DE2807397C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmeßgerät für ein längs eines Weges strömendes Strömungsmittel mit einem ersten und einem zweiten längs des Strömungsweges angeordneten Wandler zur Erzeugung von stromabwärts bzw. stromaufwärts laufenden Schalldruckwellen, einer Umsteuerschaltung, um abwechselnd in einem ersten Meßzyklus den ersten bzw. zweiten Wandler als Schallsender bzw. Schallempfänger und in einem zweiten Meßzyklus den zweiten Wandler bzw. ersten Wandler als Schallsender bzw. Schallempfänger zu betätigen, Einrichtungen, um eine erste Phasendifferenz bei stromaufwärts laufenden Schalldruckwellen zwischen den Signalen des ersten und zweiten Wandlers und eine zweite Phasendifferenz bei stromabwärts laufenden Schalldruckwellen zwischen den Signalen des zweiten und ersten Wandlers zu messen, Einrichtungen zur Erzeugung eines von der Differenz zwischen den beiden Phasendifferenzen abhängigen Differenzsignals, dessen Größe bzw. Vorzeichen mit dem jeweiligen Fluidströmungsfluß bzw. dessen Richtung in Beziehung steht, und mit einem einstellbaren Oszillator zum automatischen Einstellen der Frequenz der Schalldruckwellen zur Erreichung möglichst hoher von den Wandlern empfangener Signale.

Eine mit akustischen Wellen arbeitendes Strömungsmeßgerät ist in der US-Patentschrift 31 09 112 beschrieben. Dieses Strömungsmeßgerät hat ein Paar von Umformern zum Erzeugen und Empfangen von Druckwellen entweder im hörbaren oder Ultraschall-Frequenzbereich. Diese Umformer sind innerhalb eines Gehäuses angeordnet, durch das das Strömungsmittel fließt. Die Umformer befinden sich abwechselnd in Sende- und Empfangsbetriebsweise, so daß Druckwellen durch den sendenden Umformer in dem Gas erzeugt werden und von dem anderen Umformer empfangen werden. Durch Messung der Phasendifferenz zwischen den ausgesendeten und empfangenen Wellen in beiden Richtungen wird die Geschwindigkeit des durch die Umformer hindurchgehenden Gases bestimmt. Die vorstehend angegebene bekannte Vorrichtung erfordert, daß der Umformer in dem Strömungsweg des Gases angeordnet ist, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, oder in einem Hohlraum in der Leitungswand angeordnet ist. Bei jeder Anordnung wird die normale Strömung des Strömungsmittels wesentlich geändert, wenn es an dem Umformer vorbeiströmt, wodurch die Genauigkeit des Strömungsmeßgerätes leidet. Außerdem können Feststoffteilchen in dem Strömungsmittel oder dergleichen sich um die Umformer herum sammeln, wodurch die Sende- und Empfangseigenschaften der Umformer verschlechtert werden.

Bei einem Versuch, diese und weitere Schwierigkeiten der bekannten akustischen Strömungsmeßgeräte zu beseitigen, wurde ein Strömungsmeßgerät entwickelt, das keine Hindernisse längs des Strömungsweges hat und in der US-PS 40 03 252 beschrieben ist. Bei diesem Strömungsmeßgerät haben die Umformer eine im wesentlichen zylindrische Form und sind innerhalb der Wände der Strömungsleitung angeordnet, wodurch alle Hindernisse in dem Strömungsweg wie auch Hohlräume in der Leitungswand beseitigt sind, in denen sich Ablagerungen sammeln könnten.

Obwohl dieses Strömungsmeßgerät Hindernisse in dem Strömungsweg des Strömungsmittels wie auch Hohlräume in der Leitungswand beseitigt, kann es ungenau werden oder vollständig ausfallen, wenn die Zusammensetzung des durch es hindurchfließenden Gases unterschiedlich zu der ist, für das das Strömungsgerät abgeglichen ist. Tatsächlich ist dieses ein gemeinsames Problem bei den meisten akustischen Strömungsmeßgeräten, da die Geschwindigkeit des akustischen Druckes innerhalb eines Gases eine Funktion seiner chemischen Zusammensetzung ist, so daß die Genauigkeit von typischen akustischen Strömungsmeßgeräten von seinem Abgleich für das bestimmte Gas abhängt, dessen Strömung zu messen ist. Das Erfordernis eines erneuten Abgleichs jedesmal dann, wenn das Strömungsmeßgerät für ein anderes Gas benutzt werden soll, ist bestenfalls zumindest unbequem. Bei Anwendungen, bei denen die Gaszusammensetzung sich während der Benutzung des Strömungsmeßgerätes ändert, z. B. bei Lungentätigkeits-Funktionsanalysegeräten, sind akustische Strömungsmeßgeräte ungenau, sofern keine korrigierende Rückkopplung von einem Gasanalysegerät vorgesehen ist, um eine Änderung der Gaszusammensetzung zu kompensieren.

Bei einem weiteren bekannten, in der US-PS 37 51 979 beschriebenen Meßgerät soll die Fluidströmungsgeschwindigkeit mit Hilfe der Differenz der beiden Frequenzen ermittelt werden, die einmal verwandt wird, um eine Messung in Gegenströmungsrichtung durchzuführen und das andere Mal, eine Messung in Strömungsrichtung durchzuführen. Die Frequenzen sollen dabei jeweils getrennt derart eingestellt werden, daß die Länge der Meßstrecke zwischen den Meßwandlern jeweils einer ganzzahligen Zahl von Wellenlängen beider Messungen, in Strömungsrichtung bzw. in Gegenströmungsrichtung, entspricht. Die Frequenz eines Oszillators für eine Messung in Strömungs- oder Gegenströmungsrichtung wird jeweils in Abhängigkeit von der Phasendifferenz eingestellt, die an einem Phasendetektor gemessen wird, der auf einer Leitung ein Sendesignal und auf einer anderen Leitung ein Empfangssignal zugeleitet erhält.

Diese bekannte Anordnung arbeitet nicht nach dem Prinzip eines Meßgeräts der eingangs erwähnten Art, bei dem mit ein und derselben Frequenz sowohl in Strömungsrichtung wie in Gegenströmungsrichtung gemessen wird und ein Meßergebnis über die Fluidströmungsgeschwindigkeit aus der Differenz der aufeinanderfolgenden Phasendifferenzmessung abgeleitet wird. Ein derartiges Meßgerät ist in der US-PS 29 21 467 beschrieben. Bei dieser Meßanordnung wird die Fluidströmungsgeschwindigkeit als Differenz der beiden Phasendifferenzen gemessen, die sich bei den Schallwellendruckmessungen in Strömungsrichtung bzw. entgegen der Strömungsrichtung des Fluids ergeben. Die gemessenen Phasendifferenzen werden dabei in Form verschieden langer Impulse gemessen, die in verschieden hohe Spannungen umgewandelt werden und deren Differenz gemessen des ursprünglich eingestellten linearen Arbeitsbereiches kann sich dadurch ergeben, daß aufgrund der Eigenschaften des zu messenden Fluids eine Änderung der Schallgeschwindigkeit auftritt. Um derartige Änderungen auszuschalten, soll deshalb die Frequenz eines Oszillators, der die Meßwandler beaufschlagt, derart eingestellt werden, daß der Wellenlängenabstand zwischen den Wandlern (Sender und Empfänger) konstant gehalten wird. Die Meßhaltung soll hierzu derart betrieben werden, daß die Phasenverzögerung zwischen den Sender- und Empfängersignalen unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids konstant gehalten wird. Hierzu wird eine Ausgangsspannung, die sich als Mittel der Phasendifferenzspannung, gemessen bei der Strömungsgeschwindigkeit O ergibt, zur Einstellung des Arbeitspunktes geeignet eingestellt.

Bei den späteren Messungen mit einem strömenden Fluid werden sodann die Abweichungen von diesem eingestellten Spannungswert als Fehlersignal verwandt, um die Frequenz, die auf die Meßwandler gegeben wird, geeignet zu verändern.

Bei dieser bekannten Schaltung dient somit die Regelung der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators lediglich dazu, den gemittelten Spannungswert aus der Messung der beiden Phasendifferenzen jeweils bei der Strömungsgeschwindigkeit O auch bei den tatsächlichen Messungen konstant zu halten, um die Messungen in einem vorgegebenen linearen Meßbereich durchzuführen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungsmeßgerät zu schaffen, das unabhängig von Änderungen der Schallgeschwindigkeit in dem zu messenden Medium eine genaue Messung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Strömungsmeßgerät der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Bildung der Summe einer ersten und einer zweiten Phasendifferenz vorgesehen ist und daß die Frequenz des einstellbaren Oszillators (VCO) in Abhängigkeit von dem Signal der Summe der beiden Phasendifferenzen derart gesteuert wird, daß ein Resonanzecho über dem Durchmesser einer der Wandler auftritt, wenn dieser auf ein Signal anspricht.

Bei dem erfindungsgemäßen Strömungsmeßgerät wird sowohl in Strömungsrichtung wie in Gegenströmungsrichtung jeweils nur mit ein und derselben Frequenz gemessen. Diese Frequenz wird in Abhängigkeit von der Summe der ersten und zweiten Phasendifferenz derart gesteuert, daß sich ein Resonanzecho über dem Durchmesser einer der Wandler ergibt.

Der Fachmann erkennt, daß das zuvor beschriebene akustische Strömungsmeßgerät das prinzipielle Ziel der Erfindung erfüllt, d. h. die Genauigkeit des Strömungsmeßgerätes ist relativ unabhängig von Änderungen der Schallgeschwindigkeit.

Die elektronische Schaltung des Meßgeräts weist eine Schaltungsanordnung zum Messen und Speichern der Phasendifferenz zwischen dem Signal, an den die akustischen Drücke sendenden Umformer und dem von dem empfangenden Umformer aufgrund der akustischen Drücke erzeugten Signal während jedem von zwei aufeinanderfolgenden Sende-Empfangs- Zyklen auf. Eine Schaltungseinrichtung ist zur Bestimmung der Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasendifferenzen vorgesehen, von denen mindestens eine zuvor gespeichert wurde, wobei das Vorzeichen der Differenz der Richtung der Gasströmung und die Größe der Differenz der Geschwindigkeit der Gasströmung durch das Strömungsmeßgerät entsprechen. Schaltungen sind auch zum Bilden der Summe von zwei aufeinanderfolgenden Phasendifferenzen vorgesehen, die proportional der Schallgeschwindigkeit in dem durch das Strömungsmeßgerät sich hindurchbewegenden Gas sind.

Das Gas strömt durch eine Umformeranordnung. In dem Umformer sind zwei zylindrische Umformer vorgesehen, die jeweils akustisch Drücke erzeugen oder auf diese in dem Gas ansprechen können. Die Umformer werden abwechselnd zwischen dem Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet, so daß bei einem gegebenen Augenblick der eine zum Senden und der andere zum Empfangen benutzt wird. Die Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenden Signal wird für zwei aufeinanderfolgende Sende-Empfangs-Zyklen gespeichert, wobei die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgend gespeicherten Phasendifferenzen die Größe und die Richtung der Strömungsmittelströmung angibt und die Summe der gespeicherten Phasendifferenzen ein Maß für die Schallgeschwindigkeit in dem Gas angibt. Das Strömungsmeßgerät weist eine Schaltung zum automatischen Kompensieren von Änderungen in der Gaszusammensetzung auf, so daß die angegebene Strömungsgeschwindigkeit jederzeit richtig ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das akustische Strömungsmeßgerät zwei in einer Wand einer Leitung angeordnete Umformer auf, so daß kein Hindernis für die Gasströmung und keine Hohlräume in der Wand bestehen, die einen Ort zum Sammeln von teilchenförmigen Material darstellen würden. Die Umformer sind mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die abwechselnd einen von ihnen in den Sendebetrieb und den anderen in den Empfangsbetrieb schaltet. Eine automatische Schaltungseinstelleinrichtung ist vorgesehen, um die Sendefrequenz so einzustellen, daß die Energie bei den von dem sendenden Umformer erzeugten akustischen Drücken an einem empfangenden Umformer maximal wird, um damit Geschwindigkeitsänderungen der akustischen Drücke in dem Gas zu kompensieren, die durch Änderungen in der Gaszusammensetzung oder Gastemperatur bedingt sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Weitere Vorteile des beschriebenen Strömungsmeßgerätes können durch Zusammenfassung oder erneutes Anordnen der die verschiedenen Parameter angebenden Signale erhalten werden. So bewirken z. B. Änderungen in der Gaszusammensetzung, die eine Änderung im Molekulargewicht der Gasmischung bewirken, auch eine Änderung der Schallgeschwindigkeit. Auf diese Weise kann ein Übergang von einer Gasmischung A mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht M _A zu einer Gasmischung B mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht M _B und der Anteil der Gasmischung A gemischt mit der Gasmischung B gemessen werden. Eine solche Technik kann mit einem Gas- Strömungs-Meßgerät z. B. dazu benutzt werden, um eine Proportionalmessung des Anteils von Kohlendioxid in der ausgeatmeten Atemluft, verglichen mit dem in der eingeatmeten Mischung bewirkt werden.

Da die Schallgeschwindigkeit gegeben ist durch:

wobei
γ = das Verhältnis der spezifischen Wärme bei konstantem Druck zu dem bei konstantem Volumen,
k = die Boltzmann′sche Konstante von 1,38 × 10^-²³ Joule/°K,
T = die absolute Temperatur °K und
M = die Masse der Moleküle in dem Gas in kg sind,
ist zu erkennen, daß das Molekulargewicht proportional zu c ^-² ist und der Fachmann erkennt sofort, daß ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt werden kann, das proportional zu Änderungen des Molekulargewichts ist, während die anderen Variablen konstant bleiben. Es ist klar, daß dieser einfache Fall ausgedehnt werden kann, um Änderungen in den spezifischen Wärmen und Temperaturen mit Änderungen im Molekulargewicht zusammenfassen, so daß die Gasmischung A durch eine Gruppe von Bedingungen und die Gasmischung B durch eine weitere Gruppe von Bedingungen spezifiziert werden kann.

Wenn außerdem der Druck oder die Dichte sich stark ändert, kann die volumetrische Strömung auf annähernd Standardbedingungen oder die tatsächliche Massenströmung korrigiert werden, indem eine Druckmessung mit Parametern kombiniert wird, die von dem beschriebenen Strömungsmeßgerät zu erhalten sind. Die Massenströmung ist gegeben durch

= mp/kT Kilogramm/sec

wobei
p = der Druck in der Newton/Meter² ist.

Aus der vorstehenden Gleichung für die Schallgeschwindigkeit c ergibt sich dann

= p γ/c².

Für den Fachmann ist es sofort klar, daß ein Druckumformer benutzt werden kann, um den absoluten Druck in dem Strömungsmeßgerät zu messen. Außerdem wird das Ausgangssignal des Druckumformers mit der volumetrischen Strömung V aus dem Strömungsmeßgerät multipliziert und durch das Quadrat der Schallgeschwindigkeit c dividiert, so daß auch ein Signal von dem Strömungsmeßgerät zusammen mit geeigneten Konstanten einen Näherungswert für die tatsächliche Massenströmung ergeben kann.

Während ein konstanter Wert für γ einen Fehler in dem Wert für einige Änderungen in der Gasmischung ergibt, gibt es viele Fälle, wo Änderungen im Wert von γ unbedeutend sind. Die Benutzung der zuvor beschriebenen Parameter zum Erzeugen eines Signals für die volumetrische Strömung, vermindert auf eine Standardtemperatur und einen Standarddruck, ist für den Fachmann ebenfalls offensichtlich.

Nachdem ein Strömungsmeßgerät zum genauen Messen der Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von der Zusammensetzung beschrieben wurde, ist es klar, daß diese Technik auch mit Vorteil bei anderen akustischen Strömungsmeßgeräten benutzt werden kann, bei denen die Umformer nicht zylindrisch oder bogenförmig sind, sondern sich in dem Strömungsweg befinden oder gewisse Hindernisse oder Ausnehmungen längs des Strömungsweges bilden. D. h., jedes akustische Strömungsmeßgerät kann aus dieser Technik Vorteile ziehen, wenn Fehler durch Änderungen in der Schallgeschwindigkeit in dem Strömungsmittel bedingt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Strömungsmeßgerätes, einschließlich einer Umformer-Anordnung, und ein Blockschaltbild der ihm zugeordneten Schaltung,

Fig. 2 eine detaillierte Schaltung eines Zeitimpulsgenerators zum Steuern der Arbeitsweise der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Schaltung,

Fig. 3 ein Zeit-Impuls-Diagramm für die Schaltung der der Fig. 2 und

Fig. 4 und 6 detaillierte Schaltungen einer Ausführungsform der Strömungsmeßschaltung, die die von der Schaltung der Fig. 2 erzeugten Impulse benutzt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das Strömungsmeßgerät eine Umformeranordnung 10 auf, die im Längsschnitt gezeigt ist, einen im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer zentrischen Bohrung aufweist, die sich durch die Anordnung 10 erstreckt und durch die Gas in einer durch die Pfeile 12 angebenden Richtung strömt. Diese Pfeile 12 gegen die Gasströmung durch die Umformeranordnung 10 in einer Richtung von links nach rechts in Fig. 1 an. Jedoch kann Gas durch die Anordnung 10 auch in der entgegengesetzten Richtung strömen, wenn dieses gewünscht ist.

Die Umformerschaltung 10 ist im wesentlichen nach Maßgabe der Beschreibung in der US-PS 40 03 252 ausgebildet, deren Offenbarung hiermit in die Beschreibung einbezogen wird. So kann die Umformeranordnung 10 der vorliegenden Erfindung zusätzlich ein zylindrisches Gehäuse aus Metall oder einem anderen geeigneten Material, das in Fig. 1 nicht gezeigt ist, umfassen, das das Tragglied 14 umgibt. Das Tragglied 14 selbst ist vorzugsweise aus Polyurethanschaum, Schaumgummi oder einem anderen Material gefertigt, das gute akustische Dämpfungseigenschaften hat. Zwei kreisringförmige Ausnehmungen 16 und 18 sind in der Innenwand des Traggliedes 14 ausgebildet und mit Abstand zueinander längs des Weges der Strömungsmittelströmung angeordnet, die durch die Pfeile 12 angegeben ist. Zwei zusätzliche kreisförmige Ausnehmungen 20 und 22 sind an den entgegengesetzten Enden des Traggliedes 14 angeordnet.

Jeweils innerhalb und in Berührung mit den Oberflächen, die jede kreisringförmige Ausnehmung 16 und 18 bilden, ist ein zylindrischer Umformer 24 und 26 angeordnet, von denen jeder eine zylindrische Innenbohrung hat, die durch ihn hindurchgeht und im wesentlichen sich gleichförmig mit den inneren zylindrischen Bohrungen 28 erstreckt, die sich zwischen den kreisringförmigen Ausnehmungen des Traggliedes 14 erstrecken.

Umformer mit einer anderen Geometrie, wie gewölbte Umformer, können ebenfalls mit geeigneten Änderungen an den übrigen Teilen der Umformeranordnung 10 benutzt werden, um eine zentral angeordnete Bohrung durch sie hindurch mit keinen Hindernissen und keinen Hohlräumen in der Bohrungswand zu erhalten, die ein Sammlungsort für Teilchenmaterial wären.

Innerhalb einer jeden kreisförmigen Ausnehmung 20 und 22 ist ein Endring 30 und 32 jeweils angeordnet, der vorzugsweise aus einem Schall absorbierenden Material, wie einem Polyurethan-Dämpfungsschaum, ähnlich einem Schwingungsdämpfungsband gefertigt ist. Materialien, die ähnliche schallabsorbierende Eigenschaften haben, können ebenfalls für die Endringe 30 und 32 benutzt werden. Die Endringe 30 und 32 haben jeweils eine zylindrische Innenbohrung, die im wesentlichen sich fluchtend mit den benachbarten Zylinderbohrungen 28 des Traggliedes 14 erstrecken. Der Strömungsweg durch die Umformeranordnung 10, wie er durch die Pfeile 12 angegeben ist, hat daher eine im wesentlichen kontinuierliche Wand, so daß das durch ihn hindurchfließende Strömungsmittel durch keine Vorsprünge oder Hohlräume behindert ist.

Die Umformer 24 und 26 können eine von einer Anzahl herkömmlicher Einrichtungen haben, die in radikaler oder reifenförmiger Weise zum Erzeugen von akustischen Drücken innerhalb des Gases arbeiten, das durch die Anordnung 10 hindurchströmt. Beispiele geeigneter Materialien für die Umformer 24 und 26 umfassen zylindrische Körper, die aus Polyvinylfluoriden oder anderen hochpolymeren organischen, piezoelektrischen Materialien hergestellt sind, aus Bariumtitanat gefertigte keramische Umformer, Bleizirkonattitanat oder andere polarisierte polykristalline ferroelektrische keramische Materialien, Quarz, Turmalin oder äquivalente elektromechanische Anordnungen umfassen, die dem Fachmann bekannt sind.

Die Innen- und Außenflächen der Umformer 24 und 26 haben leitende Beschichtungen auf ihnen, die die elektrischen Speiseelektroden bilden. Die leitenden Beschichtungen auf den Innenflächen der Umformer 24 und 26 sind jeweils über Leitungen 34 und 36 mit extern angeordneten Kristalltreiber/ Empfängerschaltungen 38 und 40 verbunden. Die leitenden Beschichtungen auf der Außenfläche der Umformer 24 und 26 sind jeweils über Leitungen 42 und 44 mit den Kristalltreiber/ Empfänger-Schaltungen 38 und 40 verbunden. Die elektrischen Verbindungsleitungspaare 34, 42 und 36, 44 für die Umformer 24 und 26 treten jeweils durch Öffnungen 46 und 48 hindurch, die jeweils von außen der Anordnung 10 mit den Umformern innerhalb der kreisringförmigen Ausnehmungen 16 und 18 verbunden sind.

Die Wirkungsweise der Umformeranordnung 10 in Verbindung mit der elektronischen Schaltung ist prinzipiell die gleiche, wie sie in der zuvor erwähnten US-PS 40 03 252 beschrieben ist, so daß deren Offenbarung auch in dieser Hinsicht hier aufgenommen wird. Grundsätzlich ist die Umformeranordnung jedoch über eine flexible Hülle, ein Rohr od. dgl. mit einer externen Strömungsmittelquelle verbunden, deren Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden soll. Das Strömungsmittel selbst kann entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit aufweisen, obwohl das gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung insbesondere zur Messung der Gasströmung ausgelegt ist, wenn diese durch die Umformeranordnung 10 in einer axialen Richtung hindurchfließt, die durch die Pfeile 12 angegeben ist, oder aber in die entgegengesetzte Richtung. Eine Steuerschaltung 50 ist jeweils über Leitungen 52 und 54 mit den Umformer-Treiber/Empfänger-Schaltungen 38 und 40 verbunden. Die Steuerschaltung 50 veranlaßt einen der Umformer-Treiber/Empfänger-Schaltungen 38 oder 40 zum Aussenden eines elektrischen Signals an den jeweils mit ihr verbundenen zylindrischen Umformer 24 oder 26, während die andere Treiber/Empfänger-Schaltung 40 oder 38 ein Signal von dem mit ihr verbundenen Umformer 26 oder 24 empfängt. Wie zuvor angegeben, sprechen die Umformer 24 oder 26, die elektrische Signale von einer Treiber/ Empfänger-Schaltung erhalten, auf diese durch Erzeugung eines akustischen Druckes in dem Strömungsmittel an. Gleichzeitig spricht der andere mit der anderen Treiber/Empfänger- Schaltung 38 oder 40 verbundene Umformer auf die akustischen Drücke in dem Strömungsmittel durch Erzeugung eines elektrischen Signals an, das von der mit ihm verbundenen Treiber/ Empfänger-Schaltung erfaßt wird.

Die an einem der Umformer 24 oder 26 erzeugten akustischen Drücke benötigen eine endliche Zeit, um sich von dem sendenden Umformer zu dem empfangenden Umformer mit der Ausbreitungszeit auszubreiten, die von der Richtung und der Geschwindigkeit der Strömungsmittelströmung durch die Umformeranordnung 10 und der Schallgeschwindigkeit in der Strömungsmittelströmung innerhalb der Anordnung 10 abhängt. Diese Beziehungen sind im einzelnen in der zuvor erwähnten US-Patentschrift betrieben.

Als Alternative zu den zuvor beschriebenen Umformern kann jeder Umformer 24 und 26 durch ein Paar von Umformern ersetzt sein, die in der Anordnung 10 in gleicher Weise angeordnet sind. Von dem Paar von Umformern ist einer besonders zum Senden, d. h. zum Erzeugen von akustischen Drücken, und der andere zum Empfangen, d. h. zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von akustischen Drücken in dem Gas ausgebildet.

Die Umformeranordnung 10 und die mit ihr verbundene Schaltung arbeiten in der folgenden Weise. Die Steuerschaltung 50 bewirkt zuerst, daß einer der Umformer, entweder der Umformer 24 oder 26, akustische Drücke in dem Strömungsmittel erzeugt, und gleichzeitig, daß der andere Umformer, entweder 26 oder 24, die akustischen Drücke von dem ersten Umformer aufnimmt. Diese Arbeitsweise ist ein erster Sende-Empfangs-Zyklus. Ein Sendesignal wird gleichzeitig von der Steuerschaltung 50 über eine der Leitungen 52 oder 54 an eine Treiber/Empfänger- Schaltung 38 oder 40 und über die Leitung 56 an einen Phasendetektor 58 gegeben. Ein empfangendes Signal von dem empfangenden Umformer 24 oder 26 wird über eine der Umformer- Treiber/Empfänger-Schaltungen 38 oder 40 über Leitungen 60 oder 62 jeweils an den Phasendetektor 58 gegeben. Der Phasendetektor 58 spricht auf das Sendesignal und das empfangene Signal durch Erzeugen eines Signals auf der Leitung 64 an, das die Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenden Signal angibt. Diese Information wird über die Leitung 64 an einen Phasenaddierer und -subtrahierer 66 gegeben, der eine Speichereinrichtung zum zeitweiligen Speichern der von dem Phasendetektor 58 empfangenen Phasendifferenz aufweist.

Die Steuerschaltung 50 bewirkt dann eine Vertauschung der Rollen der Umformer 24 und 26. Das heißt, der andere Umformer 24 oder 26 wird in seinen Sendebetrieb geschaltet, um akustische Drücke im Strömungsmittel zu erzeugen, und der erste Umformer 24 oder 26 wird in seinen Empfangsbetrieb geschaltet. Diese Arbeitsweise bildet einen zweiten Sende-Empfangszyklus. Der Phasendetektor 58 arbeitet während des zweiten Sende-Empfangs-Zyklus zur Bestimmung der Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten Signal und dem empfangenden Signal und diese zweite Phasendifferenz wird über die Leitung 64 an den Phasenaddierer und -subtrahierer 66 gegeben, der auch diese zweite Phasendifferenz zeitweilig speichert.

Der Phasenaddierer und -subtrahierer 66 berechnet, nachdem beide Phasendifferenzen in ihm gespeichert sind, sowohl eine Summe als auch eine Differenz zwischen den beiden gespeicherten Phasendifferenzen. Die Differenz zwischen den beiden gespeicherten Phasendifferenzen mit einer weiteren Korrektur, die in Verbindung mit Fig. 6 erläutert wird, wird auf der Ausgangsleitung 68 angegeben, die, wenn das Strömungsmeßgerät abgeglichen ist, die Strömungsgeschwindigkeit durch die Umformeranordnung 10 angibt. Zusätzlich gibt das Vorzeichen der Differenz zwischen den beiden Phasendifferenzen, die von dem Phasendetektor 58 berechnet sind, die Strömungsrichtung durch die Umformeranordnung 10 an, wobei ein positives Vorzeichen eine beliebig gewählte Richtung der Strömungsmittelströmung durch die Anordnung 10 und ein negatives Vorzeichen die entgegengesetzte Richtung der Strömungsmittelströmung angegeben.

Die Summe der beiden Phasendifferenzen, wie sie von dem Phasenaddierer und -subtrahierer 66 berechnet wird, wird auf der Ausgangsleitung 70 angegeben. Die Größe des Signals auf der Leitung 70 ist proportional der Schallgeschwindigkeit in dem Gas, das durch die Anordnung 10 hindurchströmt, verglichen mit der Schallgeschwindigkeit in dem Bezugsgas, das für den Abgleich benutzt wird. Die Summe wird auch über die Leitung 72 an die Steuerschaltung 50 übertragen, die damit in einer später noch im einzelnen beschriebenen Weise benutzt wird. Zusätzlich wird sie zum Korrigieren des Strömungswertes auf der Leitung 68 benutzt. Der auf der Ausgangsleitung 70 angegebene Wert ist ein relativer Wert und das Strömungsmeßgerät muß so abgeglichen werden, daß die Größe des Wertes auf der Leitung 70 interpretiert werden kann.

Es wurde festgestellt, daß das zylindrische Umformersystem arbeitet, indem es ein starkes Resonanzecho über den Durchmesser der Röhre bei einer oder mehr Eigenfrequenzen aufbaut. So kann z. B. die Beziehung annähernd 2,3 λ = D sein, wobei λ die Wellenlänge des Schalls in dem Strömungsmittel in Zentimetern ist und D der Innendurchmesser des Kristalls und der Röhre in Zentimetern ist. Die Frequenz, bei dem das Resonanzecho über dem Durchmesser D auftritt, wird die natürliche Hohlraumresonanzfrequenz der 02-Mode genannt. Andere nutzbare Frequenzen, bei denen Resonanzechos auftreten, sind die, bei denen D im wesentlichen gleich 0,73 λ, 1,4 g, 3,2 λ oder 3,9 λ ist. Geschwindigkeit der akustischen Drücke innerhalb des Gases, das durch die Umformer hindurchströmt, ändert sich als eine Funktion der Gaszusammensetzung. Dieses bewirkt, daß die Amplitude der akustischen Drücke, die durch den Umformer der Anordnung erfaßt werden, der sich im Empfangsbetrieb befindet, sich ändert, da der Innendurchmesser der Umformer nicht länger gleich der Eigenwellenlänge ist, wodurch die Größe des von dem empfangenden Umformer erzeugten Signals stark abfällt. Daher wird es schwieriger, das empfangene Signal zu erfassen, wodurch die Möglichkeit von Erfassungsfehlern oder einem vollständigem Versagen beim Erfassen von akustischem Druck gegeben ist. Dieses Versagen kann durch Ändern der Innendurchmesser- Abmessungen der Umformer innerhalb der Anordnung oder durch Ändern der Frequenz der akustischen Drücke beseitigt werden, die von dem sendenden Umformer erzeugt sind. Da die Umformeranordnung selbst für eine Einstellung des Innendurchmessers der Umformer nicht geeignet ist, ist es selbstverständlich besser, dieses Problem durch Einstellung der Frequenz der akustischen Drücke zu lösen, die durch den sendenden Umformer erzeugt sind. Die Summe der Phasendifferenzen, wie sie von dem Phasenaddierer und -subtrahierer 66 berechnet sind, wird daher über die Leitung 72 an die Steuerschaltung 50 gegeben. Wie zuvor angegeben, bezieht sich das Signal auf der Leitung 72 auf die Schallgeschwindigkeit in dem Gas, das durch die Anordnung 10 hindurchströmt. Dieses Signal wird von der Steuerschaltung 50 zum Ändern der Frequenz der akustischen Drücke benutzt, die von dem sendenden Umformer während jedes Sende-Empfangs-Zyklus erzeugt werden, um damit die Wellenlänge konstant zu halten und das von dem empfangenden Umformer aufgenommene Signal so groß wie möglich zu machen.

Es wurde auch festgestellt, daß nach der Korrektur der Frequenz zum Konstanthalten der Wellenlänge die auftretende Strömungsgeschwindigkeit mit der Schallgeschwindigkeit multipliziert werden muß, um eine genaue Strömungsgeschwindigkeitsmessung unabhängig von der Änderung der Gaszusammensetzung zu erzeugen. Versuche haben gezeigt, daß Strömungsmeßgeräte der in dem vorstehend genannten US-Patent beschriebenen Art manchmal Fehlern infolge einer Reflektion der akustischen Drücke von anderen Teilen des Systems unterliegen, indem die Umformer angeschlossen sind. Diese Reflektionen ergeben sich häufig aus den akustischen Drücken, die an anderen Strömungsmittelübertragungsanschlüssen abprallen, die mit der Umformeranordnung verbunden sind. Probleme haben sich auch ergeben, wenn der Umformer selbst in Atemluft-Analysegeräten benutzt wird, wo er in dichter Nachbarschaft zum Mund des Individiums physikalisch angeordnet ist, dessen Atemluft zu analysieren ist.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Reflexionsproblem durch Vorsehen der Endringe 30 und 32, die an den einander gegenüberliegenden Enden der Anordnung 10 angeordnet sind, beseitigt. Diese Ringe 30 und 32 sind aus einem akustischen Dämpfungsmaterial, wie das zuvor erwähnte Material, das die Amplitude der akustischen Drücke wesentlich vermindert, die durch sie hindurchgehen. Tatsächlich ist die Größe der durch sie bewirkten Dämpfung, wenn ein geeignetes Material für die Ringe 30 und 32 gewählt ist, ausreichend, so daß ein Ende der Anordnung 10 in unmittelbarer Nähe des Mundes eines Individiums angeordnet werden kann, dessen Atemluft zu analysieren ist, und die bei anderen akustischen Strömungsmeßgeräten infolge von akustischen Reflexionen auftretenden Probleme sind damit im wesentlichen beseitigt. Die durch die Ringe 30 und 32 bewirkte Dämpfung beseitigt im wesentlichen auch die Probleme mit Reflexionen, wenn die Anordnung 10 in das Strömungsmittel tragenden Systemen eingekoppelt wird.

Die vorstehende Erläuterung in Verbindung mit Fig. 1 hat allgemein die Schaltung und die Arbeitsweise der Erfindung beschrieben. Die Schaltungen der Fig. 2 und 4 bis 6 zeigen eine tatsächliche Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einem Atemluft-Versuchsgerät, jedoch erkennt der Fachmann sofort, daß andere Schaltungen benutzt werden können und auch die Bauelemente geändert werden können, um die Schaltung für eine Benutzung bei anderen Anwendungen für die Erfindung zu optimieren.

Die Schaltung der Fig. 2 weist einen Impulsgenerator zum Erzeugen von Steuerimpulsen auf, um die in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Schaltungen zu betätigen. Fig. 3 zeigt andererseits ein Impulsdiagramm, das die Impulsfolge für unterschiedliche Ausgangssignale der Schaltung der Fig. 2 zeigt. Die Schaltung der Fig. 2 weist eine Integratorschaltung CD 4047 auf, mit der ein 121K-Widerstand und ein 4700PF-Kondensator zum Steuern der Ausgangsfrequenz verbunden ist, die bei dem erwähnten Widerstand und Kondensator 400 KHz beträgt. Zwei in Reihe geschaltete J-K-Flip-Flops, die jeweils eine Hälfte einer integrierten Schaltung CD 4027 darstellen, werden zur Erzeugung von Zeitgeberimpulsen benutzt, deren Geschwindigkeit geringer ist als die von dem aus der integrierten Schaltung CD 4047 gebildeten Oszillator erzeugt. Die von dem Oszillator erzeugten Signale und die Flip-Flops werden durch UND- und NAND-Glieder der Fig. 2 zusammengefaßt, um jeweils Impulsketten zu erzeugen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind. Ein Impulsdiagramm für den Ausgang Q₀ ist in Fig. 3 nicht gezeigt, jedoch führt er ein Rechtecksignal mit einer Frequenz, die doppelt so groß als für Q₁ ist, und eine ins Positive gehende Vorderflanke eines Impulses auf der mit Q₀ bezeichneten Leitung tritt zur gleichen Zeit auf, wie die ins Positive gehende Vorderflanke eines Impulses an dem Ausgang Q₁ der Schaltung CD 4047.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, bildet eine integrierte Schaltung CD 4046 einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der ein Rechtecksignal am Ausgang 4 erzeugt, dessen Frequenz durch die Widerstände bestimmt ist, die in Reihe zwischen den Anschluß 11 und Erde geschaltet sind, wie auch durch die an den Anschluß 9 gegebene Spannung. Für die bestimmten, in Fig. 5 gezeigten Widerstände und einer Spannung von etwa +7,5 Volt am Anschluß 9 ist die Frequenz des Rechtecksignals am Ausgang 4 des spannungsgesteuerten Oszillators nominal 51 KHz. Eine Änderung der am Eingang 9 erscheinenden Spannung bewirkt eine Verschiebung der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators. Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung bewirkt eine dynamische Änderung der Frequenz des VCO in Abhängigkeit von Änderungen der Schallgeschwindigkeit in dem Gas in einer später noch näher beschriebenen Weise.

Das Rechtecksignal von dem spannungsgesteuerten Oszillator am Anschluß 4 gelangt über eine Leitung 100 an den Anschluß 3 der Schaltung CD 4046, die intern einen Phasendetektor (⌀ DET) bildet. Das Rechtecksignal gelangt auch über eine Leitung 102 an ein NAND-Glied, dessen Ausgang mit einem Operationsverstärker LM 318 und einem Operationsmultiplizierer XR 2208 verbunden ist. Die Funktion dieser Schaltungen ist es, ein Sinussignal am Anschluß 104 zu erzeugen, das die gleiche Frequenz wie das auf der Leitung 102 erscheinende Rechtecksignal hat. Der Fachmann erkennt jedoch sofort, daß die Schaltung zwischen der Leitung 102 und dem Anschluß 104 nur eine Schaltung vieler bekannten Schaltungen zum Umformen eines Rechtecksignals in ein Sinussignal darstellt, so daß auch andere äquivalente Schaltungen benutzt werden können.

Zwischen dem Anschluß 104 und dem Ausgangsanschluß AC sind drei aus den Schaltungsgruppen LM 318 und 8043 C gebildete Operationsverstärker vorgesehen. Der Operationsverstärker LM 318 verstärkt das Sinussignal am Anschluß 104. Die zwei Operationsverstärker 8043 C stellen die Phase des Signals, das am Ausgangsanschluß AC erscheint, mit Einstellwiderständen 106 und 108 ein, mit denen die Phase des Signals am Ausgangsanschluß AC um etwa 360°C eingestellt werden kann. Diese Widerstände werden während des Abgleichs des Strömungsmeßgerätes eingestellt und werden vorzugsweise so eingestellt, daß das Signal am Anschluß 9 der Schaltung CD 4046 +7,5 Volt ist, wobei keine Luft durch die Übertragungsanordnung 10 (Fig. 1) strömt. Die folgende Beschreibung beschreibt den Mechanismus, durch den die Phaseneinstellung des Signals am Ausgangsanschluß AC eine Änderung der Spannung am Anschluß 9 bewirkt.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung weist Umformer-Treiber/ Empfänger-Schaltungen auf und zeigt, wie diese mit den Umformern 24 und 26 verbunden sind. Die Schaltung der Fig. 4 ist in einen Treiberteil, der links von der gestrichelten Linie 110 gezeigt ist, und einen Empfängerteil unterteilt, der rechts von der gestrichelten Linie 110 gezeigt ist, die Umformer 24 und 26 jedoch nicht enthält.

Das Sinussignal von der Schaltung der Fig. 5 wird an den Eingangsanschluß AC in Fig. 4 und anschließend an zwei Umformer- Treiberschaltungen gegeben, wobei die erste Treiberschaltung Q 5 und die zweite Treiberschaltung Q 6 enthält. Diese Transistoren Q 5 und Q 6 verknüpfen das Sinussignal von dem Eingangsanschluß AC an die jeweils verbundenen Umformer 24 oder 26, wodurch diese in ihren Sendebetrieb gelangen. Verknüpfungssignale werden von Transistorpaaren Q 1, Q 3 und Q 2, Q 4 und den jeweils verbundenen Schaltungen erzeugt, die die Schaltung der Fig. 2 zum Erzeugen der Verknüpfungssignale umfassen, die an den Anschlüssen X und Y erscheinen. Da die Verknüpfungssignale an den Anschlüssen X und Y zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten und sich abwechseln, wie dieses in Fig. 3 gezeigt ist, werden die Umformer 24 und 26 abwechselnd in ihren Sendebetrieb geschaltet.

Die Empfängerschaltungen 116 und 118 sind auch unmittelbar jeweils mit den Umformern 24 und 26 verbunden, jedoch sind die Empfängerschaltungen 116 und 118 entweder wirksam oder unwirksam, um auf Signale anzusprechen, die durch die mit ihnen verbundenen Umformer 24 oder 26 erzeugt werden, in Abhängigkeit davon, ob der jeweils mit ihnen verbundene, einen Kurzschluß bewirkende Transistor Q 7 oder Q 8 leitend oder gesperrt ist. Der Transistor Q 7 wird z. B. durch ein Verknüpfungssignal Q 3 gesteuert und verbindet die Leitung 112 mit Erde, wenn das Signal Q 3 positiv ist. In gleicher Weise verbindet der Transistor Q 8 die Leitung 114 mit Erde, wenn das Verknüpfungssignal positiv ist. Aus dem Impulsdiagramm der Fig. 3 ist zu erkennen, daß Q₃ immer dann positiv ist, wenn X positiv ist, so daß damit der Empfänger 116 immer unwirksam ist, wenn sich der Umformer 24 in seinem Sendebetrieb befindet und Signale von dem Eingangsanschluß AC empfängt. In gleicher Weise ist der Empfänger 118 immer dann unwirksam, wenn positiv ist, wenn sich der Umformer 26 im Sendebetrieb befindet. Wenn daher ein gegebener Umformer 24 oder 26 sich im Sendebetrieb befindet, so ist die jeweils mit ihnen verbundene Empfängerschaltung 116 oder 118 unwirksam. Befindet sich jedoch einer der Umformer im Sendebetrieb, so ist die mit dem anderen Umformer 24 oder 26 verbundene Empfängerschaltung 116 oder 118 wirksam, da das zugehörige Verknüpfungssignal Q₃ oder Erdpotential zeigt. So befindet sich z. B. während eines ersten Sende-Empfangs-Zyklus der Umformer 24 im Sendebetrieb und erhält Signale vom Eingangsanschluß AC, der Transistor Q 7 ist durch das Signal Q₃ leitend, um den Empfänger 116 durch die Erdleitung 112 abzuschalten, und die Empfängerschaltung 118 ist wirksam mit dem Umformer 26 verbunden, da der Transistor Q 8 infolge des sich auf Erdpotential befindenden Verknüpfungssignals sperrend ist. Gleichzeitig befindet sich das Verknüpfungssignal Y auf Erdpotential, wodurch es verhindert, daß das am Eingangsanschluß AC erscheinende Signal über den Transistor Q 6 an den Umformer 26 gelangen kann. Der zweite Sende-Empfangs-Zyklus tritt auf, wenn der Umformer 26 Signale von dem Eingangsanschluß AC erhält, der Transistor Q 7 durch Q₃ gesperrt ist, der Transistor Q 8 durch leitend geschaltet ist, das Verknüpfungssignal Y positiv ist und das Verknüpfungssignal X sich auf Erdpotential befindet. Daher befindet sich der Umformer 26 im Sendebetrieb, der Empfänger 116 ist wirksam und der Empfänger 118 ist unwirksam.

Die mit dem Umformer 24 verbundene Empfängerschaltung 116 weist zwei Operationsverstärker 120 und 122 auf, die in Reihe geschaltet sind und immer dann wirksam sind, wenn der Transistor Q 7 nicht leitend ist, um irgendein auf der Eingangsleitung 112 erscheinendes Signal zu verstärken. Das verstärkte Signal erscheint am Anschluß 6 des Operationsverstärkers 122, der mit dem invertierenden Eingang einer Vergleicherschaltung 124 verbunden ist. Die Vergleicherschaltung 124 ist immer dann wirksam, wenn das Verknüpfungssignal A sich auf einem logischen Pegel von 0 befindet, wodurch das Ausgangssignal am Anschluß 7 erscheinen kann. Das Ausgangssignal am Anschluß 7 ist eine positive Spannung von etwa +15 Volt, wenn das Sinus-Eingangssignal am Anschluß 3 der Vergleicherschaltung 124 ein negatives Potential hat, und liegt bei 0 Volt, wenn das Eingangssignal am Anschluß 3 ein positives Potential hat. Die Vergleicherschaltung 124 formt daher das Sinus-Eingangssignal in ein Rechteck-Ausgangssignal um. Die mit dieser verbundene Vergleicherschaltung 126 ist während der Dauer der Wirksamkeit der Vergleicherschaltung 124 unwirksam und vice versa.

Der Empfänger 118 weist zwei in Reihe geschaltete Operationsverstärker 130 und 132 auf, die das auf der Eingangsleitung 114 erscheinende Signal verstärken und dieses verstärkte Signal an den Ausgang 6 des Operationsverstärkers 132 geben. Dieses Ausgangssignal am Anschluß 6 des Verstärkers 132 wird an den invertierenden Eingang der Vergleicherschaltung 126 gegeben, die immer dann wirksam ist, wenn das Verknüpfungssignal B sich auf einem logischen Pegel von 0 befindet. Das Ausgangssignal am Anschluß 7 der Vergleicherschaltung 126 ist ein Rechtecksignal mit einer Spannung von etwa +15 Volt, wenn immer das Eingangssignal am Anschluß 3 negatives Potential hat, und von etwa 0 Volt, wenn immer das Eingangssignal am Anschluß 3 positives Potential hat. Da die Verknüpfungssignale A und B zu unterschiedlichen Zeitpunkten erscheinen, beeinflußt die Arbeitsweise der Vergleicherschaltung 124 oder 126 nicht die Arbeitsweise der anderen Vergleicherschaltung 126 oder 124.

Die Vergleicherschaltungen 124 und 126 sind daher unabhängig voneinander wirksam, um Rechtecksignale an ihren jeweiligen Ausgängen aus den Sinussignalen zu erzeugen, die an den jeweils mit ihnen verbundenen Umformern 24 oder 26 immer dann erzeugt werden, wenn sich der Umformer im Empfangsbetrieb befindet und die erforderlichen Verknüpfungssignale vorhanden sind, um die Empfängerschaltungen 116 oder 118 zu betätigen. Da die Ausgangsanschlüsse der Vergleicherschaltungen an dem Anschluß SIG zusammengeschaltet sind, gibt das an dem Anschluß SIG erscheinende Signal die logische UND-Verknüpfung der an den Ausgängen der Vergleicher 124 und 126 erscheinenden Signale an.

Das Ausgangssignal von den Empfängerschaltungen 116 und 118 wird über den in Fig. 4 mit SIG bezeichneten Anschluß an den zugeordneten und in Fig. 5 mit SIG bezeichneten Eingangsanschluß und dann an den Anschluß 14 der integrierten Schaltung CD 4046 gegeben, die intern mit der in ihr enthaltenen Phasendetektorschaltung verbunden ist. Der Phasendetektor selbst arbeitet genauso wie eine EXCLUSIV-ODER- Schaltung, deren Ausgang intern mit einem Anschluß 2 der integrierten Schaltung CD 4046 verbunden ist und einen Ausgangspegel von einer logischen 1 immer dann hat, wenn nur ein Eingang des Phasendetektors einen Pegel mit einer logischen 1 erhält. Das am Anschluß 2 der integrierten Schaltung CD 4046 erscheinende Signal ist daher ein Rechtecksignal, das impulsbreitenmoduliert ist, wobei die Breite eines jeden Impulses auf die Phasendifferenz zwischen dem gesendeten Signal, d. h. dem Signal auf der Leitung 100, und dem empfangenen Signal ist, d. h. dem am Anschluß 14 der integrierten Schaltung CD 4046 erscheinenden Signal.

Bei der normalen Arbeitsweise des Strömungsmeßgerätes ist, wenn die Zusammensetzung des durch die Umformeranordnung 10 hindurchströmenden Gases sich gegenüber der ändert, bei der das Strömungsmeßgerät abgeglichen wurde, die Phase des an dem Eingangsanschluß SIG in Fig. 5 erscheinenden Signals unterschiedlich zu der Signalphase, die an diesem Eingangsanschluß erscheint, wenn die Schaltung abgeglichen wurde. Das Ausgangssignal des Phasendetektors wird daher anders, wodurch die Spannung über dem 1 MF- Kondensator eines Tiefpaßfilters, das einen 1 MΩ-Widerstand und einen 1MF-Kondensator aufweist und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 156 verbunden ist, gegenüber der Spannung ändert, bei der das Strömungsmeßgerät in einer Weise abgeglichen wurde, die später im einzelnen beschrieben wird. Diese Spannungsänderung über dem 1 MF-Kondensator bewirkt, daß die Spannung am Anschluß 9 der integrierten Schaltung CD 4046 sich ändert, wodurch die Frequenz des von dem Spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten Signals sich ebenfalls ändert. Das System setzt die Einstellung des spannungsgesteuerten Oszillators hinsichtlich seiner Frequenz fort, bis die Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenden Signal nicht länger eine Spannungsänderung über dem 1MF-Kondensator in dem Tiefpaßfilter bewirkt.

Die Möglichkeit, die Arbeitsfrequenz in Abhängigkeit von einer Änderung der Gaszusammensetzung zu ändern, ist im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besonders wichtig, da dieses die bisherigen Systeme nicht können. Es kann gezeigt werden, daß die Umformer eine maximale Energieübertragung von dem sendenden zum empfangenden Umformer bewirken, wenn sie bei ihrer Eigenfrequenz betrieben werden, die von dem Innendurchmesser des Umformers abhängt. Ist daher Luft das Gas in der Umformeranordnung, wenn das Strömungsmeßgerät abgeglichen wird, so entspricht die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators der, die akustische Drücke mit einem Bruchteil der halben Wellenlängen über den Umformerdurchmesser in Luft erzeugen, was einer Eigenfrequenz entspricht. Ändert sich danach die Gasdichte, so ändert sich auch die Geschwindigkeit der Schalldrücke in diesem, wodurch eine unterschiedliche Phasendifferenz von dem Phasendetektor erfaßt wird. Dieses bewirkt eine Änderung der Frequenz der akustischen Drücke, die von dem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt wird, in einer später näher beschriebenen Weise, und es kann gezeigt werden, daß die neue Frequenz einer solchen entspricht, bei der der Durchmesser jedes Umformers erneut die Eigenwertanzahl der halben Wellenlängen bei der neuen Frequenz bei dem sich dann in der Umformeranordnung befindenden Gas ist. Auf diese Weise wird eine maximale Energieübertragung zwischen einem sendenden und einem empfangenden Umformer aufrechterhalten.

Das impulsbreitenmodulierte Signal, das an dem Ausgang des Phasendetektors erscheint, ist eines von zwei Eingangssignalen für ein UND-Glied 140, dessen Ausgang mit einer Integratorschaltung 142 verbunden ist. Der zweite Eingang des UND-Gliedes 140 erhält ein die Integration ermöglichendes Signal IE, das eine logische 1 immer dann ist, wenn entweder das Verknüpfungssignal A oder das Verknüpfungssignal B eine logische 0 ist, was ein Zustand ist, der angibt, daß das Ausgangssignal des Phasendetektors der Phasendifferenz zwischen einem ausgesendeten und einem empfangenen Signal entspricht. Auf diese Weise wird das impulsbreitenmodulierte Signal über das UND-Glied 140 zugeführt, wenn es durch das die Integration ermöglichende Signal IE leitend ist. Das Ausgangssignal der Integratorschaltung 142 erscheint am Ausgang 6 des Operationsverstärkers LM 318 und hat einen integrierten Pegel während der Dauer des die Integration ermöglichenden Signals, dessen endgültiger Pegel zu der Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten Signal von einem Umformer und dem empfangenen Signal von dem anderen Umformer zugeordnet ist und über eine Leitung 144 an einen Eingangsanschluß 5 von zwei unterschiedlichen Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 gegeben wird. Jede Abtast- und Halteschaltung 146 oder 148 tastet die am Anschluß 5 erscheinende Spannung ab, wenn ein Verknüpfungssignal an jeden der jeweiligen Steuereingänge am Verknüpfungsanschluß 6 gegeben wird. Die abgetastete Spannung erscheint am Anschluß 11 und hat den gleichen Pegel, wie er am Anschluß 5 erscheint, wenn das Verknüpfungssignal vorgelegen hat. Die Spannung am Anschluß 11 einer jeden Abtast- und Halteschaltung 146 oder 148 bleibt zwischen Verknüpfungsimpulsen am Anschluß 6 unverändert. Die Abtast- und Halteschaltung 146 wird zu ihrem Abtastantrieb immer dann angesteuert, wenn das am Eingangsanschluß U erscheinende Signal eine logische 1 ist. Ingleicher Weise wird die Abtast- und Halteschaltung 148 immer dann in ihren Abtastbetrieb angesteuert, wenn der Eingangsanschluß D eine logische 1 führt.

Zwischen dem Abtastbetrieb, entweder der Abtast- und Halteschaltungen 146 oder 148, erscheint ein Integrator-Rücksetzsignal am Eingangsanschluß IR, das einen Transistor Q 12 leitend schaltet, um einen Kondensator zwischen dem Anschluß 6 und dem Anschluß 2 des Operationsverstärkers innerhalb der Integratorschaltung 142 kurzzuschließen. Dieses setzt den Integrator zurück, so daß seine Ausgangsspannung gleich 0 ist.

Während des Betriebs sind die Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 wirksam, um Gleichspannungen zu speichern, die die Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten Signal an dem einen Umformer und dem empfangenden Signal an dem anderen Umformer angeben. Im Falle der Abtast- und Halteschaltung 146, die von einem Ansteuersignal am Eingangsanschluß U angesteuert wird, wird eine Spannung gespeichert, die nach Maßgabe einer beliebigen Definition der Phasendifferenz zwischen dem von dem stromab liegenden Umformer 216 gesendeten Signal und dem in Abhängigkeit davon an dem stromauf liegenden Umformer 24 erzeugten Signal entspricht, nämlich einer sogenannten Stromauf-Phasendifferenz. Ist andererseits die Abtast- und Halteschaltung 148 in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal D wirksam, um eine Spannung zu speichern, so entspricht diese der Phasendifferenz zwischen dem von dem stromab liegenden Umformer 24 ausgesendeten Signal und dem in Abhängigkeit davon von dem stromab liegenden Umformer 26 erzeugten Signal, nämlich der sogenannten Stromab-Phasendifferenz.

Das Ausgangssignal von den Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 wird jeweils an den invertierenden und den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 150 gegeben, der eine Spannung an seinem Ausgangsanschluß 14 erzeugt, die gleich der Differenz zwischen der Spannung, die seinem nichtinvertierendem Eingangsanschluß zugeführt wird und der Spannung ist, die an seinem invertierenden Eingangsanschluß erscheint (⌀ D - ⌀ U). Wie früher angegeben wurde, gibt diese Differenz die nicht korrigierte Strömungsgeschwindigkeit eines Gases durch die Umformeranordnung 10 (Fig. 1) an. Um das Strömungsmeßgerät in geeigneter Weise abzugleichen, hat der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers ein insgesamt mit 152 bezeichnetes Einstell- Netzwerk, das mit ihm verbunden ist, um die Spannung an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß so einzustellen, daß die an dem Ausgangsanschluß 14 erscheinende Spannung immer dann gleich 0 ist, wenn die Strömungsgeschwindigkeit durch die Umformeranordnung 10 gleich 0 ist. Diese Einstellschaltung 152 kompensiert verschiedene Schaltungsabgleichfehler, besonders solche der Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148.

Das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 wird jeweils über einen 20K-Widerstand an den Eingangsanschluß 5 einer weiteren Abtast- und Halteschaltung 154 gegeben. Da die Ausgangssignale der Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 in der gezeigten Weise weitergegeben werden, beträgt die Spannung am Anschluß 5 der Abtast- und Halteschaltung 154 die Hälfte der Summe der Zweiphasendifferenzen, die in den beiden Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 gespeichert sind. Diese Summe wird innerhalb der Abtast- und Halteschaltung 154 in Abhängigkeit von einem Summiersignal gespeichert, das an dem Eingangsanschluß 5 erhalten wird. Das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 154 wird über einen weiteren Operationsverstärker 156 weitergegeben, der eine Gleichspannung am Ausgangsanschluß 8 erzeugt, die auf die Summe der Phasendifferenzen bezogen ist, die in den Abtast- und Halteschaltungen 146 und 148 zu dem Zeitpunkt gespeichert sind, wenn das Ansteuersignal erscheint. Wie zuvor bereits angegeben wurde, weist diese am Ausgangsanschluß 8 des Verstärkers 156 auftretende Spannung ( Φ D + Φ U) eine relative Angabe für die Schallgeschwindigkeit in dem Gas innerhalb der Umformeranordnung 10 auf.

Die an dem Anschluß 8 des Verstärkers 156 erscheinende Spannung ( Φ D + Φ U) wird an ein Tiefpaßfilter zurückgekoppelt, das einen 1MΩ-Widerstand und einen 1MF-Kondensator aufweist. Die an diesem 1MF-Kondensator auftretende Spannung wird an einen Anschluß 9 der Schaltung CD 4046 gegeben, die intern mit dem spannungsgesteuerten Oszillator verbunden ist und damit seine Betriebsfrequenz einstellt. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators wird daher mit einer Änderung der Schallgeschwindigkeit in dem Gas innerhalb der Umformeranordnung 10 geändert.

Die Schaltung der Fig. 4 und 5 in Verbindung mit den Schaltungen der Fig. 2 erzeugen ein Signal an dem Ausgangsanschluß 14 des Verstärkers 150, das der nicht korrigierten Strömungsgeschwindigkeit durch die Umformeranordnung 10 entspricht, und ein weiteres Ausgangssignal am Anschluß 8 des Verstärkers 156, das der Schallgeschwindigkeit in dem Gas innerhalb der Umformeranordnung 10 entspricht. Nach Maßgabe der Regeln bei der Bestimmung des Umformers 24 als stromauf liegender Umformer und des Umformers 26 als stromab liegender Umformer bedeutet immer, wenn die am Ausgang 14 des Verstärkers 150 erscheinende Spannung negativ ist, diese negative Spannung, daß das Strömungsmittel tatsächlich durch die Umformeranordnung in einer Richtung von dem stromauf liegenden Umformer 24 zu dem stromab liegenden Umformer 26 strömt. Außerdem kann die Größe der an dem Anschluß 14 des Verstärkers 150 erscheinenden Spannung auf die in Fig. 6 gezeigte Schaltung bezogen und von dieser korrigiert werden, um die Strömungsgeschwindigkeit des die Anordnung 10 passierenden Strömungsmittels anzugeben. Ist andererseits die Spannung an dem Anschluß 14 des Verstärkers 150 positiv, so gibt dieses an, daß das Strömungsmittel durch die Anordnung 10 in einer Richtung von dem stromabliegenden Umformer 26 zu dem stromauf liegenden Umformer 24 strömt. Auch hier entspricht die Größe der am Anschluß 14 des Verstärkers 150 erscheinenden Spannung der nicht korrigierten Strömungsgeschwindigkeit durch die Umformeranordnaung 10.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltung ist jedoch das Ausgangssignal des Verstärkers 156 lediglich eine auf die Schallgeschwindigkeit in dem Gas sich beziehende Angabe. Um zu bestimmen, ob die Geschwindigkeit größer oder kleiner als die ist, für die das Strömungsmeßgerät abgeglichen wurde, muß die Amplitude zum Zeitpunkt des Abgleichs aufgezeichnet werden und dann mit der laufenden Ablesung verglichen werden. Die Schaltung kann jedoch in einfacher Weise so modifiziert werden, daß die Ausgangsspannung immer dann gleich 0 ist, wenn das Abgleichströmungsmittel in der Umformeranordnung vorhanden ist. Ändert sich dann die Schallgeschwindigkeit in dem Strömungsmittel, so wird die Ausgangsspannung entweder positiv oder negativ und das Vorzeichen der Spannung entspricht dem Unterschied, ob die Schallgeschwindigkeit verglichen mit dem Strömungsmittel, bei dem das Strömungsmeßgerät abgeglichen wurde, angestiegen oder gefallen ist. Die Größe der Ausgangsspannung entspricht dann der relativen Differenz zwischen der Schallgeschwindigkeit in dem Gas, das augenblicklich durch die Umformer hindurchgeht, und der Schallgeschwindigkeit in dem Gas, das bei dem Abgleich durch die Umformer hindurchgegangen ist. Um die Ausgangsspannung für eine Anzeige der relativen Schallgeschwindigkeit zu benutzen, sind mehr Schaltungen erforderlich, da das Ausgangssignal des Verstärkers 156 zur Benutzung als ein Fehlersignal vorgesehen ist, um die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators VCO einzustellen, sowie als ein Eingangssignal für die Schaltung der Fig. 6.

Eine weitere andere Ausbildung ermöglicht, daß die Ausgangsspannung gleich dem Wert 1 eingestellt wird, wenn z. B. Luft in der Umformeranordnung vorhanden ist. Wenn sich die Schallgeschwindigkeit des durch die Umformeranordnung fließenden Gases ändert, entspricht die Größe der Ausgangsspannung der Geschwindigkeit in dem Gas bezogen auf die Geschwindigkeit in Luft.

Die Schaltung der Fig. 6 weist eine Schaltung zur Annahme der nicht korrigierten Strömungsgeschwindigkeit vom Ausgangssignal des Verstärkers 150 in Fig. 5 auf und erzeugt ein die korrigierte Strömungsgeschwindigkeit angebendes Ausgangssignal. Es wurde festgestellt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 150 einen Fehler hat, der proportional zu f₁/f₂ ist, wobei f₁ die anfängliche Abgleichfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators in Fig. 5 ist und f₂ die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators ist, wenn ein Gas sich in dem Umformer befindet, das eine unterschiedliche Schallgeschwindigkeit hat. Die Schaltung der Fig. 6 mulitpliziert das Ausgangssignal der nicht korrigierten Strömungsgeschwindigkeit des Verstärkers 150 mit f₂/f₁, um ein Signal für die korrigierte Strömungsgeschwindigkeit am Anschluß 7 des Verstärkers LM 324 B in Fig. 6 zu erzeugen.

Die Fehlerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators, die am Ausgang des Verstärkers 156 in Fig. 5 erscheint, ist proportional der Frequenz und wird zum Erzeugen eines Korrekturfaktors zum Korrigieren der Strömungsgeschwindigkeit benutzt. Der Operationsverstärker LM 308 der Fig. 6 wirkt als ein Signalumformer, und erhält die Fehlerspannung ( Φ D + Φ U) des spannungsgesteuerten Oszillators. Durch Einstellung des mit dem Verstärker LM 308 verbundenen Widerstandes zum Abgleich auf 0 wird am Anschluß 6 eine Ausgangsspannung von 0 Volt erzeugt, wenn die Fehlerspannung den Nominalpegel von +7,5 Volt hat. Der Signalumformer erzeugt eine Ausgangsspannung von ±1,05 Volt pro Abweichung von ±5 KHz.

Das Ausgleichssignal am Anschluß 6 des Verstärkers LM 308 moduliert dann einen Einsatzzyklus-Modulator, der aus Verstärkern LM 324 A und LM 311 und die mit diesen verbundene Schaltung gebildet ist. Wenn der spannungsgesteuerte Oszillator auf der Abgleichfrequenz arbeitet, ist das Ausgangssignal am Verstärker LM 308 gleich 0 und der Einstellwiderstand für den Einsatzzyklus, der mit dem Verstärker LM 324 A verbunden ist, wird auf 50% eingestellt, wobei die Feldeffekttransistor-Schalter Q 14 und Q 15 für 50% der Zeit gesperrt und für 50% der Zeit leitend sind. Als Folge davon ist die Verstärkung des Verstärkers LM 324 B 1 und es wird keine Korrektur für die nicht korrigierte Strömung vom Verstärker 150 in Fig. 5 eingeführt, und das Ausgangssignal am Anschluß 7 des Verstärkers LM 324 B gibt die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch den Umformer an.

Wenn die Arbeitsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators sich ändert, so erscheint eine Spannung am Anschluß 6 des Verstärkers LM 308 in Fig. 6, die positiv für einen Abfall der Frequenz und negativ für einen Anstieg der Frequenz ist. Diese Spannung moduliert den Einsatzzyklus-Generator, wodurch sich der Einsatzzyklus ändert. Die Änderung des Einsatzzyklus bewirkt eine Änderung der Verstärkung des Verstärkers LM 324 B in Abhängigkeit von einer Änderung der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators, so daß das Signal für die nicht korrigierte Strömungsgeschwindigkeit von Fig. 5 durch den Verstärker LM 324 B geändert wird, so daß das Ausgangssignal proportional zur Strömungsgeschwindigkeit durch den Umformer ist.

Die vorstehende Beschreibung eines akustischen Strömungsmeßgerätes hatte eine besondere Betonung auf eine bevorzugte elektronische Schaltung, die mit einer Umformeranordnung zusammenwirkt, um nicht nur die Gasströmung und -richtung, sondern auch eine Messung der relativen Schallgeschwindigkeit in dem strömenden Gas zu bewirken.

Die Beschreibung hat auch etwas die Tatsache betont, daß die Erfindung für ein Strömungsmeßgerät geeignet ist, mit dem die Strömungsrichtung, die Strömung und die Schallgeschwindigkeit in einem Gas zu messen ist, jedoch ist das Gerät in gleicher Weise auch für die Messung der Strömungsrichtung, der Strömung und der Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten geeignet, obwohl dann einige Schaltungselemente in ihren Werten eine Änderung erfordern können, um die Wirksamkeit des Strömungsmeßgerätes auch für andere Anwendungen zu optimieren, bei denen nicht die Strömungsrichtung, Strömung und Schallgeschwindigkeit in einem Gas gemessen werden soll. Außerdem erkennt der Fachmann sofort, daß andere Modifikationen des Strömungsmeßgerätes möglich sind, ohne daß dabei jedoch der allgemeine Erfindungsgedanke und der in den Patentansprüchen angegebene Schutzumfang verlassen wird. So kann z. B. anstelle des Phasendetektors und der Phasensummen- und Differenzrechnern auch eine andere äquivalente Einrichtung benutzt werden, um eine Größe zu berechnen, die proportional oder gleich der Geschwindigkeit der akustischen Drücke in dem Umformer sind, die von dem sendenden zu dem empfangenden Umformern wandern. Jede berechnete Geschwindigkeit hat zwei Komponenten, von denen eine die Geschwindigkeit der Strömungsmittelströmung und die andere die Geschwindigkeit der akustischen Drücke in dem Strömungsmittel ohne Strömungsmittelströmung sind. Einer dieser äquivalenten Geschwindigkeitsrechner kann eine Einrichtung zum Bestimmen der Zeitdifferenz zwischen dem Start der akustischen Drücke an einem sendenden Umformer und dem Zeitpunkt, zu dem der empfangende Umformer ein Empfangssignal in Abhängigkeit von den akustischen Drücken erzeugt. Jede berechnete Zeitdifferenz ist auch proportional zur Geschwindigkeit der akustischen Drücke, die von dem sendenden zu dem empfangenden Umformer wandern.

Claims (16)

1. Strömungsmeßgerät für ein längs eines Weges strömendes Strömungsmittel mit einem ersten und einem zweiten längs des Strömungsweges angeordneten Wandler zur Erzeugung von stromabwärts bzw. stromaufwärts laufenden Schalldruckwellen, einer Umsteuerschaltung, um abwechselnd in einem ersten Meßzyklus den ersten bzw. zweiten Wandler als Schallsender bzw. Schallempfänger und in einem zweiten Meßzyklus den zweiten Wandler bzw. ersten Wandler als Schallsender bzw. Schallempfänger zu betätigen, Einrichtungen, um eine erste Phasendifferenz bei stromaufwärts laufenden Schalldruckwellen zwischen den Signalen des ersten und zweiten Wandlers und eine zweite Phasendifferenz bei stromabwärts laufenden Schalldruckwellen zwischen den Signalen des zweiten und ersten Wandlers zu messen, Einrichtungen zur Erzeugung eines von der Differenz zwischen den beiden Phasendifferenzen abhängigen Differenzsignals, dessen Größe bzw. Vorzeichen mit dem jeweiligen Fluidströmungsfluß bzw. dessen Richtung in Beziehung steht, und mit einem einstellbaren Oszillator zum automatischen Einstellen der Frequenz der Schalldruckwellen zur Erreichung möglichst hoher von den Wandlern empfangener Signale, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (146, 154, 156) zur Bildung der Summe einer ersten und einer zweiten Phasendifferenz (Φ _D + Φ _U ) vorgesehen ist und daß die Frequenz des einstellbaren Oszillators (VCO) in Abhängigkeit von dem Signal der Summe der beiden Phasendifferenzen derart gesteuert wird, daß ein Resonanzecho über dem Durchmesser (D) einer der Wandler (24, 26) auftritt, wenn dieser auf ein Signal anspricht.

2. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Wandler (24, 26) jeweils einen sendenden und einen getrennten empfangenden Wandler haben.

3. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anzeigen der Summe der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz, wobei die Größe der angezeigten Summe sich auf die Schallgeschwindigkeit in dem Strömungsmittel bezieht.

4. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler (24, 26) einen zylindrischen Körper aufweist, dessen Innenmantelfläche im wesentlichen fluchtend mit der Richtung der Strömungsmittelströmung ausrichtbar ist.

5. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler (24, 26) einen Kristall aufweist.

6. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall aus einem Material aus der Polyvinylfluoride, Bariumtitanat, Bleizirkonattitanat, Quarz, Turmalin, hochpolymere organische piezoelektrische Materialien oder polarisierte polykristalline ferroelektrische Keramikmaterialien aufweisenden Gruppe hergestellt ist.

7. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Oszillator (VCO) zum automatischen Einstellen der Frequenz der Schalldruckwellen ein Oszillator zum Erzeugen eines Signals bei einer Frequenz ist, die zumindest teilweise durch die Summe der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz bestimmt ist.

8. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerschaltung (50) zusätzliche eine Einrichtung (Q₁ bis Q₆) zum kontinuierlichen Umschalten zwischen dem ersten Sende-Empfangs-Zyklus und dem zweiten Sende-Empfangs-Zyklus hat.

9. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (146, 148) zum Speichern der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz vorgesehen ist.

10. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine auf das Differenzsignal ansprechende Einrichtung (Fig. 6) zum Korrigieren des Differenzsignals in ein korrigiertes Strömungsflußsignal.

11. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch akustisches Dämpfungsmaterial (30, 32), das längs des Weges des Strömungsmittels an einer Stelle angeordnet ist, um die Schallwellendrücke von einem der Wandler (24, 26) vor einem Austreten aus dem Strömungsmeßgerät und die reflektierten Schallwellendrücke bei einem Eindringen in das Gerät wesentlich zu vermindern.

12. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (LM 308, LM 324, LM 311), die auf die die Frequenz einstellende Einrichtung (156) und auf die die Differenz erzeugende Einrichtung (150) anspricht, um ein Strömungsfluß-Aussgangssignal zu erzeugen, das die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels angibt.

13. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine auf das korrigierte Differenzsignal und die die Frequenz einstellende Einrichtung (156) ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines die Schallgeschwindigkeit (c) in dem Strömungsmittel angebenden Signals.

14. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (VCO) derart eingestellt wird, daß die Strecke D des Durchmessers eines Wandlers (24, 26) senkrecht zur Richtung der Strömungsmittel-Strömung eine Eigenwertzahl der in dem Strömungsmittel erzeugten Wellenlänge (λ) des Schalls ist.

15. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (VCO) derart eingestellt wird, daß sich an den Wandlern (24, 26) jeweils die natürliche Hohlraumresonanzfrequenz der 02-Mode ergibt.

16. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (VCO) auf einem solchen Wert gehalten wird, daß der Durchmesser D eines Wandlers im wesentlichen gleich 2,3 λ ist, wobei λ die Wellenlänge des von den Wandlern (24, 26) in dem Strömungsmittel innerhalb des Weges erzeugten Schalls ist.