
des Ultraschallwandlers W2 während dieser ersten Halbperiode über die eingezeichnete
Stellung der Umschalteinrichtung U und einen Verstärker V2 dem Eingang e1 eines
Phasenkomparators K1 zugeführt. Dieaes am Eingang ei anstehende Signal u2 ist in
Fig. 3 dargestellt. Während der anschließenden Halbperiode zwischen T0 /2 und T0
werden in der zweiten Stellung der Umschalteinrichtung die Funktionen der Ultraschallwandler
W1 und W2 vertauscht.
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In diesem Fall wird nunmehr der Ultraschallwandler W2 mit dem im Verstärker
V1 verstärkten Ausgangssignal ul des Ultraschalloszillators G1 gespeist, während
der Ultraschallwandler W1 als Ultraschallempfänger dient und sein Ausgangssignal
über die Umschalteinrichtung U und den Verstärker V2 dem ersten Vergleichseingang
el des Phasenkomparators K1 zugeführt ist. Dem zweiten Vergleichseingang e2 des
Phasenkomparators K1 ist das Ausgangssignal ul des Ultraschalloszillators G1 zugeführt.
Eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung dieses Phasenkomparators stellt
ein Exclusiv-ODER-Gatter mit invertiertem Ausgangssignal dar. Das Ausgangssignal
u3 des Phasenkomparators K1 ist in Fig.4 dargestellt. Während der ersten Halbperiode
T /2 der Ausgangsspannung u4 des Zusatzgenerators G2 wandert das vom Ultraschallwandler
W1 emittierte Ultraschallwellenpaket gegen die Strömungsrichtung. In diesem Fall
entsteht am Ausgang des Phasenkomparators Kl die aus sechs Impulsen der Breite tg
bestehende Impulsserie in Fig. 4. In der anschließenden zweiten Halbperiode zwischen
To/2 und Tot in der die Ultraschallwellen-
pakete in Strömungsrichtung
des Fluids wandern, entsteht die die anschließenden sechs Impulse der Breite ti
umfassende Impulsserie in Fig. 4. Dabei ist vorausgesetzt, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit
in der betrachteten Periode der Dauer T0 nicht ändert. Es ist darüber hinaus zum
Verständnis des in Fig. 4 dargestellten Bildes darauf hinzuweisen, daß vorangehend
bei ruhendem Fluid, also der Strömungsgeschwindigkeit 0, zwischen det Signalen ul
und u2 eine Phasenverschiebung von T/4 eingestellt wurde, so daß für diesen Fall
das Ausgang signal u3 des Phasenkomparators ein Tastverhältnis von 1/2 aufweist.
Dieses Tastverhältnis von 1/2 beim Signal u3 ändert sich nun Je nach Strömungsrichtung
und Strömungsgeschwindigkest zu größeren oder kleineren Werten, wobei die Differenz
ti - tg proportional zur Strömungsgeschwindigkeit v ist.
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Das Ausgangssignal u3 des Phasenkomparators K1 sowie das Ausgangssignal
u4 des Zusatzgenerators G2 ist einer in Fig. 1 gestrichelt umrandeten Auswerteeinrichtung
A zugeführt, die eine Signaiquelle S, einen Logikteil L, im Gegentakt betriebene
steuerbare Schalter 81 und 82 sowie einen Quantisierer Q umfaßt. Das rechteckfrmige
Ausgangssignal u8 der Auswerteeinrichtung ist einer als kumulierendes Zählwerk ausgebildeten
integrierenden Anzeigeeinrichtung Z zugeführt. Diese Anzeigeeinrichtung Z liefert
- Je nach Ausbildung der Signalquelle S - entweder die durch den Strömungskanal
geflossene Durchflußmenge des Fluids bzw. die von dem mindestens einen Wärmetauscher
verbrauchte Wärmemenge.
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Der Logikteil L der Auswerteeinrichtung A umfaßt zwei Exclusiv-ODER-Gatter
E1 und E2 mit negiertem Ausgang, wobei dem ersten Exclusiv-ODER-Gatter El das Ausgang
signal u3 des Phasenkomparators K1 und das Ausgang signal u8 des Quantisierers zugeführt
ist. Das Ausgangssignal des ersten Exclusiv-ODER-Gatters El sowie
das
Ausgangssignal u4 des Zusatzgenerators G2 wird im zweiten Exclusiv-0DER-Gatter E2
verarbeitet. Das in Fig. 6 dargestellte Ausgangssignal u5 des zweiten Exclusiv-ODER-Gatters
E2 dient zur Steuerung des ersten steuerbaren Schalters SI und nach Invertierung
im Invertierglied N zur Steuerung des zweiten steuerbaren Schalters 82, die dadurch
im Gegentakt betrieben werden.
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Die Signalquelle S dient in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Emittlung eines der Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz an mindestens einem
Wärmetauscher proportionalen Signals um 4. Zu diesem Zweck ist im Vorlauf ein thermisch
gekoppelter temperaturemprindlicher Widerstand Rl und im Rücklauf des mindestens
einen Wärmetauscher ein temperaturempfindlicher Widerstand R2 angeordnet, Die beiden
temperaturempfindlichen Widerstände R1 und R2 werden von Jeweils einer Konstantstromquelle
11 bzw. I2 gespeist. Die an diesen beiden Widerständen R1 und R2 auftretenden Spannungsabfälle
sind den Differenzeingängen eines Differenzverstärkers V3 zugeführt, der am Ausgang
al ein der Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz ##=#V -#R proportionales Ausgangssignal
um Uliefert. Am Ausgang a1 des Differenzverstärkers V3 wird eben dieses Ausgangssignal
mit umgekehrten Vorzeichen als - ###zur Verfügung gestellt. In dieser Ausführungsform
wird die in Fig. 1 dargestellte Durchflußmengenmeße inrichtung als Wärmemengenzähler
betrieben, d.h., daß das von der integrierenden Anzeigeeinrichtung Z gelieferte
Ergebnis der Wärmemenge entsprlcht, die von dem mindestens einen Wärmetauscher verbraucht
wurde.
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Für den Betrieb als reine Durchflußmeßeinrichtung ist die Signalquelle
s derart zu modifizieren, daß sie an ihren Ausgängen ein bezüglich der Amplitude
konstantes Gleichspannungs- bzw. Gleichstromsignal in nichtinvertierter und invertierter
Form liefert.
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Das am nichtinvertierenden Ausgang al des Ditferenzverstärkers V3
auftretende Ausgangssignal u ## ist über den ersten steuerbaren Schalter S1, das
am invertierenden Ausgang al dieses Differenzverstärkers auftretende Ausgangssignal
-uauber den steuerbaren Schalter 52 dem Eingang des Quantisierers Q zugeführt.
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Das durch die im Gegentakt betriebenen Schalter S1 und S2 zustandekommende
Eingangssignal für den Quantisierer Q ist mit u6 bezeichnet und in Fig. 7 dargestellt.
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Das Spannungssignal u6 am Eingang des Quantisierers Q wird über den
Widerstand R3 einem unter Verwendung eines Operationsverstärkers V4 aufgebauten
Integrator I zugeführt. Zu diesem Zweck ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers
V4 über einen Kondensator C an den invertierenden Eingang, der auch mit dem Widerstand
R3 verbunden ist, zurtlckgeflthrt, wohingegen der nichtinvertierende Eingang des
Operationsverstärkers V4 mit dem Bezugspotential verbunden ist. Das in Fig. 8 dargestellte
Ausgangssignal u7 des Integrators I ist dem Eingang einer Grenzwertstufe K2 zugeführt,
die die beiden Spannungsgrenzwerte g1 als oberen Grenzwert und g2 als unteren Grenzwert
aufweist. Das Ausgangssignal u7 bewegt sich somit zwischen diesen beiden Spannungsgrenzwerten
gl und g2, wobei Jeweils bei Erreichen eines dieser Spannungsgrenzwerte das Ausgangssignal
u8 der Grenzwertstufe K2 in den Jeweils anderen Signalzustand von zwei möglichen
Signalzuständen fällt. Dies ist in Fig. 9 dargestellt. Durch Jeden Impuls des Ausgang
signals u8 erfolgt eine Weiterschaltung der als kumuliertes Zählwerk ausgebildeten
integrletenden Anzeigevorrichtung Z.
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Der Integrator I arbeitet nach dem Kondensator-Umladeverfahren. Dies
soll im folgenden anhand der nachstehenden mathematischen Betrachung veranschaulicht
werden.
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Zu diesem Zweck wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Hierbei
wird
die Aufwärtsintegrationsphase (Fig. 8) des Integrators I in der ersten mit T0 endenden
Periode des rechteckförmigen Ausgangssignals u4 (Fig. 5) des Zusatzgenerators G2
betrachtet. Die Integration des Eingangssignals u6 des Integrators I in der ersten
Zeitspanne ergibt sich als Summation über die Spannungszeitflächen dieses Signals
als
= k0 . ##.v.
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Hierin bedeutet: k: Proportionalitätskonstante zwischen der Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz
## und den dieser Größe proportionalen Ausgangsspannungen u## und zur des Differenzvers
tärkers V3 T0: Periode der Ausgangsspannung u4 des Zusatzgeneratora G2 T/2: Halbperiode
der Ausgangsapannung u1 des Ultraschallgenerators G1 tg: Impulsbreite des Ausgangssignals
u3 des Phasenkomparators K1 während der ersten Halbperiode der Ausgangaspannung
u4 des Zusatzgenerators a2 bis zum Ende der ersten Halbperiode To/2 t@: Impulsbreite
des Ausgangssignals u3 des Phasenkomparators K1 während der anschließenden Halbperiode
des Ausgangssignals u4 des Zusatzgenerators G2 zwischen To/2 ind T0 n: 'Zahl der
in eine Halbperiode T0/2 iallenden Impulse der Ausgangsspannung u3 des Phasenkomparators
K1
Im Fall des in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungabeispiele wird
somit am Ausgang des Integrators I das in Fig. 8 dargestellte Signal u7 erzeugt,
das proportional zur Vorlauf-Rücklauf-Temperaturdifferenz an9und proportional zur
Strömungsgeschwindigkeit v ist. Wird die Signalquelle S für eine reine Durchflußmengenmessung
als Konstantspannungs- bzw. Konstantstromquelle ausgestaltet, so daß das der Größe
##entsprechende Signal ebenfalls eine Konstante darstellt, ist das Ausgangssignal
u7 ausschließlich proportional der Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids im Strömungskanal.
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In der Grenzwertstufe K2 wird das Ausgangssignal u7 in einen Rechteckimpulszug
US umgesetzt, dessen Frequenz dem Wert des Integrale proportional ist und der das
Ausgangssignal des Quantisierers Q darstellt. Da das Ausgangssignal US auch dem
einen Eingang des ersten Exclusiv-ODER-Gatters El zugeführt ist, bewirkt Jeder Signalwechsel
von u8 einen Wechsel der Integrationsrichtung für das Ausgangssignal u7 des Integrators
I, da über den Logikteil L eine-entsprechende Änderung des Tastverhältnisses des
die Schalter S1 und S2 taktenden Signals u5 erzeugt wird. Im Fall des in der Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiels eines Wärmemengenzählers ist die Frequenz des
einen Impulszug darstellenden Ausgangssignals u8 der Grenzwertstufe K2 proportional
der momentanen Wärmele-istung. Durch Integration der Impulse des Impuls zuges in
der integrierenden Anzeigeeinrichtung Z wird somit die während der mit der Betriebsdauer
zusammenfallenden Integrationsdauer verbrauchte Wärmemenge erhalten. Wird die Signalquelle
S als Konstantapannungs- bzw. Konstantstromquelle ausgebildet, ist die Frequenz
des als Impulszug ausgebildeten Ausgangssignals u8 proportional zur Strömungsgeschwindigkeit
v, so daß in der integrierenden Anzeigeeinrichtung Z die über die Betriebsdauer
insgesamt verbrauchte Durchflußmenge des Fluids ermittelt wird.