DK9400101U3 - Kredsløb til aftastning af signalerne fra en ultralydomsætter- eller transducer til strømningsmåling - Google Patents

Description

i DK 94 00101 U3

Frembringelsen angår et elektrisk kredsløb til detektering og behandling af udgangssignalerne fra to samhørende ultralydomsættere- eller transducere, der anvendes til måling af hastigheden af en fluidumstrøm i en strømningsmåler. Fra 5 transducerne modtages et nedstrømssignal og et forsinket (faseforskudt) opstrømssignal, idet tidsforskellen r mellem de to signaler vil være en funktion af strømningshastigheden.

Et aftastningskredsløb af denne type kendes fx fra dansk patentskrift nr. 166695. Dette kendte kredsløb omfatter en 10 måleenhed, der tilvejebringer en konstant faseforskydning til yderligere forsinkelse af transducerens opstrømssignal. Kredsløbet omfatter endvidere en visningsanordning, der foretager en korrektion af den til faseforskydningen svarende nulpunktsforskydning, således at strømninger i begge ret-15 ninger kan detekteres rigtigt. Før målesignalet tillægges en konstant faseforskydning, er den målte faseforskel stammende fra løbetidsforskellen mellem de to transducersignaler blevet digitaliseret ved hjælp af en aftastningsgenerator. Det digitaliseringsprincip, der her er anvendt kræver imidlertid 20 en relativ høj aftastningsfrekvens fra aftastningsgeneratoren, hvorved strømforbruget bliver relativt stort.

Ved den foreliggende frembringelse er der blevet tilvejebragt et aftastningskredsløb af den indledningsvis nævnte art, der vil være i stand til at måle strømningshastigheder over et 25 stort dynamikområde under anvendelse af relativt lave clock-frekvenser, hvorved der opnås et relativt lavt strømforbrug.

Frembringelsen angår et kredsløb til i en strømningsmåler at aftaste udgangssignaler fra to samhørende ultralydomsættere-eller transducere, der i et flydende medium udsender og 30 modtager ultralydbølger, omfattende et detekteringskredsløb til detektering af udgangssignalerne, der omfatter nedstrøms-og opstrømssignaler eller pulser, og som indeholder information vedrørende strømningshastigheden af det flydende medium, hvilket detekteringskredsløb omfatter et analogt fasedetekteringskredsløb til dannelse af udgangspulser eller 35 2 DK 94 00101 U3 signaler ved detektering af en fase- eller tidsforskel mellem pulserne i et pulstog af nedstrømssignaler og et dertil svarende pulstog af opstrømssignaler, og et processorkredsløb til behandling af de detekterede signaler og til at udsende 5 udgangssignaler svarende til de ved behandlingen fremkomne data eller signaler relateret til strømningshastigheden. Den foreliggende frembringelse er ejendommelig ved, at kredsløbet yderligere omfatter et analogt impulsbreddeforstærkerkredsløb til dannelse af en forsinkelsespuls ΔΤ ved summering og 10 forstærkning af et tog af udgangspulser fra fasedetektor-kredsløbet.

Impulsbreddeforstærkerkredsløbet omfatter fortrinsvis mindst ét analogt strømspejl, og har fortrinsvis en forstærknings-faktor på 2000. I en foretrukken udførelsesform faseforskydes 15 opstrømspulserne, før disse føres til fasedetektorkredsløbet.

Kredsløbet omfatter i en foretrukken udførelsesform et digitaliseringskredsløb til digitalisering af forsinkelsespulsen ΔΤ samtidig med, at processorkredsløbet er indrettet til på basis af et udgangssignal fra digitaliseringskredsløbet at 20 bestemme størrelsen af forsinkelsespulsen ΔΤ. Digitaliseringen foretages fortrinsvis ved en frekvens på omkring l MHz. På grund af impulsbreddeforstærkerens analoge opbygning, er det ikke påkrævet med en højfrekvent digitalisering, hvorved kredsløbet ifølge frembringelsen vil have et minimalt 25 strømforbrug.

I en foretrukken udførelsesform er processorkredsløbet er indrettet til at udsende udgangssignaler svarende til strømningshastigheden 0, når den af processorkredsløbet bestemte strømningshastighed ligger inden for et forudbestemt interval 30 i området omkring hastigheden 0. Det forudbestemte interval kan fx være bestemt således, at for strømningshastigheder mindre end ca. 4 liter/time vil processorkredsløbet udsende udgangssignaler svarende til strømningshastigheden 0. På 3 DK 94 00101 U3 denne måde undgås en opsummering af en lille målefejl når flowet eller strømningshastigheden er omkring 0.

Frembringelsen angår også en strømningsmåler til måling af en mediumstrøm gennem en deri afgrænset strømningskanal, og 5 strømningsmåleren ifølge frembringelsen er ejendommelig ved en føler til føling af tilstandsværdier for mediet i strømningskanalen, et par ultralydtransducere som beskrevet ovenfor til udsendelse af ultralydsignaler i modsatte retninger langs i det mindste en del af strømningskanalen og til at 10 modtage ultralydsignaler, der har passeret langs denne i det mindste en del af strømningskanalen, og elektroniske kredsløbsorganer, der er indrettet til at bestemme en strømningshastigheds-værdi for mediet i strømningskanalen baseret på forskellen mellem ultralydsignalernes transmissionshastig-15 heder i modsatte retninger, og som yderligere omfatter en hukommelse til oplagring af flere forskellige tilstandsværdier og tilhørende kompensationsværdier og organer til at kompensere den bestemte strømningshastighedsværdi ved hjælp af den kompensationsværdi, der hører til den af føleren 20 konstaterede tilstandsværdi.

Man vil forstå, at enhver sådan strømningsmåler i sin hukommelse indeholder en individuel kompensationskurve eller individuelle kompensationsværdier, så at den måleværdi, der registreres af strømningsmåleren, eller som på et display 25 meddeles brugeren, kan være den kompenserede målte værdi ved den pågældende tilstandsværdi, fx temperatur og/eller tryk.

Fluidumstrømmen, fx en strøm af varmt vand, gennem kanalen skal fortrinsvis være så ensartet som muligt, over tværsnits-arealet og langs strømningskanalens længde. For at forøge en 30 sådan strømningsensartethed kan strømningskanalens tværsnit-areal være i hovedsagen konstant, idet tværsnitsarealet af strømningskanalens indløbsendedel aftager let i strømnings-retningen i retning mod den konstante værdi. Denne indløbs-del, der kan afgrænse en keglestubformet indre overfladedel, 35 kan tjene som en slags tragt. Alternativt eller yderligere 4 DK 94 00101 U3 kan tværsnitsarealet af en udløbsendedel af strømningskanalen tiltage let fra det konstante areal i strømningsretningen.

De to ultralydomsættere eller ultralydtransducere kan være anbragt i henholdsvis et indløbs- og et udløbskammer, der er 5 indbyrdes forbundne ved hjælp af strømningskanalen med en aksial længde, der er flere gange større end afstanden fra hver af transducerenhederne og væggene i det pågældende indløbs- eller udløbskammer. Det kan derved forhindres, at de ultralydsignaler, der frembringes af én af transducerne, 10 reflekteres af kammervæggene og returneres til denne transducer i hovedsagen samtidig med, at der modtages signaler, fra den anden transducer.

Frembringelsen vil nu blive nærmere beskrevet under henvisning til tegningen, på hvilken 15 fig. l skematisk illustrerer funktionen af en fluidumstrømningsmåler af den type, der har to ultralydtransducere, fig. 2 er en kurve, der viser hastigheden for ultralydbølger i vand som funktion af vandets temperatur, fig. 3 viser et blokdiagram for den i fig. 1 illustrerede 20 fluidumstrømningsmåler, fig. 4 er et blokdiagram af en foretrukken udførelsesform af et elektronisk kredsløb til anvendelse sammen med den i fig.

1 illustrerede fluidumstrømningsmåler, fig. 5 viser et diagram for en foretrukken udførelsesform af 25 et impulsbreddeforstærkerkredsløb ifølge fremstillingen, fig. 6 illustrerer forløbet af en foretrukken målesekvens, og fig. 7 er en kurve, der skematisk illustrerer størrelsen af en beregnet strømningshastighed som funktion af den virkelige 30 strømningshastighed ifølge en foretrukken udførelsesform for frembringelsen.

Fig. 1 illustrerer skematisk, hvordan en fluidumstrøm kan måles ved hjælp af ultralydtransducere. Fig. l illustrerer en strømningsmåler, der omfatter et hus 10, der afgrænser ind-35 løbs- og udløbskamre, henholdsvis 11 og 12, der er indbyrdes 5 DK 94 00101 U3 forbundet ved hjælp af en strøimingskanal 13. Et par ultralydtransducere 14a og 14b er anbragt i henholdsvis indløbs-og udløbskamre 11 og 12 over for de tilgrænsende ender af strømningskanalen 13. Hver af ultralydtransducerne kan fun-5 gere såvel som en ultralydsender som en ultralyddetektor.

Når et fluidum strømmer fra indløbskammeret 11 til udløbskammeret 12 gennem strømningskanalen 13, kan fluidumstrømmen i strømningskanalen måles. Når en sådan strømningsmåling foretages, udsender de to transducere 14a og 14b samtidigt en 10 følge af ultralydpulser i modsatte retninger, hvilket betyder, at der udsendes en pulsfølge såvel mod strømningsretningen som i strømningsretningen for det fluidum, der strømmer gennem strømningskanalen. Efter udsendelsen af en sådan pulsfølge, og før pulserne når den modsatte transducer, 15 ændres funktionsmåden for begge transducerne fra en sendetilstand til en detekteringstilstand, så at hver af transducerne 14a og 14b kan detektere de pulser, der er blevet udsendt fra den modstående transducer. De ultralydpulser, der er udsendt af transduceren 14b, og som er vandret imod strømningsret-20 ningen for det fluidum, der strømmer gennem strømningskanalen 13, forsinkes sammenlignet med de pulser, der udsendes af transduceren 14a, og som vandrer i fluidumstrømmens retning. Denne tidsforsinkelse r kan anvendes til bestemmelse af fluidumstrømmen gennem kanalen 13.

25 Når strømningskanalen 13 afgrænses af en cirkulær cylindrisk flade med en diameter d, er strømningskanalens tværsnitsareal A = (π x d2) /4.

Hvis hastigheden for ultralydpulserne gennem fluidumet er C, og den aksiale afstand mellem transducerne 14a og 14b er 1, 30 kan tidsforsinkelsen for de ultralydpulser, der er rettet mod strømningsretningen for fluidumstrømmen, udtrykkes som τ - (F x 2 x l) / (c2 x A) , 6 DK 94 00101 U3 hvor F er fluidumstrømmen gennem strømningskanalen 13. Dette betyder, at F = r x (C2 X A) / (2 x 1) .

Følgelig kan fluidumstrømmen gennem strømningskanalen 13 5 beregnes, hvis tidsforsinkelsen r måles.

Da tidsforsinkelsen r er temmelig lille og således vanskelig at måle nøjagtigt, detekteres denne forsinkelse fortrinsvis for hver af pulserne i en pulsfølge og summeres og forstærkes derefter således, at man kan opnå en resulterende forsinkel--10 sespuls ΔΤ med en rimelig længde. Det er klart, at fluidumstrømmen også er proportional med en sådan resulterende forsinkelsespuls. Hvis strømningen er lille, kan forsinkelsespulsen måles for en følge af fx 24 pulser, i tilfælde af en middelstor strøm kan forsinkelsespulsen måles for en følge 15 af fx 12 pulser, og i tilfælde af en stærk fluidumstrøm kan forsinkelsespulsen måles for en følge af fx 6 pulser. Ved måling af forsinkelsespulsen for et antal pulsfølgepulser, der er afhængig af strømningsværdien, kan strømningsmålerens dynamiske område forøges med en faktor på fire.

20 Af ligningen ovenfor fremgår det, at strømmen F er proportional med kvadratet på ultralydbølgernes hastighed i væsken. Da hastigheden af ultralydbølgerne er afhængig af fluidumets temperatur, er det nødvendigt at måle temperaturen for det fluidum, der strømmer gennem strømningskanalen 13, så at der 25 kan tages hensyn til temperaturafhængigheden.

Det strømmende fluidum, der måles på, kan være en hvilken som helst gas eller væske, og for hvert enkelt fluidum, der skal måles, kan hastigheden C for ultralydbølger i dette fluidum fastlægges som funktion af fluidumets temperatur. Som et 30 eksempel er der i fig. 2 vist en kurve, som angiver hastigheden for ultralydbølger i vand som en funktion af vandets temperatur.

7 DK 94 00101 U3

Fig. 3 er et blokdiagram af et elektroniske kredsløb, der anvendes i forbindelse med måling af strømning gennem strømningsmåleren vist i fig. l. Som forklaret ovenfor kan væske, såsom vand eller et andet fluidum, føres gennem strømnings-5 kanalen 13 og indløbs- og udløbskamrene 11 og 12, i hvilke ultralydtransducerne 14a og 14b er anbragt. Transducerne er elektrisk forbundet med en oscillator 41 via forstærkere 42 og 43, og oscillatoren 41 såvel som forstærkerne 42 og 43 styres af en processor, såsom en mikroprocessor 44, så at 10 oscillatoren frembringer følger af spændingspulser, der forstærkes af forstærkerne 42 og 43, og de forstærkede pulser 45 overføres til transducerne 14a og 14b, når disse skal udsende ultralydpulser. De pulser, der frembringes af oscillatoren 41, er fortrinsvis 1 MHz firkantbølgesignaler. Som 15 forklaret ovenfor kan transducerne 14a og 14b omskiftes mellem en ultralydfrembringende og en ultralyddetekterende tilstand, og dette kan opnås ved aktivering og inaktivering af oscillatoren 41 og/eller forstærkerne 42 og 43 ved hjælp af mikroprocessoren 44. I deres detekterende tilstand detek-20 terer hver af transducerne 14a og 14b de ultralydpulser, der udsendes af den modstående transducer for at bestemme tidsforsinkelsen eller faseforskellen for den ultralydpulsfølge, der bevæger sig mod strømmen gennem strømningskanalen 13 sammenlignet med den i strømningsretningen rettede pulsfølge. 25 Den tidsforskel eller faseforskel, der bestemmes i detekteringstilstanden for transducerne 14a og 14b, detekteres af en differentialdetektor 46, der er forbundet med en pulsinte-grator 47, i hvilken de tidsforsinkelsespulser 48, som modtages fra detektoren 46, adderes og forstærkes, hvorved der 30 fremkommer en forsinkelsespuls ΔΤ, der er proportional med væskestrømmen gennem strømningskanalen 13. Værdien af pulsin-tegratoren 47's forstærkningsfaktor er fortrinsvis i nærheden af 2000.

Mikroprocessoren 44 kan overføre et styresignal 49 til dif-35 ferentialdetektoren 46 for at fastlægge det antal tidsforsinkelser, der skal detekteres af differentialdetektoren 46 til brug for bestemmelse af forsinkelsespulsen ΔΤ. Mikropro- 8 DK 94 00101 U3 cessoren 44 kan også bestemme værdien af bredden af denne forsinkelsespuls, på hvilken beregningen af fluidumstrømmen baseres. Temperaturføleren 22, der er anbragt inde i indløbskammeret 11, er forbundet med en analog/digital-omsætter 5 50, fra hvilken information om temperaturen af det fluidum, der strømmer gennem strømningskanalen 13, sendes til mikroprocessoren 44 som et digitalsignal 51. Temperaturmålekreds-løbet kan også omfatte en referencemodstand (ikke vist), så at man får et kredsløb, der er selvkalibrerende med hensyn 10 til den målte temperatur for fluidumet.

Information om ultralydhastighedens afhængighed af temperaturen, hvilken information repræsenteres af den i fig. 2 viste kurve, kan oplagres i et lagerelement eller lagerkredsløb 52, fx en PROM, EPROM, E2PROM eller et hvilket som helst 15 andet lignende hukommelseskredsløb. Dette lagerkredsløb er forbundet med mikroprocessoren 44, så at denne temperaturafhængighed kan tages i betragtning, når fluidumstrømningen gennem strømningskanalen 13 beregnes baseret på den bestemte forsinkelsespuls ΔΤ.

20 Fig. 4 viser et mere detaljeret blokdiagram af en foretrukken udførelsesform af et elektronisk kredsløb til anvendelse sammen med den i fig. 1 illustrerede fluidumstrømningsmåler, og fig. 6 illustrerer forløbet af en foretrukken målesekvens under anvendelse af kredsløbet i fig. 4. Virkemåden af kreds-25 løbet i fig. 4 gennemgås i det følgende.

Processoren 44 fødes med 2 clocksignaler, der ikke er vist på fig. 4, hvilke clocksignaler udgøres af et lavfrekvent signal med en frekvens på fortrinsvis 32,768 kHz, der i'processoren 44 neddeles til omkring 1/2 Hz og bruges til styring af selve 30 målesekvensen, samt af et højfrekvent signal med en frekvens på fortrinvis 2 MHz, der anvendes til generering af pulser til ultralydtranducerne 14a og 14b. I processoren 44 neddeles 2 MHz signalet til en intern arbejdsfrekvens på 500 kHz for på denne måde at spare strøm. Hvert andet sekund foretages en flowmåling og hvert andet sekund foretages en af følgende 35 9 DK 94 00101 U3 kontrolmålinger: en temperaturmåling, en temperaturreferencemåling, en max. måling eller en min. måling (O-måling).

Hver kontrolmåling udføres således fortrinsvis med 8 sekunders mellemrum. I en foretrukken udførelsesform vil det 5 højfrekvente clocksignal på 2 MHz være afbrudt i de perioder, hvor der ikke er brug for dette signal, for på denne måde at spare strøm. Den foretrukne sekvens for måleproceduren er vist i fig. 6.

Under en flowmåling sendes der et 2 MHz signal fra proces-10 soren 44 (ben 59) til en neddeler 41 (i fig. 3 benævnt en oscillator), der fortrinvis er en D-flipflop, der neddeler signalet til 1 MHz, hvorefter 1 Mhz signalet føres til-et booster-kredsløb 42, 43 (svarende til forstærkerne 42 og 43 i fig.3), der føder transducerne 14a og 14b med 1 MHz firkant-15 signaler. Der sendes fortrinsvis pulstog på 64-68 pulser til transducerne 14a og 14b. Pulstogets længde styres af processoren 44 via ben 60 og 61. Processoren styrer endvidere via ben 66 et synkroniseringskredsløb 70, der fortrinsvis består af en D-flipflop, således, at et fasedetektorkredsløb 20 71 ikke aktiveres i denne periode, og således, at der fore tages nogen faseforskydningsmåling af de pulser, som via booster-kredsløbet 42, 43 tilføres transducerne 14a og 14b. Efter udsendelsen af pulstoget er booster-kredsløbet 42, 43 ikke længere aktivt, og transducerne 14a og 14b er nu skiftet 25 om til at virke som modtagere. De signaler, der er afsendt fra transducer 14a i retning af væskestrømningen (nedstrøms) modtages af tranducer 14b og føres herfra til indgangen på gate 65. På samme måde føres opstrømssignalerne, der er afsendt fra transducer 14b, fra transducer 14a til gate 66.

30 (De gates eller kredsløb, der i fig. 4 er markeret med et " + " , addere indgangssignalerne og kan således udgøres af 0R-eller NOR-gates. På tilsvarende vis kan de kredsløb, der er markeret med et "o", multiplicere indgangssignalerne og kan således udgøres af AND- eller NAND-gates) .

35 Da de signaler, der udsendes fra transducerne 14a og 14b vil t være sinuslignende signaler, og da dér ønskes firkantsignaler 10 DK 94 00101 U3 på udgangene af gates 65 og 66, er der tilvejebragt en spændingsdeling via 4 lige store modstande 61-64, så at der på tranducerindgangene af gates 65 og 66 ligger en forspænding på den halve forsyningsspænding. Denne forspænding kan styres 5 af processoren 44 (via ben 62) og vil fortrinsvis være til stede, når fasedetektoren 71 er aktiv. På grund af forspændingen vil udgangene af gates 65 og 66 skifte omkring nulgennemgangspunktet for de sinuslignende udgangssignaler fra transducerne 14a og 14b, hvorved de ønskede firkantspulser 10 opnås.

Udgangssignalet fra gate 65, der repræsenterer nedstrømspul-serne, sendes via gate 68 til set-indgangen på fasedetektoren 71, mens udgangssignalet fra gate 66, der repræsenterer opstrømspulserne, udsættes for en yderligere faseforskydning 15 ved hjælp af et faseforskydningskredsløb 67, der fortrinsvis kan udgøres af et RC-led, hvorfra signalet via gate 69 føres til reset-indgangen på fasedetektoren. Faseforskydningen er nødvendig, idet der skal gives tid til opstart af fasedetektoren 71 og tages højde for støj ved små flowhastigheder 20 således, at den efterfølgende fasedetektor 71 kun skal måle faseforskydninger i én retning.

Det antal pulser, der skal fasedetekeres ved hjælp af fasedetektoren 71, som fortrinsvis udgøres af en RS-vippe, styres af processoren 44. Processoren 44 styrer via ben 66 indgangen 25 D på synkroniseringskredsløbet 70 således, at når ben 66 er aktiv, vil udgang Q på kredsløb 70 aktiveres af bagflanken af den næste faseforskudté opstrømspuls, idet udgangssignalet fra faseforskydningskredsløbet 67 føres til indgang CL på kredsløb 70. Herved synkroniseres fasedetektoren 71 med de 30 faseforskudte opstrømspulser. Når indgang D på kredsløb 70 deaktiveres af processoren 44, vil udgang Q på kredsløb 70 blive deaktiveret på bagflanken af den næste puls på indgang CL på kredsløb 70, hvorefter fasedetektoren er inaktiv. Da signalet fra ben 66 på processoren 44 ikke er styret synkront 35 med de faseforskudte opstrømsignaler, vil det kun være muligt at styre antallet af pulser til fasedetektoren med en nøj - 11 DK 94 00101 U3 agtighed på +-1 puls, hvorfor det senere vil være nødvendigt at korrigere for denne unøjagtighed.

Den i fig. 3 viste differentialdetektor svarer til modstandene 61-64, kredsløbene 65, f66, 68 og 69, faseforskydnings-5 kredsløbet 67, synkroniseringskredsløbet 70 samt fasedetektoren 71 som vist på fig. 4.

Hver gang der modtages en nedstrømspuls på set-indgangen af fasedetektoren 71 aktiveres detektoren 71's udgang, mens denne udgang resettes, når der modtages en faseforskudt 10 opstrømspuls på detektoren 71's reset-indgang. Detektoren 71's udgangssignal er således aktivt i en periode svarende til den totale faseforskydning i tid mellem signalerne på detektoren 71's set- og reset-indgange. Tidsforsinkelses-pulserne på udgangen af detektoren 71 føres via en gate 72 15 til indgangen på en impulsbreddeforstærker 47 (svarende til pulsintegratoren i fig. 3). I kredsløbet 47 adderes eller integreres de modtagne tidsforsinkelsespulser, hvorefter summen af disse forstærkes, hvorved der opnås en forsinkelsespuls ΔΤ, der er en funktion af flowet gennem strømnings-20 kanalen 13. Forstærkningen opnås i en foretrukken udførelses-form ved anvendelse af en analog strømspejlsteknik. Impuls-breddeforstærkeren 47's forstærkningsfaktor vil, som tidligere anført, fortrinsvis være af størrelsen 2000. Ved at summere og forstærke de indkomne signaler fra fasedetektoren 71, 25 undgås anvendelsen af en meget høj clockfrekvens til aftastning af faseforskydningssignalerne fra fasedetektoren 71, hvorved der spares strøm. Den resulterende forsinkelsespuls ΔΤ er altså i en foretrukken udførelsesform ikke kvantiseret eller opmålt med bestemte minimumsspring, men er et analogt 30 signal, der kan antage alle værdier inden for måleområdet.

Det pulsformede udgangssignal fra forstærkerne 47 føres til gate 74, hvor det ganges sammen med 1 MHz clocksignalet, der er neddelt fra 2 MHz clocksignalet. Herved kan længden af forsinkelsespulsen ΔΤ tælles eller måles, idet der på ud-35 gangen af gate 74 lukkes l MHz pulser ud i den periode, hvor 12 DK 94 00101 U3 forsinkelsespulsen ΔΤ er aktiv. Via gate 73 føres pulstoget fra gate 74 ind i et neddelingskredsløb 75, der sender det neddelte pulstog af pulser med en frekvens på fortrinsvis 500 kHz ind i processoren, der tæller antallet af pulser og dermed bestemmer længden af forsinkelsespulsen ΔΤ.

Som oven for nævnt, skal der korrigeres for antallet af pulser, der reelt sendes til fasedetektoren. Dette sker ved, at indgangspulserne til forstærkeren 47 forsinkes i selve forstærkeren 47, inden de adderes og forstærkes, og ved at pulserne fra gate 72 (disse pulser har en frekvens på omkring 1 MHz) via gate 73 føres til neddeleren 75, hvor de fortrinsvis deles med 2, hvorefter de neddelte pulser føres til processoren 44, der tæller eller måler antallet af pulser fra gate 73, idet antallet af pulser fra neddeleren 75 tælles samtidig med, at slutværdien af udgangssignalet fra deleren 75 registreres. Tidsforsinkelse i kredsløbet 47 bør være så stor, at der er tid til at foretage denne måling af det aktuelle pulsantal før end størrelsen af forsinkelsespulsen ΔΤ måles. Herefter kan processoren 44 korrigere måleresultatet for ΔΤ. Har processoren 44 fx givet signal til synkroniseringskredsløbet 70 om, at der skal måles på 24 pulser, og der kun bliver målt på 23 pulser, vil processoren 44 således via gate 73 først registrere antallet af aktuelle målepulser, hvorefter størrelsen af ΔΤ registreres og korrigeres med en faktor svarende til forholdet mellem det ønskede antal målepulser og det faktiske antal målepulser.

Den målte og korrigerede værdi af forsinkelsespulsen ΔΤ er i dette tilfælde ikke direkte proportional med flowhastigheden, idet der er indskudt en faseforskydning, og idet flowhastigheden som tidligere nævnt varierer med temperaturen. Det vil derfor være nødvendigt yderligere at korrigere den målte værdi af ΔΤ, ligesom der også bør korrigeres for de faseforskydninger og unøjagtigheder, der forårsages af de resterende delkredsløb af målekredsløbet.

13 DK 94 00101 U3

Til korrektion af den samlede faseforskydning fra selve målekredsløbet foretages den tidligere nævnte min. måling eller 0-måling. Denne måling foretages ved, at der fx via kreds 76 sendes et kendt antal pulser, fortrinsvis 24 pulser 5 med en frekvens på 1 MHz, ind i gates 65 og 66. Under målingen er udgangen af synkroniseringskredsløbet 70 hele tiden aktivt, idet fasedetektoren skal være aktiv i hele måleperioden. Da de signaler, der sendes ind i gates 65 og 66 har samme fase, vil den målte størrelse af forsinkelsespulsen ΔΤ 10 svare til den totale faseforskydning, der stammer fra måle-kredsløbet. Denne faseforskydning registreres af processoren 44 og bruges til nulpunktskorrektion af det endelige måleresultat .

For at kunne beregne den egentlige faseforskydning mellem 15 transducersignaleme, skal forstærkningsfaktoren i kredsløb 47 kendes. Denne faktor måles ved max. målingen, under hvilken måling der via processoren 44 (ben 64) sendes én puls på 1 μβ ind i fasedetektoren 71 via gate 68, idet 1 μβ svarer til den maksimale faseforskydning ved l MHz. Da faseforskyd-20 ningen således er kendt, kan processoren 44 ud fra den målte værdi af ΔΤ bestemme forstærkningsfaktoren i kredsløb 47.

Som tidligere anført er ultralydhastigheden en funktion af temperaturen af det fluidum, der strømmer gennem flowmå-leren. Kredsløbet i fig. 4 er derfor forsynet med en tempera-25 turafhængig modstand 22, der anvendes som temperaturføler og er anbragt i indløbskammeret 11, samt en referencemodstand 72 og en kondensator 78. Ved temperaturmålingen foretages først en referencemåling ved, at processoren 44 udsender en opladningspuls til RC-leddet, der udgøres af referencemod-30 standen 72 og kondensatoren 78, idet modstanden 72 ved denne måling er forbundet til stel via processoren 44. Den tid, der går fra kondensatoren 78 er opladt, dvs fra opladningspulsens ophør, til den er afladt via modstanden 72, detekteres af processoren 44 på samme måde, som ΔΤ detekteres, idet sig-35 nalet fra RC-leddet 72,78 via gate 72 sendes til forstærkeren 47. På samme måde foretages en måling af modstandsværdien af 14 DK 94 00101 U3 modstanden 22, idet processoren 44 ved denne måling har forbundet modstanden 22 til stel således, at det er RC-leddet 22, 78, der måles på. Herefter kan processoren bestemme temperaturen af fluidumet, og ved opslag i et hukommelses-5 kredsløb 52 kan den ønskede korrektionsværdi aflæses, hvorefter den målte faseforskydningsværdi kan korrigeres for temperaturafhængigheden.

Fig. 5 viser et diagram for en foretrukken udførelsesform af impulsbreddeforstærkerkredsløbet 47. Pulssignalerne fra 10 fasedetektoren 71, der i pulsperioden vil være aktive lav, føres til modstanden R21 på 1 kohm. Under anvendelse af et dobbelt strømspejl, der dannes ved at strømmen i transistor R14 spejles i de to transistorer R15 og R16, vil kondensator C7 aflades med den dobbelte strøm af strømmen i transistor 15 R14. Komperatoren 80 har en reaktionstid, der er længere end den tid, i hvilken der sendes pulssignaler til modstand R21, hvorved kondensatoren C7 aflades hver gang, kredsløbet 47 modtager en puls. Et stykke tid efter, at tilførslen af pulssignalerne er ophørt, skifter komperatoren 80, hvorefter 20 C7 oplades via to transistorer Ril og R12, hvis strøm styres via en modstand R18 på 1 Mohm. Fra forholdet mellem R18 og R21 fås en forstærkning på ca. 1000 og fra strømspejlet bestående af transistorerne R14, R15 og R16 fås en forstærkningsfaktor på ca. 2. Herved opnås en samlet forstærkning på 25 ca. 2000.

I en foretrukken udførelsesform udsender processoren 44 udgangssignaler i form af lavfrekvente impulser, fortrinsvis i området 0-50 Hz, svarende til størrelsen af den beregnede eller målte strømningshastighed eller flow. Disse impulser 30 udsendes i de perioder, hvor der ikke foretages nogen målinger. På denne måde svarer udgangssignalet fra strømnings-måleren til signalet fra en vingehjulsmåler med elektronisk aftastning, og den her angivne strømningsmåler kan således erstatte en vingehjulsmåler i en varmetæller.

DK 94 00101 U3 is

For at forhindre en stadig opsummering af en lille målefejl, når strømningshastigheden er omkring 0, er processoren 44 i en foretrukken udførelsesform indrettet til at afskære udgangsfrekvenssignalet således, at der for beregnede udgangs-5 frekvenser svarende til en strømningshastighed på ca. 4 liter/time udsendes et udgangssignal svarende til strømningshastigheden 0. Afskæringen kan også foretages ved fx 2 liter-/time eller andre passende strømningshastigheder. Optræder der en strømning i negativ retning, vil dette ikke vises i 10 flowmålerens udgangssignal, medmindre den negative strømningshastighed er større end et vist mål, svarende til det elektroniske aftastningskredsløbs totale indbyggede faseforskydning eller tidsforsinkelse, som stammer fra faseforskydningsleddet 67 samt de fra det øvrige delkredsløb. Bliver den 15 negative strømningshastighed større end dette mål, vil processoren 44 udsende et udgangssignal svarende til en meget stort positiv strømningshastighed. Dette er skematisk illustreret i fig. 7, der viser størrelsen af en beregnet strømningshastighed som funktion af den virkelige strømnings-20 hastighed, når der foretages en afskæring i processoren 44 ved 4 liter/time.

Med den i fig. 7 anvendte målingsbegrænsning, kan de såkaldte "skvulp” blive talt op som positivt flow, når flowet i den positive retning overstiger 4 liter/time.

25 Fluidumstrømningsmåleren ifølge frembringelsen kan ikke blot anvendes til måling af fluidumstrømningen gennem målerens strømningskanal, men også til andre målinger baseret på en sådan fluidumstrømningsmåling. Eksempelvis kan strømningsmåleren ifølge frembringelsen anvendes til bestemmelse af 30 varmeforbruget i en enhed, fx et apparat, en lejlighed eller en bygning, hvortil der leveres en strøm af varmt vand eller en anden væske. Ved måling af væskestrømmen gennem enheden og af indløb- og udløbstemperaturerne for enheden kan varmeforbruget i enheden bestemmes.

DK 94 00101 U3 16

Det er klart, at der inden for frembringelsens rammer kan foretages forskellige ændringer ved de på tegningen viste udførelsesformer. Således kan der også anvendes et digitaliseret detekteringskredsløb i stedet for de her anførte analoge kredsløb, 46 og/eller 47. Ved en digitalisering kan det imidlertid være nødvendig at operere med relativt høje frekvenser for at opnå en tilstrækkelig høj opløsning, hvorved strømforbruget vil blive forøget væsentligt, hvilket begrænser strømningsmålerens anvendelsesmuligheder.

Claims (12)

17 DK 94 00101 U3

1. Kredsløb til i en strømningsmåler at aftaste udgangssignaler fra to samhørende ultralydomsættere- eller transducere (14a, 14b), der i et flydende medium udsender og modtager 5 ultralydbølger, omfattende et detekteringskredsløb (46) til detektering af udgangssignalerne, der omfatter nedstrøms- og opstrømssignaler eller pulser, og som indeholder information vedrørende strømningshastigheden af det flydende medium, hvilket detekterings-10 kredsløb (46) omfatter et analogt fasedetekteringskredsløb (71) til dannelse af udgangspulser eller signaler ved detektering af en fase- eller tidsforskel mellem pulserne i et pulstog af nedstrømssignaler og et dertil svarende pulstog af opstrømssignaler, og 15. et processorkredsløb (44) til behandling af de detektere de signaler og til at udsende udgangssignaler svarende til de ved behandlingen fremkomne data eller signaler relateret til strømningshastigheden, kendetegnet ved, at kredsløbet yderligere omfatter 20 et analogt impulsbreddeforstærkerkredsløb (47) til dannelse af en forsinkelsespuls ΔΤ ved summering og forstærkning af et tog af udgangspulser fra fasedetektorkredsløbet (71).

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at impulsbreddeforstærkerkreds-25 løbet (47) omfatter mindst ét analogt strømspejl.

3. Kredsløb ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at impulsbreddeforstærkerkreds-løbet (47) har en forstærkningsfaktor på ca. 2000.

4. Kredsløb ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, 30 kendetegnet ved, at detekteringskredsløbet (46) yderligere omfatter et faseforskydningskredsløb (67) til faseforskydning af opstrømspulserne, før opstrømspulserne føres til fasedetektorkredsløbet (71). 18 DK 94 00101 U3

5. Kredsløb ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at kredsløbet yderligere omfatter digitaliseringskredsløb (74, 75) til digitalisering af forsinkelsespulsen ΔΤ, og at processorkredsløbet (44) er indret- 5 tet til på basis af et udgangssignal fra digitaliserings -kredsløbet (74, 75) at bestemme størrelsen af forsinkelses-pulsen ΔΤ.

6. Kredsløb ifølge krav 5, kendetegnet ved, at digitaliseringen foretages med 10 en frekvens på omkring 1 MHz.

7. Kredsløb ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at processorkredsløbet (44) er indrettet til at udsende udgangssignaler svarende til strømningshastigheden 0, når den af processorkredsløbet (44) 15 bestemte strømningshastighed ligger inden for et forudbestemt interval i området omkring hastigheden 0.

8. Kredsløb ifølge krav 7, kendetegnet ved, at processorkredsløbet (44) er indrettet til at udsende udgangssignaler svarende til strøm-20 ningshastigheden 0, når den af processorkredsløbet (44) bestemte strømningshastighed er mindre end ca. 4 liter/time.

9. Kredsløb ifølge krav 2, kendetegnet ved, at impulsbreddeforstærkeren (47) i hovedsagen er som vist på tegningen.

10. Kredsløb ifølge krav 2, kendetegnet ved, at impulsbreddeforstærkeren (47) i hovedsagen er som beskrevet i beskrivelsen.

11. Kredsløb ifølge krav 5 og i hovedsagen som vist på tegningen.

12. Kredsløb ifølge krav 5 og i hovedsagen som beskrevet i beskrivelsen.