DK176263B1 - Ultralydsflowmåler - Google Patents

Description

1 DK 176263 B1

Ultralydsflowmåler Nærværende opfindelse angår en ultralydsflowmåler, nærmere bestemt et sende- og modtagekredsløb for ultralydsflowmålere af den art, som er angivet 5 i indledningen til krav 1.

I sådanne kredsløb er det kendt, at måling af de meget små tidsdifferencer mellem transmission af ultralyd med og mod strømningsretningen kræver en høj grad af symmetri i de elektroniske kredsløb, der anvendes til at sende og 10 modtage ultralydssignaler via transducerne, således at gruppeløbetiden for signaler i selve elektronikkredsløbet er ens for op- og nedstrøms signaltransmission. Det er ligeledes kendt, at de impedanser hver transducer belastes med skal være konstante fra sendesituationen til modtagesituationen. Er dette tilfældet, opfylder sensoren betingelserne for 15 reciprocitet. Herved forstås bl.a., at sensorens op- og nedstrøms transmissionstider er ens ved stillestående medie.

Der er taget fat på dette problem i WO 94/17371, som omtaler anvendelsen af to identiske transmissions- og modtagekredsløb, et for hver transducer, 20 som omfatter en forstærker med en første indgangsterminal til forbindelse med en ultralydstransducer, en anden indgangsterminal til forbindelse med en signalkilde, en udgangsterminal til forbindelse med et detektionskredsløb og en tilbagekoblingsforbindelse imellem udgangsterminalen og den første indgangsterminal. Hvert af kredsløbene er i stand til at fungere som et 25 sendekredsløb eller som et modtagekredsløb og deres funktion skiftes ved hjælp af et omskiftningsarrangement eller ved at skifte begge kredsløb imellem sende- og modtagefunktion for opnåelse af udsendelsen af ultralydssignaler i begge retninger. Imidlertid vil variationer som skyldes komponenttolerancer, forskellige temperaturkoefficienter og lignende imellem 30 to sådanne kredsløb stadig give muligheder for såvel faste som temperaturafhængige gruppeløbetidsforskelle for signaler i elektronikkredsløbene.

2 DK 176263 B1 DK 168 248 B1 omtaler et system, som anvender særskilte sendekredsløb og modtagekredsløb med deraf følgende risiko for gruppeløbetidsforskelle for op- og nedstrøms-signaltransmission, som nævnt ovenfor.

5

Tilsvarende gælder for systemet ifølge DK 166 974 B1, som følgelig heller ikke eliminerer problemerne med gruppeløbetidsforskelle. I øvrigt er disse to systemer relativt komplekse, med adskillige omskiftere og forstærkere.

10 Fra PA 1999 01477 indgivet af ansøgeren kendes et sende- og modtagekredsløb for ultralydsflowmålere som afhjælper problemerne med variationer imellem to sådanne kredsløb på grund af komponenttolerancer, forskellige temperaturkoefficienter og lignende, samtidig med at der opnås en forenkling af det anvendte kredsløb. Dette sende- og modtagekredsløb 15 indeholder to kredsløbsarrangementer, som hver især består af en serieforbindelse indeholdende en ultralydstransducer og et omskiftningsorgan. Generatorsignalet føres ind på en første indgangsterminal (plusindgangen) på en forstærker, mens omskiftningsorganerne er forbundet til en anden indgangsterminal {minusindgangen). Kredsløbsarrangementets 20 anden pol er i forskellige udførelsesformer enten tilsluttet direkte til et referencepotentiale eller tilsluttet forstærkerens udgang. Med dette arrangement opnås to-vejsudsendelsen af ultralydssignaler med blot et enkelt sende- og modtagekredsløb af den angivne art, idet omskiftningsorganerne skiftevis forbinder én af ultralydstransducerne funktionsmæssigt med den 25 første indgangsterminal. Komponenttolerancer, forskellige temperaturkoefficienter og lignende vil med det angivne arrangement være ens for transmission af ultralyd i de to modsatte retninger, således at gruppeløbetiden for signaler i selve elektronikkredsløbet er ens for transmission af ultralyd i de to modsatte retninger. Dette gælder for såvel 30 faste som variable gruppeløbetidsforskelle, hvor de faste primært skyldes komponenttolerancer og de variable skyldes temperaturafhængige parametre. Når den faste gruppeløbetidsforskel elimineres til nul, opnås at 3 DK 176263 B1 nulpunktskalibrering/justering kan udelades, hvorved fejlmuligheder fjernes og tid spares. Den temperaturafhængige gruppeløbetidsforskel skal af hensyn til f.eks. myndighedsgodkendelser holdes inden for fastsatte grænser. Ved afsendelse af ultralydssignaler i en første retning, er kredsløbet forbundet 5 med den første ultralydstransducer ved hjælp af omskiftningsorganerne, medens et signal transmitteres til transduceren og konverteres til et ultralydssignal. Derefter omskiftes kredsløbet til forbindelse med den anden ultralydstransducer for modtagelse af signalet, som vil blive genereret, når denne modtager ultralydssignalet, som ankommer fra den første transducer.

10 Ved afsendelse af ultralydssignalet i den modsatte retning forbindes kredsløbet først med den anden transducer for transmission og efterfølgende med den første transducer for modtagelse.

Ved de i PA 1999 01477 beskrevne udførelseseksempler harder imidlertid 15 vist sig et problem med overkobling af signal fra generatoren til en modtagende transducer og et problem med transducernes udklingningstid.

Kort efter at en ultralydstransducer har virket som sender bliver signalet til transduceren af en styreindretning afbrudt via førnævnte omskiftningsorgan. Ultralydstransduceren forsætter imidlertid med at svinge en tid efter 20 omskiftningen og denne svingningstid er afhængig af transducerens konstruktion. Transduceren består af et hus, typisk stål, med krystallet anbragt indeni, og krystallet sender gennem et vindue i huset. Generelt svinger transducere med tykkere stålvinduer i længere tid end transducere med tyndere vindue, da det tykke vindue er afstemt til krystallets svingning og 25 udklingningen har vist sig at koble elektrisk over til den modtagende transducer, hvorved målesignalet forfalskes.

I princippet kan problemet løses ved udelukkende at bruge tyndvæggede transducere, men tykvæggede transducere er foretrukne på grund af større 30 robusthed overfor eroderende virkning, mediets tryk (også vakuum), kavitation og væskeslag. Brugen af tykvæggede vinduer muliggør et 4 DK 176263 B1 selvbærende design samt design til højere tryk end den i transduceren anvendte piezokeramik i sig selv kan bære med aflastning.

Fra DE 198 10 798 A1 kendes en løsning til reduktion af overkobling af 5 generatorsignal samt fjernelse af efterringningssignal fra ultralydstransduceren. Man indsætter for hver ultralydstransducer en kortslutningskontakt i sendekredsløbet og en kortslutningskontakt i modtagekredsløbet. Kortslutningskontakterne styres af en styreindretning som leder efterringningssignaler og overkoblede generatorsignaler til jord.

10 Imidlertid bruger kredsløbet separat sende- og modtagelelektronik og har dermed to forskellige signalveje for sende- og modtagesignaler. Reciprocitet er således ikke givet automatisk, men skal som beskrevet i DE 198 10 798 A1 opnås ved indførelse af et impedanstilpassende modstandsnetværk. Det øger dog kredsløbskompleksiteten ligesom der yderligere kræves et stort antal 15 kortslutnings-, sende- og modtagekontakter for at opnå reciprocitet og for at reducere overkobling og efterringning.

På baggrund af det beskrevne problem består opgaven i at konstruere et enklere sende-modtagekredsløb til en ultralydsflowmåler, hvor kredsløbet i 20 det væsentlige ikke påvirkes af efterringninger genereret i ultralydstransducerens udklingningsperiode.

En videre opgave består i af mindske koblingen af signal fra signalgeneratoren, hvor signalet er bestemt til sendetransduceren, men 25 kobles til modtagetransduceren.

I en ultralydsflowmåler med et sende- og modtagekredsløb som beskrevet i overbegrebet til krav 1 løses opgaverne ved at hver serieforbindelse respektivt er elektrisk forbundet med en første pol på en kortslutningskontakt, 30 at kortslutningskontaktens anden pol er ført til et referencepotentiale, og og at hver serieforbindelse overfører såvel modtagesignaler som sendesignaler.

5 DK 176263 B1 Når en serieforbindelse overfører både modtagesignaler og sendesignaler kan man fordelagtigt nøjes med én kortslutningskontakt for hver serieforbindelse.

5 Opfindelsen tager udgangspunkt i erkendelsen af, at omskifteren har en parasitær kapacitans, som er virksom i omskifterens OFF-periode og som er skyld i den uønskede elektriske kobling til måletransduceren. Kapaciteten har en størrelse som påvirker måleresultatet, og kan betragtes som parallelkoblet med omskiftningsorganet, når dette er afbrudt. Når transduceren ringer, d.v.s.

10 når huset er i mekaniske svingninger på trods af det afbrudte signal, genererer krystallet i transduceren et elektrisk signal som via spedningkapacitansen i omskiftningsorganet føres over på forstærkerindgangen og over på den modtagende transducer. Den udklingende transducer virker således som en ekstra signal-generator i 15 sende-modtagekredsløbet.

Opfindelsen løser også det andet problem, nemlig en uønsket kobling på sendetidspunktet af signal fra signalgeneratoren beregnet til sendetransduceren, men via kapacitansen tilført modtagetransduceren. Det 20 koblede signal afkobles via den lukkede kontakt.

Begge bidrag - bidraget fra transducerens udklingning og overkoblingen fra sendesignalet - giver anledning til tidsforskydning af målesignalet, og jo længere transducernes udklingningstid er, des større bliver kravene til 25 omskiftningsorganernes isolation i afbrudt tilstand.

Ved at tilslutte kortslutningskontakten til serieforbindelsen af ultralydstransducer og omskiftningsorgan er det muligt både at kortslutte den fra krystallet stammende uønskede generatorspænding samt at afbryde 30 signalvejen gennem parasitkapacitansen. Det sker som nævnt ved at slutte kortslutningskontakten i hele eller dele af den periode, hvor den til kontakten 6 DK 176263 B1 korresponderende ultralydstransducer skal være inaktiv, d.v.s. ikke generere ultralydssignaler.

Kortslutningskontaktens første pol tilsluttes fortrinsvist til en af 5 omskiftningsorganets poler, fordi der herigennem opnås en effektiv afkobling af signalet der kobler gennem parasitkapacitansen. Spørgsmålet om tilslutningssted vil særligt rejse sig, hvis der i serieforbindelsen er indskudt en impedans mellem ultralydstransducer og omskiftningsorgan.

10 Kortslutningskontaktens første pol kan derfor også tilsluttes ultralydstransduceren, så ultralydstransduceren kortsluttes, når kortslutningskontakten lukkes. Valget af kontaktsted er et spørgsmål om optimering af afledningen i afhængighed af ultralydstransducerens parametre.

Ved at tilslutte kortslutningskontaktens ene pol i midtpunktet mellem 15 omskiftningsorganets ene pol og transducerens ene pol opnås som tidligere nævnt en effektiv afkobling, idet den ene koblingsvej fra signalgenerator til modtagetransducer (signalgeneratoren sender), og den anden koblingsvej fra den efterringende sendetransducer til modtagetransduceren (signalgeneratoren tavs) afkobles.

20

For at sikre de rette impedansforhold ledes signalet fra signalgeneratoren fortrinsvist til en sendeenhed, der er forbundet til en modtageenhed. Det er væsentligt, at sendeenheden har konstant udgangsimpedans både i sendesituationen og i hvilesituationen, hvor en utralydstransducer modtager 25 signal.

Dette krav kan i praksis realiseres ved at udføre senderen som en mod koblet forstærker med lav udgangsimpedans, og hvor en impedans, særligt en modstand, er sat i serie med udgangen på forstærkeren. Modstanden 30 dimensioneres efter den ønskede belastningsværdi. Også modtageenheden udføres som forstærker under iagttagelse af impedansforholdene.

7 DK 176263 B1 I en variant af opfindelsen er der i hver serieforbindelse indskudt en impedans mellem omskiftningsorganet og ultralydstransduceren. Serieimpedansen kommer da til at virke som belastning for ultralydstransduceren, og ved at vælge en passende impedansstørrelse vil ringesignalet klinge hurtigere ud.

5

Kortslutningskontakten kunne i denne variant anbringes parallelt med ultralydstransduceren, men det giver en bedre virkning hvis den med sin ene pol er forbundet til midtpunktet mellem serie-impedansen og omskiftningsorganet, idet det koblede generatorsignal kigger ind i en større 10 impedans. Valget af placering for kortslutningskontakten er dog et designspørgsmål, og afhænger af fordelingen mellem størrelsen af signalet stammende fra efterringningen og størrelsen af det koblede generatorsignal.

Omskiftningsorganet kan udføres som bestående af to serieforbundne 15 switche med en tredie switch tilsluttet mellem de to switches fælles forbindelsespunkt og referencepunkt. Fordelen ved dette er, at dæmpningen øges fordi det uønskede signal skal passere to parasitkapacitanser, der i midtpunktet afledes til et referencepunkt.

20 Referencepunktet er potentialemæssigt fortrinsvist beliggende på jord eller virtuel jord, men kan også være et jævnspændingsniveau.

For at afkoble en jævnspænding, der ligger på kredsløbsarrangementerne og som skal sikre omskiftningsorganerne en arbejdsspænding, kan der kobles 25 en kondensator ind i serie med en kortslutningskontakt.

Til styring af åbne- og lukketidspunkterne for både omskiftningsorganer og kortslutningskontakter er det hensigtsmæssigt at lade en og samme styreindretning kontrollere sekvensafviklingen. Som styreindretning kan en 30 ASIC eller en mikrocontroller bruges.

8 DK 176263 B1 I den følgende detaljerede del af nærværende beskrivelse forklares opfindelsen under henvisning til udførelseseksempler på et sende- og modtagekredsløb for ultralydsflowmålere ifølge opfindelsen som vist på tegningerne: 5

Fig. 1 viser skitsemæssigt et sende- og modtagekredsløb for ultralydsflowmålere fra teknikkens stade, hvor begge ultralydstransducere har én terminal forbundet til et referencepotentiale og en anden terminal forbundet med den første indgangsterminal på forstærkeren via et 10 omskiftningsorgan.

Fig. 2 viser en anden udførelsesform fra teknikkens stade, hvor to ultralydstransducere i serie med omskiftningsorganer er forbundet parallelt med tilbagekoblingsforbindelsen på forstærkeren.

15

Fig. 3 viser en tredie udførelsesform fra teknikkens stade, i hovedsagen svarende til fig. 1, hvor omskiftningsorganerne er anbragt parallelt med hver af transducerne for kortslutning af den ikke-anvendte transducer og transducerne er anbragt i serie imellem forstærkerens første 20 indgangsterminal og forstærkerens udgangsterminal.

Fig. 4 viser et kredsløb, hvor kortslutningskontakterne er parallelkoblet med ultralydstransducerne. Samtidigt vises styreindretningen og udledningsindretningen.

25

Fig. 5 viser et kredsløb, hvor hver kortslutningskontakt er parallelkoblet med en serieforbindelse indeholdende et omskiftningsorgan, en impedans og en ultralydstransducer.

30 Fig. 6 viser et kredsløb hvor kortslutningskontakterne er koblet parallelt med ultralydstransducerne til virtuel jord på en forstærker.

9 DK 176263 B1

Fig. 7 viser et sekvensdiagram for kontakternes stilling jævnfør kredsløbet i figur 4.

Fig. 8 viser et udførelseseksempel på opfindelsen, hvor en sendeforstærker 5 gennem en impedans sender til en modtageforstærker.

Det på fig. 1 viste sende- og modtagekredsløb omfatter en forstærker 1 med en første, inverterende indgangsterminal til forbindelse med en ultralydstransducer TR1, TR2, hvor forbindelsen er tilvejebragt via en 10 impedans Z1 og omskiftningsorganer S1, S2. S1 og TR1 danner her en første serieforbindelse, mens S2 og TR2 danner en anden serieforbindelse. Den anden, ikke-inverterende indgangsterminal er forbundet med en signalgenerator, som styret frembringer elektriske signaler for overføring til ultralydstransducerne TR1, TR2. En tilbagekoblingsforbindelse er tilvejebragt 15 imellem udgangsterminalen og den inverterende indgangsterminal via en impedans Z2. Udgangsterminalen på forstærkeren 1 er også forbundet med efterfølgende regneindretninger {ikke vist) til udledning af transittidsmålinger, som anvendes til beregning af det ønskede målte flow.

20 Det viste kredsløb fungerer på følgende måde: Når der sendes fra TR1 til TR2, er S1 sluttet og signalkilden tilfører kredsløbet et passende elektrisk signal, som via forstærkeren 1, impedanserne Z1 og Z2 samt omskifteren S1 overføres til transduceren TR1. Generatorsignalet har 25 en varighed af ca. 10 mikrosekunder. En passende tid - ca. 20 mikrosekunder - efter afgivelse af et ultralydssignal fra TR1, før dette modtages af TR2, afbrydes S1 og S2 sluttes for modtagelse af signalet på TR2. Det af TR2 modtagne signal overføres til forstærkeren 1 via omskifteren S2 og impedanserne Z1, Z2 for afgivelse på udgangen af forstærkeren 1 til 30 regneindretningerne. Når der sendes fra TR2 til TR1, er S2 sluttet og en passende tid efter afgivelse af ultralydssignalet, før dette ankommer til TR1, afbrydes S2 og S1 sluttes for modtagelse af ultralydssignalet på TR1. Det ses 10 DK 176263 B1 heraf, at stillingen af S1 og S2 altid er den samme, hvad enten der sendes eller modtages på en given transducer, hvorved transduceren til enhver tid seren konstant impedans, som i hovedsagen svarer til impedansen af den sluttede omskifter S1, S2 og Z1.

5

Gruppeløbetidsdifferencer i forstærkerne er elimineret, da det samme forstærkerelement anvendes til begge transducere og gruppeløbetidsdifferencer i omskifterne S1, S2 er også elimineret, idet begge omskiftere indgår i signalvejen, uafhængigt af transmissionsretningen.

10 Én af fordelene ved det viste kredsløb er, at det virtuelle stelpunkt på forstærkerens inverterende indgang ved en ideel forstærker har en impedans på 0 ohm uanset om der sendes eller modtages på den tilkoblede transducer, hvilket betyder, at transduceren ser ind i en konstant impedans svarende til 15 Z1 plus impedansen af den tilhørende omskifter S1,S2. Med ikke-ideelle forstærkere vil impedansen i det virtuelle stelpunkt have en endelig værdi, som afhænger af forstærkerens åben sløjfe udgangsimpedans, Z1, Z2, transducerimpedansen og forstærkerens åben sløjfe forstærkning i det frekvensområde, hvori transduceren arbejder. Belastningen for transducerne 20 vil normalt være forskellig, men reciprociteten er bibeholdt, da belastningen er konstant fra sende til modtagesituationen. Det sædvanlige transducerfrekvensområde ligger imellem ca. 40 KHz og op til nogle MHz.

De viste omskiftningsorganer S1 og S2 er i praksis udført som integrerede C-25 MOS switche, men andre udførelser som fx diskrete FET transistorer kunne også tænkes anvendt. Fælles for de forskellige udførelser er imidlertid den tidligere beskrevne og uønskede OFF-kapacitans. Parasitkapacitansen vil typisk ligge i størrelsesordenen 0,1 til 10 pF.

30 De i figur 2 og 3 viste alternative kredsløbseksempler har i forhold til den i fig.

1 viste udførelsesform den ulempe, at transducerne skal være adskilt fra referencepotentiale. Den i fig. 2 viste udførelsesform svarer nøje i funktion til 11 DK 176263 B1 den i fig. 1 viste, idet kravene til omskifterne S1, S2 er de samme for de to kredsløb, nemlig en moderat modstand ved sluttet omskifter og en stor dæmpning ved afbrudt omskifter. Varianten vist i fig. 3 er vanskeligere at realisere i praksis, idet den kræver at omskifternes modstand i sluttet stilling 5 er væsentligt lavere end transducerimpedanserne for at undgå krydstale. Da transducerimpedanserne typisk ligger i området under nogle hundrede ohm kan dette være et problem, som imidlertid kan forsøges løst ved at indføje seriemodstande i hver transducergren.

10 Selvom transducerne på figurerne er vist som rene transducerkrystaller, skal disse naturligvis forstås som potentielt indeholdende passive serie- og parallelimpedanser samt eventuelle signaltransformatorer for galvanisk adskillelse. Kredsløbene er desuden alene vist med to transducere, hvor der i praksis kan være fra 2 til N transducere for at tilgodese flerspors målerør.

15

Figur 4 viser et kredsløb med kortslutningskontakter S3 og S4. Disse kortslutningskontakter er som de andre switche fortrinsvist udført som CMOS switche. S3 er tilsluttet med sin første pol 10 midt mellem omskiftningsorganet S1 og transducer TR1 i punktet P1. Kortslutningskontakten er med sin anden 20 pol 11 elektrisk forbundet til et referencepotentiale, fortrinsvist stel. Begrebet "pol" bruges her i betydningen terminal. En styreindretning 2 styrer via ledningerne 6 og 7 ind- og udkoblingstidspunkterne for kortslutningskontakterne og er via en styreledning 5 tilkoblet generatoren 4, som sender et tilnærmelsesvist sinusformet 1 MHz signal ind til forstærker 1 25 på indgangen 3. Forstærkeren 1 er her vist som del af en udledningsindretning 12, som på basis af de via ultralydssignalerne bestemte transittider og ikke nærmere beskrevne regneindretninger 13 beregner størrelsen af flowet Q. Styreindretningen synkroniserer via signalledning 14.

Signalet føres som ovenfor beskrevet gennem Z2 og Z1 videre til TR1, idet 30 S1 er lukket og S4 er åben. S1 holdes af styreindretningen lukket i et veldefineret tidsrum, hvorefter den åbnes og S2 lukkes. Samtidigt med at S1 12 DK 176263 B1 åbnes lukkes kortslutningskontakten S3, så den generende generatorspænding fra TR1 afledes til jord.

Det netop beskrevne forløb gentager sig på den modsatte side med 5 omskiftningsorgan S2 og kortslutningskontakt S4. Kredsløbet TR1 og S1 kan opfattes som et første kredsløbsarrangement bestående af en første serieforbindelse 15 indeholdende S1 og TR1, mens TR2 og S2 udgør en anden serieforbindelse 16 i et andet kredsløbsarrangement.

10 Ved at tilslutte S3 og S4 til kredsløbsarrangementerne og styre dem som ovenfor beskrevet brydes den uønskede elektriske signalkobling fra TR1 gennem parasitkapacitansen over S1 og videre til knudepunktet K (figur 4), hvor det forfalskende signal adderes til signalet hidrørende fra generator 4, når TR2 er i sendemodus. Det resulterende signal bevirker en 15 faseforskydning på det af TR2 genererede ultralydssignal og dermed en tidsforskydning i forhold til den virkelige tidsforskel på medstrøms- og modstrøms-ultralydssignalet.

Omskiftningsorganet S1 er her vist som en enkelt switch, men det vil i praksis 20 være fordelagtigt at udforme den som to serieforbundene switche med en tredie switch tilsluttet med sin ene pol til de to switches forbindelsesledning og den anden pol tilsluttet jord. Den tredie switch vil med andre ord være kortslutningskontakten S3. Sådanne T-switch-kombinationer i ét hus er i dag kommercielt tilgængelige. Fordelen ved denne konstruktion er, at 25 dæmpningen af det uønskede signal forstørres væsentligt, fordi signalet nu skal passere to OFF-kapacitanser, som i midten har et udtag til jord.

Referencepunktet 17 for S3 og S4 er fortrinsvist jord eller virtuel jord, men kan også være en jævnspænding. For at afkoble jævnspændinger kan der i 30 serie med S3 indkobles en kondensator.

13 DK 176263 B1

Figur 7 viser et sekvensdiagram over omskiftningsorganernes og kortslutningskontakternes stilling for konstruktionen i figur 4.

Styreindretningens signal til generatoren 4 er vist i figur 7a, og den sætter til tiden tO generatoren igang, som sender frem til t1, en periode der kan variere 5 på mellem 0,5 og 200 μβ. I dette tidsrum er S1 sluttet (ON). Til tiden t2 brydes S1, eksempelvis 20 μβ efter at generatoren stoppede, og samtidigt som vist i figur 7d sluttes S3 af styreindretningen for at bringe ultralydstransducer TR1 til ro hurtigst muligt. Figur 7e viser tilsvarende forløbet for S4. Det ses endvidere, at omskiftningsorgan S1 og og kontakt S4 følger samme sekvens.

10

Figur 5 viser en variant af figur 4, idet impedansen Z1 er splittet op i to impedanser, Z1' og Z2\ Switchen S3 har nu ikke fat imellem Z1' og TR1, men er forbundet oven over Z1' mellem Z1’ og omskifterorganet S1. Fordelen ved denne konstruktion er, at transducerens svingninger hurtigere vil klinge ud, 15 hvis transduceren ser ind i en passende valgt impedans. I reglen vil impedanserne være ohmske modstande, og i dette udførelseseksempel have en størrelse på 100 ohm for Z1' og Z2' og 200 ohm for Z3. Impedanserne ZT og Z2' kan være diskrete komponenter, men kan også opfattes som værende en del af ultralydstransducerens iboende impedans.

20

Figur 6 viser serieforbindelserne af omskiftningsorgan og transducer anbragt parallelt med modkoblingen Z2, og kortslutningskontakterne S3 og S4 anbragt parallelt hen over TR1 og TR2 med tilslutning til forstærkerens virtuelle nulpunkt.

25

Også i kredsløbet vist på figur 3 kan en kortslutningskontakt indbygges ved at indsætte en første kontakt i serie med TR1 og en anden kontakt i serie med TR2 (kontakter ej vist på figuren). Her kan S1 og TR2 opfattes som et første kredsløbsarrangement og TR1 og S2 som et andet. Når S1 er lukket og leder 30 generatorsignalet gennem TR2 er den ikke viste kontakt i serie med TR1 åben og afbryder herved signalvejen for TR1.

14 DK 176263 B1

Figur 8 viser en signalgenerator 4 som via en sendeforstærker 20 leder generatorsignalet gennem en impedans Z4 over forbindelsesledning 21 til en modtageforstærker 22. Serieforbindelser 15 og 16 er på opfinderisk vis forbundet med kortslutningskontakter S3 og S4. Til forskel fra de tidligere 5 kredsløb føres generatorsignalet ind på samme ledning som den serieforbindelserne er tilsluttet. Sendeforstærkerens udgang er forbundet med modtageforstærkerens indgang. Når signalgeneratoren sender og TR2 skal modtage ultralydssignaler, er S2 og S3 åbne, mens S1 og S4 er lukkede.

Signalet ledes til TR1, som gennem mediet sender et ultralydssignal til TR2.

10 Under modtagelse er S1 og S4 åbne, mens S3 og S2 er lukkede. Det modtagne signal føres til indgangen 23 på modtageforstærkeren 22.

Kredsløbet kan også realiseres uden sendeforstærker 20, men det er væsentligt at signalgeneratoren har konstant udgangsimpedans uanset om den genererer sendesignal eller blot er i hvile, som den er under en 15 transducers modtagelse af modtagesignalet. Modtageforstærkeren 22 kan også være en komparator eller en hvilken som helst udledningsindretning, der udleder et flow Q, men det væsentlige er, at kredsløbet ikke ændrer sin belastning af stjernepunktet - d.v.s. forbindelsespunktet mellem sender, modtager og serieforbindelserne indeholdende transducerne - i 20 afhængighed af, om signalgeneratoren sender eller er i hvile. For både sender og modtager gælder det imidlertid, at deres udgangs- hhv. indgangsimpedans godt må ændre sig i afhængighed af transducerbelastningen. Kredsløbet i figur 8 kan i princippet tegnes som en signalgenerator, der leder signal ind i en serieimpedans, hvorfra signalet 25 fortsætter ind i en udledningsindretning. På forbindelsesledningen mellem serieimpedansen og udledningsindretningen er serieforbindelserne elektrisk tilsluttet med deres ene ende, og ført til et referencepotentiale i den anden, fortrinsvist jord.

30

Claims (11)

15 DK 176263 B1

1. Ultralydsflowmåler med et sende- og modtagekredsløb, hvor kredsløbet 5 indeholder mindst to serieforbindelser (15,16) hver indeholdende en ultralydstransducer og et omskiftningsorgan, hvor kredsløbet videre indeholder en signalgenerator (4) som genererer et signal der tilføres en indgang (23) på en udledningsindretning (22), og hvor de to serieforbindelser er elektrisk tilsluttet denne indgang kendetegnet ved at hver serieforbindelse 10 respektivt er elektrisk forbundet med en første pol (10) på en kortslutningskontakt (S3,S4), at kortslutningskontaktens anden pol (11) er ført til et referencepotentiale (17), og at serieforbindelsen overfører såvel modtagesignaler som sendesignaler.

2. Ultralydsflowmåler ifølge krav 1 kendetegnet ved at en kortslutningskontakts første pol (10) er elektrisk forbundet (P1) til en af omskiftningsorganets (S1) poler.

3. Ultralydsflowmåler ifølge krav 1 kendetegnet ved at en 20 kortslutningskontakts første pol (10) er elektrisk forbundet til en af ultraiydstransducerens (TR1) poler.

4. Ultralydsflowmåler ifølge krav 1-3 kendetegnet ved at signalet fra signalgeneratoren tilføres en sendeenhed (20), og at sendeenhedens udgang 25 er elektrisk forbundet til en modtageenhed (22).

5. Ultralydsflowmåler ifølge krav 4 kendetegnet ved at sende- og modtageenhederne er forstærkere, og at der mellem sendeforstærkerens udgang og modtageforstærkerens indgang (23) er indskudt en impedans 30 (Z4).

16 DK 176263 B1

6. Ultralydsflowmåler ifølge et af de foregående krav kendetegnet ved at der i hver serieforbindelse er indsat en impedans (Z1\ Z2') mellem ultralydstransduceren (TR1.TR2) og omskiftningsorganet (S1,S2).

7. Ultralydsflowmåler ifølge krav 6 kendetegnet ved at i det mindste en kortslutningskontakts (S3,S4) første pol er elektrisk forbundet til midtpunktet (P2) mellem omskiftningsorganet (S 1) og serie-impedansen (Z1’).

8. Ultralydsflowmåler ifølge et af de foregående krav kendetegnet ved at 10 omskiftningsorganet (S1 ,S2) består af ialt tre switche, hvoraf to switche er anbragt i serie med hinanden, og hvor en tredie switch fungerer som kortslutningskontakt (S3) og er tilsluttet mellem de to switches fælles forbindelsespunkt og referencepotentialet.

9. Ultralydsflowmåler ifølge et af de foregående krav kendetegnet ved at referencepotentialet er en jævnspænding eller en reference beliggende på jord- eller virtuel jord-potentiale.

10. Ultralydsflowmåler ifølge et af de foregående krav kendetegnet ved at der 20 i serie med kortslutningskontakten (S3,S4) er anbragt en impedans, særligt en kondensator.

11. Ultralydsflowmåler ifølge et af de foregående krav kendetegnet ved at samme styreindretning (2) styrer åbne- og lukketidspunkter for såvel 25 omskiftningsorganer (S1 ,S2) som for kortslutningskontakterne (S3,S4).