EP1941243A1 - Method and apparatus for the ultrasonic measurement of the flow rate of flowable media - Google Patents

Method and apparatus for the ultrasonic measurement of the flow rate of flowable media

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Publication number
EP1941243A1
EP1941243A1 EP06806413A EP06806413A EP1941243A1 EP 1941243 A1 EP1941243 A1 EP 1941243A1 EP 06806413 A EP06806413 A EP 06806413A EP 06806413 A EP06806413 A EP 06806413A EP 1941243 A1 EP1941243 A1 EP 1941243A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase
signal
sound
sensors
measuring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06806413A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Deutscher
Thomas Will
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MIB GmbH MESSTECHNIK und INDUSTRIEBERATUNG
Original Assignee
MIB GmbH MESSTECHNIK und INDUSTRIEBERATUNG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MIB GmbH MESSTECHNIK und INDUSTRIEBERATUNG filed Critical MIB GmbH MESSTECHNIK und INDUSTRIEBERATUNG
Publication of EP1941243A1 publication Critical patent/EP1941243A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a measuring device for determining the flow of free-flowing media through a measuring section, wherein the measuring device has at least two spaced-apart ultrasonic transceivers as sensors for the transmission of the measuring section in and against the flow direction and for signal recording and is operated with an ultrasonic phase difference method , Moreover, the invention also relates to a measuring device for determining the flow of flowable media through a measuring path, for example in the above-mentioned method.
  • the determination of the flow of fluid or fluid media can be carried out with different methods, one of which is known per se, the measurement by means of ultrasound.
  • the known ultrasonic measuring methods e.g. The sing-around method (pulse repetition frequency method)
  • continuous rivers can be well measured.
  • a relatively long measurement time must be taken into account, so that does not offer a use of such methods in rapidly changing rivers.
  • direct time measurements with transit time methods are rather unsuitable under such conditions since a value for the flow can only be calculated from the scattering of the sound propagation times when relatively many measurement cycles are included.
  • a measuring device is operated with the ultrasonic phase difference method for flow measurement.
  • at least two ultrasonic transceivers are arranged as sensors on opposite sides of the measuring section to be traversed, and advantageously operated alternately as transmitter and receiver.
  • the medium to be measured is irradiated once essentially in the flow direction and then substantially counter to the flow direction. This results, depending on the flow rate, to different phase shifts of the sound signals. Since the measurement takes place separately in both directions of flow, an analogue part consisting of amplifier and threshold value switch must advantageously be constructed only once, which reduces component inaccuracies influencing the measurement. Moreover, the two received signals do not interfere.
  • the corresponding sensor transmits several packets of ultrasonic vibrations, for example two, four, preferably six, eight or more packets, each with a certain number of pulses, for example 32, 64 or 128 pulses, which after passing through the fluid to be measured the other, working in the receiving operation sensor are recorded.
  • the sensors are in this case operated with a square-wave voltage of adjustable but constant frequency, for example 1 MHz. Due to the fixed measuring frequency, the emitted fast pulses are reproducibly measurable, which would not be possible with variable sampling frequency. 8th
  • a total measurement which comprises a measurement in the nominal direction and a measurement against the nominal direction, takes on the order of several milliseconds, about six packets to 64 pulses of 4.096 ms.
  • Disturbances of the measuring process by input and / or decay processes or the displacement of a package by temperature change and the associated change in the speed of sound in the medium to be measured can be expediently hidden by the fact that in the inventive method, the transmission packet has a longer duration than the opening time of the recipient.
  • ⁇ + is the phase shift in the flow direction
  • ⁇ _ is the phase shift opposite to the flow direction
  • c is the sound velocity
  • L is the measurement path length
  • f is the frequency of the ultrasound.
  • the phase values for each sound direction are obtained from the phase difference between a reference signal and the respective received signal of the sound direction by measurement.
  • the use of a reference signal and the associated processing of two phase values also allows an identification of the flow direction of the medium.
  • the reference signal and the received signal of the respective sound direction lie on the inputs of a phase comparison circuit and control their output. At the output of this circuit pulses are generated whose length is dependent on the phase difference between the reference signal and the received signal.
  • the method therefore always generates real measured values, since each measurement starts again at zero and the preceding measured value does not enter into the result of the preceding one, that is to say is determined independently.
  • the phase comparison circuit preferably has a phase comparator (PD element) known as phase comparator type 3 with edge-dependent or edge-triggered connection, which as a rule is realized by a flip-flop circuit. Due to this edge triggering of the phase comparison circuit, the measuring range is also compared with the use of e.g. an AND gate or XOR gate extended since a maximum phase difference of 360 ° is possible. Due to the mentioned circuit, pulses are obtained at the output of the phase comparison circuit whose length depends on the phase shift of the two received signals. These pulses representing the phase shifts are integrated within the receiving window of the receiving sensor.
  • PD element phase comparator
  • edge-dependent or edge-triggered connection which as a rule is realized by a flip-flop circuit. Due to this edge triggering of the phase comparison circuit, the measuring range is also compared with the use of e.g. an AND gate or XOR gate extended since a maximum phase difference of 360 ° is possible. Due to the mentioned circuit, pulses are obtained at the output of the phase comparison circuit whose length depends
  • the reference signal can expediently be shifted in time in certain stages. In this way, for example, a temperature-induced shift of both received signals can be followed. This ensures that the entire measuring range is always available for the measurements.
  • the received signals are ideally phase-shifted by a basic shift of approximately 90 ° -180 ° with respect to the reference signal, in this case, of course, by the same amount.
  • this basic shift is not important for the calculation of the flux, since only the difference between the reference and the received signal is included in the flux calculation, but this results in advantages for the operation of the phase comparison circuit.
  • the conscious phase shift is automatically eliminated by the method since this shift in 10 both directions of the measurements is equally effective.
  • the evaluation of the output signal of the phase comparison circuit can be carried out in one of the manner of carrying out the inventive method expediently in two different ways, namely by digital counting of the signal or analog integration.
  • a digital counting of the output signal of the phase comparison circuit takes place with a counting clock, which is significantly greater than the ultrasonic frequency.
  • the corresponding counter is therefore operated at a high frequency, the counter being enabled only during the output pulses of the phase comparison circuit.
  • a directly proportional to the phase shift numerical value is obtained.
  • the counter which is running at a high-frequency measuring clock is then switched on and delivers a phase-shift-dependent counter value
  • the counter measures approximately 240 signals in the case of six pulse packets, which means a correspondingly high resolution of the measurement.
  • a capacitor is expediently charged by the pulses of the phase comparison circuit.
  • the necessary linkage of the signals is again produced by the phase comparison circuit and a so-called PWM signal is generated for further processing, whose pulse width is proportional to the phase shift.
  • the capacitor can be discharged by a constant current or a signal constant clock (reference clock), the duration of the discharge or the number of reference clocks is in turn proportional to the phase shift and can be measured by a counter. From the speed determined with the aid of the phase shift, the volume flowed through can be determined with a known measuring tube cross section.
  • the method according to the invention is with a number of, for example
  • the method is also suitable for short-term filling and metering operations, for example, the sometimes extreme delivery behavior of piston diaphragm pumps can thus be detected.
  • the multiple measurement of the phase values within the receiving window and the subsequent integration also ensures a low susceptibility to interference, since not the right pulse from the received signal must be found. If this were necessary, a phase jump would inevitably lead to a wrong measurement. In the method according to the invention, however, a phase jump within the received signal is irrelevant, since in this case there is simply a shift by one pulse.
  • the determined sound propagation time leads to the determination of a correction factor, which in turn is included in the calculation of the flow rate from the phase difference values.
  • This sound propagation time value can also be used to compensate for temperature changes.
  • the pulse packet of, for example, two pulses is emitted in addition to the pulse packets of the phase measurement, in such a way that there is no disturbance between phase measurement and sound propagation time measurement. This in turn means that the sending of the mentioned two pulses outside of the receiving window of the phase measurement takes place and the sound propagation time measurement takes place outside the transmission time of the phase measurement.
  • a subsequent mathematical value compensation 14 tion is advantageous because it is not necessary to intervene in the measuring arrangement, so no detuning of components, such as a frequency generator or a constant current source is necessary.
  • a flow value can be obtained with the method described, for example, in the following manner: In and against the flow direction, the respective transmitter successively sends six packets each with a certain number of pulses, received by the respective receiver, amplified, A / D converted and compared with the reference signal, the difference is then formed from the flow direction-dependent phase values. The values of four of these cycles are then summed up, and the summed phase difference value is thereafter compensated for sound propagation time and provided with a diameter-dependent factor.
  • This method according to the invention for determining the flow rate is suitable per se for measurements in both directions of flow, negative flows can also be measured and offsets based on production tolerances can be eliminated without the need for a phase shift of the measurement signal.
  • the asynchronous phase comparison circuit used works fast enough even without a very high-frequency clock signal. With the described method so measurements with high temporal resolution are possible so that even fast processes in dosage or pumping sequences can be detected. By integrating a large number of measured values in each cycle, a measured value is generated very quickly at a high resolution of the measuring range. 15
  • the invention is characterized in that at least two ultrasound transceivers (4) arranged at a distance from the measuring section are provided as sensors which scan through the measuring path in and against the flow direction and in that the sensors alternately acting as a transmitter and receiver with an AC voltage tunable, constant frequency and the receiving sensor is provided a shorter time than the transmission time of the transmitting sensor transmitter that the device has at least one device which amplifies received signals, converts, forms a threshold and / or the phase position of the received signal determines and stores, and that the measuring device has a phase comparison circuit and a microprocessor-based evaluation device for correcting phase difference values.
  • FIG. 2 shows diagrams with the phase-dependent pulse widths of the output pulses of the phase comparison circuit, the high-frequency measuring clock that counts these pulses and the actually counted measuring clock pulses;
  • FIG. 3 shows a diagram with the phase-dependent im 16 pulse widths integrated voltage, which during subsequent reference times, which is then counted by constant pulse widths of a reference clock;
  • FIG. 5 shows a diagram of a received signal in the overdriven amplified state with the trigger thresholds for the sound propagation time measurement
  • FIG. 6 shows a block diagram of a measuring device for controlling the measuring sequence according to the inventive method.
  • FIG. 1 shows the time profile of the received signals H and R of a (H) running in the flow direction of a fluid to be measured and of a (R) receiving signal returning counter to the flow direction.
  • the phase position of the two signals or their phase difference with respect to a reference signal Ref can be seen, which is measured per sound direction. This results from the shift of the rising edge of the respective rectangular signal and is denoted by ⁇ (H) or ⁇ (R) for the two signals.
  • the output of the phase comparison circuit is set in the method according to the invention and reset at the rising edge of the received signal (depending on the measuring direction H or R).
  • pulses are obtained at the output whose length depends on the phase shift of the signals.
  • P ( ⁇ ) are schematically plotted on a time axis in the upper diagram of FIG. 2 and are integrated during the receiving window of the receiving sensor.
  • the middle diagram of FIG. 2 represents the counting of this output signal of the phase comparison circuit with a high-frequency measuring clock, that is, a counting clock that is significantly higher than the ultrasonic frequency.
  • FIG. 3 shows diagrammatically how the phase-dependent output pulses of the phase comparison circuit P ( ⁇ ) are integrated analogously by charging a capacitor through the pulses during the measurement time T M. After completion of the integration process, the capacitor then becomes
  • I circuit is applied to a PWM signal in which the pulse widths P ( ⁇ ) are proportional to the phase shift.
  • the discharge time depends on the voltage at the capacitor and thus on the phase difference between the received signal and the reference signal.
  • counter pulses are generated which are summed up in a counter and sent to the microprocessor for further processing 18 will be provided. The number of these meter cycles or pulses is in turn proportional to the phase shift.
  • the speed can be determined via the phase shift and, in the case of a known measuring tube cross-section, can be deduced from the volume flowed through.
  • FIG. 4 shows a pulse as a received signal in the normally amplified state. From the amplitudes of the normal amplified received signal, the pulse height H of this signal can be determined.
  • FIG. 5 shows the received signal in the overdriven state with the trigger thresholds TS1 and TS2 for the sound propagation time measurement. For the signal shown in FIG. 5, the trigger thresholds TS1 and TS2 are set such that the trigger threshold TS1 meets the first amplitude of the signal and the trigger threshold TS2 the second amplitude of the signal. However, other settings of the trigger thresholds or signal amplitudes, e.g. such that the first amplitude is so low that both thresholds hit the second amplitude or the first amplitude is high enough to hit both thresholds.
  • the trigger threshold TS1 only the second amplitude and the trigger threshold TS2 then the third amplitude hits. Which of these situations is present, can be decided in the sound propagation time measurement by the previously made, shown in Figure 4 determination of the pulse height.
  • FIG. 6 shows the block diagram of a measurement device, denoted as a whole by 1, which controls the measurement process of an ultrasound measurement on a measurement path 3, at which ultrasound transceivers 4 are arranged at a distance as sensors, by a control element 2. It is controlled 19 next a frequency generator 5, which generates the clock signal for the ultrasonic transceiver 4, wherein by closing the switch 6 by the controller will decide which of the ultrasonic transceiver is to emit the frequency generated by the frequency generator 5 Pulsever. In accordance with this selected measuring direction, the received signal is fed to the amplifier 7 via the switch 6 '. The amplifier 7 passed the signal to the threshold value switch 8 of the phase measurement and the switchable amplifier 9a of the sound propagation time measurement.
  • the output of the threshold switch 8 continues to the phase comparator 9, where it is compared with the reference signal, which in turn generated from the signal of the frequency generator and was deliberately shifted in phase by a switchable phase shifter 10.
  • the output signal of the phase comparison circuit is passed on to a counting stage 11 with measuring port and integration circuit. The result generated in the counting step is then provided to the microprocessor 12 for further evaluation or use.
  • the already mentioned second path of the amplified signal to the amplifier 7 goes to the switchable Matter Kunststoffungsver- amplifier 9a, which initially amplified to measure the pulse height by a factor of 1, so leaves the signal unchanged.
  • the trigger signal is reduced at trigger 13 until the counter value is within an expected window, whereby the pulse height is determined.
  • the trigger thresholds are set and then the overdrive amplifier is switched on, with the help of which the sound propagation time is then measured.
  • the measured value of the sound propagation time measurement which is applied to the counting element 14 is in turn supplied to the microprocessor 12 for further processing.
  • the above invention therefore relates to a method for 20
  • the measuring device 1 for transmitting the measuring section 3 in and against the flow direction and for signal recording at least two spaced-apart ultrasonic transceiver 4 has as sensors and with a Ultraschallphasendifferenz- method is operated, which method is highlighted by the fact that the sensors are operated alternately as a transmitter and receiver, that the sensors are operated with an AC voltage adjustable, constant frequency, each time the sending time of the transmitting sensor longer than the receiving time of the receiving sensor and the flow rate is determined at least by the following method steps:

Abstract

The invention relates to a method for operating a measuring apparatus (1) for determining the flow rate of flowable media through a measuring section (3), wherein the measuring apparatus (1) has, as sensors, at least two ultrasound transceivers (4), which are arranged at a distance from one another, for the purpose of the ultrasonic testing of the measuring section (3) in and counter to the positive direction and for the purpose of picking up signals and is operated with an ultrasonic phase difference method. The flow rate is determined at least by means of the following method steps: the first of the sensors subjects the measuring section to ultrasonic testing in the direction of flow and the signal is received by the second sensor, the signal is amplified and subjected to A/D conversion, a threshold value is formed, the associated phase angle H is determined and stored, the second of the sensors subjects the measuring section to ultrasonic testing counter to the direction of flow and the signal is received by the first sensor, the signal is amplified and subjected to A/D conversion, a threshold value is formed, the associated phase angle R is determined and stored, the difference between the phase values, which depend on the direction of flow, is formed, and the phase difference value is corrected using a factor that depends on diameter.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ULTRASCHALL-MESSUNG DES DURCHFLUSSES FL IESS FÄHIGER MEDIEN METHOD AND DEVICE FOR ULTRASONIC MEASUREMENT OF THE FLOW OF FL IESS-ACHIEVED MEDIA
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Messvorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses fließfähiger Medien durch eine Messstrecke, wobei die Messvorrichtung zur Durchschallung der Messstrecke in und entgegen der Flussrichtung und zur Signalaufnahme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall-Sendeempfänger als Sensoren aufweist und mit einem Ultraschallphasendifferenzverfahren betrieben wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses fließfähiger Medien durch eine Messstrecke, beispielsweise in dem vorstehend erwähnten Verfahren.The invention relates to a method for operating a measuring device for determining the flow of free-flowing media through a measuring section, wherein the measuring device has at least two spaced-apart ultrasonic transceivers as sensors for the transmission of the measuring section in and against the flow direction and for signal recording and is operated with an ultrasonic phase difference method , Moreover, the invention also relates to a measuring device for determining the flow of flowable media through a measuring path, for example in the above-mentioned method.
Die Bestimmung des Durchflusses fließfähiger oder fluider Medien kann mit unterschiedlichen Verfahren erfolgen, von denen ein an sich bekanntes die Messung mittels Ultraschall darstellt. Mit den bekannten Ultraschall-Messverfahren, z.B. der Sing-around-Methode (Impuls-Folgefrequenz-Verfahren) , lassen sich dabei kontinuierliche Flüsse gut messen. Hierbei muß allerdings eine relativ lange Messzeit in Kauf genommen werden, so dass sich ein Einsatz solcher Verfahren bei sich schnell ändernden Flüssen nicht anbietet. Auch direkte Zeitmessungen mit Laufzeitverfahren sind bei solchen Bedingungen eher ungeeignet, da erst bei Einbeziehung relativ vieler Messzyklen aus der Streuung der Schalllaufzeiten ein Wert für den Durch- fluss errechenbar ist.The determination of the flow of fluid or fluid media can be carried out with different methods, one of which is known per se, the measurement by means of ultrasound. With the known ultrasonic measuring methods, e.g. The sing-around method (pulse repetition frequency method), continuous rivers can be well measured. Here, however, a relatively long measurement time must be taken into account, so that does not offer a use of such methods in rapidly changing rivers. Also, direct time measurements with transit time methods are rather unsuitable under such conditions since a value for the flow can only be calculated from the scattering of the sound propagation times when relatively many measurement cycles are included.
Neben den bereits erwähnten Verfahren sind auch sogenannte Ultraschall-Phasendifferenzverfahren zur Ermittlung des 6In addition to the already mentioned methods are also so-called ultrasonic phase difference method for determining the 6
Durchflusses des Mediums durch die Messstrecke an sich bekannt, beispielsweise aus der CH 604 133 oder DE 37 34 635 A1. Die dort vorgeschlagenen Verfahren weisen jedoch insoweit Nachteile auf, als dass zum einen durch eine Vielzahl analo- ger Bauteile die Messungen gestört werden, sich die Empfangssignale gegenseitig beeinflussen können und die Flussrichtung nicht bekannt ist, zum anderen ein hoher Schaltungsaufwand zur Phasenverschiebung von Messsignalen und anschließender Synchronisierung getrieben werden muß.Flow of the medium through the measuring path known per se, for example, from CH 604 133 or DE 37 34 635 A1. However, the methods proposed there have disadvantages to the extent that, on the one hand, the measurements are disturbed by a large number of analog components, the reception signals can influence one another, and the direction of flow is unknown, and, on the other hand, a high degree of circuit complexity for the phase shift of measuring signals and subsequently Synchronization must be driven.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Durchflussmessung zur Verfügung zu stellen, welches bei verringertem schaltungstechnischen Aufwand störungsfrei eine schnelle, hochaufgelöste Ermittlung des Durchflus- ses ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method for flow measurement, which allows a fast, high-resolution determination of the flow with reduced circuit complexity trouble-free.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Sensoren jeweils abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben werden, bei dem die Sensoren mit einer Wechselspannung einstellbarer, konstanter Frequenz betrieben werden, wobei jeweils die Sendezeit des sendenden Sensors länger als die Empfangszeit des empfangenden Sensors ist und der Durchfluss zumindest durch die folgenden Verfah- rensschritte ermittelt wird: - Durchschallung der Messstrecke durch den einen der Sensoren in Flussrichtung und Empfang des Signals durch den anderen Sensor,This object is achieved by a method of the type mentioned, in which the sensors are operated alternately as a transmitter and receiver, in which the sensors are operated with an AC voltage adjustable, constant frequency, each time the transmission time of the transmitting sensor longer than the reception time of the receiving sensor and the flow rate is determined at least by the following method steps: - sound transmission through the one of the sensors in the flow direction and reception of the signal by the other sensor,
- Verstärkung des Signals, A/D-Wandlung, Schwellwertbildung, Ermittlung und Speicherung der zugehörigen Phasenlage H,Amplification of the signal, A / D conversion, thresholding, determination and storage of the associated phase position H,
- Durchschallung der Messstrecke durch den anderen der Sensoren entgegen der Flussrichtung und Empfang des Signals durch den einen Sensor,- Sound transmission through the other of the sensors against the flow direction and reception of the signal by the one sensor,
- Verstärkung des Signals, A/D-Wandlung, Schwellwert- bildung, Ermittlung und Speicherung der zugehörigen 7- Signal amplification, A / D conversion, thresholding, detection and storage of the associated signal 7
Phasenlage R,Phase position R,
- Differenzbildung der Flussrichtungsabhängigen Phasenwerte,Difference formation of the flow direction dependent phase values,
- Korrektur des Phasendifferenzwerts mit einem durch- messerabhängigen Faktor.- correction of the phase difference value with a diameter-dependent factor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Durchflussmes- sung demnach eine Messvorrichtung mit dem Ultraschallphasen- differenzverfahren betrieben. Dabei werden wenigstens zwei Ultraschall-Sendeempfänger als Sensoren an gegenüberliegenden Seiten der zu durchschallenden Messstrecke angeordnet und vorteilhafterweise abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben. Das zu messende Medium wird hierbei einmal im wesentlichen in Strömungsrichtung und dann im wesentlichen ent- gegen der Strömungsrichtung durchstrahlt. Hierdurch kommt es, abhängig von der Fließgeschwindigkeit, zu unterschiedlich großen Phasenverschiebungen der Schallsignale. Da die Messung in beide Flussrichtungen getrennt stattfindet, muß vorteilhafterweise etwa ein aus Verstärker und Schwellwertschalter bestehender Analogteil nur einmal aufgebaut werden, was die Messung beeinflussende Bauteilungenauigkeiten reduziert, ü- berdies stören sich die beiden Empfangssignale nicht.In the method according to the invention, therefore, a measuring device is operated with the ultrasonic phase difference method for flow measurement. In this case, at least two ultrasonic transceivers are arranged as sensors on opposite sides of the measuring section to be traversed, and advantageously operated alternately as transmitter and receiver. In this case, the medium to be measured is irradiated once essentially in the flow direction and then substantially counter to the flow direction. This results, depending on the flow rate, to different phase shifts of the sound signals. Since the measurement takes place separately in both directions of flow, an analogue part consisting of amplifier and threshold value switch must advantageously be constructed only once, which reduces component inaccuracies influencing the measurement. Moreover, the two received signals do not interfere.
Im Sendebetrieb sendet der entsprechende Sensor mehrere Pake- te von Ultraschallschwingungen, beispielsweise zwei, vier, bevorzugt sechs, acht oder mehr Pakete mit je einer gewissen Anzahl von Pulsen, beispielsweise 32, 64 oder 128 Pulsen aus, die nach Durchlaufen des zu messenden Fluids von dem anderen, im Empfangsbetrieb arbeitenden Sensor aufgenommen werden. Die Sensoren werden hierbei mit einer Rechteckspannung einstellbarer, aber konstanter Frequenz, beispielsweise 1 MHz, betrieben. Durch die festgelegte Messfrequenz sind die ausgesandten schnellen Pulse reproduzierbar messbar, was bei variabler Abtastfrequenz nicht gegeben wäre. 8In the transmission mode, the corresponding sensor transmits several packets of ultrasonic vibrations, for example two, four, preferably six, eight or more packets, each with a certain number of pulses, for example 32, 64 or 128 pulses, which after passing through the fluid to be measured the other, working in the receiving operation sensor are recorded. The sensors are in this case operated with a square-wave voltage of adjustable but constant frequency, for example 1 MHz. Due to the fixed measuring frequency, the emitted fast pulses are reproducibly measurable, which would not be possible with variable sampling frequency. 8th
Eine Gesamtmessung, die eine Messung in Nennrichtung und eine Messung entgegen der Nennrichtung umfaßt, dauert dabei in der Größenordnung mehrerer Millisekunden, etwa bei sechs Paketen zu 64 Pulsen 4,096 ms.A total measurement, which comprises a measurement in the nominal direction and a measurement against the nominal direction, takes on the order of several milliseconds, about six packets to 64 pulses of 4.096 ms.
Störungen des Messvorgangs durch Ein- und/oder Ausschwingvorgänge oder aber die Verschiebung eines Pakets durch Temperaturänderung und durch die damit verbundene Änderung der Schallgeschwindigkeit in dem zu messenden Medium können zweckmäßigerweise dadurch ausgeblendet werden, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Sendepaket eine längere Dauer als die Öffnungszeit des Empfängers aufweist.Disturbances of the measuring process by input and / or decay processes or the displacement of a package by temperature change and the associated change in the speed of sound in the medium to be measured can be expediently hidden by the fact that in the inventive method, the transmission packet has a longer duration than the opening time of the recipient.
Die zu ermittelnde Fließgeschwindigkeit v ergibt sich zuThe flow velocity v to be determined is given by
2 L-2 π f '2 L-2 π f '
wobei φ+ die Phasenverschiebung in Strömungsrichtung, φ_ die Phasenverschiebung entgegen Strömungsrichtung, c die Schall- geschwindigkeit , L die Messstreckenlänge und f die Frequenz des Ultraschalls ist.where φ + is the phase shift in the flow direction, φ_ is the phase shift opposite to the flow direction, c is the sound velocity, L is the measurement path length and f is the frequency of the ultrasound.
Vorteilhafterweise werden bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens die Phasenwerte für jede Schallrichtung aus der Phasendifferenz zwischen einem Referenzsignal und dem jeweiligen Empfangssignal der Schallrichtung durch Messung gewonnen. Die Verwendung eines Referenzsignals und die damit verbundene Verarbeitung von zwei Phasenwerten erlaubt auch eine Identifikation der Strömungsrichtung des Mediums. Das Referenzsignal und das Empfangssignal der jeweiligen Schallrichtung liegen auf den Eingängen einer Phasenvergleichsschaltung und steuern deren Ausgang. Am Ausgang dieser Schaltung werden Pulse erzeugt, deren Länge abhängig von der Phasendifferenz zwischen Referenzsignal und Empfangssignal ist. 9Advantageously, in a preferred implementation of the method, the phase values for each sound direction are obtained from the phase difference between a reference signal and the respective received signal of the sound direction by measurement. The use of a reference signal and the associated processing of two phase values also allows an identification of the flow direction of the medium. The reference signal and the received signal of the respective sound direction lie on the inputs of a phase comparison circuit and control their output. At the output of this circuit pulses are generated whose length is dependent on the phase difference between the reference signal and the received signal. 9
Mit dem Verfahren werden also immer echte Messwerte erzeugt, da jede Messung wieder bei Null startet und der vorhergehende Messwert nicht in das Ergebnis des vorhergehenden eingeht, also unabhängig ermittelt ist.The method therefore always generates real measured values, since each measurement starts again at zero and the preceding measured value does not enter into the result of the preceding one, that is to say is determined independently.
Die Phasenvergleichsschaltung weist dabei bevorzugt einen als Phasenkomparator Typ 3 bekannten Phasenvergleicher (PD-Glied) mit flankenabhängiger bzw. flankengetriggerter Verknüpfung, der in der Regel durch eine Flip-Flop-Schaltung realisiert wird. Durch diese Flankentriggerung der Phasenvergleichsschaltung wird auch der Messbereich gegenüber dem Einsatz z.B. eines UND-Gliedes oder XOR-Gliedes erweitert, da eine maximale Phasendifferenz von 360° möglich ist. Durch die erwähnte Schaltung werden am Ausgang der Phasenvergleichsschal- tung Pulse erhalten, deren Länge von der Phasenverschiebung der beiden Empfangssignale abhängig ist. Diese die Phasenverschiebungen darstellenden Pulse werden innerhalb des Empfangsfensters des empfangenden Sensors aufintegriert .In this case, the phase comparison circuit preferably has a phase comparator (PD element) known as phase comparator type 3 with edge-dependent or edge-triggered connection, which as a rule is realized by a flip-flop circuit. Due to this edge triggering of the phase comparison circuit, the measuring range is also compared with the use of e.g. an AND gate or XOR gate extended since a maximum phase difference of 360 ° is possible. Due to the mentioned circuit, pulses are obtained at the output of the phase comparison circuit whose length depends on the phase shift of the two received signals. These pulses representing the phase shifts are integrated within the receiving window of the receiving sensor.
Bei einer weiteren Art der Durchführung des Verfahrens kann das Referenzsignal zweckmäßigerweise in bestimmten Stufen zeitlich verschoben werden. Auf diese Art kann zum Beispiel einer temperaturbedingten Verschiebung beider Empfangssignale gefolgt werden. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass für die Messungen immer der gesamte Messbereich zur Verfügung steht. Steht das zu messende Medium still, so sind dabei die Empfangssignale idealerweise um eine Grundverschiebung von ca. 90° - 180 ° gegenüber dem Referenzsignal phasenverschoben, in diesem Fall natürlich um den gleichen Betrag. Diese Grundverschiebung ist jedoch für die Berechnung des Flusses nicht von Bedeutung, da lediglich die Differenz von Referenz- und Empfangssignal in die Flussberechnung eingeht, für den Betrieb der Phasenvergleichsschaltung ergeben sich daraus a- ber Vorteile. Die bewußte Phasenverschiebung wird durch das Verfahren automatisch eliminiert, da diese Verschiebung in 10 beide Richtungen der Messungen gleichermaßen wirksam ist.In a further mode of carrying out the method, the reference signal can expediently be shifted in time in certain stages. In this way, for example, a temperature-induced shift of both received signals can be followed. This ensures that the entire measuring range is always available for the measurements. If the medium to be measured is stationary, the received signals are ideally phase-shifted by a basic shift of approximately 90 ° -180 ° with respect to the reference signal, in this case, of course, by the same amount. However, this basic shift is not important for the calculation of the flux, since only the difference between the reference and the received signal is included in the flux calculation, but this results in advantages for the operation of the phase comparison circuit. The conscious phase shift is automatically eliminated by the method since this shift in 10 both directions of the measurements is equally effective.
Die Auswertung des Ausgangssignals der Phasenvergleichsschaltung kann bei einer Art der Durchführung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens zweckmäßigerweise auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen, nämlich durch digitale Auszählung des Signals oder analoge Aufintegration.The evaluation of the output signal of the phase comparison circuit can be carried out in one of the manner of carrying out the inventive method expediently in two different ways, namely by digital counting of the signal or analog integration.
Bei der ersten Durchführungsart findet ein digitales Auszäh- len des Ausgangssignals der Phasenvergleichsschaltung mit einem Zähltakt statt, welcher deutlich größer als die Ultra- schallfrequenz ist. Der entsprechende Zähler wird also mit einer hohen Frequenz betrieben, wobei das Zählwerk nur während der Ausgangspulse der Phasenvergleichsschaltung freige- geben ist. Hierdurch wird ein direkt zur Phasenverschiebung proportionaler Zahlenwert erhalten. Während der Zeit, in der das zeitvariante Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung auf logisch „High" liegt, ist dann der Zähler, der mit einem hochfrequenten Messtakt läuft, eingeschaltet und liefert ei- nen von der Phasenverschiebung abhängigen Zählerwert. Zieht man erneut das Beispiel mit sechs Pulspakete mit 64 Pulsen pro Messung heran, so können pro Pulspaket in etwa 40 Ausgangssignale der Phasenvergleichsschaltung ausgewertet werden, der Zähler mißt also bei sechs Pulspaketen ca. 240 Sig- nale aus, was eine entsprechend hohe Auflösung der Messung bedeutet .In the first embodiment, a digital counting of the output signal of the phase comparison circuit takes place with a counting clock, which is significantly greater than the ultrasonic frequency. The corresponding counter is therefore operated at a high frequency, the counter being enabled only during the output pulses of the phase comparison circuit. As a result, a directly proportional to the phase shift numerical value is obtained. During the time in which the time-variant output signal of the phase comparison circuit is at logic high, the counter which is running at a high-frequency measuring clock is then switched on and delivers a phase-shift-dependent counter value With 64 pulses per measurement, approximately 40 output signals of the phase comparison circuit can be evaluated per pulse packet, so the counter measures approximately 240 signals in the case of six pulse packets, which means a correspondingly high resolution of the measurement.
Bei der Durchführung des Verfahrens mit analoger Aufintegration wird zweckmäßigerweise ein Kondensator durch die Pulse der Phasenvergleichsschaltung geladen. Zunächst wird hierbei wiederum durch die Phasenvergleichsschaltung die notwendige Verknüpfung der Signale hergestellt und zur Weiterverarbeitung ein sogenanntes PWM-Signal erzeugt, dessen Impulsbreite zur Phasenverschiebung proportional ist. Während der Messzeit wird dann eine ausgezählte, konstante Impulszahl dieses PWM- 11In carrying out the method with analog integration, a capacitor is expediently charged by the pulses of the phase comparison circuit. First of all, the necessary linkage of the signals is again produced by the phase comparison circuit and a so-called PWM signal is generated for further processing, whose pulse width is proportional to the phase shift. During the measurement time, a counted, constant number of pulses of this PWM 11
Signals auf einen analogen Integrierschaltkreis geschaltet, wodurch eine zu der Impulsbreite proportionale Ladespannung entsteht. Nach Beendigung des Aufintegriervorgangs kann der Kondensator durch einen konstanten Strom bzw. ein Signal kon- stanter Taktung (Referenztakt) entladen werden, wobei die Dauer des Entladevorgangs bzw. die Anzahl der Referenztakte wiederum proportional zur Phasenverschiebung ist und durch einen Zähler ausgemessen werden kann. Aus der mit Hilfe der Phasenverschiebung bestimmten Geschwindigkeit kann bei be- kanntem Messrohrquerschnitt das durchströmte Volumen ermittelt werden.Signal is switched to an analog integrating circuit, whereby a proportional to the pulse width charging voltage is formed. After completion of the integration process, the capacitor can be discharged by a constant current or a signal constant clock (reference clock), the duration of the discharge or the number of reference clocks is in turn proportional to the phase shift and can be measured by a counter. From the speed determined with the aid of the phase shift, the volume flowed through can be determined with a known measuring tube cross section.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, die beispielsweise einen kontinuierlichen Fluss gut messen können, ist das er- findungsgemäße Verfahren mit einer Anzahl von beispielsweiseIn contrast to the known methods, which can measure well, for example, a continuous flow, the method according to the invention is with a number of, for example
250 echten Messwerten pro Sekunde sehr schnell, wodurch dem Durchflussverlauf des zu messenden Mediums direkt gefolgt werden kann. Hierdurch ist das Verfahren auch für kurzzeitig ablaufende Abfüll- und Dosiervorgänge geeignet, beispielswei- se ist auch das teilweise extreme Förderverhalten von Kolben- Membranpumpen damit erfaßbar. Darüber gewährleistet die Vielfachmessung der Phasenwerte innerhalb des Empfangsfensters und die nachfolgende Aufintegration auch eine geringe Störanfälligkeit, da nicht der richtige Puls aus dem Empfangssignal aufgefunden werden muß. Wäre dies notwendig, würde ein Pha- sensprung zwangsläufig zu einer Fehlmessung führen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Phasensprung innerhalb des Empfangssignals jedoch irrelevant, da in diesem Fall einfach eine Verschiebung um einen Puls stattfindet.250 real measured values per second very quickly, whereby the flow rate of the medium to be measured can be followed directly. As a result, the method is also suitable for short-term filling and metering operations, for example, the sometimes extreme delivery behavior of piston diaphragm pumps can thus be detected. In addition, the multiple measurement of the phase values within the receiving window and the subsequent integration also ensures a low susceptibility to interference, since not the right pulse from the received signal must be found. If this were necessary, a phase jump would inevitably lead to a wrong measurement. In the method according to the invention, however, a phase jump within the received signal is irrelevant, since in this case there is simply a shift by one pulse.
Ein Austausch des Mediums selbst oder eine Änderung von dessen Temperatur und damit verbunden der Schallgeschwindigkeit ist in der Lage, das Messergebnis zu verfälschen. Durch die Änderung der Schallgeschwindigkeit kommt ein durch einen der Sensoren ausgesandtes Signal entweder früher oder später bei 12 dem empfangenden Sensor an, was zu Folge hat, dass sich die Phasendifferenz gegenüber dem vorherigen Zustand unterschiedlich ändert. Daher ist es von Vorteil, wenn bei einer Weiterbildung des Verfahrens auch die Schallgeschwindigkeit durch mindestens eine Schalllaufzeitmessung gemessen wird, so dass eine entsprechende Korrektur bzw. Kompensation für Temperatur und/oder Schalllaufzeit vorgesehen werden kann.An exchange of the medium itself or a change in its temperature and the associated speed of sound is able to falsify the measurement result. By changing the speed of sound, a signal emitted by one of the sensors either comes in sooner or later 12 to the receiving sensor, with the result that the phase difference changes differently from the previous state. Therefore, it is advantageous if, in a further development of the method, the speed of sound is also measured by at least one sound propagation time measurement, so that a corresponding correction or compensation for temperature and / or sound propagation time can be provided.
Um die Schalllaufzeit bei einem Messvorgang zu erhalten, muß ein reproduzierbarer Punkt in einem Pulspaket aufgefunden werden, was zunächst die Kenntnis über das Einschwingverhalten der Schaltung sowie der Höhe der einzelnen Amplituden erfordert. Dies ist dadurch zu erlangen, dass zunächst ein kurzes Pulspaket mit beispielsweise nur zwei Pulsen durch einen Sender ausgesandt wird, wobei über die Höhe der Empfangssignale auf das Einschwingverhalten geschlossen wird. Für eine reproduzierbare Messung der Schalllaufzeit wird weiterhin eine möglichst steile Signalflanke benötigt, weswegen das erwähnte Empfangssignal möglichst stark verstärkt werden muß, wobei die Phasenmessung aber von dieser Übersteuerung des "Empfangssignals unbeeinflusst bleibt. Folglich ist es von Vorteil wenn bei einer Durchführung des Verfahrens unter Einbeziehung der Schalllaufzeitmessung auch die folgenden Schritte durchlaufen werden:In order to obtain the sound propagation time in a measurement process, a reproducible point in a pulse packet must be found, which first requires knowledge of the transient response of the circuit and the magnitude of the individual amplitudes. This can be achieved by first sending out a short pulse packet with, for example, only two pulses through a transmitter, wherein the transient response is determined by the height of the received signals. For a reproducible measurement of the sound running time steepest possible signal edge is still needed, therefore, must be as strong as possible amplifies the aforementioned reception signal, but the phase measurement is unaffected by this overdriving of the "received signal. Thus, it is advantageous if at carrying out the process involving the sound propagation measurement will also go through the following steps:
- Senden eines kurzen Pulses- sending a short pulse
- Ausmessen der Pulshöhe für die Schalllaufzeitmessung,Measuring the pulse height for the sound propagation time measurement,
- Festlegen von Triggerschwellen für die Schalllaufzeitmessung, - Übersteuern des Empfangsignals ohne Störung der Phasenmessung,- definition of trigger thresholds for the sound propagation time measurement, - override of the received signal without disturbance of the phase measurement,
- Messen der Laufzeit bei verschiedenen Triggerschwellen,Measuring the transit time at different trigger thresholds,
- Abschalten des Übersteuerungsverstärkers, - Bestimmung der Schalllaufzeit aus den verschiedenen 13- switching off the overdrive amplifier, - determining the sound propagation time from the different ones 13
Messwerten.Readings.
Dabei ist es weiter von Vorteil, zur Ermittlung der Schalllaufzeit mehrere Laufzeitwerte sowie die Pulshöhe heranzuzie- hen, da hierdurch eindeutig bestimmt werden kann, welche Wellen mit den Triggerschwellen getroffen wurden, bspw. die erste und die zweite oder die zweite und die dritte, wodurch sich eine ausreichend genaue Bestimmung der Schalllaufzeit ergibt. Die ermittelte Schalllaufzeit führt zur Bestimmung eines Korrekturfaktors, der wiederum in die Berechnung der Durchflussmenge aus den Phasendifferenzwerten eingeht.It is also advantageous to use several propagation time values and the pulse height to determine the sound propagation time, as this can clearly determine which waves have been hit by the trigger thresholds, for example the first and the second or the second and the third a sufficiently accurate determination of the sound propagation time results. The determined sound propagation time leads to the determination of a correction factor, which in turn is included in the calculation of the flow rate from the phase difference values.
Damit sich die jeweiligen Messvorgänge nicht beeinflussen ist es bei der Durchführung einer Weiterbildung des Verfahrens zweckmäßig, die Bestimmung der Phasendifferenzwerte und die Schalllaufzeitmessung unabhängig voneinander stattfinden zu lassen, was bedeutet, dass der Sendevorgang für die Schalllaufzeitmessung außerhalb des Empfangsfensters der Phasenmessung geschieht und die SchallaufZeitmessung wiederum nicht während der Sendezeit für die Phasenmessung stattfindet.So that the respective measuring processes do not influence, it is expedient to carry out a further development of the method independently of the determination of the phase difference values and the sound propagation time measurement, which means that the transmission process for the sound propagation time measurement takes place outside the receiving window of the phase measurement and the sound time measurement again not during the time of the phase measurement.
Auch zur Kompensation von Temperaturänderungen kann dieser Schalllaufzeitwert herangezogen werden. Das Pulspaket aus beispielsweise zwei Pulsen wird hierbei zusätzlich zu den Pulspaketen der Phasenmessung ausgesandt, und zwar so, dass es zu keiner Störung zwischen Phasenmessung und Schalllaufzeitmessung kommt. Das bedeutet wiederum, dass das Senden der erwähnten beiden Pulse außerhalb des Empfangsfensters der Phasenmessung geschieht und die Schalllaufzeitmessung außer- halb der Sendezeit der Phasenmessung stattfindet. Mit einer derartigen Schalllaufzeitmessung sind auch schnelle Änderungen der Temperatur besser zu verfolgen, als beispielsweise bei einer Messung der Temperatur über Widerstände, die selbst Wärmekapazitäten aufweisen bzw. bilden, da das Medium direkt gemessen wird. Eine nachfolgende rechnerische Wertekompensa- 14 tion ist deshalb vorteilhaft, weil nicht in die Messanordnung eingegriffen werden muß, also keine Verstimmung von Bauteilen, etwa eines Frequenzgenerators oder einer Konstantstromquelle, notwendig ist.This sound propagation time value can also be used to compensate for temperature changes. The pulse packet of, for example, two pulses is emitted in addition to the pulse packets of the phase measurement, in such a way that there is no disturbance between phase measurement and sound propagation time measurement. This in turn means that the sending of the mentioned two pulses outside of the receiving window of the phase measurement takes place and the sound propagation time measurement takes place outside the transmission time of the phase measurement. With such a sound propagation time measurement, rapid changes in temperature are easier to follow than, for example, when measuring the temperature via resistors which themselves have or form heat capacities, since the medium is measured directly. A subsequent mathematical value compensation 14 tion is advantageous because it is not necessary to intervene in the measuring arrangement, so no detuning of components, such as a frequency generator or a constant current source is necessary.
Die Durchführung wenigstens der Verfahrensschritte der Summa- tion, der Kompensation und der Korrektur der Phasendifferenz- werte erfolgt dabei zweckmäßigerweise unterstützt durch einen Mikroprozessor .The execution of at least the method steps of the summation, the compensation and the correction of the phase difference values is expediently supported by a microprocessor.
Ein Durchflusswert kann mit dem beschriebenen Verfahren zum Beispiel auf die folgende Weise erhalten werden: In und entgegen der Flussrichtung werden durch den jeweiligen Sender nacheinander je sechs Pakete mit einer gewissen Anzahl von Pulsen geschickt, von dem jeweiligen Empfänger empfangen, verstärkt, A/D-gewandelt und mit dem Referenzsignal verglichen, aus den Flussrichtungsabhängigen Phasenwerten wird anschließend die Differenz gebildet. Die Werte von vier dieser Zyklen werden sodann aufsummiert, der aufsummierte Phasendif- ferenzwert wird danach schalllaufzeitkompensiert und mit einem durchmesserabhängigen Faktor versehen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Durchflusses eignet sich dabei per se für Messungen in beide Flussrichtungen, es können auch negative Flüsse gemessen und Offsets, die auf Pro- duktionstoleranzen beruhen, herausgerechnet werden, ohne dass es einer Phasenschiebung des Messsignals bedürfte. Die eingesetzte asynchrone Phasenvergleichsschaltung arbeitet dabei auch ohne sehr hochfrequentes Taktsignal schnell genug. Mit dem geschilderten Verfahren sind also Messungen mit hoher zeitlicher Auflösung möglich so dass auch schnelle Vorgänge bei Dosierung oder Pumpabläufen erfaßbar sind. Unter Aufin- tegration einer Vielzahl von Messwerten bei jedem Zyklus wird dabei sehr schnell ein Messwert bei hoher Auflösung des Messbereichs erzeugt. 15A flow value can be obtained with the method described, for example, in the following manner: In and against the flow direction, the respective transmitter successively sends six packets each with a certain number of pulses, received by the respective receiver, amplified, A / D converted and compared with the reference signal, the difference is then formed from the flow direction-dependent phase values. The values of four of these cycles are then summed up, and the summed phase difference value is thereafter compensated for sound propagation time and provided with a diameter-dependent factor. This method according to the invention for determining the flow rate is suitable per se for measurements in both directions of flow, negative flows can also be measured and offsets based on production tolerances can be eliminated without the need for a phase shift of the measurement signal. The asynchronous phase comparison circuit used works fast enough even without a very high-frequency clock signal. With the described method so measurements with high temporal resolution are possible so that even fast processes in dosage or pumping sequences can be detected. By integrating a large number of measured values in each cycle, a measured value is generated very quickly at a high resolution of the measuring range. 15
Bezüglich der Vorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses fließfähiger Medien durch eine Messstrecke ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei an der Messstrecke beabstandet angeordneten Ultraschall-Sendeempfängern (4) als Sensoren vorgesehen sind, die die Messstrecke in und entgegen der Flussrichtung durchschallen und dass die Sensoren abwechselnd als Sender und Empfänger mit einer Wechselspannung abstimmbarer, konstanter Frequenz betreibbar sind und bei dem empfangenden Sensor eine kürzere Empfangszeit als die Sendezeit des sendenden Sensors vorgesehen ist, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung aufweist, welche Empfangssignale verstärkt, wandelt, einen Schwellwert bildet und/oder die Phasenlage des Empfangssignals bestimmt und speichert, und dass die Messvorrichtung eine Phasenver- gleichsschaltung und eine mikroprozessorgestützte Auswerteeinrichtung zur Korrektur von Phasendifferenzwerten aufweist. Dabei ergeben sich die bereits bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläuterten Vorteile.With regard to the device for determining the flow of free-flowing media through a measuring section, the invention is characterized in that at least two ultrasound transceivers (4) arranged at a distance from the measuring section are provided as sensors which scan through the measuring path in and against the flow direction and in that the sensors alternately acting as a transmitter and receiver with an AC voltage tunable, constant frequency and the receiving sensor is provided a shorter time than the transmission time of the transmitting sensor transmitter that the device has at least one device which amplifies received signals, converts, forms a threshold and / or the phase position of the received signal determines and stores, and that the measuring device has a phase comparison circuit and a microprocessor-based evaluation device for correcting phase difference values. This results in the already explained in the description of the method advantages.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der Figuren in der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt in teilweise stark schematisierter Darstellung dieThe invention will be explained below with reference to the figures in the drawing. It shows in partially highly schematic representation of the
Fig.1 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Empfangssignale in und entgegen der Nennrichtung und deren Phasenlage bezüglich eines Referenzsignals ;1 shows a diagram with the time profile of the received signals in and against the nominal direction and their phase position with respect to a reference signal;
Fig.2 Diagramme mit den phasenabhängigen Impulsbrei- ten der Ausgangspulse der Phasenvergleichsschaltung, dem hochfrequenten, diese Pulse auszählenden Messtakt und den tatsächlich gezählten Messtaktpulsen;2 shows diagrams with the phase-dependent pulse widths of the output pulses of the phase comparison circuit, the high-frequency measuring clock that counts these pulses and the actually counted measuring clock pulses;
Fig.3 ein Diagramm mit den aus phasenabhängigen Im- 16 pulsbreiten aufintegrierten Spannung, welche während anschließender Referenzzeiten, welche anschließend durch konstante Impulsbreiten eines Referenztakts ausgezählt wird;3 shows a diagram with the phase-dependent im 16 pulse widths integrated voltage, which during subsequent reference times, which is then counted by constant pulse widths of a reference clock;
Fig.4 ein Diagramm mit einem Empfangssignal im normalverstärkten Zustand;4 shows a diagram with a received signal in the normally amplified state;
Fig.5 ein Diagramm eines Empfangssignals im über- steuert verstärkten Zustand mit den Triggerschwellen für die Schalllaufzeitmessung;5 shows a diagram of a received signal in the overdriven amplified state with the trigger thresholds for the sound propagation time measurement;
Fig.6 ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung zur Steuerung des Messablaufs nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren.6 shows a block diagram of a measuring device for controlling the measuring sequence according to the inventive method.
In der Fig.1 ist der zeitliche Verlauf der Empfangssignale H und R eines in Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids hinlaufenden (H) und eines entgegen der Strömungsrichtung zu- rücklaufenden (R) Empfangssignals abgebildet. Dabei ist die Phasenlage der beiden Signale bzw. deren Phasendifferenz bezüglich eines Referenzsignals Ref zu erkennen, welche pro Schallrichtung gemessen wird. Diese ergibt sich aus der Verschiebung der ansteigenden Flanke des jeweiligen Rechtecksig- nals und ist für die beiden Signale mit φ(H) bzw. φ(R) bezeichnet .FIG. 1 shows the time profile of the received signals H and R of a (H) running in the flow direction of a fluid to be measured and of a (R) receiving signal returning counter to the flow direction. In this case, the phase position of the two signals or their phase difference with respect to a reference signal Ref can be seen, which is measured per sound direction. This results from the shift of the rising edge of the respective rectangular signal and is denoted by φ (H) or φ (R) for the two signals.
Mit der ansteigenden Flanke des Referenzsignals Ref wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Ausgang der Phasenver- gleichsschaltung gesetzt und bei der ansteigenden Flanke des Empfangssignals (je nach Messrichtung H oder R) wieder zurückgesetzt. Bei Verwendung eines flankengetriggerten PD- Gliedes in der Phasenvergleichsschaltung werden an deren Ausgang Pulse erhalten, deren Länge von der Phasenverschiebung der Signale abhängt. Diese phasenabhängigen Impulsbreiten 17With the rising edge of the reference signal Ref, the output of the phase comparison circuit is set in the method according to the invention and reset at the rising edge of the received signal (depending on the measuring direction H or R). When using an edge-triggered PD element in the phase comparison circuit pulses are obtained at the output whose length depends on the phase shift of the signals. These phase-dependent pulse widths 17
P(φ) sind in dem oberen Diagramm der Fig. 2 an einer Zeitachse schematisch aufgetragen und werden während des Empfangs- fensters des empfangenden Sensors aufintegriert . Das mittlere Diagramm der Fig.2 stellt dabei das Auszählen dieses Aus- 5 gangssignals der Phasenvergleichsschaltung mit einem hochfrequenten Messtakt dar, also einem Zähltakt, der deutlich höher als die Ultraschallfrequenz liegt. Während derjenigen Zeit, in der das zeitvariante Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung logisch auf „High" liegt, wird der mit dem hochfre-P (φ) are schematically plotted on a time axis in the upper diagram of FIG. 2 and are integrated during the receiving window of the receiving sensor. The middle diagram of FIG. 2 represents the counting of this output signal of the phase comparison circuit with a high-frequency measuring clock, that is, a counting clock that is significantly higher than the ultrasonic frequency. During the time in which the time-variant output signal of the phase comparison circuit is logically "high", the signal with the high frequency
10 quenten Messtakt laufende Zähler eingeschaltet, so dass durch das in dem untersten Diagramm der Fig.2 angedeutete Auszählen10 quenten measuring clock running counters turned on, so that by the indicated in the bottom diagram of Figure 2 counting
I ein von der Phasenverschiebung abhängiger Zählerwert erhalten wird.I is obtained from the phase shift dependent counter value.
15 In der Fig.3 ist schematisch dargestellt, wie die phasenabhängigen Ausgangspulse der Phasenvergleichsschaltung P (φ) dadurch analog aufintegriert werden, dass während der Messzeit TM ein Kondensator durch die Pulse geladen wird. Nach Beendigung des Aufintegriervorgangs wird der Kondensator dannFIG. 3 shows diagrammatically how the phase-dependent output pulses of the phase comparison circuit P (φ) are integrated analogously by charging a capacitor through the pulses during the measurement time T M. After completion of the integration process, the capacitor then becomes
20 mittels eines Referenzstroms entladen, wobei die durch einen Zähler ausmessbare Entladedauer proportional zur Phasenverschiebung der Signale ist. Am Ausgang der Phasenvergleichs-20 are discharged by means of a reference current, wherein the metered by a counter discharge duration is proportional to the phase shift of the signals. At the output of the phase comparison
I Schaltung liegt ein PWM-Signal an, bei welchem die Impulsbreiten P(φ) proportional zu der Phasenverschiebung sind.I circuit is applied to a PWM signal in which the pulse widths P (φ) are proportional to the phase shift.
25 Während der konstanten Messzeit TM wird eine ausgezählte konstante Impulszahl dieses PWM-Signals auf den analogen Integrierschaltkreis geschaltet, wodurch eine zu der Impulsbreite und damit auch zur Phasenlage proportionale Ladespannung U entsteht. Anschließend wird der Kondensator mit einem Kon-During the constant measuring time T M , a counted constant number of pulses of this PWM signal is switched to the analog integrating circuit, whereby a charging voltage U proportional to the pulse width and thus also to the phase position is produced. Subsequently, the capacitor is connected to a capacitor
30 stantstrom entladen. Die Entladezeit ist abhängig von der Spannung am Kondensator und somit von der Phasendifferenz zwischen Empfangssignal und Referenzsignal. Während des Entladens werden Zählerpulse erzeugt, die in einem Zähler auf- summiert und für eine weitere Verarbeitung dem Mikroprozessor 18 zur Verfügung gestellt werden. Die Anzahl dieser Zählertakte bzw. Pulse ist nun wiederum proportional zu der Phasenverschiebung.30 discharged constant current. The discharge time depends on the voltage at the capacitor and thus on the phase difference between the received signal and the reference signal. During discharge, counter pulses are generated which are summed up in a counter and sent to the microprocessor for further processing 18 will be provided. The number of these meter cycles or pulses is in turn proportional to the phase shift.
Mit beiden in den Fig.2 und 3 dargestellten Methoden kann ü- ber die Phasenverschiebung die Geschwindigkeit bestimmt und bei bekanntem Messrohrquerschnitt auf das durchströmte Volumen geschlossen werden.By means of the two methods shown in FIGS. 2 and 3, the speed can be determined via the phase shift and, in the case of a known measuring tube cross-section, can be deduced from the volume flowed through.
In der Fig.4 ist ein Puls als Empfangssignal im normalverstärkten Zustand dargestellt. Aus den Amplituden des normal verstärkten Empfangssignals lässt sich die Pulshöhe H dieses Signals bestimmen. Die Fig.5 zeigt das Empfangssignal im ü- bersteuerten Zustand mit den Triggerschwellen TS1 und TS2 für die Schalllaufzeitmessung. Für das in der Fig.5 dargestellte Signal sind die Triggerschwellen TS1 und TS2 so eingestellt, dass die Triggerschwelle TS1 die erste Amplitude des Signals und die Triggerschwelle TS2 die zweite Amplitude des Signals trifft. Möglich wären aber auch andere Einstellungen der Triggerschwellen bzw. Signalamplituden, z.B. derart, dass die erste Amplitude so niedrig ist, dass beide Schwellen die zweite Amplitude treffen oder aber die erste Amplitude so hoch ist, dass sie beide Schwellen trifft. Weiterhin denkbar ist auch die Situation, dass das Empfangssignal so schwach ist, die Triggerschwelle TS1 erst die zweite Amplitude und die Triggerschwelle TS2 dann die dritte Amplitude trifft. Welche dieser Situationen vorliegt, kann bei der Schalllaufzeitmessung durch die vorher erfolgte, in Fig.4 gezeigte Ermittlung der Pulshöhe entschieden werden.FIG. 4 shows a pulse as a received signal in the normally amplified state. From the amplitudes of the normal amplified received signal, the pulse height H of this signal can be determined. FIG. 5 shows the received signal in the overdriven state with the trigger thresholds TS1 and TS2 for the sound propagation time measurement. For the signal shown in FIG. 5, the trigger thresholds TS1 and TS2 are set such that the trigger threshold TS1 meets the first amplitude of the signal and the trigger threshold TS2 the second amplitude of the signal. However, other settings of the trigger thresholds or signal amplitudes, e.g. such that the first amplitude is so low that both thresholds hit the second amplitude or the first amplitude is high enough to hit both thresholds. Also conceivable is the situation that the received signal is so weak, the trigger threshold TS1 only the second amplitude and the trigger threshold TS2 then the third amplitude hits. Which of these situations is present, can be decided in the sound propagation time measurement by the previously made, shown in Figure 4 determination of the pulse height.
Die Fig.6 zeigt das Blockschaltbild einer im Ganzen mit 1 bezeichneten Messvorrichtung, die den Messvorgang einer Ultraschallmessung an einer Messstrecke 3, an der Ultraschall- Sendeempfänger 4 als Sensoren beabstandet angeordnet sind, durch ein Steuerelement 2 steuert. Gesteuert wird dabei zu- 19 nächst ein Frequenzgenerator 5, welcher das Taktsignal für die Ultraschall-Sendeempfänger 4 erzeugt, wobei durch Schließen des Schalters 6 durch die Steuerung entscheiden wird, welcher der Ultraschall-Sendeempfänger das durch den Fre- quenzgenerator 5 erzeugte Pulspaket abstrahlen soll. Dieser gewählten Messrichtung entsprechend, wird das Empfangssignal über den Schalter 6' dem Verstärker 7 zugeleitet. Der Verstärker 7 leitete das Signal an den Schwellwertschalter 8 der Phasenmessung und den schaltbaren Verstärker 9a der Schall- laufZeitmessung. Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters 8 geht weiter zu dem Phasenvergleicher 9, an dem es mit dem Referenzsignal verglichen wird, welches wiederum aus dem Signal des Frequenzgenerators erzeugt und durch einen schaltbaren Phasenschieber 10 bewusst in der Phase verschoben wurde. Das Ausgangssignal des Phasenvergleichsschaltung wird an eine Auszählstufe 11 mit Messtor und Integrationsschaltung weitergereicht. Das in der Auszählstufe erzeugte Ergebnis wird dann dem Mikroprozessor 12 zur weiteren Auswertung bzw. Verwendung zur Verfügung gestellt.FIG. 6 shows the block diagram of a measurement device, denoted as a whole by 1, which controls the measurement process of an ultrasound measurement on a measurement path 3, at which ultrasound transceivers 4 are arranged at a distance as sensors, by a control element 2. It is controlled 19 next a frequency generator 5, which generates the clock signal for the ultrasonic transceiver 4, wherein by closing the switch 6 by the controller will decide which of the ultrasonic transceiver is to emit the frequency generated by the frequency generator 5 Pulspaket. In accordance with this selected measuring direction, the received signal is fed to the amplifier 7 via the switch 6 '. The amplifier 7 passed the signal to the threshold value switch 8 of the phase measurement and the switchable amplifier 9a of the sound propagation time measurement. The output of the threshold switch 8 continues to the phase comparator 9, where it is compared with the reference signal, which in turn generated from the signal of the frequency generator and was deliberately shifted in phase by a switchable phase shifter 10. The output signal of the phase comparison circuit is passed on to a counting stage 11 with measuring port and integration circuit. The result generated in the counting step is then provided to the microprocessor 12 for further evaluation or use.
Der schon erwähnte zweite Weg des verstärkten Signals nach dem Verstärker 7 geht an den schaltbaren Übersteuerungsver- stärker 9a, der zum Ausmessen der Pulshöhe zunächst mit dem Faktor 1 verstärkt, das Signal also unverändert lässt. Zum Ausmessen der Pulshöhe wird am Trigger 13 das Triggersignal so lange vermindert, bis der Zählerwert innerhalb eines Erwartungsfensters liegt, wodurch die Pulshöhe bestimmt ist. Darauf folgend werden die Triggerschwellen festgelegt und anschließend der Übersteuerungsverstärker eingeschaltet, mit dessen Hilfe dann die Schalllaufzeit gemessen wird. Der an dem Zählelement 14 anliegende Messwert der Schalllaufzeitmessung wird dann wiederum dem Mikroprozessor 12 zur Weiterverarbeitung zugeführt.The already mentioned second path of the amplified signal to the amplifier 7 goes to the switchable Übersteuerungsver- amplifier 9a, which initially amplified to measure the pulse height by a factor of 1, so leaves the signal unchanged. To measure the pulse height, the trigger signal is reduced at trigger 13 until the counter value is within an expected window, whereby the pulse height is determined. Subsequently, the trigger thresholds are set and then the overdrive amplifier is switched on, with the help of which the sound propagation time is then measured. The measured value of the sound propagation time measurement which is applied to the counting element 14 is in turn supplied to the microprocessor 12 for further processing.
Die vorstehende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum 20The above invention therefore relates to a method for 20
Betrieb einer Messvorrichtung 1 zur Bestimmung des Durchflusses fließfähiger Medien durch eine Messstrecke 3, wobei .die Messvorrichtung 1 zur Durchschallung der Messstrecke 3 in und entgegen der Flussrichtung und zur Signalaufnahme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall-Sendeempfänger 4 als Sensoren aufweist und mit einem Ultraschallphasendifferenz- verfahren betrieben wird, welches Verfahren sich dadurch hervorhebt, dass die Sensoren jeweils abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben werden, dass die Sensoren mit einer Wech- selspannung einstellbarer, konstanter Frequenz betrieben werden, wobei jeweils die Sendezeit des sendenden Sensors länger als die Empfangszeit des empfangenden Sensors ist und der Durchfluss zumindest durch die folgenden Verfahrensschritte ermittelt wird:Operation of a measuring device 1 for determining the flow of free-flowing media through a measuring section 3, wherein .The measuring device 1 for transmitting the measuring section 3 in and against the flow direction and for signal recording at least two spaced-apart ultrasonic transceiver 4 has as sensors and with a Ultraschallphasendifferenz- method is operated, which method is highlighted by the fact that the sensors are operated alternately as a transmitter and receiver, that the sensors are operated with an AC voltage adjustable, constant frequency, each time the sending time of the transmitting sensor longer than the receiving time of the receiving sensor and the flow rate is determined at least by the following method steps:
- Durchschallung der Messstrecke 3 durch den einen der Sensoren in Flussrichtung und Empfang des Signals durch den anderen Sensor,- Sound transmission through the measuring section 3 through the one of the sensors in the direction of flow and reception of the signal by the other sensor,
- Verstärkung des Signals, Schwellwertbildung, Ermitt- lung und Speicherung der zugehörigen Phasenlage H,Amplification of the signal, thresholding, determination and storage of the associated phase position H,
- Durchschallung der Messstrecke 3 durch den anderen der Sensoren entgegen der Flussrichtung und Empfang des Signals durch den einen Sensor,- Sound transmission through the other of the sensors 3 against the flow direction and reception of the signal by the one sensor,
- Verstärkung des Signals, Schwellwertbildung, Ermitt- lung und Speicherung der zugehörigen Phasenlage R,Amplification of the signal, thresholding, determination and storage of the associated phase position R,
- Differenzbildung der Flussrichtungsabhängigen Phasenwerte,Difference formation of the flow direction dependent phase values,
- Korrektur des Phasendifferenzwerts mit einem durchmesserabhängigen Faktor.- Correction of the phase difference value with a diameter-dependent factor.
/ Ansprüche / Claims

Claims

21Ansprüche 21Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Messvorrichtung (1) zur Bestimmung des Durchflusses fließfähiger Medien durch eine Messstrecke (3), wobei die Messvorrichtung (1) zur Durchschallung der Messstrecke (3) in und entgegen der Flussrichtung und zur Signalaufnahme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall-Sendeempfänger (4) als Sensoren aufweist und mit einem Ultraschallphasen- differenzverfahren betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren jeweils abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben werden, dass die Sensoren mit einer Wechselspannung einstellbarer, konstanter Frequenz betrieben werden, wobei jeweils die Sendezeit des sen- denden Sensors länger als die Empfangszeit des empfangenden Sensors ist und der Durchfluss zumindest durch die folgenden Verfahrensschritte ermittelt wird:1. A method for operating a measuring device (1) for determining the flow of free-flowing media through a measuring section (3), wherein the measuring device (1) for sound transmission through the measuring section (3) in and against the flow direction and for signal recording at least two spaced ultrasound Transmitter receiver (4) has as sensors and is operated with an ultrasonic phase difference method, characterized in that the sensors are operated alternately as a transmitter and receiver, that the sensors are operated with an AC voltage adjustable, constant frequency, in each case the transmission time of the sen - The sensor is longer than the receiving time of the receiving sensor and the flow is determined at least by the following method steps:
- Durchschallung der Messstrecke (3) durch den einen der Sensoren in Flussrichtung und Empfang des Signals durch den anderen Sensor,- Sound transmission through the measuring path (3) through the one of the sensors in the flow direction and reception of the signal by the other sensor,
- Verstärkung des Signals, A/D-Wandlung, Schwellwertbildung, Ermittlung und Speicherung der zugehörigen Phasenlage H,Amplification of the signal, A / D conversion, thresholding, determination and storage of the associated phase position H,
- Durchschallung der Messstrecke (3) durch den anderen der Sensoren entgegen der Flussrichtung und Empfang des Signals durch den einen Sensor,- Sound transmission through the other of the sensors (3) against the direction of flow and reception of the signal by the one sensor,
- Verstärkung des Signals, A/D-Wandlung, Schwellwertbildung, Ermittlung und Speicherung der zugehörigen Phasenlage R, - Differenzbildung der Flussrichtungsabhängigen Phasenwerte,Amplification of the signal, A / D conversion, thresholding, determination and storage of the associated phase position R, subtraction of the flow direction-dependent phase values,
- Korrektur des Phasendifferenzwerts mit einem durchmesserabhängigen Faktor.- Correction of the phase difference value with a diameter-dependent factor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 22 die Verfahrensschritte einschließlich der Differenzbildung der Phasenwerte mehrfach durchlaufen und die Pha- sendifferenzwerte aufsummiert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that 22 repeatedly pass through the method steps including the difference formation of the phase values and the phase difference values are summed up.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den jeweils sendenden Sensor wenigstens zwei Pakete mit mehreren Pulsen als Ultraschallschwingung erzeugt werden.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that generated by the respective transmitting sensor at least two packets with multiple pulses as ultrasonic vibration.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwerte für jede Schallrichtung aus der Phasendifferenz zwischen einem Referenzsignal und dem jeweiligen Empfangssignal der Schallrichtung gewonnen werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the phase values for each sound direction are obtained from the phase difference between a reference signal and the respective received signal of the sound direction.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des Referenzsignals und des Empfangssignals den Ausgang einer Phasenvergleichsschaltung (9) steuern.5. The method according to claim 4, characterized in that the signals of the reference signal and the received signal control the output of a phase comparison circuit (9).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenvergleichsschaltung (9) flankengetriggert ist.6. The method according to claim 5, characterized in that the phase comparison circuit (9) is edge-triggered.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal zur Ver- folgung einer Verschiebung der Empfangssignale zeitlich verschoben werden kann.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reference signal for tracking a shift of the received signals can be shifted in time.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der Pha- senvergleichsschaltung digital ausgezählt oder analog aufintegriert wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the output signal of the phase comparison circuit is digitally counted or integrated analogously.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein digitales Zählelement ein der Phasendifferenz proportionaler Zahlenwert erzeugt wird. 239. The method according to claim 8, characterized in that a phase difference of a proportional numerical value is generated by a digital counting element. 23
10. Verfahren nach Anspruch 8, dass durch das Ausgangssignal ein Kondensator geladen wird.10. The method according to claim 8, that a capacitor is charged by the output signal.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb eine Bestimmung der Schallgeschwindigkeit durch wenigstens eine Schalllaufzeitmessung stattfindet.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that takes place during operation, a determination of the speed of sound by at least one Schalllaufzeitmessung.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schalllaufzeitmessung zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:12. The method according to claim 11, characterized in that during the sound propagation time measurement at least the following steps are carried out:
- Senden eines kurzen Pulses - Ausmessen der Pulshöhe für die Schalllaufzeitmessung,- sending a short pulse - measuring the pulse height for the sound propagation time measurement,
- Festlegen von Triggerschwellen (TS1 , TS2) für die SchalllaufZeitmessung,Setting trigger thresholds (TS1, TS2) for the sound propagation time measurement,
- Übersteuern des Empfangsignals ohne Störung der Phasenmessung, - Messen der Laufzeit bei verschiedenen Triggerschwellen (TS1 , TS2) ,Overmodulation of the received signal without disturbance of the phase measurement, measurement of the transit time at different trigger thresholds (TS1, TS2),
- Abschalten des Übersteuerungsverstärkers ,- switching off the overdrive amplifier,
- Bestimmung der Schalllaufzeit aus den verschiedenen Messwerten.- Determination of the sound propagation time from the different measured values.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasendifferenzwert schalllaufzeitkompensiert wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the phase difference value is sound propagation time compensated.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Phasendif- ferenzwerte und die Schalllaufzeitmessung unabhängig voneinander stattfinden.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the determination of the phase difference values and the sound propagation time measurement take place independently of each other.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- 24 durch gekennzeichnet, dass wenigstens die Verfahrensschritte der Summation, der Kompensation und der Korrektur von Phasendifferenzwerten mikroprozessorgestützt durchgeführt werden.15. The method according to any one of the preceding claims, 24 characterized in that at least the method steps of the summation, the compensation and the correction of phase difference values are carried out microprocessor-based.
16. Messvorrichtung (1) zur Bestimmung des Durchflusses fließfähiger Medien durch eine Messstrecke (3), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens zwei an der Messstrecke beabstandet angeordneten Ultraschall- Sendeempfängern (4) als Sensoren, die die Messstrecke in und entgegen der Flussrichtung durchschallen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren abwechselnd als Sender und Empfänger mit einer Wechselspannung abstimmbarer, konstanter Frequenz betreibbar sind und bei dem empfangenden Sensor eine kürzere Empfangszeit als die Sendezeit des sendenden Sensors vorgesehen ist, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung aufweist, welche Empfangssignale verstärkt, wandelt, einen Schwellwert bildet und/oder die Phasenlage des Empfangssignals bestimmt und speichert, und dass die Messvorrichtung (1) eine Phasenvergleichsschaltung (9) und eine mikroprozessorgestützte Auswerteeinrichtung (12) zur Korrektur von Phasendifferenzwerten aufweist.16. Measuring device (1) for determining the flow of fluid media through a measuring section (3), in particular for performing a method according to any one of the preceding claims, with at least two spaced apart on the measuring section ultrasonic transceivers (4) as sensors, the measuring path Through-sound in and against the flow direction, characterized in that the sensors are alternately operated as a transmitter and receiver with an AC voltage tunable, constant frequency and the receiving sensor is provided a shorter reception time than the transmission time of the transmitting sensor, that the device at least one device which amplifies received signals, converts, forms a threshold value and / or determines and stores the phase position of the received signal, and that the measuring device (1) has a phase comparison circuit (9) and a microprocessor-based evaluation device (12) for correcting phase differences having a limit value.
/ Zusammenfassung / Summary
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