DE3786172T2 - Fernmesssystem für abstands- und temperaturmessungen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fernmeßsystem für Temperatur- und Abstandsmessungen mit nachfolgender Übertragung der Ergebnisse, und im besonderen, Systeme zum Übertragen derartig gemessener Information in Form relativer Zeitabstände elektrischer Pulse.
• Es gibt viele Situationen, in denen Information an einem Ort gemessen wird und dann die Ergebnisse davon an einen anderen, für den Anwender günstiger gelegenen Ort übertragen werden. Der übliche Wunsch, Materialkosten und Systemkomplexität zu verringern, stellt einen Vorteil dar für die Verwendung der unter diesen Umständen einfachsten und kostengünstigsten Einrichtungen zum Übertragen dieser Information. Dies bedeutet gewöhnlich die Verwendung einer Art von elektrischer Verkabelung. Kosten und Komplexität werden dann im allgemeinen minimiert, indem Kabel gewählt werden, die für einen geeigneten Kabeltyp so wenig Leitungsdrähte wie möglich haben.
• Eine alltägliche Situation, die Messungen dieser Art erfordert, ist der Wunsch, das Volumen eines Tankinhalts und die Temperatur oder andere Parameter dieses Inhalts zu messen, und diese Information zu einer zentralen Datensammelstelle zur Aufzeichnung oder zu Kontrollzwecken oder beiden zu melden. Der flüssige Inhalt eines Tanks fester Größe kann gemessen werden, indem der Abstand der Flüssigkeitsoberfläche von der Tankdeckenwand gemessen wird.
• Eine Grundlage dieser Messung ist der Wiedemann-Effekt, bei dem ein elektrischer Leiter, der einen elektrischen Strompuls leitet, an dem Punkt einen Torsionseffekt erfährt, an dem das von den Pulsen induzierte Magnetfeld mit irgendeinem anderen Magnetfeld, dem es auf seinem Weg begegnet, in Wechselwirkung tritt. Dieser Torsionseffekt führt zu einem Schalltorsionspuls, der entlang desselben Leiters übertragen wird. Ein besseres Ergebnis wird erzielt, wenn der elektrische Leiter ein dünner Draht ist, der in ein dünnwandiges Rohr aus ferromagnetischem Material eingebaut ist, wobei der Draht und das Rohr zusammen einen Schallwellenleiter bilden.
• Wenn ein solcher Wellenleiter senkrecht in den Tank gestellt wird, wobei er sich bis in die Nähe dessen Bodens erstreckt, und wenn ein Schwimmer, der einen Magneten enthält, sich entlang des akustischen Wellenleiters je nach Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Tank bewegen kann, kann die Entfernung der Flüssigkeitsoberfläche von der Tankoberfläche gemessen werden. Ein elektrischer Puls mit seinem zugehörigen Magnetfeld, der den elektrischen Leiter im akustischen Wellenleiter hinuntergesendet wird, wird, wenn er den Schwimmer erreicht hat, mit dem von dem Magneten des Schwimmers erzeugten Magnetfeld in Wechselwirkung treten. In diesem Augenblick wird ein Schalltorsionspuls entlang des Rohrs entsendet, der zum Betriebsschaltkreis, der mit dem Wellenleiter an einer Referenzposition an oder in der Nähe der Tankdeckenwand verbunden ist, zurückgeleitet wird.
• An dem Teil des Schallwellenleiterrohrs, der auf die Referenzstelle fällt, ist ein Modenwandler vorgesehen, der aus einem Paar flacher Streifen oder Bänder, die an gegenüberliegenden Seiten des Rohrs befestigt sind, gebildet wird. Jedes dieser Bänder besteht aus magnetostriktivem Material. Ein das Rohr entlanglaufender Schalltorsionspuls erreicht die Bänder und dehnt kurzzeitig das eine und zieht gleichzeitig das andere Band kurzzeitig zusammen. Dieses gepulste Stauchen und Dehnen der Bänder verursacht eine magnetische Änderung in den Leiterspulen, die jedes Band umgeben, wobei an diesen Spulen ein elektrisches Signal erzeugt wird. Die Spulen sind miteinander verbunden, so daß die Signale in jeder der Spulen sich zu einem Signal geeigneter Größe addieren, um die Ankunft des Schalltorsionspulses an den Bändern anzuzeigen. Ein Permanentmagnet stellt für den Anfang eine Vormagnetisierung für diese Spulen bereit.
• Auf diese Weise ist die Zeitdauer vom Aussenden des elektrischen Pulses nach unten in den Leitungsdraht des Schallwellenleiters bis zur Rückkehr des Schallpulses im Wellenleiterrohr (der durch den Modenwandler in einen elektrischen Puls umgewandelt wird) wegen der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Pulse ein Maß für die Entfernung zum Magneten in dem Schwimmer. Somit wird die Entfernung zur Flüssigkeitsoberfläche gemessen. Die Ausbreitungszeit des elektrischen Pulses nach unten in den elektrischen Leiter ist im Vergleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit des das Rohr entlanglaufenden Schalltorsionspulses zu vernachlässigen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalltorsionspulses wird durch das elastische Schermodul des Rohrs bestimmt, das durch Auswahl bestimmter Materialien temperaturunabhängig gemacht werden kann.
• Das Messen der Flüssigkeitstemperatur in einem Tank kann ohne weiteres durch die Verwendung entweder temperatursensitiver Widerstände oder temperatursensitiver Halbleiterelemente erreicht werden. Diese Sensoren liefern gewöhnlich eine Spannung, die die Temperatur des Bereichs, in dem diese Bauteile eingebaut sind, anzeigt. Einen Tank betreffend ist es beispielsweise in den meisten Fällen wünschenswert, die Temperatur an mehreren Stellen im Tank zu kennen, und deshalb würden mehrere Sensoren über den Tank verteilt an diesen Stellen liegen.
• Die gemessenen Ergebnisse den flüssigen Inhalt eines Tanks betreffend müssen in diesem Beispiel dann zum Anwender, gewöhnlich an einem zentralen Ort, geleitet werden. Deshalb wird ein System für den Betrieb dieser Art von Sensoren und zum Weiterleiten der Ergebnisse dieser Messungen entlang eines einfachen und kostengünstigen Übertragungspfades wünschenswert.
• Aus der U5-3898555 ist ein Meßsystem zum Messen an einer entfernten Stelle bekannt, wobei das System eine Pulserzeugungseinrichtung aufweist zum wiederholten Bereitstellen von elektrischen Pulsen an eine Schallwellenleitereinrichtung, wodurch Rückkehrschallpulse von einem gemessenen Punkt an der Schallwellenleitereinrichtung hervorgerufen werden, die von einer Wandlereinrichtung aufgenommen werden, wobei die Wandlereinrichtung mit Bezug zu jedem Puls ein elektrisches Signal bereitstellt, das einem gemessenen Abstand zwischen dem gemessenen Punkt und einer Referenzposition entlang der Schallwellenleitereinrichtung entspricht, an dem die Wandlereinrichtung befestigt ist.
• Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das System ferner Sendeleitungseinrichtungen aufweist, die zum Senden der Signale von der Wandlereinrichtung von der entfernten Stelle dienen, und ferner Parameteraufnahmeinrichtungen aufweist, die zum Bereitstellen von Parametersignalen dienen, die einen oder mehrere auf zunehmende Paraieterwerte darstellen, wobei ein Eingang der Pulserzeugungseinrichtung mit einem Ausgang der Parameteraufnahmeeinrichtung elektrisch verbunden ist und die Pulserzeugungseinrichtungen so betrieben werden können, daß die Dauer zwischen Pulsen in ihrer Länge durch Verstärkungswerte der Parametersignale gesteuert wird, wodurch die durch die Sendeleitungseinrichtung gesendeten Signale jeweils einen gemessenen Abstand darstellen und die jeweilige Zeitdauer zwischen Signalen Parameterwerte darstellt.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen temperaturgeregelten Pulsgenerator zum wiederholten Bereitstellen von elektrischen Pulsen an einen Schallwellenleiter bereit, wodurch Rückkehrschallpulse von einem gemessenen Punkt an dem Wellenleiter hervorgerufen werden, die von einem Modenwandler aufgenommen werden. Die Wandlerpulse werden an einer Übertragungsleitung bereitgestellt.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun an Hand eines einzigen Beispiels und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
• Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zeigt, das Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
• Fig. 1 zeigt ein System zur Durchführung von Abstands- und Temperaturmessungen und zum Übertragen dieser Information über eine Übertragungsleitung an einen günstig gelegenen Ort, an dem diese Information gewöhnlich gebraucht wird. Zwei Widerstände mit festen Widerstandswerten, 10 und 11, werden verwendet, wobei jeder einen anderen Widerstandswert besitzt, und jeder als Referenzwiderstand dient. Jeder hat einen Anschluß, der mit der Massereferenzspannung verbunden ist. Die Widerstände 10 und 11 (die, um die folgenden Ziele zu erreichen, Schichtwiderstände sein können) sind sehr stabile Widerstände, die äußerst genaue Widerstandwerte besitzen und die durch die Temperatur nicht wesentlich beeinflußt werden.
• Von einem weiteren Paar Widerstände, 12 und 13, ist jeder zum Beispiel ein temperaturempfindlicher Widerstand. Jeder von ihnen reagiert auf Temperaturänderungen in bekannter Weise durch einen Spannungsabfall infolge eines durchfließenden konstanten Stroms, der die Temperatur widerspiegelt, bei der diese Widerstände dann arbeiten. Wenn es mehrere Punkte gibt, an denen die Temperatur gemessen werden soll, gibt es mehr als zwei solcher temperaturempfindlicher Widerstände, so daß die Verwendung gerade der Widerstände 12 und 13 nur ein Beispiel ist. Jeder Widerstand 12 und 13 hat auch einen auf Masse liegenden Anschluß.
• Der nominelle Widerstandwert, der für die Widerstände 12 und 13 gewählt wird, hängt von dem Typ des verwendeten Meßwiderstands ab und kann somit weit variieren. Die Werte für die Referenzwiderstände 10 und 11 werden so gewählt, daß einer einen Widerstand besitzt, der größer ist als der, der während der Messungen von Widerstand 12 oder 13 erreicht wird, und der andere einen Widerstand besitzt, der kleiner ist als der, der während der Messungen von einen von ihnen erreicht wird. Obwohl die temperaturempfindlichen Widerstände 12 und 13 in Fig. 1 gezeigt sind, gemeinsam mit den Referenzwiderständen 10 und 11, und obwohl Temperaturmessung das gegebene Beispiel ist, können andere Arten von Sensoren zur Temperaturmessung, oder zur Messung von anderen Parametern für eine Verwendung im System der Fig. 1 angepaßt werden.
• Eine Gleichstromquelle 14 wird für die elektrische Energieversorgung der Widerstände 10 bis 13 bereitgestellt. Die Gleichstromquelle ist mit einem Anschluß 15 verbunden, der für eine Verbindung mit einer Spannungsquelle angepaßt ist, die über die untenaufgeführte Übertragungsleitung bereitgestellt wird. Die andere Seite der Gleichstromquelle 14 ist mit einem Schaltungsknoten 16 verbunden, von dem über einen Satz gesteuerter Schalter Strom in die Widerstände 10 bis 13 eingespeist wird.
• Der erste dieser gesteuerten Schalter, 17, kann den anderen Anschluß des Widerstands 10 mit dem Knoten 16 verbinden. Der zweite Schalter, 18, kann den anderen Anschluß des Widerstands 11 mit dem Knoten 16 verbinden. Der dritte Schalter, 19, kann den anderen Anschluß des Widerstands 12 mit dem Knoten 16 elektrisch verbinden. Schließlich kann der letzte Schalter, 20, den anderen Anschluß des Widerstandes 13 mit dem Knoten 16 verbinden. In der Praxis können die Schalter 17 bis 20 den Anforderungen genügend aus Transistoren aufgebaut sein, gewöhnlich aus Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren (MOSFET), die auch komplementäre MOSFETs (CMOS) sein können. Diese Schalter haben "eingeschaltet" gewöhnlich einen kleinen Widerstand und "ausgeschaltet" einen Widerstand, der weniger als unendlich ist. Die Verwendung der Schalter 17 bis 20 soll ermöglichen, die Widerstände 10 bis 13 der Reihe nach, aber jeweils nur einen, mit dem Knoten 16 zu verbinden. Dieses durch die Reihe Schalten wird von einem Schaltabfolgecontroller 21 gesteuert. Der Schaltabfolgecontroller 21 und die Schalter 17 bis 20 bilden einen Schaltabfolger 22, der innerhalb der gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigt ist. Der Controller 21 bedient, wie gezeigt, die Steuerbereiche von Schalter 17 bis 20, um nach Anordnung des Controllers ihr Öffnen oder Schließen zu veranlassen. Die Schaltkreise im Controller 21 sind weithin bekannte, kombinierte logische Schaltnetze, die eine geeignete Logikfunktion für das vorliegende System bereitstellen. Die Funktion des Schaltabfolgers 22 kann zum Beispiel im wesentlichen von einem Analogmultiplexer und einem kombinierten logischen Schaltnetz ausgeführt werden.
• Immer wenn einer der Schalter 17 bis 20 geschlossen ist, fließt Strom von der Stromquelle 14 durch den Knoten 16, den geschlossenen Schalter und seinen zugehörigen Widerstand der Widerstände 10 bis 13. Die sich daraus ergebende Spannung über diesen Widerstand ist auch am Knoten 16 vorhanden, wo sie von einem Verstärker 23 auf genommen wird. Der Eingangsbereich des Verstärkers 23 ist mit dem Knoten 16 verbunden, während der Ausgangsbereich mit dem Eingang des Pulsgenerators 24 verbunden ist.
• Eine Anordnung für den Schaltabfolger zur Verringerung von Meßfehlern, alternativ zu der gezeigten, basiert darauf, daß ein Schaltabfolgecontroller 21 vorhanden ist, der einen anderen Satz von Schaltern nur für die Meßwertaufnahie, steuert, wobei die Schalter 17 bis 20 nur dazu verwendet werden, um die Widerstände 10 bis 13 jeweils mit Strom zu versorgen. Die Verbindung zwischen dem Eingang des Verstärkers 23 und dem Knoten 16 ist aufgehoben und statt dessen ist der Eingang des Verstärkers 23 mit einer Seite jedes der zusätzlichen Schalter verbunden. Die andere Seite jedes dieser zusätzlichen Schalter ist mit der gleichen Seite eines der Widerstände 10 bis 13 verbunden wie die entsprechende Seite der Schalter 17 bis 20. Das gleiche Signal von dem Schaltabfolger 21, das verwendet wird, um einen der Schalter 17 bis 20 zu betätigen, kann ebenfalls dazu verwendet werden, um den entsprechenden zusätzlichen Schalter zu betätigen, der mit dem gleichen Widerstand der Widerstände 10 bis 13 verbunden ist. Unter diesen Umständen werden die Spannungsabfälle über die "eingeschalteten" Widerstände der Schalter 17 bis 20 von den Signalen eliminiert, die im Verstärker 23 verstärkt werden.
• Der Pulsgenerator 24 stellt wiederholt einen elektrischen Puls an seinem Ausgangsanschluß bereit, der elektrisch mit einem weiteren gesteuerten Schalter 25 verbunden ist. Ein Puls vom Pulsgenerator 24 zum Steuerbereich des Schalters 25 bewirkt das Schließen dieses Schalter, wobei der Schalter 25, wenn dieser Puls nicht vorhanden ist, offen ist. Der Schalter 25 kann wiederum aus einem Transistor aufgebaut sein, gewöhnlich aus einem npn-Bipolartransistor, der "eingeschaltet" einen kleinen Widerstand und "ausgeschaltet" einen großen, nicht unbedingt unendlichen Widerstand besitzen kann.
• Die Wiederholungsrate der Pulse, die von dem Pulsgenerator 24 bereitgestellt werden, wird von den Signalen, die von dem Schaltungsknoten 16 bereitgestellt werden, gesteuert. Diese Signale wiederum sind die auf einanderfolgend an jedem Widerstand 10 bis 13 auftretenden Spannungsabfälle. Diese Signale am Knoten 16 werden von dem Verstärker 23 verstärkt, bevor sie zum Pulsgenerator 24 geschickt werden. Auf diese Weise kann ein Temperaturanstieg in einem der mit dem Knoten 16 verbundenen Widerstände 10 bis 13 zu einer Spannungserhöhung am Knoten 16 führen, die zu einer Verlängerung des Zeitintervalls zwischen den Pulsen am Ausgang des Pulsgenerators 24 führt. Ein Temperaturabfall liefert das entgegengesetzte Ergebnis. Das Ergebnis ist, daß das Zeitintervall zwischen den Pulsen die Temperaturinformation darstellt, die von einem der Widerstände 10 bis 13 bereitgestellt wird, der durch den Schaltabfolger 22 mit Knoten 16 verbunden wird.
• Ein typischer Aufbau für den Pulsgenerator 24 sollte einen monostabilen Multivibrator haben, der nach einer Initialisierung einen Zustandsschalttakt besitzt, der von der am Eingang des Pulsgenerators 24 anliegenden Spannung abhängt. Die Änderung des Zustands, nachdem sein Taktzustand im monostabilen Multivibrator vollendet ist, wird, außer daß sie dem Schalter 25 bereitgestellt wird, einem astabilen Multivibrator innerhalb des Pulsgenerators 24 bereitgestellt, der dann dem monostabilen Multivibrator ein Ausgangssignal bereitstellt, das verwendet wird, um den monostabilen Multivibrator neu zu initialisieren, um wieder in den Taktzustand einzutreten. Solche Multivibratorschaltkreise sind weithin bekannt.
• Weiterhin werden die sich wiederholenden Pulse vom Ausgangsbereich des Pulsgenerators 24 zum Schaltabfolgecontroller 21 geschickt. Ausgelöst von diesen Pulsen beginnt der Schaltabfolgecontroller 21 mit dem sequentiellen Schalten der Schalter 17 bis 20 von einem offenen in einen geschlossen Zustand, so daß der in der Reihenfolge nächste Schalter durch den nächsten Puls vom Pulsgenerator 24 geschlossen wird, wobei der in der Reihenfolge vorhergehende Schalter geöffnet wird.
• Ein Kondensator 26, der als Energiespeichereinrichtung verwendet wird, wird kontinuierlich von einem Gleichstrom, der über die Übertragungsleitung eingespeist wird, aufgeladen. Dieses Aufladen erfolgt von der Übertragungsleitung, die weiter unten beschrieben wird, über einen in Reihe geschalteten Widerstand 29, der die Strommenge, die zum Speicherkondensator 26 fließt, begrenzt. Außerdem wird eine Zenerdiode 30 verwendet, um die Spannung zu begrenzen, mit der der Kondensator geladen werden kann, um verhältnismäßig gleichmäßige Entladungspulse dem obenerwähnten Abstandsmessung- Schallwellenleiter, mit 31 in Fig. 1 gekennzeichnet, bereitzustellen, dem die Energie im Kondensator 26 wiederholt bereitgestellt wird. Der Widerstandswert für den Widerstand 29 ist typisch 1000, und der Wert der Kapazität des Kondensators 26 ist typisch 0,33 f.
• Ein Anschluß des Kondensators 26 und einer der Diode 30 ist auf Masse gelegt. Der jeweils andere Anschluß ist mit dem Anschluß oder dem Anschlußbereich einer Seite des Schalters 25 verbunden. Der andere Anschluß auf der anderen Seite des Schalters 25 ist mit dem Leiter 32 verbunden, der innerhalb des Schallwellenleiters 31 liegt, wie obenstehend angeführt. Der elektrische Leiter 32 ist im Innern des ferromagnetischen Rohrs 33 eingebaut, und ist an dem einen Ende, entgegengesetzt zu dem, das mit dem Schalter 25 verbunden ist, auf Masse gelegt.
• Diese Anordnung führt zu den sich wiederholenden Pulsen mit variierender Periode vom Pulsgenerator 24, die ein mit variierender Periode sich wiederholendes Schließen des Schalters 25 bewirken, wodurch der Kondensator 26 wiederholt mit variierender Periode über den Leitungsdraht 32 des Schallwellenleiters 31 entladen wird. Diese elektrischen Pulse breiten sich nach unten in den elektrischen Leiter 32 aus, bis ihr zugehöriges Magnetfeld auf das Magnetfeld des Magneten im Schwimmer 34 trifft. Die sich ergebenden Schalltorsionspulse laufen das Rohr 33 entlang, bis sie die Modenwandlerbänder 35 erreichen. Die dabei sich ergebende Bewegung der Bänder 35 ruft in den Modenwandlerdrahtspulen 36, die um jedes Band 35 gewickelt sind, sich wiederholende elektrische Signale hervor. Da die entgegengesetzten Enden der in Reihe geschalteten Spulen 36 mit den Eingangsanschlüssen oder -anschlußbereichen eines Differentialverstärkers 37 verbunden sind, werden diese elektrischen Pulse an diesen Eingangsbereichen des Verstärkers 37 bereitgestellt. Der Verstärker 36 dient als Verstärker für den Modenwandler, der an seinem Ausgang für jeden an den Bändern 35 und den Spulen 36 aufgenommenen Puls einen verstärkten Spannungspuls bereitstellt.
• Der Ausgangsbereich des Modenwandlerdifferentialverstärkers 37 ist mit dem Steuerbereich eines Betriebsschaltkreises verbunden, der aufgrund des verwendeten npn-Bipolartransistors 38 eine verhältnismäßig hohe effektive Impedanz in Abwesenheit dieser Pulse besitzt. Die Verringerung der effektiven Impedanz des Transistors 38 als Reaktion auf einen elektrischen Puls von dem Verstärker 37 und den Spulen 36 auf seine Basis, aufgrund einer auf die Bänder 35 einwirkenden Schalltorsionswelle, ermöglicht, daß ein Strompuls durch einen weiteren Widerstand 39 mit einem Widerstandswert von 200 und durch die Primärspule eines Transformators 40 fließt. Dieser Strompuls fließt durch die Primärspule 41 eines Transformators 40, der zwischen dem Widerstand 39 und dem Kollektor des Transistors 38 eingefügt ist. Der Emitter des Transistors 38 ist über einen Massewiderstand 28 mit einem Widerstandswert 110 auf Masse gelegt. Der Transistor 38 kann als Schalter betrieben werden, aber hier wurde sein Einsatz als Analogpulsverstärker gewählt.
• Die magnetische Kopplung des Pulses in der Primärspule 41 ruft einen elektrischen Puls in der Sekundärspule 42 des Transformators 40 hervor, der von dort zu einem der zwei Leitungsdrähte in einer Übertragungsleitung 43 geschickt wird. Das eine Ende der Sekundärspule 42 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 29 und 39 verbunden, und das andere Ende mit dem Leiter auf der Übertragungsleitung 43. Eine Gleichspannung und der entsprechende Strom wird über die Übertragungsleitung 43 bereitgestellt, so daß als Überlagerung dieser Gleichspannung der Puls an der Sekundärspule 42 erscheint und sich über die Übertragungsleitung 43 ausbreitet. Der andere Leiter in der Übertragungsleitung 43 ist mit der Massereferenzspannung verbunden. Ein Widerstand 27 ist parallel zur Sekundärspule 42 geschaltet, um die Impedanz, die an den Verbindungsstellen zur Übertragungsleitung 43 auftritt, auf einen Wert von 110 einzustellen. Ein Kondensator 44 ist von der Verbindungsstelle von Widerstand 29 und 39 auf Masse gelegt, mit dem Effekt, die Sekundärspule 42 parallel zu den zwei Leitern der Übertragungsleitung 43 auf Pulssignalfrequenzen zu schalten, und hat einen Wert von 0,047 f. Ein Kondensator mit einem Wert von 0,1 f kann an der Verbindungsstelle von Widerstand 39 und Primärspule 41 auf Masse gelegt sein, um den Überbrückungswiderstand 39 zu erden, um an der Primärspule 41 hohe Pulsleistungen zu erhalten.
• Wegen der magnetischen Induktion führt das Schließen des Schalters 25 infolge der Pulse vom Generator 24, die dabei einen elektrischen Puls am elektrischen Leiter 32 eines Schallwellenleiters 31 bereitstellen, auch zu einem Signal an den Spulen 36. Ein solches Signal von den Spulen 36 wird, nachdem es von dem Verstärker 37 verstärkt und zur Basis des Transistors 38 geschickt wurde, auch die effektive Impedanz des Transistors 38 in Abstimmung mit der Bereitstellung eines Pulses am Wellenleiter 32 verringern, genau wie dies die Rückkehrschallwelle am Wellenleiter 31 bewirkt. Folglich wird der Anwender am entfernten Ende der Übertragungsleitung 43 jedesmal, wenn der Schalter 25 durch den Pulsgenerator 24 geschlossen wird, einen Puls feststellen, und wird auch jedesmal, wenn ein Schalltorsionspuls zu den Bändern 35 zurückkehrt, einen Puls empfangen. Das System in Fig. 1 wird so betrieben, daß das Zeitintervall zwischen zwei Pulsen, die der Pulsgenerator 24 liefert, im Vergleich zu der zeitlichen Dauer und der Rücklaufverzögerung des Schalltorsionspulses entlang des Wellenleiters 31 ziemlich lang ist.
• Aus dieser Anordnung ergibt sich, daß der Anwender am entfernten Ende der Übertragungsleitung 43 ausreichend an diesen Ort übertragene Information besitzt, um die Bestimmung des Abstandes zwischen der Referenzstelle des Schallwellenleiters und des Schwimmers, und der Temperaturmeßwerte an verschiedenen Orten im Tank, die nacheinander übermittelt werden, vornehmen zu können. Das Zeitintervall zwischen den Pulsen auf der Übertragungsleitung 43, hervorgerufen durch das Schließen des Schalters 25, das durch Signale des Knotens 16 gesteuert wird, liefert Information über die Temperatur, die von jedem der nacheinander mit dem Knoten 16 verbundenen Widerstände gemessen wird. Das Zeitintervall zwischen dem Schließen des Schalters 25 und der Ankunft der zurücklaufenden zugehörigen Schallwelle an den Bändern 35 stellt den Abstand dieses Schwimmers von den Bändern 35 dar.
• Die Gleichspannung und der Gleichstrom können an die Übertragungsleitung 43 angelegt werden, und die Pulssignale am entfernten Ende der Leitung 43 mit Hilfe vieler unterschiedlicher Schaltkreise, einschließlich des einfachen, in Fig. 1 gezeigten Schaltkreises 45, empfangen werden. Eine konstante Spannung, typisch 26 Volt, wird in Bezug auf einen anderen, geerdeten Anschluß an den Anschluß 46 angelegt. Ankommende Pulse werden durch eine Drosselspule 48 am Erreichen des Anschlusses 46 gehindert. Die Pulse laufen durch einen Kondensator 49 und über einen Widerstand 50. Diese Pulse werden zu einen Anschluß 51 weitergeleitet. Aufzeichnungseinrichtungen und einige Bearbeitungseinrichtungen, oder beide, zwischen den Anschlüssen 51 und 47 können dann den Abstand und die Temperaturinformation von den ankommenden Pulsen ableiten, indem sie deren Abfolge und Zeitpunkte aufzeichnen. Ein System auf Mikroprozessorbasis kann zu diesem Zweck eingesetzt werden.
• Wegen Verstärkeroffsets, und Änderungen in der Verstärkung und der Spannungsreferenz, Stromquelle und Stromstärkeschwankungen, Verschiebungen der Kapazitätswerte und Widerstandswerte und dergleichen sind die Ergebnisse der Temperaturmessungen in dem System aus Fig. 1 Abweichungen und anderen Ungenauigkeiten unterworfen. Diese Ungenauigkeiten können vermieden werden, indem die Temperaturmessungen relativ zu Kalibrierungsmessungen unter Verwendung von Referenzwiderständen 10 und 11 durchgeführt werden. Ein von den Widerständen 10 bis 13 verschiedener Widerstand wird mit dem Knoten 16 in jedem der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle, die zwischen den Pulsen des Pulsgenerators 24 liegen, verbunden. Wenn die Widerstände 10 und 11 verhältnismäßig stabil sind, so daß sich die Zeitintervalle zwischen zwei Pulsen vom Pulsgenerator 24 im wesentlichen nur aufgrund der Zustandsänderungen anderer Komponenten im System ändern, ist in der Tat diese Information über die Änderung anderer Komponenten bekannt und kann verwendet werden, die Information zu interpretieren, die die Zeitintervalle zwischen den Pulsen vom Pulsgenerator 24, hervorgerufen durch die Meßwiderstände 12 und 13, darstellen.
• Ein Ansatz, diese Kalibrierungsmessungen zu nutzen ist anzunehmen, daß die gemessenen Zeitintervalle zwischen den Pulsen des Pulsgenerators 24, wie von den Widerständen 10 und 11 festgesetzt, linear von den stabilen Widerstandswerten der Widerstände 10 und 11 abhängen. Daraus ergeben sich dann zwei lineare Gleichungen, eine für jede Messung, wobei jede dieser Gleichungen zwei unbekannte Konstanten besitzt, wie für solche Gleichungen allgemein die Regel ist. Diese Konstanten können aus den Gleichungen mit den üblichen algebraischen Methoden bestimmt werden. Die gefundenen Konstanten können dann als die Konstanten in den linearen Gleichungen verwendet werden, die (i) die Zeitintervalle zwischen den Pulsen des Pulsgenerators 24 und (ii) die Widerstandswerte der Meßwiderstände 12 und 13, wenn diese Widerstände mit dem Knoten 16 verbunden sind, miteinander verknüpfen. Die aus diesen Gleichungen gefundenen Widerstandswerte können verwendet werden, um über die Kenntnis des Temperaturverhaltens die von diesen Widerständen gemessenen Temperaturen festzustellen. Dieser Vorgang der Bestimmung dieser Konstanten und des Feststellens der Temperaturen kann von einem Anwender am entfernten Ende der Übertragungsleitung 43 durch Durchführung solcher Berechnungen ausgeführt werden, soweit dieser Anwender die Reihenfolge der Widerstandsverbindungen zum Knoten 16 kennt.

Claims (10)

1. Meßsystem zum Messen an einer entfernten Stelle, wobei das System eine Pulserzeugungseinrichtung (24) aufweist zum wiederholten Bereitstellen von elektrischen Impulsen an eine Schallwellenleitereinrichtung (33, 34, 35), wodurch Rückkehrschallpulse von einem gemessenen Punkt an der Schallwellenleitereinrichtung hervorgerufen werden, die von einer Wandlereinrichtung (35, 36, 37) aufgenommen werden, wobei die Wandlereinrichtung mit Bezug zu jedem Puls ein elektrisches Signal bereitstellt, das einem gemessenem Abstand zwischen dem gemessenen Punkt und einer Referenzposition entlang der Schallwellenleitereinrichtungen entspricht, an dem die Wandlereinrichtung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System Sendeleitungseinrichtungen (41, 42, 43) aufweist, die zum Senden der Signale von der Wandlereinrichtung von der entfernten Stelle dienen, und ferner Parameteraufnahmeeinrichtungen (10, 11, 12, 13, 22) aufweist, die zum Bereitstellen von Parametersignalen dienen, die einen oder mehrere auf zunehmende Parameterwerte darstellen, wobei ein Eingang der Pulserzeugungseinrichtung mit einem Ausgang der Parameteraufnahmeeinrichtungen elektrisch verbunden ist und die Pulserzeugungseinrichtungen so betrieben werden können, daß die Dauer zwischen Pulsen in ihrer Länge durch Verstärkungswerte der Parametersignale gesteuert wird, wodurch die durch die Sendeleitungseinrichtungen gesendeten Signale jeweils einen gemessenen Abstand darstellen und die jeweilige Zeitdauer zwischen Signalen Parameterwerte darstellt.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, wobei die Parameteraufnahmeeinrichtung mindestens einen Temperaturaufnahmewiderstand (12, 13) aufweist, zum Messen mindestens eines entsprechenden Temperaturwerts und der mit einer ersten Anschlußeinrichtung (16) elektrisch verbunden ist, die für eine elektrische Verbindung mit einer ersten Stromquelle geeignet ist.

53. Meßsystem nach Anspruch 2, wobei die Parameteraufnahmeeinrichtung mehrere Temperaturaufnahmewiderstände (10, 11, 12, 13) aufweist, die jeweils durch eine Aufnahme- Schalteinrichtung (17, 18, 19, 20) mit der ersten Anschlußeinrichtung elektrisch verbunden werden, und wobei die Vorrichtung ferner eine Schaltfolgeeinrichtung (21) aufweist, die nacheinander und abwechselnd als Antwort auf von der Pulserzeugungseinrichtung empfangene Schaltsignale mittels der Aufnahme-Schalteinrichtung eine elektrische Verbindung zwischen jedem der Temperaturaufnahmewiderstände und der ersten Anschlußeinrichtung herstellt.

4. Meßsystem nach Anspruch 3, wobei die Temperaturaufnahmeeinrichtung ferner einen Temperaturaufnahmeverstärker (23) aufweist, der einen Eingang und einen Ausgang hat, wobei der Temperaturaufnahmeverstärkereingang mit den mehreren Temperaturaufnahmewiderständen elektrisch verbunden ist und der Temperaturaufnahmeverstärkerausgang als Ausgang der Temperaturaufnahmeeinrichtung dient.

5. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schallwellenleitereinrichtung mittels einer Energiezuführeinrichtung (26) angeregt wird, wobei der Ausgang der Energiezuführeinrichtung in Abhängigkeit von von der Pulserzeugungseinrichtung empfangenen Pulsen durch eine Schalteinrichtung (25) geschaltet wird und wobei die Energiezuführeinrichtung einen Kondensator aufweist.

6. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wandlereinrichtung eine Modenwandlereinrichtung ist, die einen ersten und zweiten Ausgang hat, an denen in Abhängigkeit von an der Referenzstelle auftretenden Schalltorsionspulsen elektrische Signale auftreten und wobei die Wandlereinrichtung ferner einen Modenwandlereinrichtung-Differentialverstärker (37) aufweist, der einen ersten und zweiten Eingang und einen Ausgang hat, wobei der erste Eingang des Modenwandlereinrichtung-Differentialverstärkers mit dem ersten Ausgang der Modenwandlereinrichtung elektrisch verbunden ist und der zweite Eingang des Modenwandlereinrichtung-Differentialverstärkers mit dem zweiten Ausgang der Modenwandlereinrichtung elektrisch verbunden ist, wobei der Ausgang des Modenwandlereinrichtung-Differentialverstärkers als Ausgang der Schallwellenleitereinrichtung dient.

7. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sendeleitungseinrichtung einen elektrischen Umformer (41, 42) aufweist, der zwischen dem Eingang der Sendeleitungseinrichtung und einer Sendeleitung (43) angeschlossen ist.

8. Meßsystem nach Anspruch 7, wobei der Umformer eine Primär- und Sekundärdrahtspule (41, 42) hat, die so angeordnet sind, daß sie miteinander magnetisch zusammenwirken, wobei die Primärspule mit einem Anschluß mit dem Eingang der Sendeleitungseinrichtung verbunden ist und die Sekundärspule mit einem Anschluß mit der Sendeleitung verbunden ist und wobei die übrigen Anschlüsse der Primär- und der Sekundärspule jeweils miteinander verbunden sind.

9. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schallwellenleitereinrichtung eine elektrische Wandlereinrichtung (33) aufweist, entlang der sich ein elektrischer Puls ausbreitet, eine magnetische Einrichtung (34), die entlang der Schallwellenleitereinrichtung zu dem gemessenen Punkt bewegbar ist, wobei die magnetische Einrichtung mit einem Magnetfeld zusammenwirkt, das zu dem sich entlang der Wandlereinrichtung ausbreitenden elektrischen Puls gehört, so daß ein Torsionsschallpuls erzeugt wird, der sich entlang der Schallwellenleitereinrichtung ausbreitet, und die Wandlereinrichtung so betrieben werden kann, daß sie als Antwort auf die Detektion eines Torsionsschallpulses ein elektrisches Signal erzeugt.

10. Meßsystem nach Anspruch 9, wobei die Schallwellenleitereinrichtung durch ein rohrförmiges Element aus ferromagnetischem Material gebildet wird, wobei die elektrische Leitereinrichtung innerhalb des rohrförmigen Elements angeordnet ist.