DE10161915A1

DE10161915A1 - Durchflußleistung-Meßverfahren, Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, Strömungsgeschwindigkeit-Meßverfahren, Temperatur- oder Druck-Meßverfahren, Ultraschall-Thermometer und Ultraschall-Drucksensor

Info

Publication number: DE10161915A1
Application number: DE10161915A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Matsushima; Michio Ohkawa; Eisaku Komatsu
Original assignee: Surpass Industry Co Ltd
Current assignee: Surpass Industry Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2002-08-29
Also published as: KR100797128B1; US6708570B2; KR20020053717A; TW552403B; US20020078760A1

Abstract

Es werden ein Durchflußleistung-Meßverfahren und ein Ultraschall-Strömungsmesser bereitgestellt, die eine Strömungsgeschwindigkeit durch Verwenden einer Ultraschallwelle mit einer Frequenz, durch die eine Phasendifferenz Null wird, exakt messen können. Gemäß dem Durchflußleistung-Meßverfahren wird zunächst eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit vorbereitet, so daß das Fluid in einem Normalzustand ist. Dann wird durch Übertragen einer Ultraschallwelle von einer Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der anderen Seite in dem durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluid eine Ultraschallgeschwindigkeit A gemessen und durch Übertragen einer Ultraschallwelle von der anderen Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der einen Seite in dem durch die Rohrleitung strömenden Fluid eine Ultraschallgeschwindigkeit B gemessen. Ferner wird ein Mittelwert der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um dadurch eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten, und eine Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B wird durch 2 geteilt, um dadurch eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit V¶0¶ des Fluids zu erhalten sowie daraus den Durchfluß zu bestimmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen einer Durchflußleistung und einer Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids durch Nutzen von Ultraschallwellen und einen Ultraschall- Durchflußleistungsmesser. Ferner bezieht sie sich auch auf ein Verfahren zum kontaktlosen Messen einer Temperatur oder eines Drucks eines Fluids durch Nutzen von Ultraschallwellen sowie auf ein Ultraschall-Thermometer und einen Ultraschall- Drucksensor.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Vor kurzem wurde für einen Durchflußleistungsmesser zum Messen einer Durchflußleistung eines Fluids ein Ultraschall- Durchflußleistungsmesser verwendet, der Ultraschallwellen nutzt.

In dem Ultraschall-Durchflußleistungsmesser sind Oszillatoren in einer Rohrleitung angeordnet, um das Fluid in einer beabstandeten Längsrichtung fließen zu lassen. Ferner wird eine Ultraschallwelle von dem einen Oszillator ausgesandt und von dem anderen Oszillator empfangen, während eine Ultraschallwelle von dem anderen Oszillator ausgesandt und von dem einen Oszillator empfangen wird. Aus einer Differenz einer Ultraschallwellen-Laufzeit von der Aussendung bis zum Empfang wird in jedem Fall eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in der Rohrleitung erhalten, wodurch dann dessen Durchflußleistung bestimmt wird.

Ferner wurde für ein Thermometer oder einen Drucksensor zum Messen einer Temperatur oder eines Drucks eines Fluids ein Ultraschall-Thermometer oder ein Ultraschall-Drucksensor vorgeschlagen, die einen Halbleitersensor verwenden.

AUFGABE DER ERFINDUNG

So benutzt der herkömmliche Ultraschall- Durchflußleistungsmesser die Zeitdifferenz-Methode oder die Phasendifferenz-Methode als Meßverfahren. Die Ultraschallwellen-Laufzeit variiert gemäß einer Eigenschaft, einer Temperatur und einer Druckbedingung des Ausbreitungsstoffes. Wenn eine Durchflußleistung so groß ist, daß eine Abweichungsspanne in der Laufzeit als Fehler vernachlässigt werden kann, dann gibt es kein Problem. Wenn die Durchflußleistung jedoch zu gering für die Abweichungsspanne ist, dann ist es aufgrund solcher Schwankungen schwierig, die Durchflußleistung exakt zu bestimmen.

Ferner ist es schwierig, ein solches herkömmliches Thermometer oder einen solchen herkömmlichen Drucksensor an demselben Ort anzuordnen, wo eine Strömungsgeschwindigkeit durch einen Ultraschall-Strömungsmesser gemessen wird. Ebenfalls ist es schwierig, eine Temperatur oder einen Druck eines Fluids ohne Kontakt mit dem Fluid zu messen, ohne den Fluidstrom zurückzuhalten.

Angesichts der Probleme ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Durchflußleistung- Meßverfahrens und eines Strömungsgeschwindigkeit- Meßverfahrens durch Anwenden eines verbesserten Meßverfahrens (frequenzvariables Verfahren), mit dem eine Durchflußleistung exakt gemessen werden kann, und die Bereitstellung eines Ultraschall-Durchflußleistungsmessers. Da eine Phase der empfangenen Ultraschallwelle unter Ansprechen auf eine Strömungsgeschwindigkeit V in der Rohrleitung schwankt, wird in dem Verfahren eine Frequenz der übertragenen Ultraschallwelle durch ein PLL-Schaltung geändert, so daß die Phase einer Phase unter einer Bedingung gleich wird, daß eine Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung Null ist (V = 0). Da die geänderte Frequenz hier eine Strömungsgeschwindigkeit wiedergibt, wird das Messen des Frequenzunterschieds die Strömungsgeschwindigkeit exakt bestimmen.

Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Anwenden eines verbesserten Meßverfahrens (frequenzvariables Verfahren) ein Temperatur- und Druck- Meßverfahren, mit dem eine Temperatur oder ein Druck exakt gemessen werden kann, ein Ultraschall-Thermometer und einen Ultraschall-Drucksensor bereitzustellen. Da eine Phase der empfangenen Ultraschallwelle unter Ansprechen auf einen Zeitunterschied einer Ultraschallgeschwindigkeit in der Rohrleitung schwankt, wobei der Zeitunterschied durch eine Temperatur- oder Druckänderung des Fluids in der Rohrleitung verursacht wird, wird in dem Verfahren eine Frequenz der übertragenen Ultraschallwelle durch eine PLL-Schaltung geändert, so daß die Phase einer Phase unter einer Bedingung einer Referenztemperatur (z. B. 20°C) in der Rohrleitung gleich wird. Da die geänderte Frequenz eine Temperatur und einen Druck in der Rohrleitung wiedergibt, wird ein Messen des Frequenzunterschieds die Temperatur oder den Druck des Fluids in der Rohrleitung exakt bestimmen.

WESEN DER ERFINDUNG

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Durchflußleistung- Meßverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, einen Ultraschall-Durchflußleistungsmesser mit den Merkmalen der Ansprüche 2, 4 bis 6, 8 und 9, ein Strömungsgeschwindigkeit- Meßverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10, ein Temperatur- oder Druck-Meßverfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 11 und 12 sowie ein Ultraschall-Thermometer oder einen Ultraschall-Drucksensor mit den Merkmalen der Ansprüche 13 und 15 bis 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

In dem Durchflußleistung-Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die durch eine Temperatur oder einen Druck des durch die Rohrleitung strömenden Fluids veränderlichen Ultraschallgeschwindigkeiten A und B durch Übertragung und Empfang einer Ultraschallwelle erhalten. So kann eine exakte Strömungsgeschwindigkeit durch Korrigieren der temporären Strömungsgeschwindigkeit ohne Messung von Temperatur oder Druck des Fluids bestimmt werden. Demgemäß kann eine Durchflußleistung des Fluids exakt bestimmt werden.

Der Ultraschall-Durchflußleistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Meßsteuerungseinrichtung ausgestattet, die auf eine im Folgenden beschriebene Art und Weise mißt, steuert und wirkt. In einem mit einer Strömungsgeschwindigkeit Vx durch eine Rohrleitung strömenden Fluid wird eine von der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragene Ultraschallwelle von der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangen. Daraufhin wird dann eine Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang von dem ersten Phasendifferenzdetektor erfaßt.

Wenn die Phasendifferenz erfaßt ist, wird eine Übertragungsfrequenz der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung durch die erste Schleifenschaltung schrittweise geändert, bis die Phasendifferenz Null wird, und auf diese Weise eine Übertragungsfrequenz bestimmt, wenn die Phasendifferenz Null wird. Ausgehend von der ermittelten Übertragungsfrequenz oder der Wellenlänge wird dann eine Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten.

Als Nächstes wird eine von der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragene Ultraschallwelle von der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangen. Dann wird eine Phasendifferenz der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang von dem zweiten Phasendifferenzdetektor erfaßt.

Wenn dann die Phasendifferenz erfaßt ist, wird eine Übertragungsfrequenz der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung durch die zweite Schleifenschaltung schrittweise geändert, bis die Phasendifferenz Null wird, und auf diese Weise eine Übertragungsfrequenz bestimmt, wenn die Phasendifferenz Null wird. Ausgehend von der ermittelten Übertragungsfrequenz oder der Wellenlänge wird dann eine Ultraschallgeschwindigkeit B in dem Fluid erhalten.

Dann wird ein Durchschnitt der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten. Als Nächstes wird eine Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2 geteilt, um eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu bestimmen. Als Nächstes wird eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit so vorbereitet, daß das Fluid in einem Normalzustand ist. Dann wird durch Verwenden einer Differenz zwischen der Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit die temporäre Strömungsgeschwindigkeit korrigiert, wodurch eine exakte Strömungsgeschwindigkeit Vx des Fluids erhalten wird.

Dann kann aus der erhaltenen Strömungsgeschwindigkeit Vx und der Querschnittsfläche der Rohrleitung eine Durchflußleistung des Fluids bestimmt werden. Demgemäß kann die exakte Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ohne Messung einer Temperatur oder eines Drucks des Fluids durch Anwenden einer solchen Frequenz erhalten werden, daß die Phasendifferenz in einer Ultraschallwelle Null wird.

In dem Ultraschall-Durchflußleistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erste Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung aus einem ersten Ultraschallwellen-Sender und einem ersten Ultraschallwellen- Empfänger gebildet sein und die zweite Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung aus einem zweiten Ultraschallwellen-Sender und einem zweiten Ultraschallwellen- Empfänger gebildet sein. Ferner können der erste Phasendifferenzdetektor und der zweite Phasendifferenzdetektor zu einem Phasendifferenzdetektor verbunden sein. Zudem können die erste Schleifenschaltung und die zweite Schleifenschaltung zu einer Schleifenschaltung verbunden sein.

Weiterhin kann ein Ultraschall-Durchflußleistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung aus zwei Anlagen des Ultraschall- Durchflußleistungsmessers bestehen.

Da in dem Meßverfahren zum Messen einer Temperatur oder eines Drucks die durch Temperatur und Druck des durch die Rohrleitung strömenden Fluids veränderlichen Ultraschallgeschwindigkeiten A und B unter Verwendung von Übertragung und Empfang einer Ultraschallwelle gemessen werden, kann eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids allein durch die Korrektur der temporären Strömungsgeschwindigkeit ohne Messung von Temperatur oder Druck des Fluids exakt gemessen werden. Gleichzeitig kann eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck, die zuvor durch die Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit und die absolute Ultraschallgeschwindigkeit bereitgestellt wird, und eine vorbestimmte Temperatur oder ein vorbestimmter Druck des Fluids einen Druck und eine Temperatur des Fluids bestimmen.

Die Ultraschallgeschwindigkeit (absolute Ultraschallgeschwindigkeit) ist hier als Funktion einer Strömungsgeschwindigkeit, einer Temperatur und eines Drucks des Fluids gezeigt. Daher kann eine Messung der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit einen Druck des Fluids bestimmen, sofern eine Temperatur des Fluids zuvor bekannt ist, und eine Temperatur des Fluids bestimmen, sofern ein Druck des Fluids zuvor bekannt ist. Demgemäß können eine Strömungsgeschwindigkeit und eine Temperatur oder ein Druck gleichzeitig gemessen werden.

In dem Meßverfahren zum Messen einer Temperatur oder eines Drucks gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Beziehung zwischen der Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit erhalten. Ferner können die Beziehung und eine vorbestimmte Temperatur oder ein vorbestimmter Druck des Fluids solchermaßen einen Druck und eine Temperatur des Fluids ohne Kontakt mit dem Fluid bestimmen.

Die Ultraschallgeschwindigkeit (absolute Ultraschallgeschwindigkeit) ist hier als Funktion einer Strömungsgeschwindigkeit, einer Temperatur und eines Drucks des Fluids gezeigt. Daher kann eine Messung der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit einen Druck des Fluids bestimmen, sofern eine Temperatur des Fluids zuvor bekannt ist, und eine Temperatur des Fluids bestimmen, sofern ein Druck des Fluids zuvor bekannt ist.

Das Ultraschall-Thermometer oder der Ultraschall-Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Meßsteuerungseinrichtung versehen, die auf eine im Folgenden beschriebene Art und Weise mißt, steuert und wirkt. In dem mit der Strömungsgeschwindigkeit Vx durch die Rohrleitung strömenden Fluid wird eine von der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragene Ultraschallwelle von der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangen. Dann wird eine Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang von dem ersten Phasendifferenzdetektor erfaßt.

Wenn die Phasendifferenz erfaßt wird, wird eine Übertragungsfrequenz der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung durch die erste Schleifenschaltung schrittweise geändert, bis die Phasendifferenz Null wird, und auf diese Weise wird eine Übertragungsfrequenz bestimmt, wenn die Phasendifferenz Null wird. Ausgehend von der ermittelten Übertragungsfrequenz oder der Wellenlänge wird dann eine Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten.

Als Nächstes wird eine von der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragene Ultraschallwelle von der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangen. Dann wird eine Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang von dem zweiten Phasendifferenzdetektor erfaßt.

Wenn dann eine Phasendifferenz erfaßt wird, wird eine Übertragungsfrequenz der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung durch die zweite Schleifenschaltung schrittweise geändert, bis die Phasendifferenz Null wird und auf diese Weise die Übertragungsfrequenz bestimmt, wenn die Phasendifferenz Null wird. Aus der ermittelten Übertragungsfrequenz oder der Wellenlänge wird dann eine Ultraschallgeschwindigkeit B in dem Fluid erhalten.

Als Nächstes wird ein Durchschnitt der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten. Dann wird eine Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2 geteilt, um eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu bestimmen.

Als Nächstes wird eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit vorbereitet, so daß das Fluid in einem Normalzustand ist (z. B. bei 20°C). Ferner kann eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck, die zuvor durch die Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und die absolute Ultraschallgeschwindigkeit bereitgestellt wird, und einer vorbestimmten Temperatur oder einem vorbestimmten Druck des Fluids einen Druck oder eine Temperatur des Fluids bestimmen.

Ein Ultraschall-Thermometer oder ein Ultraschall-Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung strömenden Fluids messen, umfassen folgende Vorrichtungen: eine erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in der Rohrleitung angeordnet ist, eine zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in einem vorbestimmte Abstand von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist, eine an die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossene Schaltvorrichtung, eine an die Schaltvorrichtung angeschlossene PLL-Schaltung und eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erhalten einer Schwingfrequenz eines Oszillators und Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Temperatur oder einen Druck. Die Schaltvorrichtung ändert abwechselnd die Verbindung der PLL-Schaltung, so daß deren Eingang an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist und auch deren Ausgang an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist oder daß deren Eingang an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist und auch deren Ausgang an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist. Ferner besitzt die PLL-Schaltung einen Phasendifferenzdetektor zum Erfassen einer Phasendifferenz zwischen einer von der ersten oder der zweiten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragenen Ultraschallwelle und einer von der zweiten oder der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangenen Ultraschallwelle, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform und einen Oszillator, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird.

Ein Ultraschall-Thermometer oder ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung strömenden Fluids messen, umfassen folgende Vorrichtungen: einen Ultraschallwellen- Generator zum Erzeugen einer Ultraschallwelle, eine erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in der Rohrleitung angeordnet ist, eine zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung in der Rohrleitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtungen eine von dem Ultraschallgenerator erzeugte Ultraschallwelle übertragen und empfangen, eine Schaltvorrichtung, die an die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist, einen Phasendifferenzdetektor, der an die Schaltvorrichtung angeschlossen ist, wobei der Detektor eine Phasendifferenz zwischen einer von der ersten oder der zweiten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragenen Ultraschallwelle und einer von der zweiten oder der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangenen Ultraschallwelle erfaßt, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform, einen durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuerten Oszillator und eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Schwingfrequenz des Oszillators und Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Temperatur oder einen Druck. Die Schaltvorrichtung ändert abwechselnd die Verbindung des Eingangs des Phasendifferenzdetektors, so daß er entweder an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung oder an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, die ein Durchflußleistung-, Temperatur- oder Druck- Meßverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Strömungsmesser, ein Ultraschall-Thermometer oder einen Ultraschall-Drucksensor zeigt, welche das Durchflußleistung-Meßverfahren verwenden, wie in Fig. 1 gezeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Durchflußleistungsmesser, ein Ultraschall- Thermometer oder einen Ultraschall-Drucksensor gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Strömungsmesser, ein Ultraschall-Thermometer oder einen Ultraschall-Drucksensor gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Strömungsmesser gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezug auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, die ein Durchflußleistung-Meßverfahren gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

In einer Rohrleitung 10 zum Hindurchleiten eines Fluids sind ein Schwingungsgeber bzw. Generator 11 zum Erzeugen einer Ultraschallwelle und Empfänger 12, 13 zum Empfangen einer von dem Schwingungsgeber 11 erzeugten Ultraschallwelle angeordnet. Der Empfänger 12 ist ausgehend von dem Schwingungsgeber 11 im Abstand +L in einer Richtung entlang der Rohrleitung 10 angeordnet, während der Empfänger 13 ausgehend von dem Schwingungsgeber 11 im Abstand -L in der Gegenrichtung entlang der Rohrleitung 10 angeordnet ist.

Mit einer Strömungsgeschwindigkeit V eines Fluids (z. B. Wasser) von 0 m/s wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von dem Schwingungsgeber 11 übertragen, und die übertragene Ultraschallwelle wird von den Empfängern 12 und 13 empfangen. Wenn eine Strömungsgeschwindigkeit V des Fluids in der Rohrleitung 10 Null ist, ist die Zeit, in der die von dem Schwingungsgeber 11 übertragene Ultraschallwelle die Empfänger 12 bzw. 13 erreicht, ungeachtet einer Temperatur des Fluids konstant. Eine Absolutzeit ist jedoch von einer Temperatur des Fluids abhängig. Für den Fall, daß das Fluid Wasser ist, gilt ferner: je höher die Temperatur des Fluids, desto schneller die Ultraschallgeschwindigkeit, wie in Fig. 1 gezeigt.

Wenn dann eine Strömungsgeschwindigkeit V des durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluids gemessen wird, werden die Ultraschallgeschwindigkeiten A bzw. B in der Rohrleitung erlangt und dann gemäß der nachstehend genannten Formel (1) ein Durchschnitt daraus berechnet. Folglich wird die Strömungsgeschwindigkeit V aufgehoben, wodurch eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit S mit einer momentanen Temperatur und ein Druck des Fluids in der Rohrleitung erhalten werden können. Hierbei ist die Ultraschallgeschwindigkeit A eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit, wenn eine Ultraschallwelle zum Empfänger 12 übertragen wird, und die Ultraschallgeschwindigkeit B eine Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit, wenn eine Ultraschallwelle zum Empfänger 13 übertragen wird.

Andererseits wird eine Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2 geteilt, wie in der nachstehend genannten Formel (2) gezeigt. Folglich wird die Ultraschallgeschwindigkeit aufgehoben, wodurch eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ (Geschwindigkeit vor der Korrektur) mit der momentanen Temperatur und der Druck des Fluids in der Rohrleitung erhalten werden können.

S = (A + B)/2 (1)

V₀ = (A - B)/2 (2)

Die aus der Formel (1) erhaltene absolute Ultraschallgeschwindigkeit S kann sich aufgrund einer Temperatur oder eines Drucks des Fluids von einer tatsächlichen Ultraschallgeschwindigkeit unterscheiden. In ähnlicher Weise kann die aus der Formel (2) erhaltene temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ aufgrund einer Temperatur oder eines Drucks des Fluids anders sein als eine tatsächliche Geschwindigkeit. Um die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten, ist es demzufolge notwendig, die durch eine Temperatur oder einen Druck des Fluids verursachte Differenz zu korrigieren. Als Nächstes wird nun das Korrekturverfahren erläutert.

Für den Fall, daß das Fluid Wasser ist, verändert die Temperatur des Fluids eine Ultraschallgeschwindigkeit auf 1500 m/s bei 25°C, 1460 m/s bei 10°C und 1540 m/s bei 40°C, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn die Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit 1500 m/s ist und die absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid 1540 m/s ist, was sich aus der Formel (1) ergibt, ist es notwendig, die aus der Formel (2) erhaltene temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ um 40 m/s zu korrigieren. Das heißt, die erhaltene temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ bedarf für die absolute Ultraschallgeschwindigkeit von 1540 m/s einer Korrektur um die Differenz von 40 m/s.

Bei einem der Korrekturverfahren wird zuerst eine Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit (z. B. 1500 m/s, wenn das Fluid Wasser ist) in dem durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluid erlangt. Ferner wird die durch die Formel (2) erhaltene temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ durch das oben erwähnte Verfahren korrigiert, in dem solchermaßen die durch die Formel (1) erhaltene Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit und die absolute Ultraschallgeschwindigkeit verwendet werden. Aus der korrigierten Strömungsgeschwindigkeit V (Strömungsgeschwindigkeit nach der Korrektur) und einer Querschnittsfläche der Rohrleitung 10 kann dann eine Durchflußleistung des Fluids exakt erhalten werden.

In dem Durchflußleistung-Meßverfahren gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die absolute Ultraschallgeschwindigkeit S. veränderlich durch eine Temperatur oder einen Druck des Fluids in der Rohrleitung 10, durch Verwenden einer Übertragung und eines Empfangs einer Ultraschallwelle erhalten. Demgemäß ist es in der Lage, die temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ ohne Messung einer Temperatur und eines Drucks des Fluids zu korrigieren. Auf diese Weise kann die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit des Fluids exakt erhalten werden.

Das Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist zu einer Messung einer Temperatur oder eines Drucks eines Fluids geeignet. Als Nächstes wird nun ein Meßverfahren zum Messen einer Temperatur oder eines Drucks erläutert.

Zuerst wird eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit (z. B. 1500 m/s bei 25°C, wenn das Fluid Wasser ist, wie zuvor beschrieben) in dem durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluid erlangt. Solchermaßen wird mit der durch die Formel (1) erhaltenen Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit und absoluten Ultraschallgeschwindigkeit eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck erhalten, mit denen eine Umwandlungstabelle erstellt wird. Die Umwandlungstabelle zeigt z. B. eine Beziehung zu der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit, der Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit, einer Temperatur und einem Druck. So kann durch eine derartige Verwendung der Umwandlungstabelle ein Druck des Fluids bestimmt werden, sofern eine Temperatur des Fluids zuvor bekannt ist, während eine Temperatur des Fluids bestimmt werden kann, sofern ein Druck des Fluids zuvor bekannt ist.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Strömungsmesser zeigt, der das Durchflußleistung-Meßverfahren verwendet, wie in Fig. 1 gezeigt.

Der Ultraschall-Strömungsmesser ist mit einem Ultraschallwellen-Sender 21 und einem Ultraschallwellen- Empfänger 22 versehen, die an der Außenseite einer Rohrleitung 10 zum Hindurchleiten eines Fluids befestigt sind. Der Ultraschallwellen-Sender 21 und der Ultraschallwellen-Empfänger 22 sind in einer vorbestimmten Entfernung voneinander beabstandet. Der Ultraschallwellen- Empfänger 22 ist an einen Phasendifferenzdetektor Δϕ angeschlossen. Der Phasendifferenzdetektor Δϕ ist an eine Integrierschaltung angeschlossen (Tiefpaßfilter), die eine von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebene Ausgangswellenform integriert. Die Integrierschaltung ∫ ist an einen Oszillator VFO angeschlossen, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird. Der VFO ist an einen Verstärker N und einen Zähler angeschlossen. Der Zähler zeigt die Frequenz vierstellig an. Der Phasendifferenzdetektor, die Integrierschaltung und der Oszillator VFO bilden eine PLL-Schaltung (phasenstarre Schleifenschaltung). Der Verstärker N ist an den Ultraschallwellen-Sender 21 und den Phasendifferenzdetektor Δϕ angeschlossen.

Eine Schleifenschaltung, die aus dem Phasendifferenzdetektor Δϕ, der Integrierschaltung ∫ dem Oszillator VFO und dem Verstärker N gebildet ist, sorgt durch Verwenden eines PLL- Verfahrens dafür, daß die von dem Phasendifferenzdetektor erfaßte Phasendifferenz (d. h. eine Differenz zwischen einer Phase einer von dem Ultraschallwellen-Sender 21 übertragenen Ultraschallwelle und einer Phase einer von dem Ultraschallwellen-Empfänger 22 empfangenen Ultraschallwelle) Null ist. Das heißt, wenn die Phasendifferenz in dem mit einer Strömungsgeschwindigkeit V durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluid von dem Phasendifferenzdetektor Δϕ erfaßt wird, ändert die Schleifenschaltung eine Schwingfrequenz immer wieder, bis die von dem Phasendifferenzdetektor erfaßte Phasendifferenz Null wird. Ferner wird eine Schwingfrequenz bestimmt, wenn die Phasendifferenz Null wird. Ausgehend von der bestimmten Schwingfrequenz oder Wellenlänge kann die Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten werden.

Als Nächstes wird eine Schleifenschaltung gebildet, in der der Ultraschallwellen-Sender 21, der Ultraschallwellen- Empfänger 22, der Phasendifferenzdetektor Δϕ, die Integrierschaltung ∫, der Oszillator VFO und der Verstärker N umgekehrt zu der Anordnung angeordnet sind, wie in Fig. 2 gezeigt. Das heißt, sowohl der Ultraschallwellen-Sender 21 als auch der Ultraschallwellen-Empfänger 22 können in eine Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung geändert werden, die sofort zur Schaltung einer Übertragung und eines Empfangs geeignet ist. Darüber hinaus kann die Schleifenschaltung so hergestellt sein, daß sie ebenfalls zum Umschalten geeignet ist.

Dann wird auf dieselbe Art und Weise wie bei dem oben erwähnten Verfahren unter Verwendung des Ultraschallwellen- Senders, des Ultraschallwellen-Empfängers und dergleichen, die umgekehrt angeordnet sind, die Ultraschallgeschwindigkeit B erhalten.

Als Nächstes wird ein Durchschnitt der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten. Dann wird eine Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2 geteilt, um eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ des Fluids zu erhalten. Da die temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ jedoch etwas anders ist als eine tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit, wird sie korrigiert, wie folgt:
Es wird eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit vorbereitet, so daß das Fluid in einem Normalzustand ist. Die Meßsteuerungseinrichtung, die an dem Ultraschall- Durchflußleistungsmesser vorgesehen ist, korrigiert dann die temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ um die Differenz zwischen der Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit, um dadurch eine exakte Strömungsgeschwindigkeit V des Fluids zu erhalten und mit der exakten Strömungsgeschwindigkeit V und einer Querschnittsfläche der Rohrleitung 10 eine Durchflußleistung des Fluids zu bestimmen.

Gemäß dem Ultraschall-Strömungsmesser kann die exakte Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch Verwenden der Phasendifferenz ohne Korrektur durch die gemessene Temperatur und den Druck des Fluids erhalten werden.

Als Nächstes wird nun die Ausführung eines Ultraschall- Thermometers oder eines Ultraschall-Drucksensors unter Verwendung des Meßverfahrens zur Messung einer Temperatur oder eines Drucks eines Fluids erläutert, wie in Fig. 2 gezeigt.

Das Ultraschall-Thermometer oder der Ultraschall-Drucksensor ist mit einem Ultraschallwellen-Sender 21 und einem Ultraschallwellen-Empfänger 22 versehen, die an der Außenseite einer Rohrleitung 10 zum Hindurchleiten eines Fluids befestigt sind. Der Ultraschallwellen-Sender 21 und der Ultraschallwellen-Empfänger 22 sind in einer vorbestimmten Entfernung voneinander beabstandet. Der Ultraschallwellen-Empfänger 22 ist an einen Phasendifferenzdetektor Δϕ angeschlossen. Der Phasendifferenzdetektor Δϕ ist an eine Integrierschaltung ∫ angeschlossen (Tiefpaßfilter), die eine von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebene Ausgangswellenform integriert. Die Integrierschaltung ∫ ist an einen Oszillator VFO angeschlossen, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird. Der VFO ist an einen Verstärker N und einen Zähler angeschlossen. Der Zähler zeigt die Frequenz vierstellig an. Der Phasendifferenzdetektor, die Integrierschaltung und der Oszillator VFO bilden eine PLL-Schaltung (phasenstarre Schleifenschaltung). Der Verstärker N ist an den Ultraschallwellen-Sender 21 und den Phasendifferenzdetektor Δϕ angeschlossen.

Eine Schleifenschaltung, die aus dem Phasendifferenzdetektor Δϕ, der Integrierschaltung ∫, dem Oszillator VFO und dem Verstärker N gebildet ist, sorgt durch Verwenden eines PLL- Verfahrens dafür, daß die von dem Phasendifferenzdetektor erfaßte Phasendifferenz (d. h. die Differenz zwischen einer Phase einer von dem Ultraschallwellen-Sender 21 übertragenen Ultraschallwelle und einer Phase einer von dem Ultraschallwellen-Empfänger 22 empfangenen Ultraschallwelle) Null ist. Das heißt, wenn eine Phasendifferenz in dem mit einer Strömungsgeschwindigkeit V durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluid von dem Phasendifferenzdetektor Δϕ erfaßt wird, ändert die Schleifenschaltung eine Schwingfrequenz immer wieder, bis die von dem Phasendifferenzdetektor erfaßte Phasendifferenz Null wird. Ferner wird eine Schwingfrequenz bestimmt, wenn die Phasendifferenz Null wird. Ausgehend von der bestimmten Schwingfrequenz oder der Wellenlänge kann die Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten werden.

Als Nächstes wird eine Schleifenschaltung gebildet, in der der Ultraschallwellen-Sender 21, der Ultraschallwellen- Empfänger 22, der Phasendifferenzdetektor Δϕ, die Integrierschaltung ∫ der Oszillator VFO und der Verstärker N umgekehrt zu der Anordnung angeordnet sind, wie in Fig. 2 gezeigt. Das heißt, sowohl der Ultraschallwellen-Sender 21 als auch der Ultraschallwellen-Empfänger 22 können in eine Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung geändert werden, die sofort zur Schaltung der Übertragung und des Empfangs geeignet ist. Darüber hinaus können die Schleifenschaltungen so hergestellt sein, daß sie ebenfalls zum Umschalten geeignet sind.

Dann wird auf dieselbe Art und Weise wie bei dem oben erwähnten Verfahren unter Verwendung des Ultraschallwellen- Senders, des Ultraschallwellen-Empfängers und dergleichen in der Schleifenschaltung, die umgekehrt angeordnet sind, die Ultraschallgeschwindigkeit B erhalten.

Als Nächstes wird ein Durchschnitt der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten.

Es wird eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit vorbereitet, so daß das Fluid in einem Normalzustand ist. Die Meßsteuerungseinrichtung, die an dem Ultraschall-Thermometer und dem Ultraschall-Drucksensor vorgesehen ist, bestimmt dann eine Temperatur oder einen Druck des Fluids durch die Differenz zwischen einer solchen Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Durchflußleistungsmesser gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 2 tragen dieselbe Kennzeichnung wie in Fig. 2. Nur unterschiedliche Teile werden hier erläutert.

Der Ultraschall-Durchflußleistungsmesser ist mit einer ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und einer zweiten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 22 versehen, die jeweils einen Ultraschallwellen-Oszillator aufweisen. Die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und 22 sind in einer vorbestimmten Entfernung voneinander beabstandet. Die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und 22 sind an eine Schaltvorrichtung 25 angeschlossen, die an eine PLL-Schaltung 28 und einen Verstärker N angeschlossen ist. Die PLL-Schaltung 28 ist aus einem Phasendifferenzdetektor, einer Integrierschaltung und einem Oszillator gebildet.

Die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und 22 sind an eine Steuerungs- und Anzeigeschaltung 26 angeschlossen, die an eine Zählerschaltung 27 angeschlossen ist. Die Zählerschaltung 27, die eine von dem Oszillator oszillierte Frequenz zählt, ist an eine PLL-Schaltung 28 angeschlossen. Die Steuerungs- und Anzeigeschaltung 26 wandelt die gezählte Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung um und zeigt sie an.

Als Nächstes wird nun ein Verfahren zur Messung einer Durchflußleistung eines durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluids erläutert, bei dem der Ultraschall- Durchflußleistungsmesser eingesetzt wird.

Zunächst wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 22 empfangen. Zu dieser Zeit wird eine Phasendifferenz zwischen der übertragenen Ultraschallwelle und der empfangenen Ultraschallwelle von dem Phasendifferenzdetektor erfaßt und eine erfaßte Ausgangswellenform durch die Integrierschaltung integriert. Basierend auf dem von der Integrierschaltung abgegebenen Ausgangssignal wird der Oszillator so gesteuert, daß er eine Schwingfrequenz ändert. Als Nächstes wird eine Ultraschallwelle mit der geänderten Schwingfrequenz von der zweiten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 22 empfangen. Zu dieser Zeit wird eine Phasendifferenz zwischen der übertragenen Ultraschallwelle und der empfangenen Ultraschallwelle von dem Phasendifferenzdetektor erfaßt und eine erfaßte Ausgangswellenform durch die Integrierschaltung integriert. Basierend auf dem von dem I-Glied abgegebenen Ausgangssignal wird der Oszillator so gesteuert, daß er eine Schwingfrequenz ändert.

Solchermaßen schafft es das PLL-Verfahren, die Phasendifferenz auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die bestimmte Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch die Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes schaltet die Schaltvorrichtung 25 die Verbindung um. Dann wird auf dieselbe Art und Weise wie bei dem oben erwähnten Verfahren eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 22 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 empfangen. Zu dieser Zeit wird eine Phasendifferenz zwischen der übertragenen Ultraschallwelle und der empfangenen Ultraschallwelle von dem Phasendifferenzdetektor erfaßt und eine erfaßte Ausgangswellenform durch die Integrierschaltung integriert. Basierend auf dem von dem I-Glied abgegebenen Ausgangssignal wird der Oszillator so gesteuert, daß er eine Schwingfrequenz ändert. Als Nächstes wird eine Ultraschallwelle mit der geänderten Schwingfrequenz von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 empfangen. Zu dieser Zeit wird eine Phasendifferenz zwischen der übertragenen Ultraschallwelle und der empfangenen Ultraschallwelle von dem Phasendifferenzdetektor erfaßt und eine erfaßte Ausgangswellenform durch die Integrierschaltung integriert. Basierend auf dem von dem I-Glied abgegebenen Ausgangssignal wird der Oszillator so gesteuert, daß er eine Schwingfrequenz ändert.

Solchermaßen schafft es das PLL-Verfahren, die Phasendifferenz auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die bestimmte Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch die Ultraschallgeschwindigkeit B in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes wird von der Steuerschaltung ein Mittelwert der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten. Weiterhin wird eine Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch zwei geteilt, um eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ des Fluids zu erhalten. Da die erhaltene temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ sich von einer tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit unterscheidet, wird die Differenz von der Steuerschaltung auf dieselbe Weise korrigiert wie bei der ersten Ausführung, und an der Anzeigeschaltung wird eine tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit angezeigt, welche die Strömungsgeschwindigkeit korrigiert hat.

Gemäß der zweiten Ausführung kann dieselbe Wirkung erreicht werden wie in der ersten Ausführung.

Als Nächstes wird nun eine Ausführung eines Ultraschall- Thermometers oder eines Ultraschall-Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, wie in Fig. 3 gezeigt. Gleiche Teile wie in der ersten Ausführung werden hier nicht erläutert.

Das Ultraschall-Thermometer oder der Ultraschall-Drucksensor ist mit einer ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und einer zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 22 versehen, die jeweils einen Ultraschallwellen-Oszillator aufweisen. Die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und 22 sind in einer vorbestimmten Entfernung voneinander beabstandet. Die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und 22 sind an eine Schaltvorrichtung 25 angeschlossen, die an eine PLL-Schaltung 28 und einen Verstärker N angeschlossen ist. Die PLL-Schaltung 28 ist aus dem Phasendifferenzdetektor, der Integrierschaltung und dem Oszillator gebildet.

Die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung 21 und 22 sind an eine Steuerungs- und Anzeigeschaltung 26 angeschlossen, die an eine Zählerschaltung 27 angeschlossen ist. Die Zählerschaltung 27, die eine Schwingfrequenz des Oszillators zählt, ist an eine PLL-Schaltung 28 angeschlossen. Die Steuerungs- und Anzeigeschaltung 26 wandelt die gezählte Schwingfrequenz in eine Temperatur oder einen Druck um und zeigt sie an.

Als Nächstes wird nun ein Meßverfahren zur Messung einer Temperatur oder eines Drucks eines durch die Rohrleitung 10 strömenden Fluids erläutert, bei dem das Ultraschall- Thermometer oder der Ultraschall-Drucksensor eingesetzt wird.

Als Nächstes wird von der Steuerschaltung ein Mittelwert der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B berechnet, um eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten.

Es wird eine Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit vorbereitet, so daß das Fluid in einem Normalzustand ist. Durch Verwenden einer Differenz zwischen der Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit kann eine Temperatur oder ein Druck des Fluids exakt erhalten werden.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Durchflußleistungsmesser gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche Teile in Fig. 4 haben dieselben Kennzeichen wie in Fig. 3. Hier werden jetzt nur unterschiedliche Teile erläutert.

Der Ultraschall-Durchflußleistungsmesser ist mit einem Ultraschallwellen-Sender 31 versehen, der einen Ultraschallwellen-Oszillator aufweist, sowie mit einem ersten Ultraschallwellen-Empfänger 32 und einem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger 33 versehen, die in einer vorbestimmten Entfernung von dem Ultraschallwellen-Sender 31 in Gegenrichtungen beabstandet sind. Der erste Ultraschallwellen-Empfänger 32 und der zweite Ultraschallwellen-Empfänger 33 sind an eine Schaltvorrichtung 35 angeschlossen, die an eine PLL-Schaltung 28 und einen Verstärker N angeschlossen ist.

Der erste und der zweite Ultraschallwellen-Empfänger 32 und 33 sind an eine Steuerungs- und Anzeigeschaltung 26 angeschlossen, die an eine Zählerschaltung 27 angeschlossen ist.

Als Nächstes wird nun ein Meßverfahren zur Messung einer Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung strömenden Fluids erläutert, bei dem der Ultraschall- Durchflußleistungsmesser eingesetzt wird.

Zunächst wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von dem Ultraschallwellen-Sender 31 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von dem ersten Ultraschallwellen-Empfänger 32 empfangen. Das PLL-Verfahren schafft es, die Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch die Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes schaltet die Schaltvorrichtung 35 die Verbindung um. Auf dieselbe Art und Weise wie bei dem oben erwähnten Verfahren wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von dem Ultraschallwellen-Sender 31 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von dem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger 33 empfangen. Das PLL-Verfahren schafft es, die Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch die Ultraschallgeschwindigkeit B in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes wird auf dieselbe Weise wie bei der zweiten Ausführung eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ erhalten und an der Anzeigeschaltung eine tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit V angezeigt, die die temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ korrigiert hat.

Gemäß der dritten Ausführung kann dieselbe Wirkung wie bei der ersten Ausführung erhalten werden.

Als Nächstes wird nun eine Ausführung eines Ultraschall- Thermometers oder eines Ultraschall-Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, wie in Fig. 3 gezeigt. Gleiche Teile wie bei der zweiten Ausführung werden hier nicht erläutert.

Das Ultraschall-Thermometer oder der Ultraschall-Drucksensor ist mit einem Ultraschallwellen-Sender 31 mit einem Ultraschallwellen-Oszillator und einem ersten Ultraschallwellen-Empfänger 32 und einem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger 33 versehen, die in einer vorbestimmten Entfernung von dem Ultraschallwellen-Sender 31 in entgegengesetzten Richtungen beabstandet sind. Der erste und der zweite Ultraschallwellen-Empfänger 32 und 33 sind an eine Schaltvorrichtung 35 angeschlossen, die an eine PLL- Schaltung 28 und einen Verstärker N angeschlossen ist.

Der erste und der zweite Ultraschallwellen-Empfänger 32 und 33 sind an eine Steuer- und Anzeigeschaltung 26 angeschlossen, die an eine Zählerschaltung 27 angeschlossen ist.

Als Nächstes wird nun ein Meßverfahren zur Messung einer Temperatur oder eines Drucks eines durch eine Rohrleitung strömenden Fluids erläutert, bei dem das Ultraschall- Thermometer oder der Ultraschall-Drucksensor eingesetzt wird.

Zunächst wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von dem Ultraschallwellen-Sender 31 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von dem ersten Ultraschallwellen-Empfänger 32 empfangen. Die PLL-Schaltung schafft es, die Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch die Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes schaltet die Schaltvorrichtung 35 die Verbindung um. Auf dieselbe Art und Weise wie bei dem oben erwähnten Verfahren wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von dem Ultraschallwellen-Sender 31 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von dem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger 33 empfangen. Das PLL-Verfahren schafft es, die Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch eine Ultraschallgeschwindigkeit B in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes wird auf dieselbe Weise wie bei der zweiten Ausführung eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit erhalten und korrigiert. Dann wird eine Temperatur oder ein Druck an der Anzeigeschaltung angezeigt.

Gemäß der Ausführung kann dieselbe Wirkung wie bei der ersten Ausführung erhalten werden.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das einen Ultraschall- Durchflußleistungsmesser gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche Teile in Fig. 5 haben dieselben Kennzeichnungen wie in Fig. 3. Hier werden jetzt nur unterschiedliche Teile erläutert.

Der Ultraschall-Strömungsmesser ist mit einem Ultraschallwellen-Sender 21 mit einem Ultraschallwellen- Oszillator und einem Ultraschallwellen-Empfänger 22 versehen, die in einer vorbestimmten Entfernung voneinander beabstandet sind. Der Ultraschallwellen-Empfänger 22 ist an eine PLL- Schaltung 28 angeschlossen, die an eine Schaltvorrichtung 35 und einen Verstärker N angeschlossen ist. Der Verstärker N ist an den Ultraschallwellen-Sender 21 angeschlossen, und eine Schaltungsverknüpfung 35 ist an eine Zählschaltung 27 und eine Steuer- und Anzeigeschaltung 26 angeschlossen.

Der Ultraschall-Strömungsmesser ist auch mit einem Ultraschallwellen-Sender 41 mit einem Ultraschallwellen- Oszillator und einem Ultraschallwellen-Empfänger 42 versehen, die in einer vorbestimmten Entfernung voneinander beabstandet sind. Der Ultraschallwellen-Empfänger 42 ist an eine PLL- Schaltung 38 angeschlossen, die an die Schaltvorrichtung 35 und einen Verstärker N angeschlossen ist. Der Verstärker N ist an den Ultraschallwellen-Sender 41 angeschlossen.

Als Nächstes wird nun das Durchflußleistung-Meßverfahren zur Messung eines durch eine Rohrleitung strömenden Fluids erläutert, das den Ultraschall-Durchflußleistungsmesser verwendet.

Zunächst wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz vom Ultraschallwellen-Sender 21 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle vom Ultraschallwellen- Empfänger 22 empfangen. Die PLL-Schaltung 28 schafft es, die Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch eine Ultraschallgeschwindigkeit A in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes schaltet die Schaltvorrichtung 35 die Verbindung um. Auf dieselbe Art und Weise wie bei dem oben erwähnten Verfahren wird eine Ultraschallwelle mit einer vorbestimmten Frequenz von dem Ultraschallwellen-Sender 41 übertragen und die übertragene Ultraschallwelle von dem Ultraschallwellen- Empfänger 42 empfangen. Die PLL-Schaltung 38 schafft es, die Phasendifferenz in der Ultraschallwelle bei der Übertragung und dem Empfang auf Null zu bringen, und wenn die Phasendifferenz Null wird, wird eine Schwingfrequenz bestimmt. Die Schwingfrequenz wird von der Zählerschaltung 27 gezählt und die gezählte Schwingfrequenz von der Steuerschaltung in eine Durchflußleistung umgewandelt, wodurch eine Ultraschallgeschwindigkeit B in dem Fluid erhalten wird.

Als Nächstes wird auf dieselbe Weise wie bei der zweiten Ausführung eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit V₀ erhalten und korrigiert und die korrigierte Strömungsgeschwindigkeit an der Anzeigeschaltung angezeigt.

Gemäß der vierten Ausführung kann dieselbe Wirkung wie bei der ersten Ausführung erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die oben erwähnten Ausführungen beschränkt werden, und von Fachleuten auf diesem Gebiet können diverse Modifizierungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.

Gemäß der Ausführung ist die vorliegende Erfindung auf das Durchflußleistung-Meßverfahren und den Ultraschall- Durchflußleistungsmesser angewendet. Wenn die Fluid- Geschwindigkeit 0 m/s beträgt und der Fluid-Druck zuvor bekannt ist, ist es hier möglich, die vorliegende Erfindung auf ein Ultraschall-Thermometer anzuwenden, das die Temperatur des Fluids mißt. Wenn die Fluid- Geschwindigkeit 0 m/s beträgt und die Fluid-Temperatur zuvor bekannt ist, ist es auch möglich, die vorliegende Erfindung auf einen Ultraschall-Drucksensor anzuwenden, der den Druck des Fluids mißt.

In diesen Ausführungen wird die vorliegende Erfindung auf ein Temperatur- oder ein Druck-Meßverfahren, ein Thermometer und einen Drucksensor angewendet. Die Erfindung macht auch eine derartige Anwendung möglich, daß sowohl eine Durchflußleistung als auch eine Temperatur oder ein Druck gleichzeitig gemessen werden können. Ferner kann die Erfindung als Thermometer angewendet werden, sofern ein Druck eines Fluids zuvor bekannt ist, oder als Drucksensor, sofern eine Temperatur eines Fluids zuvor bekannt ist.

Wie oben erwähnt, werden somit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Durchflußleistung-Meßverfahren, ein Strömungsgeschwindigkeit-Meßverfahren und ein Ultraschall- Durchflußleistungsmesser bereitgestellt, die unter Verwendung einer Phasendifferenz eine Fluid-Geschwindigkeit exakt messen können.

Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung ein Temperatur- oder ein Druck-Meßverfahren, ein Ultraschall- Thermometer oder ein Ultraschall-Drucksensor bereitgestellt, die unter Verwendung einer Phasendifferenz eine Temperatur oder einen Druck eines Fluids exakt messen können.

Claims

1. Durchflußleistung-Meßverfahren, welches eine Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, umfassend:

- Vorbereiten einer Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit derart, daß das Fluid in einem Normalzustand ist;
- Messen einer Ultraschallgeschwindigkeit A durch Übertragen einer Ultraschallwelle von einer Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der anderen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Messen einer Ultraschallgeschwindigkeit B durch Übertragen einer Ultraschallwelle von der anderen Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der einen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Mitteln der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B, um dadurch eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten;
- Teilen einer Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2, um dadurch eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu erhalten;
- Korrigieren der temporären Strömungsgeschwindigkeit durch Verwenden einer Differenz zwischen der Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit, um dadurch eine genaue Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu bestimmen; und
- Bestimmen einer Durchflußleistung des Fluids durch Verwenden der genauen Strömungsgeschwindigkeit und einer Querschnittsfläche der Rohrleitung (10).

2. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, welcher eine Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, aufweisend:

- eine erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die auf der Außenseite der Rohrleitung (10) angeordnet ist;
- eine zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die auf der Außenseite der Rohrleitung (10) beabstandet von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist;
- einen ersten Phasendifferenzdetektor, der an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist;
- eine erste Schleifenschaltung des PLL-Typs, die zwischen dem ersten Phasendifferenzdetektor und der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist;
- einen zweiten Phasendifferenzdetektor, der an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist;
- eine zweite Schleifenschaltung des PLL-Typs, die zwischen dem zweiten Phasendifferenzdetektor und der zweiten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist; und
- einen Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Durchflußleistung des Fluids.

3. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser gemäß Anspruch 2, wobei die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung aus einem ersten Ultraschallwellen- Sender und einem ersten Ultraschallwellen-Empfänger gebildet ist, die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung aus einem zweiten Ultraschallwellen-Sender und einem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger gebildet ist, der erste Phasendifferenzdetektor und der zweite Phasendifferenzdetektor zu einem Phasendifferenzdetektor verbunden sind und die erste Schleifenschaltung und die zweite Schleifenschaltung zu einer Schleifenschaltung verbunden sind.

4. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, welcher eine Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, aufweisend:

- einen Ultraschallwellen-Sender, der an der Rohrleitung (10) angeordnet ist;
- einen Ultraschallwellen-Empfänger, der in einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwellen-Sender angeordnet ist;
- eine PLL-Schaltung (28), die an den Ultraschallwellen- Sender und den Ultraschallwellen-Empfänger angeschlossen ist; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Schwingfrequenz eines Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung;

wobei die PLL-Schaltung (28) einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer Ultraschallwelle, die von dem Ultraschallwellen-Sender übertragen wird und einer Ultraschallwelle, die von dem Ultraschallwellen- Empfänger empfangen wird, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform und den Oszillator aufweist, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird.

5. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, welcher eine Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, aufweisend:

- einen an der Rohrleitung (10) angeordneten Ultraschallwellen-Sender (31);
- einen ersten Ultraschallwellen-Empfänger (32) und einen zweiten Ultraschallwellen-Empfänger (33), die in einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwellen- Sender (31) jeweils in der Gegenrichtung angeordnet sind;
- eine an den Ultraschallwellen-Sender (31) angeschlossene PLL-Schaltung (28);
- eine an die PLL-Schaltung angeschlossene Schaltvorrichtung (35); und
- eine Meßsteuerungseinrichtung (26) zum Erlangen einer Schwingfrequenz eines Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung;

wobei die Schaltvorrichtung (35) die Verbindung der PLL- Schaltung (28) abwechselnd ändert, so daß diese entweder an den ersten Ultraschallwellen-Empfänger (32) oder an den zweiten Ultraschallwellen-Empfänger (33) angeschlossen ist, und wobei die PLL-Schaltung (28) einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer Ultraschallwelle, die von dem Ultraschallwellen-Sender (31) übertragen wird und einer Ultraschallwelle, die von dem ersten bzw. dem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger (32, 33) empfangen wird, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform und den Oszillator aufweist, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird.

6. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, welcher eine Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, aufweisend:

- einen Ultraschallwellen-Generator zum Erzeugen einer Ultraschallwelle;
- einen an der Rohrleitung (10) angeordneten Ultraschallwellen-Sender, wobei der Sender eine von dem Ultraschallwellen-Generator erzeugte Ultraschallwelle überträgt;
- einen in einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwellen-Sender angeordneten Ultraschallwellen-Empfänger;
- einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer von dem Ultraschallwellen-Sender übertragenen Ultraschallwelle und einer von dem Ultraschallwellen-Empfänger empfangenen Ultraschallwelle;
- eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform;
- einen Oszillator, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Schwingfrequenz des Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung.

7. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser gemäß Anspruch 4, bestehend aus zwei Anlagen des Ultraschall- Durchflußleistungsmessers.

8. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, welcher eine Durchflußleistung eines durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, aufweisend:

- eine erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in der Rohrleitung (10) angeordnet ist;
- eine zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist;
- eine Schaltvorrichtung, die an die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist;
- eine PLL-Schaltung, die an die Schaltvorrichtung angeschlossen ist; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Schwingfrequenz eines Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung;

wobei die Schaltvorrichtung die Verbindung der PLL- Schaltung abwechselnd so ändert, daß deren Eingang an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen wird und ferner deren Ausgang an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs-/ Empfangsvorrichtung angeschlossen wird oder so ändert, daß deren Eingang an die zweite Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen wird und ferner deren Ausgang an die erste Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen wird, und wobei die PLL-Schaltung einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer Ultraschallwelle, die von der ersten oder der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragen wird und einer Ultraschallwelle, die von der zweiten oder der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangen wird, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform und einen Oszillator aufweist, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird.

9. Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, welcher eine Durchflußleistung eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, aufweisend:

- einen Ultraschallwellen-Generator zum Erzeugen einer Ultraschallwelle;
- eine erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in der Rohrleitung (10) angeordnet ist;
- eine zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung in der Rohrleitung (10) angeordnet ist;
- die Vorrichtungen, die eine von dem Ultraschallgenerator erzeugte Ultraschallwelle übertragen und empfangen;
- eine Schaltvorrichtung, die an die erste und die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist;
- einen Phasendifferenzdetektor, der an die Schaltvorrichtung angeschlossen ist, wobei der Detektor eine Phasendifferenz zwischen einer von der ersten oder der zweiten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung übertragenen Ultraschallwelle bzw. einer von der zweiten oder der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung empfangenen Ultraschallwelle ermittelt;
- eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform;
- einen Oszillator, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Schwingfrequenz des Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung;

wobei die Schaltvorrichtung (35) die Verbindung des Eingangs des Phasendifferenzdetektors abwechselnd ändert, so daß dieser entweder an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung oder an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist.

10. Strömungsgeschwindigkeit-Meßverfahren, welches eine Strömungsgeschwindigkeit eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, umfassend:

- Vorbereiten einer Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit derart, daß das Fluid in einem Normalzustand ist;
- Messen einer Ultraschallgeschwindigkeit A durch Übertragen einer Ultraschallwelle von einer Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der anderen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Messen einer Ultraschallgeschwindigkeit B durch Übertragen einer Ultraschallwelle von der anderen Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der einen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Mitteln der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B, um dadurch eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten;
- Teilen einer Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2, um dadurch eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu erhalten; und
- Korrigieren der temporären Strömungsgeschwindigkeit durch Verwenden einer Differenz zwischen der Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit, um dadurch eine genaue Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu bestimmen.

11. Meßverfahren, welches eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, umfassend:

- Vorbereiten einer Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit derart, daß das Fluid in einem Normalzustand ist (z. B. bei 20°C);
- Messen einer Ultraschallgeschwindigkeit A durch Übertragen einer Ultraschallwelle von einer Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der anderen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Messen einer Ultraschallgeschwindigkeit B durch Übertragen einer Ultraschallwelle von der anderen Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der einen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Mitteln der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B, um dadurch eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten;
- Teilen einer Differenz zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B durch 2, um dadurch eine temporäre Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu erhalten;
- Korrigieren der temporären Strömungsgeschwindigkeit durch Verwenden einer Differenz zwischen der Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit, um dadurch eine genaue Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu bestimmen;
- Multiplizieren der genauen Strömungsgeschwindigkeit mit einer Querschnittsfläche der Rohrleitung (10), um dadurch eine Durchflußleistung zu erhalten, gleichzeitig Erhalten einer Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck durch die Referenz- Ultraschallgeschwindigkeit und die absolute Ultraschallgeschwindigkeit; und
- Erhalten eines Drucks oder einer Temperatur des Fluids durch die Beziehung und eine vorbestimmte Temperatur oder einen vorbestimmten Druck des Fluids.

12. Meßverfahren, welches eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids mißt, umfassend:

- Vorbereiten einer Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit derart, daß das Fluid in einem Normalzustand ist;
- Messen der Ultraschallgeschwindigkeit A durch Übertragen einer Ultraschallwelle von einer Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der anderen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Messen der Ultraschallgeschwindigkeit B durch Übertragen einer Ultraschallwelle von der anderen Seite und Empfangen der Ultraschallwelle auf der einen Seite in dem durch die Rohrleitung (10) strömenden Fluid;
- Mitteln der Ultraschallgeschwindigkeit A und der Ultraschallgeschwindigkeit B, um dadurch eine absolute Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid zu erhalten;
- Erhalten einer Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck durch eine Differenz zwischen der Referenz-Ultraschallgeschwindigkeit und der absoluten Ultraschallgeschwindigkeit; und
- Erhalten eines Drucks oder einer Temperatur des Fluids durch die Beziehung und eine vorbestimmte Temperatur oder einen vorbestimmten Druck des Fluids.

13. Ultraschall-Thermometer oder Ultraschall-Drucksensor, welche eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids messen, aufweisend:

- eine erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die auf der Außenseite der Rohrleitung (10) angeordnet ist;
- eine zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung, die auf der Außenseite der Rohrleitung (10) angeordnet ist, wobei die zweite Vorrichtung von der ersten Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung beabstandet ist;
- einen ersten Phasendifferenzdetektor, der an die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist;
- eine erste Schleifenschaltung (28) des PLL-Typs, die zwischen dem ersten Phasendifferenzdetektor und der ersten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist;
- einen zweiten Phasendifferenzdetektor, der an die erste Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeschlossen ist;
- eine zweite Schleifenschaltung (38) des PLL-Typs, die zwischen dem zweiten Phasendifferenzdetektor und der zweiten Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Temperatur oder eines Drucks des Fluids.

14. Ultraschall-Thermometer oder Ultraschall-Drucksensor gemäß Anspruch 13, wobei die erste Ultraschallwellen- Übertragungs- und Empfangsvorrichtung aus einem ersten Ultraschallwellen-Sender (21) und einem ersten Ultraschallwellen-Empfänger (22) gebildet ist, die zweite Ultraschallwellen-Übertragungs- und Empfangsvorrichtung aus einem zweiten Ultraschallwellen- Sender (41) und einem zweiten Ultraschallwellen- Empfänger (42) gebildet ist, der erste Phasendifferenzdetektor und der zweite Phasendifferenzdetektor zu einem Phasendifferenzdetektor verbunden sind, und die erste Schleifenschaltung (28) und die zweite Schleifenschaltung (38) zu einer Schleifenschaltung verbunden sind.

15. Ultraschall-Thermometer oder Ultraschall-Drucksensor, welche eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids messen, aufweisend:

- einen an der Rohrleitung (10) angeordneten Ultraschallwellen-Sender;
- einen in einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwellen-Sender angeordneten Ultraschallwellen-Empfänger;
- eine an den Ultraschallwellen-Sender und den Ultraschallwellen-Empfänger angeschlossene PLL- Schaltung; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zur Steuerung zum Erhalt einer Schwingfrequenz eines Oszillators und zur Umwandlung der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung;

wobei die PLL-Schaltung einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer von dem Ultraschallwellen-Sender übertragenen Ultraschallwelle und einer von dem Ultraschallwellen- Empfänger empfangenen Ultraschallwelle, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform und den Oszillator aufweist, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird.

16. Ultraschall-Thermometer oder Ultraschall-Drucksensor, welche eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids messen, aufweisend:

- einen an der Rohrleitung (10) angeordneten Ultraschallwellen-Sender (31);
- einen ersten Ultraschallwellen-Empfänger (32) und einen zweiten Ultraschallwellen-Empfänger (33), die in einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwellen- Sender (31) in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind;
- eine an den Ultraschallwellen-Sender angeschlossene PLL-Schaltung (28);
- eine an die PLL-Schaltung angeschlossene Schaltvorrichtung (35); und
- eine Meßsteuerungseinrichtung (26) zum Erlangen einer Schwingfrequenz eines Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Durchflußleistung;

wobei die Schaltvorrichtung (35) die Verbindung der PLL- Schaltung (28) abwechselnd ändert, so daß diese jeweils entweder an den ersten Ultraschallwellen-Empfänger (32) oder den zweiten Ultraschallwellen-Empfänger (33) angeschlossen ist, und wobei die PLL-Schaltung (28) einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer Ultraschallwelle, die von dem Ultraschallwellen-Sender (31) übertragen wird und einer Ultraschallwelle, die von dem ersten und dem zweiten Ultraschallwellen-Empfänger (32, 33) empfangen wird, eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform und den Oszillator aufweist, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird.

17. Ultraschall-Thermometer oder Ultraschall-Drucksensor, welche eine Temperatur oder einen Druck eines durch eine Rohrleitung (10) strömenden Fluids messen, aufweisend:

- einen Ultraschallwellen-Generator zum Erzeugen einer Ultraschallwelle;
- einen in der Rohrleitung (10) angeordneten Ultraschallwellen-Sender, wobei der Sender eine von dem Ultraschallwellen-Generator erzeugte Ultraschallwelle überträgt;
- einen in einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwellen-Sender angeordneten Ultraschallwellen-Empfänger;
- einen Phasendifferenzdetektor zum Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einer von dem Ultraschallwellen-Sender übertragenen Ultraschallwelle und einer von dem Ultraschallwellen-Empfänger empfangenen Ultraschallwelle;
- eine Integrierschaltung zum Integrieren einer von dem Phasendifferenzdetektor ausgegebenen Ausgangswellenform;
- einen Oszillator, der durch ein von der Integrierschaltung abgegebenes Ausgangssignal gesteuert wird; und
- eine Meßsteuerungseinrichtung zum Erlangen einer Schwingfrequenz des Oszillators und zum Umwandeln der Schwingfrequenz in eine Temperatur oder einen Druck.