DE3782818T2

DE3782818T2 - Schaltung zum automatischen nullpunktabgleich fuer einen durchflussmesser.

Info

Publication number: DE3782818T2
Application number: DE8787905898T
Authority: DE
Inventors: W Hargarten; L Samson
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2007-09-04
Also published as: EP0282529B1; WO1988001808A1; JPH01500851A; BR8707448A; AU601915B2; JPH0789072B2; EP0282529A1; US4817448A; DE3782818D1; AU7875887A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die elektronische Verarbeitung von Signalen. Die Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung mit Coriolis-Massedurchflußmessern, um die Massedurchflüsse (Massedurchflußraten) zu bestimmen, die durch die Meßgeräte stromen. Massedurchflüsse von Fluiden, die durch Coriolis-Massedurchflußmesser fließen, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, verursachen Zusatzauslenkungen der schwingenden Leitungen, die proportional der Größe des Massedurchflusses sind. Jeder Leitung sind zwei analoge Einrichtungen zugeordnet, die exakte Signale bilden, welche ein Maß für die augenblickliche Bewegung der Leitung, einschließlich der Zusatzauslenkungen, sind. Die Signale von den analogen Einrichtungen werden dann durch die vorliegende Erfindung verarbeitet, um die Zeitdifferenz zwischen den Signalen bei vergleichbaren Signalpegeln zu messen und um aus den Zeitdifferenzmessungen den augenblicklichen Massedurchfluß zu bestimmen, der durch das Meßgerät hindurchgeht.
Coliolis-Massedurchflußmesser sind elektro-mechanische Geräte, die Leitungen aufweisen, welche drehbar oder schwingungsfähig sind, abhängig davon, wie die Leitungen montiert sind. Die Kombination der Bewegung der Leitung und des Durchflusses des Fluids durch die Leitung erzeugt Corioliskräfte, welche die Bewegung der Leitung entweder unterstützen oder verzögern. Eine Montierung der Coriolis- Massedurchflußmesserleitungen in der Art, daß sie in Resonanz schwingen können, ist in der US-PS Re 31,450 mit dem Titel "Verfahren und Struktur zur Durchflußmessung" (Method and Structure for Flow Measurement) offenbart, welches am 29.11.1983 veröffentlicht wurde. Der Betrieb eines Durchflußmessers entsprechend der US-PS Re 31,450 hat zur Folge, daß der Massedurchfluß eines Fluids, welcher durch eine schwingende Leitung hindurchgeht, in direkter Beziehung steht zu der Zeitdifferenz zwischen dem Durchgang eines durch Corioliskräfte ausgelenkten Abschnitts der Leitung an einem vorgewählten Punkt im dem Bewegungsweg der Leitung vorbei und dem Durchgang eines zweiten, durch Corioliskräfte in einer unterschiedlichen Richtung ausgelenkten Abschnitts der Leitung an einem entsprechenden zweiten vorgewählten Punkt in dem Bewegungsweg der Leitung vorbei.
Um Zeitdifferenzen zu messen, ist es bekannt, digitale Einrichtungen, wie optische Sensoren, zu benutzen, die eine Lichtquelle und einen Fotosensor aufweisen, wobei ein unterbrechendes Fähnchen an der Leitung angebracht ist, so daß sie entweder Licht erlaubt, den Fotosensor zu aktivieren, oder das Licht blockiert, siehe z. B. US-PS Re 31, 450.
Die Signale von zwei digitalen Einrichtungen werden verwendet, um anzuzeigen, wenn die beiden Abschnitte der Leitung vorgewählte Punkte in der Bewegungsbahn der Leitung passieren, so daß die relevante Zeitdifferenz bestimmt werden kann. Die geometrische Beziehung der Lichtquelle, des Fotosensors und des unterbrechenden Fähnchens für jeden digitalen optischen Sensor bestimmt die Positionierung der vorgewählten Punkte. Ein mit einer solchen Anordnung verbundenes Problem besteht darin, daß Änderungen der geometrischen Beziehungen den Ort der vorgewählten Punkte verändern und Fehler bei der Messung der Zeitdifferenzen verursachen. Die vielen Bestandteile der digitalen optischen Sensoren, wie sie an Coriolis-Massedurchflußmessern benutzt werden, sind nicht nahe beieinander in derselben Struktur montiert und sind in Strukturen angebracht, die große Hebelarme aufweisen. Deshalb verursachen Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur, eine gegenseitige Verschiebung der Orte der Bestandteile gegeneinander, was Fehler bei der Messung der zeitunterschiede hervorruft. Dieses Problem ist erkannt worden und, um den entstehenden systematischen Fehler zu beseitigen, ist es bekannt, daß analoge Geschwindigkeitssensoren, die exakt lineare Signale bilden, welche die Gesamtbewegung der Leitung entsprechen, benutzt werden können, siehe z. B. US-PS 4,422,338 mit dem Titel "Verfahren und Gerät zur Coriolis-Massedurchflußmessung" (Method and Apparatus for Mass Flow Measurement) mit dem Veröffentlichungsdatum vom 27.12.1983. Die linearen Signale von den Geschwindigkeitsfühlern, wie offenbart in dem US-PS 4,422,338, können verarbeitet werden, um die Zeitdifferenzmessungen vorzusehen, die zum Bestimmen des Massedurchflusses benötigt werden. Diese Zeitdifferenzmessungen sind frei von Fehlern, die durch mechanische Verschiebung der Relativlagen zwischen den Strukturen verursacht werden, auf denen Sensorbestandteile montiert sind, wie sie durch Änderungen der Umgebungsbedingungen verursacht sein können.
Wenn analoge Geschwindigkeitssensoren in Verbindung mit Coriolis-Massedurchflußmessern verwendet werden, die in Resonanz schwingende Durchflußleitungen aufweisen, kann jedes Analogsignal durch einen elektronischen Kanal verarbeitet werden, der einen Verstärker und einen Pegeldetektor, vorzugsweise einen Nulldurchgangsdetektor, wie einen Komparator zum Digitalisieren des Signals umfaßt. Temperatur, Alterung und andere unkontrollierte Parameter können die Verarbeitungscharakteristiken der Verstärker- und Pegeldetektoren andern, wie Gewinn, Anstiegszeiten und Abfallszeiten sowie Offsetspannungen, und dadurch Fehler bei der schließlichen Messung der Zeitdifferenzen hervorrufen. Diese Änderungen der elektronischen Verarbeitungscharakteristiken würden, wenn sie zwischen den jeweils ein Signal verarbeitenden Kanälen gleich wären, meistens einen systematischen Fehler einführen, der beseitigt werden könnte, wenn die Zeitdifferenzen zwischen den Signalen bestimmt sind. Kleine Änderungen der elektronischen Verarbeitungscharakteristiken zwischen den Kanälen, welche jedes Signal verarbeiten, sind jedoch inhärent. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Auswirkungen von Unterschieden in elektronischen Verarbeitungscharakteristiken zu beseitigen und sicherzustellen, daß genaue Zeitunterschiedsmessungen durchgeführt werden können, die frei von Fehlern sind, welche durch Änderungen der elektronischen Verarbeitung und Signale verursacht sind.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein elektronischer Signalprozessor zum Beseitigen von Fehlern, die auf Änderungen der Betriebseigenschaften elektronischer Bauelemente in Schaltkreisen zurückgehen, vorgesehen, die zur Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen zwei analogen Signalen mit periodischen Amplituden verwendet werden, wobei der elektronische Signalprozessor folgende Merkmale aufweist:
erste und zweite Digitalisierer mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei jeder Digitalisierer eine digitale Ausgangsgröße entsprechend dessen Eingangsgröße bildet;
eine Schalteinrichtung, welche anfangs ein erstes Analogsignal der beiden Analogsignale an den Eingang des ersten Digitalisierers legt und zugleich das zweite Analogsignal der beiden Analogsignale an den Eingang des zweiten Digitalisierers legt und zu einem vorbestimmten Zeitabschnitt vor Beendigung einer Periode eines der beiden Analogsignale weiterhin das erste Analogsignal an den Eingang des zweiten Digitalisierers legt und das zweite Analogsignal an den Eingang des ersten Digitalisierers legt;
Zeitvorrang-(Erstzeit-)Schaltkreise zum Bestimmen, ob bei jeder der zu messenden Zeitdifferenzen das erste Analogsignal oder das zweite Analogsignal zuerst auftritt;
eine Zeitdifferenzmeßeinrichtung zum Bestimmen der Zeitdifferenzen zwischen den Ausgangssignalen des ersten Digitalisierers und des zweiten Digitalisierers; und einen Rechner zum Addieren und Subtrahieren der Zeitdifferenzen, welche durch die Zeitdifferenzmeßeinrichtung während den Zeitabschnitten zweier Perioden der Analogsignale bestimmt werden, wobei die Ausgangsgröße von den Zeitvorrang-Schaltkreisen zur Feststellung verwendet werden, ob Zeitdifferenzen, welche durch die Zeitdifferenzeinrichtung bestimmt werden, addiert oder subtrahiert werden.
Die verschiedenen Aufgaben, Vorteile und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erkannt. In dieser sind entsprechende Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren bezeichnet.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht der Durchflußrohranordnung, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm für die vorliegende Erfindung, welche zeigt, wo Fehler der Zeitdifferenzmessungen addiert werden;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm der Logik, die gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert ist;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Erstzeitschaltung für die vorliegenden Erfindung und
Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm für die vorliegende Erfindung, welche die Beziehung der Ausgangsgröße der Erstzeitschaltung gemäß Fig. 5 darstellt.
Ein Coriolis-Massedurchflußmesser, wie er allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und für die Signalverarbeitung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 1 gezeigt. Der Durchflußmesser 10 umfaßt Zwillingsdurchflußleitungen 12. Andere Anordnungen, welche Einzel- oder Zwillingsdurchflußleitungen verwenden, die fest montiert sind, so daß sie in Resonanz in Schwingungen versetzt werden können, lassen sich ebenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzen. Der Durchflußmesser 10 umfaßt zusätzlich zu den Durchflußleitungen 12 eine Antriebseinrichtung 14, wie ein elektromagnetisches System, welches auf dem Fachgebiet bekannt ist, um die Durchflußrohre 12 wie Zinken einer Stimmgabel in Schwingungen zu versetzen. Der Durchflußmesser 10 umfaßt Sensoren 16 und 18. Die Sensoren 16 und 18 sind analoge Geschwindigkeitssensoren, die Analogsignale bilden, welche der augenblickliche Bewegung der Durchflußleitungen 12 über deren gesamten Bewegungsweg linear entsprechen. Wenn die Durchflußleitungen 12 schwingen und Fluid durch sie strömt, werden die Durchflußleitungen 12 um Achsen A-A und A'-A' durch Corioliskräfte ausgelenkt. Die Wirkungen dieser Auslenkungen werden durch Sensoren 16 und 18 überwacht. Eine detaillierte Beschreibung der mechanischen Wirkungsweise des Durchflußmessers 10 ist in der US-PS 4,491,025 mit dem Titel "Parallelweg Coriolis- Durchflußmesser" (Parallel Path Coriolis Mass Flow Rate Meter), veröffentlicht am 1.1.1985, gegeben.
Die Sensoren 16 und 18 sind elektromagnetische Geschwindigkeitssensoren. Jeder Sensor 16 und 18 besteht aus einem Magneten und einer Spule, wobei die Spule so bemessen ist, daß sie immer innerhalb des im wesentlichen gleichförmigen Magnetfeldes des Magneten bewegt wird. Beschreibungen der Wirkungsweise der Sensoren 16 und 18 für Einzel- und Zwillingsleitungs-Coriolis-Massedurchflußmesser sind in den voranstehend erwähnten US-PS 4,422,338 und US-PS 4,491,025 dargelegt. Obwohl beide Sensoren 16 und 18 Signale abgeben, die im allgemeinen eine sinusförmige Wellenform aufweisen, eilt ein Sensorsignal dem anderen zeitlich voran. Diese Zeitdifferenz zwischen den Signalen rührt von der Tatsache her, daß die Durchflußleitungen 12 durch Corioliskräfte ausgelenkt werden. Der Betrag der Zeitdifferenz zwischen den beiden Signalen steht zu dem Massendurchfluß (Durchflußrate), welche den Durchflußmesser 10 durchströmt, in Beziehung.
Um die Zeitdifferenz zwischen den Signalen von dem Sensoren 16 und 18 zu messen, wird jedes Sensorsignal durch einen Verarbeitungskanal geleitet, der einen Verstärker 20 oder 22 und einen Pegeldetektor 24 oder 26, siehe Fig. 2, umfaßt. Die Pegeldetektoren 24 und 25 sind im wesentlichen identisch und bilden jeweils ein Ausgangssignal, welches seinen Zustand immer dann ändert, wenn das entsprechende Eingangssignal einen vorbestimmten Pegel durchschreitet. Vorzugsweise sind die Pegeldetektoren Nulldurchgangsdetektoren, weil dies ein passender Meßpunkt ist; jedoch kann jeder andere Bezugspegel innerhalb der Größe der Eingangssignale ebenfalls verwendet werden. Die Ausgangssignale der Pegeldetektoren 24 und 25 werden dann als Eingangssignale in ein Exklusiv-ODER (XOR)-Gatter 28 verwendet. Das Ausgangssignal des XOR-Gatters 28 und das Ausgangssignal von einem Oszillator 30 sind Eingangssignale an ein UND-Gatter 32. Das Ausgangssignal des XOR- Gatters 28 wird eine logische Null immer dann, wenn die Ausgangssignale der Pegeldetektoren 24 und 26 die gleichen sind, d. h. entweder beide Ausgangssignale eine logische Eins sind oder beide Ausgangssignale eine logische Null sind. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 28 wird eine logische Eins immer, wenn die Ausgangssignale der Pegeldetektoren 24 und 26 verschieden sind. Beispielsweise wird das Ausgangssignal des XOR-Gatters 28 eine logische Eins immer dann, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 eine logische Eins ist und das des Pegeldetektors 26 eine logische Null ist, oder wenn der umgekehrte Fall zutrifft. Dies ist in dem Zeitdiagramm (G) der Fig. 6 gezeigt. So stellt das Ausgangssignale des XOR-Gatters 28 ein Zeitdifferenzsignal zwischen den Ausgangssignalen der beiden Pegeldetektoren 24 und 26 dar, welches seinerseits die Zeitdifferenz zwischen den Signalen von Sensoren 16 und 18 darstellt. In dem Fall des Ausführungsbeispiels, welches in Fig. 2 gezeigt ist, hat das Ausgangssignal des Oszillators 30 eine Frequenz von 50 MHz. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 32 dient als Zähleingangssignal an dem Zähler 34. (Anmerkung zur Übersetzung: die Eingangs- und Ausgangssignale sind an anderer Stelle auch als Eingangs- und Ausgangsgrößen bezeichnet.) Das Ausgangssignal des UND-Gatters 32 wird eine Reihe von Zeitimpulsen mit einer Frequenz von 50 MHz sein, die wenigstens so lange andauern, wie das Ausgangssignal des XOR-Gatters 28 vorliegt. So kann die Zeitdifferenz zwischen den Signalen von den Sensoren 16 und 18 genau bestimmt werden. Das Zählausgangssignal 35 des Zählers 34 bildet ein Maß einer der vier Zeitdifferenzen zwischen den Signalen von den Sensoren 16 und 18. Änderungen der Frequenz, welche der Oszillator 30 eingestellt ist, können vorgesehen werden. Dies wird die Auflösung der Zeitmessungen beeinflussen, die erfolgen. Vorzugsweise ist der Oszillator 30 ein kristallgesteuerter Oszillator, so daß eine Änderung um die Schwingungsfrequenz im Verhältnis zu der Größe der erfolgenden Zeitmessungen unbedeutend ist. Der Zähler 34 ist ein 16 Bitzähler, obwohl Zähler anderer Kapazität auch verwendet werden können.
Abweichungen zwischen den Betriebscharakteristiken der Verstärker 20 und 22 der Pegeldetektoren 24 und 26 der beiden Kanäle der Signalverarbeitung, wie Differenzen der Verstärkungsfaktoren, der Anstiegszeiten und Abfallzeiten und der Offsetspannungen verursachen Fehler der Zeitdifferenzmessungen, die durch den Zähler 34 erfolgen. Um Fehler der Zeitdifferenzmessungen zu beseitigen, umfaßt die vorliegende Erfindung in der Signalverarbeitung FET- Schalter 36 (siehe Fig. 2) zwischen den Ausgängen der Sensoren 16 und 18 und den Verstärkern 20 und 22. Andere elektronische oder mechanische Schalter können verwendet werden, und die Verwendung der FET-Schalter soll nicht als Einschränkung aufgefaßt werden. Die Stellungen der FET-Schalter werden durch einen Mikroprozessor 38 gesteuert, so daß während fast einer Periode der sinusförmigen Signale von den Sensoren 16 und 18 diese mit den Verstärkern 20 bzw. 22 verbunden sind. Bei etwa 90º vor dem Durchgang der Signale von den Sensoren 16 und 18 durch die vorbestimmten Pegel bildet ein Umschalt- Schaltkreis 40 ein Signal des Meßpegels (EOML) Signal, welches an den Mikroprozessor 38 gegeben wird, der die FET Schalter 36 so steuert, daß die Sensoren 16 und 18 an Verstärker 22 bzw. 20 für die nächste Periode angeschlossen sind. Mit diesen Zwischenverbindungen der Sensoren 16 und 18 und Verstärker 20 und 22 werden die Fehler, die durch Abweichungen der Betriebscharakteristiken der Verstärker 20 und 22 und der Pegeldetektoren 24 und 26 verursacht sind, sowohl den Anstiegs- als auch den Abfallszeiten der Signale von den Sensoren 16 und 18, bezogen auf zwei Perioden, hinzuaddiert.
Im einzelnen gelten für die vier Zeitdifferenzen TA, TB, TC und TD, die durch das XOR Gatter 28, wie in Fig. 3 dargestellt, abgegeben werden, die nachfolgend in den Gleichungen 1-4 angegebenen Beziehungen, wenn die wahre Anstiegszeit des Ausgangssignals des Sensors 16 als TR(16) bezeichnet ist, siehe Fig. 3, und die wahre Abfallzeit als TR(16), und die wahre Anstiegzeit des Ausgangssignals des Sensors 18 als TR(18) bezeichnet ist und die wahre Abfallzeit als TF(18); und die Fehler in der Anstiegszeit und Abfallzeit für den Schaltkreis, der aus dem Verstärker 20 und dem Pegeldetektor 24 besteht, TER(1) bzw. TEF(1) sind und die Fehler in der Anstiegszeit und Abfallzeit für den Schaltkreis, der aus dem Verstärker 22 und dem Pegeldetektor 26 besteht, TER(2) bzw. TEF(2) sind:
TA = [TF(16) + TEF(1)] - [TF(18) + TEF(2)] (1)
TB = [TR(16) + TER(1) - (TR(18) + TER(2)] (2)
TC = [TF(16) + TEF(2) - [TF(18) + TEF(1)] (3)
TD = [TR(16) + TER(2) - [TR(18) + TER(1)] (4)
Addiert man diese vier Zeitdifferenzen TA, TB, TC und TD, so heben sich alle Fehler TER(1), TEF(1), TER(2) und TEF(2) gegenseitig heraus. Deswegen ergibt eine Addition der vier Zeitdifferenzen und ein Teilen durch vier ein genaues Maß für das Zeitdifferenzsignal TS zwischen den Ausgangssignalen der Sensoren 16 und 18 ohne die Fehler, die durch die Unterschiede der Verarbeitungscharakteristiken der Verstärker 20 und 22 oder Pegeldetektoren 24 und 26 hervorgerufen sind.
Diese Beziehung ist in Gleichung 5 gegeben.
TS = TA + TB + TC + TD/4 (5)
Die obigen Annahmen, die ergaben, daß sich die Fehler TER(1), TEF(1) und TER(2) und TEF(2) herausheben, bestehen darin, daß die Durchflußrichtung durch das Meßgerät normal und nicht umgekehrt ist, und daß die Durchflußgröße hoch ist im Vergleich zu den Fehlern. Für diesen Fall sind die Zeitdifferenzfehler TA und TB größer als Null und die Zeitdifferenzfehler TC und TD sind kleiner als Null.
Die Logik, welche die Regeln zum Addieren und Subtrahieren der Zeitdifferenzen, TA, TB, TC und TD bestimmt, abhängig davon, ob diese positiv oder negativ sind, ist in Fig. 4 angegeben. Die allgemeine Form der Beziehung zum Bestimmen des Zeitdifferenzsignals TS ist in Gleichung 6 angegeben, die für alle Größen und Richtungen sowohl des Durchflusses als auch der Fehler anwendbar ist.
TS = ± TA ± TB ± TC ± TD/4 (6)
Es kann vergegenwärtigt werden, daß 16 verschiedene Gleichungen aus Gleichung 6 hergeleitet werden können. Um die in Fig. 4 dargestellte Logik zu implementieren, ist es notwendig, zunächst zu bestimmen, welches der Ausgangssignale der Pegeldetektoren 24 oder 26 zeitlich vorangeht. Die Zeitabfolge der Signale von den Pegeldetektoren 24 und 26 bestimmt, ob Zeitdifferenzen positiv oder negativ sind. Diese Funktion der vorliegenden Erfindung wird dadurch erfüllt, daß ein Erstzeitschaltkreis 42 benutzt wird, um den Mikroprozessor 38 mit Signalen zu versehen, die getastet sind, je nachdem, ob die Zeitdifferenzen positiv oder negativ sind. Mit dieser Information implementiert der Mikroprozessor 38 die Logik, die in Fig. 4 dargestellt ist. Der Erstzeitschaltkreis 42 kann auf verschiedene Arten verwirklicht sein. Ein Beispiel einer brauchbaren Ausführung eines Erstzeitschaltkreises 42 ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Schaltkreis sind die Ausgangssignale der Pegeldetektoren 24 und 26 Eingangssignale von Kippstufen 43, 44 des D-Typs, die Flanken-getriggert sind. Im einzelnen ist das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 als Datensignal D in die Kippstufe 43 eingegeben und als das Datensignal D in die Kippstufe 44. Das Takteingangssignal CLK in die Kippstufe 43 ist das Ausgangssignal des Pegeldetektors 26. Diese Anordnung bewirkt, daß die Kippstufe 43 Daten von dem Pegeldetektor 24 bei der Rückflanke des Ausgangssignals von dem Pegeldetektor 26 taktet. Für Zeitdifferenzen TA und TC ist das invertierte Ausgangssignal Q der Kippstufe 43 eine logische Eins, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 vor dem Ausgangssignal des Pegeldetektors 26 abfällt, und ist eine logische Null, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 nach dem Ausgangssignal des Pegeldetektors 26 abfällt. Die Kippstufe 44 taktet Daten von dem Pegeldetektor 24 an der ansteigenden Flanke des Ausggangssignals von dem Pegeldetektor 26. Um diese Funktion der Kippstufe 44 zu bewerkstelligen, wird das Ausgangssignal des Pegeldetektors 26 durch eine Umkehrstufe 45 des Ausgangssignals verarbeitet, dessen Ausgang mit dem Takteingang CLK der Kippstufe 44 verbunden ist. Für Zeitdifferenzen TB und TD und mit diesen Eingangssignalen ist das nicht-invertierte Ausgangssignal Q der Kippstufe 44 eine logische Eins, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 vor dem des Pegeldetektors 26 ansteigt, und ist eine logische Null, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 nach demjenigen des Pegeldetektors 26 ansteigt. Diese Funktion der Kippstufen 43 und 44 ist in den Zeitdiagrammen (E), (F), (H) and (I) der Fig. 6 dargestellt.
Um die Ausgangssignale der Kippstufen 43 und 44 in den Mikroprozessor 38 einzulesen, wird ein multiplexer Schaltkreis, der aus einem Inverter 46 und drei NAND-Gattern 48, 50 und 52 besteht, benutzt. Das Eingangssignal zu dem NAND- Gatter 48 ist das nicht-invertierte Ausgangssignal Q der Kippstufe 44 und das Ende-des-Meßpegels-Signal (EOML). Das EOML-Signal ist das Ausgangssignal des Umschalt-Schaltkreises 40, der im Anschluß heran beschrieben wird. Das EOML-Signal wird auch in den Inverter 46 eingespeist. Das Ausgangssignal von dem Inverter 46 und das invertierte Ausgangssignal Q der Kippstufe 43 werden in das NAND-Gatter 50 eingegeben. Die Ausgangssignale der NAND-Gatter 48 und 50 sind die Eingangssignale des NAND-Gatters 52. So werden die Ausgangssignale der Kippstufen 43 und 44, wie sie durch die NAND- Gatter 48 und 50 in Verbindung mit dem EOML-Signal verarbeitet sind, schließlich durch das NAND-Gatter 52 bearbeitet. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 52 ist unmittelbar nach einem Übergang des Zustands des EOML-Signals, welches in dem Zeitablaufdiagramm (C) der Fig. 6 dargestellt ist, gültig und ist eine logische Eins, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 einen Übergang vor demjenigen des Pegeldetektors 26 hat, und ist eine logische Null, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 sich nach denjenigen des Pegeldetektors 26 ändert. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 52 dient auch als ein Vorzeichen-Bit für die bestimmte Zeitdifferenz, die gemessen wird. Wenn das Ausgangssignal des NAND- Gatters 52 eine logische Eins ist, ist das Zeitdifferenzsignal, d. h. TA, TB, TC oder TD positiv. Wenn das Ausgangssignal des NAND-Gatters 52 eine logische Null ist, so ist das Zeitdifferenzsignal negativ. Für das Zeitdiagramm (J) der Fig. 6 sind die Zeitdifferenzen TA und TB positiv und die Zeitdifferenzen TC und TD sind negativ. Durch "Übergänge" ist gemeint, daß der Zustand eines Signals, wie das Ausgangssignal des Pegeldetektors, entweder von einer logischen Eins zu einer logischen Null übergeht, oder von einer logischen Null zu einer logischen Eins übergeht. Obwohl die Logik als positive Logik beschrieben ist, soll verstanden werden, daß eine negative Logik verwendet werden kann, um die Schaltkreise der Figuren und 2 und 5 zu verwirklichen.
Sowohl das EOML-Signal als auch das Ausgangssignal des NAND- Gatters 52 werden in den Mikroprozessor 38 eingespeist. Nachdem der Mikroprozessor die vier Zeitdifferenzen sammelt, welche von dem Zähler 34 über ungefähr eine Zeitdauer von zwei Perioden der Eingangssignale von den Sensoren 16 und 18 abgegeben werden, addiert oder subtrahiert der Mikroprozessor 38 die Zeitdifferenzen TA, TB, TC und TD entsprechend der in Fig. 4 dargestellten Logik und beseitigt damit im wesentlichen Fehler bei der Messung der Zeitdifferenzen. Nach Beendigung einer der Zeitdifferenzen wird der Mikroprozessor 38 ein Ausgangsrückstellsignal CLR 53 an den Zähler 34 bei jedem Übergang des EOML-Signals abgeben. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise, daß ein einziger Zähler verwendet werden kann, um die vier Zeitdifferenzwerte zu erfassen. Bei jeder ansteigenden Flanke des EOML-Signals wird der Mikroprozessor ein Schaltsignal SW 54 über einen Pufferverstärker 55 an den Schalter 36 angeben, um diese Sensoren 16 und 18 zu schalten. Dies ist in dem Zeitdiagramm (D) der Fig. 6 gezeigt.
Der Umschalt-Schaltkreis 40 bildet das EOML-Signal, welches zum Schalten der Signale von Sensoreneingängen 16 und 18 zwischen den Verstärkern 20 und 22 bei einer vorbestimmten Zeitperiode vor den Signalen von den Sensoren 16 und 18, die durch den Pegelbezugspunkt der Pegeldetektoren 24 und 26 hindurchgehen, benutzt wird, so daß die Schaltübergänge abgeschlossen sind, bevor die Daten gesammelt werden. Der Umschalt-Schaltkreis 40 besteht aus einem mittelwertbildenden Schaltkreis 56, einem Phasenschieber 57 und einem Pegeldetektor 58. Die Ausgangsgrößen der Sensoren 16 und 18 sind Eingänge in den mittelwertbildenden Schaltkreis 56, dessen Ausgangssignal der Mittelwert dieser beiden Signale ist.
Dieses Ausgangssignal wird dann um 90º in dem Phasenschieber 57 verschoben, dessen Ausgang mit dem Eingang des Pegeldetektors 48 verbunden ist. Wenn die phasenverschobenen Signale durch den gleichen vorbestimmten Bezugspunkt hindurchgehen, der für die Pegeldetektoren 24 und 26 benutzt wird, vorzugsweise den Nulldurchgang, wird das Ausgangssignal des Pegeldetektors 58, welches das EOML-Signal ist, zwischen einer logischen Eins und einer logischen Null wechseln. Der Umschalt-Schaltkreis 40 dient dazu, vorwegzunehmen, wenn die Signale von den Sensoren 16 und 18 als nächstes durch die vorbestimmten Bezugspegel in den Pegeldetektoren 24 und 26 hindurchgehen werden. Andere Phasenschieberschaltkreise können verwendet werden, wie ein Differenzierer oder ein Integrator, die in der einschlägigen Technik bekannt sind.
Auch kann das EOML-Signal dadurch erzeugt werden, daß nur eins der Signale von den Sensoren 16 oder 18 benutzt wird, weil die Phasendifferenz, die zwischen diesen beiden Signalen detektiert wird, recht klein ist und ein genaues zeitliches Schalten des Eingangssignals nicht kritisch ist. Der kleinste Betrag der zum Umschalten benötigten Zeit sollte die Einstellzeit überschreiten, welche durch den Verarbeitungskanal Schaltkreise benötigt wird.

Claims

1. Elektronischer Signalprozessor zum Beseitigen von Fehlern, die auf Änderungen der Betriebseigenschaften elektronischer Bauelemente in Schaltkreisen zurückgehen, die zur Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen zwei Analogsignalen mit periodischen Amplituden verwendet werden, wobei der elektronische Signalprozessor gekennzeichnet i s t durch :

erste (20, 24) und zweite (22, 26) Digitalisierer mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei jeder Digitalisierer eine digitale Ausgangsgröße entsprechend dessen Eingangsgröße bildet;

eine Schalteinrichtung (36), welche anfangs ein erstes Analogsignal der beiden Analogsignale an den Eingang des ersten Digitalisierers (20, 24) legt und zugleich das zweite Analogsignal der beiden Analogsignale an den Eingang des zweiten Digitalisierers (22, 26) legt und zu einem vorbestimmten Zeitabschnitt vor Beendigung einer Periode eines der beiden Analogsignale weiterhin das erste Analogsignal an den Eingang des zweiten Digitalisierers (22, 26) legt und das zweite Analogsignal an den Eingang des ersten Digitalisierers (20, 24) legt;

Zeitvorrang-(Erstzeit-)Schaltkreise (42) zum Bestimmen, ob bei jeder der zu messenden Zeitdifferenzen das erste Analogsignal oder das zweite Analogsignal zuerst auftritt;

eine Zeitdifferenzmeßeinrichtung (28, 30, 32, 24) zum Bestimmen der Zeitdifferenzen zwischen den Ausgangssignalen des ersten Digitalisierers und des zweiten Digitalisierers; und einen Rechner (38) zum Addieren und Subtrahieren der Zeitdifferenzen, welche durch die Zeitdifferenzmeßeinrichtung während den Zeitabschnitten zweier Perioden der Analogsignale bestimmt werden, wobei die Ausgangsgröße von den Zeitvorrang-Schaltkreisen (42) zur Feststellung verwendet werden, ob Zeitdifferenzen, welche durch die Zeitdifferenzeinrichtung bestimmt werden, addiert oder subtrahiert werden.

2. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitabschnitt der Schalteinrichtung (36), um die Verbindung des ersten Analogsignals und des zweiten Analogsignals zu dem ersten Digitalisierer (20, 24) und dem zweiten Digitalisierer (22, 26) zu ändern, so eingestellt ist, daß er die Einstellzeit, die von dem ersten Digitalisierer (20, 24) und dem zweiten Digitalisierer (22, 26) benötigt wird, übersteigt.

3. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (36) derart geschaltet wird, daß die Verbindung des ersten Analogsignals und des zweiten Analogsignals zu dem ersten Digitalisierer (20, 24) und dem zweiten Digitalisierer (22, 26) in ihrer Phase um etwa 90º vor dem Ende jeder Periode eines der beiden Analogsignale geändert wird.

4. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zum Schalten der Schalteinrichtung (36) durch den Rechner (38) erfolgt.

5. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Digitalisierer (20, 24) und der zweite Digitalisierer (22, 26) jeweils einen Verstärkerschaltkreis (20, 22) und einen Pegeldetektor-Schaltkreis (24, 26) umfassen und daß die Ausgangsgröße des Verstärkers (20, 22) die Eingangsgröße des Pegeldetektor-Schaltkreises (24, 26) ist, dessen Ausgangsgröße das digitale Signal darstellt.

6. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegeldetektor-Schaltkreis (24, 26) von der Nulldurchgangs-Bauart ist.

7. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz-Meßeinrichtung (28, 30, 32, 34) einen Zähler (34) umfaßt, der die Ausgangsimpulse eines Festfrequenzoszillators zählt, wobei der Anfang und das Ende des Zählvorgangs durch die Ausgangsgröße eines Exklusiv- Oder-Gatters (28) gesteuert wird, dessen Eingangsgrößen jeweils von dem ersten Digitalisierer (20, 24) und dem zweiten Digitalisierer (22, 26) erhalten werden.

8. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung zur Addition oder Subtraktion von Zeitdifferenzen eine Identifizierung, ob Zeitdifferenzen positiv oder negativ sind, derart einschließt, daß, wenn für eine ausgewählte Zeit das erste Analogsignal zeitlich das erste bezüglich des zweiten Analogsignals ist, die vorbestimmte Zeitdifferenz zu dieser ausgewählten Zeit als positiv identifiziert wird, wenn bei der ausgewählten Zeit das zweite Analogsignal zeitlich das erste bezüglich des ersten Analogsignals ist, die vorbestimmte Zeitdifferenz als negativ identifiziert wird, und wobei vier ausgewählte Zeiten zum Bestimmen der Zeitdifferenz zur Verfügung stehen, wobei diese Identifizierungen sind:

a) wenn eine erste vorbestimmte Zeitdifferenz in den Zeitabschnitten von zwei aufeinanderfolgenden Perioden der beiden Analogsignale positiv ist und eine dritte vorbestimmte Zeitdifferenz in den beiden aufeinanderfolgenden Perioden ebenfalls positiv ist, wird die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz von der ersten vorbestimmten Zeitdifferenz abgezogen;

b) wenn die erste vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden positiv ist und die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz in den beiden aufeinanderfolgenden Perioden negativ ist, wird die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz zu der ersten vorbestimmten Zeitdifferenz addiert;

c) wenn die erste vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden negativ ist und die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz in den beiden aufeinanderfolgenden Perioden positiv ist, wird die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz zu der ersten vorbestimmten Zeitdifferenz addiert, wobei das Ergebnis der Addition negativ gemacht wird;

d) wenn die erste vorbestimmte Zeitdifferenz in beiden aufeinanderfolgenden Perioden negativ ist und die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz in beiden aufeinanderfolgenden Perioden ebenfalls negativ ist, wird die erste vorbestimmte Zeitdifferenz von der dritten vorbestimmten Zeitdifferenz subtrahiert;

e) wenn eine zweite vorbestimmte Zeitdifferenz in beiden aufeinanderfolgenden Perioden positiv ist und eine vierte vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden auch positiv ist, wird die vierte vorbestimmte Zeitdifferenz von der zweiten vorbestimmten Zeitdifferenz subtrahiert;

f) wenn die zweite vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden positiv ist und die vierte vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden negativ ist, wird die vierte vorbestimmte Zeitdifferenz zu der zweiten vorbestimmten Zeitdifferenz addiert;

g) wenn die zweite vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden negativ ist und die dritte vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden positiv ist, wird die vierte vorbestimmte Zeitdifferenz zu der zweiten vorbestimmten Zeitdifferenz addiert, wobei die Addition negativ gemacht wird;

h) wenn die zweite vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden negativ ist und die vierte vorbestimmte Zeitdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Perioden ebenfalls negativ ist, wird die zweite vorbestimmte Zeitdifferenz von der vierten vorbestimmten Zeitdifferenz subtrahiert; und

i) die Kombination der ersten vorbestimmten Zeitdifferenz und der dritten vorbestimmten Zeitdifferenz wird zu der Kombination der zweiten vorbestimmten Zeitdifferenz und der vierten vorbestimmten Zeitdifferenz addiert, und die addierten Kombinationen werden durch vier geteilt.

9. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Analogsignale jeweils mit einer Analoggeschwindigkeitssensoreinrichtung eines Paars Analoggeschwindigkeitssensoreinrichtungen (16, 18) erzeugt wird, von denen jede ein Signal erzeugt, welches der aktuellen Bewegung der Durchflußleitungen (12) eines Coriolis-Massedurchflußmessers entspricht, und wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei Signalen den Massedurchfluß (Durchflußrate) eines Fluid angibt, welches durch den Coriolis-Massedurchflußmessers (10) hindurchtritt.

10. Elektronischer Signalprozessor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der erzeugten Analogsignale ein lineares Maß für die aktuelle Bewegung der Durchflußleitungen (12) eines Coriolis-Massedurchflußmessers (10) ist und daß die Zeitdifferenz zwischen den beiden Signalen dem Massedurchfluß (Durchflußrate) eines Fluid proportional ist, welches durch den Massedurchflußmesser (10) hindurchtritt.