WO2005085773A1 - Ultraschall-strömungssensor mit mehrfachen pulsen - Google Patents

Ultraschall-strömungssensor mit mehrfachen pulsen Download PDF

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WO2005085773A1 PCT/EP2005/050158 EP2005050158W WO2005085773A1 WO 2005085773 A1 WO2005085773 A1 WO 2005085773A1 EP 2005050158 W EP2005050158 W EP 2005050158W WO 2005085773 A1 WO2005085773 A1 WO 2005085773A1
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signal
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Tobias Lang
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
    • G01P5/247—Sing-around-systems

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic flow sensor according to the preamble of claim 1 and a method for operating such an ultrasonic flow sensor according to the preamble of claim 9.
  • Ultrasonic flow sensors are used in particular to measure the flow velocity or the volume or mass flow of a gaseous or liquid medium flowing through a pipeline.
  • a known type of ultrasound flow sensors comprises two ultrasound transducers arranged offset in the flow direction, each of which generates ultrasound signals and transmits them to the other ultrasound transducer.
  • Ultrasonic signals are received by the other transducer and evaluated using electronics.
  • the time difference between the ultrasonic signal in the flow direction and the ultrasonic signal in the opposite direction is a measure of the flow speed.
  • the desired measurement variable e.g. the volume flow of the flowing medium can be calculated.
  • Fig. 1 shows a typical arrangement of an ultrasonic flow sensor with two ultrasonic transducers A, B, which are arranged within a pipe 3 and face each other at a distance L.
  • a fluid 1 flows in the pipeline 3 at a speed v in the direction of the arrow 2.
  • the measuring section L is inclined at an angle with respect to the flow direction 2.
  • the ultrasonic transducers A, B send each other during a measurement Ultrasonic signals that are either slowed down or accelerated by the flow.
  • the transit times of the sound signals are a measure of the flow velocity to be determined.
  • FIG. 2 shows a greatly simplified schematic illustration of a transducer arrangement with a control and evaluation electronics 4 connected to it.
  • the sensor works according to the so-called “sing-around” method. In this case, receiving an ultrasonic signal AO or B0 on one of the transducers A , B immediately triggered an ultrasonic signal in the opposite direction.
  • a flow measurement essentially proceeds as follows:
  • the electronics 4 outputs an electrical pulse to the transducer A, which then generates an ultrasound signal A0 and sends it to the second transducer B.
  • the signal A0 is received by the second converter B.
  • the second transducer B generates an ultrasonic signal B0, which arrives at the first transducer A after a distance t 2 ⁇ .
  • the flow velocity v can finally according to
  • FIG. 3 shows the signal curve of an individual ultrasonic signal A0, B0 and the type of determination a reception time for such a signal.
  • the so-called zero crossing detection (zero crossing detection) is shown here.
  • the "time of reception" of the signal is defined as the first zero crossing of the signal after the amplitude has exceeded a predetermined threshold value SW (the so-called p etrigger level).
  • SW the so-called p etrigger level.
  • the time of reception in this example would thus be the time t o .
  • the zero crossing detection leads to a relatively high temporal blurring in the pulse edge detection.
  • This unsharpness is identified here as the time period cxtj, which e.g. Is +/- 100ns. Normally, the blurring is so great that with a single measurement, especially at low flow velocities, no usable measurement accuracy can be achieved.
  • An essential aspect of the invention is to generate a plurality of individual ultrasound signals on at least one of the ultrasound transducers within a time that is shorter than a round trip time (ie the time that an ultrasound signal would need from one transducer to the other transducer and back) and send these signals to the other ultrasonic transducer.
  • a round trip time ie the time that an ultrasound signal would need from one transducer to the other transducer and back
  • the number of measurements per time can be increased significantly and thus the measurement accuracy can be increased, the measurement time being significantly reduced compared to n individual measurements.
  • the time sequence between sending a signal to a converter and sending in the opposite direction is basically freely selectable.
  • a preferred operating mode is, for example, that the ultrasonic signals are generated at both transducers at the same time and are coupled into the path.
  • a second possibility is e.g. in that one of the ultrasonic transducers immediately generates a new signal in the opposite direction when an ultrasonic signal is received (sing-around method).
  • a third possibility is e.g. in that one of the converters first sends a sequence of n signals and the other converter only sends back a corresponding sequence after receiving the entire sequence. When choosing the sequence, it should only be taken into account that conventional converters cannot transmit and receive at the same time, and therefore transmission and reception must not coincide at one time.
  • An evaluation unit is provided for determining the measured variable, which preferably determines the signal propagation times for each signal pair (consisting of two opposing ultrasonic signals). Several runtimes can be averaged and thus a higher accuracy of the measurement can be achieved without significantly increasing the measuring time compared to a single measurement.
  • the ultrasound flow sensor is designed in such a way that at least one of the ultrasound transducers transmits a sequence of several ultrasound signals to the other transducer within a running time. That a transducer sends at least a second ultrasonic signal to the other transducer after a first ultrasonic signal, even before the first signal has reached the other transducer. The more individual signals are fed into the line, the better the accuracy of the measurement and the response time of the sensor.
  • the evaluation unit preferably comprises several counters with which the running time differences of the individual signal pairs are recorded.
  • a separate counter is preferably provided for each signal pair.
  • the counters are preferably up / down counters. This makes it possible, for example, to have the counters count up from the first to the second transducer during the running time of an ultrasound signal and down in the opposite direction during the subsequent running time. The counter reading after such a cycle is then a measure of the transit time difference of the individual signals.
  • the counters are preferably connected to a control circuit that starts and stops the counters.
  • Figure 1 is a schematic view of the structure of an ultrasonic flow sensor according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an ultrasonic flow sensor with control and evaluation electronics
  • Fig. 4 is a block diagram of a control and evaluation circuit according to the invention.
  • the 4 shows an ultrasonic flow sensor with an associated control and evaluation circuit 4.
  • the sensor comprises two ultrasonic transducers A, B which mutually send ultrasonic pulses An, Bn (the envelope curve of the signals is shown here in each case).
  • Each of the converters A, B sends a sequence of a plurality of signals An, Bn to the other converter within a running time.
  • the senor is operated in the so-called sing-around method, in which the reception of an ultrasound signal at one of the ultrasound transducers A, B triggers the generation of a signal in the opposite direction.
  • the ultrasonic pulses An, Bn run back and forth between the two transducers A, B.
  • the time interval between the signals A1-A3, B1-B3 of a sequence is chosen so that a converter after receiving and then returning a signal An, Bn is ready to receive again before the next signal of the sequence is received.
  • a control and evaluation circuit 4 is provided, which is connected to the converters A, B.
  • the control and evaluation circuit 4 comprises several counters 5a-5n, in which the transit time differences of the individual signal pairs A1, B1; A2, B2; A3, B3 are stored.
  • the number of counters 5a-5n corresponds to the number of signal pairs An, Bn.
  • a measurement begins when the converter A is operated by a control unit 8 with n-short voltage pulses, e.g. Rectangular pulses are driven, so that a plurality of ultrasonic signals An, Bn spaced from one another are produced.
  • the converter A is not controlled directly, but via an interposed separation and reflection stage 6a, which transmits the electrical excitation pulses to the ultrasonic converter A and, on the other hand, is able to pass on received ultrasonic pulses Bn for evaluation.
  • the counters 5a-5n are started in succession and begin to count up at an oscillator frequency which is supplied by an oscillator 9.
  • the counting direction is predetermined by a counting direction selection circuit 7a, which is assigned to the converter A.
  • the arrival of the signals AI-A3 at the converter B is recognized by dex separation and reflection stage 6b by means of zero crossing detection.
  • the control unit 8 then generates a voltage pulse, with which the converter B is activated, so that a signal Bn is transmitted immediately after the reception of a signal An.
  • a counting direction selection circuit 7b is provided which is connected to the down-counting input (-) of the counters 5a-5n and which is triggered by the associated reflection and separation circuit 6b. (Corresponding devices 6a and 7a are also provided for converter A).
  • the counters 5a-5n count down until the associated signal Bn is detected on the first ultrasonic transducer A.
  • a counter 5a-5n is stopped with the receipt of the associated signal Bn by the control unit 8.
  • the count of the counter 5a-5n is then a measure of the transit time difference of the signals An, Bn of a signal pair. This value is output to an output circuit 10.
  • the output circuit 10 can either form an average of n counter values or a rapid sequence of
  • the individual values can e.g. processed into a more accurate signal using a low-pass filter.
  • the desired measured variable can then be calculated from this.
  • Evaluation circuit 4 it is possible to significantly improve the measurement accuracy of an ultrasonic flow sensor and at the same time to significantly reduce the measurement duration.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Strömungssensor, insbesondere zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Fluids (1), mit zwei in Strömungsrichtung (2) versetzt angeordneten Ultraschallwandlern (A,B), die jeweils ein Ultraschallsignal (An,Bn) an den anderen Wandler (B,A) aussenden, wobei aus den Laufzeiten (t12, t21) der Ultraschallsignale (An,Bn) eine Messgrösse (S) ermittelt wird. Die Genauigkeit der Messgrösse kann bei kürzerer Messdauer wesentlich erhöht werden, indem einer der Ultraschallwandler (A) derart angesteuert wird, dass er innerhalb einer Umlaufzeit (t12+t21) mehrere Ultraschallsignale (An) an den anderen Ultraschallwandler (B) aussendet.

Description

Beschreibung
Ultraschall-Strömungssensor mit mehrfachen Pulsen
Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Strömungssensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Ultraschall- Strömungssensors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Ultraschall-Strömungssensoren werden eingesetzt, um insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit oder den Volumen- oder Massestrom eines gasförmigen oder flüssigen Mediums zu messen, das durch eine Rohrleitung strömt. Ein bekannter Typ von Ultraschall-Strömungssensoren umfasst zwei in Strömungsrichtung versetzt angeordnete Ultraschallwandler, die jeweils Ultraschallsignale erzeugen und diese an den jeweils anderen Ultraschallwandler aussenden. Die
Ultraschallsignale werden vom jeweils anderen Wandler empfangen und mittels einer Elektronik ausgewertet. Der Lau zeitunterschied zwischen dem Ultraschallsignal in Strömungsrichtung und dem Ultraschallsignal in Gegenrichtung ist dabei ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Daraus kann die gewünschte Messgröße, wie z.B. der Volumenstrom des fließenden Mediums, berechnet werden.
Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung eines Ultraschall- Strömungssensors mit zwei Ultraschallwandlern A, B, die innerhalb einer Rohrleitung 3 angeordnet sind und sich in einem Abstand L gegenüberstehen. In der Rohrleitung 3 strömt ein Fluid 1 mit einer Geschwindigkeit v in Richtung des Pfeils 2. Die Messstrecke L ist gegenüber der Strömungs- richtung 2 um einen Winkel geneigt. Während einer Messung senden sich die Ultraschallwandler A, B gegenseitig Ultraschallsignale zu, die von der Strömung entweder verlangsamt oder beschleunigt werden. Die Laufzeiten der Schallsignale sind dabei ein Maß für die zu bestimmende Strömungsgeschwindigkeit .
Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Wandleranordnung mit einer daran angeschlossenen Steuer- und Auswerteelektronik 4. Der Sensor arbeitet nach dem sog. „sing-around" Verfahren. Dabei wird durch den Empfang eines Ultraschallsignals AO oder B0 an einem der Wandler A,B unmittelbar ein Ultraschallsignal in Gegenrichtung ausgelöst.
Eine Strömungsmessung läuft im wesentlichen wie folgt ab: Die Elektronik 4 gibt einen elektrischen Impuls an den Wandler A aus, der daraufhin ein Ultraschallsicjnal A0 generiert und an den zweiten Wandler B aussendet. Nach, einer Streckenlaufzeit ti2 wird das Signal A0 vom zweiten Wandler B empfangen. Unmittelbar darauf generiert der zwei-te Wandler B ein Ultraschallsignal B0, das nach einer Streckenlaufzeit t2ι am ersten Wandler A ankommt. Sind tχ2 und t2i die Schalllaufzeiten der Signale von A nach B tzw. umgekehrt, so ergibt sich daraus ein Laufzeitunterschied o_t = tι2-t2ι. Die Strömungsgeschwindigkeit v kann schließlich gemäß
2 Δt 1 v= ;— oder cosα (∑t) s
Figure imgf000004_0001
berechnet werden. Dabei ist αt = ti2+t2ι die Summenlaufzeit für einen Umlauf oder Umlaufzeit und s ein Korrekturfaktor mit s=l-(αt/αt)2.
Fig. 3 zeigt den Signalverlauf eines einzelnen Ultraschallsignals A0,B0 und die Art und Weise der Bestimmung eines EmpfangsZeitpunktes bei einem solchen Signal.
Dargestellt ist hier die sogenannte Zero-Crossing-Detektion (Nulldurchgangsdetektion) . Dabei ist der "Empfangszeitpunkt" des Signals als der erste Nulldurchgang des Signals definiert, nachdem die Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert SW (den sogenannten p etrigger level) überschritten hat. Der Empfangszeitpunkt bei diesem Beispiel wäre somit der Zeitpunkt to.
Wegen des Rauschanteils R, der dem Signal überlagert ist, führt die Zero-Crossing-Detektion jedoch zu einer relativ hohen zeitlichen Unscharfe in der Pulsflankenerkennung. Diese Unscharfe ist hier als Zeitspanne cxtj gekennzeichnet, die z.B. +/- 100ns beträgt. Normalerweise ist die Unscharfe so groß, dass mit einer einzigen Messung, insbesondere bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, keine brauchbare Messgenauigkeit erreicht werden kann.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit werden daher i.d.R. mehrere Messungen hintereinander durchgeführt und das Ergebnis gemittelt. Dadurch erhöht sich jedoch die Messdauer auf das n-fache einer Summenlaufzeit, wodurch das Sensorsignal des Ultraschallströmungssensors nur noch sehr träge auf schnelle Strömungsänderungen reagiert. Insbesondere für Anwendungen im Kfz-Bereich sind jedoch UltraschallSensoren erforderlich, die auch bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eine hohe Genauigkeit aufweisen und gleichzeitig eine schnelle Reaktionszeit des Signals besitzen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschall-Strömungssensor bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors zu schaffen, der bzw. das eine hohe Messgenauigkeit bei möglichst schneller Reaktionszeit des Messsignals bietet.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, an wenigstens einem der Ultraschallwandler, innerhalb einer Zeit, die kürzer ist als eine Umlaufzeit (d.h. die Zeit, die ein Ultraschallsignal vom einen Wandler zum anderen Wandler und zurück benötigen würde) , mehrere einzelne Ultraschallsignale zu generieren und diese Signale an den anderen Ultraschallwandler auszusenden. Dadurch kann die Anzahl der Messungen pro Zeit wesentlich erhöht und somit auch die Messgenauigkeit gesteigert werden, wobei die Messdauer gegenüber n Einzelmessungen wesentlich verkürzt wird.
Die zeitliche Abfolge zwischen dem Senden eines Signals an einem Wandler und dem Senden in Gegenrichtung ist im Grunde frei wählbar. Eine bevorzugte Betriebsart ist z.B., dass die Ultraschallsignale an beiden Wandlern gleichzeitig erzeugt und in die Strecke eingekoppelt werden. Eine zweite Möglichkeit besteht z.B. darin, dass einer der Ultraschallwandler jeweils beim Empfang eines Ultraschallsignals unmittelbar ein neues Signal in Gegenrichtung erzeugt (sing- around Verfahren) . Eine dritte Möglichkeit besteht z.B. darin, dass zuerst einer der Wandler eine Sequenz von n Signalen sendet und der andere Wandler erst nach Empfang der gesamten Sequenz eine entsprechende Sequenz zurück sendet. Bei der Wahl der Abfolge ist nur zu berücksichtigen, dass herkömmliche Wandler nicht gleichzeitig senden und empfangen können und somit Senden und Empfangen nicht auf einen Zeitpunkt zusammen fallen dürfen.
Zur Bestimmung der Messgröße ist eine Auswerrteeinheit vorgesehen, die vorzugsweise zu jedem Signalpaar (bestehend aus zwei gegenläufigen Ultraschallsignalen) die Signallaufzeiten ermittelt. Mehrere Laufzeiten können gemittelt und somit eine höhere Genauigkeit der Messung erreicht werden, ohne die Messzeit gegenüber einer Einzelmessung wesentlich zu vergrößern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ultraschall-Strömungssensor derart ausgelegt, dass wenigstens einer der Ultraschallwandler innerhalb einer Streckenlaufzeit eine Sequenz aus mehreren Ultraschallsignalen an den anderen Wandler aussendet. D.h. ein Wandler sendet nach einem ersten Ultraschallsignal wenigstens ein zweites Ultraschallsignal zum anderen Wandler, noch bevor das erste Signal den anderen Wandler erreicht hat. Je mehr Einzelsignale in die Strecke eingespeist werden, desto besser wird die Genauigkeit der Messung und die Reaktionszeit des Sensors.
Die maximale Anzahl der in die Strecke eingespeisten Einzelsignale wird durch die Signaldauer im Verhältnis zur Streckenlaufzeit der Einzelsignale begrenzt. Um möglichst viele Einzelsignale innerhalb der Streckenlaufzeit unterzubringen, werden daher vorzugsweise breitbandige Wandler verwendet. Werden z.B. n=9 Ultraschallsignale innerhalb einer Streckenlaufzeit in die Strecke eingekoppelt, wird die Messung um einen Faktor n1/2 = 3 genauer r ohne die gesamte Messdauer wesentlich zu verlängern.
Die Auswerteeinheit umfasst vorzugsweise mehrere Zähler, mit denen die LaufZeitdifferenzen der einzelnen Signalpaare erfasst werden. Für jedes Signalpaar ist vorzugsweise ein eigener Zähler vorgesehen.
Bei den Zählern handelt es sich vorzugsweise um Aufwärts/Abwärtszähler. Dadurch wird es möglich, die Zähler z.B. während der Laufzeit eines Ultraschallsignals vom ersten zum zweiten Wandler aufwärts und während der anschließenden Laufzeit in Gegenrichtung abwärts zählen zu lassen. Der Zählerstand nach einem solchen Umlauf ist dann ein Maß für die Laufzeitdifferenz der einzelnen Signale. Die Zähler sind vorzugsweise mit einer Steuerschaltung verbunden, die die Zähler startet und stoppt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Ultraschall-Strömungssensors gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ultraschall- Strömungssensors mit Ansteuer- und Auswerteelektronil;
Fig. 3 den Signalverlauf eines typischen UltraschallSignals; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuer- und Auswerteschaltung gemäß der Erfindung.
Bezüglich der Erläuterung der Fig. 1 bis 3 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen .
Fig. 4 zeigt einen Ultraschall-Strömungssensor mit einer zugehörigen Steuer- und Auswerteschaltung 4. Der Sensor umfasst zwei Ultraschallwandler A,B, die sich gegenseitig Ultraschallsimpulse An,Bn zusenden (gezeigt ist hier jeweils die Hüllkurve der Signale) . Innerhalb einer Streckenlaufzeit sendet dabei jeder der Wandler A, B eine Sequenz aus mehreren Signalen An,Bn an den anderen Wandler.
Der Sensor wird in diesem Ausführungsbeispiel im sogenannten sing-around Verfahren betrieben, bei dem der Empfang eines Ultraschallsignals an einem der Ultraschallwandler A,B jeweils die Erzeugung eines Signals in Gegenrichtung auslöst. Dadurch laufen die Ultraschallimpulse An,Bn fortlaufend zwischen den beiden Wandlern A, B hin und her. Der zeitliche Abstand zwischen den Signalen A1-A3,B1-B3 einer Sequenz ist dabei so gewählt, dass ein Wandler nach dem Empfang nnd dem darauffolgenden Zurücksenden eines Signals An,Bn wieder empfangsbereit ist, bevor das nächste Signal der Sequenz empfangen wird.
Zur Ansteuerung der beiden Wandler A,B und Auswertung der empfangenen Signale ist eine Steuer- und Auswerteschaltung 4 vorgesehen, die mit den Wandlern A, B verbunden ist. Die Steuer- und Auswerteschaltung 4 umfasst mehrere Zähler 5a—5n, in denen die Laufzeitdifferenzen der einzelnen Signalpaare A1,B1;A2,B2;A3,B3 gespeichert werden. Die Anzahl der Zähler 5a-5n entspricht dabei der Anzahl der Signalpaare An,Bn.
Eine Messung beginnt, indem der Wandler A von einer Steuereinheit 8 mit n-kurzen Spannungspulsen, wie z.B. Rechteckimpulsen, angesteuert wird, so dass mehrere voneinander beabstandete Ultraschallsignale An,Bn entstehen. Die Ansteuerung des Wandlers A erfolgt in diesem Fall nicht direkt, sondern über eine zwischengeschaltete Trenn- und Reflexionsstufe 6a, die die elektrischen Erregerpulse an den Ultraschallwandler A weitergibt und andererseits in der Lage ist, empfangene Ultraschallimpulse Bn zur Auswertung weiterzuleiten. Gleichzeitig mit den einzelnen Spannungspulsen werden nacheinander die Zähler 5a-5n gestartet und beginnen, mit einer Oszillatorfrequenz aufwärts zu zählen, die von einem Oszilator 9 zugeführt wird. Die Zählrichtung wird von einer Zählrichtungs-Auswählschaltung 7a vorgegeben, die dem Wandler A zugeordnet ist.
Das Eintreffen der Signale AI-A3 am Wandler B wird von dex Trenn- und Reflexionsstufe 6b durch Nulldurchgangsdetektion (zero-crossing) erkannt. Die Steuereinheit 8 erzeugt darauf jeweils einen Spannungsimpuls, mit dem der Wandler B angexegt wird, so dass unmittelbar nach dem Empfang eines Signals An ein Signal Bn ausgesandt wird.
Mit dem Empfang eines Signals An am Wandler B wird außerdem die Zählrichtung der Zähler 5 umgekehrt. Zu diesem Zweck ist eine Zählrichtungs-Auswählschaltung 7b vorgesehen, die mit dem Abwärtszähleingang (-) der Zähler 5a-5n verbunden ist und die von der zugehörigen Reflexions- und Trennschaltung 6b getriggert wird. (Entsprechende Einrichtungen 6a bzw. 7a sind auch für den Wandler A vorgesehen) .
Die Zähler 5a-5n zählen solange abwärts, bis das jeweils zugehörige Signal Bn am ersten Ultraschallwandler A detektiert wird. Ein Zähler 5a-5n wird mit dem Empfang des zugehörigen Signals Bn von der Steuereinheit 8 gestoppt . Der Zählerstand des Zählers 5a-5n ist dann ein Maß für die Laufzeitdifferenz der Signale An,Bn eines Signalpaares. Dieser Wert wird an eine Ausgangsschaltung 10 ausgegeben.
Die AusgangsSchaltung 10 kann entweder einen Mittelwert aus n-Zählerwerten bilden oder eine schnelle Abfolge von
Einzelwerten als Messwert S ausgeben. Die Einzelwerte können z.B. mittels eines Tiefpassfilters zu einem genaueren Signal verarbeitet werden. Daraus kann schließlich die gewünschte Messgröße berechnet werden.
Mit der vorstehend beschriebenen Steuer- und
Auswerteschaltung 4 ist es möglich, die Messgenauigkeit eines Ultraschall-Strömungssensors wesentlich zu verbessern und gleichzeitig die Messdauer wesentlich zu verringern.
Bezugszeichenliste
1 Fluid
2 Strömungsrichtung 3 Rohrleitung
4 Steuer- und Auswerteschaltung 5a-5n Zähler
6a, 6b Trenn- und Reflexionsstufen
7a, 7b Schaltung zur Bestimmung der Zählrichtung 8 Steuereinheit
9 Oszillator
10 AusgangsSchaltung A,B Ultraschallwandler
An Ultraschallsignale des ersten Wandlers Bn Ultraschallsignale des zweiten Wandlers αt Laufzeitdifferenz
5 Messwert

Claims

Patentansprüche
1. Strömungssensor, insbesondere zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Fluids (1) , mit wenigstens zwei in Strömungsrichtung (2) versetzt angeordneten Ultraschallwandlern (A,B), die jeweils ein Ultraschallsignal (An,Bn) an den anderen Wandler (B,A) aussenden, wobei aus den Laufzeiten (tι2,t2ι) der Ultraschallsignale (An,Bn) eine Messgröße (S) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ultraschallwandler (A, B) innerhalb einer Umlaufzeit mehrere Ultraschallsignale (An,Bn) an den anderen Ultraschallwandler (B,A) aussendet.
2. Ultraschall-Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ultraschallwandler (A,B) innerhalb einer Streckenlaufzeit (tχ2,t2ι) mehrere
Ultraschallsignale (An,Bn) an den anderen Ultraschallwandler (B,A) aussendet.
3. Ultraschall-Strömungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ultraschallwandler (A,B) jeweils unmittelbar nach Empfang eines Ultraschallsignals (An,Bn) ein Ultraschallsignal (An,Bn) in Gegenrichtung aussendet.
4. Ultraschall-Strömungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallwandler (B) zunächst eine Sequenz aus mehreren Signalen (An) empfängt und danach eine Sequenz aus ebenso vielen Ultraschallsignalen (Bn) in Gegenrichtung aussendet.
5. Ultraschall-Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung (4) vorgesehen ist, die aus jeweils zwei gegenläufigen Ultraschallsignalen (An,Bn) eine LaufZeitdifferenz (αt) bzw. einen proportionalen Wert ermittelt.
6. Ultraschall-Strömungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) mehrere Zähler (5) umfasst, mit denen die LaufZeitdifferenzen der einzelnen Signalpaare (An,Bn) erfasst werden.
7. Ultraschall-Strömungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähler (5) als Aufwärts/Abwärtszähler realisiert sind.
8. Ultraschall-Strömungssensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähler (5) mit einer Steuerschaltung (8) verbunden sind, die die Zähler (5) startet und stoppt.
9. Verfahren zum Betreiben eines Ultraschall- Strömungssensors, der insbesondere zum Messen des Volumenoder Massestroms eines Fluids (1) dient, und der wenigstens zwei in Strömungsrichtung versetzt angeordnete Ultraschallwandler (A,B) aufweist, die jeweils ein
Ultraschallsignal (An,Bn) an den anderen Wandler (B,A) aussenden, wobei aus den Laufzeiten (tχ2,t2ι) der Ultraschallsignale (An,Bn) eine Messgröße (S) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ultraschallwandler (A) derart angesteuert wird, dass er innerhalb einer Umlaufzeit (ti2+t2ι) mehrere Ultraschallsignale (An) an den anderen Ultraschallwandler (B) aussendet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ultraschallwandler (A) derart angesteuert wird, dass er innerhalb einer Streckenlaufzeit (tι2,t2ι) mehrere Ultraschallsignale (An) an den anderen Ultraschallwandler (B) aussendet.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Empfang eines Ultrraschallsignals (An,Bn) an einem der Ultraschallwandler (A,_3) jeweils ein Ultraschallsignal (An,Bn) in Gegenrichtung a-usgelöst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ultraschallwandler (A,B) zunächst eine Sequenz aus mehreren Signalen (An) empfängt und danach eine Sequenz aus ebenso vielen Ultraschallsignalen (Bn) in Gegenrichtung aussendet.
PCT/EP2005/050158 2004-03-03 2005-01-17 Ultraschall-strömungssensor mit mehrfachen pulsen WO2005085773A1 (de)

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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3869915A (en) * 1973-01-23 1975-03-11 Joseph Baumoel Digital flowmeter
US3935735A (en) * 1974-09-03 1976-02-03 Badger Meter, Inc. Ultrasonic flow meter
FR2390711A1 (fr) * 1977-05-10 1978-12-08 Landis & Gyr Ag Compteur volumetrique ou de quantite de chaleur pour milieux liquides
US4162630A (en) * 1976-09-20 1979-07-31 University Of Utah Measurement and reconstruction of three-dimensional fluid flow
US4603589A (en) * 1983-12-27 1986-08-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic flowmeter
EP0272942A2 (de) * 1986-12-23 1988-06-29 Brookes and Gatehouse Limited Geschwindigkeitsmessvorrichtung
US5343744A (en) * 1992-03-06 1994-09-06 Tsi Incorporated Ultrasonic anemometer
WO2002040948A1 (en) * 2000-11-15 2002-05-23 Stroemberg Per Aake Flow velocity meter

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4232548A (en) * 1979-03-01 1980-11-11 Joseph Baumoel Liquid flow meter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3869915A (en) * 1973-01-23 1975-03-11 Joseph Baumoel Digital flowmeter
US3935735A (en) * 1974-09-03 1976-02-03 Badger Meter, Inc. Ultrasonic flow meter
US4162630A (en) * 1976-09-20 1979-07-31 University Of Utah Measurement and reconstruction of three-dimensional fluid flow
FR2390711A1 (fr) * 1977-05-10 1978-12-08 Landis & Gyr Ag Compteur volumetrique ou de quantite de chaleur pour milieux liquides
US4603589A (en) * 1983-12-27 1986-08-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic flowmeter
EP0272942A2 (de) * 1986-12-23 1988-06-29 Brookes and Gatehouse Limited Geschwindigkeitsmessvorrichtung
US5343744A (en) * 1992-03-06 1994-09-06 Tsi Incorporated Ultrasonic anemometer
WO2002040948A1 (en) * 2000-11-15 2002-05-23 Stroemberg Per Aake Flow velocity meter

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