DE10036732C2

DE10036732C2 - Vorrichtung zur Fliessgeschwindigkeitsmessung mit Ultraschall

Info

Publication number: DE10036732C2
Application number: DE10036732A
Authority: DE
Inventors: Sang-Yong Nam
Original assignee: Chang Min Tech Co; Chang Min Tech Co Ltd
Current assignee: Chang Min Tech Co; Chang Min Tech Co Ltd
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: RU2189602C2; KR100349504B1; CN1175250C; KR20010097550A; CN1320809A; DE10036732A1; US6435038B1; JP2001343266A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fließgeschwindig keitsmessung mit Ultraschall nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vor richtung zur Messung der Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit unter Verwendung eines Ultraschallstrahls. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung mit Ultraschall, die einen Ultraschallstrahl erzeugt oder emp fängt, dessen Frequenz gemäß einem PN-Code ("Pseudo Noise", Pseudorauschen) eines Diffusionsbandes ("diffusion band") einer Übergangsseite moduliert wird, und die eine Fließgeschwindig keit einer Rohrleitung oder eines offenen Schleusenkanals prä zise misst.

Es ist bekannt, einen Ultraschallflussmesser zu verwenden, wel cher einen Ultraschallstrahl benutzt, um eine Fließmenge einer großen Rohrleitung oder eines großen Flusses zu messen.

Der konventionelle Ultraschallflussmesser verwendet häufig ein Verfahren zum Messen einer Fließgeschwindigkeit unter Verwen dung einer Ultraschalllaufzeitdifferenz. Fig. 1 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem Ultraschallwandler bzw. Ultraschalltransducer 1 und 2 in einem konventionellen Ultraschallflussmesser voneinander getrennt installiert sind. Die Ultraschallwandler 1 und 2 erzeugen oder empfangen alternierend einen Ultraschall strahl und messen eine Fließgeschwindigkeit unter der Verwen dung der folgenden Gleichung (1).

V = Δt.C²/2.L.cosϕ = (L²/2d).[(t₂₁ - t₁₂)/(t₁₂.t₂₁)] [Gleichung 1]

Hier ist Δt gleich t₂₁ - t₁₂, und t₁₂ und t₂₁ sind die Zeiten, in welchen der Ultraschallstrahl in Fließrichtung unter einem Win kel ϕ oder entgegen der Fließrichtung übertragen wird. L ist ein Abstand zwischen zwei Ultraschallwandlern, d ist gleich L.cosϕ, und C ist eine Schallgeschwindigkeit in der Flüssig keit (weiter unten stattdessen Ultraschallübergangsgeschwindig keit genannt).

Das Verfahren zum Messen der Fließgeschwindigkeit unter Verwen dung der Differenz der Ultraschalllaufzeit gibt vorher eine vorbestimmte Konstante L²/2d ein und berechnet eine Zeitdiffe renz zwischen einer Zeit t₁₂ und einer Zeit t₂₁, wobei die Zeit t₁₂ gemessen wird, wenn der Ultraschallstrahl in einer Fließge schwindigkeitsrichtung emittiert wird, und wobei die Zeit t₂₁ gemessen wird, wenn der Ultraschallstrahl in einer zur Fließge schwindigkeitsrichtung der Zeit t₁₂ entgegengesetzten Richtung emittiert wird. Solch ein Verfahren zum Messen einer Fließge schwindigkeit ist Fachleuten durch das US-Patent Nr. 5,531,124 (2. Juli 1996) und das Japanische Patent Nr. 2676321 (26. Juli 1998) bekannt.

Wenn jedoch gemäß dem vorstehenden Verfahren des Standes der Technik der Abstand L zwischen den Ultraschallwandlern ver gleichsweise groß ist, wenn verschieden starke Wirbel oder Strudel in dem Flüssigkeitsfluss auftreten oder wenn sich die Suspensionskonzentration der Flüssigkeit und einer Temperatur verteilung in einem natürlichen Fluss ändern, pulsiert der Schalldruck eines Ultraschallstrahls an einem Ultraschallemp fangsort stark, da der Ultraschallstrahl gebrochen oder zer streut oder der Absorptionsdämpfungsfaktor wird geändert.

Wenn weiterhin selbst ein idealer Ultraschallstrahl mit einer kurzen Wellenlänge übertragen wird, so wird das Empfangssignal zu einem glockenförmigen Puls, da die höhere harmonische Kompo nente des Ultraschallstrahls stark gedämpft wird. Daher tritt gewöhnlich ein Empfangsfehler beim Erfassen des Zeitpunktes, zu dem der Ultraschallstrahl empfangen wird, auf, welcher einigen wenigen Perioden des Ultraschallstrahls entspricht, wobei die Fälle mit einem Empfangsfehler relativ häufig auftreten.

Um die Gestalt des empfangenen Pulses beim Senden und Empfangen des Ultraschallstrahls nicht zu stören, wird ein breitbandiger Verstärker verwendet, wobei jedoch Verschiedenartiges Rauschen verstärkt wird. Insbesondere verursacht dies eine Störung beim Messen der Ultraschallübertragungszeit aufgrund des Pulsrau schens.

Unter Berücksichtigung der obigen Probleme wird gemäß einem an deren Stand der Technik, wie er in dem US-Patent Nr. 6,012,338 offenbart und in Fig. 2 dargestellt ist, eine Ultraschalllauf zeit gemessen, indem ein frequenzmodulierter Ultraschallstrahl emittiert oder empfangen und so eine Fließgeschwindigkeit er halten wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Frequenzmodulationsoszilla tor 3 mit einem Wandlerschaltteil bzw. Transducerschaltteil 14 über einen Ausgangsverstärker 6 verbunden. Ein Ultraschallwand lerpaar 1 und 2 ist mit dem Wandlerschaltteil 14 verbunden. Der Ultraschallmodulationsoszillator 3, welcher mit einem Eingangs anschluss des Ausgangsverstärkers 6 verbunden ist, gibt sukzes sive eine Oszillationsfrequenz f aus, wenn keine Pulseingabe von einem monostabilen Multivibrator 4 ("one-shot multivibra tor") vorliegt, und gibt eine Frequenz f₀ (in Fig. 3c gezeigt) aus, welche gemäß einem kurzen Puls (in Fig. 3b gezeigt) modu liert wird, welcher von dem monostabilen Multivibrator 4 durch einen langen Impuls (in Fig. 3a gezeigt) erzeugt wird, welcher von einem Steuerungsrechteckpulsoszillator 5 mit einer vorgege benen Periode erzeugt wird.

Die Frequenzen f und f₀, welche von dem Frequenzmodulationsos zillator 3 erzeugt werden, gehen durch den Ausgangsverstärker 6, und sie werden in den Wandlerschaltteil 14 eingegeben. Der Wandlerschaltteil 14 gibt die verstärkten Frequenzen f und f₀ in den Ultraschallsender 1 ein. Der Ultraschallsender 1 emit tiert sukzessive die Oszillationsfrequenz f und eine frequenz modulierte Frequenz f₀, wie es in Fig. 3d gezeigt ist. Der Ul traschallempfänger 2, welcher an einem niedrigeren Ort bezüg lich des Ultraschallsenders 1 installiert ist, empfängt die Os zillationsfrequenz f und die frequenzmodulierte Frequenz f₀.

Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal des Ausgangsver stärkers 6 zu einem Frequenzdiskriminator 9 über einen Abschwä cher 13 und den Ausgangsschaltteil 8 gesendet. Der Frequenzdis kriminator 9 erzeugt eine Ausgangsspannung (in Fig. 3e gezeigt) während einer Zeitdauer der Frequenz f₀. Die Ausgangsspannung aus Fig. 3e wird zu einem Rechteckpuls durch einen Pulsformteil 10 geändert, wie es in Fig. 3f gezeigt ist. Ein Zeitintervall messteil 11 beginnt eine Zähloperation von einem Zeitpunkt, zu welchem ein Rechteckimpuls empfangen wird. Hiernach, zu dem Zeitpunkt einer hinteren Impulsflanke, werden ein Ausgangs schaltteil 8 und der Wandlerschaltteil 14 gemäß einer Steuerung des Steuerungsrechteckpulsoszillators 5 geschaltet. Ein Aus gangssignal (in Fig. 3g gezeigt) des Empfangsverstärkers 7 wird in den Frequenzdiskriminator 9 eingegeben, und eine Ausgangs spannung (in Fig. 3h gezeigt) wird durch den Impulsformteil 10 zu einem Rechteckimpuls (in Fig. 3i gezeigt) geändert und dann zu dem Zeitintervallmessteil 11 gesendet. Zu diesem Zeitpunkt, beendet der Zeitintervallmessteil 11 eine Zähloperation. Zu sätzlich gibt die Zeitintervallmessvorrichtung die gezählte Ul traschalllaufzeit t₁₂ an eine arithmetische Logikverarbeitungs einheit 12 für die Fließgeschwindigkeit.

Danach sendet der Wandlerschaltteil 14 ein Ausgangssignal des Ausgangsverstärkers 6 zu dem Ultraschallempfänger 2 durch eine Steuerung des Steuerungsrechteckpulsoszillators 5 und emittiert den Ultraschallstrahl mit einer modulierten Frequenz des Ultra schallsenders 1. Durch die vorgenannten Betriebsschritte wird eine Ultraschalllaufzeit t₂₁ gemessen. Die arithmetische Logik verarbeitungseinheit 12 für die Fließgeschwindigkeit empfängt eine Zeit t₂₁ für eine entgegengesetzten Richtung als für die Zeit t₁₂ von dem Zeitintervallmessteil 11 und berechnet eine Fließgeschwindigkeit unter Verwendung der obigen Gleichung (1).

Das vorgenannte US-Patent Nr. 6,012,338 des Standes der Technik misst eine Ultraschalllaufzeit durch Erfassen eines Zeitpunk tes, zu welchem eine Frequenz eines Empfangssignals geändert wird, und misst diese somit selbst unter der Bedingung, dass ein Schalldruck des Ultraschallstrahls pulsiert wird.

Jedoch wird der Ultraschallstrahl, welcher von dem Ultraschall sender 1 erzeugt wird, von einer Oberfläche oder einer Unter seite reflektiert und zu dem Ultraschallempfänger 2 nach einer Verzögerung gesendet, so dass es schwierig ist, den genauen Frequenzmodulationszeitpunkt zu erfassen. Mit anderen Worten wird der Ultraschallstrahl zu dem Ultraschallempfänger 2 über mehrere Wege gesendet, wie Fig. 4 zeigt, wenn der Ultraschall sender 1 einen Ultraschallstrahl zu dem Ultraschallempfänger 2 emittiert. Beispielsweise hat der Ultraschallstrahl über die Wege 1 bis 3, P1, P2 und P3, eine vorbestimmte Phasendifferenz (in Fig. 5a-5c gezeigt) entsprechend einer Wegdifferenz. Zu diesem Zeitpunkt, wie es in Fig. 5d gezeigt ist, liegen viele Ausgangsspannungen Vo1, Vo2 und Vo3 im Frequenzdiskriminator 9 vor. Aufgrund von Vo1, Vo2 und Vo3 an der Empfangsseite wird der Zeitpunkt, zu welchem eine Oszillationsfrequenz f zu einer frequenzmodulierten Frequenz f₀ geändert wird, nicht genau nachgewiesen, wodurch ein Messfehler verursacht wird.

Beispielsweise unter der Bedingung, dass der Abstand L zwischen zwei Ultraschallwandlern 1 und 2 sehr klein ist (z. B. 0,05 m), die Fließgeschwindigkeit V sehr klein ist (z. B. 0,1 m/s) und die Schallgeschwindigkeit C etwa 1500 m/s beträgt, hat die Ul traschalllaufzeit Δt einen Wert von 3,14.10^-9 s, sofern ein Messfehler ausgeschlossen wird. Wenn die Ultraschalllaufzeit Δt innerhalb eines gestatteten Fehlerbereiches von 1% mit ho her Präzision gemessen wird, sollte der absolute Fehler der ge messenen Laufzeitdifferenzen einen Wert von 3.10^-11 s nicht überschreiten. Unter diesen Bedingungen hinsichtlich eines ab soluten Fehlers wird die Messvorrichtung für die Laufzeit kom pliziert. Die Vorrichtung zum Erfassen und Empfangen des Zeitpunktes des modulierten Ultraschallpulses soll jedoch ein sehr stabiles und präzises System sein, wodurch die Kosten des her gestellten Produktes steigen.

Zusätzlich liegen für die Fließgeschwindigkeit in einem ge krümmten Bereich große Abweichungen für die Messung der Fließ geschwindigkeit bei unterschiedlichen Messorten vor, so dass mehrere Ultraschallwandler installiert werden sollten, um die Ultraschalllaufzeitdifferenz zu messen. Wenn jedoch nur zwei Wandler verwendet werden, wie gemäß dem obigen Stand der Tech nik, wird der Messfehler der Fließgeschwindigkeit größer, so dass eine präzise Messoperation nicht erreicht werden kann.

Aus der DE 38 79 852 T2 ist eine Vorrichtung zur Fließgeschwin digkeitsmessung mit Ultraschall bekannt, bei der ein Paar Ul traschallwandler stromaufwärts und stromabwärts eines Fluid durchgangs angeordnet sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird mit Hilfe eines Modusselektors aus mehreren PN-Code- modulierten Ultraschallsignalen ein Ultraschallsignal ausge wählt, das für die Flüssigkeit, deren Fließgeschwindigkeit ge messen werden soll, besonders geeignet ist. Anschließend wird dieses PN-codierte Ultraschallsignal an einen der Ultraschall wandler geleitet, der ein entsprechendes Ultraschallsignal er zeugt, welches von dem zweiten Ultraschallwandler erfasst und als Empfangssignal einer Steuerung zugeführt wird. Das Emp fangssignal wird anschließend mit dem Ultraschallsignal korre liert und in einem aufwändigen Analyseverfahren die Ultra schalllaufzeitdifferenz rechnerisch ermittelt, auf deren Basis anschließend die Fließgeschwindigkeit errechnet wird. Des Wei teren ist aus dieser Druckschrift eine Vorrichtung bekannt, bei der mehrere Paare von Ultraschallwandlern für die Messung der Fließgeschwindigkeit in unterschiedlichen Strömungsabschnitten verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zur Fließgeschwindigkeitsmessung mit Ultraschall anzuge ben, bei der die Fließgeschwindigkeit mit vergleichsweise ge ringem rechnerischen Aufwand mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Ferner löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung mit den Merkmalen nach An spruch 2.

Die vorliegende Erfindung ist mit dem Bestreben entstanden, die obigen Probleme zu lösen und eine Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall zur Verfügung zu stellen, welche eine Laufzeit unter der Bedingung misst, dass eine Syn chronisation eines Ultraschallsignals, welches eine modulierte Frequenz durch PN-Code (Pseudorauschen ("pseudo noise")) eines Diffusionsbandes an einer Sendeseite aufweist, an einer Emp fangsseite gesperrt ist, wobei ein übermäßiger Messfehler ver hindert wird, welcher einen gestatteten Fehlerbereich über schreitet.

Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung zur Verfügung, bei welcher ei ne Sendeseite und eine Empfangsseite denselben PN-Code benut zen, wobei somit die Empfangsseite ihr eigenes Ultraschallmodu lationssignal empfängt, selbst wenn mehrere Ultraschallwandler paare verwendet werden.

Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung, bei welcher eine Mehrzahl von Ul traschallwandlern an mehreren Positionen installiert ist, wobei die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit in einem gekrümmten Bereich genau gemessen wird.

Weitere Gegenstände und andere Vorteile der vorliegenden Erfin dung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich:

Fig. 1 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem Ultraschallwand ler in einem konventionellen Ultraschallflussmesser so installiert sind, dass sie voneinander getrennt sind;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 veranschaulicht jeweils eine Pulswellenform von jedem Teil aus Fig. 2;

Fig. 4 veranschaulicht einen Ultraschallsendeweg zwischen den Ultraschallwandlern in Fig. 2;

Fig. 5 veranschaulicht eine Ausgangsspannung eines Frequenz diskriminators aus Fig. 2;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 veranschaulicht jeweils eine Pulswellenform von jedem Teil aus Fig. 6;

Fig. 8 veranschaulicht eine Pulswellenform zum Erläutern einer Operation eines Signalsynchronisationsteils aus Fig. 6;

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall gemäß einer zwei ten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 10 veranschaulicht eine durchschnittliche Fließgeschwin digkeit in einem gekrümmten Fluiddurchgang;

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall gemäß einer drit ten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung; und

Fig. 12 veranschaulicht ein Installationsbeispiel der Ultra schallwandlers aus Fig. 11.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, enthält die Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung:
einen Sendeteil 10 zum Erzeugen eines Ultraschallsignals mit einer modulierten Frequenz gemäß einem PN-Code eines Diffusi onsbandes;
einen Wandlerschaltteil bzw. Transducerschaltteil 20 zum alter nierenden Zuführen eines Ausgangssignals des Sendeteils 10 zu einem Paar von Ultraschallwandlern bzw. Ultraschalltransducern 21 und 22 und zum Ausgeben des empfangenen Signals der Ultra schallwandler 21 und 22;
einen Sendeteil 30 zum Demodulieren eines Ausgangssignals des Wandlerschaltteils 20 und um dieses zu erfassen;
einen Signalsynchronisationsteil 40 für eine Verbindung mit ei nem Ausgangsanschluss des Empfangsteils 30 und zum Sperren ei ner Synchronisation eines erfassten Signals;
einen Zeitintervallmessteil 50 zum Zählen einer Ultra schalllaufzeit unter der Bedingung, dass in dem Signalsynchro nisationsteil 40 eine Signalsynchronisation gesperrt ist und zum Konvertieren eines gezählten Wertes zu Daten; und
eine Steuerung 60 zum Steuern einer Schaltoperation des Wand lerschaltteils 20, um die Ultrasschallwandler 21 und 22 zum al ternierenden Emittieren oder Empfangen eines Ultraschallmodula tionssignals zu veranlassen, zum Empfangen von Ausgangsdaten des Zeitintervallmessteils 50 und zum Berechnen einer Fließge schwindigkeit.

Die Steuerung 60 ist mit einem Eingabeteil 70 und einem Ausga beteil 80 verbunden. Der Eingabeteil 70 bestimmt durch einen Benutzer einen Anfangswert für die Berechnung einer Fließge schwindigkeit. Er ist gewöhnlich mit einer Tastatur versehen. Der Ausgabeteil 80 zeigt eine berechnete Fließgeschwindigkeit durch die Steuerung 60 an. Er weist eine Anzeigevorrichtung auf, wie zum Beispiel eine LCD-Anzeige mit sieben Segmenten.

Die Ultraschallwandler 21 und 22 werden separat an einer Rohr leitung oder einem offenen Schleusenkanal installiert. Der Ul traschallwandler 21 ist stromaufwärts einer Flüssigkeitspassage bzw. Fluiddurchganges installiert. Der Ultraschallwandler 22 ist stromabwärts einer Flüssigkeitspassage installiert.

Der Sendeteil 10 umfasst einen sendenden PN-Codegenerator 11, einen Frequenzmodulator 12 und einen Ausgangsverstärker 13. Der sendende PN-Codegenerator 11 enthält einen Oszillator, um darin ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Periode zu erzeugen, und gibt simultan zu der periodischen Ausgabe eines Startsignals START zu dem Zeitintervallmessteil 50 sukzessive einen PN-Code eines Streuspektrums gemäß dem Taktsignal des Oszillators aus. Unter dem PN-Code versteht man eine Pulsserie, bei welcher Si gnalserien mit einer vorbestimmten Periode wiederholt werden, welche von einer Pulsbreite mit hohem Niveau und einer Puls breite mit niedrigem Niveau bestimmt sind. Der Frequenzmodula tor 12 gibt eine erste Frequenz f1 in einer Periode aus, bei der ein hohes Niveau des PN-Code aufrechterhalten wird, und er gibt eine zweite Frequenz (f2 = f1 + Δf) in einer Periode aus, in der ein PN-Code mit einem niedrigen Niveau aufrechterhalten wird.

Der Ausgangsverstärker 13 verstärkt die modulierten ersten und zweiten Frequenzen f1 und f2 mit einem vorbestimmten Niveau und gibt diese an den Wandlerschaltteil 20 aus.

Durch den Wandlerschaltteil 20 sendet der stromaufwärts posi tionierte Ultraschallwandler 21 die modulierten ersten und zweiten Frequenzen f1 und f2 zu dem stromabwärts positionierten Ultraschallwandler 22. Andererseits sendet der stromabwärts po sitionierte Ultraschallwandler 22 die modulierten ersten und zweiten Frequenzen f1 und f2 zu dem stromaufwärts positionier ten Ultraschallwandler. Eine solche Schaltoperation des Wand lerschaltteils 20 wird durch ein Schaltsteuersignal UP/DOWN der Steuerung 60 erreicht.

Der Empfangsteil 30 umfasst einen Empfangsverstärker 31, einen Frequenzdemodulator 32 und einen Signalerfassungsteil 33. Der Empfangsverstärker 31 empfängt über den Wandlerschaltteil 20 ein schwaches Signal, welches von einem der Ultraschallwandler 21 und 22 empfangen wurde, und verstärkt das schwache Eingangs signal mit einem vorbestimmten Verstärkungsniveau. Der Fre quenzdemodulator 32 demoduliert das Eingangssignal, welches mit dem vorbestimmten Niveau verstärkt wurde, und gibt ein demodu liertes Signal aus. Der Signalerfassungsteil 33 weist einen Zeitpunkt nach, zu welchem eine demodulierte Signalserie iden tisch zu einer PN-Codesignalserie ist, welche von dem sendenden PN-Codegenerator 11 erzeugt wurde. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Signalerfassungsteil 33 simultan sowohl ein Freigabesignal ENABLE als auch die PN-Codesignalserie an den Signalsynchroni sationsteil 40 aus.

Der Signalsynchronisationsteil 40 umfasst einen ersten und ei nen zweiten Synthesizer 41 und 42, einen ersten und einen zwei ten Tiefpassfilter (nachfolgend mit LPF = Low Pass Filter abge kürzt) LPF 43 und LPF 44, einen Differentialverstärker 45, ein Schleifenfilter 46, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 47 und einen empfangenden PN-Codegenerator 48. Der erste und der zweite Synthesizer 41 und 42 sind jeweils mit einem Aus gangsanschluss des Signalerfassungsteils 33 und einem Ausgangs anschluss des empfangenden PN-Codegenerators 48 verbunden. Der erste Synthesizer 41 synthetisiert ein Ausgangssignal des Si gnalerfassungsteils 33 mit demselben Serien-PN-Code (dessen Phase um eine vorbestimmte Periode vorauseilt), welcher von dem empfangenden PN-Codegenerator 48 erzeugt wird, und er erzeugt ein synthetisiertes Signal. Der zweite Synthesizer 42 syntheti siert ein Ausgangssignal des Signalerfassungsteils 33 mit dem selben Serien-PN-Code (dessen Phase um eine vorbestimmte Peri ode nacheilt), und er erzeugt ein synthetisiertes Signal. Der erste und der zweite LPF 43 und 44 sind mit den Ausgangsan schlüssen des ersten und des zweiten Synthesizer 41 und 42 ver bunden und entfernen unnötige Hochfrequenzkomponenten, welche durch die Synthesizeroperation beigemischt werden. Der Diffe rentialverstärker 45 führt eine Differentialverstärkung propor tional zu einer Signaldifferenz zwischen einem Gleichstromkom ponenten-Spannungssignal Vdc1, welches von dem ersten LPF 43 gefiltert ist, und einem Gleichstromkomponenten-Spannungssignal Vdc2 aus, welches von dem zweiten LPF 44 gefiltert ist, und er zeugt eine Steuerungsspannung Vc zum Steuern des VCO 47. Das Schleifenfilter 46 entfernt Rauschen, welches einer differenti ell verstärkten Steuerspannung Vc von dem Differentialverstär ker 45 beigemischt ist. Der VCO 47 verändert eine Bezugsfre quenz fr gemäß einer Steuerungsspannung Vc' ohne Rauschen. Nach dem Empfang des Freigabesignals ENABLE von dem Signalerfas sungsteil 33 erzeugt der empfangende PN-Codegenerator 48 ent sprechend einer Bezugsfrequenz fr des VCO 47 denselben Serien- PN-Code wie eine Ausgangssignalserie des sendenden PN-Codege nerators 11. Danach erzeugt der empfangende PN-Codegenerator 48 einen PN-Code, dessen Phase um eine vorbestimmte Periode des ersten Synthesizer vorauseilt, sowie einen PN-Code, dessen Pha se um eine vorbestimmte Periode des zweiten Synthesizer nach eilt.

Der PN-Code, welcher dem ersten Synthesizer 41 von dem empfan genden PN-Codegenerator 48 gesendet wird, wird so eingegeben, dass er schneller ist als ein Empfangssignalserien-PN-Code, welcher von dem Signalerfassungsteil 31 an den ersten Synthesi zer 41 gesendet wird, wobei er um eine vorbestimmte Zeit schneller ist als der Empfangssignalserien-PN-Code. Zur selben Zeit wird ein PN-Code, welcher von dem empfangenden PN- Codegenerator 48 dem zweiten Synthesizer 42 eingegeben wird, von dem Signalerfassungsteil 33 erzeugt, wobei er dem Empfangs signalserien-PN-Code um eine vorbestimmte Periode nacheilt, welcher dem zweiten Synthesizer 42 eingegeben wird. Wenn daher eine Signalsynchronisation gesperrt bzw. verriegelt ist, gibt der empfangende PN-Codegenerator 48 ein Vervollständigungs signal STOP an den Zeitintervallmessteil 50 aus.

Unter der Bedingung, dass die Signalsynchronisation verriegelt ist, zählt der Zeitintervallmessteil 50 eine Ultraschalllauf zeit von einem Zeitpunkt des Empfangens des Startsignals START des sendenden PN-Codegenerators 11 bis zu einem anderen Zeit punkt des Empfangens des Vervollständigungssignals STOP des empfangenden PN-Codegenerators 48.

Der Zeitintervallmessteil 50 konvertiert den gezählten Wert in Daten (data) und gibt die Daten an die Steuerung 60 aus.

Die Steuerung 60 empfängt vorher Anfangswerte, wie zum Beispiel einen direkten Abstand d und einen Abstand L zwischen den bei den Ultraschallwandlern 21 und 22, speichert die Anfangswerte und berechnet eine Fließgeschwindigkeit V durch Einsetzen der Ausgangsdaten (d. h. der Ultraschalllaufzeit) des Zeitintervall messteils 25 in die folgende Gleichung (2).

V = (L²/2d).[(t_ba - t_ab)/t_ba.t_ab)] [Gleichung 2]

Hier ist t_ab eine Ultraschalllaufzeit, welche gemessen wird, wenn der Ultraschallwandler 21 einen Ultraschallstrahl zu dem Ultraschallwandler 22 sendet. Bei t_ba handelt es sich um eine Ultraschalllaufzeit, welche gemessen wird, wenn der Ultra schallwandler 22 einen Ultraschallstrahl zu dem Ultraschall wandler 21 sendet.

Die Steuerung 60 gibt ein Rechenergebnis an den Ausgabeteil 80 aus. Entsprechend zeigt der Ausgabeteil 80 eine Fließgeschwin digkeit V auf einer Anzeigevorrichtung durch Verwendung einer Zahl oder eines Zeichens.

Nachfolgend werden die Operationen der Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall beschrieben.

Jeder Teil der Vorrichtung wird mit Energie versorgt und der Anwender gibt einen Leitbefehl in das Eingabeteil 70 ein. Ent sprechend gibt die Steuerung 60 ein erstes Schaltsignal UP an den Wandlerschaltteil 20 aus. Der Wandlerschaltteil 20, welcher das erste Schaltsignal UP empfängt, verbindet den Ultraschall wandler 21 mit einem Ausgabeanschluss des Sendeteils 10 und verbindet gleichzeitig den Ultraschallwandler 22 mit einem Ein gabeanschluss des Empfangsteils 30.

Der sendende PN-Codegenerator 11 gibt einen PN-Code (in Fig. 7a gezeigt) einer Signalserie, welche sowohl ein Signal mit hohem Niveau als auch ein Signal mit niedrigem Niveau aufweist, entsprechend einem Taktsignal einer vorbestimmten Periode Tc, wo bei das Taktsignal von einem inneren Oszillator des PN-Codege nerators 11 erzeugt wird, an den Frequenzmodulator 12 und den Signalerfassungsteil 33 aus. Hierzu gleichzeitig erzeugt der sendende PN-Codegenerator 11 wiederholt ein Startsignal (in Fig. 7b gezeigt) zu einer vorbestimmten Periode Ta. Der Fre quenzmodulator 12 erzeugt eine vorbestimmte erste Frequenz f1 während einer Periodendauer eines PN-Code mit hohem Niveau, und erzeugt eine vorbestimmte zweite Frequenz (f2 = f1 + Δf, in Fig. 7C gezeigt) während einer Periodendauer eines PN-Code mit niedrigem Niveau. Der Ausgangsverstärker 13 verstärkt das Ul traschallsignal mit einer modulierten Frequenz mit einem vorbe stimmten Niveau und gibt dann das verstärkte Ultraschallsignal aus. Das Ultraschallmodulationssignal wird dem Ultraschallwand ler 21 über den Wandlerschaltteil 20 zugeführt, wodurch der Ul traschallwandler 21 ein moduliertes Ultraschallsignal zu dem Ultraschallwandler 22 sendet.

Das von dem Ultraschallwandler 22 empfangene Signal wird durch den Wandlerschaltteil 20 in den Empfangsverstärker 31 eingege ben. Der Empfangsverstärker 31 verstärkt das empfangene, schwa che Ultraschallmodulationssignal mit einem vorbestimmten Niveau und gibt das verstärkte Signal (in Fig. 7d gezeigt) an den Fre quenzdemodulator 32 aus. Der Frequenzdemodulator 32 demoduliert das verstärkte empfangene Signal und gibt das demodulierte Si gnal (in Fig. 7e gezeigt) an den Signalerfassungsteil 33 aus. Der Signalerfassungsteil 33 weist einen Zeitpunkt nach, zu wel chem eine demodulierte Signalserie identisch zu einer Signalse rie des PN-Code ist, welche von dem sendenden PN-Codegenerator 11 erzeugt wurde. Während eines anfänglichen Übergangszustandes sind beide Signalserien nicht zueinander identisch. Nach einer vorbestimmten Zeit (t) sind beide Signalserien identisch zueinander. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Signalerfassungsteil 33 so wohl ein Freigabesignal ENABLE, welches zu einem Signal mit ho hem Niveau zu dem Erfassungszeitpunkt des Signalerfassungsteils 33 geändert wird, als auch einen Ausgabe-PN-Code (in Fig. 7g gezeigt) des sendenden PN-Codegenerators 11 an den Signalsyn chronisationsteil 40 aus.

Der empfangende PN-Codegenerator 48 empfängt das Freigabesignal ENABLE und gibt in den ersten Synthesizer 41 einen PN-Code ein, welcher eine andere Phase entsprechend der von dem VCO 47 er zeugten Bezugsfrequenz fr aufweist, wobei der PN-Code mit einer anderen Phase eine verglichen mit dem PN-Code aus Fig. 7g vor auseilende Phase hat. Zur selben Zeit gibt der empfangende PN- Codegenerator 48 einen anderen PN-Code an den zweiten Synthesi zer 42, welcher eine verglichen mit dem PN-Code aus Fig. 7g nacheilende Phase aufweist.

Der erste und der zweite Synthesizer 41 und 42 synthetisieren untereinander die beiden eingegebenen PN-Codes und geben die synthetisierten Signale (in den Fig. 8(k1) und 8(l1) gezeigt) an den ersten und den zweiten LPF 43 und 44 aus. Der erste und der zweite LPF 43 und 44 entfernen unnötige Hochfrequenzkompo nenten und geben Ausgangsgleichstromkomponenten-Spannungssig nale Vdc1 und Vdc2 an den Differentialverstärker 45 aus. Der Differentialverstärker 45 gibt eine Steuerspannung Vc propor tional zu einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Span nungssignalen Vdc1 und Vdc2 an ein Schleifenfilter 46 aus. Das Schleifenfilter 46 gibt eine Steuerspannung Vc' an den VCO 47 aus, wobei das gemischte Rauschen entfernt wird. Während der VCO 47 die Bezugsfrequenz fr ausgibt, verändert der VCO 47 die Bezugsfrequenz fr entsprechend einer Eingabesteuerspannung Vc' von dem Schleifenfilter 46 und gibt eine veränderte Frequenz an den empfangenden PN-Codegenerator 48 aus. Entsprechend verän dert der empfangende PN-Codegenerator 48 eine Phase des PN- Code, welcher dem ersten und dem zweiten Synthesizer 41 und 42 eingegeben wird.

Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Phase des PN-Code, welcher dem ersten Synthesizer 41 eingegeben wird, verglichen mit dem Aus gabe-PN-Code (in Fig. 7g gezeigt) des Signalerfassungsteils 33 um eine vorbestimmte Periode Tc/2 führt (in Fig. 7h gezeigt), und die Phase des PN-Code, welcher dem zweiten Synthesizer 42 eingegeben wird, verglichen mit dem Ausgabe-PN-Code (in Fig. 7i gezeigt) des Signalerfassungsteils 33 um die vorbestimmte Peri ode Tc/2 nacheilt, also (in Fig. 7i gezeigt), wenn der PN-Code von Fig. 7g an eine Mittelposition plaziert ist, verriegelt der Signalsynchronisationsteil 40 die Signalsynchronisation und er fasst dann ein Empfangssignal. Wenn eine Periode unter dem Sig nalverriegelungszustand abläuft, gibt der empfangende PN- Codegenerator 48 ein Vervollständigungssignal STOP an den Zei tintervallmessteil 50 aus. Unter dem Verriegelungszustand zählt der Zeitintervallmessteil 50 eine Ultraschalllaufzeit t_ab wäh rend einer Zeitperiode von einem Zeitpunkt des Empfangens des Startsignals START (von dem sendenden PN-Codegenerator 11) bis zu einem anderen Zeitpunkt des Empfangens des Vervollständi gungssignals STOP (von dem empfangenden PN-Codegenerator 48).

Daraufhin gibt die Steuerung 60 ein zweites Schaltsignal DOWN an den Wandlerschaltteil 20 aus. Dadurch verbindet der Wandler schaltteil 20 den Ultraschallwandler 22 mit dem Ausgangsan schluss des Sendeteils 10 und den Ultraschallwandler 21 mit ei nem Eingangsanschluss des Empfangsteils 30. Daraufhin wird ein Ultraschallsignal mit einer modulierten Frequenz gemäß einem PN-Code eines Streuspektrums durch den Ultraschallwandler 22 an den Ultraschallwandler 21 übertragen. Das von dem Ultraschall wandler 21 empfangene Signal wird demoduliert und in dem Emp fangsteil 30 erfasst. Der Zeitintervallmessteil 50 zählt eine Ultraschalllaufzeit t_ba während einer Zeitperiode von einem Zeitpunkt des Empfangens des Startsignals START (von dem sen denden PN-Codegenerator 11) bis zu einem anderen Zeitpunkt des Empfangens des Vervollständigungssignals STOP (von dem empfan genden PN-Codegenerator 48).

Wenn jedoch die PN-Codes (in den Fig. 7h und 7i gezeigt), wel che dem ersten und dem zweiten Synthesizer 41 und 42 eingegeben werden, von der vorbestimmten Periode Tc/2 abweichen (d. h. ein anfänglicher Übergangszustand), wird eine Ausgabebezugsfrequenz fr des VCO 47 gemäß einer Steuerspannung Vc verändert, welche von dem Differentialverstärker 45 durch eine Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen des ersten und zweiten LPF 43 und 44 verstärkt wurde. Als ein Ergebnis verändert der empfan gende PN-Codegenerator 48 jede Phase der PN-Codes, welche dem ersten und dem zweiten Synthesizer 41 und 42 eingegeben werden. Es gibt zwei Arten von veränderten Phasen von PN-Codes, d. h. eine zweite Signalart (in Fig. 8II gezeigt), welche verglichen mit der ersten Signalart (in Fig. 8I gezeigt) um eine vorbe stimmte Periode Tc/4 vorauseilt und eine dritte Signalart (in Fig. 8III gezeigt), welche verglichen mit der ersten Signalart aus Fig. 8I um eine vorbestimmte Periode Tc/4 nacheilt, wobei eine Signalsynchronisation verriegelt wird. Wenn die Bezugspha se eine Abweichung aufweist, wie bei der zweiten und dritten Signalart, wird die Bezugsfrequenz fr des VCO 47 durch eine Steuerspannung Vc von dem Differentialverstärker 45 variiert. Als ein Ergebnis verändert der empfangende PN-Codegenerator 48 eine Phase des PN-Code, welcher dem ersten und dem zweiten Syn thesizer 41 und 42 eingegeben wird. Schließlich werden die Phasen des ersten und des zweiten Synthesizer 41 und 42 zu der er sten Signalart I geändert.

In der Zwischenzeit verwenden der sendende PN-Codegenerator 11 und der empfangende PN-Codegenerator 48 dieselben Signalserien- PN-Codes. Eine Periode Ta eines solchen PN-Code wird sorgfältig gemäß einem Abstand zwischen den Ultraschallwandlern 21 und 22 gesetzt. Wenn die Installationspositionen der Ultraschallwand lern 21 und 22 geändert werden, muss die Periode Ta verglichen mit der Ultraschalllaufzeit kürzer sein, indem aus vielen Si gnalserien-PN-Codes ein PN-Code mit einer anderen Periode aus gewählt und verwendet wird. Dieser Fall wird nun mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall gemäß einer zweiten be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bauteile, die denen in Fig. 6 entsprechen, werden im Folgenden nicht be schrieben.

Der sendende PN-Codegenerator 11 und der empfangende PN-Codege nerator 48, die in Fig. 9 gezeigt sind, haben eine andere Si gnalserie mit einer anderen Periode (3 + n Bit) zusätzlich zu ei ner Signalserie mit einer vorbestimmten Periode (Ta; 3 Bit), wie die von den in Fig. 8 gezeigten PN-Codegeneratoren, und können mehrere Oszillatoren und Flip-Flops aufweisen.

Wenn der Anwender einen Signalseriensetzbefehl zum Verändern einer Signalserie des PN-Code unter Verwendung des Eingabeteils 70 eingibt, gibt die Steuerung 60 Signalserienauswahlsignale Sa und Sb an den sendenden PN-Codegenerator 11 und den empfangenden PN-Codegenerator 48 gemäß dem vom Nutzer ausgewählten Be fehl aus.

Der sendende PN-Codegenerator 11 gibt einen PN-Code einer Si gnalserie aus, welche von dem Signalserienauswahlsignal Sa von der Steuerung 11 ausgewählt wurde. Der empfangende PN-Codege nerator 48 gibt einen PN-Code aus einer Signalserie aus, welche von dem Signalserienauswahlsignal Sb von der Steuerung 60 aus gewählt wurde. Natürlich sollte eine Ausgabesignalserie des sendenden PN-Codegenerators 11 identisch zu derjenigen des emp fangenden PN-Codegenerators 48 sein.

Dagegen tritt eine beträchtliche Abweichung in einem gekrümmten Flüssigkeitspassage in Abhängigkeit von der Höhe auf. Da bei spielsweise ein Fließen einer Flüssigkeit in einer geraden Flüssigkeitspassage konstant ist, sind die Fließgeschwindigkeit in einem unteren Teil der Flüssigkeitspassage und die Fließge schwindigkeit in einem oberen Teil der Flüssigkeitspassage re lativ gleichförmig, wie es in Fig. 10 (V1) gezeigt ist. In ei ner gekrümmten Flüssigkeitspassage unterscheiden sich jedoch die Fließgeschwindigkeit in einem unteren Teil der Flüssigkeit spassage und die Fließgeschwindigkeit in einem oberen Teil der Flüssigkeitspassage voneinander, wie es in Fig. 10 (V2 und V3) gezeigt ist. Entsprechend werden mehrere Ultraschallwandler stromaufwärts und stromabwärts in entsprechender Höhe an der Flüssigkeitspassage montiert, wobei eine Ultraschalllaufzeit an jeder Stromposition gemessen, eine durchschnittliche Ultra schalllaufzeit über die Ultraschalllaufzeiten berechnet und hierdurch die Fließgeschwindigkeit gemessen wird. Dies wird mit Bezug auf Fig. 11 beschrieben.

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fließge schwindigkeitsmessung mit Ultraschall gemäß einer dritten be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch Verwendung von Fig. 11 kann eine Fließgeschwindigkeit an jeder Installationsposition gemessen werden. Bauteile, die denen in Fig. 6 entsprechend, werden nachfolgend nicht beschrieben.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, haben eine erste Satzeinheit S1 bis zu einer n-ten Satzeinheit Sn jeweils eine Mehrzahl von Ultra schallwandlern [(t₁₁, t₂₁) . . . (t_1n, t_2n)], welche an unterschied lichen Positionen an der oberen und der unteren Stromseite in stalliert sind. Zusätzlich haben die erste Satzeinheit S1 bis zur n-ten Satzeinheit Sn gemeinsam einen Sendeteil 10, einen Wandlerschaltteil 20, einen Empfangsteil 30, den Signalsynchro nisationsteil 40 und den Zeitintervallmessteil 50. Die erste Satzeinheit S1 bis zur n-ten Satzeinheit Sn messen eine Lauf zeit unter Verwendung eines Ultraschallstrahls mit einer modu lierten Frequenz gemäß PN-Codes mit unterschiedlichen Signalse rien. Daher verwendet jeder der Mehrzahl von Wandlern [(t₁₁, t₂₁) . . . (t_1n, t_2n)] seinen eigenen Signalserien-PN-Code, welcher je dem Wandler zugeordnet ist, wobei das Messen einer Laufzeit in einem verriegelten Zustand der Synchronisation des Empfangs signals gemessen wird.

Die Steuerung 90 ist gemeinsam an den Ausgangsanschlüssen der ersten Satzeinheit S1 bis zur n-ten Satzeinheit Sn angeschlos sen. Die Steuerung 90 empfängt die Ausgangsdaten der Zeitinter vallmessteile 50 der ersten Satzeinheit S1 bis zur n-ten Sat zeinheit Sn, berechnet eine Fließgeschwindigkeit an verschiede nen Positionen, berechnet einen Durchschnittswert über die be rechneten Fließgeschwindigkeitswerte und erhält eine durch schnittliche Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Die Ausgangsdaten des Zeitintervallmessteils 50 bedeuten eine Ultra schalllaufzeit von einem Punkt stromaufwärts zu einem Punkt stromabwärts und eine Ultraschalllaufzeit von einem Punkt stromabwärts zu einem Punkt stromaufwärts. Wie Beispiel in Fig. 12 gezeigt ist, sind fünf Paare von Ultraschallwandlern (t₁₁, t₂₁) (t₁₂, t₂₂) (t₁₃, t₂₃) (t₁₄, t₂₄) (t₁₅, t₂₅) stromaufwärts und strom abwärts auf verschiedenen Höhen der Flüssigkeitspassage instal liert. Durch die Steuerung der Steuerung 90 emittieren oder empfangen die Mehrzahl der Ultraschallwandler frequenzmodulier te Ultraschallstrahlen zur selben Zeit, eine Ultraschalllauf zeit wird gezählt, um eine durchschnittliche Ultraschalllauf zeit zu erhalten, um so eine Fließgeschwindigkeit an verschie denen Installationspositionen messen zu können.

Wie oben beschrieben emittieren oder empfangen in der Vorrich tung zur Fließgeschwindigkeitsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Paar von Ultraschallwandler eines Sendeteils al ternierend den Ultraschallstrahl durch Verwendung eines Ultra schallstrahls mit einer ersten Frequenz, welche gemäß einem PN- Code moduliert ist. Eine Ultraschalllaufzeitdifferenz wird in einem Verriegelungszustand einer Signalsynchronisation gezählt, wodurch eine Fließgeschwindigkeit gemessen wird. Daher misst die Vorrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung mit Ultra schall präzise eine Ultraschalllaufzeit innerhalb eines gestat teten Fehlerbereiches.

Wenn die Installationspositionen der Ultraschallwandler der oberen und der unteren Stromseite bewegt werden, kann eine Ul traschalllaufzeit präzise gemessen werden, indem ein anderer Signalserien-PN-Code verwendet wird, ohne dass eine elektroni sche Komponente und ein Programm geändert werden muss.

Wenn eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern so installiert sind, dass sie einander zugewandt, entsprechend einem Abstand von der Unterseite einer Flüssigkeitspassage angeordnet sind, und PN- Codes mit unterschiedlichen Signalserien zu den Sende- und Emp fangsteilen gesetzt werden, welche mit den Ultraschallwandlern verbunden sind, misst die vorliegende Erfindung eine Fließge schwindigkeit an jeder Position durch Emittieren oder Empfangen eines Ultraschallstrahls zur selben Zeit und kann so die durch schnittliche Fließgeschwindigkeit bestimmen. Als Ergebnis misst die vorliegende Erfindung präzise Durchschnittswerte einer Fließgeschwindigkeit, welche entsprechend der Höhe in einer ge krümmten Flüssigkeitspassage variabel ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Fliessgeschwindigkeitsmessung mit Ul traschall durch Ermitteln der Ultraschallaufzeitdiffe renz zwischen einem stromaufwärts und einem stromab wärts eines Fluiddurchgangs installierten Ultraschall wandler (21, 22), mit:
einem Sendeteil (10) zum Erzeugen eines Ultraschall signals mit einer entsprechend einem PN-Code eines Diffusionsbandes modulierten Frequenz, wobei der Sen deteil (10) einen mit einem ein Taktsignal vorbe stimmter Periode (Tc) erzeugenden Oszillator ausge statteten PN-Codegenerator (11), welcher entsprechend dem Taktsignal des Oszillators den durch eine Puls breite mit hohem Niveau und durch eine Pulsbreite mit niedrigem Niveau bestimmten PN-Code erzeugt, einen Frequenzmodulator (12) sowie einen Ausgangsverstärker (13) aufweist,
einem Wandlerschaltteil (20) zum alternierenden Zu führen des Ultraschallsignals von dem Sendeteil (10) zu den Ultraschallwandlern (21, 22) sowie zum Schal ten der beiden Ultraschallwandler (21, 22) zwischen einem Sende- und einem Empfangsbetrieb,
einem Empfangsteil (30), der einen Empfangsverstärker (31), einen Frequenzdemodulator (32) zum Demodulieren eines Ausgangssignals des Wandlerschaltteils (20) so wie einen Signalerfassungsteil (33) aufweist, welcher einen Zeitpunkt bestimmt, bei dem eine demodulierte Signalserie zu einer vom PN-Codegenerator (11) gesen deten PN-Codesignalserie identisch ist,
einem Zeitintervallmessteil (50) zum Messen der Ultra schalllaufzeit zwischen den Ultraschallwandlern (21, 22) und
einer Steuerung (60) zum Steuern der Schaltoperatio nen des Wandlerschaltteils (20) und zum Berechnen der Fließgeschwindigkeit auf Grundlage der von dem Zeit intervallmessteil (50) gemessenen Ultraschalllaufzei ten,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Synchronisationsteil (40) vorgesehen ist, der einen ersten und einen zweiten Synthesizer (41, 42), einen ersten und einen zweiten Tiefpassfilter (43, 44), einen Differentialverstärker (45), einen Schleifenfilter (46), einen spannungsgesteuerten Os zillator (47) sowie einen empfangenden PN-Codegenera tor (48) aufweist,
dass der empfangende PN-Codegenerator (48) bei einer Freigabe durch den Signalerfassungsteil (33) densel ben PN-Code erzeugt wie der das Ausgangssignal sen dende PN-Codegenerator (11), wobei zur Synchronisa tion des Empfangssignals mit dem Ausgangssignal ent sprechend der Steuerfrequenz (fr) des spannungsge steuerten Oszillators (47) durch den empfangenden PN- Codegenerator (48) ein in seiner Phase dem PN-Code des sendenden PN-Codegenerators vorauseilender PN-Co de erzeugbar und dem ersten Synthesizer (41) zuführ bar sowie ein in seiner Phase dem PN-Code des senden den PN-Codegenerators (11) nacheilender PN-Code er zeugbar und dem zweiten Synthesizer (42) zuführbar ist,
dass der Synchronisationsteil (40) die Synchronisa tion sperrt, sobald die Synchronisation abgeschlossen ist, und
dass der Zeitintervallmessteil (50) erst bei gesperr ter Synchronisation die Ultraschalllaufzeiten zwischen den Ultraschallwandlern (21, 22) misst.

2. Vorrichtung zur Fliessgeschwindigkeitsmessung mit Ul traschall, mit
mehreren Satzeinheiten (S1, Sn) zum Emittieren und Empfangen von Ultraschallstrahlen mit entsprechend unterschiedlichen PN-Codes modulierten Frequenzen sowie zum Messen von Ultraschalllaufzeiten und
einer Steuerung (90) zum Erzeugen eines Signalaus wahlsignals für die Satzeinheiten (S1, Sn) zur Aus wahl eines PN-Codes aus einer Vielzahl von PN-Codesi gnalserien, zum Sammeln der von den Satzeinheiten (S1, Sn) gemessenen Ultraschalllaufzeiten sowie zum Berechnen einer durchschnittlichen Fließgeschwindig keit,
wobei jede Satzeinheit (S1, Sn) ausgestattet ist mit
mehreren Ultraschallwandlern (t11, t21; t1n, t2n), welche einander zugewandt an unterschiedlichen Posi tionen stromaufwärts und stromabwärts eines Fluid durchgangs angeordnet sind,
einem Sendeteil (10) zum Auswählen eines PN-Codes aus der Vielzahl von PN-Codesignalserien entsprechend dem Signalauswahlsignal der Steuerung (90) und zum Erzeu gen eines Ultraschallsignals mit einer entsprechend dem ausgewählten PN-Code modulierten Frequenz, wobei der Sendeteil (10) einen mit einem ein Taktsignal vorbestimmter Periode (Tc) erzeugenden Oszillator ausgestatteten PN-Codegenerator (11), welcher ent sprechend dem Taktsignal des Oszillators den durch eine Pulsbreite mit hohem Niveau und durch eine Puls breite mit niedrigem Niveau bestimmten PN-Code er zeugt, einen Frequenzmodulator (12) sowie einen Aus gangsverstärker (13) aufweist,
einem Wandlerschaltteil (20) zum alternierenden Zuführen des Ultraschallsignals von dem Sendeteil (10) zu einem Paar der Ultraschallwandler (t12, t21; t1n, t2n) sowie zum Schalten der beiden Ultraschall wandler (t11, t21; t1n, t2n) zwischen einem Sende- und einem Empfangsbetrieb,
einem Empfangsteil (30), der einen Empfangsverstärker (31), einen Frequenzdemodulator (32) zum Demodulieren eines Ausgangssignals des Wandlerschaltteils (20) so wie einen Signalerfassungsteil (33) aufweist, welcher einen Zeitpunkt bestimmt, bei dem eine demodulierte Signalserie zu einer vom PN-Codegenerator (11) gesen deten PN-Codesignalserie identisch ist, und
einem Zeitintervallmessteil (50) zum Messen der Ultra schalllaufzeit zwischen den Ultraschallwandlern (t11, t21; t1n, t2n),
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Satzeinheit (S1, Sn) einen Synchronisations teil (40) aufweist,
dass das Synchronisationsteil (40) einen ersten und einen zweiten Synthesizer (41, 42), einen ersten und einen zweiten Tiefpassfilter (43, 44), einen Diffe rentialverstärker (45), einen Schleifenfilter (46), einen spannungsgesteuerten Oszillator (47) sowie ei nen empfangenden PN-Codegenerator (48) aufweist,
dass der empfangende PN-Codegenerator (48) bei einer Freigabe durch den Signalerfassungsteil (33) densel ben PN-Code erzeugt wie der das Ausgangssignal sen dende PN-Codegenerator (11), wobei zur Synchronisa tion des Empfangssignals mit dem Ausgangssignal ent sprechend der Steuerfrequenz (fr) des spannungsge steuerten Oszillators (47) durch den empfangenden PN- Codegenerator (48) ein in seiner Phase dem PN-Code des sendenden PN-Codegenerators vorauseilender PN-Co de erzeugbar und dem ersten Synthesizer (41) zuführbar sowie ein in seiner Phase dem PN-Code des senden den PN-Codegenerators (11) nacheilender PN-Code er zeugbar und dem zweiten Synthesizer (42) zuführbar ist,
dass der Synchronisationsteil (40) die Synchronisa tion sperrt, sobald die Synchronisation abgeschlossen ist, und
dass der Zeitintervallmessteil (50) erst bei gesperr ter Synchronisation die Ultraschalllaufzeiten zwischen den Ultraschallwandlern (t1, t21; t1n, t2n) misst.