SK182098A3

SK182098A3 - Method and device for measuring the rate of flow of a flowing fluid

Info

Publication number: SK182098A3
Application number: SK1820-98A
Authority: SK
Inventors: Alain Bazin
Original assignee: Schlumberger Ind Sa
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-10-08
Also published as: AU3545097A; PL330993A1; EP0909373B1; EP0909373A1; BG63231B1; FR2750495A1; ATE191784T1; CZ437898A3; PL184338B1; UA49022C2; DE69701694T2; DK0909373T3; SK284547B6; FR2750495B1; BG103132A; WO1998000686A1; EA001599B1; EA199900073A1; DE69701694D1; CN1114093C

Description

SPÔSOB A ZARIADENIE NA MERANIE PRIETOKU PRÚDIACEJ TEKUTINY

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu merania prietoku prúdiacej tekutiny, spočívajúceho v tom, že sa postupne medzi dvoma ultrazvukovými prevodníkmi (senzory, snímače — ďalej v celom texte: prevodníky), umiestnenými vo vzájomnom odstupe v smere prúdenia tekutiny, vysielajú dva ultrazvukové signály, ktoré sa šíria v navzájom opačných smeroch, pričom každý prevodník prijíma zodpovedajúci jeden z týchto ultrazvukových signálov. Vynález sa rovnako vzťahuje na zariadenie na meranie prietoku prúdiacej tekutiny.

Doterajší stav techniky

Mnoho rokov sa meria prietočné množstvo tekutiny, ako napríklad teplej vody, prúdiacej v potrubí, takým spôsobom, že sa meria doba šírenia príslušných ultrazvukových signálov, vysielaných v navzájom opačných smeroch po prúde a proti prúdu medzi dvoma ultrazvukovými prevodníkmi, uloženými v dvoch bodoch ležiacich vo vzájomnom odstupe v smere prúdenia tekutiny.

V oblasti merania prietoku teplej vody je známy podľa spisu WO 86/02722 spôsob spočívajúci v súčasnom vysielaní ultrazvukového signálu z každého prevodníka smerom k druhému prevodníku, pričom oba signály sa tak šíria vo vzájomne opačných smeroch. Vzhľadom k prúdeniu je doba T2 šírenia signálu, vysielaného v smere opačnom k smeru prúdenia vyššia, ako je doba T1 šírenia signálu, vysielaného v smere prúdenia.

Meranie dvoch dôb T1, T2 šírenia dovoľuje z týchto dôb odvodiť prietočné množstvo teplej vody podľa vzorca Q = K(T2 - T1)/C, kde K je súčiniteľ zohľadňujúci geometriu počítača a C je korekčný súčiniteľ, viazaný na rýchlosť šírenia zvuku vo vode. Tento spôsob však vykazuje značnú nevýhodu. Keď totiž bol jeden z prevodníkov vybudený, pokračuje vo vysielaní signálu, zatiaľ čo prijíma signál z druhého prevodníka. Keď sa teplota vody mení, pozorovali sa nestálosti (drifty) a

4 4 A 4 /D prídavné parazitné fázové posuny v prijatých ultrazvukových signáloch. Kvôli odstráneniu tohto problému je potrebné vykonať meranie teploty a korigovať meranie prietoku v závislosti od výchyliek teploty, čo komplikuje spôsob merania.

Okrem toho sú známe iné spôsoby merania, aké sú napríklad popísané v spise EP 0 426 309 a v ktorých sa postupne vysielajú v prúdiacej tekutine akustické signály vo vzájomne opačnom smere. Doba šírenia každého z týchto signálov sa meria detekovaním, na každom z prijatých akustických signálov, okamihu zodpovedajúceho zmene fázy vzhľadom k časovému referenčnému signálu, ktorý je viazaný na príslušný vysielací signál. Detekcia tohto okamihu sa vykonáva pomocou detektora fázy, ale táto detekcia nie je presná.

Pre každý z akustických signálov bude tomuto meraniu priradené meranie akustického fázového posunu, vyvolané v uvažovanom akustickom signáli v dôsledku šírenia tohto signálu v prúde. Meranie akustického fázového posunu sa vykonáva vzorkovaním prijímaného signálu v ôsmich kondenzátoroch, a to digitalizovaním tohto vzorkovaného signálu a vykonávaním synchronizovanej detekcie takto digitalizovaného signálu.

Tento spôsob merania však v dôsledku vzorkovania zavádza prídavný šum do vzorkovaných hodnôt signálu, a teda do samotného merania. Okrem toho je tento spôsob zložitý, pretože vyžaduje meranie doby šírenia a meranie akustického fázového posunu pre každé signálové vysielanie v danom smere šírenia.

V dôsledku toho je dôležité nájsť spôsob merania, ktorý nezavádza do merania prídavný šum a ktorý by sa dal vykonávať jednoduchšie ako v stave techniky.

Podstata vynálezu

Vynález prináša spôsob merania prietočného množstva prúdiacej tekutiny, pri ktorom sa postupne za sebou medzi dvoma ultrazvukovými prevodníkmi, umiestnenými vo vzájomnom odstupe v smere prúdenia tekutiny, vysielajú dva ultrazvukové signály, ktoré sa šíria v navzájom opačných smeroch, pričom každý prevodník prijíma jeden príslušný ultrazvukový signál SIGi, SIG₂, ktorého podstata

W/R spočíva v tom, že sa vytvára n hodinových signálov CK,, kde i = 1 až n a n > 4, obsahujúcich prechody, fázovo vzájomne posunuté o 2π/η, v pevnom fázovom vzťahu vzhľadom k budiacemu signálu prevodníkov a rovnaké frekvencie, ako je tento signál, zvoli sa charakteristická časť periódy prvého prijímaného signálu SIGi v jednom smere šírenia, zvoli sa prvý prechod hodinového signálu, ku ktorému dochádza bezprostredne po tom, čo sa objaví uvedená charakteristická časť, tento hodinový signál CLS sa ukladá do pamäti (zapamätá), určuje sa doba ti zodpovedajúca súčtu jednotlivých čiastkových dôb v m po sebe nasledujúcich periódach, uplynulých v jednotlivých m periódach medzi okamihom, kedy sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG-ι a prvým nasledujúcim prechodom hodinového signálu CLS, kde m je celé číslo, identifikuje sa rovnaká charakteristická časť v m po sebe nasledujúcich periódach druhého signálu SG₂, prijímaného v opačnom smere šírenia, určuje sa doba t₂ zodpovedajúca súčtu jednotlivých čiastkových dôb v jednotlivých m periódach uplynulých medzi okamihom, v ktorom sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG₂ a okamihom, v ktorom sa objavuje prvý nasledujúci prechod signálu CLS, vytvorí sa rozdiel |t₂-t-i| a odvodí sa prietočné množstvo Q tekutiny, ktoré je úmerné |t₂ - ti).

Vytvorením n medziľahlých hodinových signálov CK, je možné zaistiť časový referenčný signál, ktorý je „premenlivý,,, na rozdiel od referenčných signálov použitých v známych spôsoboch ultrazvukového merania prietočného množstva prúdiacej tekutiny, lebo len čo sa získa požadovaná rozlišovacia schopnosť merania času, hľadá sa ďalší vhodnejší časový referenčný signál. Pretože sa tento referenčný signál vytvára na základe hodinových signálov, nezavádza sa žiaden šum, ako je to u spôsobov podľa stavu techniky. Spôsob je okrem toho jednoduchý, pretože nedochádza k vzorkovaniu ani ku kroku synchrónnej detekcie a môže sa teda použiť .z s jednoduchými analógovými prostriedkami, na rozdiel od spôsobov podľa stavu techniky. Elektronický obvod bez analógovo - číslicového prevodníka sa okrem toho dá ľahko zabudovať do integrovaného obvodu, špecifického pre aplikáciu (ASIC).

Použitie tejto „premenlivej,, časovej referencie dovoľuje dosiahnuť s väčšou presnosťou a rýchlejšie požadovanú rozlišovaciu schopnosť. S n signálmi CKj, fázovo posunutými o 2π/η bude totiž rozlišovacia schopnosť T/n (T je rozlišovacia

141/B schopnosť získaná pomocou hodinového signálu, na ktorého základe sa môže vytvoriť n signálov) a bude tak možné získať meranie času, ktorý uplynul medzi okamihom, kedy sa objavila charakteristická časť každej z m periód uvedeného signálu a prvým prechodom zvoleného hodinového signálu, s lepšou rozlišovacou schopnosťou ako v stave techniky.

Pretože sa rozlišovacia schopnosť zvyšuje, keď sa zvyšuje počet meraní (podľa vzťahu 1/λ/Ν, kde N je počet meraní), je zrejmé, že zavedenie tej „premenlivej,, časovej referencie dovoľuje priamo zvýšiť rozlišovaciu schopnosť, takže sa požaduje menej meraní kvôli dosiahnutiu požadovanej rozlišovacej schopnosti.

S výhodou tento spôsob dovoľuje znížiť energetickú spotrebu na získanie ultrazvukového merania prietoku tekutiny s rovnakou rozlišovacou schopnosťou, ako je to v spôsoboch podľa stavu techniky.

Ďalej je vhodné poznamenať, že keď sa používajú vysielacie frekvencie zvukových vín okolo 1 MHz, napríklad pre tekutiny ako je voda, sú spôsoby podľa stavu techniky (ako je spôsob popísaný v spise EP 0 426 309) veľmi energeticky náročné, a to vzhľadom k tomu, že je potrebný analógovo - číslicový prevodník, ktorý je spôsobilý vzorkovať signál frekvencie 1 MHz a spôsob je tak veľmi nákladný, na rozdiel od riešenia podľa vynálezu.

Celé číslo počtu m periód môže byť rovné 1 alebo môže mať iné hodnoty. Keď je číslo m odlišné od 1, môže perióda, v ktorej sa volí charakteristická časť, zodpovedať prvej z m po sebe nasledujúcich periód, alebo môže predchádzať týmto m periód.

Prijímané signály SIGi a SIG2 podľa vynálezu môžu byť spracovávané vo forme pravouhlých impulzov a v tomto prípade charakteristická časť periód prijímaných signálov zodpovedá vzostupnému alebo zostupnému čelu každého pravouhlého impulzu.

Podľa vynálezu môžu byť hodinové signály vo forme pravouhlých impulzov a v tomto prípade prvý prechod zvoleného hodinového signálu je vzostupné alebo zostupné čelo.

141/B

Pri spôsobe podľa vynálezu sa vytvoria zodpovedajúce rozdiely SIGí - CLS a SIG₂ - CLS medzi signálmi za účelom získania zodpovedajúcich signálov ΙΕΧί a IEX₂₎ ktoré dovolia určovať zodpovedajúce časy t! a t₂. Signály IEX1 a IEX₂ môžu byť vo forme pravouhlých impulzov a spôsob podľa vynálezu spočíva v expandovani súhrnnej doby trvania všetkých pravouhlých impulzov na určenie zodpovedajúcich dôb t-ι a t₂.

Napríklad je hodinový signál CK1 vo fáze s budiacim signálom prevodníkov. Podľa prvého vyhotovenia sa vytvoria štyri hodinové signály. Podľa druhého vyhotovenia sa vytvorí osem hodinových signálov. S výhodou sa na podklade každého prijímaného signálu vytvorí signál SIGS fázovo posunutý vzhľadom k hodinovým signálom, a to za účelom zabránenia súčasnosti uvedených signálov. Napríklad je signál SIGS fázovo posunutý o π/η.

Vynález sa ďalej vzťahuje na zariadenie na meranie prietoku tekutiny, obsahujúce najmenej dva ultrazvukové prevodníky, umiestnené vo vzájomných odstupoch v smere prúdenia tekutiny, prostriedky na vytváranie budiaceho signálu týchto prevodníkov, prostriedky na prijímanie dvoch ultrazvukových signálov SIG1 a SIG₂₁ vysielaných zodpovedajúcimi z uvedených prevodníkov v navzájom opačných smeroch a postupne za sebou, ktorého podstata spočíva vtom, že zariadenie ďalej obsahuje prostriedky na vytváranie n hodinových signálov CKj, kde i = 1 až n a n > 4, ktoré obsahujú prechody, sú medzi sebou fázovo posunuté o 2π/η, sú v pevnom fázovom vzťahu vzhľadom k budiacemu signálu a majú rovnakú frekvenciu ako tento signál, ďalej identifikačné prostriedky charakteristickej časti jednej periódy prvého prijímaného signálu SIG1, voliace prostriedky prvého prechodu hodinového signálu CKj, ku ktorému dochádza bezprostredne po tom, čo sa objaví uvedená charakteristická časť, prostriedky na ukladanie tohto hodinového signálu do pamäti (zapamätanie) ako signálu CLS, prostriedky na určovanie doby ti zodpovedajúcej súčtu v m po sebe nasledujúcich periódach signálu SIG1, uplynulých medzi okamihom, kedy sa objaví charakteristická časť každej z m periód signálu SIG1 a okamihom, kedy sa objaví prvý nasledujúci prechod signálu CLS, kde m je celé číslo,

141/B prostriedky na identifikáciu rovnakej charakteristickej časti v m po sebe nasledujúcich periódach druhého prijímaného signálu SIG2, prostriedky na určovanie doby t₂, zodpovedajúce súčtu jednotlivých čiastkových dôb v jednotlivých m periódach uplynulých medzi okamihom, v ktorom sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG₂ a okamihom, v ktorom sa objavuje prvý nasledujúci prechod signálu CLS a prostriedky na tvorbu rozdielu |t₂ - ti] a odvodzovanie prietočného množstva Q tekutiny, ktoré je úmerné t₂ - ti.

Zariadenie sa môže realizovať s jednoduchými analógovými prostriedkami, ako hlavne klopnými obvodmi typu D alebo RS a umožňuje teda, že nie je potrebný analógovo - číslicový prevodník ani viacero kondenzátorov na ukladanie rôznych vzorkovaných hodnôt.

Prostriedky na vytváranie hodinových signálov CK, môžu obsahovať oscilátor riadený kryštálom, nasledovaný n/2 klopnými obvodmi typu D, tvoriace delič a umožňujúce tak získať signály CK,, fázovo posunuté medzi sebou o 2π/η.

Voliace prostriedky prvého prechodu hodinového signálu môžu obsahovať n klopných obvodov typu D, nazývaných voliace, ktorých každý vstup D je pripojený k prijímanému spoločnému signálu SIG1 alebo SIG₂, pričom každý hodinový vstup CK prijíma odlišný hodinový signál CK,, odlišujúci sa od jedného klopného obvodu k druhému, a ktoré sa môžu aktivovať jedným vstupom RAZ tak, že keď vstup RAZ klopných obvodov je na hodnote 1 a keď je spoločný signál na hodnote 1, sú uvedené klopné obvody citlivé na signály CK,.

Voliace prostriedky prvého prechodu hodinového signálu môžu rovnako obsahovať n logických hradiel (logických členov), prijímajúcich každý na jednom vstupe spoločný prijímaný signál SIG1 alebo SIG₂ a n monostabilných obvodov, prijímajúcich každý odlišný vstup hodinového signálu CK_h a ktorého výstup sa vysiela každý na jeden z ďalších vstupov n logických hradiel.

Prostriedky na ukladanie hodinového signálu CLS do pamäti môžu obsahovať jednak n klopných obvodov typu D, nazývaných pamäťové, prijímajúce každý ako hodinový vstup CK výstupný signál z výstupu Q voliaceho klopného obvodu a jednak logický člen NAND s n vstupmi, pripojený každý k výstupu Q každého pamäťového

141/R klopného obvodu, pričom vstup D týchto pamäťových klopných obvodov je trvalo na hodnote 1 a prvý signál, prijímaný na hodinovom vstupe CK jedného z klopných obvodov, aktivuje pamäťovú funkciu tohto klopného obvodu tým, že preklopí výstup

Q tohto klopného obvodu na hodnotu 1 a výstup Q na hodnotu 0 a aktivuje tak blokovací obvod prijímaného spoločného signálu SIG^ SIG2.

V zariadení podľa vynálezu prijíma n logických členov NAND na každom zo svojich vstupov hodinový signál CK, a výstupný signál z výstupu Q zodpovedajúceho pamäťového klopného obvodu, pričom výstup každého z logických členov je spojený s jedným zo vstupov logického člena NAND s n vstupmi, pričom jeden z n logických členov uvoľňuje priradený hodinový signál CK,, keď je pamäťová funkcia zodpovedajúceho klopného obvodu aktivovaná.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom popise na príkladoch vyhotovení, neobmedzujúcich jeho rozsah, s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje:

obr. 1 usporiadanie ultrazvukových prevodníkov vzhľadom k prúdeniu tekutiny podľa jedného vyhotovenia vynálezu, obr. 2 iné usporiadanie ultrazvukových prevodníkov vzhľadom k prúdeniu tekutiny, obr. 3 zjednodušený schematický pohľad sekvenčnej jednotky, použitej v zariadení podľa vynálezu, obr. 4 schematický pohľad na jednu časť zariadenia podľa vynálezu, obsahujúcu z vysielacie bloky ultrazvukových signálov, prepínací blok prevodníkov a blok na spracovávanie prijímaných ultrazvukových signálov, obr. 5a signál SIG1 (SIG2), vytvorený na báze prijímaného ultrazvukového signálu,

141/B obr. 5b fáza vysielania a prijímania ultrazvukových signálov, obr. 6 schematický pohľad na časť zariadenia podľa vynálezu, obsahujúcu blok tvorby hodinových signálov CK, (i = 1 až 4), ako i bloky na voľbu a ukladanie hodinového signálu CLS do pamäti, obr. 7 priebeh štyroch hodinových signálov CK, v ich vzájomnom vzťahu, obr. 8a variant časti zariadenia z obr. 6, ktorá vyberá hodinový signál CLS, obr. 8b alternatívu časti zariadenia z obr. 6, ktorá vyberá a ukladá do pamäti hodinový signál CLS, obr. 8c priebeh použitých hlavných signálov ako funkciu času, obr. 9 schematický pohľad na časť zariadenia podľa vynálezu, obsahujúcu zjednodušený blok na generovanie signálov IEXt a IEX₂ (SIGi - CLS a SIG₂-CLS), obr. 10 schému ukazujúcu krok generovania signálov IEXí a IEX₂, obr. 11 priebeh signálov SIG1, CLS a IEX1, obr. 12a schematický pohľad ukazujúci princíp časovej expanzie, obr. 12b zjednodušenú schému časového expandéra, obr. 13 schému časti zariadenia podľa vynálezu, obsahujúcu časový expandér, obr. 14 priebeh rôznych signálov SIG^ SIG₂, ΙΕΧί a IEX₂₎ obr. 15 schéma časti zariadenia, znázorneného na obr. 6 podľa druhého vyhotovenia vynálezu, obr. 16 priebeh ôsmich hodinových signálov CK, vo vzájomnom vzťahu medzi .z sebou, a obr. 17 priebeh signálov CKi, CK3, C4M, SIG1, SIG1S a IEX1.

141/B

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie na meranie prietoku tekutiny, ako teplej vody, je znázornené na obr. 1, 2, 4, 7 a 11 a je všeobecne označené ako zariadenie 10. Ako je znázornené na obr. 1, zariadenie podľa vynálezu obsahuje dva ultrazvukové prevodníky (senzory, snímače) T_it T2, uložené v prúde a umiestnené so vzájomným odstupom v smere prúdu tekutiny tak, aby mohli snímať informáciu o rýchlosti tekutiny. Na obr. 1 sú prevodníky Τι, T2 umiestnené jeden proti druhému na opačných koncoch meracej trubice 12, v ktorej prúdi tekutina v smere šipky F.

Iný príklad usporiadania prevodníkov Τι, T2 je znázornený na obr. 2, kde prevodníky sú uložené do päty úložných kapies 14 a 16, kolmých na smer prúdenia kvapaliny, vyznačený šípkou F. Tekutina prúdi v meracej trubici 18, v ktorej sú uložené dve zrkadlá 20 a 22, určené na odrážanie ultrazvukových signálov, ako je vyznačené na obr. 2. Ultrazvukové prevodníky Τι, T2 sú budené budiacim signálom, ktorý prechádza od sekvenčnej jednotky (radič) 24, znázorneného zjednodušene na obr. 3. Sekvenčná jednotka obsahuje 16-bitový počítač 26, dekodér 28 pripojený k počítaču, ako i blok 30, tvorený viacerými logickými členmi (hradlami).

Počítač 26 a blok 30 sú napájané hodinovým signálom CK-ι s frekvenciou 1 MHz, pochádzajúcim z hodinového signálu 4 MHz, pričom tento blok rovnako prijíma signál TE pochádzajúci z dekodéra 28 a umožňujúci prenos ultrazvukového signálu. Blok 30 vydáva na výstupe budiaci signál SE, ktorý má úlohu pilotného signálu. Počítač 26 je aktivovaný, keď je neznázornenými pohotovostnými hodinami vydávaný signál RAZ.

Ako je znázornené na obr. 4, vysiela sa signál SE, označený ako signál SJE^ (určený na budenie prevodníka Ti), na dva príslušné vstupy dvoch logických členov NAND 32 a 34, osadených paralelne za účelom zníženia vnútornej impedancie tohto zapojenia. Druhý vstup každého z logických členov NAND je pripojený k logickému signálu hodnoty 1. Tieto logické obvody sa môžu nahradiť invertormi. Výstup oboch logických členov 32 a 34 je pripojený ku kondenzátoru Cn zapojenému sériovo s rezistorom R1, pričom rezistor R^ je pripojený k rezistoru R2, ktorý je pripojený

141/B k dvom svorkám prevodníka Ti. Svorka prevodníka Tj, ktorá je pripojená k rezistorom R± a R2, je rovnako pripojená k rezistoru R3, do ktorého sa privádza prúd pochádzajúci z kolektora prepínacieho tranzistora 36.

Tranzistor PNP 36 je napájaný na svojom emitore napätím V_dd. Sériové osadenie odporov R2 a R3 dovoľuje získať stabilné napätie pre polarizáciu prevodníkov, rovné V_dd/2. Kondenzátor Ci, izoluje napätie V_dd od vstupu (na strane signálu SE) za účelom rušenia potenciálu deliaceho obvodu s rezistormi R? a £3, keď je hlavne signál SE^ na pokojnej úrovni. To tiež umožňuje predísť nadmernej spotrebe.

Rezistor izoluje prevodník Ti od vstupného signálu za účelom zaistenia, že signál SE1 s pravouhlými impulzmi je kompatibilný s vysoko kapacitným prevodníkom a umožňuje lepšie riadiť impedanciu emisie.

Pre prevodník T2_ je vytvorené súmerné zapojenie, budené signálom SE2, s logickými členmi NAND 38 a 40, rezistormi R4, R5 a Rg, kondenzátorom C2 a tranzistorom 42.

Pretože obe vetvy súmerného zapojenia nie sú navzájom spolu spojené, je tak zaistené dobré odpojenie medzi oboma tranzistormi.

Keď tranzistor Τχ vysiela ultrazvukový signál na základe budiaceho signálu s frekvenciou rovnou 1 MHz, spínač 44 prepínacieho bloku je rozpojený a spínač 46 pripojený k prevodníku T2 je zopnutý. Ultrazvukový vysielací signál E, vyznačený na obr. 5, má dobu trvania napríklad rovnú 40 ps. Približne 80 ms po okamihu začiatku vysielacieho signálu je prijatý prevodníkom T2 ultrazvukový signál (obr. 5b). Prijatý signál, vyznačený ako signál R na obr. 5a a 5b, je spracovaný invertorom 48 (obr. 4), napríklad invertorom CMOS typu HCO4, obsahujúcim tri invertory v kaskádovom z zapojení, ktoré na výstupe vydávajú signál SIGi vo forme pravouhlých impulzov, znázornených na obr. 5a.

Alternatívne môže byť spracovávanie vykonávané pomocou diferenciálneho komparátora, ktorého jeden vstup prijíma signál vystupujúci z prepínacieho bloku a druhý vstup prijíma referenčný signál, vystupujúci zo špecializovaného deliča alebo zo siete RC, vymedzujúcej strednú hodnotu signálu.

141/B

Ako je znázornené na obr. 6, zariadenie 10 obsahuje prostriedky 50 na vytváranie štyroch hodinových signálov CKj, kde i = 1 až 4. Tieto prostriedky obsahujú oscilátor 52 riadený kryštálom s frekvenciou 4 MHz. Tento oscilátor vydáva hodinový signál, privádzaný na hodinové vstupy CK dvoch klopných obvodov 54, 56 typu D, ktoré tvoria delič. Priebeh hodinového signálu s frekvenciou 4 MHz je znázornený na obr. 7.

Výstup Q klopného obvodu 56 je pripojený k vstupu klopného obvodu 54 a výstup Q klopného obvodu 54 je pripojený k vstupu D klopného obvodu 56. Ako je znázornené na obr. 7, keďže prichádza vzostupné čelo signálu s frekvenciou 4 MHz, prechádza hodinový signál CK^, vydávaný výstupom Q klopného obvodu 54 na hodnotu 1 a vstup D klopného obvodu 56 teda rovnako má hodnotu 1.

Hodinový signál CK3, vydávaný výstupom Q klopného obvodu 54, prechádza teda na hodnotu 0. Na nasledujúcom vzostupnom čele hodinového signálu s frekvenciou 4 MHz prechádza hodinový signál C Kg vydávaný výstupom Q klopného obvodu 56 na hodnotu 1. Hodinový signál CK4, vydávaný výstupom Q klopného obvodu 56, tak prechádza na hodnotu 0 a vstup D klopného obvodu 54 teda rovnako má hodnotu 0. Pri budúcom vzostupnom čele hodinového signálu 4 MHz hodinový signál CK-ι znova klesá na hodnotu 0, zatiaľ čo signál CK3 prechádza na hodnotu 1 a signál na vstupe D klopného obvodu 56 prechádza rovnako na hodnotu 0.

Keď príde nasledujúce vzostupné čelo hrana hodinového signálu 4 MHz, hodinový signál C Kg, vydávaný výstupom Q klopného obvodu 56, prechádza na hodnotu 0 a signál CK4 teda prechádza na hodnotu 1, čo vedie k prechodu signálu na vstupe D klopného obvodu 54 na hodnotu 1. Pri ďalšom vzostupnom čele hodinového signálu 4 MHz prejde hodinový signál CK^ na hodnotu 1, hodinový signál CK3 teda prejde na hodnotu 0 a vstup D klopného obvodu 56 prejde na hodnotu 1. '

Nasledujúce vzostupné čelo hodinového signálu 4 MHz vyvoláva prechod hodinového signálu C Kg na hodnotu 1, a teda hodinový signál CK4 a vstup D klopného obvodu 54 na hodnotu 0. Na obr. 7.

141/B

Vytvoria sa tak štyri hodinové signály C Kg, C Kg, CK3 a CK4 vyznačené na obr. 7. Tieto signály majú rovnakú frekvenciu ako budiace signály SEg a S E? prevodníkov (1 MHz), ktoré sú vytvorené na základe hodinového signálu CKg. Signály sú navzájom fázovo posunuté o π/2 a sú v pevnom fázovom vzťahu vzhľadom k budiacim signálom prevodníkov. Okrem toho majú tieto signály prechody medzi logickou hodnotou 0 a logickou hodnotou 1.

Alternatíva zapojenia 50 spočíva vtom, že sa vytvorí hodinový signál C Kí s frekvenciou 1 MHz na základe hodinového signálu s frekvenciou 2 MHz, vytváraný oscilátorom a prostredníctvom klopného obvodu typu D. Signál C K? je teda tvorený na základe signálu CKg pri vytváraní umelého oneskorenia napríklad prostredníctvom monostabilného obvodu (alebo oneskorovacieho obvodu) a signály CK₃ a CK4 sa ľahko získavajú na základe signálov CKg a C Kg ich invertovaním.

Ako je znázornené na obr. 3, vytvára sa dekodérom 28 sekvenčnej jednotky 26 synchronizačný signál ERS, pričom jeho priebeh je znázornený na obr. 5 a 5a. Jeho logická hodnota je 0 a po uplynutí časového obdobia 95 ms jeho hodnota prechádza na hodnotu 1, keď prijímaný signál je v jeho strednej časti, ktorá je menej rušená, ako začiatok alebo koniec tohto prijímaného signálu. Tento signál spúšťa začiatok fázy, v ktorej sa volí hodinový signál CK.

Ako je znázornené na obr. 6, je signál ERS vysielaný na vstup D klopného obvodu 58 typu D. Tento klopný obvod dovoľuje vytvárať na svojom výstupe Q signál ERSS zodpovedajúci signálu ERS, synchronizovanému s hodinovým signálom CK1, ktorý je vysielaný na hodinový vstup CK klopného obvodu 58. Signál C Kg bol zvolený ľubovoľne.

Dekodérom 28 sekvenčnej jednotky 26 (obr. 3) sa vytvára signál ERE a jeho priebeh je znázornený na obr. 5b. Jeho logická hodnota je 0 a 2 ms po tom, čo signál ERS prejde na hodnotu 1, jeho hodnota prejde na hodnotu 1. Tento signál spúšťa začiatok meracej fázy.

Ako ukazuje obr. 6, signál ERE je vysielaný na vstup D klopného obvodu 60 typu D, ktorého resetovací vstup C („clear,,) na resetovanie na nulovú hodnotu je pripojený k signálu R, ktorý ho opätovne inicializuje na začiatku merania. Výstup Q

141/B klopného obvodu 60 je pripojený k jednému zo vstupov logického člena 62 NOR, ktorého druhý vstup prijíma signál ERSS. Výstup tohto logického člena 62 je pripojený k invertoru 64, ktorého výstup je pripojený k jednému zo vstupov logického člena 66 typu NOR, ktorého druhý vstup prijíma hodinový signál frekvencie 4 MHz. Na výstupe z tohto logického člena 66 je vydávaný signál C4M frekvencie rovnej 4 MHz. Signál C4M je opätovne injektovaný na hodinový vstup CK klopného obvodu 60. Signál C4M sa spúšťa prechodom signálu TRSS na nulu a je blokovaný, keď sa objaví signál ERE synchronizovaný s rovnakým signálom C4M. Je vhodné poznamenať, že toto logické zapojenie obmedzuje prítomnosť signálu C4M hlavne na vstupoch CK klopných obvodov 60 a 70, čo minimalizuje spotrebu obvodu (obr. 8c).

Výstup Q klopného obvodu 60 poskytuje signál ERES, zodpovedajúci signálu ERE, synchronizovanému so signálom C4M a ktorého priebeh je znázornený na obr. 8c. Tento signál slúži na aktivovanie meracieho bloku, ktorý bude popísaný nižšie. Synchronizovaný signál ERSS sa vysiela na resetovací vstup c („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) klopného obvodu 68 typu D. Signál SIG (SIG1 alebo SIG2) sa vysiela na hodinový vstup CK tohto klopného obvodu, ktorého vstup D je na hodnote 1.

Výstup Q klopného obvodu 68 je pripojený k vstupu D klopného obvodu 70 typu D. Signál C4M sa vysiela na hodinový vstup CK tohto klopného obvodu 70 a resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) je pripojený k signálu RG, ktorého funkciou je inicializovať tento klopný obvod na začiatku kompletného cyklu merania, ktorý je tvorený vysielaním ultrazvukového signálu v smere prúdenia tekutiny, nazývaným „poprúdovým vysielaním,, a vysielaním signálu v opačnom smere, označovaným ako „protiprúdové vysielanie,,.

Keď prechádza signál ERSS na výstupe Q klopného obvodu 58 na hodnotu 1, prvé vzostupné čelo upraveného signálu SIG-ι (alebo SIG₂) umožní prechod signálu na výstupe Q klopného obvodu 68 na hodnotu 1, čím sa umožní prechod výstupného signálu na výstupe Q klopného obvodu 70 na hodnotu 1 pri prvom vzostupnom čele signálu C4M. Takto vytvorený signál SIG1S zodpovedá signálu SIG^ synchronizovanému so signálom C4M.

141/B

Na získanie signálu SIG1S, fázovo posunutého vzhľadom k signálu SIG^ je možné nahradiť klopný obvod 70 štyrmi logickými invertormi, zapojenými sériovo na výstupe Q klopného obvodu 68. Ďalej sa rovnako vysiela signál ERSS na vstup D klopného obvodu 72 typu D. Resetovací vstup C klopného obvodu 72 na resetovanie na nulovú hodnotu (,,clear„) prijíma predchádzajúci signál RG. Hodinový vstup CK klopného obvodu 72 je pripojený k signálu SIG1S.

Spoločný signál SIG1S sa rovnako vysiela na jeden zo vstupov logického člena 74 NAND, ktorého výstup je smerovaný na invertor 75, ktorý vysiela signál SIG1S na vstup D štyroch klopných obvodov 76, 78, 80, 82 typu D. Resetovací vstup C každého klopného obvodu („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) je pripojený k výstupu Q klopného obvodu 72.

Keď je signál ERSS na hodnote 1, prvé vzostupné čelo signálu SIG1S spúšťa klopný obvod 72 a uvedie jeho výstup Q na hodnotu 1. Prvé vzostupné čelo signálu SIG1S, objavujúce sa po prechode signálu ERSS na hodnotu 1 uvoľňuje resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) štyroch klopných obvodov 76, 78, 80, 82.

Signály z výstupov Q klopných obvodov 76, 78, 80, 82 sú prijímané hodinovými vstupmi CK štyroch ďalších klopných obvodov 84, 86, 88, 90 typu D, zodpovedajúcim spôsobom priradených. Vstup D týchto klopných obvodov 84, 86, 88, 90 je trvalo uvedený na hodnotu 1 a resetovací vstup C („clear,,) týchto obvodov je pripojený k spoločnému inicializačnému signálu RG.

Výstupy Q klopných obvodov 84 až 90 sú pripojené každý k zodpovedajúcemu vždy jednému vstupu zo štyroch logických členov 92, 94, 96, 98 NAND, zatiaľ čo druhý vstup týchto logických členov NAND prijíma hodinové signály CK^ C Kg, CK3, CK4· Výstupy logických členov 92 až 98 sú pripojené k štyrom vstupom logického člena 100 NAND.

Výstupy Q logických členov 84 až 90 sú pripojené k štyrom vstupom logického člena 102 NAND, ktorého výstupný signál je invertovaný logickým invertorom 104 a je potom znova injektovaný do druhého vstupu logického člena 74. Od okamihu, kedy je identifikované vzostupné čelo signálu SIG1S (takéto čelo tvorí určitý druh

141/B charakteristického znaku signálu) štyrmi klopnými obvodmi 76, 78, 80, 82, sú tieto klopné obvody aktivované a prijímajú každý na svojom vstupe CK hodinového signálu zodpovedajúci hodinový signál CKi^, C K?, CK3, CK4·

Spoločný signál RG je na hodnote 1 (spúšťanie začiatku merania), klopné obvody 84 až 90 sú aktivované a sú teda citlivé na výstupné signály z výstupov Q klopných obvodov 76, 78, 80, 82.

Prvý prechod alebo vzostupné čelo prvého hodinového signálu, ktorý prichádza bezprostredne po tom, čo sa objavilo vzostupné čelo signálu SIG1S, spúšťa výstup Q klopného obvodu, prijímajúceho príslušný hodinový signál.

Klopné obvody 76, 78, 80, 82 dovoľujú identifikáciu vzostupného čela signálu SIG1S a voľbu prvého prechodu hodinového signálu CK,, ku ktorému dochádza bezprostredne po tom, čo sa objavilo toto vzostupné čelo. Ak je napríklad CK3 zvolený hodinový signál, pretože je v danom okamihu najbližší k signálu SIG1S, zvolenie tohto signálu klopným obvodom 80 vyvoláva prechod výstupu Q klopného obvodu na hodnotu 1, čo rovnako vyvoláva prechod výstupu Q zodpovedajúceho klopného obvodu 88 na hodnotu 1. Výstupy Q ostatných klopných obvodov 76, 78 a 82 sú stále na hodnote 0.

Výstup Q klopného obvodu 88 je teda na hodnote 0 a vyvoláva teda prechod výstupu logického člena 102 na hodnotu 1. Invertovaný signál, prichádzajúci na druhý vstup logického člena 74, je teda na hodnote 0, čo zablokováva logický člen a vyvoláva prechod spoločného signálu vystupujúceho z tohto logického člena a spájajúceho vstupy D klopných obvodov 76 až 82, na hodnotu 0. Klopné obvody 76 až 82 sa tak stávajú necitlivé na hodinové signály CK,, a výstupy Q týchto klopných obvodov zostávajú na hodnote 0.

.z

To dovoľuje zabrániť tomu, aby sa mohli vyberať iné hodinové signály, a zvolený hodinový signál CK3 je tak ukladaný do pamäti.

Keď je výstup Q klopného obvodu 88 na hodnote 1, je signál CK3 uvoľnený logickým členom 96 a je privádzaný na jeden zo štyroch vstupov logického člena 100. Ďalšie vstupy tohto logického člena 100 sú na hodnote 1, vzhľadom k stavu 0 výstupov Q klopných obvodov 84, 86 a 90, a výstup logického člena 100 tak vydáva

141/B signál CK3, ktorý sa bude ďalej nazývať ako signál CLS. Signál CLS zodpovedá hodinovému signálu, ktorý bol vybraný práve popísaným zapojením. Pretože signál

SIG₁ bol synchronizovaný signálom C4M, dovoľuje to zabrániť tomu, aby sa čelá signálov SIGi a CLS objavili súčasne.

V alternatívnom vyhotovení znázornenom na obr. 8a môžu byť funkcie identifikácie vzostupného čela periódy signálu SIG1S a voľby prvého prechodu (vzostupného čela) hodinového signálu CKj, ku ktorému dochádza bezprostredne po tom, čo sa objaví vzostupné čelo periódy signálu SIG1S, realizované rovnako nasledujúcim spôsobom. Spoločný signál SIG1S sa vysiela na každý z dvoch vstupov štyroch logických členov AND 101, 103, 105, 107 a signály C K, sú vedené každý na zodpovedajúci vstup monostabilného obvodu 106,108, 109, 111, ktorého výstup je pripojený k druhému z oboch vstupov štyroch uvedených logických členov AND 101, J.Q3, 105, 107. Výstupy štyroch uvedených logických členov AND sú vedené na zodpovedajúce hodinové vstupy CK štyroch pamäťových klopných obvodov 84, 86, 88 a 90.

Obr. 8b znázorňuje variant vyhotovenia zariadenia z obr. 6, podľa ktorého je stupeň klopných obvodov typu D 84 až 90 vypustený. Na tomto obrázku sú znázornené iba prvky, ktoré sa vzhľadom k obr. 6 zmenili. Spoločný signál SIG1S alebo SIG2S, vystupujúce z výstupu Q klopného obvodu 70, je vysielaný na vstup D štyroch klopných obvodov 300, 302, 304, 306 typu D a hodinový vstup CK iného klopného obvodu 308 typu D, ktorého výstup Q je pripojený k resetovaciemu vstupu C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) uvedených klopných obvodov 300 až 306.

Klopný obvod 310 typu D prijíma na svojom hodinovom vstupe signál ERSS, ktorého vstup D je trvalo na hodnote 1 a ktorého výstupný signál z výstupu Q je vysielaný na jeden z dvoch vstupov každého zo štyroch logických členov AND 312, 314, 316, 318, zatiaľ čo druhý z týchto logických členov prijíma zodpovedajúce z hodinových signálov CK_lt CK2, CK3 a CK4·

Keď signál ERSS prechádza na hodnotu 1, výstup Q klopného obvodu 310 tak prechádza na hodnotu 1, čo uvoľňuje hodinové signály CK,. O polovicu periódy signálu C4M neskôr sa vzostupné čelo signálu SIG1S objaví na vstupoch D klopných

141/B obvodov 300 až 306 a súčasne aktivuje resetovacie vstupy C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) týchto klopných obvodov prostredníctvom klopného obvodu 308.

Prvé vzostupné čelo hodinového signálu CK, napríklad CK3, ktoré bezprostredne nasleduje vzostupné čelo signálu SIG1S, aktivuje zodpovedajúci klopný obvod 304 typu D, ktorého výstup Q prechádza na hodnotu 1.

Pretože každý výstup Q klopného obvodu 300 až 306 typu D je vysielaný na vstup zodpovedajúceho logického člena NAND 320, 322, 324, 326 a druhý vstup každého logického člena prijíma zodpovedajúci odlišný signál CKi, kde i = 1 až 4, prechod výstupu Q logického člena 304 na hodnotu 1 uvoľňuje signál CK3 logického člena 324, ktorý je vedený na jeden zo štyroch vstupov logického člena NAND 328. Tri ďalšie vstupy logického člena 328 sú pripojené k výstupom logických členov 320, 322 a 326, takže signál CK3, uvoľnený logickým členom 324, sa znova nachádza na výstupe logického člena 328.

Výstupy Q klopných obvodov 300 - 306 sú pripojené k štyrom vstupom logického člena NAND 330, ktorého výstupný signál je vysielaný do logického invertora 332, ktorý je pripojený k nastavovaciemu vstupu^ (,,set„) klopného obvodu RS 334. Výstup Q klopného obvodu 334 je vedený na resetovací vstup C („clear,,) klopného obvodu 310 a resetovací vstup C („clear,,) klopného obvodu 334 prijíma signál Tfô novej inicializácie, ktorý vzniká pri každých dvoch meraniach (po „protiprúdovom vysielaní,, a „poprúdovom vysielaní,,).

Keď tak výstup Q klopného obvodu 304 prechádza na hodnotu 1, výstup “Q prechádza na hodnotu 0, výstup logického člena 330 prechádza na hodnotu 1 a vstup S klopného obvodu 334 je teda 0, čo nútene uvádza výstup Q klopného obvodu 334 na hodnotu 1 a výstup Q klopného obvodu na hodnotu 0. Vstup C („clear,,) klopného obvodu 310 tak prechádza na hodnotu 0 a vstup Q prechádza na hodnotu 0, čo zablokováva logické členy 312 až 318. Klopný obvod RS 334 teda zaisťuje voľbu hodinových signálov a hodinový signál CK3 (CLS), zvolený klopným obvodom 304, je tak uložený do pamäti v klopnom obvode 304. Tento variant dovoľuje znížiť energetickú spotrebu zariadenia, pretože signály C K, nie sú adresované priamo na hodinové vstupy CK klopných obvodov 300 - 306.

141/B

Nasledujúci popis s odvolaním na obr. 9 a 10 ukazuje generovanie signálu SIGi - CLS, označeného ΙΕΧ-ι, ktorý sa vytvára z počtu m (kde m je celé číslo) po sebe nasledujúcich periód signálu SIGy Signál lEXi je vo forme m pravouhlých impulzov, kde šírka každého pravouhlého impulzu zodpovedá dobe, uplynutej medzi okamihom, kedy sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG^, napríklad jeho vzostupným čelom a okamihom, kedy sa objaví prvý nasledujúci prechod signálu CLS, t.j. napríklad vzostupné čelo tohto signálu (obr. 10). Počet m je napríklad rovný 16, za účelom zníženia šumu, sprevádzajúceho meranie a jeho funkciou je priemerovanie.

Keď výstup Q klopného obvodu 60 (obr. 1) prechádza na hodnotu 1, signál ERES dovoľuje klopnému obvodu 110 typu D (obr. 9), aby aktivoval zvolený hodinový signál CLS na hodinovom vstupe CK klopného obvodu 110. Resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) tohto klopného obvodu 110 je pripojený k resetovaciemu signálu R na resetovanie na nulovú hodnotu, ktorý je aktivovaný začiatkom každého merania.

Pri vzostupnom čele signálu CLS (obr. 10) prechádza výstup Q klopného obvodu 110 na hodnotu 1, čo uvádza výstup Q tohto klopného obvodu na hodnotu 0 a uvoľňuje tak resetovací vstup „Reset,, (na resetovanie na nulovú hodnotu) čítača 112 16 bitov, napríklad typu HC4040, ktorý začne odpočítavanie 16 pravouhlých impulzov. Výstup Q5 čítača 112 prechádza na začiatku šestnásteho pravouhlého impulzu na hodnotu 1 a na resetovací vstup C (na resetovanie na nulovú hodnotu) klopného obvodu 114 typu D je vysielaná invertovaná hodnota tohto signálu.

Výstup Q klopného obvodu 110 je pripojený k vstupu CK hodinového signálu klopného obvodu 114, ktorého vstup D je trvalo na hodnote 1 a prechod výstupu Q klopného obvodu 110 nútene uvádza výstup Q klopného obvodu 114 na nulovú hodnotu. Výstup Q tohto klopného obvodu 114 je vysielaný do logického člena NAND 116, ktorého druhý vstup je trvalo na hodnote 1 a ktorého výstup je pripojený k vstupu D klopného obvodu 118 typu D.

141/B

Keď výstup Q klopného obvodu 114 prejde do stavu 0, vstup D klopného obvodu 118 prejde do stavu 1 (obr. 10). Prvé vzostupné čelo signálu SIG^ ktoré sa dostane na hodinový vstup CK klopného obvodu 118 po tom, čo výstup D prešiel do stavu 1, spôsobí, že výstup Q klopného obvodu prejde do stavu 1 (obr. 10).

Výstup Q klopného obvodu 118 je pripojený jednak k vstupu D klopného obvodu 120 typu D a jednak k resetovaciemu vstupu C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) tohto klopného obvodu a jednak k jednému zo vstupov logického člena NAND 122, ktorého výstup je vedený na hodinový vstup CK čítača 112. Výstup Q klopného obvodu je pripojený k resetovaciemu vstupu C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) klopného obvodu 118. Keď je výstup Q klopného obvodu 118 na hodnote 0, prijíma logický člen 122 na jednom zo svojich vstupov logický signál hodnoty 0 a výstup tohto logického člena je teda na hodnote 1. Keď výstup Q klopného obvodu 118 prejde do stavu 1, výstup logického člena 122 prejde do stavu 0 a takto vytvorené zostupné čelo spúšťa čítanie prvého pravouhlého impulzu čítačom 112. Súčasne výstup Q klopného obvodu 118, ktorý bol v stave 1, prejde do stavu 0 a nútene tak prevádza do stavu 1 výstup logického člena 124.

Len čo sa prvé vzostupné čelo zvoleného hodinového signálu CLS objaví (obr. 10) na hodinovom vstupe CK klopného obvodu 120, výstup^ tohto klopného obvodu prejde do stavu 0, čo nútene prevádza do stavu 0 výstup klopného obvodu 118. V dôsledku toho signál vystupujúci z výstupu Q klopného obvodu 118 prejde do stavu 1 a vytvorí sa prvý pravouhlý impulz signálu lEXi (obr. 10). Analogicky sa tak vytvorí šestnásť po sebe nasledujúcich pravouhlých impulzov.

Príchod šestnásteho vzostupného čela signálu SIGi vyvoláva rovnakým spôsobom prechod signálu na výstupe logického člena 122 do stavu 0, čím sa tak aktivuje čítanie posledného pravouhlého impulzu čítačom 112. Signál vystupujúci z výstupu S klopného obvodu 118 teda rovnako prechádza do stavu 0. Príchod šestnásteho zostupného čela na hodinový vstup CK čítača 112 vyvoláva prechod výstupu Q5 tohto čítača do stavu 1, a teda invertovaného výstupu do stavu 0 a zablokováva tak logický člen NAND 122.

141/B

Signál na výstupe logického člena 122 tak prechádza do stavu 1 (obr. 10), čo zastavuje čítanie. Resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) klopného obvodu 114 prechádza na hodnotu 0 a nútene tak uvádza výstup Q klopného obvodu 114 do stavu 1, a teda vstup D klopného obvodu 118 do stavu 0, čo blokuje tento klopný obvod.

Keď sa nasledujúce vzostupné čelo zvoleného hodinového signálu objaví na hodinovom vstupe CK klopného obvodu 120, jeho výstup Q prejde do stavu 0, čo nútene uvádza výstup Q klopného obvodu 118 do stavu 1 a vytvorí sa šestnásty pravouhlý impulz signálu lEX^ (obr. 10).

Nasledujúci krok spočíva v určovaní času t1, ktorý zodpovedá súčtu dôb v týchto šestnástich pravouhlých impulzoch, uplynulých v každej perióde signálu SIGi medzi okamihom, v ktorom sa objaví vzostupné čelo uvedeného signálu a okamihom, v ktorom sa objaví prvé bezprostredne nasledujúce vzostupné čelo signálu CLS. Tento krok tak spočíva v určovaní súčtu šírok šestnástich vytvorených pravouhlých impulzov (obr. 11), z ktorých sú na obr. 11 znázornené iba tri.

Obr. 12b je zjednodušená schéma časového expandéru. Časový expandér je vhodný vzhľadom k malej „šírke,, pravouhlých impulzov signálu IEX_X, ktorá nemôže byť určovaná klasickými prostriedkami, ako je napríklad čítanie impulzov, ktoré by potrebovali hodiny a čítač veľmi vysokej frekvencie. „Šírka,, každého z pravouhlých impulzov signálov lEX^, získaných so štyrmi hodinovými signálmi, môže napríklad reprezentovať jednotkový čas rádovo 130 až 375 ns.

Ako je uvedené na tomto obrázku, signál lEX^, reprezentovaný napätím V_e, môže nadobudnúť logické hodnoty 0 alebo 1, sa vysiela do generátora prúdu Gi, poskytujúceho prúd Ιχ. Tento generátor je pripojený jednou zo svojich svoriek k bodu A. Kondenzátor C s kapacitou napríklad rovnou 22 nF je pripojený jednou zo svojich dosiek k bodu A , napätie Us na svorkách kondenzátora sa vedie na invertujúci vstup operačného zosilňovača A0, použitého ako komparátor. Neinvertujúci vstup tohto komparátora A0 je napájaný referenčným napätím Vr (napr. +1,5 V). Komparátor je napájaný napätím V_dd (napríklad 3,3 V). Výstup komparátora A0 je pripojený k spúšťaciemu logickému invertoru JL, ktorého výstup je vysielaný do druhého

141/B generátora prúdu G₂, ktorý vydáva prúd l₂. Tento druhý generátor je napájaný napätím V_dd a je pripojený jednou zo svoriek k bodu A.

Keď je napätie V_e rovné 0 (obr. 12a), prúd h je nulový, napätie Uc na svorkách kondenzátora zostáva vyššie ako je referenčné napätie Vr, výstup VAO komparátora je nulový, výstup invertora IL je 1 a prúd l₂ je nulový. Keď je napätie V_e 1 (obr. 12a), prúd Ii je napríklad 3 mA a kondenzátor C sa vybíja až na určitú hodnotu Uc nižšiu ako Vr, pre ktorú napätie V_e znova nadobúda nulové hodnoty. Napätie na výstupe VAO znova prejde na maximálnu hodnotu (napr. rovnú 2,8 V), napätie logického invertora prechádza do hodnoty 0, čo dovoľuje opätovné postupné nabíjanie kondenzátora prúdom l₂ s hodnotou približne rovnou 3 μΑ až na hodnotu vyššiu ako je napätie Vr, načo hodnota napätia VAO znova klesne na nulu (obr. 12a) a napätie IL znova prejde na hodnotu 1 a l₂ znova nadobudne hodnotu nula.

Pretože ht_e = l₂T_s = CU_c = konštanta, odvodzuje sa pomer h/12, ktorý je napríklad rovný 1 000, pri h = 3 mA a l₂ = 3 μΑ. Pomer T_s/t_e je tak rovný 1 000.

V dôsledku toho sa pre každú „šírku,, alebo dobu trvania t_e pravouhlého impulzu získa expandovaná doba T_s na výstupe z komparátora, ktorú stačí určiť klasickým spôsobom kvôli tomu, aby sa z nej odvodila šírka t_e = T_s/1 000. Doba T_s sa napríklad určuje hodnotou rezistora Rio v zapojení na obr. 13.

Zapojenie na obr. 13 je príklad zapojenia realizujúceho funkciu vyššie popísaného časového expandéra. Zapojenie obsahuje rezistor R7, cez ktorý prechádza signál lEX^ (obr. 9 a 10), pripojený k bodu B, ku ktorému sú rovnako pripojené jednak dióda D1, zapojená jednak sériovo s rezistorom Rs a jednak s bázou tranzistoru NPN 130. Emitor tohto tranzistora NPN je pripojený k zemi cez rezistor Rg, zatiaľ čo kolektor je pripojený k bodu C.

z

Logická úroveň 1 na signáli ΙΕΧ-ι definuje vsieti R7, Di, Rs potenciál B, ktorému je vystavená báza tranzistora 130. Prúd je teda definovaný v podstate vzorcom i = (Vb - Vbe)/R9, kde V_vb označuje napätie báza - emitor tranzistora 130, ktoré je približne 0,65 V.

141/B

K bodu C je pripojený svojimi doskami kondenzátor C3, ktorý je ďalej pripojený k invertujúcemu vstupu komparátora 132, napájanému napätím V_dd, pričom invertujúci vstup tohto komparátora je pripojený k referenčnému napätiu Vr. Výstupný signál sa vysiela jednak k časovaču merania, priradenému k neznázornenému mikroprocesoru a jednak k rezistoru Rio. Rezistor Rio je pripojený k bodu D, ku ktorému sú rovnako pripojené jednak dióda D₂, zapojená sériovo s rezistorom R11 a jednak báza tranzistora 136. Emitor tranzistora PNP 136 je pripojený k rezistoru R12, zatiaľ čo kolektor je pripojený k vyššie uvedenému bodu C. Zapojenie je napájané napätím V_dd.

Zapojenie pracuje spôsobom uvedeným vyššie s odvolaním na obr. 12a a 12b. Generátory Gy a G₂ z obr. 12b sú nahradené tranzistormi 130 a 136, zatiaľ čo ku každému z tranzistorov bola sériovo zapojená dióda a rezistor kvôli kompenzácii driftu diód emitor/báza tranzistora. Po expandovaní doby zodpovedajúcej súčtu šírok šestnástich pravouhlých impulzov signálu ΙΕΧ-ι, sa tak získa doba ti, ktorá je charakteristická na šírenie ultrazvukového signálu vysielaného prevodníkom Ti smerom k prevodníku Ti, umiestnenému ďalej po prúde (obr. 1). .

Približne 40 ms po začiatku vysielania signálu z prevodníka Ti sa generuje resetovací signál R (na resetovanie na nulovú hodnotu) za účelom opätovnej inicializácie logických blokov kvôli spracovaniu signálov IEX. Prevodník T₂ po tom vysiela ultrazvukový signál smerom k prevodníku Ti, a to budením budiacim signálom SEg s kmitočtom rovným 1 MHz, generovaným sekvenčnou jednotkou 24. Prepínací blok, ovládaný mikroprocesorom, sa prepína tak, že spínač 44 je rozpojený a spínač 46 je zopnutý. Prevodník Ti prijíma ultrazvukový signál, ktorý sa šíri od poprúdovej strany na protiprúdovú stranu približne 90 ms po okamihu začiatku vysielania a tento signál sa spracováva invertorom 48 tak, aby sa získal signál SIG?. ktorý má priebeh uvedený na obr. 5a.

Blok, ktorý bol popísaný vo vzťahu k obr. 6, zostáva aktivovaný v stave, v ktorom sa nachádzal, keď bol zvolený hodinový signál CLS, a tento blok teda vydáva signál CLS. Signál SIG₂ je synchronizovaný so signálom C4M na generovanie signálu SIG2S. Signál SIG₂ sa vysiela na hodinový vstup CK klopného obvodu 118 (obr. 9), zatiaľ čo zvolený hodinový signál CLS sa vysiela na hodinové

141/B vstupy CK klopných obvodov 110 a 120. Časť signálu SIG₂ sa vysiela na hodinový vstup CK klopných obvodov 110 a 120. Časť signálu SIG₂ je zvolená signálom

ERES, ktorý aktivuje vstup D klopného obvodu 110. Blok znázornený na obr. 9 funguje spôsobom analogickým voči tomu, aký bol popísaný pokiaľ ide o tvorbu signálu IEX^ a týmto spôsobom sa teda generuje signál IEX?.

Signály lEXi a IEX₂ sú znázornené na obr. 14. Sú znázornené jeden nad druhým kvôli jednoduchosti znázornenia a vysvetlenia, ale chápe sa, že prebiehajú súčasne. Signál IEX₂ sa potom spracováva zapojením expanzného obvodu pre časovú expanziu, znázorneným na obr. 13, spôsobom zhodným stým, aký už bol popísaný s odvolaním na tento obrázok.

Doba t₂, charakteristická pre šírenie ultrazvukového signálu, vysielaného prevodníkom T₂ smerom k prevodníku Ti, je určená tak, ako bolo popísané vyššie pre dobu ti. Rozdiel týchto časov sa potom vypočíta mikroprocesorom a prietočné množstvo tekutiny Q, ktoré je úmerné tomuto rozdielu, sa potom odvodzuje nasledujúcim spôsobom Q = K (t₂ - ti)/C, kde K je výraz alebo súčiniteľ, ktorý berie do úvahy geometriu čítača a C korekčný súčiniteľ, viazaný na rýchlosť šírenia zvuku vo¹ vode.

Prietočné množstvo Q môže byť rovnako vo forme Q = 2ĽS(t₂- ti)/(ti - t₂)²s geometriou z obr. 1, kde L a S sú dĺžka trubice a prierez trubice. Pri L = 10 cm, S = 1 cm² a t-i +1₂ = 160 ps sa získa výsledok Q = 1 406 l/h.

S výhodou je signál CLS dočasný časový referenčný signál, ktorý sa používa ako medzireferenčná hodnota na určenie časov t! a t₂. Tento referenčný signál ti a t₂sa po tom odstraňuje, keď sa určí rozdiel ti - t₂, ktorý poskytne požadovaný metrologický údaj.

r

Tento spôsob nepotrebuje rekonštituovať fázu signálu na určovanie doby šírenia uvedeného signálu, čo je menej energeticky náročné. Okrem toho tento spôsob je pružnejší ako sú spôsoby používané v stave techniky, pretože sa vytvára časovo referenčný signál a nie je potrebné brať do úvahy vysielaný signál. Spôsob podľa vynálezu je spoľahlivý vzhľadom k tomu, že sa pracuje číslicovo a spôsob je rovnako veľmi presný.

141/B

Pre vysielaciu frekvenciu 1 MHz je doba šírenia ultrazvukového signálu okolo 70 až 80 ms a otáčanie fázy vysielaného signálu sa pohybuje v rozmedzí 140 až 160 π. Ak je napríklad doba šírenia zo strany proti prúdu na stranu po prúde rovná 70 με, čo zodpovedá otáčaniu fázy signálu 140 π, potom môže byť doba šírenia zo strany po prúde na stranu proti prúdu rovná 70 με + 500 ns a zodpovedajúce otáčanie fázy je 140 π + π pre maximálny prietok vody.

Na použitie pre počítanie vody v domácnosti je maximálne prietočné množstvo napríklad rovné 2 m³/h pri potrubí 12 s priemerom rovným 10 mm. To znamená, že v tomto prípade bude rozdiel expandovaných časov t₂ - ti rovný 500 ns, čo zodpovedá fázovému posunu π. Stačia štyri hodinové signály CKj, ako signály popísané vyššie, aby sa určil rozdiel časov t₂ - ti rovný 500 ns pri minimálnej spotrebe.

V prípade, kedy je fázový posun vyšší ako π, je nevyhnutné zvýšiť počet hodinových signálov. Je možné zvýšiť počet hodinových signálov C K kvôli zvýšeniu dynamiky merania prietoku, ale energetická spotreba bude väčšia.

Ak sa mení vysielacia frekvencia ultrazvukových signálov, je možné buď zvýšiť presnosť merania, a tým znížiť dynamiku čítača (zvýšená frekvencia) alebo zvýšiť dynamiku čítača, avšak súčasne znížiť presnosť merania (zmenšená frekvencia).

Druhé vyhotovenie je znázornené na obr. 15 a bude teraz popísané. Ako je znázornené na obr. 15, obsahuje meracie zariadenie prostriedky 200 pre tvorbu ôsmich hodinových signálov CKj, kde i = 1 až 4. Obr. 16 znázorňuje priebeh vytváraných signálov CKj. Tieto prostriedky obsahujú oscilátor 202 riadený kryštálom s frekvenciou rovnou 8 MHz. Tento oscilátor vydá hodinový signál, ktorý je vedený na hodinové vstupy CK štyroch klopných obvodov 204, 206, 208, 210 typu D, ktoré tvoria delič. Výstup Q klopného obvodu 210 ie pripojený k vstupu D klopného obvodu 204 a výstupy Q klopných obvodov 204, 206 a 208 sú pripojené k vstupu D klopných obvodov 206, 208 a 210.

Ak predpokladáme, že signál CK4 je 0, keď sa objaví vzostupné čelo hodinového signálu, prejde hodinový signál CKi, vydávaný výstupom Q klopného obvodu, na hodnotu 1 a vstup D klopného obvodu 206 teda rovnako nadobudne

141/B hodnoty 1. Hodinový signál C Kg vydávaný výstupom Q klopného obvodu 204 teda prejde na hodnotu 0. Na nasledujúcom vzostupnom čele hodinového signálu 8 MHz prejde hodinový signál CK₂, vydávaný výstupom Q klopného obvodu 206, na hodnotu 1. Hodinový signál C Kg vydávaný výstupom Q klopného obvodu 206, tak prechádza na hodnotu 0.

Nasledujúce vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz vyvolá prechod hodinového signálu CK3, vydávaného výstupom Q klopného obvodu 208, na hodnotu 1, čo vyvolá prechod hodinového signálu CK7, vydávaného výstupom C klopného obvodu 208, na hodnotu 0. Nasledujúce vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz vyvolá prechod hodinového signálu CK4, vydávaného výstupom Q klopného obvodu 210, na hodnotu 1, čo vyvolá prechod hodinového signálu C Kg vydávaného výstupom Q uvedeného klopného obvodu na hodnotu 0, a teda vstup D klopného obvodu 204 rovnako prejde na hodnotu 0.

Pri nasledujúcom vzostupnom čele hodinového signálu 8 MHz hodinový signál C K-, znova klesne na hodnotu 0, zatiaľ čo signál CK5 prejde na hodnotu 1 a tiež vstup D klopného obvodu 206 rovnako prejde na hodnotu 0. Keď prejde nasledujúce vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz, hodinový signál C K? vydávaný výstupom Q klopného obvodu 206, prejde na hodnotu 0 a signál C Kg teda prejde na hodnotu 1.

Keď sa objaví ďalšie vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz, prejde hodinový signál, vydávaný klopným obvodom 208, na hodnotu 0 a hodinový signál CK7 teda prejde na hodnotu 1. Nasledujúce vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz vyvolá prechod hodinového signálu CK4 na hodnotu 0 a hodinového signálu CK_fl na hodnotu 1, čo uvádza vstup D klopného obvodu na hodnotu 1.

Pri ďalšom vzostupnom čele hodinového signálu 8 MHz prejde hodinový signál CK-ι na hodnotu 1 a hodinový signál CK5 na hodnotu 0. Nasledujúce vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz vyvolá prechod hodinového signálu CK₂na hodnotu 1, a teda hodinového signálu C Kg na hodnotu 0. Vzostupné čelo hodinového signálu 8 MHz vyvolá prechod hodinového signálu CK3 na hodnotu 1 a hodinového signálu CK7 na hodnotu 0. Na nasledujúcom vzostupnom čele hodinového signálu 8 MHz prechádza hodinový signál CK4 na hodnotu 1 a hodinový

141/B signál CKa prechádza na hodnotu 0, čo nútene uvádza vstup D klopného obvodu 204 na hodnotu 0.

Vytvorí sa tak uvedených osem hodinových signálov CK_lt C K2, C K3, CK4, CK₅CK6, CK7 a C Ks . Tieto signály majú rovnakú frekvenciu, ako budiace signály SE1 a SE₂ prevodníkov (1 MHz), ktoré sú vytvorené napríklad na báze hodinového signálu CK-ι. Signály sú vzájomne fázovo posunuté o π/4 a sú v pevnom fázovému vzťahu vzhľadom k budiacim signálom v prevodníku. Okrem toho majú tieto signály prechody medzi logickou hodnotou 0 a logickou hodnotou 1.

Ako je znázornené na obr. 3, je generovaný dekodérom 28 sekvenčnej jednotky 24 synchronizačný signál ERS a jeho priebeh je znázornený na obr. 5a a 5b. Jeho logická hodnota je 0 a na konci časového úseku rovného 95 ms jeho hodnota prechádza na hodnotu 1, keď prijímaný signál leží v jeho strednej časti, ktorá je menej rušená ako je začiatok alebo koniec uvedeného prijímaného signálu. Tento signál spúšťa začiatok voliacej fázy hodinového signálu CKj.

Ako ukazuje obr. 15, je signál ERS vysielaný na vstup D klopného obvodu 212 typu D. Tento klopný obvod dovoľuje generovať na svojom výstupe Q signál ERSS, zodpovedajúci signálu ERS synchronizovanému s hodinovým signálom C Kí, ktorý je vysielaný na hodinový vstup CK klopného obvodu 212. Signál C Kg bol zvolený ľubovoľne.

Dekodérom 28 sekvenčnej jednotky 26 (obr. 3) sa generuje signál ERE a jeho priebeh je znázornený na obr. 5b. Jeho logická hodnota je 0 a 2 ms po prechode signálu ERS na hodnotu 1 prejde jeho hodnota na hodnotu 1. Tento signál spustí začiatok meracej fázy.

Ako ukazuje obr. 15, je signál ERE vysielaný na vstup D klopného obvodu 214 v

typu D, ktorého resetovaci vstup C („clear,,) pre resetovanie na nulovú hodnotu je pripojený k signálu R, ktorý ho iniciuje na začiatku merania. Výstup Q klopného obvodu 214 je pripojený k jednému zo vstupov logického člena 216 NOR, pričom druhý vstup prijíma signál ERŠŠ. Výstup tohto logického člena 216 je pripojený k invertoru 218, ku ktorého výstupu je pripojený jeden zo vstupov logického člena NOR 220, pričom druhý vstup prijíma hodinový signál 8 MHz. Na výstupe tohto logického člena 220 sa vytvára signál C8M frekvencie rovnej 8 MHz. Signál C8M sa

141/B opätovne injektuje na hodinový vstup CK klopného obvodu 214. Signál C8M je spúšťaný prechodom signálu ERSS na hodnotu 0 a ruší sa, len čo sa objaví signál ERE, synchronizovaný rovnakým signálom C8M.

Výstup Q klopného obvodu 214 poskytuje signál ERES, ktorý zodpovedá signálu ERE, synchronizovanému so signálom C8M. Tento signál slúži na aktivovanie meracieho bloku. Synchronizovaný signál ERSS sa vysiela na resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) klopného obvodu 222 typu D. Signál SIG (SIG^ alebo SIG2) sa vysiela na hodinový vstup CK tohto klopného obvodu, ktorého vstup D je na hodnote 1.

Výstup Q klopného obvodu 222 je pripojený k vstupu D klopného obvodu 224 typu D. Signál C8M sa vysiela na hodinový vstup CK tohto klopného obvodu a resetovací vstup C („clear,,) na resetovanie na nulovú hodnotu je pripojený k signálu RG, ktorého funkciou je iniciovať tento klopný obvod na začiatku úplného cyklu merania.

Keď signál ERSS na výstupe Q klopného obvodu 212 prejde na hodnotu 1, prvé vzostupné čelo upraveného signálu SIG^ (alebo SIG2) vyvolá prechod výstupu Q klopného obvodu na hodnotu 1 a umožní tak prechod výstupu Q klopného obvodu

224 pri prvom vzostupnom čele signálu C8M na hodnotu 1. Takto vytvorený signál SIG1S zodpovedá signálu SIGj synchronizovanému so signálom C8M.

Signál ERSS je rovnako vysielaný na vstup D klopného obvodu 225 typu D. Resetovací vstup C („clear,,, na uvádzanie na nulovú hodnotu) klopného obvodu 225 prijíma predchádzajúci signál RG.

Spoločný signál SIG1S sa vysiela na jeden zo vstupov logického člena 226 typu NAND, ktorého výstup je smerovaný do invertora 227, ktorý vysiela invertovaný signál na vstup D ôsmich klopných obvodov 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 typu D a na hodinový vstup CK klopného obvodu 225. K výstupu Q klopného obvodu

225 je pripojený resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) každého klopného obvodu.

141/B

Keď je signál ERSS na hodnote 1, prvé vzostupné čelo signálu SIG1S spúšťa klopný obvod 225 a jeho výstup Q prechádza na hodnotu 1. Prvé vzostupné čelo signálu SIG1S, objavujúce sa po prechode signálu ERSS na hodnotu 1, uvoľňuje resetovací vstup C („clear,, na resetovanie na nulovú hodnotu) ôsmich klopných obvodov 228 až 242. Výstupy Q klopných obvodov 228 - 242 sa prijímajú na hodinových vstupoch CK ôsmich ďalších klopných obvodov 244, 246, 248, 250, 252, 254, 256. 258 typu D. Vstup D týchto klopných obvodov 244 až 258 je uvedený trvalo na hodnotu 1 a ich resetovací vstup C („clear,,, na resetovanie na nulovú hodnotu) je pripojený k spoločnému inicializačnému signálu RG. Výstupy Q klopných obvodov 244 - 258 sú pripojené k zodpovedajúcemu jednému vstupu ôsmich logických členov 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274 NAND, pričom druhý z týchto vstupov prijíma zodpovedajúce hodinové signály CKg až CKg. Výstupy logických členov 260 až 274 sú pripojené k ôsmim vstupom logického člena 276 NAND.

Výstupy Q klopných obvodov 244 až 258 sú pripojené k štyrom vstupom logického člena 278 NAND, ktorého výstup je invertovaný logickým invertorom 280 a je potom znova injektovaný na druhý vstup logického člena 226. Len čo je identifikované vzostupné čelo signálu SIG1S ôsmimi klopnými obvodmi 228 až 242, sú tieto klopné obvody aktivované a prijímajú na svojich zodpovedajúcich hodinových vstupoch CK hodinové signály CKg až CKg.

Spoločný signál RG je na hodnote 1 (inicializácia začiatku merania), klopné obvody 244 až 258 sú aktivované a sú teda citlivé na výstupy Q klopných obvodov 228 až 242. Prvý prechod alebo vzostupné čelo prvého hodinového signálu, ktorý prichádza bezprostredne po tom, čo sa objaví vzostupné čelo signálu SIG1S, spúšťa výstup Q klopného obvodu, prijímajúceho príslušný hodinový signál.

Ak je napríklad C Kg zvolený hodinový signál, pretože je časovo bližší signáľu SIG1S, zvolenie tohto signálu klopným obvodom 236 vyvolá prechod výstupu Q tohto klopného obvodu na hodnotu 1, čo vyvolá rovnako prechod výstupu Q zodpovedajúceho klopného obvodu 252 na hodnotu 1. Výstupy ostatných klopných obvodov 228 až 234 a 238 až 242 sú stále na hodnote 0.

141/B

Výstup Q klopného obvodu 252 je teda na hodnote 0 a vyvoláva teda prechod logického člena 278 na hodnotu 1. Invertovaný signál, prichádzajúci na druhý vstup logického člena 226, je teda na hodnote 0, čo zablokováva logický člen a prevádza na hodnotu 0 spoločný signál, vystupujúci z tohto logického člena a spájajúci vstupy D klopných obvodov 238 až 242. Týmto spôsobom sa klopné obvody 228 až 242 stávajú necitlivé na hodinové signály C K, a výstupy Q týchto klopných obvodov zostávajú na hodnote 0. To dovoľuje zabrániť, aby mohli byť zvolené iné hodinové signály a týmto spôsobom sa zvolený hodinový signál C Ks zapamätá.

Keď je výstup Q klopného obvodu 252 na hodnote 1, signál C Ks ie uvoľnený logickým členom 268 a je vedený na jeden zo štyroch vstupov logického člena 276. Ďalšie vstupy tohto logického člena 276 sú na hodnote 1, vzhľadom k stavu 0 na výstupoch klopných obvodov 244 až 250 a 254 až 258, a v dôsledku toho vydáva výstup logického člena 276 signál CKs, ktorý sa bude ďalej nazývať signál CLS. Signál CLS zodpovedá hodinovému signálu, zvolenému popísaným zapojením. Pretože bol signál SIGi, synchronizovaný signálom C8M, dovoľuje to zabrániť tomu, aby sa čelá signálov SIGi a CLS objavili súčasne.

Všetko, čo bolo až doteraz popísané vo vzťahu k obr. 9 až 14, zostáva v platnosti pre druhé vyhotovenie, ktoré bolo práve popísané. Ako príklad je možné uviesť, že keď sa použijú štyri hodinové signály C K s frekvenciou 4 MHz a keď sa pomocou klopného obvodu 70 synchronizuje signál SIGi so signálom C4M, signály CK₁, CKa, C4M, SIGn SIG1S a lEX^ majú napríklad priebeh znázornený na obr. 17.

Keď sa tak má merať šírka pravouhlého impulzu, vytvoreného medzi vzostupným čelom signálu SIG! a prvým vzostupným čelom hodinového signálu CK. ktoré vzniká bezprostredne po tom (vo zvolenom príklade sa jedná o signál CK3), je možné pozorovať, že sa časová šírka tohto pravouhlého impulzu (poprúdotfé vysielanie signálu ) rozkladá na dve časti, a to prvú náhodnú časť trvania x_lt ktorá zodpovedá synchronizácii signálu SIGj so signálom C4M, pričom doba trvania τι je v rozmedzí od 0 do 250 ns podľa relatívnej polohy dvoch signálov SIG^ a C4M, a druhú pevnú časť trvania 12, ktorá zodpovedá polperióde signálu C4M s veľkosťou 125 ns. Doba trvania pravouhlého impulzu je teda maximálne 375 ns.

141/B

Keď sa oproti tomu má merať šírka pravouhlého impulzu, tvoreného medzi vzostupným čelom signálu SIGg a prvým vzostupným čelom zvoleného hodinového signálu CK3 (protiprúdové vysielanie signálu), časová šírka pravouhlého impulzu je maximálne rovná 1 ps, čo je hodnota približne 970 ns, kde 1 ms predstavuje periódu signálu 1 MHz a e je bezpečnostný súčiniteľ, ktorý zaručuje správne fungovanie klopných obvodov 118 a 120 z obr. 9. Ak sa vykonáva odčítanie časových šírok dvoch predchádzajúcich impulzov, získa sa tak maximálna doba trvania 595 ns.

Pri použití ôsmich hodinových signálov C K, s frekvenciou 8 MHz je tak časová šírka pravouhlého impulzu, získaná pre protiprúdové vysielanie signálu, vždy súčet dvoch hodnôt τχ a 12, kde τχ je v rozmedzí od 0 do 125 ns (na základe synchronizácie so signálom C8M) a τ₂ je 62,5 ns (zodpovedá polperióde signálu C8M), čo uvádza časovú šírku tohto pravouhlého impulzu na maximum 187,5 ns.

Časová šírka pravouhlého impulzu, získaná pre poprúdové vysielanie signálu, zostáva nezmenená (970 ns) a maximálny rozdiel medzi oboma hodnotami je 782,5 ns. To zodpovedá zvýšeniu dynamiky meracieho zariadenia 1,3 (= 782,5/595).

Keď je tak napríklad rozmedzie prietokov, kryté meracím zariadením so štyrmi hodinovými signálmi od 0 do 1 500 l/h, dovolí meracie zariadenie s ôsmimi hodinovými signálmi pokrytý rozsah siahajúci až do 1 950 l/h.

Je vhodné poznamenať, že kvôli zvýšeniu dynamiky meracieho zariadenia, používajúceho najmenej štyri hodinové signály, je možné nahradiť logické oneskorenie, zodpovedajúce dobe τ₂, kratším oneskorením, ktoré je stále ešte zlúčiteľné s technológiou použitého logického obvodu. Táto doba sa môže napríklad získať pomocou kaskády invertorov alebo pomocou obvodu RC, po ktorom nasleduje spúšťací obvod.

Podľa vynálezu stačí priemer piatich cyklov (jeden cyklus zodpovedajúci poprúdovému vysielaniu signálu a protiprúdovému vysielaniu signálu) na získanie rozlišovacej schopnosti 50 ps.

Claims

1. Spôsob merania prietoku prúdiacej tekutiny, pri ktorom sa postupne za sebou medzi dvoma ultrazvukovými prevodníkmi, umiestnenými vo vzájomnom odstupe v smere prúdenia tekutiny, vysielajú dva ultrazvukové signály, ktoré sa šíria v navzájom opačných smeroch, pričom každý prevodník prijíma jeden zodpovedajúci ultrazvukový signál SIGi, SIG2, vyznačujúci sa tým, že sa vytvára n hodinových signálov CK,, kde i = 1 až n a n > 4, obsahujúcich prechody, fázovo vzájomne posunuté o 2π/η, v pevnom fázovom vzťahu vzhľadom k budiacemu signálu prevodníkov a rovnaké frekvencie, ako tento signál, zvolí sa charakteristická časť periódy prvého signálu SIG1 prijímaného v jednom smere šírenia, zvolí sa prvý prechod hodinového signálu, ku ktorému dochádza bezprostredne po tom, čo sa objaví uvedená charakteristická časť, tento hodinový signál CLS sa ukladá do pamäti, určuje sa doba ti zodpovedajúca súčtu jednotlivých čiastkových dôb v m po sebe nasledujúcich periódach, uplynulých v jednotlivých m periódach medzi okamihom, kedy sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG1 a prvým nasledujúcim prechodom hodinového signálu CLS, kde m je celé číslo, identifikuje sa rovnaká charakteristická časť v m po sebe nasledujúcich periódach druhého signálu SG2, prijímaného v opačnom smere šírenia, určuje sa doba t₂ zodpovedajúca súčtu jednotlivých čiastkových dôb v jednotlivých m periódach uplynulých medzi okamihom, v ktorom sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG2 a okamihom, v ktorom sa objaví prvý nasledujúci prechod signálu CLS, vytvorí sa rozdiel |t2-ti| a odvodí sa prietočné množstvo Q tekutiny, ktoré je úmerné |Í2 - ti|.

z

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že m = 1.

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že m je odlišné od 1 a perióda, v ktorej sa zvoli charakteristická časť, zodpovedá prvej z m po sebe nasledujúcich periód prijímaného prvého signálu SIG1.

31 141/B

4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že m je odlišné od 1 a perióda, v ktorej sa zvolí charakteristická časť, predchádza m po sebe nasledujúcich periód prijímaného prvého signálu SIGi.

5. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že sa prijímané signály SIGi a SIG₂ spracovávajú vo forme pravouhlých impulzov.

6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že charakteristická časť periód prijímaných signálov zodpovedá vzostupnému čelu každého pravouhlého impulzu.

7. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že charakteristická časť prijímaných signálov zodpovedá zostupnému čelu každého pravouhlého impulzu.

8. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že hodinové signály CKj sú vo forme pravouhlých impulzov.

9. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prvý prechod hodinového signálu CLS je vzostupné čelo.

10. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prvý prechod hodinového signálu CLS je zostupné čelo.

11. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že sa vytvoria zodpovedajúce rozdiely SIGj - CLS a SIG₂ - CLS medzi signálmi za účelom získania zodpovedajúcich signálov IEXi a IEX₂, ktoré dovolia určovať zodpovedajúce doby ti a t₂.

12. Spôsob podľa nároku 5, 8 a 11, vyznačujúci sa tým, že signály ΙΕΧϊ a IEX₂sú vo forme pravouhlých impulzov a pri spôsobe sa expanduje súhrnná doba trvania všetkých pravouhlých impulzov kvôli určeniu zodpovedajúcich dôb h a t₂.

31 141/B

13. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že hodinový signál CKi je vo fáze s budiacim signálom prevodníkov.

14. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 13, vyznačujúci sa tým, že sa vytvárajú štyri hodinové signály CKj, pričom i = 1 až 4.

15. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 13, vyznačujúci sa tým, že sa vytvára osem hodinových signálov CKj, pričom i = 1 až 8.

16. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 15, vyznačujúci sa tým, že sa pre každý prijímaný signál vytvorí signál SIGS, fázovo posunutý vzhľadom k hodinovým signálom CKj,

17. Spôsob podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že signál SIGS je fázovo posunutý o π/η vzhľadom k hodinovým signálom CKj.

18. Zariadenie na meranie prietoku tekutiny, obsahujúce najmenej dva ultrazvukové prevodníky (Ti, T₂), umiestnené vo vzájomnom odstupe v smere prúdenia tekutiny, prostriedky na vytváranie budiaceho signálu týchto prevodníkov, prostriedky na prijímanie dvoch ultrazvukových signálov SIGi a SIG₂, vysielaných zodpovedajúcimi z uvedených prevodníkov v navzájom opačných smeroch a postupne za sebou, vyznačujúce sa tým, že zariadenie ďalej obsahuje

- prostriedky (52, 54, 56; 202 - 210) na vytváranie n hodinových signálov CK,, kde i = 1 až n a n > 4, ktoré obsahujú prechody, sú medzi sebou fázovo posunuté o 2π/η, sú v pevnom fázovom vzťahu vzhľadom k budiacemu signálu a majú rovnakú frekvenciu ako tento signál,

- ďalej identifikačné prostriedky (76, 78, 80, 82; 228 - 242) charakteristickej časti periódy prvého prijímaného signálu SIGi,

- voliace prostriedky (76, 78, 80, 82; 228 - 242) prvého prechodu hodinového signálu CKj, ku ktorému dochádza bezprostredne po tom, čo sa objaví uvedená charakteristická časť,

31 141/B

- prostriedky (84, 86, 88, 90; 244 - 258) na ukladanie tohto hodinového signálu do pamäti ako signálu CLS,

- prostriedky na určovanie doby ti zodpovedajúce súčtu v m po sebe nasledujúcich periódach signálu SIGi, uplynulých medzi okamihom, kedy sa objaví charakteristická časť každej z m periód signálu SIG! a okamihom, kedy sa objaví prvý nasledujúci prechod signálu CLS, kde m je celé číslo,

- prostriedky (76, 78, 80, 82; 228 - 242) na identifikáciu rovnakej charakteristickej časti v m po sebe nasledujúcich periódach druhého prijímaného signálu SIG2,

- prostriedky na určovanie doby t₂, zodpovedajúce súčtu jednotlivých čiastkových dôb v jednotlivých m periódach uplynulých medzi okamihom, v ktorom sa objaví charakteristická časť periódy signálu SIG₂ a okamihom, v ktorom sa objavuje prvý nasledujúci prechod signálu CLS

- a prostriedky na tvorbu rozdielu |t₂ -1^ a odvodzovanie prietočného množstva Q tekutiny, ktoré je úmerné t₂ - ti.

19. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým, že m = 1.

20. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým, že m je odlišné od 1 a perióda, v ktorej sa zvolí charakteristická časť, zodpovedá prvej z m po sebe nasledujúcich periód prijímaného prvého signálu SIG1.

21. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým, že m je odlišné od 1 a perióda, v ktorej sa zvolí charakteristická časť, predchádza m po sebe nasledujúcich periód prijímaného prvého signálu SIG1.

z

22. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 18 až 21, vyznačujúce sa tým, že prostriedky na vytváranie hodinových signálov CK, obsahujú oscilátor (52, 202) riadený kryštálom, nasledovaný n/2 klopnými obvodmi (54, 56; 204, 206, 208, 210) typu D, tvoriacimi delič a umožňujúce tak získať signály CKi, fázovo posunuté medzi sebou o 2π/η.

31 141/B

23. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 18 až 22, vyznačujúce sa tým, že voliace prostriedky prvého prechodu hodinového signálu obsahujú n klopných obvodov (76, 78, 80, 82; 228 - 242) typu D, nazývaných voliace klopné obvody, ktorých každý vstup D je pripojený k prijímanému spoločnému signálu SIG! alebo SIG₂, pričom každý hodinový vstup CK prijíma odlišný hodinový signál CKj, odlišujúci sa od jedného klopného obvodu k druhému a ktoré môžu byť aktivované jedným vstupom RAZ tak, že keď vstup RAZ klopných obvodov je na hodnote 1 a keď je spoločný signál na hodnote 1, sú uvedené klopné obvody citlivé na signály CK,.

24. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 18 až 22, vyznačujúce sa tým, že voliace prostriedky prvého prechodu hodinového signálu rovnako obsahujú n logických hradiel (101, 103, 105, 107), prijímajúcich každé na jednom vstupe spoločný prijímaný signál SIG1 alebo SIG₂ a n monostabilných obvodov (106, 108, 190, 111), prijímajúcich každý na vstupe odlišný hodinový signál CK,, a ktorého výstup je vysielaný každý na jeden z ďalších vstupov n logických hradiel (101, 103, 105, 107).

25. Zariadenie podľa nároku 23 alebo 24, vyznačujúce sa tým, že prostriedky na ukladanie hodinového signálu CLS do pamäti obsahujú n klopných obvodov (84, 86, 88, 90; 244 - 258) typu D, nazývaných pamäťové, prijímajúce každý ako hodinový vstup CK výstupný signál z výstupu Q voliaceho klopného obvodu (76, 87, 80, 82; 228 - 242) a jednak logický člen NAND (278) s n vstupmi, pripojený každý k výstupu Q každého pamäťového klopného obvodu, pričom vstup D týchto pamäťových klopných obvodov je trvalé na hodnote 1 a prvý signál prijímaný na hodinovom vstupe CK jedného z klopných obvodov (84, 86, 88, 90; 244 - 258) aktivuje pamäťovú funkciu tohto klopného obvodu tým, že preklopí výstup Q tohto klopného obvodu na hodnotu 1 a výstup Q na hodnotu 0 a aktivuje tak blokovací obvod (102, 104, 74; 278, 280, 226) spoločného prijímaného signálu SIGí alebo SIG₂.

-i A 4 A 4 ID

26. Zariadenie podľa nároku 25, vyznačujúce sa tým, že n logických členov NAND (92, 94, 96, 98; 270 - 274) prijíma na každom zo svojich vstupov hodinový signál CKj a výstupný signál z výstupu Q zodpovedajúceho pamäťového klopného obvodu (84, 86, 88, 90; 244 - 258), pričom výstup každého z logických členov je spojený s jedným zo vstupov logického člena NAND (100, 126) s n vstupmi, pričom jeden z n logických členov (92, 94, 96, 98; 260 - 274) uvoľňuje priradený hodinový signál CKj, keď je pamäťová funkcia zodpovedajúceho pamäťového klopného obvodu aktivovaná.

1/12 <¹² 1 i i y ^2'