DE2316437A1 - DEVICE FOR DISPLAYING THE SPEED OF A FLOW - Google Patents
DEVICE FOR DISPLAYING THE SPEED OF A FLOWInfo
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Description
2 3 1 6 A 3 7 ΚδΙη IOÄ'31, Ej5»n 203622 3 1 6 A 3 7 ΚδΙη IOÄ'31, Ej5 »n 20362
(RhW.)(RhW.)
73 025 Kü/Sch 2. April 1973 73 025 Kü / Sch April 2, 1973
TTNIiDED KINGDOM AOJOMIO ENERGY AUTHORITY, 11, Charles II Street,TTNIiDED KINGDOM AOJOMIO ENERGY AUTHORITY, 11, Charles II Street,
London, S.W.1 (England)London, S.W.1 (England)
I1Ur diese Anmeldung werden die Prioritäten der britischen Patentanmeldung Nr. 15554/72 vom 4. April 1972 und derjenigen vom 29. März 1973 in Anspruch genommen.I 1 The priorities of British patent application No. 15554/72 of April 4, 1972 and that of March 29, 1973 are claimed for this application.
mittelströmungmiddle flow
Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zum Anzeigen der Geschwindigkeit einer Strömungsmittelströmung durch "Vergleich der Laufzeiten von Druckwellenimpulsen, die in entgegengesetzten Richtungen über einen vorbestimmten Weg im Strömungsmittel übertragen werden.The invention relates to devices for displaying the Velocity of a fluid flow by "comparing the transit times of pressure wave pulses occurring in opposite Directions are transmitted over a predetermined path in the fluid.
Durch die Erfindung wird ein Gerät für die Messung der Geschwindigkeit oder einer Komponente der Geschwindigkeit einer Strömungsmittelströmung geschaffen, das sich zusammensetzt aus ersten und zweiten Einheiten, die im Abstand vonein-The invention provides a device for measuring the speed or a component of the speed a fluid flow created, which is composed of first and second units, which are spaced apart
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ander angeordnet sind und Druckwellenimpulse aussenden und empfangen, welche über einen Weg durch das Strömungsmittel hindurch in der Richtung zurücklegen, in welcher die Geschwindigkeitskomponente zu messen ist, aus Variabelfrequenz-Oszillatoreinrichtungen, aus einer Einrichtung, welche dafür sorgt, daß die Druckwellenimpulse von der ersten Einheit nach der zweiten Einheit und, separat, von der zweiten Einheit nach der ersten Einheit übertragen werden, aus Steuereinrichtungen zum Steuern der Frequenz der Variabelfrequenz-Oszillatoreinrichtung zum Erzeugen einer Anzahl SL von Schwingungen oder Impulsen in einer ersten Zeitdauer, welche derjenigen entspricht, die eine Druckwelle auf ihrem Weg von der ersten Einheit nach der zweiten Einheit braucht, und einer Anzahl N2 von Schwingungen oder Impulsen in einer zweiten Zeitdauer, die derjenigen entspricht, welche eine Druckwelle auf ihrem Weg von der zweiten Einheit nach der ersten Einheit braucht, sowie aus einem Komparator zum Anzeigen der Frequenzdifferenz zwischen den Schwingungen oder Impulsen, die in der ersten Zeitdauer erzeugt werden, und den Schwingungen oder Impulsen, die in der zweiten Zeitdauer erzeugt werden.are arranged on the other and emit pressure wave pulses and which travel a path through the fluid in the direction in which the velocity component is to be measured, from variable frequency oscillator devices, from a device which for this ensures that the pressure wave pulses from the first unit to the second unit and, separately, from the second unit to the first unit are transmitted from control means for controlling the frequency of the variable frequency oscillator means to generate a number SL of oscillations or pulses in a first period of time which corresponds to that which a pressure wave needs on its way from the first unit to the second unit, and a number N2 of Vibrations or pulses in a second period of time, that of those corresponds to which a pressure wave needs on its way from the second unit to the first unit, as well as from a comparator for displaying the frequency difference between the vibrations or pulses occurring in the first period of time and the vibrations or pulses generated in the second period.
Vorzugsweise ist EL = N2 = N.Preferably EL = N 2 = N.
Durch die Erfindung wird außerdem ein Gerät für die Messung der Geschwindigkeit oder einer Geschwindigkeitskomponente einer Strömungsmittelströmung geschaffen, welches sich zusammensetzt aus ersten und zweiten, voneinander auf Abstand angeordneten Einheiten, die je Druckwellenimpulse aussenden und empfangen, welche über einen Weg durch das Strömungsmittel hindurch in der Richtung zurücklegen, in welcher die Geschwindigkeitskomponente zu messen ist, aus einem ersten und einem zweiten Variabelfrequenz-Oszillator, aus einer Einrichtung, die Druekwelleniinpulse von der ersten Einheit nach der zweiten Einheit übertragen läßt, aus einer ersten Steuereinrichtung zum Steuern-.der Frequenz des ersten Variabelfrequenz-Oszillators, derart, daß er eine Anzahl IL von Schwingungen ©,d©p .-Impulsen in der Zeit-SOS 841 /0946 ·The invention also provides a device for measuring the speed or a speed component of a fluid flow, which is composed of first and second, spaced apart units, which each transmit and receive pressure wave pulses, which via a path through the fluid in the Cover the direction in which the speed component is to be measured, from a first and a second variable frequency oscillator, from a device that transmits pressure wave pulses from the first unit to the second unit, from a first control device for controlling the frequency of the first Variable frequency oscillator, in such a way that it generates a number IL of oscillations ©, d © p. Pulses in time-SOS 841/0946 ·
dauer erzeugt, die eine Druckwelle auf ihrem Weg von der ersten Einheit nach der zweiten Einheit "braucht, aus einer Einrichtung, die Druckwellenimpulse von der zweiten Einheit nach der ersten Einheit übertragen läßt, aus einer zweiten Steuereinrichtung zum Steuern der !Frequenz. des zweiten Variabelfrequenz-Oszillators, derart, daß dieser eine Anzahl Np von Schwingungen oder Impulsen in der Zeitdauer erzeugt, die von einer Druckwelle auf ihrem Weg von der zweiten Einheit nach der ersten Einheit gebraucht wird, sowie aus einem Komparator zum Anzeigen der Frequenzdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Variabelfrequenz-Oszillator. Wiederum ist vorzugsweise L=L= N.duration generated, which a pressure wave on its way from the first unit to the second unit "needs, from a device, the pressure wave pulses can be transmitted from the second unit to the first unit, from a second control device to the Controlling the! Frequency. the second variable frequency oscillator, such that this is a number Np of oscillations or pulses generated in the time taken by a pressure wave on its way from the second unit to the first unit as well as a comparator for displaying the frequency difference between the first and second variable frequency oscillators. Again, preferably L = L = N.
Zweckmäßig umfaßt jede Steuereinrichtung eine Vorrichtung, die feststellt, ob die N-te Schwingung (oder Impuls) ihres zugeordneten Variabelfrequenz-Oszillators vor oder nach einem Signal erscheint, welches das Ende der entsprechenden Zeitdauer anzeigt, sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals für entsprechendes ^nehmen oder Zunehmen der Frequenz des Variabelfrequenz-Oszillators, und zwar je nachdem, ob die N-te Schwingung (oder Impuls) vor oder nach diesem Signal erscheint, welches das Ende der entsprechenden Zeitdauer anzeigt.Each control device expediently comprises a device which determines whether the Nth oscillation (or pulse) of its associated variable frequency oscillator appears before or after a signal which indicates the end of the corresponding period of time indicates, and a device for generating an error signal for corresponding ^ take or increase in frequency of the variable frequency oscillator, depending on whether the Nth oscillation (or pulse) appears before or after this signal, which indicates the end of the corresponding time period.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Steuereinrichtung in der Weise wirksam, daß sie die Frequenz ihres Variabelfrequenz-Oszillators sich um einen eingestellten Betrag ändern läßt. So kann es etliche Zeitspannen in Anspruch nehmen, bevor eine Koinzidenz zwischen dem Erscheinen eines Vorganges und der Vollendung von N Schwingungen oder Impulsen erreicht wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das Gerät somit die Tendenz hat, kleine Änderungen in den Zeitspannen zwischen aufeinanderfolgenden Vorgängen auszumitteln, und schnellen weitläufigen Änderungen in der Zeitdauer nicht folgen kann.In one embodiment of the invention, each is a controller effective in such a way that it changes the frequency of its variable frequency oscillator by a set amount can change. It can take a long time before there is a coincidence between the appearance of a Process and the completion of N oscillations or pulses is achieved. It should be noted that the device thus tends to average out small changes in the time spans between successive events, and rapid cannot follow extensive changes in the duration.
Wenn eine weitläufige Abweichung beim anfänglichen Aufbau vorliegt, so kann es bei dieser Anordnung eine unannehmbarWith this arrangement, if there is a large variation in the initial setup, it may be an unacceptable one
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lange Zeit dauern, bis eine Annäherung an die Koinzidenz erfolgt. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, kann eine Einrichtung zum vorübergehenden·Einregeln der Stärke der Frequenzänderung bei jeder Betätigung der Steuervorrichtung vorgesehen werden. Erfolgt eine Annäherung an die Koinzidenz, so wird das Gerät in seine normale Einstellung zurückgebracht, wie sie betriebsmäßig vorgesehen ist, damit sich die gewünschte Auflösung ergibt.take a long time to approximate the coincidence he follows. To overcome this difficulty, a Device for the temporary · adjustment of the strength of the Frequency change with each actuation of the control device are provided. If the coincidence is approached, the device is returned to its normal setting, as it is operationally provided so that the desired Resolution results.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigtThe invention will now be described with reference to the drawing, which shows it by way of example
iig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform, Iig. 3 ein Blockschaltbild in größeren Einzelheiten einesiig. 1 is a block diagram of an embodiment, 2 shows a block diagram of a further embodiment, Iig. 3 is a block diagram in greater detail of a
Teils der Konstruktion nach Fig. 1, Fig. 4 verschiedene Wellenformen zur Veranschaulichung der relativen Zeitga.be verschiedener Vorgänge oderPart of the construction according to Fig. 1, Fig. 4 different waveforms to illustrate the relative timings of different processes or
Operationen, während
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Abänderungsform der
Konstruktion nach Fig. 1 wiedergibt.Operations while
FIG. 5 shows a block diagram of a modification of the construction of FIG.
In der britischen Patentschrift 1 285 175 ist ein Strömungsmesser beschrieben, der eine Ausgangsfrequenz aufweist, die proportional der Strömungsmittelgeschwindigkeit ist. Diese Ausgangsfrequenz ist die Differenzfrequenz f d von "Stromaufwärts"- und "Stromabwärts"-"sing-around"-Impulsketten. Mit "sing-around"-Impulsketten sind Impulszüge gemeint, die durch Wiederauslösen des Übertragers erzeugt werden, wenn ein Impuls durch den Empfänger empfangen wird.In British Patent 1,285,175 there is a flow meter having an output frequency proportional to the fluid velocity. This output frequency is the difference frequency f d from "Upstream" and "downstream" "sing-around" pulse trains. With "sing-around" pulse trains are meant pulse trains that be generated by retriggering the transmitter when a pulse is received by the receiver.
Die Frequenz der "Stromaufwärts"- ^ Q_yThe frequency of the "upstream" - ^ Q_y
Impulskette f^ ■ ΪΓ~ » LPulse chain f ^ ■ ΪΓ ~ »L
Die Frequenz der "Stromabwärts"- ^ ο VThe frequency of the "downstream" - ^ ο V
Impulskette .. ^p" *2 "Pulse chain .. ^ p "* 2"
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wobei V = Geschwindigkeit des Strömungsmittels C «. Geschwindigkeit des Tons im Strömungsmittel L » Abstand zwischen den Übertragern t* » "Stromaufwärts"-Laufzeit - d.h. Zeit derwhere V = velocity of the fluid C «. Speed of the sound in the fluid L »distance between the transmitters t * » "upstream" transit time - ie time of
Übertragung von Impulsen vom ÜbertragerTransmission of pulses from the transformer
bzw. Sender zum Empfänger tg - MStromabwärts"-Laufzeit,or transmitter to receiver tg - M downstream "transit time,
woraus folgtFrom which follows
2V f d - f 1 rv/ f 2 » L2V fd - f 1 rv / f 2 »L
Die Ausgabezeit für einen derartigen Strömungsmesser ist die Zeit, die erforderlich ist, um f, bis zur erforderlichen Genauigkeit zu messen. Die langen Zeiten, die für diese Ausgabe bzw. für dieses Auslesen für geringe Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, können in einigen Anwendungsfällen einen Nachteil bedeuten.The output time for such a flow meter is the time it takes from f to the required Measure accuracy. The long times required for this output or for this readout for low flow velocities may be required in some use cases mean a disadvantage.
Die Konstruktionen des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung schaffen verbesserte Strömungsmesser, bei denen vervielfachende Variabelfrequenz-Oszillatoren verwendet werden, wodurch ein viel schnelleres Herauslesen bzw. eine viel schnellere Ausgabe erzielt werden kann.The constructions of the apparatus of the present invention provide improved flow meters which employ variable frequency multiplying oscillators which can provide much faster readout or output.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Bestandteile eines Strömungsmessers dargestellt.In Fig. 1 are the essential components of a flow meter shown.
Der Ausgang dieses Strömungsmessers ist die Differenzfrequenz von zwei spannungsgesteuerten Variabelfrequenz-Oszillator en VFO1 und VF02, deren Frequenzen genau auf U χ ^- undThe output of this flow meter is the differential frequency of two voltage controlled variable frequency oscillators en VFO1 and VF02, whose frequencies exactly to U χ ^ - and
N χ r— durch Steuerschaltungen eingestellt werden, weiche t„ mit -C2 1N χ r— can be set by control circuits, soft t “with -C 2 1
*VF01' *VF02 3^η^ ^-e Zeitspannen der beiden gesteuerten Oszillatoren.* VF01 '* VF02 3 ^ η ^ ^ - e time spans of the two controlled oscillators.
Die Ausgangefrequenz ist proportional der Strömungsmittelgeschwindigkeit. 3 0 9841/0946 The output frequency is proportional to the fluid velocity . 3 0 9841/0946
fd = fVF01 ~ fVF02 = *<[~*2 = L f d = f VF01 ~ f VF02 = * <[~ * 2 = L
Für eine ähnliche Wassergeschwindigkeit und Übertrager-Beabstandung führt diese Methode zu einer Ausgangsfrequenz, die proportional einer Wassergeschwindigkeit von N mal derjenigen des in der britischen Patentschrift 1 285 175 beschriebenen Verfahrens ist, so daß ein Herauslesen im jp fachen der Zeit erfolgen kann. N kann jede zweckmäßige Zahl sein, beispielsweise 100 oder 1000.For similar water speed and transmitter spacing this method results in an output frequency that is proportional to a water speed of N times that of the method described in British Patent 1,285,175, so that a reading out in the jp times the Time can be done. N can be any convenient number, for example 100 or 1000.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden die Übertrager nicht so eingerichtet, daß sie ein "sing-around" erzeugen, der Sender wird nicht durch einen empfangenen Impuls erneut getriggert, sondern durch einen Impuls von einem Hauptoszillator 11, dessen Schwingungsperiode größer als t. oder tp ist. In the arrangement according to FIG. 1, the transmitters are not set up in such a way that they generate a "sing-around", the transmitter is not retriggered by a received pulse, but by a pulse from a main oscillator 11 whose oscillation period is greater than t. or tp is.
Die Geschwindigkeitsauflösung dieses Strömungsmessers wird, in Grenzen, festgelegt bzw. bestimmt durch die kleinste Zeitdifferenz, die zwischen t^ und Nty^Q, oder zwischen t^ und aufgelöst werden kann.The speed resolution of this flow meter is, within limits, determined or determined by the smallest time difference between t ^ and Nty ^ Q, or between t ^ and can be resolved.
•Elektromechanische Ultraschall-Übertrager 1 und 2 sind auf Abstand voneinander so angeordnet, daß sie Druckwellenimpulse durch das Strömungsmittel hindurch entlang der Richtung übertragen, in welcher die Geschwindigkeitskomponente gemessen werden soll.• Electromechanical ultrasonic transducers 1 and 2 are spaced apart so as to transmit pressure wave pulses through the fluid along the direction in which the velocity component should be measured.
Es erscheint zweckmäßig, die Tätigkeit der Anordnung nach Fig. 1 für die eine Übertragungsrichtung zu beschreiben, wobei die entgegengesetzte Richtung.atm lieh ist. -It seems appropriate to carry out the activity according to the order Fig. 1 for the one transmission direction to describe, the opposite direction atm is borrowed. -
Der Hauptoszillator 11 liefert eine Kette von/."Start"= Impulsen, deren Periode zweckmäßig etwa 10 % oder 20 %■ langerThe main oscillator 11 supplies a chain of /. "Start" = pulses, the period of which is expediently about 10 % or 20 % longer
als L ist,
üas L is
ü
wobei Ii der Abstand zwischen den Übertragern 1 und 2 und C die Tongeschwindigkeit im Strömungsmittelwhere Ii is the distance between transformers 1 and 2 and C is the velocity of the sound in the fluid
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Jeder "Starf'-Impuls ermöglicht einen Triggerimpuls nach dem Übertrager 1 über eine Antriebsschaltung ΤΣΛ, sobald der nächste Impuls vom Oszillator VE1OI nach diesem "Starf'-Impuls erscheint. Der resultierende Ultraschallimpuls vom Übertrager 1 pflanzt sich durch das Strömungsmittel hindurch nach dem übertrager 2 fort.Each "Starf" impulse enables a trigger impulse after the transmitter 1 via a drive circuit ΤΣΛ as soon as the next impulse from the oscillator VE 1 OI appears after this "Starf" impulse. The resulting ultrasonic pulse from the transmitter 1 is propagated through the fluid to the transmitter 2.
Eine logische 1-Schaltung vergleicht die Laufzeit des empfangenen Impulses vom Übertrager 2 über einen Verstärker BX1 mit der Zeit, wo der K-te Impuls vom Oszillator VE1OI erscheint. In Abhängigkeit davon, ob der empfangene Impuls vor oder nach dem N-ten VF01-Impuls erscheint, wird eine Steuer-1-Schaltung veranlaßt, eine kleine Änderung in der Steuerspannung zum Oszillator VF01 vorzunehmen, um dessen Frequenz jeweils zu erhöhen oder zu erniedrigen. Nach einer Anzahl von Übertragungen wird der N-te VF01-Impuls in Zeitübereinstimmung mit dem empfangenen Impuls sein, so daßA logic 1 circuit compares the transit time of the received pulse from the transmitter 2 via an amplifier BX1 with the time when the K-th pulse from the oscillator VE 1 OI appears. Depending on whether the received pulse appears before or after the Nth VF01 pulse, a control 1 circuit is caused to make a small change in the control voltage to the oscillator VF01 in order to increase or decrease its frequency in each case. After a number of transmissions, the Nth VF01 pulse will be in time with the received pulse so that
1_ L1_ L
fVFOi " Kxti ^t1 - Ü-V") ist, f VFOi " Kxt i ^ t 1 - Ü-V") is,
worin t„j die Zeit ist, die der ültraschallimpuls auf seinem Weg zwischen den Übertragern braucht.where t "j is the time that the ultrasonic pulse its way between the transformers.
Ähnliche Übertragungen werden in der entgegengesetzten Richtung vom Übertrager 2 nach dem Übertrager 1 durchgeführt, um eine VF02-Frequenz von ίγρΟ2 = Wx:fet2 = TOT^ ZU erhalten*Similar transmissions are made in the opposite direction from transmitter 2 to transmitter 1 to get a VF02 frequency of ίγρ Ο 2 = Wx: fe t 2 = TOT ^ TO *
Die Einzelteile für diesen Vorgang sind gleich den entsprechenden, oben beschriebenen Einzelteilen mit Bezugszeichen versehen, jedoch unter Verwendung der Indexziffer 2 anstelle der Indexziffer 1.The individual parts for this process are the same as the corresponding, Individual parts described above are provided with reference numerals, but using the index number 2 instead the index number 1.
Eine Differenzfrequenzschaltung 12 liefert einen Ausgang, dessen Frequenz proportional der Geschwindigkeit des Strömungs-A differential frequency circuit 12 provides an output whose frequency is proportional to the speed of the flow
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mittels zwischen den Übertragern ist.means is between the transformers.
2NV
fVF01 ~ fVF02 = "ΊΓ2NV
f VF01 ~ f VF02 = "ΊΓ
Ein Abtaster 13 erzeugt einen Impuls, der jedem Startimpuls nach einer festgelegten Zeitverzögerung folgt, die durch eine Verzögerungsschaltung 14 eingestellt wird. Die Abtastperiode ist so eingerichtet, daß sie die erwartete Ankunftszeit eines empfangenen Impulses umfaßt. Wenn kein empfangener Impuls in dieser Abtastzeit infolge eines Hindernisses im Strömungsmittelweg ankommt, so wird dies durch die logische Schaltung als ein Fehlerzustand erkannt, und keine Änderung in der VFO-■ Steuerspannung wird vorgenommen. Eine vorübergehende Behinderung oder Störung, die nur wenige Übertragungen beeinträchtigt, kann zugelassen werden. Eine permanente Störung wird erkannt und das Herauslesen gesperrt.A scanner 13 generates a pulse that follows each start pulse after a fixed time delay, which is followed by a delay circuit 14 is set. The sampling period is set up to be the expected time of arrival of a received pulse. If no received pulse arrives in this sampling time due to an obstacle in the fluid path, then this is indicated by the logic circuit recognized as an error condition, and no change in the VFO ■ Control voltage is applied. A temporary obstruction or disruption that affects only a few transmissions, can be admitted. A permanent malfunction is recognized and reading out is blocked.
Fig. 3 zeigt einige Teile der Fig. 1 in größerer Einzelheit. Wieder wird der Vorgang nur in der einen Übertragungs-Fig. 3 shows some parts of Fig. 1 in greater detail. Again, the process is only carried out in one transfer
richtung betrachtet. Die VFO-Frequenz muß genau Nx^-- sein, wobei ty. die Zeit ist, die ein Ultraschallimpuls auf seinem Weg von dem sendenden Übertrager nach dem empfangenden Übertrager braucht.considered direction. The VFO frequency must be exactly Nx ^ -, where ty. is the time it takes for an ultrasonic pulse to travel from the sending transmitter to the receiving transmitter.
Der sendende Übertrager wird in Zeitübereinstimmung mit einem VFO-Impuls getriggert, und ein Vergleich wird durchgeführt zwischen der Zeit bis zu den N-ten VFO-Impulsen und der Zeit, die verstreicht, bevor ein Impuls am empfangenden Übertrager empfangen wird. Jede Differenz zwischen diesen Zeiten erzeugt eine Fehlerspannung, welche die VFO-Frequenz steuert. Nach einer ausreichenden Anzahl von Übertragungen.wird eine Zeitübereinstimmung zwischen dem N-ten VFO- und dem empfangenen Impuls erzielt, d.h. fyjin ist genau gleich N χ t—.The sending transmitter will be in time coincidence with triggered by a VFO pulse and a comparison is made between the time to the Nth VFO pulses and the time which elapses before a pulse is received at the receiving transmitter. Any difference between these times is generated an error voltage that controls the VFO frequency. After a sufficient number of transmissions. There will be a time match between the Nth VFO and the received pulse, i.e. fyjin is exactly equal to N χ t-.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist der Vorgang folgender:Referring to Figure 3, the process is as follows:
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Ein Startimpuls (in Fig. 3 mit RESET bezeichnet) vom Hauptoszillator 11 stellt Flipflop-Schaltungen 15 und 16 zurück, stellt den -r-N-Zähler 17 zurück und stellt den Start-Flipflop 18 zurück.A start pulse (labeled RESET in Fig. 3) from Main oscillator 11 resets flip-flop circuits 15 and 16, resets the -r-N counter 17 and sets the start flip-flop 18 back.
Am Ende des Rückstellimpulses fängt der -S^-N-Zähler 17 an zu zählen.At the end of the reset pulse, the -S ^ -N counter 17 begins to count on.
Wenn ein nächster VFO-Impuls (n = 1) dem -r-N-Zähler 17 zugeführt wird, so wird die "Start"-Flipflopschaltung 18 eingestellt, und deren Ausgang triggert den Senderantrieb TX, d.h. der Sendeübertrager wird in Zeitübereinstimmung mit einem VFO-Impuls getriggert bzw. angesteuert.When a next VFO pulse (n = 1) the -r-N counter 17 is supplied, the "start" flip-flop circuit 18 is set, and its output triggers the transmitter drive TX, i.e. the transmission transmitter is in time coincidence with a VFO pulse triggered or controlled.
Entweder kann der N-te VFO-Impuls (Ausgang vom -r-Zähler) die Flipflop-Schaltung 16 einstellen, oder der empfangene Impuls RX kann die Flipflop-Schaltung 15 einstellen, (je nachdem, welcher zuerst erscheint. Die erste Flipflop-Einstellung verhindert die andere.Either the Nth VFO pulse (output from the -r counter) set the flip-flop circuit 16, or the received Pulse RX can set the flip-flop circuit 15 (whichever appears first. The first flip-flop setting prevents the other.
Je nachdem, ob die Flipflop-Schaltung 16 oder die Flipflop-Schaltung 15 arbeitet, erfordert dann der VFO eine Steuerspannungszunahme, um jeweils seine Frequenz zu reduzieren oder zu erhöhen.Depending on whether the flip-flop circuit 16 or the flip-flop circuit 15 works, then the VFO requires a control voltage increase, to reduce or increase its frequency in each case.
Wenn die Flipflop-Schaltung 15 arbeitet, so wird dadurch eine monostabile Schaltung 19 getriggert, die über eine Pegel-Verschiebeschaltung 21 einen Eingangsstrom für einen Integrator 22 einschaltet, der seinen Ausgang um eine kleine positive Zunahme ändert. Diese Änderung in der VFO-Steuerspannung erhöht etwas die VFO-Frequenz.When the flip-flop circuit 15 operates, this triggers a monostable circuit 19, which is via a level shift circuit 21 turns on an input current for an integrator 22, which increases its output by a small positive Increase changes. This change in the VFO control voltage increases something the VFO frequency.
Wenn, andererseits, die Flipflop-Schaltung 16 arbeitet, dann liefert deren monostabile Schaltung 23 über eine Pegel-Verschiebeschaltung 24 einen Eingangsstrom von entgegengesetzter Polarität, um auf diese Weise den Integratorausgang um eine kleine negative Zunahme zu ändern und die VFO-Frequenz herabzusetzen. 309841 /0946On the other hand, when the flip-flop circuit 16 operates, its monostable circuit 23 supplies it through a level shift circuit 24 an input current of opposite polarity to in this way the integrator output to change a small negative increase and decrease the VFO frequency. 309841/0946
Nach einer Anzahl von Übertragungen wird die VFO-Frequenz sehr genau auf ΪΓ χ tT eingeregelt, und aufeinanderfolgende-Übertragungen erzeugen Fehler von entgegengesetzter Polarität, so daß die VFO-Frequenz abwechselnd etwas niedriger und höherAfter a number of transmissions, the VFO frequency is adjusted very precisely to ΪΓ χ tT, and subsequent transmissions produce errors of opposite polarity, so that the VFO frequency alternates slightly lower and higher
1 '1 '
als N χ τ— eingeregelt wird. 'is regulated as N χ τ—. '
Der Integrator 22 wird so eingestellt, daß er eine ausreichend kleine Zunahme ergibt, wenn er durch die Pegel-Verschiebeschaltung 21 oder die Pegel-Verschiebeschaltung 24 getriggert wird, um die beste Auflösung zu erzielen, die mit der erforderlichen Ansprechzeit und den anderen Fehlerquellen im System verträglich ist«, Solche kleinen Zunahmen können jedoch zu einer langen Verzögerung beim Erzielen einer Koinzidenz beim anfänglichen Aufbau führen, wenn anfänglich eine weitläufige Abweichung zwischen den Ankunftszeichen des empfangenen EX-Impulses und des "N-ten VFO'-Impulses vorliegt. Der Integrator 22 ist daher bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer manuell betätigbaren Steuerung für das Erhöhen der Größe der Zunahmen versehen, so daß eine angenäherte Koinzidenz schnell erzielt werden kann.The integrator 22 is set so that it has a sufficient small increase results when passing through the level shift circuit 21 or the level shift circuit 24 is triggered in order to achieve the best resolution that can be achieved with the required response time and the other sources of error in the system are compatible «, Such small increases can however, a long delay in achieving coincidence result in the initial setup if initially there is a widespread discrepancy between the arrival signs of the received EX pulse and the "Nth VFO 'pulse. The Integrator 22 is therefore in this embodiment with a manually operable control for increasing the size of the increases so that an approximate coincidence can be quickly achieved.
Die kleinste Zeitdifferenz-, die zwischen empfangenen EX- und "N-ten VF0"-Impulsen aufgelöst werden kann, beträgt etwa 6 Nanosekunden, und dies ergibt eine Geschwindigkeitsauflösung, die besser ist als die für die meisten Anwendungsfälle erforderliche. The smallest time difference between received EX- and "Nth VF0" pulses can be resolved is about 6 nanoseconds, and this gives a speed resolution that is better than that required for most applications.
Die tatsächlich erzielte Geschwindigkeitsauflösung ist immer besser als aus der Betrachtung des Zeitauflösungsver= mögens der Schaltung angedeutet. Selbst bei stillstehenden Strömungsmitteln oder sehr konstanten Strömungsgeschwindigkeiten gibt es stets Änderungen in den Übertragungsweiten des Ultraschalls um die mittlere Zeit herumo Obwohl diese Zeitänderungen zu einer größeren Schwingung der VFO-lrequenz" um den wahren Mittelwert herumführen als die ob©a "bescliriebenen abwechselnden positiven und negativen Fehler,, so.liegt- dochThe speed resolution actually achieved is always better than indicated from the consideration of the time resolution capability of the circuit. Even with stagnant fluids or very constant flow rates, there are always changes in the transmission distances of ultrasound to the average time around o Although this time changes "lead around the true mean than if © a" to greater vibration of the VFO lrequenz bescliriebenen alternating positive and negative error ,, so. it is
309 841/0 94 6309 841/0 94 6
die Durchschnitts-VFO-Frequenz dichter an diesem Mittel.the average VFO frequency closer to this mean.
Liegt ein Hindernis oder eine Störung zwischen den Übertragern vor und wird kein EX-Impuls empfangen, so erfolgt keine Korrektur der VFO-Frequenz. Dieses Hindernis bzw. diese Störung wird durch eine Fehlerschaltung (nicht dargestellt) erkannt, welche den Betrieb der Flipflop-Schaltung 16 sperrt. Der Integrator hat eine lange Abklingzeitkonstante, so daß eine kleine Anzahl von "Fehl"-Übertragungen einen vernachlässigbaren Fehler erzeugt. Eine Störung für mehr als ein paar Übertragungen wird durch die "Fehler"-Schaltung erkannt, und die Geschwindigkeitsablesung wird verhindert, bis der Fehler beseitigt ist.If there is an obstacle or a malfunction between the transmitters and no EX pulse is received, none will be issued Correction of the VFO frequency. This obstacle or this disturbance is recognized by a fault circuit (not shown), which blocks the operation of the flip-flop circuit 16. The integrator has a long decay time constant, so a small one Number of "miss" transmissions produced a negligible error. A glitch for more than a couple of transmissions is detected by the "fault" circuit, and the speed reading is prevented until the error is eliminated.
Fig. 2 zeigt eine andere Anordnung, bei welcher die Geschwindigkeitsauflösung auf Kosten der Ansprechzeit verbessert ist. Bei diesem Verfahren werden wiederum zwei spannungsgesteuerte Variabelfrequenz-Oszillatoren VFO1 und VF02 verwendet,Fig. 2 shows another arrangement in which the speed resolution is improved at the expense of response time. In this procedure, again, two are voltage controlled Variable frequency oscillators VFO1 and VF02 used,
wobei deren Frequenzen so gesteuert werden, daß sie N χ ττ—where their frequencies are controlled so that they N χ ττ—
1 11 1
und U χ "τ— sind, wobei jedoch die St euer spannung durch einen Vergleich zwischen Mt^ und MNty-^ und zwischen Mt2 und MNtyj^ erhalten wird. M bedeutet, wieviel mal jedem Kanal die Möglichkeit gegeben wird, ein "sing-around" nach jedem Hauptoszillator-Impuls durchzuführen. Die Periode dieses Oszillators muß größer als Mt. oder Mt~ sein. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeitsauflösung um einen Faktor M über das System (wie in Fig. 1) verbessert, wobei vervielfachende VFO's ohne "sing-around" verwendet werden. Durch entsprechende Wahl von M kann ohne weiteres ein zufriedenstellender Kompromiß zwischen der Geschwindigkeitsauflösung und der Ansprechzeit für jede gewählte Messung eingestellt werden.and U χ are "τ— , but the control voltage is obtained by comparing Mt ^ and MNty- ^ and between Mt 2 and MNtyj ^. M means how many times each channel is given the opportunity to have a" sing- " around "after each main oscillator pulse. The period of this oscillator must be greater than Mt. or Mt ~. In this way the speed resolution is improved by a factor of M over the system (as in FIG. 1), with multiplying VFO's without" sing-around "can be used. By selecting M accordingly, a satisfactory compromise between the speed resolution and the response time can easily be set for each selected measurement.
Wie bei Fig. 1 ist es zweckmäßig, den Betrieb für die eine Übertragungsrichtung zu beschreiben, wobei die entgegengesetzte Richtung ähnlich ist.As with Fig. 1, it is useful to describe the operation for one transmission direction, with the opposite Direction is similar.
Der Hauptoszillator 25 liefert eine Kette von Impulsen, deren Periode größer als ML ist.The main oscillator 25 supplies a train of pulses, the period of which is greater than ML.
309841/0946309841/0946
2 3 -S42 3 -S4
Jeder Start-Impuls vom Hauptoszillator 25 her gibt einer Sender-Antriebsschaltung TX1 die Möglichkeit, einen Antriebs-Impuls nach dem Übertrager 1 zu liefern, sobald der nächste -Impuls nach diesem Start-Impuls erscheint.Each start pulse from the main oscillator 25 gives one Transmitter drive circuit TX1 the possibility of a drive pulse to be delivered after the transformer 1 as soon as the next pulse appears after this start pulse.
Der resultierende Ultraschall-Impuls wandertdurch das Strömungsmittel hindurch vom übertrager 1 nach dem. Übertrager 2. Der empfangene Impuls am Verstärker-SX1-Ausgang triggert sofort den Antrieb TX1, um einen weiteren Antriebsimpuls für den übertrager Λ zu erzeugen; d.h. das System führt ein "singaround" aus. Der M-te empfangene Impuls am Verstärker RX1 triggert den Antrieb TX1 nicht erneut, so daß nur M^'sing-arounds" erscheinen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird M so gewählt, daß nicht sojviele " sing-arounds" vorhanden sind, als daß irgendeine Wahrscheinlichkeit der Koinzidenz zwischen Aussenden und Empfangen an einem der Übertrager eingeführt wird.The resulting ultrasonic pulse travels through the fluid from the transmitter 1 to the. Transmitter 2. The pulse received at the amplifier SX1 output immediately triggers drive TX1 to generate another drive pulse for transmitter Λ ; ie the system carries out a "singaround". The M-th received pulse at the amplifier RX1 does not trigger the drive TX1 again, so that only M ^ 'sing-arounds "appear. In this exemplary embodiment, M is selected so that there are not as many" sing-arounds "as any one Probability of coincidence between sending and receiving at one of the transmitters is introduced.
vergleicht Die logische "1"-Schaltung/die Ankunftszeit des M-tencompares the logic "1" circuit / arrival time of the M-th
empfangenen Impulses mit der Zeit, wo der M χ N-te VFO1-Impuls nach dem Start-Impuls erscheint; d.h. es findet ein Vergleich zwischen Mt und MNtypQ. statt.received pulse with the time when the M χ Nth VFO1 pulse appears after the start pulse; ie there is a comparison between Mt and MNtyp Q. instead of.
Je nachdem, ob der empfangene Impuls vor oder nach dem MN-ten erscheint, wird eine kleine Änderung in der Spannung durch die Steuer—1-Schaltung ausgeführt, um die VFOI-Frequenz jeweils zu erhöhen oder herabzusetzen.Depending on whether the received pulse appears before or after the MNth, there will be a small change in voltage executed by the control-1 circuit to set the VFOI frequency to increase or decrease in each case.
Fach einer Anzahl dieser Perioden der "sing-arounds" befindet sich der MN-te VP01-Impuls in Zeitkoinzidenz mit dem M-ten Impuls vom Verstärker ΒΣ1 her, so daß, wie beim vorhergehenden Verfahren f Subject to a number of these periods of the "sing-arounds", the MN-th VP01 pulse is in time coincidence with the M-th pulse from the amplifier ΒΣ1, so that, as in the previous method f
" N x *1 (*1 * C"V) ist·" N x * 1 (* 1 * C " V) is ·
In ähnlicher Weise werden Übertragungen in der entgegengesetzten Richtung vom Übertrager 2 nach dem übertrager 1 durchgeführt, um Similarly , transmissions are made in the opposite direction from transmitter 2 to transmitter 1 to
309841/0946309841/0946
^'2 1 6437^ '2 1 6437
= κ χ t« (t-, = G+V) zu erhalten.= κ χ t «(t-, = G + V).
Der Strömungsmesser-Ausgang( proportional der Vasserge sehwindigkeitjist die Differenz-Frequenz der "beiden VFO's.The flow meter output ( proportional to the water velocity, is the difference frequency between the "two VFOs".
fD s fVF0i ~ fFV02 β *1 2 f D sf VF0i ~ f FV02 β * 1 2
Es ist ersichtlich, daß die Schaltung der Fign. 1 und 3 ohne weiteres für dieses begrenzte "sing-around"-Verfahren geeignet ist. Der Betrieb ist ähnlich, mit der Ausnahme, daß nach federn Hauptoszillator-Triggerimpuls ein Zähler durch MN teilen muß, und die Flipflop-Schaltungen arbeiten beim MN-ten VFO-Impuls und beim K-ten empfangenen SX-Impuls.It can be seen that the circuit of FIGS. 1 and 3 readily for this limited "sing-around" method suitable is. The operation is similar, except that after the main oscillator trigger pulse, a counter through MN must share, and the flip-flop circuits work at the MN-th VFO pulse and at the Kth received SX pulse.
Für einen gegebenen Fehler in der VFO-Frequenz ist die Zeitdifferenz der Eingänge nach den Flipflop-Schaltungen somit K mal so groß, was einen effektiven Zeitvergleich zwischen t>j und NtypQ^j ergibt, was dem y-fachen demjenigen entspricht, der ohne begrenztes "sing-around" möglich ist. Man erzielt somit eine Zunahme von K bei der Strömungsgeschwindigkeits-Auflösung. For a given error in the VFO frequency, the time difference between the inputs after the flip-flop circuits is thus K times as large, which results in an effective time comparison between t> j and NtypQ ^ j, which corresponds to y times that of the one without a limited "sing-around" is possible. An increase in K in flow rate resolution is thus achieved.
Jeder Triggerausgang nach der Antriebsschaltung ΤΣ erzeugt außerdem einen Abtastimpuls, der so verzögert wird, daß ein empfangener Impuls innerhalb dieser Abtastzeit ankommt. Der Trigger wird gesperrt, außer während des Abtastimpulses, um soweit wie möglich ein erneutes Triggern durch ungewollte Signale zu verhindern. Wird kein Impuls während des Abtastimpulses empfangen, und zwar wegen einem Hindernis bzw. einer Störung im Strömungsmittelweg zwischen den Übertragern, so wird dies als ein Fehlerzustand festgestellt. Für jeden Fehlerzustand wird ein Triggerimpuls für die Antriebsschaltung TX erzeugt, um das "sing-around" aufrechtzuerhalten, aber es erfolgt keine lndertmg der YPO-St euerspannung. Each trigger output after the drive circuit ΤΣ also generates a sampling pulse which is delayed so that a received pulse arrives within this sampling time. The trigger is blocked, except during the sampling pulse, in order to prevent a new triggering by unwanted signals as far as possible. If no pulse is received during the sampling pulse because of an obstruction or disturbance in the fluid path between the transmitters, this is determined to be a fault condition. A trigger pulse is generated for the drive circuit TX for each error condition in order to maintain the "sing-around", but the YPO control voltage is not changed.
3QSBt"'CS463QSBt "'CS46
/21 ε/ 21 ε
IB 43 7IB 43 7
Eine zeitweilige bzw. flüchtige. Störung, die nur ein paar Übertragungen, beeinträchtigt, kann geduldet werden. Eine längere Störung wird erkannt, und die Ablesung bzw. Ausgabe wird verhindert.A temporary or fleeting one. Fault that only a few Transfers, impaired, can be tolerated. A longer one Fault is recognized and the reading or output is prevented.
Da die übertrager nicht gleichzeitig Impulse empfangen, ist es möglich, einen einzigen Verstärker als Ersatz für die Verstärker EX1 AMP und BX2 AM? in.Fig. 1 zu verwenden. Eine entsprechende Neuanordnung der Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt, die einige zusätzliche Verbesserungen zeigt.Since the transmitters do not receive pulses at the same time, is it possible to use a single amplifier as a replacement for that Amplifier EX1 AMP and BX2 AM? in Fig. 1 to use. One corresponding rearrangement of the circuit is shown in Fig. 5, which shows some additional improvements.
Uach Fig. 5 liefert ein Hauptoszillator .35-eine Kette von Impulsen, deren Periode größer als L/C ist, nach ,jedem der Trigger TX1 und TX2, wobei die Impulse nach dem Trigger TX2 in der Zeit relativ zu den Impulsen nach dem Trigger TXI verschoben sind, "tim ein. Aufeinandertreffen von Empfangs- und S ende impuls en an den Übertragern zu vermeiden.According to Fig. 5, a master oscillator 35 provides a chain of pulses whose period is greater than L / C, after, each the trigger TX1 and TX2, the pulses after the trigger TX2 in the time relative to the pulses after the trigger TXI are shifted, "tim a. Clash of reception and Avoid sending impulses to the transformers.
Ein Impuls vom Hauptoszillator 55 steuert den TX^-Trigger an, der die Antriebsschaltung TX1 beim nächsten VFO1-Impuls triggert. Der Ausgang vom Trigger ΤΧΐ. stellt außerdem den ■T'-U-Zähler 36 auf η = Λ zurück. _. · .· .. ,.A pulse from the main oscillator 55 controls the TX ^ trigger, which triggers the drive circuit TX1 on the next VFO1 pulse. The output from the trigger ΤΧΐ. also resets the ■ T'-U counter 36 to η = Λ . _. ·. · ..,.
Der resultierende Ultraschall-Impuls wandert.-.durch das Strömungsmittel hindurch vom übertrager 1 nach dem üb-ertr,Bger 2. Der empfangene Impuls wird zum Verstärker 37 weitergeleitet.The resulting ultrasonic pulse travels through the Fluid through from the transfer 1 to the transfer, Bger 2. The received pulse is passed on to amplifier 37.
Ein genauer Zeitbezug· wird bei- diesem -empfangenen-^ durch einen Hull-Durchgangs-Detektor 38 aufgebaut. Dies ,ist ein Merkmal, welches eine verbesserte Auflösung ermöglicht.A precise time reference is received in this case constructed by a Hull passage detector 38. This is a feature which enables improved resolution.
Der Ausgang vom Hull-Durchgangs-Detektor 3S wird über . einen geschalteten Abtaster und ein Tor 39 nach, der logischen 1-Schaltung und der Steuer-1-Schaltung übermittelt, die im Betrieb den Bauteilen entsprechen, die in Fig., Λ mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. So vergleicht die logische 1-The output from the Hull passage detector 3S will be above. a connected scanner and a gate 39 after, the logic 1 circuit and the control 1 circuit transmitted, which correspond in operation to the components that are provided with the same reference numerals in Fig., Λ. So the logical 1-
30 9841/094 630 9841/094 6
Schaltung die Zeit der Ankunft des empfangenen Signals vom übertrager 2 her mit der Zeit, bei welcher der N-te Impuls vom Oszillator VFOI her erscheint. Je nachdem, ob der empfangene Impuls vor oder nach dem N-ten VF01 -Impuls erscheint, wird die Steuer-1-Schaitung veranlaßt, eine kleine Änderung der Steuerspannung für den Oszillator VF01 vorzunehmen, um .jeweils dessen Frequenz zu erhöhen oder herabzusetzen. Nach einer Anzahl von Übertragungen wird sich der K-te VF01-Impuls -in Zeitübereinstimmung mit dem empfangenen Impuls befinden.Switching the time of arrival of the received signal from transmitter 2 with the time at which the Nth pulse appears from the oscillator VFOI. Depending on whether the received Pulse appears before or after the Nth VF01 pulse, the control 1 circuit is caused to make a small change in the control voltage for the oscillator VF01 in order to . to increase or decrease its frequency in each case. After a number of transmissions, the Kth VF01 pulse will be - are in time with the received pulse.
Das Signal vom Hauptoszillator 35 her steuert außerdem den geschalteten Abtaster und das Tor 39 über eine Verzögerungseinrichtung 4-1 und einen Abtaster 42. Das verzögerte Abtastsignal dient dazu, sowohl das Ansprechen/ außer um die erwartete Ankunfszeit eines empfangenen Impulses herum,, zu sperren als auch den Schalter zu betätigen, um das empfangene Signal nach der logischen 1-Schaltung weiterzuleiten. The signal from the main oscillator 35 also controls the switched sampler and the gate 39 via a delay device 4-1 and a sampler 42. The delayed sampling signal serves to both the response / except around the expected arrival time of a received pulse, as well as to block also to operate the switch to forward the received signal according to the logic 1 circuit.
Die Betätigung für eine Übertragung vom Übertrager 2 her erfolgt parallel zu derjenigen·für den Übertrager 1, außer daß das empfangene Signal vom Übertrager 1 über den geschalteten Abtaster und das Tor 39 nach der logischen 2-Schaltung weitergeleitet wird.The actuation for a transmission from the transmitter 2 takes place in parallel with that for the transformer 1, except that the received signal from the transmitter 1 via the switched scanner and the gate 39 after the logic 2 circuit is forwarded.
Die Ausgänge, die mit VF01 0/P, entsprechend Nfx., und mit VF02 0/P, entsprechend Hfp, bezeichnet sind, werden einer logischen Differenzschaltung 4-3 zugeführt. Die Strömungsrate wird durch einen Differenzausgang (Hf^ /vif.) angezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Strömungsrichtung durch logische Ausgänge angezeigt, die entweder Nf,. > Nfp oder Uf, < Hf2 zeigen.The outputs, which are labeled VF01 0 / P, corresponding to Nf x ., And VF02 0 / P, corresponding to H f p, are fed to a differential logic circuit 4-3. The flow rate is indicated by a differential output (Hf ^ / vif.). In this embodiment, the direction of flow is indicated by logic outputs that either Nf ,. Show> Nfp or Uf, <Hf2.
Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 hat der Integrator eine ausreichende Zeitkonstante, wobei es ihm nichts ausmacht, wenn einige Impulse behindert werden. Di* --pfangenen Impulse werdenAs with the arrangement of FIG. 1, the integrator has one sufficient time constant, whereby it does not mind if some impulses are obstructed. The received impulses are
30984 1/094630984 1/0946
von dem Verstärker 37 her überwacht und, als RX1 O/P und RX2 0/P angedeutet, nach einer logischen Fehlerschaltung 44 übermittelt. Diese Schaltung zeigt einen Fehler an und sperrt das Herauslesen, wenn weniger als ein voreingestellter Mindestprozentsatz von Impulsen empfangen wird. Im typischen Falle hat es sich als zufriedenstellend heausgestellt, die Fehlerschaltung so einzustellen, daß sie in Tätigkeit tritt, wenn weniger als 10 % der ausgesendeten Impulse von einem der Übertrager empfangen werden. In der Praxis stellt sich ge-' wohnlich heraus, daß entweder alle Impulse empfangen werden oder irgendeine Störung vorhanden ist, wenn keine empfangen werden. Eine vorübergehende, flüchtige Störung, wie beispielsweise ein vorbeifahrendes Boot, wo die Flußströmung zu überwachen ist, kann einige Impulse unterbrechen, wird jedoch im allgemeinen die Ablesung nicht beeinträchtigen.monitored by the amplifier 37 and, as RX1 O / P and RX2 0 / P indicated, transmitted after a logic fault circuit 44. This circuit indicates an error and locks the reading out if less than a preset minimum percentage received by pulses. Typically, it has been found to be satisfactory Set the fault circuit so that it comes into operation when less than 10% of the transmitted pulses from one of the Transmitters are received. In practice it arises homely out that either all impulses are received or there is some interference if none are received will. A temporary, fleeting disturbance, such as a passing boat, where to monitor the river flow can interrupt some pulses but will generally not affect the reading.
Es versteht sich, daß die Anordnung nach Fig. 2 abgeändert werden kann, um einen einzigen Verstärker in einer der Fig. 5 ähnlichen Weise zu verwenden.It will be understood that the arrangement of FIG. 2 is modified can be used to use a single amplifier in a manner similar to FIG.
Das Gerät der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ist insbesondere für die Messung der Gesamtströmung von Flüssen oder großen Rohren vorteilhaft, wo die übertrager über die ganze Breite des Flusses oder Rohres auf Abstand angeordnet sind, und zwar auf einem geneigten Weg, um auf diese Weise eine Geschwindigkeitskomponente auf dem Weg einzuführen. Bei solchen großen Basislinien ist die Ansprechzeit von Anlagen, wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 285 beschrieben sind, unannehmbar langsam.The device of the preceding exemplary embodiments is particularly suitable for measuring the total flow of rivers or large pipes advantageous, where the transformer over the whole width of the river or pipe are spaced, and on an inclined path to this way introduce a speed component along the way. With such large baselines, the response time of systems as shown, for example, in British Patent 1,285 are unacceptably slow.
Jedoch ist das Gerät nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen außerdem für die Strömungsmessung in kleinen Rohrleitungen vorteilhaft. Übertrager können an der Ausgangsseite der Rohrleitung angebracht werden, so daß auf diese Weise keine Störung für die Strömung eingeführt wird. Die Übertrager werden axial versetzt angeordnet und so gewinkelt und mit der Rohr-However, the device according to the preceding exemplary embodiments is also suitable for measuring flow in small pipelines advantageous. Transmitters can be attached to the outlet side of the pipeline so that no Disturbance to the flow is introduced. The transformers are arranged axially offset and so angled and connected to the pipe
309841/0 9-4 6309841/0 9-4 6
leitung gekoppelt, daß, bei Berücksichtigung von Brechungen an den verschiedenen Zwischenflächen, ein entsprechender Weg, und zwar so steil wie möglich zur radialen Richtung geneigt, von den Ultraschallimpulsen im fließenden Strömungsmittel gefolgt wird. Eine Strömung von etwa 1 cm/Sekunde in einer Rohrleitung von etwa 10 cm Durchmesser würde eine Ansprechzeit in Minuten erfordern, wenn ein "sing-around"-System und eine Koinzidenzzählung verwendet werden. Bei dem Gerät nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen kann die Ansprechzeit ohne weiteres auf einen Bruchteil einer Sekunde herabgesetzt werden.line coupled that, taking into account refractions at the various intermediate surfaces, a corresponding path, inclined as steeply as possible to the radial direction, followed by the ultrasonic pulses in the flowing fluid will. A flow of about 1 cm / second in a pipe about 10 cm in diameter would give a response time in Minutes if require a "sing-around" system and a coincidence count be used. In the device according to the preceding embodiments, the response time can be without further reduced to a fraction of a second.
Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise wird es vorgezogen, zwei Variabelfrequenz-Oszillatoren und zugeordnete Steuerschaltungen zu verwenden, so daß die Messungen in den entgegengesetzten Richtungen parallel fortschreiten können, wobei die einzige Bedingung in einer ausreichenden Differenz in der Zeitgebung zwischen Einzelimpulsen besteht, um ein Zusammenfallen des Aussendens und des Empfangens an irgendeinem Übertrager zu vermeiden, mit der folgenden Empfängersperrung. Die Vorteile dieser Art von Messung sind prinzipiell folgende: The invention is not restricted to details of the exemplary embodiments described above. For example, will it preferred to use two variable frequency oscillators and associated control circuitry so that the measurements can progress in parallel in opposite directions, the only condition being sufficient There is a difference in the timing between individual pulses in order to ensure that the transmission and reception coincide to avoid any transmitter with the following receiver blocking. The main advantages of this type of measurement are as follows:
(1) Die Messungs-Ultraschallimpulse befinden sich fast völlig gleichzeitig auf ihrem Weg über den Strömungsmittelweg hinweg, so daß auf diese Weise irgendwelche möglichen Auswirkungen auf die Transit-Geschwindigkeitsmessung infolge Temperatur-? , Dichte- oder anderer Änderungen im Strömungsmittel auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, und(1) The measurement ultrasonic pulses are almost completely simultaneously on their way across the fluid path, so that there are any possible effects in this way on the transit speed measurement due to temperature? , Density or other changes in the fluid are minimized, and
(2) es ist eine direkte und einfache Sache, eine Differenzfrequenz zwischen zwei gleichzeitig arbeitenden Oszillatoren anzuzeigen, und der Ausgang ist eine kontinuierliche Anzeige für die Strömungsgeschwindigkeit. Obwohl Strömungsgeschwindigkeit sänderungen nicht sofort gefolgt wird, wird ihnen doch sehr schnell gefolgt, insbesondere bei der Ausführungsform nach Fig. 1, (2) it is a straightforward and simple matter to display a difference frequency between two oscillators operating at the same time, and the output is a continuous display of the flow rate. Although changes in flow rate are not immediately followed, they are followed very quickly, especially in the embodiment of FIG. 1,
309841/0946309841/0946
Falls erwünscht, wäre es jedoch möglich, einen einzigen spannungsgesteuerten Oszillator und. zugeordnete Steuerschaltung zu verwenden und aufeinanderfolgende Bestimmungen von anfänglich der Frequenz, die erforderlich ist, damit Έ Impulse in die Zeitdauer hineinpassen, die von Druckwellen gebraucht wird, um vom Übertrager 1 nach dem Übertrager 2 zu gelangen, und, nachfolgend, der Frequenz, die erforderlich ist, damit "E Impulse in die Zeitdauer hineinpassen, die Druckwellen brauchen, um vom Übertrager 2 nach dem Übertrager 1 zu gelangen» Ein solches System bzw. eine solche Anlage würde einen Speicher erfordern, um die erste Frequenz festzuhalten, während die zweite Frequenz bestimmt wird, wonach die Differenzfrequenz durch Subtraktion gefunden werden kann.However, if desired, it would be possible to use a single voltage controlled oscillator and. associated control circuit and successive determinations of initially the frequency required to fit Έ pulses into the length of time it takes for pressure waves to travel from transmitter 1 to transmitter 2 and, subsequently, the frequency that is required is so that "E pulses fit into the period of time that pressure waves need to get from transmitter 2 to transmitter 1" Such a system or installation would require a memory to hold the first frequency while the second frequency is determined after which the difference frequency can be found by subtraction.
Außerdem ist es zweifellos äußerst zweckmäßig und einfach, die Anzahl N von Impulsen des Variabelfrequenz-Oszillators so einzurichten, daß sie innerhalb jeder Zeitperiode die gleiche ist, so daß die Differenzfrequenz eine einfache Proportionalität zur Strömungsgeschwindigkeit hat« Jedoch könnte man eine andere Anzahl von Impulsen, beispielsweise SL Impulse für die Stromaufwärtsmessung und No-Impulse für die Stromabwärtsmessung „ verwenden. Es würde dann einfach nur notwendig sein? den Differenzausgang um einen konstanten Faktor bei der Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit einzuregelno In addition, it is undoubtedly extremely convenient and simple to set up the number N of pulses of the variable frequency oscillator so that it is the same within each time period, so that the difference frequency has a simple proportionality to the flow rate. For example, use SL pulses for upstream measurement and No pulses for downstream measurement. Would it just be necessary then ? adjust the differential output by a constant factor when calculating the flow velocity o
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale9 die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sindo . ("The invention also relates to modifications of the embodiment outlined in the attached patent claim 1 and relates above all to all features of the invention 9 which are disclosed individually - or in combination - in the entire description and drawing or the like . ( "
9841/09469841/0946
Claims (1)
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