SE523152C2 - Sändar- och mottagningskopplingskrets för ultraljudsflödesmätare - Google Patents

Description

523 152 o ; . | n 2 olika temperaturkoefficienter och liknande mellan två sådana kopplingar, ständigt att ge möjligheter för att såväl fasta, som temperaturberoende grupplöptidsförskjutningar för signaler i elektroniska kopplingarna.

DK 168248 Bl beskriver ett system, som använder särskild sän- karkopplingskrets och mottagningskopplingskrets med därav föl- jande möjlighet för grupplöptidsskillnad för upp- och ned- ströms signaltransmission såsom ovan nämnts.

Motsvarande gäller för systemet enligt DK 166974 Bl som såle- des heller ej eliminerar problemen med grupplöptidsskillnad. I övrigt är dessa två system relativt komplexa med åtskilliga strömställare och förstärkare.

Det är mot bakgrunden av denna kända teknik ändamålet med fö- religgande uppfinning är att åstadkomma en sändar- och motta- garkopplingskrets för ultraljudgenomströmningsmätare av inled- ningsvis nämnt slag, varmed det är möjligt att avhjälpa prob- lemen och variationerna mellan två sådana kopplingar på grund av komponenttoleranser, olika temperaturkoefficienter och lik- nande samtidigt med att det uppnås en förenkling av den an- vända kopplingen, och ändamàlet uppnås med hjälp av en kopp- lingskrets av nämnt slag, som enligt föreliggande uppfinning också omfattar de i den kännetecknande delen av kravet 1 nämnda åtgärderna. Med detta arrangemang uppnås tvàljudsut- sändningen av ultraljudsignaler med blott en enkel sändar- och mottagarkoppling av angivet slag, i det omkastningsorganet om- växlande förbinder en av ultraljudomformarna funktionsmässigt med den första ingångspolen. Komponenttoleranser, olika tempe- raturkoefficienter och liknande kommer med det angivna arran- gemanget att vara detsamma för överföring av ultraljud i de två motsatta riktningarna, så att grupplöptiden för signaler i 70254b.dOC; 02-08-28 10 15 20 25 30 -523 152 _ n 1 ° ' ° ' ; n . - p. själva elektronikkopplingen är densamma för transmission av ultraljud i de tvâ motsatta riktningarna. Detta gäller för så- väl fasta som variabla grupplöpstidsskillnader, där de fasta primärt beror pà komponenttoleranser och de variabla beror av temperaturberoende parametrar. När den fasta grupplöptids- skillnaden elimineras till noll uppnàs att nollpunktskalibre- ring/justering kan utelämnas varvid felmöjligheter avlägsnas och tid sparas. Den temperaturberoende grupplöptidsskillnaden skall med hänsyn till t.ex. myndighetsgodkännande hållas inom bestämda gränser. Vid sändandet av ultraljudsignaler i en för- sta riktning, är kopplingen förenad med den första ultraljud- omformaren med hjälp av omkastningsorganet, medan en signal överföres till omformaren och omvandlas till en ultraljudsig- nal. Dârefter omkastas kopplingen till förbindelse med den andra ultraljudomformaren för att mottaga signal, som alstras, när denna mottager ultraljudsignalen, som kommer från den för- sta omformaren. Vid avsändningen av ultraljudsignalen i den motsatta riktningen förbindes kopplingen först med den andra omformaren för överföring och därefter för mottagning med den första omformaren.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen angives i underord- nade patentkrav, där olika placeringar av ultraljudomformaren och omkastningsorganen är angivna i patentkraven 2 till 5 och föredragna frekvensomràden för ultraljudomformaren angivna i patentkrav 6 och möjligheten för att använda mer än tvà ultra- ljudomformare är angivet i patentkravet 7.

I den följande detaljerade av föreliggande beskrivning förkla- ras uppfinningen under hänvisning till utföringsformerna av en sändar- och mottagarkopplingskrets för ultraljudgenomström- ningsmätare enligt uppfinningen. 70254b.dOC; 02-08-28 10 15 20 25 30 523 152 4 n o u o n.

Figur 1 visar nu schematiskt en sändare- och mottagarkopp- lingskrets för ultraljudsgenomströmningsmätare enligt uppfin- ningen, där bàda ultraljudomformarna har en pol förenad med en referenspotential och en annan pol förenad med den första ingångspolen pà förstärkaren via ett omkastningsorgan.

Figur 2 visar en andra utföringsform av uppfinningen där tvâ ultraljudomformare i serie med omkastningsorganet är förenade parallellt med returkopplingsförbindelsen pà förstärkaren.

Figur 3 visar en tredje utföringsform, huvudsakligen motsva- rande den i figur 2, där omkastningsorganet är anbringat parallellt med var och en av omformarna för kortslutning av den icke använda omformaren och omformarna är förenade i serie mellan förstärkarens utgàngspol och den första ingångspolen.

Figur 4 visar en fjärde utföringsform, huvudsakligen motsva- rande den enligt figuren 1, där omkastningsorganet är an- bringat parallellt med var och en av omformarna för kortslut- ning av den icke använda omformaren och omformarna är anbring- ade i serie emellan en referenspotential och förstärkarens första ingàngspol.

Den i figur 1 visade sändar- och mottagarkopplingen omfattar en förstärkare 1 med en första inverterande ingàngspol för förbindelse med en ultraljudomformare TR1, TR2, där förbindel- sen är ástadkommen via en impedans Zl och omkastningsorganen S1, S2. Den andra, icke inverterande ingångspolen är förenad med en (enbart i figur 1 visad) signalkälla, som styrd ástad- kommer elektriska signaler för överföring till ultraljudomfor- marna TR1, TR2. En returkopplingsförbindelse är bildad mellan utgàngspolen och den inverterade ingångspolen via en impedans Z2. Utgàngspolen pá förstärkaren l är också förenad med (icke 70254b.d0C; 02-08-28 10 15 20 25 30 1523 152 visade) detekteringsorgan för avledning av övergångstidsmät- ningar, som användes för beräkning av det önskade uppmätta flödet.

Den visade kopplingen fungerar på följande sätt: När det sändes från TR1 till TR2, är S1 stängd och signalkäl- lan tillför kopplingen en passande elektrisk signal, som via förstärkaren 1 impedanserna Zl och Z2 samt strömbrytaren S1 överföres till omformaren TRl. En lämplig tid efter avgivandet av en ultraljudsignal från TR1 innan den mottages av TR2, bry- tes S1 och S2 tillslages för mottagande av signalen på TR2.

Den av TR2 mottagna signalen överföres till förstärkaren 1 via strömbrytaren S2 och impedanserna Zl, Z2 för avgivning på ut- gången hos förstärkaren 1 till detekteringsorganen. När det sändes från TR2 till TR1, är S2 tillslagen och en passande tid efter avgivningen av ultraljudsignalen, före den ankommer till TRl, brytes S2 och S1 tillslages för mottagning av ultraljud- signalen på TR1. Härav inses, att läget för S1 och S2 alltid är detsamma, oavsett det sändes eller mottages på en given om- formare, varvid omformarna vid varje tillfälle ser en konstant impedans, som i huvudsak motsvarar impedansen av den till- slagna strömbrytare S1, S2 och Zl.

Grupplöptidsdifferenser i förstärkarna är eliminerade, emedan samma förstärkningselement användes för båda omformarna och grupplöptidsdifferenser i strömbrytarna S1, S2 är också elimi- nerade, i det båda strömbrytarna ingår i signalvägen, obero- ende av överföringsriktningen.

En av fördelarna med den visade kopplingen är, att den virtu- ella mätpunkten vid förstärkarens inverterande ingång vid en ideell förstärkare har en impedans om 0 ohm oavsett om det 70254b.d0C; 02-08-28 10 15 20 25 30 -523 152 6 u u »nn sändes eller mottages på den tillkopplade omformaren, vilket betyder att omformaren ser in i en konstant impedans motsva- rande Zl + impedansen av den tillhörande strömbrytaren S1, S2.

Med icke ideell förstärkare kommer impedansen i den virtuella mätpunkten att ha ett ändligt värde, som är beroende av för- stärkarens öppna slingas förstärkning i frekvensområdet, vari omformaren arbetar. Belastningen för omformaren kommer normalt att vara olika men reciprociteten är bibehållen, emedan be- lastningen är konstant från sändar- till mottagningssituation.

Det sedvanliga omformarfrekvensområdet ligger mellan cirka 40 KHz och upp till några MHz.

De i figurerna 2, 3 och 4 visade alternativa kopplingsformerna har alla, i förhållande till den i figur 1 visade utförings- formen, den nackdelen, att omformarna skall vara avskilda från referenspotentialen. Den i figur 2 visade utföringsformen sva- rar bra i funktionen till den i figur 1 visade, i det kraven på strömbrytarna S1, S2 är desamma för de två kopplingarna, nämligen ett moderat motstånd vid tillslagen omkastare och en stor dämpning vid avbruten omkastare. De två övriga varian- terna visade i figur 3 och 4 är svårare att realisera i prak- tiken, i det dessa kräver att strömbrytarnas motstånd i till- slaget läge är väsentligt lägre än omkastarimpedanserna för att undgå krysstal. Emedan omformarimpedanserna typiskt ligger i området under några hundra ohm kan detta vara ett problem, som emellertid kan sökas lösas genom att införa seriemotstån- den i varje omformargren. Även om omformarna på figurerna är visade som rena omformar- kristaller, skall dessa naturligtvis förstås som potentiellt innehållande passiva serie- och parallellimpedanser samt even- tuella signaltransformatorer för galvanisk avskiljning.

Kopplingarna är dessutom enbart visade med två omformare, där 70254b.dOC; 02-08-28 523 152 7 a n o. vu n. nu; v01; n. n o ' ' ' ' ' I ø n o nu det i praktiken kan vara från tvà till N omformare för att tillgodose flerspàriga mätrör. 70254b.dOC; 02-08-28

Claims (7)

10 15 20 25 30 523 152 8 ' "" I: ~ o . . n. PATENTKRAV

1. l. Sändar- och mottagningskopplingskrets för ultraljudflödes- mätare, omfattande - minst tvà ultraljudomformare (TR1, TR2) placerade för av- sändning och mottagning av ultraljudsignaler som överföres i motsatta riktningar över en mätsträcka, - en signalkälla för styrd alstring av elektriska signaler för överföring till ultraljudomformarna (TR1, TR2) och - detekteringsorgan för härledning av överföringstidmât- ningar, som användes för beräkning av det flöde som önskas mätt, vilken sändar- och mottagningskopplingskrets omfattar en för- stärkare (1) med - en första inverterande ingàngspol för förbindelse med ultraljudomformarna (TR1, TR2), - en andra, icke inverterande ingàngspol för förbindelse med signalkällan, - en utgàngspol för förbindelse med detekteringsorganen och - en returkopplingsförbindelse (Z2) mellan utgàngspolen och den första ingàngspolen, k ä n n e t e c k n a d a v, att ytterligare innefattas strömbrytarogan (S1, S2) för att omväx- lande förbinda en av ultraljudomformarna (TR1, TR2) funk- 70254b.d0C; 02-08-28 10 15 20 25 30 523 152 9 tionsmässigt med den första ingångspolen på förstärkaren (1) för överförsel av de elektriska signalerna från signalkällan, respektive överförsel av de mottagna signalerna till förstär- karen (1).

2. Kopplingskrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att den funktionsmässigt förbundna omformaren (TR1, TR2) är förbunden mellan den första ingångspolen på förstärkaren 1 och en referenspotential.

3. Kopplingskrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att den funktionsmässigt förbundna omformaren (TR1, TR2) är förenad mellan den första ingångspolen på förstärkaren (1) och förstärkarens utgángspol.

4. Kopplingskrets enligt något av föregående krav 1 till 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att varje ultraljudomformare (TR1, TR2) är förenad i serie med ett strömbrytarorgan (S1, S2) och att dessa serieförbundna ultraljudomformare och ström- brytarorganen (TR1, S1; TR2, S2) är förenade parallellt.

5. Kopplingskrets enligt något av kraven 1 till 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att varje ultraljudomformare (TR1, TR2) är förenad parallellt med ett strömbrytarorgan (S1, S2) och att dessa parallellt förbundna omformare och strömbrytarorgan (TR1, S1; TR2, S2) är förenade i serie.

6. Kopplingskrets enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v, att det användes en ultraljud- frekvens mellan 500 KHz och 2 MHz. 70254b.doC; 02-08-28 *S23 152 10

7. Kopplingskrets enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v, att det användes ett mätrör med N omformare där N är större än eller lika med 2. '70254b.dOC; 02-08-28