NL7810630A - Inrichting voor het meten van de snelheid van fluidumstromingen. - Google Patents

Description

£; \ S,.:* %r N.Oo 25.IO9 ALTOMETER, PRODUCTIEBEDRIJF VAN RHEOMETRON AG, te Sliedrecht.

Aanvraagster noemt als uitvinders: L. YMKER te Culemborg en C.J. Hoogendijk te Hardingsveld.

Inrichting voor het meten van de snelheid van fluidumstromingen.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van de snelheid van fluidumstromingen* voorzien van ten minste een paar aan de uiteinden van een meettrajekt in het fluïdum te plaatsen·elektro-akoestische transduoenten die per gaar gelijktijdig geluideis tot en uitzeilden en deze op van de fluïdum- 5 snelheid afhankelijke eerste en tweede tijdstippen ontvangen een klokschakeling, een zendschakeling, een voor elke transducent afzonderlijke ontvangketen met versterker- en detectieschakeling, ten minste een integratieschakeling met integratiecondensator ten gebruike bij de verwerking van het looptijdverschil van de 10 geluidsstoten, waarbij de tijdstippen van uitzending en ontvangst in elke translucent worden vastgelegd. Een dergelijke inrichting is in de praktijk bekend*

In het algemeen zijn er in de fluidumtechnieken talrijke toepassingen van inrichtingen voor het meten van de vloeistof- 15 of gassnelheid in pijpen, kanalen, e.d., waarbij gebruik gemaakt wordt van de fysische eigenschap dat druk- of geluidsgolven zich in een fluidum uitbreiden net een snelheid welke geldt ten opzichte van dat fluidum. De effectieve voortplantingssnelheid ten opzichte van een stilstaande referentiepositie is dan de resul- ' 20 tante van de snelheid van het fluidum ten opzichte van die refe- "" rentiepositie plus de voortplantingssnelheid van het geluid in dat fluidum.

Uitgaande bijvoorbeeld van een in een fluidum opgenomen meetlijn AB met een lengte L Is de resulterende snelheid in de 25 richting van A naar B: L/tAB* C+Fcos en voor de resulterende snelheid in de richting van. B naar Ai L/tg^ C-Vcos ^ » waarin V de snelheid van het fluidua, en tij de hoek is tussen de richting 78 1 0 6 30 •v 4 2 van het stromende fluïdum en de meetlijn AB. Aangezien de geluidssnelheid C niet constant, onder andere afhankelijk van temperatuur en van de zoutconcentratie, en ook niet altijd bekend is, gebruikt men bij voorkeur de formule 5

Vcos φ= 1_ *AB ~ *BA

2' *AB X *BA ‘

In de bekende techniek worden nu door de beide aan weers- 10 zijden van de meetlijn opgestelde elektro-akoestische transducenten gelijktijdig korte geluidsstoten uitgezondene Hiermede worden tevens de bij toepassing van continue geluidstonen optredende storende invloeden van interferenties met geluid via reflekties en andere wegen dan de meetlijn vermeden» ^

Doordat de aan weerszijden van de meetlijn opgestelde transducenten zowel als zender als ontvanger fungeren, wordt voor beide geluidsoverdrachtrichtingen met dezelfde waarde L gewerkte Deze gelijkheid is een belangrijk voordeel bij het meten van snelheden V die klein zijn ten opzichte van de geluidssnelheid C» 2q

Door de uitzend- en ook ontvangtijdstippen’ zeer nauwkeurig te bepalen, kunnen de looptijden en ook het looptijdverschil van beide overdrachten bepaald worden, waarbij de geluidssnelheid C mee wordt berekende

De uitvinding beoogt nu een inrichting te verschaffen die 25 voor het bepalen van de genoemde functie een zeer eenvoudige opbouw heeft en waarbij een hoge meetnauwkeurigheid bij lage flui-dumsnelheden en een zeer goede nulpuntstabiliteit wordt verkregen»

Dit wordt bij een inrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt, dat de integratiecon-densator op een met een poortschakeling verbonden spanningsdeler met in elke tak een in rusttoestand na het zendtijdstip doorlatend schakelelement is aangesloten, aan de ene tak en aan de andere tak waarvan in de rusttoestand twee verschillende spanningen worden toegevoerd, waarbij de condensator zich instelt op het midden van het spanningsverschil, en dat onder besturing van de poortschake.- 78 1 0 6 3 0 -'Λ 3 · ling na het eer'stê .ontvangt!jdstip het met de betreffende ene transducent overeenkomende echakelelement en vervolgens na het tweede ontvangtijdstip het let de betreffende andere transducent overeenkomende schakelelement geblokkeerd wordt»

De uitvinding zal aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld 5 nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin: fig. 1 een voorbeeld geeft van een in een stromend medium opgenomen meetlijn; de figuren 2a en 2b een schema geven van de zendschakeling behorend bij de beide transducenten, en van een op de ene res- 10 pectievelijk andere transducent volgende ontvangketen van versterker- en detect!eschakeling; fig» 3a een schema geeft van de op beide ontvangketens aangesloten poortschakeling en daaropvolgende integratieschake-ling voor het looptijdversc|il met bemonster- en houdschakelingen; 15 fig. 3b een mogelijk» uitvoering geeft van de integratie-schakeling; fig. 3c een andere mogelijke uitvoering geeft van de inte- τ gratieschakeling; fig. 4 een schema geeft van de looptij dintegratieschake- 20 ling; fig. 5 een schema geeft van de klokschakeling van de inrichting; fig. 6 een aantal bïafcgolven toont ter toelichting van de werking van de inrichting; 25 de figuren ?a en 7b Voorbeelden geven van de snelheidsverdeling van het fluidum in een pijp? en fig. 7c een doorsnede van een pijp geeft waarop is aangegeven dat de meetlijn zich dp bepaalde afstand van het hart van de pijp bevindt. 30

In fig. 1 is een voorbeeld gegeven van een algemene opstelling van een meetlijn AB die in een met snelheid V stromend medium onder een hoekig met de stromingsrichting is opgenomen. Aan beide uiteinden is een elektro-akoestische transducent geplaatst. Voor de snelheidscomponent geldt de in de inleiding afgeleide formule. 35

Zoals reeds eerder gesteld is het Van groot belang om het 78 1 0 6 3 0 % k exakte tijdstip ran uitzending van de geluidsstoten en van de ontvangst in beide ontvangketens van het ontvangen signaal zo nauwkeurig mogelijk vast te leggen» In de eerste plaats is het bij de uitzending door de elektro-akoestische transdueenten.van belang een zo groot mogelijk zendvermogen en een zo nauwkeurig 5 en identiek mogelijk zendtijdstip en zendsignaal voor heide trans- dueenten of kristallen te hebben.

Met verwijzing naar fig. 2 zal de bij de beide elektro-akoestische transducenten behorende zendschakeling en een bij êên der transducenten behorende ontvangketen van versterker- en 10 detectieschakeling toegelicht worden» In de belastingketen van een eindtransistor T3 is een spoel opgenomen. De basis van de eindtransistor T2 is via een RC netwerk (C1,R1) verbonden met een stuurtransistor T1« Om een groot zendvermogen, dat wil zeggen een hoge zendspanning te verkrijgen moet er gedurende korte tijd een 15 niet scherp veranderde stroom door de spoel L lopen*. Hierbij is despanning over de spoel, en dus op de kristallen, klein als gevolg van de geleidelijk toenemende stroom»

De stroomsturing door de spoel L, geschiedt Via de eindtransistor T2, aan de basis waarvan hejb genoemde HC netwerk is ge-r 20 schakeld. Door nu aan de stuurtransistor T1 een van de klokschake-ling afkomstige klok- of terugstelpuls (zie fig» 5) toe te voeren wordt deze transistor T1 dicht gestuurd, waardoor de spanning aan de basis van de transistor T2 via een ê-macht oploopt en de stroom in de belastingketen van dezelfde transistor T2 langzaam toeneemt, 25 waarbij de stuurtransistor Tlafgeknepen is0 De stroom die hierbij door de spoel 1 loopt, wordt bepaald door de elementen R1, C1, R2 en de breedte van de terugstelpuls. De geleidelijke toename van de stroom door de spoel L in overeenstemming met de é-macht van het RC netwerk dient ervoor om te voorkomen dat voor het bedoelde 30 zendtijdstip al een weliswaar kleinere puls uitgezonden wordt die storingen kan veroorzaken. De stroom door de spoelen is niet aan een maximumwaarde gebonden, maar is afhankelijk van de maximale vermogensdissipatie van de eindtransistor T2o

Wanneer nu de klokspanning positief wordt, wordt de stuur- 35 transistor T1 in geleiding gestuurd, waardoor de basis van de eindtransistor T2 aan aarde wordt gelegd» Hierdoor wordt de stroom 78 1 0 6 3 0 5 ; · ' *¥ in deze transistor T2 en derhalve ook door de spoel L abrupt afgebroken. Hierdoor ontstaat er een hoge induktiespanning over de spoel, welke via een condensator en twee antiparallel geschakelde diodes b.v. D1 en D2 aan de trans due ent tr.1 wordt toegevoerd·

De transducent of het kristal z*l-ira in zijn eigen resonantie- 5 frequentie uittrillen en hiSrbij een zendpols afgeven in het fluidum. Door deze methode van aansturen krijgen de kristallen tijdens het zenden een identiek signaal aangebodene Tijdens het ontvangen zijn de kristallen van elkaar gescheiden door de twee paren antiparallel geschakelde diodes· In plaats van deze dioden 10 zijn ook elektronisch gestuurde schakelaars te gebruiken·

Na het uitzenden door de éne transducent tri respectievelijk andere transducent tr2 zullen na een bepaalde looptijd de geluidsstoten in de andere transducent tr2 respectievelijk ene t transducent tri ontvangen worden» Vanaf de transducenten worden 15 de ontvangen signalen via een ©«schakelaar T3 toegevoerd aan een ontvangketen bestaande uit een eventueel zelfregelende versterker-schakeling Tlf en een detectieschakeling T5, 6, 7» 8» 9, 10. De transducenten tri respectievelijk tr2 worden afwisselend per her-halingsperiode aangesloten afwisselend op de ene en op de andere 20 ontvangketen. Ten behoeve van de overzichtelijkheid is slechts één ontvangketen (Ti*, T5, T6, T7, T8, T9, T10) aangegeven in fig.

2b.

Na versterking door de versterkerschakeling Th wordt het ontvangen signaal toegevoerd aan twee verschilversterkers T5, T8 25 die elk als spanningsvergelijker fungeren. Op de plus-ingang van verschilversterker T5 is eeü met ruis overeenkomend niveau ingesteld, waarbij de grens vóór het laagst instelbare en door het ontvangsignaal te overschrijden niveau vaetgelegd wordt· Wanneer nu het uit verschillende opvolgende golven bestaande ontvang- 30 signaal aan de «in-ingang wórdt toegevoerd, zal bij een eerste overschrijding van het genoemde ingestelde niveau aan de uitgang van de niveaudetector een detectiesignaal met omhooggaande flank afgegeven worden.

De detectieschakeling werkt continu en derhalve ook tij- 35 dens het zenden. Aangezien ongeveer bekend is in welk tijdinterval vanaf het zendtijdstip een te ontvangen signaal verwacht kan 781 06 3 0 ' 6 Υ worden» zal er alleen in dat door een van de klokschakeling afkomstig tijdvenster aangegeven tijdinterval het uitgangssignaal van de niveaudetector T5 doorgevoerd worden,» Hiertoe is aan de uitgang van de niveaudetector T5 een schakeltransistor T6 naar massa opgenomen, welke alleen tijdens het genoemde van de klok- 5 schakeling afkomstige tijdvenster (zie fig.6, signaal T) geblokkeerd wordt, zodat het van T5 afkomstige detectiesignaal doorgevoerd kan worden aan de poortschakeling T7.

De poortschakeling T7, welke uit een poortcombinatie van twee Niet-OF poorten bestaat werkt als volgt, Door de terugstelpuls 10 (zie fig. 6) toe te voeren aan de bovenste Niet-OF poort van de poortcombinatie wordt de bij het zendtijdstip behorende begin-flank van het van de uitgang afgenomen schakelsignaal D gevormd»

De achterflank van het signaal wordt bepaald door het detectiesignaal van Ί?5·

Het grote voordeel van een dergelijke poortschakeling is dat hij de detectie na de terugstelpuls, dat wil zeggen na de uitzending, slecht^s eenmaal een omslag van nul naar plus of omgekeerd gegeven kan worden· Het voordeel van deze poortschakeling is derhalve dat positief en negatief gaande flanken kunnen worden 20 verkregen gelijktijdig zonder dat hiervoor uitgaande van een bepaalde flank een aparte poort geschakeld moet worden voor het verkrijgen van de andere flanko Zouden we bijvoorbeeld van een positieve een negatieve flank moeten afleiden, dan zou ei^één van de leidingen een extra poort, dat wil zeggen een tijdvertraging van 20 25 nanoseconden, ingebouwd moeten worden.

Van de tweede verschilversterker T8 wordt de plus-ingang aan aarde gelegd. De uitgang van deze nulpuntsdetector T8 wordt via een E toegevoerd aan een poortschakeling T10 welke identiek is aan T7« Door T9, welke gestuurd wordt door T7, wordt de uitgang 30 van T8 aan aarde gelegd» Bij ontvangst van een signaal zal T9 gesperd worden waardoor T8 zijn signaal door kan geven aan T10o De flank van dit stuursignaal van T10 komt nu in tijd overeen met de eerste nul-doorgsng van het ontvangen signaal dat valt na de eerste overschrijding van het mei^?5 ingestelde niveau» Hierdoor 33 is de plaats in de tijd van de (detectie)achterflank van T10 (signaal P) onafhankelijk van de amplitude van het ontvangen signaal.

78 1 0 6 3 0 ' 7 '

Op deze wijze worden èr afwisselend per herhalingsperiode op de lijnen B en B’ detectiesignalen afgegeven die het eerste en het tweede ontvangt!jdstip Weergeven*

In fig. 3& is de looptijdverschilintegratieschakeling aangegeven, waarmede de omzetting van looptijdverschil At tussen 5 beide looptijden haar spanningsverschil AV teweeg wordt gebracht, welke omzetting zo nauwkeurig mogelijk moet gebeuren, opdat bijvoorbeeld een verschil van 0,1 nanoseconde nog goed gemeten kan worden.

In fig. yo is een eerste uitvoering van de integratie- 10 schakeling met daarop volgende bemonster- en houdschakeling aangegeven, en in fig. 3o is een tweede uitvoering van de integratie-schakeling aangegeven.

In fig. 3a zijn respectievelijk de poortcoobinaties TlO, T10' nogmaals aangegeven, waaraan de detectiesignalen B en B* 15 worden toegevoerde Door de terugstelpuls (zie fig. 6) toe te voeren aan elke bovenste Nièt-OF poort van elke poortcombinatie wordt de bij het begintijdstip behorende beginflank van de van de uitgang van T10, T10* afgenomen schakelsignalen P1 en P2 (zie fig. 6) gevormd. De achterflank van beide schakelsignalen wordt 20 respectievelijk bepaald door het eerste en door het tweede detec- tiesignaal. Op de poortcombinatie T10, T10’ volgt de spannings- deler van de integratieschakeling, in het midden waarvan de integra- tiecondensator C3 is aangesloten.

Vervolgens wordt toegelicht dat in rust aan de bovenste 25 tak (H3, D5) van de spanningsdeler een positieve spanning P1 (te vergelijken met een spanningsbron) afgegeven wordt ten opzichte van de spanning P2 welke aan de onderste tak (Rif, D6) van de spanningsdeler wordt toegevoerd (b.v. +vv ten opzichte van -vv = nul volt)* In rust is hierbij Op het punt Q de spanning aan de 30 condensator C3 gelijk aan het midden tussen P1 en P2. Wordt er nu een spanning gedetecteerd, dan zullen opvolgend de spanningen P1 en P2 veranderen zodanig dat de potentiaal tussen P1 en P2 omgedraaid wordt. Hierbij zal het kunnen voorkomen dat eerste P1 van grootte en daarna P2 of omgekeerd zal veranderen* 35 78 1 0 6 3 0 Γ 8

De spanningen P1 en P2 worden onafhankelijk van elkaar gestuurd, namelijk de spanning PI door de op dat moment met de transducent tri verbonden ontvangketen en de spanning P2 wordt gestuurd door de op dat moment met de transducent tr2 verbonden ontvangketen, welke ontvangketens zoals we eerder hebben gezien per 5 herhalingsperiode worden omgewisseldo

Komen de uitgezonden geluidsgolven gelijktijdig binnen, dat wil zeggen wanneer de snelheid van het fluidum nul m/sec. bedraagt, dan zullen de punten P1 en P2 gelijktijdig van spanning wisselen, waardoor de dioden D5 en Dé in spertoestand gerakeno De spanning 10 op de condensator C3 zal hierbij niet verandereno

Komen de uitgezonden signalen niet gelijktijdig binnen, dan zullen de door beide ontvangketens- afgegeven detectiesignalen niet gelijktijdig optreden, waardoor P1 en P2 niet gelijktijdig van spanning zullen veranderen, waardoor bijvoorbeeld eerst D5 15 in spertoestand komt en op een tijdstip dat een met het looptijd-verschil overeenkomend tijdinterval later ligt na het eerste ont-vangtijdstip de diode Dé in spertoestand komte In dit met het looptijdverschil overeenkomende tijdinterval kan de spanning op de condensator C3 in positieve of in negatieve richting veranderen. 20

Deze verandering is mede een maat voor de snelheid van het fluidum.

Het is van belang dat de spanning op het punt Q zo stabiel mogelijk is, en dat deze niet door andere oorzaken mag veranderen.

Hiertoe moet het punt Q hoogohmig afgesloten zijn0 Dit kan bijvoorbeeld gedaan worden door op de condensator C3 een bufferver- 25 sterker T12 aan te sluiten.

Op de bufferversterker kan nog een gelijkspanningsversterker volgen.

De snelheid van verandering van de spanning op de condensator C3 hangt af van de elementen R3, 03 en van de spanningen +vv en -vv. 30

In fig. 3c is een andere uitvoering aangegeven. Hierbij worden de spanningen +vv en -vv betrokken uit een vaste voedingsbron. Nu zijn in de spanningsdeler geen dioden maar schakelaars G1 en G2 in serie opgenomen, die in rust doorlatend zijn. Evenals in fig. 3h zal in rust op het punt Q de condensator C3 een span- 35 ning verkrijgen die op het midden van het spanningsverschil ingesteld is.

781 06 30 9 ..

Bij detectie in de detectieschakeling en van de ontvang-ketens worden de schakelaars G1 en G2 door de schakelsignalen P1 en P2 van de poortschakeling opengestuurd. In het met het looptijdsverschil overeenkomende tijdinterval tussen het opensturen van de schakelaar G1 (of G2) en het opensturen van de 5 schakelaar G2 (of G1) kan de spanning op het punt Q veranderen.

Deze spanningsverandering is mede weer een maat voor de snelheid van de flui dumstroming.

Voor de schakelaars G1 en G2 kunnen elektronische schakelaars gebruikt worden, maar ook andere componenten zoals bijvoor- 10 beeld veldeffecttransistoren.

Vanaf het punt Q wordt de spinning van de condensator via een bufferversterker toegevoerd aan een dubbele bemonsterschake- laar T13.

Uitgaande van de vergelijking Vcos$» 1 AB BA. 15 2‘ ^AB x *BA ’ welke bij benadering gelijk is aan Voosconstante Δ6 , kan nu " .t2 de snelheid V van het fluïdum gemeten worden door de grootheid At en de grootheid t te bepalen. Bij benadering kan t^g.tg^ gelijk 20 ^ gesteld worden aan t2* waartoe het derhalve voldoende is één van de looptijden te bepalen.

Derhalve zou uitgaande van de bufferversterker T12 het voldoende zijn om slechts de grootheid Δ V te bepalen, aangezien deze spanningsverandering op een constante na evenredig is met het 2.5 looptij dverschil.

Om echter alle onrustverschijnselent veroorzaakt door tijden spanningsvariaties In de ontvangketens en in de poort- en in-tegratieschakeling te compenseren, wordt gebruik gemaakt van de reeds genoemde schakelaars $3 en T13o 30

De omschakelaar T3 (zie fig. 2a) en de omschakelaar T13 (zie fig. 3a) bestaan uit electronieche schakelaars. De omschakelaar 1 wisselt de transducentaansluitingen van de ene veisterker- keten op de andere en omgekeerd, en wordt gestuurd door een in fig.

. .. ..... ..... . -'.'35 -*** 5 aangegeven J.K. flipflop Tl9 die als tweedeler geschakeld staat.

781 06 30 10 *

Deze tweedeler deelt het van de basisklokschakeling T18 afkomstige terngstelsignaal (zie fig. 6), zodat aan de stuuraansluitingen van de omschakelaar T3 de signalen Q en Q worden toegevoerd.

Doordat elke ontvangketen nu afwisselend met de transdu-cent tri en de transducent tr2 wordt verbonden, heeft dit bij de 5 looptijdverschilomzetter (Δ t·—V) tot gevolg dat de spanning op het punt Q' afwisselend boven en onder de rustspanning komt.

Deze wisselspanning is echter betrekkelijk moeilijk te verwerken.

Via de dubbele bemonsterschakelaar TIJ' wordt nu deze wisselspanning weer omgezet naar twee spanningen, één positief ten 10 opzichte van de rustspanning en één negatief ten opzichte van de rustspanning op‘het punt Q. Door deze van de condensator C3 afkomstige en door de bemonsterschakelaars bemonsterde spanning om de andere herhalingsperiode toe te voeren aan een houdschakeling T14, 15 T1J en door deze spanningen via een daarop volgende verschilver-sterker Τ1β van elkaar af te trekken, wordt alleen tweemaal de spanningsverandering Δ V overgehouden, daar in de verschilver-sterker de rustspanning wegvalt.

De dubbele bemonsterschakelaar T13 (zie fig, 3a) wordt ge- 2Q

stuurd door de pulssignalen S2 en S3 welke afkomstig zijn van een poortschakeling T20 uit de klokschakeling van figo 5o Hierbij werkt de dubbele bemonsterschakelaar als volgt: de schakelaar T13a wordt door het S2 signaal bekrachtigd wanneer het Q signaal ' 25 uit fig. 0 uit de tweedeler T19 nul is, en beide detectiesignalen aanwezig zijn, dat wil zeggen beide geluidsstoten zijn ontvangen.

De schakelaar T13d wordt door het S3 signaal bekrachtigd wanneer het Q signaal uit de tweedeler +vv is, en beide detecfie-signalen aanwezig zijn. De beide bemonsterschakelaars a en d blijven slechts korte tijd gesloten, zodat een bemonsterde spanning ^ aan de daarop volgende houdschakelingen wordt toegevoerd.

In fig. k is de looptijdintegratieschakeling aangegeven, waarmede de grootheid t wordt bepaalde Deze . looptijdbepaling geschiedt met behulp van een spanningsintegratieschakeling. ^

Hiertoe worden eerst aan een poortschakeling T 17 met Niet-EN poorten een vanuit de klokschakeling afkomstige terugstel- puls aan een van de Niet-EN poorten toegevoerd, aan de andere intoegevoerd. Het P, schakeleigneel wordt gang waarvan het P2 schakelsignaal wordt/eveneéns aan een tweede 78 1 0 6 3 0 • v ' .

11

Niet-M poort toegevoerd, aan de andere ingang waarvan het P1 schakelsignaal wordt toegevoerd. Het van de uitgang van deze poort via een condensator afgenomen uitgangssignaal wordt toegevoerd aan een derde Niet-EN schakeling, aan de uitgang waarvan 5 het S1 pulssignaal (zie fig· 6) wordt afgenomen, waarvan de voor-flank samenvalt met het tweede detectieaignaal, dat wil zeggen met het einde van het met het looptijdverschil overeenkomende tijdinterval.

Via een tweede poortschakeling T18 met Niet-EN poorten 10 wordt aan de ingang van de integratieschakeling T19 een spanning -w toegevoerd, waarbij het tijdvak van toevoer van deze spanning loopt vanaf het zendtijdstip tot aan het ontvangtijdstip van één van beide detectiesignalen.

Doordat de toegevoerde spanning constant is, is de uitgangs- . 15 spanning van de integratieschakeling T1J recht evenredig met de looptijd t.

In fig. 5 is de klokschakeling aangegeven, waarin uitgaande van een trekkerschakeling T17 een terugstelpuls wordt verkregen, die eveneens via een der Niet-EN poorten van de poortschakeling ... ' 20 - T18 wordt gevoerd om een omgekeerde terugstelpuls te verkrijgen.

Van de uitgang van deze Niet-EN poort wordt het signaal via een vertragingsschakeling naar de beide ingangen van een tweede Niet-EN poort in T18 toegevoerd, van de uitgang waarvan via een condensator het uitgangssignaal wordt toegevoerd aan de beide ingangen - 25 van een derde Niet-EN poort in T18. Van de uitgang van de derde Niet-EN poort wordt het tijdvenster T verkregen voor besturing van de aan beide uitgangen van de detectieschakelingen T5 opgenomen schakelelementen T6.

De van de uitgang van de eerste Niet-EN poort afgenomen terugstelpuls wordt toegevoerd aan de ingang van een J.K. flipflop T19, van de uitgangen waarvan de beide onderling tegengestelde Q signalen worden afgenomen. Op de flipflop T19 volgt nog een uit twee poortcombinaties bestaande poortschakeling T20. Aan de ingangen van een Niet-OF poort uit beide poortcombinaties wordt het Q signaal toegevoerd, terwijl tevens aan de tweede Niet-OF ^ poort van één der poortcombinaties het S1 signaal wordt toegevoerd.

781 06 30 12 *

Hierbij wordt van de uitgang van deze Niet-OF poort het signaal afgenomen voor een ingang van de bijbehorende Niet-OF poort van deze combinatie en voor een ingang van een Niet-OF poort van de tweede poortcombinatie, waaraan het Q signaal niet wordt toegevoerd· Van de beide uitgangen van de met het Q signaal voorziene 5

Niet-OF poorten wordt dan het S2 en S3 pulssignaal afgenomene

Voor de onderlinge tijdsverhoudingen van de verschillende signalen wordt verwezen naar fig. 6.

De van de looptijdintegratieschakeling (fig0 4) en van de looptijdverschilintegratieschakeling (fig· 3a) afgenomen spanningen 10 worden toegevoerd aan een analoge rekeneenheid· Hit de twee toegevoerde spanningswaarden V^ (= Δ V overeenkomend met Δ t) en V^ (overeenkomend meijftooptijd t) wordt· nu de gemiddelde snelheid van het fluïdum over de meetlijn berekend via de formule V = constante v 15 (V. ) De constante in deze formule of de schaalwaarde kan mge-

Tv^2) steld worden met behulp van de combinatie R3, en 03 in de integrate eschakeling, de versterker in fig. 3a/b en de versterking van de verschillende versterkers in figo 4· 20

Bij de meting van het fluïdum dat door een buis of kanaal stroomt is verder nog van belang de verhouding tussen de gemeten gemiddelde stroomsnelheid over een meetlijn in het midden van de buis en de ware gemiddelde snelheid over het gehele oppervlak van de dwarsdoorsnede van de buis of het kanaal· In het algemeen zal 23 het nodig blijken een correctiefactor K toe te passen om wanneer op een bepaalde meetlijn de gemiddelde stroomsnelheid is gemeten, deze om te rekenen voor de ware gemiddelde snelheid over het gehele doorsnede-oppervlako

Voor het bepalen van de correctiefactor K, welke de ver- 30 houding is tussen de gemeten en de ware gemiddelde stroomsnelheid over het oppervlak van een doorsnede in de pijp, moeten er twee stromingstechnisch verschillende gevallen bekeken worden met verwijzing naar de figuren^a en bo 35 1o Het stromende medium is een niet-Newtonse vloeistof, zoals bijvoorbeeld tandpasta (Binghamse vloeistof)· Bij de meeste niet-Newtonse vloeistoffen kan een verschijnsel waargenomen wor- 78 1 0 6 3 0 '.w ' . ¾ * 13 den dat propstroming genoemd wordt. Hierbij verloopt de snelheidsverdeling in de pijp volgens een rechte, zie fig. 7a. Alleen vlak bij de wand neemt de snelheid af^ terwijl aan de wand de snelheid dan hul. is. De gemiddelde snelheid over een meetlijn in de pijp is daardoor vrijwel exakt gelijk aan de gemiddelde stroom- 5 snelheid over de pijpdoorsnede,Dat wil zeggen, hier is K = 1* 2, Het stromende medium is een Newtonse vloeistof, waarbij we drie gevallen kunnen onderscheideni 2a) laminaire stroming, waarbij de snelheidsverdeling in de pijp een parabolisch verloop heeft (zie fig* 7b). Bij een lami- 10 naire stroming geldt dan na enkele niet aangegeven afleidingen K = 1/U/3 - k/3o). Hierin is b *» B.R., waarin R de straal van een cirkelvormige doorsnede van de pijp is, en B een factor kleiner dan 1.

2b) turbulente stroming, zie fig. ?a waarin de snelheids- 13 verdeling over de buis vrijwel homogeen is. Alleen echter dicht bij de buiswand treffer we een laminair Stromende vloeistoffilm aan. De dikte van deze film is afhankelijk van het Reynolds getal.

Met name kan afgeleid worden dat K = 0,889 + 0,0091 log Re + 0,001 + (log re) . Voor een meetlijn op een afstand B.R. van het 20 hart van de buis geldt na afleiding (zie fig. 7c); C \ ?_ 2 2

V s V -11 - \ BTï + Y r . Met een rekenmachine kan de ge-max. v ----——— I

1 R J

middelde stroomsnelheid als functie van S> en Re bepaald worden, 2.5 waarna K eenvoudig te berekenen is.

2c) Stromingen zonder een bekende snelheidsverdeling, waarin de stroming in het overgangsgebied tussen laminair en turbulent (2000 4Re <; 2*000) kan zijn, waarbij de correctiefactor K hier varieert van 0,75 - 0,93. 30

Het stromingsprofiel kan ook verstoord zijn, bijvoorbeeld door een obstakel in de pijp, een bocht, een afsluiter, en dergelijke.

Voor dit geval k an geen correctiefactor berekend worden. Wel kan dit probleem geelimineerd worden door de stroming eerst te laten stabiliseren. Hiervoor is een buislengte nodig die een lengte heeft van minimaal 20 maal de buisdiameter.

78 1 0 6 3 0 : 35

Claims (3)

1. Inrichting voor het meten van de snelheid van fluidum-stromingen, voorzien van ten minste een paar aan de uiteinden van een meetV’raject in het fluidum te plaatsen electro-akoestische 20 transducenten die per paar gelijktijdig geluidsstoten uitzenden en deze op van de fluidumsnelheid afhankelijke eerste en tweede tijdstippen ontvangen, een klokschakeling, een zendschakeling, een voor elke transducent afzonderlijke ontvangketen met versterker- en detectieschakeling, ten minste een integratieschakeling met 25 integratiecondensator ten gebruike bij de verwerking van het loop-tijdverschil van de geluidsstoten, waarbij de tijdstippen van uitzending en ontvangst in elke transducent worden vastgelegd, met het kenmerk, dat de integratiecondensator C3 op een met een poortschakeling (T10, T10') verbonden spanningsdeler 30 met in elke tak een in rusttoestand na het zendtijdstip doorlatend schakelelement is aangesloten, aan de ene tak en aan de andere tak waarvan in de rusttoestand twee verschillende spanningen worden toegevoerd, waarbij de condensator zich instelt op het midden van het spanningsverschil, en dat onder besturing van de poortschakeling (T10, T10') na het eerste ontvangtijdstip het met de betref- 78 1 0 6 3 0 15 ' fende ene transducent overefnkofflende schakelelement en vervolgens na het tweede ontvangtijdstip het met de betreffende andere transducent overeenkomende schakilelement geblokkeerd wordt. 2o Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de klokschakeling een bij het zendtijdstip behorende klokpuls afgeeft, m e t h e t 5 k e n m er k, dat de poortschakeling (T10, HO’) bestaat uit twee poortcombinaties, aan elk waarvan de klokpuls wordt toegevoerd en aan de ene tak van de spanningsdeler, het door de ene detectie-schakeling afgegeven detectiesignaal, en aan de andere waarvan, die met zijn uitgang verbonden is met de andere tak van de span- 10 ningsdeler, het door de andere detect!eschakeling afgegeven detectiesignaal toegevoerd wordt(Zodanig dat door elke poortcombinatie aan zijn uitgang een met de looptijd van de betreffende geluids-stoot overeenkomstig schakelsignaal afgegeven wordt, zodat'de condensator een met het looptijdsvèrschil overeenkomende spannings- 15 verandering ondergaat (fige 2a)« 3o Inrichting volgen! conclusie 2, met het kenmerk, dat de spanningsdeler aan zijn uiteinden tussen de uitgangen van de twee poortcombinaties is opgenomen, waarbij de schakelelementen dioden (D5t P6) zijn Cfige 3b).* . 20 lf. Inrichting volgens conclusie 2, m e t h e t k e n-m e r k, dat de spanningsdeler aan zijn uiteinden tussen twee verschillende gelijkspanningen is opgenomen, waarbij de schakel-elementen (G1, 02) elk via hun stuuraansluiting verbonden zijn met de uitgang van de bijbehorende poortcombinatie (fig. 3c). 25 5o Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met hetkenme r k* dat de detectieschakeling in elke ontvangketen bestaat uit in een serie op ruisniveau ingestelde niveaudetector (T5) en een op nulniveau ingestelde nulpuntdetector (T8), aan welke beide detectoren (T5» T8) het ontvangsignaal wordt 30 toegevoerd, en welke beide zodanig onderling verbonden zijn, dat de nulpuntsdetector (Τθ) pas een detectiesignaal kan afgeven na een door de niveaudetector (T5) bij ruisniveau-overschrijding afgegeven detectiesignaal.

6. Inrichting volgens conclusie 5, m e t h e t ken- 35 merk, dat beide detectoren elk uit een verschilversterker (T5, T8) bestaan, waarvan de plus-ingangen respectievelijk op 78 1 0 6 30 ruisniveau en op nulniveau zijn aangesloten, en aan de min-in-gangen waarvan het ontvangsignaal wordiytoegevoerd, waarbij de uitgang van de nulpuntsdetector (Τδ) behalve met de poortschakeling (T10, T10') via een schakelelement (T9) pas bij ontvangst van een detectiesignaal van de niveaudetector (T5) geblokkeerd wordto 5 7e Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat tussen de uitgang van de niveaudetector (T5) en het schakelelement (T9) een poortcombinatie (T7) van twee Niet-OF poorten is opgenomen, waarbij aan een ingang van de ene OF poort de klokpuls (R) van de klokschakeling en aan een ingang van de ande- 10 re OF poort het detectiesignaal van de niveaudetector (T5) wordt toegevoerd en waarbij de andere ingang van de ene respectievelijk andere OF poort verbonden is met de uitgang van de andere respectievelijk ene OF poort.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies 5» 6 ®n 15 7, met het ke nrm e r k, dat de uitgang van de niveaudetector (T5) tevens via een schakelelement (Τβ) met massa verbonden is, welk schakelelement T6 behalve tijdens een van de klokschakeling afkomstig tijdvenster (T) waarbinnen het ontvangsignaal wordt verwacht, doorlatend is gestuurde 20 9o Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de beide transducenten in de zendschakeling onder invloed van dezelfde klokpuls gestuurd worden, welke zendschakeling ten minste een transistor bevat met een in de belastingsketen opgenomen spoel, waarover een transducent is aangesloten, m e t h e t 25 k e nm e r k, dat beide transducenten (tri, tr2), elk onder tussenschakeling van een paar antiparallel geschakelde dioden (D1, D2; D3, DZf), over de genoemde zelfde spoel (L) zijn aangesloten, dat de genoemde transistor (T12) in zijn basisketen via een BC-netwerk verbonden is met een stuurtransistor (T1) die tijdens de 30 klokpuls dicht en bij beëindiging daarvan opengestuurd wordt, zodat in de genoemde transistor (T2) hierbij de stroom abrupt onderbroken wordt, waarbij in de genoemde spoel (L) een hoge inductie-spanning ontstaat« I0e Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, .35 waarbij de integratiecondensator via een buffer op de rest van de looptij'dverschilintegratieschakeling is aangesloten, met het 781 0 6 3 0 - ' ··’- - .·· -.......... ...... - ψ. . t· n V kenmerk, dat tussen ie beide uitgangen van de transdueen-ten (tri, tr2) en de beide ontvangketens een omschakelaar (T3) en op de uitgang van de buffer (T12) een dubbele bemonsterschakelaar (T13) is opgenomen, die zodanig gestuurd worden dat elke transdu-cent per herhalingsperiode afwisselend op de ene respectievelijk 3 andere en op de andere respectievelijk ene ontvangketen wordt aangesloten en dat de uitgangsspanning van de buffer (T12) door de ene respectievelijk andere bemonsterschakelaar afwisselend om de andere herhalingsperiode na het tweede detect!esignaal wordt toegevoerd aan een houdschakeling (¢15) voor positieve spannings- 10 veranderingen respectievelijk aan een houdschakeling (TH) voor negatieve spanningsveranderingen1 waarbij de uitgangen van de beide houdschakelingen op een verschilversterker (T16) zijn aangesloten o 15 --000O000—- 781 06 3 0