DE2850246A1 - Travel time measuring system for flow rate determination - compares signals from two spaced probes by storing and delaying first signal until it agrees with second - Google Patents
Travel time measuring system for flow rate determination - compares signals from two spaced probes by storing and delaying first signal until it agrees with secondInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Laufzetmessung mittels SignalverzögerungProcedure for running time measurement by means of signal delay
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Mit diesem Verfahren sollen Geschwindigkeiten eines strömenden Mediums in einem Kanal, Geschwindigkeiten eines Objektes in einem ruhenden Medium, aber auch die Geschwindigkeit einer Veränderung in einem Medium, beispielsweise die Schallgeschwindigkeit in einem Medium oder die Phasenverschiebung in zwei Wechselstromnetzen gemessen werden.The present invention relates to a method according to the preamble of the 1st claim. With this method, speeds of a flowing Medium in a channel, speeds of an object in a stationary medium, but also the speed of a change in a medium, for example the speed of sound in a medium or the phase shift in two alternating current networks be measured.
Voraussetzung für dieses Meßverfahren ist, daß in dem Meßmedium an beiden Meßfühlern zeitlich verschobene Verän.de n.ngen auftreten, die aufgrund unterschiedlicher Frequenz und/oder Amplitude signifikant sind.A prerequisite for this measuring method is that in the measuring medium two measuring sensors time-shifted changes occur due to different Frequency and / or amplitude are significant.
Für dieses Meßverfahren erscheinen geeignet; Schnelle Temperaturänderungen in turbulenten Kanalströmungen, magnetische Veränderungen, Wirbelstrom-Veränderungen, Ultraschall- oder Schallschwingungen, Phasenverschiebungen in zwei Wechselströmen, Gasblasen in einer Flüssigkeit.Appear suitable for this measuring method; Rapid temperature changes in turbulent channel currents, magnetic changes, Eddy current changes, Ultrasonic or sound vibrations, phase shifts in two alternating currents, Gas bubbles in a liquid.
In der deutschen Zeitschrift "Elektronik" von 1971 wird in Heft 2 auf den Seiten 39 - 42, sowie in Heft 3 auf den Seiten 93 - 96 eine Einführung in die Korrelationsmeßtechnik gegeben. Auf einer Fachtagung der Kerntechnischen Gesellschaft in Berlin vom 10. - 12. März 1976 wurde über die "Messung von Fluidgeschwindigkeitstransienten auf der Basis von Kreuzkorrelationsanalysen" berichtet. In beiden Fällen sind die beschriebenen Methoden sowohl gerätetechnisch als auch zeitlich sehr aufwendig und damit nur begrenzt einsetzbar.In the German magazine "Elektronik" from 1971, issue 2 on pages 39 - 42, as well as in volume 3 on pages 93 - 96 an introduction to the correlation measurement technique given. At a symposium of the nuclear technology society in Berlin from March 10th to 12th, 1976 was about the "measurement of fluid velocity transients on the basis of cross-correlation analysis "reported. In both cases, the methods described both in terms of equipment and time very expensive and therefore can only be used to a limited extent.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Mit diesem Verfahren sollen Laufzeiten in Meßmedien mit geringem gerätetechnischen Aufwand und quasi-kontinuierlich direkt gemessen werden. Damit ist gemeint, daß die Meßwerte nicht wie bei den erwähnten Korrelationsmessungen auf einem Datenträger gespeichert werden müssen, der später mittels einer elektronischen Datenverarbeitung ausgewertet wird.The object of the present invention is a method according to the preamble of the 1st claim. This method should run times in measuring media with low equipment-technical effort and quasi-continuously measured directly. In order to What is meant is that the measured values are not as in the case of the correlation measurements mentioned have to be stored on a data carrier, which can be used later by means of an electronic Data processing is evaluated.
Das Verfahren nach dem 1. Anspruch verwandelt zunächst in bekannter Weise die beiden zeitlich veränderlichen Meßsignale in Spannungen und verschiebt das zeitlich erste Signal mit veränderlicher Verzögerungszeit soweit, bis die beiden Signale übereinstimmen. Die bei dieser Übereinstimmung momentan eingestellte Verzögerungszeit entspricht direkt der Laufzeit zwischen den beiden Meßfühlern.The method according to the 1st claim is initially transformed into a known one Way, the two time-varying measurement signals in voltages and shifts that in time first signal with variable delay time so far, until the two signals match. The currently set for this match The delay time corresponds directly to the transit time between the two sensors.
Das Verfahren nach dem 2. Anspruch benutzt unmittelbar die Differenz der beiden Meßsignale bzw. die Differenz der beiden Spannungen, die diesen Meßsignalen entsprechen. Bildlich betrachtet, werden die beiden an sich identischen Kurven, die den Verlauf der Spannungen über der Zeit darstellen, so lange verschoben, bis sie zur Deckung kommen. Diese Verschiebung, entspricht der Laufzeit eines Signals zwischen den beiden Meßfühlern.The method according to claim 2 uses the difference directly of the two measurement signals or the difference between the two voltages that these measurement signals correspond. Viewed figuratively, the two curves, which are identical in themselves, are which represent the course of the voltages over time, shifted until they come to cover. This shift corresponds to the runtime of a signal between the two sensors.
Das Verfahren nach dem 3. Anspruch vergleicht ebenfalls die beiden Meßsignale bzw. die sich aus diesen Meßsignalen ergebenden Spannungen. Ihre Differenz wird aber anschließend quadriert. Da bei kleinen Differenzen das Quadrat dieser Differenzen noch wesentlich kleiner ist, wird das gesuchte Minimum deutlicher erkennbar.The method according to claim 3 also compares the two Measurement signals or the voltages resulting from these measurement signals. Your difference but is then squared. Since with small differences the square of this If the differences are significantly smaller, the minimum sought becomes more clearly recognizable.
Im übrigen wird durch die Quadrierung der Differenz erreicht, daß das Vorzeichen der Differenz ohne Bedeutung für die weitere Verarbeitung ist.In addition, by squaring the difference it is achieved that the sign of the difference is irrelevant for further processing.
Das Verfahren nach dem 4. Anspruch speichert die zeitlich nacheinander gemessenen Signale kontinuierliche in einer sogenannten Eimerkettenschaltung, die beispielsweise aus einer Reihe von hintereinander angeordneten Kondensatoren besteht, deren Ladung jeweils im Takt von einem Kondensator zum benachbarten verschoben wird. Auf diese Weise wandert ein Meßsignal durch diese Eimerkettenschaltung, Es wird am Ende dieser Schaltung mit dem Meßsignal des zweiten Meßfühlers verglichen und anschließend gelöscht. Die Geschwindigkeit des Durchlaufs eines Meßsignals durch die Eimerkettenschaltung wird von einem Taktgenerator von veränderlicher Frequenz gesteuert. Bei hoher Frequenz durchläuft das Meßsignal die Eimerkettenschaltung sehr schnell, d. h., mit geringer Verzögerung.The method according to claim 4 saves them one after the other measured signals continuous in a so-called bucket chain circuit, the for example consists of a series of capacitors arranged one behind the other, whose charge is shifted in time from one capacitor to the next. In this way a measurement signal travels through this bucket chain circuit. It becomes at the end this circuit with the measurement signal of the second sensor compared and then deleted. The speed of passage of a measurement signal through the bucket ladder circuit is powered by a clock generator of variable frequency controlled. At a high frequency, the measuring signal passes through the bucket chain circuit very fast, d. i.e., with a slight delay.
Bei geringer Frequenz wird die Laufzeit des Signals in der Eimerkettenschaltung größer und damit auch die Verzögerung. Daher kann man die momentane Frequenz des Taktgenerators als Maß für die momentane Verzögerungszeit verwenden. Die momentane Verzögerungszeit ist aber, wenn die Differenz der beiden Meßsignale ein Minimum wird, ein Maß für die Laufzeit eines Signals zwischen den beiden Meßfühlern.At a low frequency, the runtime of the signal in the bucket chain circuit bigger and with it the delay. Therefore one can see the current frequency of the Use the clock generator as a measure for the current delay time. The current one However, the delay time is when the difference between the two measurement signals is a minimum is a measure of the transit time of a signal between the two sensors.
Das Verfahren nach dem 5. Anspruch läßt einen Teil des bisher beschriebenen Verfahrens, nämlich die Veränderung der Verzögerungszeit und die Suche nach dem jeweiligen Minimum der Differenz der beiden Meßsignale kontinuierlich ablaufen. Aus praktischen Gründen wird diese Verzögerungszeit nicht zwischen Null und einem sehr großen Wert sondern nur zwischen einem technisch möglichen minimalen und maximalen Wert variiert. Ein handelsüblicher Spannungs-Frequenz-Wandler wird von einem Dreieck-Generator so angesteuert, daß die Ausgangsspannung des Spannungs-Frequenz-Wandlers dauernd von einer unteren Frequenz bis zu einer oberen Frequenz wandert. Dadurch wird die Verzögerungszeit ebenfalls von einem Minimalve:-t bis zu einem Maximalwert geändert, so daß jedesmal das Minimum durchlaufen wird. Das jeweilige Minimum wird gespeichert und beim geringsten Minimum wird die momentane Verzögerungszeit bzw. die ihr entsprechende Frequenz gespeichert und zur Anzeige gebracht. Beim nächsten Durchlauf wird diese Anzeige durch die jeweils neuere Anzeige ersetzt.The method according to claim 5 leaves part of what has been described so far Procedure, namely changing the delay time and looking for the respective minimum of the difference between the two measurement signals run continuously. For practical reasons, this delay time will not be between zero and one very high value but only between a technically possible minimum and maximum Value varies. A commercially available voltage-to-frequency converter is made from a triangle generator controlled so that the output voltage of the voltage-frequency converter is permanent migrates from a lower frequency to an upper frequency. This will make the Delay time also changed from a minimum value: -t to a maximum value, so that the minimum is passed through each time. The respective minimum is saved and at the lowest minimum, the current delay time or the corresponding one becomes frequency saved and displayed. On the next run this display is replaced by the newer one.
Das im 6. Anspruch vorgeschlagene Verfahren wird angewandt für solche Medien, die von sich aus keine zur Messung geeigneten, zeitlich veränderlichen und signifikanten Eigenschaften aufweisen.The method proposed in claim 6 is used for such Media that are inherently unsuitable for measurement, time-variable and have significant properties.
Die Figuren 1 - 3 dienen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Verfahren.FIGS. 1-3 serve to explain the method according to the invention.
Figur 1 zeigt eine sehr vereinfachte, schematische Schaltung für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr.Figure 1 shows a very simplified, schematic circuit for the Measurement of the flow velocity in a pipe.
Figur 2 zeigt die Aufzeichnung der in Spannungen umgeformten Meßsignale aus Figur 1.FIG. 2 shows the recording of the measurement signals converted into voltages from Figure 1.
Figur 3 zeigt eine gegenüber Figur 1 etwas erweiterte Schaltung, die sich ebenfalls auf die Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr bezieht.Figure 3 shows a compared to Figure 1 somewhat expanded circuit that also relates to the measurement of a flow velocity in a pipe.
Die einfachste Lösung des Verfahrens wird anhand von Figur 1 erläutert. Zwei Meßfühler 1 und 2 sind mit dem Abstand L in einem Rohr 3 untergebracht. Durch das Rohr 3 strömt z. B. Flüssigmetall mit der Geschwindigkeit v von 1 nach 2. Pie Meßsignale von 1 und 2 werden in 4 und 5 in Spannungswerte umgeformt. Die Signale am Ausgang 4 und 5 zeigen die Kurven 12 und 13 in Figur 2.The simplest solution to the method is explained with reference to FIG. Two sensors 1 and 2 are housed in a tube 3 at a distance L. By the pipe 3 flows z. B. Liquid metal with velocity v from 1 to 2. Pie Measurement signals from 1 and 2 are converted into voltage values in 4 and 5. The signals Curves 12 and 13 in FIG. 2 show at output 4 and 5.
Durch die analoge Verzögerungsschaltung 6 (z. B. Valvo Typ TDA 1022) wird das Signal 12 des Meßfühlers 1 um die Zeit tv verschoben und ergibt das Signal 14 in Figur 2. Bei der analoyen Verzögerungsschaltung 6 handelt es sich um eine sog, Eimerkettenschaltung, die beispielsweise ein 512-stufiges dynamischen MOS-Schieberegister zur Verzögerung analoger Signale enthält. Die Verzögerungsschaltung 6 wird durch einen Taktinipuisgeber 7, dessen Frequenz variabel ist, angesteuert. Durch Änderung der Frequenz wird die Verzögerungszeit tX, eingestellt. Die Verzögerungszeit v ist dabei umgekehrt proportional zu Frequenz Von den Signalen 13 und 14 aus Figur 2 wird mit dem Differenzverstärker 8 und dem Quadrierer 10 die quadratische Abweichung gebildet. Die Frequenz des Taktgenerators 7 wird variiert bis das Instrument 11 ein Minimum anzeigt. Die Geschwindigkeit in der Rohrstrecke 3 ergibt sich zu Setzt man in diese Beziehung ein, so ergibt sich v XL fT, d. h., die einges tellte Fr equenz ist direkt proportional der zu messenden Geschwindigkeit.The analog delay circuit 6 (e.g. Valvo type TDA 1022) shifts the signal 12 of the sensor 1 by the time tv and results in the signal 14 in FIG. 2. The analog delay circuit 6 is a so-called bucket chain circuit, which contains, for example, a 512-stage dynamic MOS shift register for delaying analog signals. The delay circuit 6 is controlled by a clock pulse generator 7, the frequency of which is variable. The delay time tX is set by changing the frequency. The delay time v is inversely proportional to the frequency The differential amplifier 8 and the squarer 10 form the quadratic deviation of the signals 13 and 14 from FIG. The frequency of the clock generator 7 is varied until the instrument 11 shows a minimum. The speed in the pipe section 3 results in Put you in this relationship on, this results in v XL fT, ie the set frequency is directly proportional to the speed to be measured.
Die eingestellte Frequenz wird mit dem Frequenzmesser 9 gemessen.The set frequency is measured with the frequency meter 9.
Figur 3 zeigt die Schaltung eines Bet.riebsmeßgerates mit automatischem Meßablauf. Hierbei wird der Taktgenerator 7 aus Figur 1 durch einen Spannungs-Frequenz-Wandler 23 ersetzt. Dieser wird von einem Dreieck-Generator 24 so angesteuert, daß die Ausgangsspannung des Spannungs-Frequenz-Wandlers 23 dauernd von einer unteren Frequenz u bis zu einer oberen Frequenz f 0 wandert. Es wird dadurch erreicht, daß sich die Verzögerungszeit der analogen Verzögerungsschaltung 20 von einem t . bis zu einem t ebenfalls ändert, v min v max d. h., daß am Ausgang des Quadrierers 22 bei jedem Durchgang das Minimum durchlaufen wird, Durch eine Steuerlogik 28 wird erreicht, daß beim Erreichen des Minimums die Sample-Hold-Schaltung 25 den Momentanwert des Generators 24 übernimmt und bis zum nächsten Durchgang des Minimums speichert. Da die Eingangsspannung des Spannurigs-Frequenz-Wandlers 23 proportional zur Ausgangsfrequenz ist, ist diese Spannung proportional zur Geschwindigkeit v des strömenden Mediums im Rohr 15.Figure 3 shows the circuit of a Bet.riebsmeßgerates with automatic Measurement sequence. The clock generator 7 from FIG. 1 is hereby a voltage-frequency converter 23 replaced. This is controlled by a triangle generator 24 so that the output voltage of the voltage-frequency converter 23 continuously from a lower frequency u to one upper frequency f 0 wanders. It is achieved that the delay time of the analog delay circuit 20 of at. up to one t also changes v min v max d. That is, the output of the squarer 22 is the minimum on each pass is run through, by a control logic 28 is achieved that when reaching the At least the sample-and-hold circuit 25 takes over the instantaneous value of the generator 24 and stores until the next pass of the minimum. As the input voltage of Spannurigs frequency converter 23 is proportional to the output frequency, this is Voltage proportional to the velocity v of the flowing medium in the pipe 15.
Die in der Sample- und Hold-Stufe 25 gespeicherte Spannung wird über eine Verstärkerstufe 26, in der der Nullpunkt und die Verstärkung eingestellt werden kann, einem Digitalvoltmeter 27 zugeleitet und zur Anzeige gebracht.The voltage stored in the sample and hold stage 25 is over an amplifier stage 26 in which the zero point and the gain are set can be fed to a digital voltmeter 27 and displayed.
Claims (6)
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- 1978-11-20 DE DE19782850246 patent/DE2850246A1/en not_active Withdrawn
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