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Meßeinrichtung mit einem Zeitdifferenz-Meßglied
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung mi.t einem Zeitdifferenz-Meßglied,
dem eingangsseitig ein von einem Steuerteil der Meßeinrichtung erzeugtes Referenz-Signal
und ein Meßsignal zugeführt wird und das ausgangsseitig eine Meßgröße abgibt, die
der Zeitspanne zwischen dem Auftreten des Referenz- und des Meßsignals entspricht.
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Bei einer solchen Meßeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine
Einrichtung zur Durchfluß- oder Strömungsmessung von Medien mittels Ultraschall
handeln, bei der die Differenz der Laufzeit eines in bezug auf die Strömungsrichtung
in Vorwärtsrichtung durch die Strömung gesandten Ultraschall-Impulses und eines
in Rückwärtsrichtung gesandten Ultraschall-Impulses erfaßt wird; der Durchfluß oder
die Strömung des Mediums kann nämlich aus der Differenz der Laufzeiten ermittelt
werden. Die Meßei.nrichtung arbeitet in einer solchen Anwendung so, daß, wenn die
Höhe eines empfangenen Ultraschall-Signals kleiner als ein Referenzwert (oder kleiner
als ein unterer Grenzwert) oder größer als ein Referenzwert (oder größer als ein
oberer Grenzwert) ist,-das empfarlgene Signal nicht weiterverarbeitet wird.
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Eine solche bekannte Meßeinrichtung kann ßo ausgeführt sein, wie es
in Figur 1 dargestellt ist. Die Meßeinrichtung ist mit zwei Wandlern 13 und 14 versehen,
die einander gegenüber in einem Rohr 10 angeordnet sind, durch welches das zu messende
Medium strömt. Die-Wandler 13 und 14 werden abwechselnd in den Stndebetrieb zur
Umwandlung eines elc-ktrischen Signals in
ein akustisches Signal
(Ultraschall-Signal) und in den Empfangsbetrieb zur Umsetzung eines akustischen
Signals in ein efektrisches Signal gesteuert. Ein elektrischer Impulsgenerator 5
ist zur Ansteuorwng jeweils eines der Wandler im Sendebetrieb vorgesehen, Außerdem
sind zwei Oszillatoren 11 und 12 mit variabler Frequenz vorhanden sowie ein Zähler
3, in den die Ausgangssignale eines der O,zillatoren eingezählt werden und der ein
Ausgangssignal abgibt, wenn sein Zählerstand einen vorbestimmten Wert N erreicht
hat. Ein Verzögerungsglied 4 leitet nach einer Verzögerungnzcit Td das Ausgangssignal
des Zählers 3 an ein Zeitdifferenz-Meßglied 8 weiter; das Zeitdifferenz-Meßglied
8 ist außerdem mit einem Ausgangssignal F des Wandlers beaufschlagt5 der gerade
im Empfangsbetrieb arbeitet. Die Oszillatoren 11 und 12, der Zähler 3 und das Verzögerungsglied
4 bilden ein Steuerteil der Meßeinrichtung. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes
4 entspricht einer Laufzeit, die unterschiedlich zu der eines Ultraschall-Signals
im gerade zu messenden Medium ist.
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Wenn ein Ultraschall-Signal in Vorwärtsrichtung in bezug auf die Strömungsrichtung
d.es Mediums gesandt wird, werden die Ausgangssignale des Oszillators 11 durch den
Zähler 3 gezählt, und das Zeitdifferenz-Meßglied 8 erfaßt die Zeitspanne zwischen
dem Ausgangssigiial des Verz.ögerungsgliedes 4 und dem Ausgangs signal des-Wandlers
14, da dieser dann im Empfangsbetrieb arbeitet.
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Das Zeitdifferenz-Meßglied erzeugt eine Meßgröße, mit der der Oszillator
11 gesteuert wird.
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Wenn umgekehrt das Ultraschall-Signal in einer Richtung entgegengesetzt
zur Strömungsrichtung des Mediums gesandt wird, zählt der Zähler 3 die Ausgangssignale
des Oszillators 12, und das Zeitdifferenz-Meßglied erfaßt die Zeitspanne zwischen
den Ausgangssignalen des Zeitgliedes 4 und des Wandlers 13, der nunmehr in Empfangsbetrieb
arbeitet, wodurch die Frequenz des Oszillators 12 in Übereinstimmung mit der Zeitspanne
gesteuert wird. Der Durchfluß des Mediums kann aus der Differenz der Frequenz der
beiden Oszillatoren 11 und 12 ermittelt werden.
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Eine Meßeinrichtung mit Ultraschall zur Durchfluß- oder Strömungsmessung
nach Figur 1 arbeitet in folgender Weise: Durch ein Betriebsart-Signal A einer Betriebsart-Schalteinrichtung
9 wird die Meßeinrichtung so gesteuert, daß der Wandler 14 als Empfänger und der
Wandler 13 als Sender arbeitet. Der Oszillator 11 einer Oszillator-Anordnung 1 ist
mit einem synchronisierenden Impulsgenerator 2 und einem Zähler 3 verbunden Das
Ausgangssignal des elektrischen Impulsgenerators 5 wird über das Verknüpfungsglied
6 dein Wandler 13 zugeführt und das Ausgangssignal des VJandlers 14 einem Verstärker
7. Der synchronisiedende Impulsgenerator sorgt für einen Synchronbetrieb des Zählers
3 mit einem der Ausgangssiganle des Oszillators 11 und des elektrischen Impulsgenerators
5 zur Erzeugung von Impulsen.
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Der Zähler 3 zählt die Ausgangssignale des Oszillators 11 und erzeugt
ein Ausgangssignal nach einer Zeit t, in der der Zählerstand einen vorgewählten
Wert N erreicht. Das Ausgangssignal des Zählers 3 wird um eine Zeit Td durch das
Verzögerungsglied 4 verzögert und anschließend dem Zeitdifferenz-Meßglied 8 zugeführt.
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Die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 5 werden durch das Verknüpfungsglied
6 dem Wandler 13 zugeführt und dort in ein akustisches Signal umgesetzt. Das akustische
Signal wird über ein Anpassungselement 15, durch ein Wandteil des Rohres 10, das
Medium, ein anderes Wandteil und ein weiteres Anpassungsglied 16 dem Wandler 14
zugeführt, in dem das akustische Signal nach einer Zeit T1 in ein elektrisches Signal
umgesetzt wird. Das Ausgangssignal des Wandlers 14 wird über das Verknüpfungsglied
6 dem Verstärker 7 und dann dem Zeitdifi--erenz-Meßglied 8 zugeführt, Der Verstärker
7 ist beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet, so daß ein Äusgangssignal
mit konstanter Höhe unabhängig von der Größe des Ausgangssignals des Wandlers 14
erzielt und dem Zeitdifferenz-Meßglied 8 zugeführt wird.
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Das Zeitdifferenz-Meßglied 8 erfeßt die Zeitspanne AT zwischen dem
Ausgangssignal-(Referen«-Signal E) des Verzögerungsgliedes 4 und dem Ausgangssignal
(Meßsignal F) des Verstärkers 7 und sorgt für eine Veränderung der Oszillatorfrequenz
des Oszillators 11
in Übereinstimmung mit der Zeitspanne #T. Die
Laufzeit T1 bei Aussendung von Ultraschall-Signalen in Vorwärtsrichtung ist daher
in eine bestimmte Frequenz des Oszillators 11 umgesetzt; die Meßzeit, während der
Ultraschall-Signale in Vorwärtsrichtung in bezug auf die Strömungsrichtung des Mediums
gesandt werden, ist damit beendet.
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Danach wird durch ein Betriebsart-Signal B der Betriebart-Schalt einrichtung
9 die Meßeinrichtung so gesteuert, daß der Wandler 14 als Sender und der Wandler
13 als Empfänger arbeitet. Der Os,.l.-lator 12 in der Oszillator-Anordnung 1 ist
dann mit dem sychronisierenden Impulsgenerator 2 und den Zähler 3 sowie dem Verknüpfungsglied
verbunden. Ein Ausgangssignal des Impulsgenerators 5 wird daher dem Wandler 14 zugeführt
und das Ausgangssignal des Wandlers 13 dem Verstärker 6. Wie oben bereits beschrieben,
sorgt der- synchronisierende Impulsgenerator 2 für einen Gleichlauf von Zähler 3
und Impulsgenerator 5 mit einem der Ausgangssignale des Oszillators 12. Wie im Falle
der in bezug auf die Strömungsrichtung in Vorwärtsrichtung ausgesandten Ultraschall-Signale
gibt das Verzögerungsglied 4 nach einer Zeit Td an das Zeitdifferenz-Meßglied 8
ein Signal ab, während das Ausgangssignal des Impulsgenerator 5 durch das Verknüpfungsglied
6 in Form eines Ultraschall-Impulses das Medium in umgekehrter Richtung zu seiner
Strömungsrichtung durchläuft. Das vom Verstärker 7 erzeugte Ausgangssignal wird
in dea Zeitdifferenzb eßglied 8 nach einer Zeit T2 erfaßt. Das Zeitdifferenz-Meßglied
ermittelt die Zeitspanne zwischen dem Ausgangssignal (Referenz-Signal E) des Verzögerungsgliedes
4 und dem Ausgangssignal (Meßsignal. F) des Verstärkers 7 und verändert die Frequenz
des Oszillators 12 in Abhängigkeit von der Zeitspanne.
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Daher ist die Zeit T2 in eine Frequenz des Oszillators 12 umgesetzt
und die Meßzeit mit in bezug auf die Strömungsrichtung des Mediums entgegen gesetzt
gerichteten Ultraschall-Signalen ist beendet. Entsprechend der Wirkungsweise der
Betriebsart-Schalteinrichtung 9 erfolgt eine Messung mit Ultraschall-Impulsen in
Richtung und entgegen der Richtung der Strömung abwechselnd.
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Die Differenz der Frequnezen der Oszillatoren 11 und 12 wird mittels
eines reversiblen Zählers 17 erfaßt in Form eines Zählerstandes, der proportional
dem Durchfluß des Mediums ist.
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Der Zählerstand wird auf einer Anzelgeeinrichtung 18 als Durchfluß-oder
Strömungsgeschwindigkeit des Mediums angezeigt.
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Normalerweise wird ein D-Flip-Flop benutzt, um mit einem Zeitdifferenz-Meßglied
eine Zeitspanne zu erfassen. Bei Verwendung eines D-Flip-Flop ist es beim gegenwärtigen
Stand der Technik jedoch unmöglich, Zeitspannen zu erfassen, die kürzer als einige
Nanosekunden, beispielsweise 6 oder 7 ns, sind.
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Unter der Annahm, daß der Ausstrahlungswinkel # der Ultraschall-Impulse
zur Strömungsrichtung 23° beträgt und die Laufgeschwindigkeit C im Medium etwa 1466
m/s (bei einer Mediumtemperatur von 15° C) ausmacht, kann die Zeit to, die zur Übertragung
der Ultraschall-Impulse durch das Medium bei Stillstand erforderlich ist, , bei
einem inneren Durchmesser D (m) eines Rohres 10 durch folgende Gleichung (1) ausgedrückt
werden: t0 = D/cos#/C = 714.041 x D (µs) (1) Beträgt der innere Durchmesser G des
Rohres 10 1m , dann beträgt die Laufzeit to etwa 741 µs. In dem Falle, in dem das
zu messende Medium eine Strömungsgeschwindigkeit V = 1 m/s aufweist, ergeben sich
für die Laufzeiten t1 und t2 in Vorwärts-und Rückwärtsrichtung folgende Gleichungen
(2) und (3): D/cos # t1 = = 740.844 (µs) (2) C + V . sin # D/cos # t2 = = 741.239
(µs) (3) C - V . sin # Die Zeitdifferenz # At zwischen t1 und t2 karin durch Gleichung
(4) ausgedrückt werden: #t1 = t2 - t1 = 0,395 µs (D = 1 m) (4)
Dahler
kann die Laufzeitdifferenz #t für die Fälle eines maxima len inneren Durchmessers
voii D = 3 m und für einen minimalen Innendurchmesser von D - 0,3 m durch die Gleichungen
(5) und (6) ausgedrückt werden: #t 5 1.185 µs (D = 3 m) (5) #t = 0.119 µs (D = 0,3
m) (6) Ist es daher erforderlich, daß, wenn eine Zeitdifferenz von 0,119 µs = 119
ns mit einer Genauigkeit von 1 5 gemessen werden soll, daß das Zeitdifferenz-Meßglied
8 etwa n ns genau mißt, da die Laufzeiten t1 un t2 durch das Zeitdifferenz-Meßglied
8 in Frequenzen umgesetzt werden.
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Da mit einem D-Flip-Flop nur eine Genauigkeit von bis zu 6 oder 7
ns erreichbar ist, bedeutet dies, daß ein D-Flip-Flop als Zeitdifferenz-Meßglied
8 bei der angestrebten Genauigkeit flieht eingesetzt werden kann.
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Der erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung
mit einem Zeitdifferenz-Meßglied vorzuschlagen, das die Nachteile eines Zeitdifferenz-Meßgliedes
mit einem üblichen D-Flip-Flop vermeidet und die exakte Ermittlung von Zeitspannen
von weniger als 1 ns wischen zwei Signalen zuläßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Meßeinrichtung der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dem Zeitdifferenz-Meßglied ein Komparator nachgeordnet,
dem die Meßgröße und eine feste Bezugsgröße zugeführt sind; an den Komparator ist
das Steuerteil angeschlossen, das hinsichtlich der Abgabe des Referenzsignals so
gesteuert wird, daß die der Zeitspanne entsprechende Meßgröße mit der Bezugsgröße
übereinstimmt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Zeitdifferenz-Meßglied eine
Logik-Schaltung mit einem NAND-Verknüpfungsglied enthält, das mit dem Referenz-
und dem Meßsignal beaufschlagt ist; der
Logik-Schaltung ist ein
Kondesator-Ladetell nachgeordnet, das von der Logik-Schaltung so gesteuert wird,
daß eine Aufladung nur während der Zeitspanne stattfindet, und der Logik-Schaltung
ist ein Komparator nachgeordnet, der auch an der festen Bezugsgröße liegt.
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Es wird dann die Zeitspanne zwischen dem Referenz-Siganal und dem
Meßsignal in dem Kondensator-Ladeteil in eine Spannung umgesetzt, die in dem Komparator
mit der festen Bezugsgröße verglichen wird. Es wird dann die Zeitspanne zwischen
dem Meßsignal und dem Referenz-Signal in eine Spannungsdifferenz aus der Ausgangsspannung
des Ladeteils und der festen Bezugsgröße umgesetzt, so daß Zeitpunkt zu dem das
Referez-Siganal entsteht, durch die dem Steuerteil zugeführte Spannungsdifferenz
gesteuert ist. Das Meßsignal und das Referenzsignal treten daher mit einer Zeitspanne
auf, die der festen Bezugsgröße entspricht. In diesem Falle tritt das Referenz-Siganl
immer vor dem Meßsignal auf.
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Bei einer Meßeirichtung als Durchfluß- oder Strömungsmeßeirichtung
it einer Zeirdifferenz-Meßeinrichtung wird das zeitliche Aufterten von aus einer
Oszillator-Anordnung des Steuerteils abgeleiteten elektrischen Impulse als Referenzsignal
und von weiteren elektrischen Impulsen als Meßsignal erfaßt wird, die aus akustischen
oder optischen, schreg durch die Strömung in wechselnder Richtung gesandten und
ebenfalls aus der Oszillator-Anordnung abgeleiteten Impulsen erzeugt sind, ist in
vorteilhafter Weise an die Zeitdifferenz-Meßeinrichtung ein weiterer Komparator
angeschlossen, dem Meßgröße und eine weitere feste Bezugsgröße zugeführt sind; auch
an den weiteren Komparator ist ds Steuerteil angeschlossen, das durch entsprechende
Bemessung der beiden Bezugsgrößen derart gesteuert wird, daß die gewonnenen Meßgrößen
bei der Strömung Null unabhängig von der Richtung der akustischen oder optischen
Impulse gleich groß sind. Bei einer solchen Meßeinrichtung ist der weitere Komparator
vorteilhafterweise ebenfalls an den Kondensator-Ladeteil angeschlossen.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 2 ein Ausführungsbeispiel
eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Zeitdifferenz-Meßgliedes mit einem Komparator dargestellt
und in Figur 3 anhand eines Diagrammes die Wirkungsweise dieser Zeitdifferenz-Meßgliedes
erläutert. In Figur 4 ist anhand eines weiteren Diagrammes die Funktionsweise noch
näher erklärt. In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Zeitdifferenz-Meßglides mit zwei Komparatoren wiedergegeben.
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Das Zeitdifferenz-Meßglied 19 nach Figur 2 enthält eine Konstantstromquelle
20 mit einem Transistor Q1, einer Zenerdiode ZD und Widerständen R1 und R2. Ferner
ist eine Logik-Schaltung 21 vorhauden, die ein N/ND-Verknüpfungsglied M und einen
Transistor Q2 aufweist. Ferner ist ein Kondensator-Ladeteil 22 vorgeschen, der eine
Diode D und einen Kondensator C enthält; der Kondensator C wird durch den Ausgangsstrom
1 der Konstantstromquelle 20 aufgeladen. Dem Kondensator-Ladeteil 22 ist ein Schalter
S in Form eines Feldeffekt-Transistors nachgeordnet, der den Kondensator C enthlädt.
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Dem Zeitdifferenz-Meßglied 19 ist ein Komparator V nachgeordnet, der
als Differenzverstärker oder dergleichen ausgebildet ist. An einen Eingang des Komparators
V ist die feste Bezugsgröße in Form der Spannung H angelegt, die von einer Bezugsspannungsquel
le Ed über ein Potentiometer VR gewonnen ist; die Ausgangsspannung U (Ladespannung
des Kondensators C) des Kondesator-Ladeteiles 22 liegt am anderen Eingang des Komparators
V. Wie später beschrieben ist, wird das Ausgangsignal E, zukünftig stets als Referenz-Signal
bezeichnet, des Verzögerungsgliedes 4 (vgl.
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Figur 1) stets früher erzeugt als das Ausgangssignal F (nachfolgend
immer Meßsignal genannt) des Verstärkers 7. Beide Signale werden der Logik-Schaltung
21 zugeführt.
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Anhand der Figur 3 soll nun die Arbeitsweise des Zeitdifferenz-Meßgliedes
19 nach Figur 2 näher erläutert werden. Das Meßsignal F wird dann dem Verstärker
7 über einer; nicht dargestellten Inverter an einen Eingang der Logik-Schaltung
2 21 abgegeben. Im normalen Zustand wird von dem NAND-Verknüpfungsglied M ein Signal
G erzeugt, wie es in Figur 3 wiedergegeben ist. Durch das
Signal
G wird der Transistor Q2 geschaltet und dadurch der Kondensator C im Kondensator-Ladeteil
22 infolge Kurzschlusses nicht geladen. Wird indessen ein Referenz-Signal E zu einem
Zeitpunkt Tm dem NAND-Verknüpfungsglied M zugeführt, dann wird das Ausgangssignal
des NAND-Verknüpfungsgliedes "0". und der Transistor Q2 wird gesperrt, wodurch eine
Aufladung des Kondensators C durch den Strom i über die Diode erfolgt. Wenn der
im Empfangsbetrieb arbeitende Wandler 13 odei 14 (vgl. Figur 1) ein Ultraschall-Signal
zu einem Zeitpunkt Tn danach empängt, wird von dem Verstärker 7 das Meßsignal F
erzeugt, wodurch von dem NAND-Verknüpfungsglied M Ausgangssignal G wieder auf den
Wert "1" angehoben wird; dadurch wird der Transistor Q2 geschaltet. Der Ausgangsstrom
i der Konstantstromquelle 20 fließt dann durch den Transistor Q2, wodurch die Aufladung
des Kondensators C beendet wird. Die Ladespannung wird zu dieser Zeit zu Uo angenommen.
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Das Ausgangssignal U des Kondensator-Ladeteils 19 wird dann in dem
Vergleicher V mit der festen Bezugsgröße H verglichen und eine Spannungsdifferenz
E zwischen der Bezugsgröße H und der Ausgangsspannung Uo des Kondensator-Ladeteils
19 als Signal Z erzeugt. Die Frequenz beispielsweise des Oszillators 11 in .,er
Oszillator-Anordnung 1 (vgl. Figur 1) zur Zeit der Messung mit Ultraschall-Impulsen
in Vorwärtsrichtung wird dann in Übereinstimmung mit der Spannungsdifferenz # gesteuert
und dadurch die Frequenz des Oszillators 11 so verändert, daß die Spannungsdif ferenz
# Null wird. Dies bedeutet, daß die Zeitdifferenz Tn - Tm zwischen dem Referenz-Signal
E und dem Meßsignal P auf einen Wert gebracht wird, der mit der festen Bezugsgröße
II über einstimmt, indem der Zeitpunkt des Auftretens des Referenz-Signals E verändert
wird.
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Genauigkeit, mit der die Zeitspanne mit dem erfindungsgemäßen Zeitdifferenz-Meßglied
erfaßbar ist, wird im folgenden beschrieben: Wird ein Kondensator C von 2000 pF
im Kondensator-Ladeteil 22 verwendet und beträgt der Ladestrom i. es Kondensators
10 mA,
dann ist das Verhältnis dV:dt der Ladespannung zur Ladezeit
des Kondensators durch die Gleichung (7) beschreibbar (vgl. auch Figur 4): dV =
1/c = 5 V/ns = 5 mV/ns (7) dt Es wird daher eine Zeit von 1 ns benötigt, um den
Kondensator C im Kondensator-Ladeteil 22 auf 5 mV aufzuladen. Dies bedeutet, daß,
wenn die Spannungsdifferenz # zwischen der festen Bezugsgröße H und der Ausgangsspannung
Uo des Kondensators C 5 mV beträgt, die Zeitspanne Tn - Tm entsprechend der Spannung
Uo und damit auch die Zeitdifferenz #T zwischen dem Referenz-Signal E und dem Meßsignal
F mit einer Genauigkeit von 1 ns erfaßt werden kann. Beim gegenwärtigen Stand der
Elektronik ist es möglich einen Differenzverstärker als Komparator V zu verwenden,
mit den Spannungsdifferenzen zwischen Spannungen bis herunter auf 5 mV verglichen
können. Es ist daher mittels des erfindungsgemäßen Zeitdifferenz-Meßgliedes möglich,
die Zeitspanne #T mit einer Genauigkeit von 1 ns zu erfassen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird die Ausgangsspannung Uo des
Kondesator-Ladeteils 22 im Komparator V mit einer festen Bezugsgröße H verglichen
und die Frequenz der Oszillator-Anordnung 1 durch die Spannungsdifferenz gesteuert.
Der Grund dafür ist folgender: In dem Falle, in dem die Oszillator-Frequenz direkt
von einer Spannung gesteuert ist, die der Zeitspanne #T zwischen dem Referenz-Signal
E und dem Meßsignal F entspricht, ändert sich die Spannung innerhalb eines Bereiches
von 0 V bis einige mV.
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0 V bedeutet, daß die Zeitspanne #T Null ist, und dies wiederum bedeutet,
daß das Referenz-Signal E und Meßsignal F gleichzeitig auftreten. Dies würde bei
einer Meßeinrichtung nach Figur 1 bedeuten, daß, wenn das Referenz-Signal E nach
Meßsignal F auftritt (das Meßsignal F entsteht eher als des Referez-Signal E), der
Kondensator-Ladeteil nicht arbeiten kann.
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Aus diesem Grunde kann die Zeitspanne nur gamessen werden, wenn das
Meßsignal F nach dem Referenz-Signal E auftritt. Wenn es
daher
erwünscht ist, die Schaltung so zu steuern, daß die Zeitspanne #T Null, wird, kann
die Steuerung nicht befiredigend ausgeführt werden, weil die Zeitspanne mur bei
einer Reihenfolge der Siganle erhalten werden kann. Darüber hinaus muß eine bestimmte
Zeitspanne zur Aufladung des Kondensator-Ladeteils vorhanden sein, insbesondere
im Hinblick auf die Schaltoperation.
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Daher ist gemäß der Erfindung die Sapnnung, die der Zeitspanne #T
entspricht, um einen bestimmten, der esten Bezugsgröße entsprochenden Betrag verschoben,
und es wird erfaßt, um wieviele Millivolt die Spannung größer oder kleiner als die
Bezugsgröße ist. Auf diese Weise kann Differenz zwischen der Spannung und der Bezugsgröße,
und das ist auch die Zeitspanne zwischen dem Referenz-Signal E und dem Meßsignal
F, genau erlaßt werden.
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Das Referenz-Signal E wird letztendlich durch den Oszillator gesteuert,
so daß es um eine Zeit früher als das Meßsignal au.F-tritt, die der Bezugsgröße
entspricht.
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Wie oben beschrieben, muß bei einer Meßeinrichtung als Durchfluß-
oder Strömungsmeßeinrichtung mit Ultraschall die Laufzeit t1 in Vorwärts richtung
der Ultraschall-Impulse und die Laufzeit t2 in Rückwärtsrichtung der Ultraschall-Impulse
in bezug auf die Strömungsrichtung gemessen werden. Da die Möglichkeit besteht,
daß in ihren Eigenschaften voneinander abweichende Schaltkreise zur Messung der
Zeit t t1 t1 und der Zeit t2 benutzt werden und damit auch die Benutzung verschieden
hoher Ultraschall-Impulse bei den Messungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung möglich
ist, können sich unerwünschte Differenzen zwischen den Laufzeiten bei den beiden
Meßartcn ergeben.
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Diese Differenzen lassen sich erfassen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums Null ist. Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, mit der die erwähnten
Differenzen bei der Ermittlung der Laufzeiten kompensierbar sind.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 wird die Ausgangsspannung
U des Kondensator-Ladeteils 22 einem Komparator V1 und einem Komparator V2 zugeführt;
der Komparator V1 ist zur Ermittlung
der Laufseiten in Vorwärtsrichtung
und der komparator V2 zur Ermittlung in Rückwärtsrichtung vorgesehen. Die Komparatoren
V1 und V2 werden mit einer Bezugsgröße H1 für die Messung in Vorwärtsrichtung und
mit einer weiteren festen Bezugsgröße H2 für die Messung für Rückwärtsrichtung beaufschlagt.
Die festen Bezugsgrößen sind so gewählt, daß die Differenz zwischen den Laufzeiten
t1 und t2 bei stillstehendem Medium null wird. Die feste Bezugsgröße @1 wird ven
einer Bezugsspannungsquelle Ed über Widerstämde R3 und R3 gewonnen. Die weitere
Bezugsgröße H2 ist aus der Bezugsspannungsquelle Ed über ein Potentiometer VR abgeleitet,
dessen Spannungsabgriff etwa in der Mitte liegt. Die weitere Buzugsgröße H2 entspricht
etwa der Bezugsgröße H1.
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Den Komparatoren V1 und V2 sind Steuereinchtzungen 24 und 25 nachgeordnet,
die die Frequenzen der Oszillatoren 11 und 12 in der Oszillator-Anordnung 1 in Abhängigkeit
von den Ausgangssiganlen der komparatoren V1 und V2 steuern. Die Steuereinrichtungen
25 und 25 sind sampling-gesteuert durch die Betriebsart-Signale A und B. Wird ein
Betriebsart-Siganl A erzeugt; dann steuert das Ausgangssignal X der Steuereinrichtung
24 die Frequenz des Oszillators 11 in Abhängigkeit von der Laufzeit t1, und wenn
ein Betriebsart-Signal B auftritt, wird durch das Signal Y der Steuereinrichtung
25 die Frequenz des Oszillators 12 in Abhängigkeit von der Laufzeit t2 gesteuert.
Das Zeitdifferenz-Meßglied arbeitet ansonsten wie das in Figur 2 dargestellte Wie
oben beschrieben, wird der vorliegenden Erfindung die Zeitspanne zwischen dem Referenz-Signal
und dem Meßsignal in dem Kondensator-Ladeteil in eine Spannung umgesetzt, die in
einem Komparator mit einer festen Bezugsgröße verglichen wird. Der Zeitpunkt des
Entstehens des Referenz-Signales wird in Übereinstimmung mit der Spannungsdifferenz
gesteuert, so daß das Referenz-Signal zimmer vor dem Meßsignal um ein Zeitintervall
früher erscheint, das der festen Bezugsgröße
entspricht. Daher
kann die Zeitspanne zwischen dem Referenz-Signal und dem Meßsignal mit einer Genauigkeit
von etwa 1 ns ermittelt werden, wodurch sich insbesondere bei Meßeinrichtungen als
Durchfluß- oder Strömungsmeßeinrichtung mit Ultraschall die Meßgenauigkeit verbessen
läßt.
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5 Figuren 4 Patentansprüche
L e e r s e i t e