DE69737879T2

DE69737879T2 - Durchflussmesser und Verfahren zum Betreiben eines Durchflussmessers

Info

Publication number: DE69737879T2
Application number: DE69737879T
Authority: DE
Inventors: Soren Tonnes Nielsen
Original assignee: Kamstrup AS
Current assignee: Kamstrup AS
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2008-04-03
Also published as: DK0846936T4; EP0846936B1; DE69737879D1; DK0846936T3; DE69737879T8; ES2289758T3; EP0846936A1; EP1843135A1; DE69737879T3; ATE366407T1; EP0846936B2; DE97610055T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Strömungsmesser und Verfahren zum Betrieb von Strömungsmessern.
Ultraschallströmungsmesser zum Messen der Strömung einer Flüssigkeit oder eines Gases in z.B. einer Strömungsbahn sind seit vielen Jahren bekannt. Beispiele für solche Strömungsmesser können in EP-B-0 397 596 , GB-A-2 079 939 , WO 90/00723 , EP-B-0 498 141 , DE-A-38 23 177 , EP-A-0 441 531 und WO 94/04890 gesehen werden.
Typische Strömungsmesser dieser Art arbeiten durch Übertragung von Ultraschallsignalen durch eine Strömung einer Flüssigkeit oder eines Gases in eine Strömungspassage oder -bahn in die Stromaufwärts- bzw. die Stromabwärtsrichtungen, und durch anschließende Bestimmung des Strömungswerts aufgrund der durch die Strömung hervorgerufenen Differenz der Übertragungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale in die beiden Richtungen.
Um in der Lage zu sein, eine sehr kleine Differenz der Übertragungsgeschwindigkeit der beiden Signale zu bestimmen, werden die Signale typisch gleichzeitig in die Flüssigkeit übertragen. Der Vorteil dieser Wahl ist die Tatsache, dass die Ermittlungszeitdifferenz als eine Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen ermittelt werden kann. In dieser Situation funktionieren beide Überträger zunächst als Überträger und anschließend als Empfänger.
Dennoch ruft diese Wahl das Problem hervor, dass Ultraschallsignale, die von z.B. anliegenden Strömungspassagewänden reflektiert werden, den Umformer erreichen können, von dem sie gleichzeitig übertragen wurden wie die Signale, die durch den anderen Umformer übertragen wurden. Dies ruft Empfangsprobleme hervor, da die beiden Signale nun einander stören.
Um dieses Problem vorzubeugen, können die Signale in beiden Richtungen zu verschiedenen Zeitpunkten übertragen werden, so dass die Ultraschallwellen, die durch einen Umformer erzeugt sind, z.B. aussterben können, bevor dieser Umformer wie ein Empfänger funktionieren soll.
Gemäß der Erfindung wird das Signal, das in die erste Richtung übertragen wird, erzeugt und ermittelt, ehe das Signal in die entgegengesetzte Richtung übertragen wird.
Dies erfordert jedoch die Anwendung eines neuen Messaufbaus, da die beiden Signale nun nicht länger gleichzeitig empfangen werden können, wobei das obengenannte Verfahren, das die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen verwendet, nicht verwendet werden darf.
In WO 90/00723 wird eine Lösung vorgeschlagen, worin eine Phasendifferenz stattdessen zwischen dem Signal, das zum Übertragungsumformer übertragen wird, und dem Signal, das durch den Empfangsumformer empfangen wird, bestimmt wird. Aufgrund der Phasendifferenzen in beiden Richtungen wird ein Strömungswert bestimmt. Bei Verwendung dieses Verfahrens wird jedoch der dynamische Bereich des Strömungsmessers aufgrund der Tatsache, dass der gesamte dynamische Bereich des Messers durch das Intervall der bestimmbaren Phasendifferenzen begrenzt ist, reduziert. Dieses Intervall ist 2π minus die Maximumsphasendifferenzen, die zwischen dem Übertragungssignal und den Empfangssignalen in beiden Richtungen möglich sind. In diesem Aufbau liegt ein Teil der Phasendifferenz jedoch an den Temperaturschwankungen, da Temperaturschwankungen Geschwindigkeitsschwankungen von Ultraschallsignalen im Medium hervorrufen. Dies reduziert deshalb die nützliche Phasendifferenz und damit der dynamische Bereich dieses Instruments.
Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Ein anderes Problem, worauf in Strömungsmessern des Stands der Technik gestoßen wird, ist die Tatsache, dass man sich um ähnliche Messungen mit den beiden Umformern zu erreichen, stark bemüht, damit die Ermittlungselektronik, die sich auf diese zwei Umformer bezieht, so identisch wie möglich ist. Dieses Problem wird z.B. in EP-B-0 397 596 und WO 90/00723 gelöst, wo die gleichen Kreisläufe verwendet werden. In diesen Aufbauten treten jedoch andere Probleme aufgrund der Positionierung der elektrischen Schalter auf.
Um die Impedanzen der Kreisläufe identisch zu bekommen, erfordern die Aufbauten in EP-B-0 397 596 und WO 90/00723 , dass die Übertragungs- und Empfangskreisläufe identische Impedanzen haben. Um dieses Erfordernis zu umgehen, ist eine andere Lösung ausgedacht worden, die sich auf einen Strömungsmesser nach Anspruch 1 zum Messen einer Mediumströmung durch eine dazu definierte Strömungspassage bezieht, umfassend

– mindestens zwei Ultraschall erzeugende Mittel zum Erzeugen von Ultraschallsignalen basierend auf dazu zugeführten Eingangssignalen, zum Leiten solcher Signale in im wesentlichen entgegengesetzte Richtungen zumindest teilweise entlang der Strömungspassage und zum Empfang von Ultraschallsignalen, die den Teil der Strömungspassage passiert haben, und zum Erzeugen von zugehörigen elektrischen Signalen,
– Generatormittel mit einem Ausgang zum Ausgeben von Eingangssignalen für die Ultraschall erzeugenden Mittel,
– erstes Mittel zum übertragen der Eingangssignale vom Ausgang des Generatormittels zu den Ultraschall erzeugenden Mitteln,
– Ableitungsmittel zum Ableiten von Werten oder Signalen, basiert auf den zugehörigen elektrischen Signalen, wobei das Ableitungsmittel einen Eingang hat, der dafür angeordnet ist, die zugehörigen elektrischen Signale zu empfangen,
– Berechnungs- oder Bestimmungsmittel, die zum Berechnen und Bestimmen angepasst sind, basiert auf abgeleiteten Werten oder Signalen, eine Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, das durch die Strömungspassage strömt, und
– zweites Mittel zum übertragen der zugehörigen elektrischen Signale von den Ultraschall erzeugenden Mitteln zum Eingang der Berechnungs- oder Bestimmungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Übertragungsmittel folgendes umfassen:
– mindestens ein erstes elektrisches Leitermittel, das den Ausgang des Generatormittels und den Eingang des Ableitungsmittels verbindet,
– zweites elektrisches Leitermittel zum elektrischen Verbinden von jedem Ultraschall erzeugenden Mittel mit mindestens einem der ersten elektrischen Leitermittel, und
– für jedes Ultraschall erzeugende Mittel, mindestens ein Schaltungsmittel zum Ermöglichen oder Verhindern von elektrischem Stromfluss zwischen dem mindestens einen ersten elektrischen Leitermittel und dem aktuellen Ultraschall erzeugenden Mittel durch das zweite elektrische Leitermittel, das die aktuellen Ultraschall erzeugenden Mittel mit dem mindestens einen der ersten elektrischen Leitermittel verbindet.

Beim Verwenden eines Aufbaus dieser Art ist die Impedanz, vom Umformer gesehen, dieselbe unabhängig davon, ob der Umformer als Überträger oder Empfänger funktioniert. Auf dieser Weise werden keine Anforderungen an den Empfangs- und Übertragungskreisläufen in Verbindung mit den Ausgangs- und Eingangsimpedanzen hiervon gestellt.
Vorzugsweise ist der mindestens eine elektrische Schalter im zweiten elektrischen Leitermittel umfasst, um eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Ultraschall erzeugenden Mitteln und dem mindestens einen ersten elektrischen Leitermittel zu erzeugen oder zu verhindern. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein Stromfluss auch verhindert wird, wenn die Schaltungsmittel einen Stromfluss zum Umformer von der Seite davon gegenüber dem zweiten elektrischen Leitermittel bereitstellen oder verhindern.
Die Frequenz der Eingangssignale kann natürlich mindestens 200 kHz, wie z.B. mindestens 500 kHz, vorzugsweise in der Größenordnung von 1 MHz, sein.
Im vorliegenden Zusammenhang sind die entgegengesetzten Richtungen typisch zwei entgegengesetzte Richtungen. Ein dreieckiger Aufbau kann z.B. jedoch auch angewendet werden, worin drei Richtungen, wie z.B. drei Richtungen, die ein gleichseitiges Dreieck bilden, in Betracht gezogen werden.
Vorzugsweise sind die Generatormittel dafür angepasst, Ein und Aus geschaltet zu werden, ohne in wesentlichem Maß eine Ausgangsimpedanz hiervon zu ändern. Soll die Generatormittel Signale während Empfang eines Signals, das die Strömungsbahn passiert hat, erzeugen, kann das Signal vom Generator störend einwirken.
Um auch zusätzliche Vorteile zu erreichen, umfasst der Strömungsmesser vorzugsweise auch:

– Mittel zum Erzeugen eines ersten Referenzsignals,
– Mittel zum Erzeugen eines zweiten Referenzsignals, wobei das Ableitungsmittel folgendes umfasst:
– Mittel zum Ableiten eines ersten abgeleiteten Werts oder Signals, basierend auf dem ersten Referenzsignal und einem ersten elektrischen Signal, die durch das Empfangsmittel erzeugt sind und sich auf ein Ultraschallsignal beziehen, das auf einem ersten Eingangssignal basiert ist und im Anschluss an die Erzeugung des ersten elektrischen Signals und in eine erste der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungspassage übertragen wird, und
– Mittel zum Ableiten eines zweiten abgeleiteten Werts oder Signals basierend auf dem zweiten Referenzsignal und einem zweiten elektrischen Signal, die durch das Empfangsmittel erzeugt sind und sich auf ein Ultraschallsignal beziehen, das auf einem zweiten Eingangssignal basiert ist und in eine zweite der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungsbahn übertragen wird, wobei die zweite Richtung im wesentlichen der ersten Richtung entgegengesetzt ist,

Der Strömungsmesser umfasst auch vorzugsweise Mittel zum Ableiten von jedem der ersten und zweiten Referenzsignale und/oder jedem der ersten oder zweiten Eingangssignale basierend auf einem oder mehreren der elektrischen Signale, die durch das Empfangsmittel erzeugt sind und sich auf Ultraschallsignale beziehen, die in eine oder mehrere der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungsbahn übertragen werden.
Statt des Eingangssignals für die Umformer als ein Referenzsignal zu verwenden, werden somit andere Referenzsignale vorgesehen. In dieser Situation können die Referenzsignale mit einer niedrigeren möglichen Maximumphasendifferenz zum elektrischen Signal versehen werden, oder die Eingangssignale können geändert werden, so dass diese Phasendifferenz niedriger ist. Zusätzlich können zwei Referenzsignale bereitgestellt werden: Eins für jede Richtung.
Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet die Phasendifferenz zwischen zwei Signalen, die zum fraglichen Zeitpunkt nicht vorhanden sind, die Phasendifferenz dazwischen zu dem Zeitpunkt, wenn beide Signale ohne geänderte Frequenz und Phase zumindest zum wirklichen Zeitpunkt rechtzeitig aufrechterhalten oder extrapoliert wurden.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann der Maximumverlust des dynamischen Bereichs z.B. dadurch reduziert werden, dass entweder die Eingangssignale an festgesetzte Referenzsignale angepasst werden, oder dass die Referenzsignale an festgesetzte Eingangssignale angepasst werden.
Es sollte beachtet werden, dass es vorteilhaft sein kann, die Messungen in die verschiedenen Richtungen mit Ultraschallsignalen mit verschiedenen Frequenzen auszuführen. Dies kann dadurch ausgeführt werden, dass dieselben oder verschiedene Umformer angewendet werden, davon abhängig, ob diese Frequenzänderung Probleme in der Anwendung derselben Umformer verursacht.
Natürlich können de zwei Referenzsignale identisch sein, solange entweder sie oder die Eingangssignale basierend auf einem oder mehreren der elektrischen Signale, die durch das Empfangsmittel erzeugt sind, abgeleitet werden.
Das Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals kann angepasst werden, um entweder das erste Referenzsignal mit einer Frequenz, die eine ganze Zahl mal eine Frequenz des zweiten Referenzsignals ist, oder das zweite Referenzsignal mit einer Frequenz, die eine ganze Zahl mal eine Frequenz des ersten Referenzsignals ist, zu erzeugen.
Alternativ kann das Mittel zum Erzeugen der ersten und zweiten Referenzsignale angepasst werden, um die ersten und zweiten Referenzsignale mit im wesentlichen identischen Frequenzen, wie z.B. mit einer bekannten Phasendifferenz, zu erzeugen.
Das Mittel zum Erzeugen der ersten und zweiten Referenzsignale kann angepasst werden, um im wesentlichen identische erste und zweite Referenzsignale zu erzeugen.
Als üblich im Stand der Technik werden die Ultraschall erzeugende Mittel vorzugsweise dafür angepasst, Ultraschallsignale als Reaktion auf ein Eingangssignal, wo die Frequenz des Ultraschallsignals im wesentlichen einer Frequenz des Eingangssignals gleicht, zu erzeugen. In dieser Situation umfasst der Strömungsmesser vorzugsweise auch Mittel zum Erzeugen von Eingangssignalen für das Ultraschall erzeugende Mittel. Dieses Mittel kann angepasst werden, um wechselweise Eingangssignale für die individuellen Ultraschall erzeugenden Mittel zu erzeugen.
Um eine Phasendifferenzmessung anwenden zu können, werden die Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals vorzugsweise dafür angepasst, das erste Referenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen einer Frequenz des ersten elektrischen Signals gleicht, zu erzeugen, und die Mittel zum Erzeugen des zweiten Referenzsignals werden vorzugsweise dafür angepasst, das zweite Referenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen einer Frequenz des zweiten elektrischen Signals gleicht, zu erzeugen.
In dieser Situation werden die Mittel zum Ableiten des ersten und zweiten abgeleiteten Werts oder Signals vorzugsweise dafür angepasst, einen ersten abgeleiteten Wert oder ein erstes abgeleitetes Signal, der/das sich auf eine Phasendifferenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem ersten Referenzsignal bezieht, und einen zweiten abgeleiteten Wert oder ein zweites abgeleitetes Signal, der/das sich auf eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten elektrischen Signal und dem zweiten Referenzsignal bezieht, zu erzeugen, so dass das Berechnungs- oder Bestimmungsmittel angepasst werden kann, einen gemessenen Strömungsgeschwindigkeitswert des Mediums in der Strömungspassage dadurch zu berechnen oder bestimmen, dass die ersten und zweiten abgeleiteten Werte oder Signale subtrahiert werden und ein resultierender Wert durch einen vorbestimmten Parameter multipliziert wird.
Zusätzlich kann der Strömungsmesser Mittel zur Bereitstellung eines oder mehrerer Kandidatsignale mit im wesentlichen derselben Frequenz oder einer Anzahl von verschiedenen Frequenzen umfassen, wie z.B. eine Anzahl von Kandidatsignalen mit im wesentlichen derselben Frequenz, von denen mindestens ein Teil verschiedene Phasen hat.
Diese Kandidatsignale sind Kandidaten für die Referenzsignale. Der Vorteil dieses Merkmals ist die Tatsache, dass die Referenzsignale nicht wirklich erzeugt, sondern lediglich aus den Kandidatsignalen ausgewählt werden müssen. In der Situation kann das Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals angepasst werden, um das erste Referenzsignal durch Auswahl eines der Kandidatsignale zu erzeugen.
Wie oben beschrieben ist ein Gegenstand der Erfindung die Reduktion der "Zeitverschwendung" und der folgenden Erhöhung des dynamischen Bereichs des Instruments durch Reduktion der Mazimumphasendifferenz zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal. Daher werden die Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals vorzugsweise angepasst, um ein erzeugtes oder empfangenes Kandidatsignal mit einer Phase, die der des ersten elektrischen Signals entspricht, auszuwählen.
Im vorliegenden Zusammenhang kann eine Phase "entsprechend" die Phase bedeuten, die am dichtesten an der Phase des ersten elektrischen Signals ist, die im Verhältnis zum ersten elektrischen Signal am wenigsten verspätet ist, oder die im Verhältnis zu der, das erste elektrische Signal das am wenigsten verspätete ist.
Eine Anzahl von Signalformen kann in Strömungsmessern der vorliegenden Art angewendet werden. In einem Beispiel kann das Mittel zum Erzeugen der Eingangssignale, das Mittel zum Erzeugen der Referenzsignale und das Mittel zum Bereitstellen der Kandidatsignale Mittel zum Erzeugen oder Bereitstellen von Rechtecksignalen umfassen, die wechselweise zwischen ihrem niedrigeren Wert und ihrem höheren Wert wechseln.
In dieser Situation kann das Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals angepasst werden, um das von den Kandidatsignalen auszuwählen, das das nächste der Kandidatsignale ist, das von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert wechseln wird, wenn zu einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert wechselt.
In einem anderen Beispiel kann das Mittel zum Erzeugen der Eingangssignale, das Mittel zum Erzeugen der Referenzsignale und das Mittel zum Bereitstellen der Kandidatsignale Mittel zum Erzeugen oder Bereitstellen von Signalen mit wohldefinierten Maxima und Minima umfassen und wechselweise dazwischen wechseln.
In dieser Situation kann das Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals angepasst werden, um das der Kandidatsignale auszuwählen, das das nächste der Kandidatsignale ist, das sein Maximum oder Minimum erreichen wird, wenn zu einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal ein Maximum oder Minimum erreicht.
Anstatt oder zusätzlich dazu eine Anzahl von Kandidatsignalen zu erzeugen oder bereitzustellen, kann der Strömungsmesser Mittel zum Bereitstellen eines Hochfrequenzsignals mit einer Frequenz, die im wesentlichen höher als die des ersten elektrischen Signals ist, umfassen, und das Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals kann angepasst werden, um das erste Referenzsignal basierend auf dem Hochfrequenzsignal zu erzeugen.
In dieser Situation kann das Mittel zum Bereitstellen des Hochfrequenzsignals angepasst werden, um ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen eine ganze Zahl mal eine Frequenz des ersten elektrischen Signals ist, bereitzustellen, und das Mittel zum Erzeugen des ersten Referenzsignals kann ein Frequenztrennungsmittel zum Empfang des Hochfrequenzsignals und zum Ausgeben des ersten Referenzsignals umfassen mit einer Frequenz, die im wesentlichen der des ersten elektrischen Signals gleicht.
In einem ersten Beispiel kann das Mittel zum Erzeugen der Eingangssignale, das Mittel zum Erzeugen der Referenzsignale und das Mittel zum Bereitstellen des Hochfrequenzsignals wiederum angepasst werden, um Rechtecksignale, die wechselweise zwischen ihrem niedrigeren Wert und ihrem höheren Wert wechseln, zu erzeugen oder bereitzustellen.
Wenn die Frequenztrennungsmittel dafür angepasst sind, nicht nur ein einziges Signal, sondern eine Anzahl von Kandidatsignalen vom Hochfrequenzsignal zu erzeugen, kann das Mittel zum Erzeugen der ersten und zweiten Referenzsignale Mittel zum Auswählen des der Kandidatsignale umfassen, das das nächste der Kandidatsignale ist, das von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert oder umgekehrt wechseln wird, wenn zu einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert wechselt.
In einem anderen Beispiel kann das Mittel zum Erzeugen der Eingangssignale, das Mittel zum Erzeugen der Referenzsignale und das Mittel zum Bereitstellen des Hochfrequenzsignals Mittel zum Erzeugen oder Bereitstellen von Signalen mit wohldefinierten Maxima und Minima umfassen und wechselweise dazwischen wechseln.
Natürlich können die Frequenztrennungsmittel angepasst werden, um nicht nur ein einziges Signal, sondern eine Anzahl von Kandidatsignalen vom Hochfrequenzsignal zu erzeugen.
Im anderen Beispiel kann das Mittel zum Erzeugen des ersten und des zweiten Referenzsignals angepasst werden, um das der Kandidatsignale auszuwählen, das das nächste der Kandidatsignale ist, das sein Maximum oder Minimum erreichen wird oder umgekehrt, wenn zu einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal ein Maximum oder Minimum erreicht.
Mindestens ein von den Ultraschall erzeugenden Mitteln umfasst vorzugsweise:

– einen Eingang zum Empfang von Eingangssignalen,
– ein Ultraschall erzeugendes Element, wie z.B. ein piezoelektrisches Element, zum Empfang der Eingangssignale und demgemäß zum Erzeugen von Ultraschallsignalen,
– Mittel zur Übertragung der Eingangssignale vom Eingang zum Ultraschall erzeugenden Element, wobei das Übertragungsmittel, das ein nachgiebiges Leitungselement umfasst, wie z.B. eine Feder, das gegen das Ultraschall erzeugende Element vorgespannt ist, um elektrischen Kontakt zwischen dem Eingang und dem Ultraschall erzeugenden Element bereitzustellen.

Einer der Vorteile dieser Ausführungsform ist die Tatsache, dass die typischen Lötstellen der elektrischen Verbindungen zum Ultraschall erzeugenden Element sowohl klein als auch stark sein müssen. Es sollte nicht vergessen werden, dass dieses Element typisch bei einer Frequenz in der Größenordnung von 1 MHz vibriert, und dass eine zu große Lötstelle die Vibration davon beeinflussen kann. Daher stellt die Bereitstellung dieser Vorspannung, ohne das Ultraschall erzeugende Element mit zusätzlichem Gewicht bereitzustellen, einen vorteilhaften Umformer bereit.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 18 zum Betreiben des Strömungsmessers des ersten Aspekts der Erfindung, worin die Generatormittel dafür angepasst sind, Ein und Aus geschaltet zu werden, ohne in wesentlichem Maß ihre Ausgangsimpedanz zu ändern. Dieses Verfahren umfasst:

(1)- Einschalten der Generatormittel,
(2)- Öffnen des zweiten Schaltungsmittels und Schließen des ersten Schaltungsmittels, um, unter Anwendung des ersten Ultraschall erzeugenden Mittels, ein erstes Ultraschallsignal zu erzeugen, das sich in eine erste Richtung entlang der Strömungspassage verbreitet,
(3)- Ausschalten des erzeugenden Mittels, Öffnen des ersten Schaltungsmittels und Schließen des zweiten Schaltungsmittels,
(4)- Empfang des ersten Ultraschallsignals, das den Teil der Strömungspassage passiert hat unter Anwendung des zweiten Ultraschall erzeugenden Mittels, und Erzeugung eines ersten zugehörigen elektrischen Signals,
(5)- Übertragung des erzeugten ersten zugehörigen elektrischen Signals an das Ableitungsmittel,
(6)- Ableiten in den Ableitungsmitteln eines ersten abgeleiteten Werts oder Signals, der/das mit dem erzeugten ersten zugehörigen elektrischen Signal verbunden ist,
(7)- Einschalten der Generatormittel,
(8)- Öffnen des ersten Schaltungsmittels und Schließen des zweiten Schaltungsmittels, um, unter Anwendung des zweiten Ultraschall erzeugenden Mittels, ein zweites Ultraschallsignal zu erzeugen, das sich in eine zweite Richtung entlang der Strömungspassage verbreitet, wobei die zweite Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung ist,
(9)- Ausschalten des erzeugenden Mittels, Öffnen des zweiten Schaltungsmittels und Schließen des ersten Schaltungsmittels,
(10)- Empfang des zweiten Ultraschallsignals, das den Teil der Strömungspassage passiert hat unter Anwendung des ersten Ultraschall erzeugenden Mittels, und Erzeugung eines zweiten zugehörigen elektrischen Signals,
(11)- Übertragung des erzeugten zweiten zugehörigen elektrischen Signals an das Ableitungsmittel,
(12)- Ableiten in den Ableitungsmitteln eines zweiten abgeleiteten Werts oder Signals, der/das mit dem erzeugten zweiten zugehörigen elektrischen Signals verbunden ist,
(13)- Berechnen oder Bestimmen einer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, das durch die Strömungspassage strömt, basierend auf den ersten und zweiten abgeleiteten Werten oder Signalen und unter Anwendung der Berechnungs- oder Bestimmungsmittel.

Um zusätzliche Vorteile zu erreichen, umfasst das Verfahren weiterhin vorzugsweise:

– vor dem Schritt (6), Erzeugung eines ersten Referenzsignals,
– den Ableitungsschritt (6), der das Vergleichen des ersten elektrischen Signals mit dem ersten Referenzsignal sowie das Ableiten eines ersten abgeleiteten Werts oder Signals aus dem Vergleich umfasst,
– vor dem Schritt (12), Erzeugung eines zweiten Referenzsignals,
– den Ableitungsschritt (12), der das Vergleichen des zweiten elektrischen Signals mit dem zweiten Referenzsignal sowie Bestimmen eines zweiten abgeleiteten Werts oder Signals aus dem Vergleich umfasst,
– den Berechnungs- oder Bestimmungsschritt (13), der Berechnen oder Bestimmen eines gemessenen Strömungsgeschwindigkeitwerts des Mediums in der Strömungspassage von den ersten und zweiten abgeleiteten Werten oder Signalen und von einem bekannten Verhältnis zwischen einer Frequenz und/oder Phase des ersten und zweiten Referenzsignals und/oder von einem bekannten Verhältnis zwischen einer Frequenz und/oder Phase des ersten und zweiten Referenzsignals umfasst.

Wie oben beschrieben kann das erste Referenzsignal eine Frequenz haben, die eine ganze Zahl mal die des zweiten Referenzsignals ist, das zweite Referenzsignal kann eine Frequenz haben, die eine ganze Zahl mal die des ersten Referenzsignals ist, oder die ersten und zweiten Referenzsignale können im wesentlichen gleiche Frequenzen haben. In der letzten Situation ist eine Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Referenzsignalen vorzugsweise bekannt. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Referenzsignale im wesentlichen identisch.
Normalerweise erzeugt jedes Ultraschall erzeugende Mittel Ultraschallsignale in Erwiderung auf ein Eingangssignal, und worin eine Frequenz des Ultraschallsignals einer Frequenz des Eingangssignals entspricht.
Die Eingangssignale für die individuellen Ultraschall erzeugenden Mittel werden typisch wechselweise erzeugt.
Um ein Verfahren zur Ermittlung einer Phasendifferenz anzuwenden, wird das erste Referenzsignal vorzugsweise mit einer Frequenz, die im wesentlichen einer Frequenz des ersten elektrischen Signals gleicht, erzeugt, und das zweite Referenzsignal wird vorzugsweise mit einer Frequenz, die im wesentlichen einer Frequenz des zweiten elektrischen Signals gleicht, erzeugt.
In diesem Fall betrifft der erste abgeleitete Wert oder das erste abgeleitete Signal vorzugsweise eine Phasendifferenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem ersten Referenzwert, und der zweite abgeleitete Wert oder das zweite abgeleitete Signal betrifft vorzugsweise eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten elektrischen Signal und dem zweiten Referenzwert.
In diesem Fall kann der gemessene Strömungsgeschwindigkeitswert des Mediums in der Strömungspassage beim Subtrahieren der ersten und zweiten abgeleiteten Werte oder Signale und Multiplizieren eines resultierenden Werts mit einem vorbestimmten Parameter berechnet oder bestimmt werden.
Wie oben beschrieben kann ein oder mehrere Kandidatsignal(e) mit im wesentlichen derselben Frequenz oder einer Anzahl von verschiedenen Frequenzen vorgesehen sein. Eine Anzahl der Kandidatsignale kann im wesentlichen dieselbe Frequenz haben, wovon mindestens einige verschiedene Phasen haben.
Dann kann das erste Referenzsignal als eines der empfangenen Kandidatsignale gewählt werden, wie das Kandidatsignal mit einer Phase und einer Frequenz, die den des ersten elektrischen Signals entsprechen.
In einem Beispiel sind die Eingangssignale, die Referenzsignale und die Kandidatsignale im wesentlichen Rechtecksignale, die alternativ zwischen ihrem niedrigeren Wert und ihrem höheren Wert wechseln.
In diesem Beispiel kann das gewählte Kandidatsignal das sein, das, wenn an einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert wechselt, das nächste der Kandidatsignale ist, das vom niedrigeren Wert zum höheren Wert wechseln wird oder umgekehrt.
In einem anderen Beispiel können die Eingangssignale, die Referenzsignale und die Kandidatsignale wohldefinierte Maxima und Minima haben und wechselweise dazwischen wechseln, wobei das gewählte Kandidatsignal das sein kann, das, wenn an einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal ein Maximum oder ein Minimum erreicht, das nächste der Kandidatsignale ist, das sein Maximum oder Minimum erreichen wird oder umgekehrt.
Außerdem oder alternativ zur Bereitstellung der Kandidatsignale, kann ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen höher als die des ersten elektrischen Signals ist, vorgesehen werden, und das erste Referenzsignal kann auf Basis des Hochfrequenzsignals erzeugt werden.
Das Hochfrequenzsignal kann somit eine Hochfrequenz haben, die im wesentlichen eine ganze Zahl mal die des ersten elektrischen Signals ist, und das erste Referenzsignal kann mittels einer Frequenztrennung des Hochfrequenzsignals erzeugt werden.
In einem ersten Beispiel können die Eingangssignale, die Referenzsignale und das Hochfrequenzsignal im wesentlichen Rechtecksignale sein, die wechselweise zwischen ihrem niedrigeren Wert und ihrem höheren Wert wechseln.
Es ist tatsächlich wünschenswert, dass eine Anzahl von Kandidatsignalen vom Hochfrequenzsignal erzeugt werden kann.
Im ersten Beispiel kann das gewählte Kandidatsignal das sein, das, wenn zum einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert wechselt, das nächste der Kandidatsignale ist, das von seinem niedrigeren Wert zu seinem höheren Wert wechseln wird oder umgekehrt.
In einem anderen Beispiel können die Eingangssignale, die Referenzsignale und das Hochfrequenzsignal wohldefinierte Maxima und Minima haben und wechselweise dazwischen wechseln.
Eine Anzahl von Kandidatsignalen kann vom Hochfrequenzsignal erzeugt werden, und das gewählte Kandidatsignal kann das sein, das, wenn zu einem Zeitpunkt angefangen wird, wo das erste elektrische Signal ein Maximum oder ein Minimum erreicht, das nächste der Kandidatsignale ist, das sein Maximum oder Minimum erreichen wird oder umgekehrt.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Strömungsmessers, die beide Aspekte der Erfindung umfasst, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin
1 in Form eines Blockdiagramms den elektronischen Aufbau des bevorzugten Strömungsmessers darstellt, und
2 eine Querschnittsansicht durch einen bevorzugten Umformer zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung ist.
In 1 umfasst der Strömungsmesser 2 einen Hochfrequenzoszillator 4, der ein 4 MHz Rechtecksignal erzeugt, das in einen Mikroprozessor 6 eingegeben wird.
Im Mikroprozessor 6 ist das Hochfrequenzsignal in ein 1 MHz Signal geteilte Frequenz, das zu einem der zwei Eingänge eines NOR-Gatters 8 übertragen wird. Zusätzlich zum 1 MHz Signal erzeugt der Mikroprozessor auch ein Start/Stop-Signal, das in den anderen Eingang des Gatters 8 eingegeben wird, um den Output des Gatters 8 zu steuern. Wenn das Start/Stop-Signal niedrig ist, wird das 1 MHz Signal durch das Gatter 8 zu einem Hochpassfilter 10 übertragen, das irgendwelchen DC-Komponentenoutput vom Gatter 8 entfernt.
Wenn das Start/Stop-Signal vom Mikroprozessor hoch ist, wird das Gatter 8 ein konstantes, niedriges Signal ausgeben und dabei das 1 MHz Signal blockieren.
Um die Ultraschallsignale zu erzeugen und diese in der Strömungspassage (nicht dargestellt) zu empfangen, sind zwei Ultraschallumformer 12 und 14 in der Strömungspassage (nicht dargestellt) angebracht, so dass sie Ultraschallsignale direkt aufeinander erzeugen können. Zusätzlich dazu können die Umformer 12 und 14 als Ultraschallempfänger funktionieren. Umformer dieser Art sind seit langem bekannter Stand der Technik.
Vor dem Eingeben des Outputs des Hochpassfilters 10 in einen der zwei Umformer 12 oder 14 wird das Signal durch einen Widerstand 16 übertragen. Schaltungsmittel 18 und 20 werden durch den Mikroprozessor 6 gesteuert, wobei es gewählt werden kann, welcher von den Umformern 12 oder 14 den Signaloutput vom Widerstand 16 empfangen sollte und dabei als ein Überträger von Ultraschallsignalen fungiert.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Schaltungsmittel 18 und 20 so betätigt, dass nur ein Umformer 12 oder 14 zu einem bestimmten Zeitpunkt als ein Überträger fungiert. Wie oben beschrieben wird dies das Problem, das durch Reflexionen von Ultraschallsignalen, die vom Umformer ausgegeben und in der Nähe davon reflektiert werden, um zurückzukommen, wenn derselbe Umformer als ein Empfänger fungieren soll, verursacht ist, reduzieren oder komplett entfernen.
Die Schaltungsmittel 18 und 20 werden so betätigt, dass jeweils nur ein, 18 oder 20, geschlossen ist, so dass der entsprechende Umformer 12 bzw. 14 als ein Ultraschallgenerator fungiert, wenn ein Signal, das vom Widerstand 16 ausgegeben wird, empfangen wird.
Nach Einführen, unter Anwendung des Umformers 12, von Ultraschallsignalen in die Strömungspassage (nicht dargestellt), wird das Schaltungsmittel 18, das während des Erzeugens von Ultraschallsignalen geschlossen ist, geöffnet, und das andere Schaltungsmittel 20 wird rechtzeitig geschlossen, bevor die Ultraschallsignale vom anderen Umformer 14 empfangen werden – und umgekehrt. Entsprechende elektrische Signale, die durch den Umformer 14 erzeugt werden, werden anschließend durch das geschlossene Schaltungsmittel 20 an einen elektrischen Leiter 22 übertragen, der die Generatormittel (bestehend aus dem Oszillator 4, dem Mikroprozessor 6, dem Gatter 8, dem Filter 10 und dem Widerstand 16) mit einer elektronischen Schaltung verbindet, die dafür eingerichtet ist, die elektrischen Signale zu empfangen und letztendlich einen gemessenen Strömungswert des Mediums in der Strömungspassage (nicht dargestellt) zu berechnen oder zu bestimmen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das empfangene elektrische Signal, das durch den Umformer, der die Ultraschallsignale empfängt, erzeugt wird, Input zu einem Eingang eines Phasendetektors 32 zum Ermitteln der Phasendifferenz zwischen dem empfangenen elektrischen Signal und einem Referenzsignalinput auf einem anderen Eingang des Phasendetektors 32.
Außerdem werden die empfangenen Signale in einen Synchronisierungskreislauf 28 eingegeben, der auch das 4 MHz Rechtecksignal vom Oszillator 4 und ein Start/Stop-Signal vom Mikroprozessor 6 empfängt. Die Funktion des Kreislaufes 28 ist, aus dem 4 MHz Signal ein 1 MHz Signal (durch Frequenztrennung) zu erzeugen, das dem der 1 MHz Signale entspricht, die vom 4 MHz Signal mit einer Phase, die dem besten zu dem empfangenen 1 MHz Signaloutput vom Empfangsumformer 12 oder 14 entspricht, ableitbar sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Frequenztrennung, die im Kreislauf 28 ausgeführt wird, durch Auswählen des ersten low-to-high-Flansches des 4 MHz Signals nach einem low-to-high-Flansch des empfangenen Signals synchronisiert. Nach Bestimmung, welche Flanschteile des 4 MHz Signals Flanschteilen des gewünschten 1 MHz Referenzsignals entsprechen sollen, kann Standard Frequenztrennung angewendet werden. Die danach folgende Frequenztrennung kann einfach ausgeführt werden, da die Flansche des 4 MHz Signals dafür angewendet werden können, die des 1 MHz Signals zu bestimmen. Die Erzeugung des resultierenden 1 MHz Signals kann mit ziemlich einfachen elektronischen Digitalgattern geschaffen werden.
Eigentliches Auswählen dieser Flanschteile und dabei die Synchronisierung des Kreislaufes 28 wird durch den Mikroprozessor 6 ausgeführt.
Das 1 MHz Referenzsignal, das durch den Kreislauf 28 erzeugt wird, wird zu einem Steuerungskreislauf 30, der auch ein Signal vom Mikroprozessor 6 empfängt, übertragen. Das Signal vom Prozessor 6 betrifft die Anzahl von Impulsen, die im Phasendetektorkreislauf 32 angewendet werden soll, wenn die Phasendifferenz zwischen dem 1 MHz Referenzsignal, das im Kreislauf 28 erzeugt wird, und dem empfangenen Signal festgestellt wird.
Der Kreislauf 30 stellt ein Reset-Signal für den Phasendetektor 32 zum Zurückstellen des Phasendetektors 32 bereit, wenn die gewünschte Anzahl vom Impulsen im Detektor 32 angewendet worden ist.
Eine bevorzugte Messung einer Strömung eines Mediums wird als folgt ausgeführt:
Um das Referenzsignal, das in zwei Standardmessungen angewendet werden soll, zu bestimmen (ein Signal mit Ultraschallsignalen, die sich stromabwärts bewegen, und eins mit Ultraschallsignalen, die sich stromaufwärts bewegen), wird eine erste Messung ausgeführt, wo der Mikroprozessor 6 beginnt, das 4 MHz Signal vom Oszillator 4 frequenzzutrennen und das 1 MHz Signal zum NOR-Gatter 8 zu übertragen. Danach wird das Start/Stop-Signal, das auch vom Mikroprozessor 6 zum NOR-Gatter 8 übertragen wird, von hoch zu niedrig gewechselt, so dass das 1 MHz Signal vom Mikroprozessor 6 durch das Gatter 8, das Filter 10 und den Widerstand 16 zum Umformer 12, der stromabwärts in der Strömungspassage (nicht dargestellt) im Verhältnis zum Umformer 14 angebracht ist, übertragen wird. Natürlich ist das Schaltungsmittel 18 geschlossen, damit der Umformer 14 das Ultraschallsignal ausgibt. Eine kleine Weile später, aber bevor das Ultraschallsignal den Umformer 14 erreicht hat, wird das Gatter 8 dafür eingestellt, das Signal vom Mikroprozessor 6 zu blockieren, der Mikroprozessor 6 hört auf, das Signal vom Generator 4 zu trennen, das Schaltungsmittel 18 wird geöffnet, und das Schaltungsmittel 20 wird geschlossen, damit der Umformer 14 als ein Empfänger fungiert. Das empfangene Signal, das durch den Umformer 14 erzeugt wird, wenn das Ultraschallsignal empfangen wird, wird zum elektrischen Leiter 22 und zu einem Eingang des Phasendetektors 32 übertragen. Gleichzeitig wird das elektrische Signal via den elektrischen Leiter 22 zum Synchronisierungskreislauf 28 übertragen, worin die oben beschriebene Bestimmung und Erzeugung des Referenzsignals ausgeführt wird. Anschließend wird die Erzeugung des Referenzsignals zur Anwendung in den folgenden zwei "richtigen" Messungen beibehalten.
Es sollte beachtet werden, dass die Ergebnisse aus dem Phasendetektor 32, dem Impulsverstärker 36 und dem Mikroprozessor 6 in dieser Verbindung nicht angewendet werden, da keine Messung ausgeführt wird.
Im Anschluss an diese einleitende Messung können die zwei Standardmessungen ausgeführt werden, worin die Umformer 12 und 14 wechselweise das 1 MHz Signal durch das Gatter 8, das Filter 10 und den Widerstand 16 empfangen, und wo der andere Umformer 14 oder 12 das Signal empfängt, es zum Phasendetektor 32 überträgt, und wo der Mikroprozessor 6 gleichzeitig den Kreislauf 30 beauftragt, eine vorbestimmt Anzahl von Impulsen, wie z.B. 12 Impulse, des Referenzsignals, das im Kreislauf 28 erzeugt ist, zum Phasendetektor 32 sowie Information, die sich auf diese Anzahl von Impulsen zum Mikroprozessor (nicht dargestellt) bezieht, zu übertragen.
Im Phasendetektor 32 werden die 12 Impulse vom Kreislauf 30 mit derselben Anzahl von Impulsen im empfangenen Signal vom elektrischen Leiter 22 korreliert, und der Phasendetektor 32 gibt 12 Impulse aus, wobei jeder Impuls der Phasendifferenz zwischen jedem der entsprechenden Impulse des Referenzsignals und des empfangenen Signals entspricht. Die Impulse, die durch den Phasendetektor 32 erzeugt werden, werden zum Impulsverstärker 36, wie z.B. der, der im dänischen Gebrauchsmuster Nr. 9400101 beschrieben ist, übertragen, worin ein einzelner Impuls mit einer Breite, die 1000 mal die akkumulierte Breite der 12 Impulse ist, die durch den Phasendetektor 32 erzeugt werden, erzeugt wird. Dieser resultierende Impuls wird zum Mikroprozessor 6 für die letzte Bestimmung der Strömung des Mediums übertragen.
Im Anschluss an diese Messung beginnt der Mikroprozessor 6, wieder das Signal vom Oszillator 4 frequenzzutrennen, und das Gatter 8 wird beauftragt, wieder das Signal durch das Filter 10, den Widerstand 16 und dieses Mal zum Umformer 14 durch das geschlossene Schaltungsmittel 20 zu übertragen. Wie oben beschrieben, wechseln die Schaltungsmittel wieder, der Mikroprozessor 6 hört auf frequenzzutrennen, das Gatter 8 wird beauftragt, irgendwelche Signale zu blockieren, der Umformer 12 fungiert jetzt als Empfänger und, letztendlich, erzeugt der Impulsverstärker 36 wieder einen neuen Impuls, der 1000 mal breiter als die akkumulierte Breite der 12 durch den Phasendetektor 32 erzeugten Impulse ist.
Im Mikroprozessor 6 wird die Breite der zwei Impulse, die durch den Impulsverstärker 36 erzeugt werden, bestimmt und subtrahiert. Das Ergebnis dieser Subtraktion ist ein Maß, das sich direkt auf die Übertragungszeitdifferenz zwischen den zwei Ultraschallsignalen, die sich im Medium bewegen, und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums bezieht. Sind die Dimensionen der Strömungspassage bekannt, wie z.B. ein Rohr, worin das Medium strömt, ergibt Standardmathematik ein Maß der Strömung des Mediums.
In dieser Berechnung ist Information, die sich auf die Anzahl von Impulsen bezieht, die im Phasendetektor 32 und Impulsverstärker 36 angewendet werden, natürlich notwendig, um einen korrekten Wert der Strömung zu erreichen. Wie oben beschrieben wird diese Information durch den Kreislauf 30 bereitgestellt und zum Mikroprozessor 6 übertragen.
Da der Signaloutput vom Empfangsumformer kein Rechtecksignal, sondern eher wie ein Sinus-ähnliches Signal ist, wird ein Vergleicher 24 vorzugsweise zur Erzeugung eines Rechtecksignals vom Sinus-ähnlichen Signal eingesetzt. Der Vergleicher 24 empfängt eine Referenzspannung, die die Grenze zwischen den niedrigeren und höheren Werten des Rechtecksignals definiert. Diese Referenzspannung ist vorzugsweise 0.
Um in der Lage zu sein, das vorliegende System zu kalibrieren, wird es derzeit bevorzugt, in das Empfangsmittel via eine Addiereinrichtung 26 einen einzelnen Impuls mit einer vorbestimmten Breite einzusetzen. Diesen Impuls durch den Phasendetektor 32 und den Impulsverstärker 36 zu übertragen, würde einen Impuls mit einer bestimmten Breite ergeben. Basierend auf der Beziehung zwischen der vorbestimmten Breite und der resultierenden Breite des Impulses vom Impulsverstärker 36 kann das System kalibriert werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Anwendung des Kalibrierungsimpulses und des elektrischen Elements 26 für die Funktion des vorliegenden Instruments nicht ausschlaggebend ist. Um lediglich Messungen von Strömungswerten auszuführen, kann der elektrische Leiter direkt in einen Eingang des Detektors 32 eingesetzt werden.
Als wohlbekannt interagiert die Temperatur des Strömungsmessers und des Mediums stark mit Messungen dieser Art. Daher wird es derzeit bevorzugt, auch mindesten einen Teil dieses Strömungsmessers zum Ausführen von Temperaturmessungen anzuwenden. Zurzeit wird eine Temperaturmessung bei Anwendung eines Temperatursensors 38 ausgeführt, der einen PTC-Widerstand (nicht dargestellt) mit einem positiven Temperaturkennwert (d.h. ein Widerstand, der mit ansteigender Temperatur ansteigt) und einem Kondensator (nicht dargestellt) umfasst. Erzeugung eines Rechteckimpulses über den Widerstand (nicht dargestellt) und den Kondensator (nicht dargestellt) würde abhängig vom Widerstand des Widerstandkörpers und dabei von der Temperatur eine Auf-/Entladung des Kondensators (nicht dargestellt) ergeben.
Dieser resultierende Impuls wird anschließend in einen Rechteckimpuls durch Standardmittel (nicht dargestellt) transformiert und in den Impulsverstärker 36 und dabei zum Mikroprozessor 6 übertragen, wo die Temperatur von der Breite des Impulses und basierend auf einer Standardkalibrierung bestimmt werden kann. Anschließend kann diese Temperaturmessung bei den Messungen, wie es an sich bekannt ist, beteiligt werden.
Es sollte beachtet werden, dass eine Temperaturmessung natürlich nicht gleichzeitig mit einer Strömungsmessung durchgeführt werden kann. Eingeben des resultierenden Rechteckimpulses in den Impulsverstärker 36 kann dadurch bereitgestellt werden, dass ein logisches Gatter 34, wie z.B. eine Addiereinrichtung, zwischen dem Phasendetektor 32 und dem Impulsverstärker 36 eingebaut wird. Ansteuerung dieses Gatters 34 wird bestimmen, welches Signal von dem vom Temperaturmessungsmittel 38 und dem vom Phasendetektor 32 zum Impulsverstärker 36 fortsetzen soll.
Der vorliegende Aufbau hat eine Reihe von Vorteilen, besonders aufgrund der Tatsache, dass, im Gegensatz zum obengenannten, die Stromaufwärts- und Stromabwärtsmessungen die Anwendung von verschiedenen Referenzsignalen einbeziehen können. Durch Bereitstellung zweier Kreisläufe 28, die dieselben Eingänge umfassen, kann ein Kreislauf 28 zur Bestimmung und Erzeugung von Referenzsignal für Stromaufwärtsmessung und der andere für Stromabwärtsmessung angewendet werden. In der obenerwähnten Ausführungsform ist beschrieben, wie ein 4 MHz Signal in ein 1 MHz Signal geteilt wird. Vier 1 MHz Signale können natürlich einfach von den 4 MHz Signalen so abgeleitet werden, dass die 1 MHz Signale verschiedene Phasen haben. In der geänderten Ausführungsform unter Anwendung zweier Referenzsignale können die Synchronisierungskreisläufe 28 weiterhin Mittel nicht nur für die Erzeugung des Referenzsignals mit einer Phase umfassen, die der des empfangenen Signals, das durch den Empfangsumformer erzeugt wird, entspricht, sondern auch Mittel zum Identifizieren davon, welches von den obengenannten z.B. vier möglichen 1 MHz Signalen, die vom 4 MHz Signal erreicht werden können, wirklich als das Referenzsignal für Stromaufwärts- bzw. Stromabwärtsmessungen angewendet wird.
Basierend auf den Impulsen, die durch den Impulsverstärker 36 erzeugt werden, und Information, die sich auf die Phasendifferenz zwischen den zwei angewendeten Referenzen bezieht, kann eine Strömungsmessung einfach erreicht werden.
Der Vorteil dieser geänderten Ausführungsform ist, dass die Phasendifferenz zwischen den empfangenen Signalen und den Referenzsignalen kleiner sein kann, wobei die Anforderungen an den dynamischen Bereich des Impulsverstärkers 36 reduziert werden kann.
Der dynamische Bereich des Detektors ist auf den Maximum 2π minus die Maximumphasendifferenz, die zwischen dem vom Empfangsumformer empfangenen Signal und dem gewählten Referenzsignal (im obengenannten Beispiel π/2) möglich ist, begrenzt. Dieser Bereich kann ausgeweitet werden, wenn die Maximumphasendifferenz reduziert werden kann. Diese Maximumphasendifferenz kann auf π/4 dadurch reduziert werden, dass das 4 MHz Signal, das zum Prozessor 6 übertragen ist, invertiert wird, wobei das in den übertragenden Umformer eingespeiste Signal π/4 phasenverschoben wird. Invertierung dieses Signals kann z.B. durch eine einfache XO-Verfahren ausgeführt werden. Diese Reduktion der Maximumphasendifferenz kann dadurch erreicht werden, dass die Phasendifferenz bestimmt wird, wenn das Referenzsignal bestimmt worden ist. Wenn diese Phasendifferenz größer als π/4 ist, wird das 4 MHz Signal invertiert, wonach eine neue Messung ausgeführt werden kann, was zu einer niedrigeren Maximumphasendifferenz und, folglich, einem größeren dynamischen Bereich des Detektors führt.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Referenzsignal vorbestimmt und während einer Messung nicht geändert werden. Anpassung der Phasendifferenz kann dann dadurch ausgeführt werden, lediglich die Phase des 1 MHz Signaloutputs vom Prozessor 6 anzupassen. Natürlich kann dieses Signal auf die gleiche Weise erzeugt werden, wie es in der Elektronik 28 ausgeführt beschrieben ist, sowie wie oben beschrieben invertiert werden. Auf diese Weise können dieselben Vorteile als die obengenannten erreicht werden.
Ein anderer Vorteil, der durch Aufbauten dieser Art bereitgestellt wird, ist die Tatsache, dass die Frequenz der Ultraschallsignale relativ einfach geändert werden kann, dadurch dass die Frequenz des Oszillators 4, und, natürlicherweise, die Operation und das Timing des Mikroprozessors 6 geändert werden.
Eine Beschränkung mit Strömungsmessern mit festgelegter Frequenz ist die Tatsache, dass diese Instrumente nur mit großen Schwierigkeiten Phasendifferenzen, die größer als 2π sind, messen können. Dies bedeutet, dass die Übertragungszeitdifferenzen in den zwei Richtungen, die größer als 1 μs für 1 MHz Signale sind, typisch nicht gemessen werden können, einfach weil das System nicht bestimmen kann, ob es eine sehr kleine Strömung gibt, oder ob die Strömung sehr groß ist. Dieses Problem kann dadurch vermieden werden, dass die Frequenz des Oszillators 4 reduziert wird, wie z.B. auf 2 MHz. Dieses wird, unter Anwendung der obenbeschriebenen Frequenztrennung durch einen Faktor von vier in den Kreisläufen 28 und 6, bewirken, dass die Umformer 12 und 14 500 kHz Signale ausgeben und ermitteln. Dies bedeutet wiederum, dass das System jetzt die Übertragungszeitdifferenzen von bis zu 2 μs handhaben kann. Folglich würde diese Änderung der Frequenz der dynamische Bereich des ganzen Strömungsmessers erhöhen.
Darüber hinaus kann in einer alternativen Ausführungsform die Stromaufwärts- und Stromabwärtsmessung mit verschiedenen Frequenzen ausgeführt werden. Dies kann die Anwendung von verschiedenen Umformern für diese Messungen erfordern. Dies wird jedoch nicht als ein Problem angesehen, da mehr als zwei Umformer auf dem elektrischen Leiter 22 einfach vorgesehen werden können, wobei die Vorteile der Erfindung noch erreicht werden.
Ein anderer Vorteil des Aufbaus der Umformer 12 und 14, des elektrischen Leiters 22 und der Schaltungsmittel 18 und 20 ist die Tatsache, dass die Impedanz des Aufbaus dieselbe ist, wenn ein bestimmtes Schaltungsmittel geöffnet und das andere geschlossen wird, d.h. unabhängig davon, ob der tätige Umformer als Umformer oder Detektor funktioniert. In dieser Art von Aufbau wird irgendwelche Impedanzveränderung im Umformer automatisch ausgeglichen. Daher können weniger strenge Anforderungen an den Umformer gestellt werden.
Wenden Sie sich jetzt an 2, wird eine Querschnittsansicht eines bevorzugten Umformers für die Anwendung im vorliegenden System dargestellt.
Bereitstellung von elektrischen Kontakten zum vibrierenden Element, typisch einem piezoelektrischen Element, des Umformers ist seit langem schwierig, da das Element typisch ein keramisches Material ist und vibrieren können muss, wobei z.B. Löten nicht einfach ausgeführt werden kann. In typischen Elementen dieser Art soll eine Lötung nah an das Zentrum des Elements angebracht werden. Diese Lötung soll ziemlich klein und doch ziemlich stark gemacht werden. Bilden einer zu großen Lötung wird dem Element eine große zusätzliche Masse beibringen und daher seine Vibration beeinflussen.
Wie es für Umformer typisch ist, hat der Umformer 50 in 2 ein vibrierendes Element 52, wie z.B. ein piezoelektrisches Element, in einem Umformergehäuse 54 durch eine Stahlmembran und eine klebende Schicht gehalten.
Typischerweise umfasst das Element 52 eine erste Elektrode 62, die aus einer Metallschicht besteht über die Seite 52', die vom Umformergehäuse 54 weg zeigt, über die peripheren Kanten 52'' des Elements 52 und entlang der peripheren äußeren Teile der Seite 52''' des Elements 52, die gegen das Umformergehäuse 54 zeigt. Eine zweite Elektrode 64 besteht aus einer Metallschicht, die die zentralen Teile der Seite 52'' abdeckt.
Um elektrische Kontakte von der Elektronik (wie z.B. vom Filter 16 in 1) zum Element 52 bereitzustellen, werden Feder 58 und 60 im Gehäuse 54 und für Bereitstellung von Kontakt zu den ersten bzw. zweiten Elektroden vorgesehen.
Anwendung der Federn 58 und 60 statt der typischen auf Lötung basierten Verbindungen hat den Vorteil, dass die Herstellung des Umformers 50 schneller und billiger ausgeführt werden kann. Diese Verbindungen können jedoch über Zeit variieren. Wegen des vorliegenden Aufbaus wird diese Veränderung jedoch automatisch ausgeglichen.
Eigentlich gleicht die Anwendung des vorliegenden Aufbaus verschiedene akustische Ladungen der Umformer aus, wie z.B. Ladungen, die durch Änderungen im Druck des Mediums verursacht sind, die durch Änderungen der Weise, worin das piezoelektrische Element im Umformer gehalten wird, verursacht sind, wie z.B. Spannungsänderungen, die durch verschiedene Temperaturerweiterungskoeffizienten der verschiedenen Materialien darin geschaffen sind und aufgrund variierender Temperaturen des Mediums.
BEISPIEL ein alternatives Verfahren zur Bestimmung der Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten elektrischen Signalen
Anstatt eines oder mehrerer Signale, die als die Referenzsignale direkt angewendet werden, bereitzustellen, kann ein alternatives Verfahren angewendet werden, worin ein Hochfrequenzsignal zum Erproben der ersten und zweiten elektrischen Signale und zum Erzeugen eines Sinus-ähnlichen Signals, das bei der Bestimmung einer Phasendifferenz zwischen den ersten und elektrischen Signalen angewendet werden soll, angewendet wird.
Im vorliegenden Beispiel haben die ersten und zweiten elektrischen Signale vorzugsweise eine Frequenz von 1 MHz, und das Hochfrequenzsignal hat ein Multiplum von 1 MHz, wie z.B. 10-40 MHz, vorzugsweise 16 MHz.
Unter Anwendung dieses Hochfrequenzsignals zum Timen des Erprobens eines Teils des ersten elektrischen Signals kann die erreichte Information in einer rein digitalen Bestimmung der Phasendifferenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und einem Referenzsignal, das durch das Hochfrequenzsignal und die Anfangszeit des Erprobens repräsentiert ist, angewendet werden.
Diese Bestimmung kann auf mehrere Weisen ausgeführt werden, wie z.B. Anwendung einer Fouriertransformation. Eine Fouriertransformation erzeugt ein Amplitudespektrum (als eine Frequenzfunktion) und ein Phasenspektrum (als eine Frequenzfunktion) des erprobten Signals. Vom Phasenspektrum kann die Phase, die sich auf eine Frequenz von 1 MHz bezieht, abgeleitet werden.
Da nur die 1 MHz Information im erprobten Signal von Interesse ist (im vorliegenden Fall, wo das erste elektrische Signal eine Frequenz von 1 MHz hat), kann eine DFT (Discrete Fourier Transformation) jedoch angewendet werden. Dieses Verfahren ist rechnerisch leichter, da es durchgeführt werden kann, um nur z.B. die 1 MHz Phaseninformation zu erzeugen und nicht auch eine große Menge von reichlicher Information (wie es die Fouriertransformation in dieser Situation tun würde).
Diese DFT wird Phaseninformation bezogen auf 1) das erprobte Signal und 2) ein 1 MHz Signal, das durch das Hochfrequenzsignal und die Anfangszeit des Erprobens repräsentiert ist, geben. Wenn das Hochfrequenzsignal dasselbe ist (selbe Frequenz), und die Anfangszeit von Messung zu Messung dieselbe ist, können die Phasendifferenzen, die von den ersten und zweiten elektrischen Signalen erreicht werden, subtrahiert werden, um eine Phasendifferenz zwischen den Signalen zu erreichen.
Um zu gewährleisten, dass der gleiche Anfangspunkt in allen Messungen gewählt wird, wird dieser vorzugsweise vom elektrischen Signal, das erprobt werden soll, definiert. Somit wird ein wohldefinierter Teil, wie z.B. ein Teil, der mit einem lokalen Maximum, einem lokalen Minimum oder einem Nulldurchgang anfängt, erprobt, gespeichert und als Basis der Bestimmung der Phasendifferenz angewendet.
Nach Ausführen dieser Bestimmung unter Anwendung der ersten und zweiten elektrischen Signale, können die bestimmten Phasendifferenzen (die sich annähernd auf das gleiche "Referenzsignal" beziehen) subtrahiert werden, um die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten elektrischen Signalen zu erreichen.
Somit können als Referenzsignale nicht nur Standardsignale angewendet werden. Auch Signale der obengenannten Art, die dieselbe Aufgabe ausführen, können bereitgestellt werden, um eine Referenz vorzusehen, gegen die eine Phasendifferenz bestimmt werden kann.
Im folgenden ist eine Anwendungsmethode der bevorzugten DFT gegeben:
Zunächst wird dieses Hochfrequenzsignal dafür angewendet, das Erproben eines Teils des ersten elektrischen Signals zu timen. Dieses Erproben wird an einem wohldefinierten Zeitpunkt in Verbindung mit dem elektrischen Signal, das erprobt werden soll, gestartet. Die erprobten Werte werden in einem ersten passenden Datenspeicher gespeichert.
In einem zweiten passenden Speicher werden eine Anzahl von Werten, wie z.B. 16 Werte, die eine sinusgeformte Kurve beschreiben, gespeichert. Es ist klar, dass diese Werte ein Signal, das einem 1 MHz Signal entspricht, erzeugen werden, wenn sie fortlaufend vom zweiten Speichermittel auf eine Weise, die durch das 16 MHz Signal getimed ist, gelesen werden.
Eine Phasenkorrelation zwischen den Signalen, die im ersten und zweiten Speichermittel gespeichert sind, kann dadurch bestimmt werden, die Werte zwei und zwei zu multiplizieren (erster Wert zum ersten Wert, der zweite Wert zum zweiten usw. usw.), und schließlich die erreichten Werte zu addieren. Das Endergebnis bezieht sich auf die Überlappung der Signale – und somit den Sinus zu ihrer Phasendifferenz – und die Amplitude der Signale, da die Frequenzen der zwei gespeicherten Signale mindestens annähernd die gleichen sind.
Die gleiche Operation wird mit dem gleichen gespeicherten Teil des ersten elektrischen Signals und dem Signal, das im ersten Speichermittel gespeichert ist, ausgeführt – aber diesmal durch ½ Periode phasenverschoben. Aus dieser Operation wird einen zweiten Wert erreicht, der sich auf den Kosinus zur Phasenverschiebung – und dieselbe Amplitude bezieht.
Die zwei erreichten Werte können jetzt dafür angewendet werden, die unbekannte Amplitude von den Gleichungen zu eliminieren und die Phasenverschiebung zwischen dem Signal, das zwischen der Information im ersten Speichermittel repräsentiert ist, und dem ersten elektrischen Signal zu trennen und bestimmen.
Eine ähnliche Operation kann in Verbindung mit dem zweiten elektrischen Signal ausgeführt werden, das auf die gleiche Weise unter Anwendung desselben Hochfrequenzsignals und der Information im ersten Speichermittel erprobt und bearbeitetet werden kann. Aus dieser Operation kann eine zweite Phasendifferenz zwischen dem Signal, das zwischen der Information im ersten Speichermittel repräsentiert ist, und dem zweiten elektrischen Signal bestimmt werden.
Von diesen zwei Phasendifferenzen kann die Phasendifferenz zwischen den ersten und den zweiten elektrischen Signalen bestimmt werden – ohne die direkte Anwendung von einem oder mehreren Referenzsignalen.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die analoge Elektronik, die typisch zur Bestimmung der Phasendifferenzen (die typisch sehr klein sind) angewendet wird, durch digitale Elektronik, die bessere Präzision bereitstellt, ersetzt werden kann.

Claims

Strömungsmesser (2) zum Messen der Strömung eines Mediums durch eine Strömungspassage, darin definiert und umfassend – mindestens zwei Ultraschall erzeugende Mittel (12, 14) zur Erzeugung von Ultraschallsignalen basierend auf Eingangssignalen, die dazu zugeführt werden, zum Leiten solcher Signale in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang mindestens einem Teil der Strömungspassage, und zum Empfang von Ultraschallsignalen, die den Teil der Strömungspassage passiert haben und die zugehörige elektrische Signale erzeugen, – Generatormittel (4, 6, 8, 10, 16) mit einem Ausgang zum Ausgeben von Eingangssignalen für die Ultraschall erzeugenden Mittel, – erstes Mittel zum Übertragen der Eingangssignale vom Ausgang der Generatormittel zu den Ultraschall erzeugenden Mitteln, – Ableitungsmittel (6) zum Ableiten von Werten oder Signalen, die auf den zugehörigen elektrischen Signalen basiert sind, wobei die Ableitungsmittel einen Eingang haben, der dafür angeordnet ist, die zugehörigen elektrischen Signale zu empfangen, – Berechnungs- oder Bestimmungsmittel (6), die zum Berechnen oder Bestimmen einer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, das durch die Strömungspassage fließt, eingerichtet sind, basierend auf abgeleiteten Werten oder Signalen, und – zweites Mittel zum Übertragen der zugehörigen elektrischen Signale von den Ultraschall erzeugenden Mitteln zu dem Eingang der Berechnungs- oder Bestimmungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Übertragungsmittel folgendes umfasst: – mindestens einen ersten elektrischen Leiter (22), der den Ausgang der Generatormittel und den Eingang der Ableitungsmittel verbinden, – einen zweiten elektrischen Leiter (22) zum elektrischen Verbinden von jedem Ultraschall erzeugenden Mittel mit mindestens einem der ersten elektrischen Leiter, und – für jedes Ultraschall erzeugende Mittel (12, 14), mindestens ein Schaltungsmittel (18, 20) zum Ermöglichen oder Verhindern von elektrischem Stromfluss zwischen dem mindestens einen ersten elektrischen Leiter und dem eigentlichen Ultraschall erzeugenden Mittel durch den zweiten elektrischen Leiter, der das eigentliche Ultraschall erzeugende Mittel mit dem mindestens einen der ersten elektrischen Leiter elektrisch verbindet.
Strömungsmesser nach Anspruch 1, worin die Generatormittel dafür eingerichtet sind, ein- und ausgeschaltet zu werden ohne, in wesentlichem Maße eine Ausgangsimpedanz davon zu ändern.
Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich folgendes umfasst: – Mittel zur Erzeugung (28) eines ersten Referenzsignals, – Mittel zur Erzeugung (28) eines zweiten Referenzsignals, wobei die Ableitungsmittel folgendes umfassen: – Mittel zur Ableitung (6) eines ersten abgeleiteten Werts oder Signals anhand des ersten Referenzsignals und eines ersten elektrischen Signals, das durch das Empfangsmittel erzeugt ist, und das zu einem Ultraschallsignal gehört, das auf einem ersten Eingangssignal basiert ist, und das in eine erste der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungspassage übertragen wird, und – Mittel zur Ableitung (6) eines zweiten abgeleiteten Werts oder Signals anhand von dem zweiten Referenzsignal und einem zweiten elektrischen Signal, das durch das Empfangsmittel erzeugt ist, und das zu einem Ultraschallsignal gehört, das auf einem zweiten Eingangssignal basiert ist, und das im Anschluss an die Erzeugung des ersten elektrischen Signals und in eine zweite der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungspassage übertragen wird, wobei die zweite Richtung im wesentlichen entgegengesetzt der ersten Richtung ist, wobei die Berechnungs- oder Bestimmungsmittel dafür eingerichtet sind, eine Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, das durch die Strömungspassage fließt, zu berechnen oder bestimmen, basierend auf dem ersten und zweiten abgeleiteten Wert oder Signal und basierend auf einem bekannten Verhältnis zwischen den Frequenzen und/oder Phasen der ersten und zweiten Referenz und/oder basierend auf einem bekannten Verhältnis zwischen den Frequenzen und/oder Phasen des ersten und zweiten Eingangssignals.
Strömungsmesser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin Mittel zur Ableitung des jeweils ersten und zweiten Referenzsignals und/oder der jeweils ersten oder zweiten Eingangssignale umfasst, basierend auf einem oder mehreren der elektrischen Signale, die durch das Empfangsmittel erzeugt sind, und die zu Ultraschallsignalen gehören, die in eine oder mehrere der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungspassage übertragen wird.
Strömungsmesser nach irgendeinem der Ansprüche 3 oder 4, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, das erste Referenzsignal mit einer Frequenz, die eine ganze Zahl mal eine Frequenz des zweiten Referenzsignals ist, zu erzeugen.
Strömungsmesser nach irgendeinem der Ansprüche 3 oder 4, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten und zweiten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, das zweite Referenzsignal mit einer Frequenz, die eine ganze Zahl mal eine Frequenz des ersten Referenzsignals ist, zu erzeugen.
Strömungsmesser nach irgendeinem der Ansprüche 3 oder 4, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten und zweiten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, das erste und zweite Referenzsignal mit im wesentlichen identischen Frequenzen zu erzeugen.
Strömungsmesser nach Anspruch 7, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten und zweiten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, das erste und zweite Referenzsignal so zu erzeugen, dass eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Referenzsignals bekannt ist.
Strömungsmesser nach Anspruch 3, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten und zweiten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, im wesentlichen identische erste und zweite Referenzsignale zu erzeugen.
Strömungsmesser nach irgendeinem der Ansprüche 3-6, worin die Mittel zur Ableitung des ersten und zweiten abgeleiteten Werts oder Signals dafür eingerichtet sind, einen ersten abgeleiteten Wert oder ein erstes abgeleitetes Signal zu erzeugen, der/das mit einer Phasendifferenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem ersten Referenzsignal, und einem zweiten abgeleiteten Wert oder Signal verbunden ist, der/das mit einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten elektrischen Signal und dem zweiten Referenzsignal verbunden ist.
Strömungsmesser nach Anspruch 10, worin die Berechnungs- oder Bestimmungsmittel dafür eingerichtet sind, einen gemessenen Strömungsgeschwindigkeitswert des Mediums in der Strömungspassage zu berechnen oder bestimmen durch Subtrahieren des ersten und zweiten abgeleiteten Werts oder Signals und Multiplizieren eines resultierenden Werts mit einem vorbestimmten Parameter.
Strömungsmesser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin Mittel zur Bereitstellung eines oder mehrerer Kandidatsignals/-signale mit im wesentlichen derselben Frequenz oder einer Reihe von verschiedenen Frequenzen umfasst.
Strömungsmesser nach Anspruch 12, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, das erste Referenzsignal durch Auswählen von einem der Kandidatsignale zu erzeugen.
Strömungsmesser nach Anspruch 13, worin die Mittel zur Erzeugung des ersten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, ein erzeugtes oder empfangenes Kandidatsignal mit einer Phase, die der Phase des ersten elektrischen Signals entspricht, zu wählen.
Strömungsmesser nach Anspruch 12, der weiterhin Mittel zur Bereitstellung eines Hochfrequenzsignals mit einer Frequenz, die im wesentlichen höher als diejenige des ersten elektrischen Signals ist, umfasst, und worin die Mittel zur Erzeugung des ersten Referenzsignals dafür eingerichtet sind, das erste Referenzsignal anhand des Hochfrequenzsignals zu erzeugen.
Strömungsmesser nach Anspruch 15, worin die Mittel zur Bereitstellung des Hochfrequenzsignals dafür eingerichtet sind, ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen eine ganze Zahl mal eine Frequenz des ersten elektrischen Signals ist, bereitzustellen, und worin die Mittel zur Erzeugung des ersten Referenzsignals ein Frequenztrennungsmittel zum Empfang des Hochfrequenzsignals und zum Ausgeben des ersten Referenzsignals mit einer Frequenz, die im wesentlichen der Frequenz des ersten elektrischen Signals entspricht, umfassen.
Strömungsmesser nach Anspruch 15 oder 16, worin die Mittel zur Erzeugung der Eingangssignale, die Mittel zur Erzeugung der Referenzsignale und die Mittel zur Bereitstellung des Hochfrequenzsignals dafür eingerichtet sind, Vierkantwellensignale, die wechselweise zwischen ihrem niedrigeren Wert und ihrem höheren Wert wechseln, zu erzeugen oder bereitzustellen.
Verfahren zur Bedienung des Strömungsmessers nach Anspruch 2, das folgendes umfasst: (1)- Einschalten der Generatormittel, (2)- Öffnen des zweiten Schaltungsmittels und Schließen des ersten Schaltungsmittels, um, unter Anwendung des ersten Ultraschall erzeugenden Mittels, ein erstes Ultraschallsignal zu erzeugen, das sich in eine erste Richtung entlang der Strömungspassage verbreitet, (3)- Ausschalten des erzeugenden Mittels, Öffnen des ersten Schaltungsmittels und Schließen des zweiten Schaltungsmittels, (4)- Empfang des ersten Ultraschallsignals, das den Teil der Strömungspassage passiert hat unter Anwendung des zweiten Ultraschall erzeugenden Mittels, und Erzeugung eines ersten zugehörigen elektrischen Signals, (5)- Übertragung des erzeugten ersten zugehörigen elektrischen Signals an die Ableitungsmittel, (6)- Ableiten in den Ableitungsmitteln eines ersten abgeleiteten Werts oder Signals, der/das mit dem erzeugten ersten zugehörigen elektrischen Signal verbunden ist, (7)- Einschalten der Generatormittel, (8)- Öffnen des ersten Schaltungsmittels und Schließen des zweiten Schaltungsmittels, um, unter Anwendung des zweiten Ultraschall erzeugenden Mittels, ein zweites Ultraschallsignal zu erzeugen, das sich in eine zweite Richtung entlang der Strömungspassage verbreitet, wobei die zweite Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, (9)- Ausschalten des erzeugenden Mittels, Öffnen des zweiten Schaltungsmittels und Schließen des ersten Schaltungsmittels, (10)- Empfang des zweiten Ultraschallsignals, das den Teil der Strömungspassage passiert hat unter Anwendung des ersten Ultraschall erzeugenden Mittels, und Erzeugung eines zweiten zugehörigen elektrischen Signals, (11)- Übertragung des erzeugten zweiten zugehörigen elektrischen Signals an die Ableitungsmittel, (12)- Ableiten in den Ableitungsmitteln eines zweiten abgeleiteten Werts oder Signals, der/das mit dem erzeugten zweiten zugehörigen elektrischen Signal verbunden ist, (13)- Berechnen oder Bestimmen einer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, das durch die Strömungspassage fließt, basierend auf dem ersten und zweiten abgeleiteten Wert oder Signal und unter Anwendung der Berechnungs- oder Bestimmungsmittel.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin folgendes umfasst: – vor dem Schritt (6) Erzeugung eines ersten Referenzsignals, – der Ableitungsschritt (6), der das Vergleichen des ersten elektrischen Signals mit dem ersten Referenzsignal sowie Ableiten eines ersten abgeleiteten Werts oder Signals aus dem Vergleich umfasst, – vor dem Schritt (12) Erzeugung eines zweiten Referenzsignals, – der Ableitungsschritt (12), der das Vergleichen des zweiten elektrischen Signals mit dem zweiten Referenzsignal sowie Bestimmen eines zweiten abgeleiteten Werts oder Signals aus dem Vergleich umfasst, – der Berechnungs- oder Bestimmungsschritt (13), der Berechnen oder Bestimmen eines gemessenen Strömungsgeschwindigkeitwerts des Mediums in der Strömungspassage von dem ersten und zweiten abgeleiteten Wert oder Signal und von einem bekannten Verhältnis zwischen einer Frequenz und/oder Phase des ersten und zweiten Referenzsignals und/oder von einem bekannten Verhältnis zwischen einer Frequenz und/oder Phase des ersten und zweiten Referenzsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, das weiterhin Ableiten von jedem der ersten und zweiten Referenzsignale und/oder jedem der ersten oder zweiten Eingangssignale umfasst, basierend auf einem oder mehreren der elektrischen Signale, die durch das Empfangsmittel erzeugt sind, und die zu Ultraschallsignalen gehören, die in eine oder mehrere der im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen entlang der Strömungspassage übertragen werden.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 19 oder 20, worin eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Referenzsignal bekannt ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 19 oder 20, worin das erste und zweite Referenzsignal im wesentlichen identisch sind.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 18-22, worin jedes Ultraschall erzeugende Mittel Ultraschallsignale als eine Reaktion auf ein Eingangssignal erzeugen, und worin eine Frequenz des Ultraschallsignals einer Frequenz des Eingangssignals entspricht.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 19-23, worin das erste Referenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen einer Frequenz des ersten elektrischen Signals entspricht, erzeugt wird, und worin das zweite Referenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen einer Frequenz des zweiten elektrischen Signals entspricht, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, worin der erste abgeleitete Wert oder das erste abgeleitete Signal eine Phasendifferenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem ersten Referenzwert betrifft, und worin der zweite abgeleitete Wert oder das zweite abgeleitete Signal eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten elektrischen Signal und dem zweiten Referenzwert betrifft.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 18-25, worin ein oder mehrere Kandidatsignale mit im wesentlichen derselben Frequenz oder einer Reihe von verschiedenen Frequenzen bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, worin das erste Referenzsignal als eins von den empfangenen Kandidatsignalen gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 27, worin das gewählte Kandidatsignal eine Phase und eine Frequenz hat, die der Phase und der Frequenz des ersten elektrischen Signals entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 26, worin ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz, die im wesentlichen höher als die des ersten elektrischen Signals ist, bereitgestellt wird, und worin das erste Referenzsignal anhand des Hochfrequenzsignals erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, worin das Hochfrequenzsignal eine Frequenz hat, die im wesentlichen eine ganze Zahl mal die des ersten elektrischen Signals ist, und worin das erste Referenzsignal durch die Frequenztrennung des Hochfrequenzsignals erzeugt wird.