CH508883A - Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit

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CH508883A
CH508883A CH1095167A CH1095167A CH508883A CH 508883 A CH508883 A CH 508883A CH 1095167 A CH1095167 A CH 1095167A CH 1095167 A CH1095167 A CH 1095167A CH 508883 A CH508883 A CH 508883A
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E Hayes William
D Calhoon Charles
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Westinghouse Electric Corp
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    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
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    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

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Description


  
 



  Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit.



   Es sind verschiedene Durchflussmessvorrichtungen bekannt, die zwei mit der zu messenden Flüssigkeit in Verbindung stehende Messwandler aufweisen, bei denen akustische Energie gleichzeitig auf beide Wandler übertragen wird. Die Zeit, die die akustische Energie bei ruhender Flüssigkeit benötigt, um vom Sender des einen Messwandlers zum Empfänger am andern Messwandler zu gelangen, ist
EMI1.1     
 wobei   Tl)    die Laufzeit, L die Entfernung zwischen den beiden Wandlern und C die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ist.

  Wenn der Flüssigkeit nun eine stromabwärts gerichtete Geschwindigkeit erteilt wird, wird die in dieser Richtung sich bewegende akustische Energie von der Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt, während die stromaufwärts wandernde akustische Energie durch die Geschwindigkeit verzögert wird, so dass die obige Gleichung modifiziert wird zu
EMI1.2     
 für die stromabwärts gerichtete Energie und
EMI1.3     
 für die stromaufwärts gerichtete Energie, und V die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist.

  Die Differenz zwischen der Schallaufzeit in Stromaufwärts- und Stromabwärtsrichtung. d. h.   TU-TD,    ist
EMI1.4     
 und da C2 in der Praxis viel grösser als V2 ist, reduziert sich die rechte Seite der Gleichung auf
2LV    -    Bei einem bekannten Wert von L und einem bekannten Wert für C ist es somit offensichtlich, dass die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zur Differenz zwischen den Laufzeiten der stromauf und stromab wandernden akustischen Energie proportional ist. Da die Schallgeschwindigkeit jedoch nicht konstant ist, sondern mit dem Mineralgehalt und der Temperatur der gemessenen Flüssigkeit ändert, so müssen solche Durchflussmessvorrichtungen mit Mitteln zum Kompensieren der sich ändernden Schallgeschwindigkeit versehen werden.



   Es ist bekannt, hierfür einen durchstimmbaren Oszillator und eine Zähleinrichtung zu verwenden, wobei ein Referenzsignal erzeugt wird, wenn ein bestimmter Zählwert erreicht ist. Dies wird erzielt, indem zuerst die Zeit bestimmt wird, welche die von den Wandlern abgestrahlte akustische Energie bei einer bestimmten Schallgeschwindigkeit und ruhender Flüssigkeit für das Zurücklegen einer bestimmten Strecke benötigt. Unter dieser Voraussetzung müssen die von beiden Wandlern empfangenen akustischen Impulse gleichzeitig eintreffen, und der Zähler zählt keine Zeitdifferenz aus. Der Zähler liefert jedoch nach dem Zählen der vom durchstimmbaren Oszillator ausgehenden Impulse ein Referenzsignal, das von der Laufzeit der akustischen Impulse zwischen den beiden Wandlern abhängig ist.

  Der durchstimmbare Oszillator speist auch einen Zeitintervallzähler, der beim Empfangen der stromabwärts wandernden akustischen Energie anläuft und ein erstes Eingangssignal liefert, und der beim Empfangen der stromaufwärts wandernden akustischen Energie durch den betreffenden Wandler gestoppt wird und daher ein zweites Eingangssignal liefert. Der dann im Zähler vorhandene Zählwert gibt ein Mass für die Flüssigkeitsgeschwindigkeit. Zur Steuerung der Frequenz des durchstimmbaren Oszillators wird das Referenzsignal mit dem ersten Eingangssignal verglichen. Das erste Eingangssignal ist ein Mass für   
L
C + V     während das Referenzsignal ein Mass für
L    T    ohne das Glied V darstellt.

  Bei einer niedrigen Geschwin digkeit V sind die beiden Werte fast gleich, andererseits ist die Vorrichtung für hohe Durchflussgeschwindigkeiten infolge erheblicher Messfehler ungeeignet. Eine solche
Vorrichtung eignet sich nur für Wassergeschwindigkeiten von etwa 3 bis 4,5 mlsec.



   Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit mit einem ersten und einem zweiten akustischen Wandler zum ge genseitigen Senden und Empfangen von Folgen akusti scher, durch die Flüssigkeit übertragener Impulse, wobei der eine der Wandler stromaufwärts zum andern angeord net ist, die bezüglichen akustischen Impulse durch jeden der Wandler gleichzeitig erzeugt werden und die Diffe renz der Ankunftszeiten dieser ersten und zweiten Im pulse am zweiten bzw. ersten Wandler als Mass der Strö mungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit dient, lassen sich diese Nachteile eliminieren.

  Die erfindungsgemässe Vor richtung ist gekennzeichnet durch ein Mittel zur Erzeu gung eines Signals variabler Frequenz; auf dieses Signal ansprechende erste Schaltmittel zum Erzeugen von min destens einem ersten Signal und einem Markiersignal wäh rend jedes Übertragungszyklus, welches erste Signal die  Übertragung der genannten akustischen Impulse einleitet und das Zeitintervall zwischen dem ersten Signal und dem
Markiersignal ein Mass für die Geschwindigkeit der aku stischen Impulse auf ihrem Weg von einem zum anderen
Wandler bei der Strömungsgeschwindigkeit null ist, nach einander auf die ersten und zweiten Impulse anspre chende zweite Schaltmittel zum Erzeugen eines ersten
Zeit-Signals als Mass für das Zeit-Intervall AT zwischen den empfangenen ersten und zweiten Impulsen bei der zu messenden Strömungsgeschwindigkeit,

   dritte Schaltmittel zum Erzeugen und Speichern eines zweiten Zeit-Signals als Mass für die Hälfte des genannten Zeit-Intervalls AT, wobei die dritten Schaltmittel während des Übertragungszyklus ein Vergleichssignal liefern, das zum Zeitpunkt    AT/2    nach dem Auftreten des erstempfangenen Impulses auftritt; und Mittel zum Vergleichen der Zeit des Auftre tens des Markiersignals und des dem gleichen Übertragungszyklus zugehörigen Vergleichssignals zum Steuern des Mittels zur Erzeugung eines Signals variabler Frequenz.



   Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Strömungsgeschwindigkeits-Messanlage, bei dem die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit angewandt werden kann;
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Strömungsgeschwindigkeits-Messanlage veranschaulicht, und
Fig. 3a und 3b Darstellungen für das zeitliche Auftreten bestimmter Signale beim Betrieb der Anlage.



   Die in Fig. 1 dargestellte Strömungsgeschwindigkeits Messanlage besitzt einen Sender 10, der zur Übertragung periodischer Impulsfolgen über Schalter 12 und 13 elektrische Energie an eine erste Messwandlerstation 16 und eine davon entfernte stromaufwärts von der ersten angeordnete zweite Messwandlerstation 17 zuführt. Zweckmässigerweise, und um die Genauigkeit zu erhöhen, soll jede dieser Stationen nur einen Messwandler aufweisen, der so betrieben wird, dass er ein akustisches Signal an den gegenüberliegenden Messwandler sendet und seinerseits ein Ausgangssignal liefert, wenn akustische Energie auf ihn auftrifft.

  Die vom stromabwärts liegenden Messwandler 16 empfangene akustische Energie wird über den Schalter 12 einem Empfänger 20 zugeleitet, und das Signal, das der Messwandler 17 infolge der von dem Messwandler 16 ausgehenden akustischen Energie liefert, wird über den Schalter 13 einem Empfänger 21 zugeleitet. Den Schwellenwert bestimmende Vorrichtungen 23 und 24 sprechen auf den Ausgang der Empfänger 20 und 21 an, um im folgenden als Eingangsimpulse bezeichnete Signale zu liefern, die ein Mass für die Laufzeit der von den Wandlern 16 und 17 ausgehenden akustischen Energie darstellen.

  Bei Fehlen einer Strömungsgeschwindigkeit erreicht der vom Wandler 16 gelieferte Impuls den Wandler 17 zur gleichen Zeit wie der vom Wandler 17 gelieferte akustische Impuls den Wandler 16, so dass der erste und der zweite Eingangsimpuls, von der Schwellenwertvorrichtung 23 bzw. 24 ausgehend, gleichzeitig auftreten. Wenn der zu messenden Flüssigkeit eine Geschwindigkeit erteilt wird, gelangt die stromabwärts gerichtete akustische Energie früher an den Wandler 16, weil sie in dieser Richtung von der Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt wird, als die gegen den stromaufwärts liegenden Messwandler 17 gerichtete Energie, weil sie in dieser Richtung durch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit verzögert wird.

  Deshalb wird ein erster Eingangsimpuls von der Schwellenwertvorrichtung 23 und danach ein zweiter Eingangsimpuls von der Schwellenwertvorrichtung 24 empfangen, wobei die Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten der beiden Eingangsimpulse der Strömungsgeschwindigkeit gemäss der weiter oben gegebenen Gleichung
EMI2.1     
 beträgt. Die im ganzen mit 30 bezeichneten Geschwindigkeitsmessschaltungen sprechen auf den ersten und den zweiten Eingangsimpuls an, um eine Angabe über die Flüssigkeitsgeschwindigkeit zu liefern.



   Fig. 2 zeigt einige Bauelemente, die in der Geschwindigkeitsmessschaltung 30 nach Fig. 1 verwendet werden können. In Fig. 2 ist, ebenso wie in älteren zum Stand der Technik gehörenden Anordnungen, ein durchstimmbarer Oszillator 32 vorgesehen, dessen Ausgangsfrequenz von einem Regler 33 geregelt wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 32 kann die Form einer Rechteckwelle, von Rechteckimpulsen oder irgendeiner anderen periodischen Welle, deren Anzahl von einem Digitalzähler gezählt werden kann, aufweisen. Das Ausgangssignal des Oszillators 32 wird einem ersten Zähler, hier dem Programmzähler 37 zugeführt, der ein nachstehend als Referenzsignal bezeichnetes Ausgangssignal erzeugt, wenn eine bestimmte Zählung erreicht wird. 

  Das Referenzsignal wird verwendet, um die Steuerung der Frequenz des Oszillators 32 zu beeinflussen und um bei ruhender Flüssigkeit Veränderungen in der Schallgeschwindigkeit zu korrigieren. Dies wird erreicht, indem zunächst eine korrekte Schallgeschwindigkeit   Cj,    angenommen wird. Bei ruhender Flüssigkeit werden der erste und der zweite Eingangsimpuls gleichzeitig zum Zeitpunkt T empfangen, woraus sich nach den oben besprochenen Gleichungen
L ergibt. Da die Frequenz des Oszillators 32 bekannt ist, erreicht der Programmzähler 37 nach der Zeitspanne    t
Tc     eine bestimmte Zählung, die von der Und-Schaltung 38  abgefühlt  wird, und welche das vorerwähnte Referenzsignal liefert, wenn die bestimmte Zählung erreicht ist.

  Bei ruhender Flüssigkeit tritt der erste Eingangsimpuls gleichzeitig mit dem zweiten Eingangsimpuls auf, und es können Mittel, wie beispielsweise eine Koinzidenzschaltung 40, vorgesehen werden, um dieses gleichzeitige Auftreten zu überwachen. Deshalb erscheint das Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung 40 gleichzeitig mit dem Referenzsignal aus der Und-Schaltung 38 (eine solche Koinzidenz tritt auf, wenn die Schaltung im Hinblick auf allfällige Verzöge rungen kompensiert ist), wenn die tatsächliche Schallge schwindigkeit der angenommenen Schallgeschwindigkeit gleich ist. Bei Übereinstimmung trifft das Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung 40 und das Referenzsignal gleichzeitig am Regler 33 ein, und es erfolgt keine Veränderung der Ausgangsfrequenz des Oszillators 32.

  Wenn je doch die Schallgeschwindigkeit zunimmt (und immer noch eine Strömungsgeschwindigkeit Null angenommen wird), erscheint das Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung 40 vor dem Referenzsignal aus der Und-Schaltung 38. Die
Zeitdifferenz des Auftretens dieser Signale wird vom Reg ler 33 ausgewertet, die Frequenz des Oszillators 32 ent sprechend korrigiert, d. h. seine Ausgangsfrequenz wird erhöht, so dass die bestimmte Zählung im Programmzäh ler schneller, als es sonst der Fall wäre, erreicht wird und das Referenzsignal mit dem Ausgangssignal der Schaltung 40 zusammenfällt. Wenn dagegen die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit abnimmt, erscheint das Referenzsignal zuerst und der Regler 33 vermindert die Frequenz des Oszillators 32.

  Daraus ist ersichtlich, dass die Frequenz des Oszillators 32 automatisch geregelt wird und sich entsprechend der Abweichung der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ändert.



   Bei strömender Flüssigkeit treten der erste und der zweite Eingangsimpuls nicht gleichzeitig auf. Aus diesem Grund wird in bekannten Anlagen das Auftreten des Refe renzsignals mit dem Auftreten des ersten Eingangssignals verglichen, um den durchstimmbaren Oszillator zu regeln.



   Das erste Eingangssignal enthält jedoch eine Geschwin digkeitskomponente V (in der Gleichung
EMI3.1     
 Wenn die Geschwindigkeit extrem niedrig ist, kann das V-Glied vernachlässigt werden, so dass ein Vergleich des Referenzsignals mit dem ersten Eingangsimpuls praktisch dem Vergleich des Referenzsignals mit einem bei ruhender Flüssigkeit erhaltenen Signal entsprechen würde (d. h.



  mit einem Signal, wie es von der Koinzidenzschaltung 40 erzeugt wird). Bei hohen Geschwindigkeiten ist das Glied V jedoch nicht unbedeutend und es wird ein erheblicher Fehler in eine Geschwindigkeitsmessung eingeführt. Mit anderen Worten, bei Strömungsgeschwindigkeiten, die etwa 3 bis 4,5 mlsec überschreiten, ergibt das bekannte Verfahren, nämlich ein Referenzsignal mit dem ersten Eingangsimpuls zu vergleichen, keine genauen Geschwindigkeitsmessungen.



   In der erfindungsgemässen Ausführungsform wird das Referenzsignal mit einem Signal verglichen, das nach Ablauf der halben Zeit zwischen den beiden Eingangsimpulsen erzeugt wird.



   Die Fig. 3a und 3b zeigen Darstellungen über das Auftreten der genannten Signale zum besseren Verständnis dieser Arbeitsweise. Der Einfachheit halber sind die in verschiedenen Schaltungen auftretenden Schaltverzögerungen vernachlässigt worden. Im Zeitpunkt TTR gemäss Fig. 3a wird von den Messwandlern 16 und 17 (Fig. 1) ein jeweils gegen den anderen Messwandler gerichteter akustischer Impuls ausgesandt. Einige Zeit später und bei Strömungsgeschwindigkeit Null, bewirkt die akustische Energie einen Eingangsimpuls T, wobei das zeitliche Auftreten des Impulses dem Wert von L/C entspricht. Der Impuls T entspricht somit dem ersten bzw. dem zweiten Eingangsimpuls, da bei fehlender Strömungsgeschwindigkeit die Laufzeit der entgegengesetzt gerichteten akustischen Energie stromauf- und stromabwärts gleich ist.



   Bei strömender Flüssigkeit treten die Impulse gemäss Fig. 3b auf. Im Zeitpunkt TTR wird akustische Energie ausgesandt. Bei einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit tritt zuerst der Impuls TD auf; seine Laufzeit ist unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitskomponente V:
EMI3.2     
 Der Impuls Tu erscheint zu einer späteren Zeit; seine Laufzeit ist unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitskomponente V:
EMI3.3     
 Die Zeitdifferenz im Auftreten der beiden Impulse ist AT.



  Da die Impulse durch die gleiche Komponente V beschleunigt bzw. verzögert werden, würde ein Punkt in der Mitte zwischen   Tn    und Tu die Zeit darstellen, zu der bei V=O ein Impuls aufträte. Diese Situation ist in Fig. 3b durch den in Strichlinien eingezeichneten Impuls T dargestellt, der zur selben Zeit wie der Impuls T in Fig. 3a auftritt. Da die Zeitdifferenz zwischen TD und Tu gleich AT ist, ist die Zeitdifferenz zwischen T und TD oder   Tu    und T gleich   'kET.   



   Grundsätzlich liefert die Anordnung nach Fig. 2 während einer n-ten Sende- oder Übertragungsfolge ein Signal, das ein Mass für AT bildet. Hat man das Äquivalent für AT, so kann man ein dem Wert von   t/2AT    darstellendes Signal zur Verwendung in einer nachfolgenden, vorzugsweise der   n+l-ten    Übertragungsperiode ableiten. Dabei wird angenommen, dass AT sich nicht von einer Übertragungsfolge zur andern ändert. Das Signal für   'AT    entspricht (nach Fig. 3b) zeitmässig dem Impuls T     (identisch i
0    und wird zum Vergleich mit dem Referenzsignal verwendet. Dadurch können von jeder Strömungsgeschwindigkeit ausgehende Fehlerquellen beseitigt werden.



   Die gewünschte Anzeige kann aus dem Zählerstand des A T-Zählers 43 abgeleitet werden. Vor einem Sendeoder Übertragungszyklus erfolgt die Rückstellung des AT-Zählers und der Flip-Flops 46 und 47 durch ein Signal R, wodurch die Flip-Flops 46 und 47 in den dargestellten, jeweils entgegengesetzten Binärzustand zurückgestellt werden, so dass das von dem Flip-Flop 46 erzeugte Nullsignal die UND-Schaltung 49 sperrt. Bei Auftreten des ersten Eingangsimpulses Tu wechselt der Flip-Flop 46 in seinen Eins-Zustand, um die UND-Schaltung 49 so zu schalten, dass das Oszillator-Ausgangssignal in den AT-Zähler 43 eingespeist wird. Bei Auftreten des zweiten Eingangsimpulses   Tn    geht der Flip-Flop 47 in seinen Null-Zustand, um die Und-Schaltung 49 wieder zu sperren, worauf der Oszillator-Ausgang abgetrennt und im AT-Zähler 43 nicht mehr weiter gezählt wird. 

  Die von ihm vorgenommene Zählung entspricht der Zeitdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangssignal. Der AT-Zähler 43 kann aus einer Vielzahl von hintereinandergeschalteten   Flip-    Flops bestehen, von denen der erste ein Bit der niedrig  sten Ordnung, der letzte das Bit der höchsten Ordnung der im Zähler gespeicherten Zählung enthält.



   Es sind Schaltmittel vorgesehen, um die Hälfte der im   AT-Zähler    43 gespeicherten Zählung herauszugreifen, wobei beispielsweise das Komplement zur Hälfte der   AT-Zählung    mittels eines Ergänzungsregisters 52 gespeichert wird, das ein Zähler der gleichen Art wie der AT-Zähler 43 sein und die Ergänzungssignale von allen Flip-Flops des AT-Zählers, mit Ausnahme des Bits der niedrigsten Ordnung aufnehmen kann. Die Flip-Flop-Ausgänge sind in Vollinien, die Komplementär-Ausgänge gestrichelt gezeichnet.



   Mit der Übertragung aller Bits mit Ausnahme desjenigen der niedrigsten Ordnung wird das Komplement zur Hälfte der Zählung im AT-Zähler 43 in das Ergänzungsregister 52 eingegeben. Die Übertragung erfolgt nach dem Anlegen eines Übertragungssignals TR an ein Übertragungstor 55. Da die Zählung im AT-Zähler 43 dem Wert von AT und damit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit entspricht, kann das Übertragungstor 55 auch benützt werden, um die Zählung auf die Digital-Analog Umsetzereinrichtung 58 zu übertragen, die dann die notwendige Operation zur Eliminierung des Restfehlers und zur Anzeige der tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit ausführt.



   Dieser Restfehler ergibt sich, wie bereits früher darauf hingewiesen, aus folgender Überlegung:
Wenn mit n die Zählung im Zähler 43 und mit   FVFO    die Frequenz des Oszillators 32 bezeichnet wird, gilt
EMI4.1     

Sinkt oder steigt nun die Frequenz   FVFO,    während die Laufzeit
L    L c    zwischen den Wandlern (die Strömungsgeschwindigkeit sei null) länger bzw. kürzer wird, ergibt sich eine Korrektur von C, d. h.   FVFO    = K C, worin K eine Konstante ist.



   Weiter gilt
EMI4.2     
 welcher Ausdruck sich auf    n = 2 y   
C kürzen lässt.



   Es ist ersichtlich, dass n bezüglich C mit einem C2-pro portionalen Fehler behaftet ist. Die Durchstimmoszillator
Verbindung bewirkt die Konversion des
Fehlers auf einen   1    Fehler.



     C2    C Es ist Aufgabe des Digital-Analog-Umsetzers 58 diesen
1 Fehler
C zu eliminieren, indem der Umsetzer auf die Zählung des
Zählers 43 anspricht und durch geeignete analoge Mass nahmen über ein bestimmtes Zeitintervall alle Variationen von C ausgleicht.



   Zu Beginn eines weiteren Sende- oder Übertragungszyklus ist die im AT-Zähler 43 enthaltene Zählung Null und die im Ergänzungsregister 52 enthaltene Zählung ist das Komplement zur Hälfte der AT-Zählung eines vorhergehenden Zyklus, vorzugsweise des letzten. Das Ergänzungsregister 52 ist so beschaffen, dass, wenn es die eine Hälfte der AT-Zählung enthält, zu seiner Auffüllung eine Anzahl von Eingangsimpulsen erforderlich ist, die genau der andern Hälfte der   A-T-Zählung    entspricht. Wenn die UND-Schaltung 49 durch das erste Eingangssignal leitend gemacht wird, beginnt der AT-Zähler 43 zu zählen.

  Der Ausgang des Oszillators 32 wird über die UND-Schaltung 49 einer UND-Schaltung 61 zugeleitet, wodurch bewirkt wird, dass das Ergänzungsregister 52 mit der Zählung be   beginnt    Wenn das Ergänzungsregister 52 voll ist, empfängt eine UND-Schaltung 63 alle Eins-Eingänge und liefert ein Ausgangssignal, das anzeigt, dass der AT-Zähler 43 halb voll ist. Dies entspricht einem Impuls zur Zeit T = LIC.



  Somit wird auch bei Vorhandensein einer Flüssigkeitsströmung künstlich ein Impuls zu einer Zeit erzeugt, zu der ein Impuls bei ruhender Flüssigkeit erzeugt würde.



  Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 63 und das Referenzsignal aus der UND-Schaltung 38 dienen als Steueroder Vergleichssignale für den Regler 33. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 63 wird durch einen Konverter 64 umgekehrt, um die UND-Schaltung 61 zu sperren, so dass das Oszillator-Ausgangssignal nicht mehr am Ergänzungsregister 52 liegt. Gleichzeitig zählt der   ¯Zähler    43 weiter, bis der zweite Eingangsimpuls auftritt.



   Wenn der AT-Zähler 43 beim Auftreten des zweiten Eingangsimpulses abschaltet, wird das Übertragungstor 55 leitend, ein Anzeigesignal wird geliefert und das Komplement von der Hälfte der AT-Endsumme wird auf das Ergänzungsregister 52 übertragen. Darauf liefert die UND Schaltung 63 ein Ausgangssignal für das nächste Arbeitsspiel, wenn das Ergänzungsregister 52 voll ist, was zur gleichen Zeit der Fall ist, zu der der AT-Zähler 43 halbvoll ist.

 

   Der Programmzähler 37, der bei einer bestimmten Zählung das Referenzsignal liefert, kann ausser zur   Einleili1na.   



  von aufeinanderfolgenden Sende- oder Übertragungszyklen auch zur Steuerung verschiedener Vorgänge, wie beispielsweise die Rückstellung der Flip-Flops 46 und 47 und des AT-Zählers 43, benutzt werden.



   Die Erfindung ermöglicht somit das Erstellen einer Strömungsgeschwindigkeitsmessanlage, mit der man eine genaue Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit erhält, und bei der für jede Änderung der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ohne Rücksicht auf die Strömungsgeschwindigkeit ständig und automatisch eine Korrektur erfolgt. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH
    Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit mit einem ersten und einem zweiten elektroakustischen Wandler zum Senden und Empfangen von Folgen akustischer, durch die Flüssigkeit übertragener Impulse, wobei der eine der Wandler stromaufwärts zum andern angeordnet ist, die bezüglichen akustischen Impulse durch jeden der Wandler gleichzeitig erzeugt werden und die Differenz der Ankunftszeiten dieser ersten und zweiten Impulse am zweiten bzw.
    ersten Wandler als Mass der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit dient, gekennzeichnet durch ein Mittel (32) zur Erzeugung eines Signals variabler Frequenz, auf dieses Signal anspre chende erste Schaltmittel (37, 38) zum Erzeugen von min destens einem ersten Signal und einem Markierungsignal während jedes Übertragungszyklus, welches erste Signal die Übertragung der genannten akustischen Impulse einlei tet und das Zeitintervall zwischen dem ersten Signal und dem Markierungsignal ein Mass für die Geschwindigkeit der akustischen Impulse auf ihrem Weg von einem zum anderen Wandler bei der Strömungsgeschwindigkeit null ist, nacheinander auf die ersten und zweiten Impulse an sprechende zweite Schaltmittel (43,
    49) zum Erzeugen eines ersten Zeit-Signals als Mass für das Zeitintervall AT zwischen den empfangenen ersten und zweiten Impulsen bei der zu messenden Strömungsgeschwindigkeit, dritte Schaltmittel (55, 52, 63) zum Erzeugen und Speichern eines zweiten Zeit-Signals als Mass für die Hälfte des ge nannten Zeitintervalls AT, wobei die dritten Schaltmittel während des Übertragungszyklus ein Vergleichssignal liefern, das zum Zeitpunkt AT/2 nach dem Auftreten des erstempfangenen Impulses auftritt; und Mittel (33) zum Vergleichen der Zeit des Auftretens des Markiersignals und des dem gleichen Übertragungszyklus zugehörigen Vergleichssignals zum Steuern des Mittels (32) zur Erzeugung eines Signals variabler Frequenz.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung eines Signals variabler Frequenz ein durchstimmbarer Oszillator (32) ist; dass die ersten Schaltmittel einen ersten, auf die Signale des durchstimmbaren Oszillators ansprechenden Zähler (37) aufweisen, welcher bei Erreichen eines ersten bestimmten Zählwertes das genannte erste Signal, und bei Erreichen eines zweiten bestimmten Zählwertes das Markiersignal liefert, dass die zweiten Schaltmittel einen zweiten Zähler (43) aufweisen, der auf die Signale des durchstimmbaren Oszillators und auf die von den ersten und zweiten, von den Wandlern empfangenen akustischen Impulsen abgeleiteten Signale (23, 24) anspricht, und einen Zählwert liefert,
    die ein Mass für das Zeitintervall AT zwischen dem Eintreffen der bezüglichen akustischen Impulse an den Wandlern während eines Übertragungszyklus darstellt, und dass die dritten Schaltmittel eine Einrichtung (55, 52) zum Speichern eines vom Zählwert des zweiten Zählers abhängigen Signals aufweisen, welche Einrichtung in Abhängigkeit vom während aufeinander folgenden Übertragungszykletl auftretenden Ausgangssignal des durchstimmbaren Oszillators betätigt wird, um das Vergleichssignal zu erzeugen, wenn der Zählwert im zweiten Zähler die Hälfte des in einem vorhergehenden Übertragungszyklus registrierten Zählwertes erreicht.
    2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Schaltmittel einen dritten Zähler (52), Mittel (55) zum Übertragen des Komplements der im zweiten Zähler enthaltenen Hälfte des Zählwertes auf den dritten Zähler und Mittel (49, 63, 64, 61) enthalten, welche den dritten Zähler mit dem Ausgang des durchstimmbaren Oszillators verbinden, so lange der Zählwert des dritten Zählers einen bestimmten Zählwert noch nicht erreicht hat, wobei der dritte Zähler bei Erreichen des bestimmten Zählwertes das genannte Vergleichssignal liefert.
    3. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im zweiten Zähler enthaltene Zählwert während eines n-ten Übertragungszyklus gespeichert und das Vergleichssignal während des n+l-ten Übertragungszyklus erzeugt wird.
    4. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste, vom Zählwert des dritten Zählers abhängige Torschaltung (63), die das Vergleichssignal liefert, wenn der dritte Zähler den bestimmten Zählwert erreicht hat, eine zweite Torschaltung (61), die auf von der ersten Torschaltung gelieferte Ausgangssignale und auf das Signal des durchstimmbaren Oszillators anspricht, um den dritten Zähler während einer Zeitspanne, die mit dem ersten Eingangsimpuls beginnt und mit dem Auftreten des durch die erste Torschaltung gelieferten Vergleichssignals endet, mit dem Ausgang des durchstimmbaren Oszillators zu speisen.
    5. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, gekennzeichnet durch eine Digital-Umsetzereinrichtung (58), wobei die Übertragungsmittel (55) gleichzeitig den im zweiten Zähler (43) enthaltenen Zählwert, auf die Digital-Analog-Umsetzereinrichtung und das Komplement des im zweiten Zähler (43) enthaltenen halben Zählwertes auf den dritten Zähler (52) übertragen.
CH1095167A 1966-10-31 1967-08-03 Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit CH508883A (de)

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