DE3016968C2

DE3016968C2 - Meßanordnung für die Geschwindigkeit von strömungsfähigen Medien mittels Laufzeitbestimmung von Schallwellen

Info

Publication number: DE3016968C2
Application number: DE3016968A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8200 Rosenheim Krause
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1982-11-04
Also published as: US4417481A; DE3016968A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung für die Geschwindigkeit von strömungsfähigen Medien mittels Laufzeitbestimmung von Schallwellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bereits vorgeschlagenen Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerät dieser Art (DE-OS 29 43 810) zeigt das empfangene Meßsignal häufig starke Störungen und Amplitudenschwankungen. Dies ist u. a. darauf zurückzuführen, daß beispielsweise bei Strömungsgeschwindigkeitsmessungen an einem Rauchgaskamin ein großer Umgebungslärmpegel herrscht, so daß die Einstreuung von akustischen Störsignalen nicht ausgeschlossen werden kann. Auch ist in technischen Anlagen, bei denen eine Strömungsgeschwindigkeitsmessung erfolgt, stets mit der Einstreuung von elektrischen Störsignalen zu rechnen. Die Amplitudenschwankungen sind eine Folge der Mehrwegeausbreitung des akustischen Signaies zusammen mit Turbulenzen und Inhomogenitäten im strömenden Medium. Die betreffenden Störeinflüsse führen zu fehlerhaften Meßergebnissen, so daß die Zuverlässigkeit der bekannten Meßanordnungen bei nicht auszuschaltenden größeren Störeinflüssen begrenzt ist

Es ist auch bereits ein Ultraschall-Durchflußmesser für das Erfassen sauberer und hochverschmutzter Flüssigkeiten bekannt (Technisches Messen tm, 1979, Heft 3, Seiten 113 bis 116). Der Durchflußmesser benutzt einen zeitgesteuerten Signalkreis mit einem Zeitraster, das es ermöglicht, ungültige Signale auszusondern. Bei dem bekannten Durchflußmesser wird davon ausgegangen, daß, wenn ein Impuls von einem Festkörper im Meßstoff reflektiert wird, er eine Frequenzverschiebung erfährt bzw. zu einer anderen Zeit am Empfänger ankommt. Um diese fehlgeleiteten Impulse auszuschalten, befindet sich im Meßumformer ein Frequenzfilter, das alle Frequenzen, die nicht die Charateristik der Schallsensoren aufweisen, eliminiert. Außerdem wird in einem Zeitraster geprüft, ob der empfangene Impuls innerhalb der maximal zulässigen Laufzeit, die sich aus der Nennweite des Rohres, der Schallgeschwindigkeit im Meßstoff und der Fließgeschwindigkeit des Meßstoffes zusammensetzt, am Empfänger angekommen ist. Paßt der Impuls nicht oder nur teilweise in dieses Zeitraster, so wird er ebenfalls

nicht zur Messung herangezogen.

Des weiteren ist der vorbekannte Meßumformer so ausgelegt, daß mindestens 2% der gesendeten Signale am Empfänger ankommen müssen, damit er störungsfrei arbeitet Unterschreitet die Anzahl der verwertbaren Meßvorgänge die 2%-Grenze, so zeigt dies eine Leuchtdiode des Meßumformers an. Der bekannte Durchflußmesser gestattet es also, bestimmte Störungen auszuschalten bzw. zu signalisieren. Er ermöglicht es jedoch nicht, daß das Gerät bei allen auftretenden Störeinflüssen unter Eliminierung dieser Einflüsse normal weiterarbeitet. Außerdem ist der schaltungstechnische Aufwand für die Erkennung der Störungen relativ hoch.

Das Ziel der Eründung besteht somit darin, eine Meßanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der mit geringem schaltungstechnischen Aufwand der Einfluß von elektrischen und akustischen Stönmpulsen und/oder der Ausfall von Meßimpulsen auf das gewünschte Strömungsgeschwindigkeits-Meß- ^o signal weitgehend ausgeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Der Erfindungsgedanke ist also mit anderen Worten darin zu erblicken, daß ein im Hauptspeicher einmal festgehaltenes, zutreffendes Laufzeitsignai nach solchen Zeitperioden weiter als Meßgröße verwendet wird, in denen in Form des Auftretens mehrerer Impulse, oder keines Impulses und/oder eines die vorbestimmte Länge über- bzw. unterschreitenden Impulses eine äußere Störung des normalen Meßbetriebes festgestellt wurde.

Da nämlich in der vorbestimmten Zeitperiode ein und nur ein Meßschallimpuls vorbestimmter Länge auftreten darf, wenn keine Störeinflüsse an der Meßanordnung bzw. auf der Meßstrecke vorliegen, kann bei Abweichung von diesem normalen, schaltungstechnisch auf einfache Weise erfaßbaren Zustand die Ausnutzung des entsprechenden Laufzeitsignals für die Strömungsgeschwindigkeitsanzeige unterbunden werden, während «o gleichzeitig das in der vorhergehenden, einwandfreie Verhältnisse aufweisenden Zeitperiode im Hauptspeicher festgehaltene Laufzeitsignal durch Weiterlieferung der betreffenden Meßgröße die durch die ausgefallene Zeitperiode entstandene Lücke des Meßsignals über- «5 brückt. Dies hat zwar zur Folge, daß innerhalb von zwei oder mehr Zeitperioden auftretende Änderungen des Strömungsgeschwindigkeitssignals nicht erfaßt werden können, wenn d^;e betreffenden Zeitperioden durch äußere Störeinflüsse für die Messung ausfallen. Der hierdurch entstehende Meßfehler ist jedoch außerordentlich geringfügig, weil derartige Meßanordnungen von vornherein so ausgelegt sind, daß innerhalb einer oder weniger Zeitperioden Schwankungen der Meßgröße kaum auftreten. Die bei den bekannten bzw. älteren Meßanordnungen (DE-OS 29 43 810) von äußeren Störeinflüssen hervorgerufenen Str7mungsgeschwindigkeits-Meßsignalschwankungenoder mehr Zeitperiod Strömungsgeschwindigkeitssignals nicht erfaßt werden können, wenn die betreffenden Zeitperioden durch äußere Störeinflüsse für die Messung ausfallen. Der hierdurch entstehende Meßfehler ist jedoch außerordentlich geringfügig, weil derartige Meßanordnungen von vornherein so ausgelegt sind, daß innerhalb einer oder weniger Zeitperioden Schwankungen der Meßgrö- t>5 ße kaum auftreten. Die bei den bekannten bzw. älteren Meßanordnungen (DE-OS 29 43 810) von äußeren Störeinflüssen hervorgerufenen Str7mungsgeschwindigkeits-Meßsignalschwankungen sind demgegenüber wesentlich größer, so daß insgesamt eine noch ausreichend genau arbeitende, von Störeinflüssen aber so gut wie unabhängige Meßanordnung geschaffen wird.

Eine erste praktische Verwirklichung des Erfindungsgedankens kennzeichnet sich dadurch, daß der Meßschallimpuls über einen nur während der vorbestimmten Zeitperiode geschlossenen Hilfsschalter an einen Zähler angeschlossen ist, der über einen die Zäiilerstellung 1 von allen anderen Zählerstellungen unterscheidenden Komparator an eine den Hauptschalter ansteuernde Steuerschaltung angeschlossen ist welche im Anschluß an den Ablauf der vorbestimmten Zeitperiode kurzzeitig für die Übertragung eines Schließwegsignals an den Hauptschalter dann, wenn der Komparator einen und/cder nur einen Impuls festgestellt hat, empfindlich gemacht wird. Diese Ausführungsform gestattet nur die Feststellung, ob statt — wie gewünscht — eines Impulses kein oder mehrere Impulse auftreten.

Eine weitere Verfeinerung der Meßanordnung wird dadurch erzielt, daß über dem HiJfsschalter an die Steuerschaltung auch eine Impulslängen-Feststellstufe angeschlossen ist, welche die Steuerschaltung für die Übertragung eines Schließwegsignals nur dann, wenn die Impulslänge innerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, empfindlich macht Hier kann also auch noch die von der Norm abweichende Impulslänge für die Unterbindung der Weitergabe des Laufzeitsignals an den Hauptspeicher ausgenutzt werden.

Die Steuerschaltung ist vorzugsweise ein UND-Gatter, welches an den Ausgang des !Comparators und einen Impulsformer angeschlossen ist, der einen kurz vor der vorbestimmten Zeitperiode beginnenden Impuls abgibt, welcher so lange dauert, daß in dieser Zeit der Zwischenspeicherinhalt vollständig in den Hauptspeicher übertragen werden kann.

Zur zusätzlichen Feststellung einer abweichenden Impulslänge kann an das UND-Gatter auch noch der Ausgang der Impulslängen-Feststellungsstufe angeschlossen werden. Der Hilfsschalter ist vorzugsweise von einem Verzögerungsglied angesteuert, das an den Impulsgeber der Anordnung angeschlossen ist. Durch die Schließperiode des Hilfsschalters wird so ein Zeitfenster geschaffen, innerhalb dessen das Vorliegen keines Impulses, mehrerer Impulse bzw. einer von der Norm abweichenden Impulslänge festgestellt wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Zwischenspeicher eine solche Zeitkonstante hat, daß er bei normalen Geschwindigkeitsschwankungen im wesentlichen linear arbeitet, bei längeren Zeitdifferenzen zwischen der Ankunft des Meßimpulses und des Referenzimpulses jedoch eine Sättigung zeigt

Diese Ausführungsform bringt dann einen wesentlichen Vorteil, wenn der Meßschallimpuls ausfällt und statt dessen die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen des Meßschallimpulses und des internen Referenzimpulses erheblich größer als normal ist. Normalerweise ist diese Zeitdifferenz sehr klein (z. B. 100 μ5). Sie wird verursacht durch Geschwindigkeitsschwankungen innerhalb einer so kurzen Zeit, daß der mittelwertsbildende Hauptspeicher nicht folgen kann, sowie durch das Rauschen des Verstärkers. In diesem Fall würde ohne die vorstehend definierte bevorzugte Ausführungsform in dem Zwischenspeicher ein gegenüber dem Normalzustand wesentlich erhöhter Wert gespeichert werden. Die vorstehende Ausführungsform begrenzt jedoch diesen Speicherwert auf eine Größe, welche den

normalen Schwankungen entspricht, so daß ein derartiger Störimpuls keine wesentliche Schwankung des Meßergebnisses nach sich zieht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zeitkonstante des Zwischenspeichers wesentlich kleiner als der Zeitfensterbereich ist, damit Störempfangsimpulse mit ungewöhnlicher zeitlicher Lage keinen wesentlich größeren Einfluß auf den Regelkreis haben als Empfangsimpulse, deren Lage dem eingelaufenen Zustand entspricht. Im einfachsten Fall kann der Zwischenspeicher aus einem RC-G\\ed bestehen. Insbesondere soll der Zwischenspeicher einen Löscheingang aufweisen, welcher jeweils vor dem frühestmöglichen Eintreffen eines Meßschallimpulses betätigt wird, damit der Zwischenspeicher jeweils einen definierten Anfangsspeicherinhalt aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschriebenen dieser zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Meßanordnung, F i g. 2 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild der Meßanordnung nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine bevorzugte Kennlinie für den Phasendetektor bzw. den Zwischenspeicher der Meßanordnung nach den F i g. 1 und 2.

In der Zeichnung bezeichen gleiche Bezugszahlen die entsprechenden Bauelemente wie in der DE-OS 29 43 810. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungen stellen einen Ausschnitt des Schaltbildes nach Fi g. 1 der vorgenannten Offenlegungsschrift dar. Soweit dies im folgenden nicht anders beschrieben wird, sind die Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 durch die zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigten Bauelemente zu ergänzen.

Nach F i g. 1 liegt der mit dem Setzeingang 15 ausgestattete Frequenzgenerator 13, welcher von dem Tiefpaß bzw. Integrator 17 in seiner Frequenz gesteuert wird an dem einen Eingang des Phasendetektor 16 an. Dem anderen Eingang ist das Signal E von der Meßstrecke zugeführt.

Zwischen den Phasendetektor 16 und den Integrator 17 ist ein Zwischenspeicher 44 und ein Schalter 45 geschaltet Der Zwischenspeicher 44 enthält ein ÄC-GIied 53 und weist einen Löscheingang 52 auf, welcher beispielsweise von dem Impulsgeber 12 angesteuert wird und zu Beginn einer Meßperiode betätigt wird, um den Zwischenspeicher 44 auf einen vorgegebenen Grundspeicherwert zu setzen.

Das Impulssignal E von der Meßstrecke wird außerdem über einen Hilfsschalter 47, einen Zähler 48, einen Komparator 49 an ein UND-Gatter 50 angelegt, dessen Ausgang den Hauptschalter 45 ansteuert Der zweite Eingang des UND-Gatters 50 ist über eine Impulsformerstufe 46 an den Ausgang der Verzögerungsschaltung 28 angelegt, welcher außerdem den Hilfsschalter 47 ansteuert Am Ausgang des Zeitverzögerungsglieds 28 erscheint ein Zeitfenstersignal, welches innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode, innerhalb der Meßschallimpulse £"von der Meßstrecke erwartet werden, den Hilfsschalter 47 schließen. Die Impulsformerstufe 46 ist als monostabiles Flip-Flop ausgebildet, welches von der hinteren Flanke des Zeitfensterimpulses aus der Verzögerungsstufe 28 gesetzt wird und dann einen so langen Impuls abgibt, daß das UND-Gatter 50 beim Anliegen einer 1 am anderen Eingang so lange geöffnet bleibt und den Schalter 45 schließt, bis der Inhalt des Zwischenspeichers 44 in den Integrator 17 vollständig übertragen ist Das Signal Zfkann über den Schalter 47 auch noch an eine Impulslänge-Feststellungsstufe 41 angelegt sein, welche nur bei der richtigen Impulslänge am Ausgang eine I abgibt und ebenfalls an das UND-Gatter 50 angeschlossen ist. In dieser, in Fig. 1 nur gestrichelt angedeuteten Ausführung wird also auch noch die > Impulslänge für die Schließung des Schalters 45 berücksichtigt.

Die Arbeitweise der Schaltung nach Fig. 1, welche in jedem der beiden Schaltkreise 11 bzw. 1Γ nach der DE-OS 29 43 810 eingeschaltet sein kann, ist wie folgt: κι Immer dann, wenn durch die Verzögerungsstufe 28 im Erwartungsbereich eines Meßschallsignals E das Zeitfenster geöffnet wird, schließt der Hilfsschalter 47, so daß innerhalb der das Zeitfenster definierenden vorbestimmten Zeitperiode alle zum Eingang des is Phasendetektors 16 gelangenden Impulse auch zum Zähler 48 geleitet werden. Der Zähler 48 kann erfindungsgemäß sehr einfach ausgebildet sein, weil er nur bis 2 zählen können muß. Es wird also bevorzugt ein derartiger einfacher Zähler verwendet. Der Komparator 49 stellt nun einen Vergleich dahingehend an, ob der Ausgang des Zählers 48 1 ist oder von 1 abweicht. Der Ausgang des Komparators ist 1, wenn der Ausgang des Zählers 48 1 ist. Der Ausgang des Komparators 49 ist dagegen 0, wenn der Ausgang des Zählers 48 von 1 abweicht. Auf diese Weise ist der Ausgang des Komparators 49 ein Maß dafür, ob ein und nur ein Impuls innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode zum Phasendetektor 16 gelangt. Stellt der Komparator 49 nur einen Impuls fest, so liefert er an den einen Eingang des UN D-Gatters 50 eine 1.

Nachdem über die Impulsformerstufe 46 beim Schließen des Zeitfensters ebenfalls für einen vorbestimmten Zeitraum eine 1 an den zweiten Eingang des UND-Gatters 50 geliefert wird, liegt in diesem Fall am Ausgang ebenfalls die 1 an, und der Schalter 45 schließt Nunmehr wird während der durch die Impulsformerstufe 46 bestimmten Zeit der Inhalt des Zwischenspeichers 44 an den Integrator 17 übertragen. Der Frequenzgenerator 13 wird dann entsprechend dem Ausgangssignal des Integrators 17 auf die der Laufzeit des Impulses E über die Meßstrecke entsprechende Frequenz eingeregelt

Wird dagegen innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode, während der der Hilfsschalter 47 geschlossen ist, kein Impuls festgestellt oder tritt mehr als ein Impuls auf, so erscheint am Ausgang des Komparators 49 und am Ausgang des UND-Gatters die 0 und der Schalter 45 bleibt geöffnet In dieser Zeitperiode erfolgt also keine Änderung der Frequenz des Frequenzgenerators 13 und damit auch keine Änderung des durch diese Frequenz repräsentierten Laufzeitsignals.

Entsprechend würde eine von der Norm abweichende Impulslänge über die Impulslängen-Feststellungsstufe das UND-Gatter 50 sperren.

F i g. 2 zeigt eine etwas abgewandelte Schaltung, bei der für die beiden Meßkreise 11, 11' nur ein Phasendetektor 16 und ein Zwischenspeicher 44 sowie eine einzige Störeinfluß-Feststellungsstufe 47, 48, 49 verwendet wird. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Zwischenspeichers 44 über einen vorzugsweise noch vorgesehenen Verstärker 54 parallel an die Hauptschalter 45,45' der beiden Tiefpässe bzw. Integratoren 16,17' angeschlossen. Die Ausgänge der Integratoren 17, 17' steuern wieder die Frequenzgeneratoren 13,13' mit den b5 Setzeingängen 15,15'an.

Die beiden Ausgänge der Frequenzgeneratoren 13, 13' werden nun über einen im Rhythmus der Impulse umschaltenden Umschalter 55 abwechselnd an den

durch eine gestrichelte Linie umrahmten Phasendetektor 16 angeschlossen, dem der ebenfalls gestrichelt angedeutete Zwischenspeicher 44 nachgeschaltet ist.

Die analog Fig. 1 geschalteten UND-Gatter 50, 50' werden unmittelbar bzw. über eine Invertierungsstufe 56 von dem Hauptimpulsgeber 12 angesteuert, der auch mit der Verzögerungsstufe 28 verbunden ist. Der Zweck der Invertierungsstufe 56 ist es, daß immer nur eines der UND-Gatter eine 1 am Eingang hat, also immer nur eines der Gatter für das Signal von 49 durchlässig ist.

Der Phasendetektor 16 und die Störeinfluß-Feststellungsstufe 47, 48, 49 der Schaltung nach F i g. 2 weisen D-Flip-Flops 1, 2,3 und 8 auf. Liegt an dem D-Eingang eines jeden D-Flip-Flops eine 1 (positiv) an, dann wird sie an den Ausgang Q1 (oben) übertragen, wenn eine 1 an dem T- Eingang (Takteingang) und am Setzeingang eine 1 anliegt. Liegt an dem an der Schmalseite dargestellten Setzeingang die 0 an, so erscheint am Ausgang Q 2 (unten) die 1 und am Ausgang Q\ (oben) dieO.

Die öffnung des Zeitfensters bzw. Beginn und Ende der vorbestimmten Zeitperiode werden durch eine 1 am Ausgang der Verzögerungsstufe 28 definiert. Aufgrund der bekannten Extremwerte der Schallgeschwindigkeit und der verschiedenen festzustellenden Betriebszustände kann ungefähr vorhergesagt werden, in welchem zeitlichen Bereich die Meßschallimpulse auftreten werden. Dementsprechend wird Lage und Breite des Zeitfensters voreingestellt.

Das Zeitfenstersignal aus der Verzögerungsstufe 28 liegt an den Setzeingängen der D-Flip-Flops 1 und 2 sowie über ein Invertierungsglied 4 an dem 7-Eingang des D-Flip-Flops 8 an. Hierdurch werden die D-Flip-Flops 1 und 2 innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode freigegeben.

Am Ende oder bevorzugt kurz vor dem Ende des Zeitfensterbereiches erscheint am Ausgang der Impulsformerstufe 46 eine 1 während einer solchen Zeitdauer, daß das im Zwischenspeicher 44 gespeicherte Laufzeitsignal in die Integratoren 17, 17' übertragen werden kann.

An die T-Eingänge der D-Flip-Flops 2, 3 ist der Impuls fvon der Meßstrecke angelegt

Die zeitlich erste Vorderflanke eines jeden Meßstrekkenimpulses E setzt innerhalb des Zeitfensterbereiches des D-Flip-Flops 2, welches aufgrund des Anschlusses seines Q1-Ausgangs an den Setzeingang des D-Flip-Flops 3 den Rücksetzzwang für das D-FIip-Flop 3 beendet Jede weitere Vorderflanke eines ankommenden Meßstreckensignals wird nun das D-Flip-Flop 3 setzen, wodurch mehrere während der öffnung des Zeitfensters in den Phasendetektor 16 eintretende Impulse registriert werden.

Die Vorderflanke des von den Frequenzgeneratoren 13 bzw. 13' kommenden Signals setzt das D-Flip-Flop 1, wenn die durch das Reziproke der Generatorfrequenz gegebene Vergleichzeit (gegebenenfalls zuzüglich einer konstanten Systemzeit) seit Auslösung des Meßstrekkensignals vergangen ist

Das an den Ausgang Q 2 des D-Flip-Flops 1 angeschlossene Exklusiv-ODER-Gatter 5 liegt außerdem an dem Ausgang Q2 des D-Flip-Flops 2 an, so daß es feststellt, ob die beiden D-FKp-FIops in verschiedenen Zuständen sind. Hat das Exklusiv-ODER-Gatter 5 einen unterschiedlichen Zustand festgestellt, so wird ein sogenanntes Tri-State-Glied^Z-aktiviert, das an den Ausgang Q1 des D-FIip-Alops 2 allgeschlossen ist und mit seinem Ausgang dew Zwischenspeicher 44 speist Mit der Durchschaltung des D-Flip-Flops 2 gibt das Tri-State-Glied 7 einen hohen (bzw. tiefen) Pegel ab, wenn zuerst die Vorderflanke des Meßstreckensignals bzw. Frequenzgeneratorsignals ankam.
Der Löscheingang 52 des Zwischenspeichers 44 steuert einen Löschschalter 57, der parallel zu dem Kondensator des /?C-Gliedes 53 geschaltet ist. Nach Fig. 1 wird der Löscheingang 51 vom Impulsgeber 12 so gesteuert, daß der Schalter 57 vor dem öffnen des

ίο Zeitfensters kurzzeitig geschlossen wird, um den Kondensator des ÄC-Gliedes 53 zu entladen.

Das mit seinem Ausgang den Ausgang des Phasendetektors 16 darstellende Tri-State-Glied 7 liefert an das RC-G\\ed 53 des Zwischenspeichers 44 einen Impuls, dessen Länge gleich der Zeitdifferenz zwischen dem Vergleichssetzimpuls vom Frequenzgenerator !5* !50 und der Flanke des Schallmeßimpulses E von der Meßstrecke ist. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 16 wird beispielsweise +5 V, wenn der Schallmeßimpuls E zu früh kommt, und es ist 0 V, wenn es zu spät kommt. In den Zeiten zwischen den Impulsen ist der Ausgang des Phasendetektors 16 mit der Folgeschaltung nicht verbunden; er ist dann hochohmig.
Nach F i g. 2 ist der Kondensator an eine Referenzspannung von 2,5 V angelegt, auf welche er in den Impulspausen aufgeladen wird. Über den Widerstand des /?C-GIiedes 53 wird nun der Kondensator beim Auftreten eines Impuises am Ausgang des Phasendetektors 16 umgeladen. Je größer die Impulsbreite am

χι Ausgang des Phasendetektors ist, umso größer ist die am Kondensator des ÄC-Gliedes 53 auftretende Spannungsänderung.

Die maximale Abweichung der Spannung des Kondensators des A?C-Gliedes 53 relativ zur Referenz-

3i spannung von 2,5 V beträgt jedoch nur ±2,5 V. Weiter ist die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes 53 erfindungsgemäß wesentlich kleiner als die Öffnungsdauer des Zeitfensters. Das bedeutet, daß Empfangsimpulse mit ungewöhnlicher zeitlicher Lage keinen wesentlich größeren Einfluß auf den Regelkreis haben als Empfangsimpulse, die innerhalb der Zeit entsprechend der Zeitkonstanle eintreffen. Empfangsimpulse mit ungewöhnlicher zeitlicher Lage werden in der Regel Störimpulse sein, die nur deshalb als Nutzsignale

■»"· behandelt werden, weil der richtige Empfangsimpuls ausgefallen ist. Es wird so vermieden, daß trotz der erfindungsgemäßen Maßnahmen noch wirksame Störimpulse einen zu großen Einfluß auf den Regelkreis ausüben.

><> Noch günstiger als eine Begrenzung der maximalen Regelspannung ist es, wenn bei großen Zeitfehlern der Einfluß auf den Regelkreis wieder sinkt Eine dementsprechend bevorzugte Kennlinie für den Zwischenspeicher 44 ist in F i g. 3 dargestellt.

Die Zeitkonstante entspricht dem Zeitfehler, der sich zusammensetzt aus Beiträgen des Rauschens, mangelnder Flankensteilheit (Amplitudenschwankungen), normalem Störschall und Geschwindigkeitsschwankungen, die schneller sind, als sie am Ausgang der Meßanordnung wiedergegeben werden sollen. Der Zeitfensterbereich umfaßt etwa 3 ms, die Zeitlagenbegrenzung dagegen etwa 3 |is.

Der Schalter 57 wird von einem Löschimpuls betätigt, nachdem jeweils am Ende eines Meßzyklus die Information über die Hauptschalter 45,45' in die beiden Integratoren 17,17' fibertragen wurden. Die Ausgangsspannung der Integratoren 17,17' steuert die Frequenzen der Frequenzgeneratoren 13 bzw. 13', bis der

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Ausgangsimpuls der Frequenzgeneratoren bzw. des darin enthaltenen Frequenzteilers (siehe DE-OS 29 43 810) in Koinzidenz mit dem Meßschallimpuls E bzw. E'ist. Wie in der vorgenannten Offenlegungsschrifi beschrieben, ist die Frequenzdifferenz der beiden Frequenzen der beiden Schallrichtungen proportional zur Geschwindigkeit des strömenden Mediums auf der Meßstrecke.

Das an den Ausgang Q 2 des D-Flip-Flops 3 und den Ausgang Q1 des D-Flip-Flops 2 angeschlossene UND-Gatter 6 hat an seinem Ausgang die 1, wenn seit Beginn der vorbestimmten Zeitperiode bzw. der Öffnung des Zeitfensters ein und nur ein Meßstreckensignal angekommen ist. Diese 1 wird beim Ende der vorbestimmten Zeitperiode bzw. beim Schließen des Zeitfensters über die Invertierstufe 4 in das D-Flip-Flop 8 eingegeben, welches durch den Anschluß seines Setzeingangs an die Impulsformerstufe 46 kurz vor dem Schließen des Zeitfensters aus dem Rücksetzzwang entlassen wurde. Am Ausgang des D-Flip-Flops 8 liegt jetzt also die 1 an, welche an den einen Eingang der UND-Gatter 50 bzw. 50' angelegt ist. Am anderen Eingang der Gatter 50,50' liegt von der Impulsformerstufe 46 her das kurz vor dem Schließen des Zeitfensters einsetzende Übetragungssignal an, so daß beim Vorliegen eines und nur eines Meßstreckenimpulses während der vorbestimmten Zeitperiode die Gatter 50, 50' während des Vorliegens des Übertragungssignals geöffnet sind. Die Schalter 45 bzw. 45' sind jetzt geschlossen, und der im Zwischenspeicher 44 gespeicherte Wert wird über den Verstärker 54 in dem Integrator 17 bzw. 17' gespeichert.

Die Schaltung nach Fig.2 ermöglicht es also, die Störeinfluß-Feststellungsstufe 47,48,49, den Phasendetektor 16 und den Zwischenspeicher 54 sowie den Verstärker für die in beiden Schallrichtungen gewonnenen Schallmeßimpulse £f zu verwenden, indem wahlweise nur der Schalter 45 oder nur der Schalter 45' geschlossen wird. Die beiden Schalter 45, 45' können also niemals gleichzeitig geschlossen sein. Im Normalfall öffnen und schließen sie gegensinnig. Im Falle der Feststellung einer Störung (kein Impuls, mehrere Impulse und/oder unnormale Impulslänge) sind jedoch zeitweise beide Schalter 45, 45' geöffnet, und zwar der eine Schalter im Verlauf seines normalen Öffnungszyklus und der andere Schalter aufgrund des festgestellten Störeinflusses.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßanordnung für die Geschwindigkeit von strömungsfähigen Medien mittels Laufzeitbestimmung von Schallwellen, bei der in dem Medium aus elektroakustischen Wandlern bestehende Schallsender-Empfänger in einem Abstand vorgesehen sind, deren Verbindungslinie eine Komponente in Richtung der zu messenden Geschwindigkeit hat, und bei der Impulsgeber Meßschallimpulse vorbestimmter Länge abwechselnd in der einen und der entgegengesetzten Richtung zwischen den Wandlern hin- und hergeschickt werden, wobei in einer Auswerteschaltung über die Laufzeiten der Schallimpulse in den beiden Richtungen die Strömungsgeschwindigkeit ermittlet wird und die Laufzeitsignale für jede der beiden Richtungen nach dem Eintreffen und Auswerten eines Impulses in einem Hauptspeicher gespeichert als Meßgröße verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein über²⁰ einen gesteuerten Hauptschalter (45) an den Hauptspeicher (13, 16, 17) angeschlossener Zwischenspeicher (44) für das Laufzeitsignal vorgesehen ist und daß der Schalter (45) nach Ablauf einer Meßzeitperiode, während der der Meßschaltimpuls ^:5 erwartet wird, zur Weitergabe des Zwischenspeicherinhalts an den Hauptspeicher normalerweise schließt, jedoch beim Auftreten von mehr als einem Impuls oder keinem Impuls und/oder eines die vorbestimmte Länge über- bzw. unterschreitenden '° Impuls innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode geöffnet bleibt.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßschallimpuls (E E') über einen nur während der vorbestimmten ^ Zeitperiode geschlossenen Signalweg, insbesondere Hilfsschalter (47) an einen Zähler (48) angeschlossen ist, der über einen die Zählerstellung 1 von allen anderen Zählerstellungen unterscheidenden Komparator (49) an eine den Hauptschalter (45) « ansteuernde Steuerschaltung (50) angeschlossen ist, welche im Anschluß an den Ablauf der vorbestimmten Zeitperiode kurzzeitig für die Übertragung eines Schließwegsignals an den Hauptschalter (45) dann, wenn der Komparator (49) einen und/oder nur einen ⁴S Impuls festgestellt hat, empfindlich gemacht wird.

3. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Hilfsschalter (47) an die Steuerschaltung (50) auch eine Impulslängen-Feststellstufe (41) angeschlossen ist, welche die Steuerschaltung (50) für die Übertragung eines Schließwegsignals nur dann, wenn die Impulslänge innerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, empfindlich macht.

4. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein UND-Gatter (50, 50') ist, welches an den Ausgang des Komparators (49) und einen Impulsformer (46) angeschlossen ist, der einen kurz vor der vorbestimmten Zeitperiode beginnenden Impuls abgibt, welcher so lange dauert, daß in dieser Zeit der Zwischenspeicherinhalt vollständig in den Hauptspeicher übertragen werden kann.

5. Meßanordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das UND-Gatter (50) auch *>5 der Ausgang der Impulslängen-Feststellungsstufe (41) angeschlossen ist.

6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschalter (47) von einem Verzögerungsglied (28) angesteuert ist, das an den Impulsgeber (12) der Anordnung angeschlossen ist

7. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (44) eine solche Zeitkonstante hat, daß er bei normalen Geschwindigkeitsschwankungen im wesentlichen linear arbeitet, bei längeren Zeitdifferenzen zwischen der Ankunft des Meßimpulses und des Referenzimpulses jedoch eine Sättigung zeigt (F i g. 3).

8. Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (44) ein ÄC-Glied (53) aufweist

9. Meßanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (44) einen Löscheingang (52) aufweist, welcher jeweils vor dem frühestmöglichen Eintreffen eines Meßschallimpulses betätigt wird.