DE10057188A1 - Ultrasonic flow meter with temperature compensation provided by temperature sensor in parallel with ultrasonic measurement transducers - Google Patents
Ultrasonic flow meter with temperature compensation provided by temperature sensor in parallel with ultrasonic measurement transducersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Durchflußmeßgerät mit Temperaturkompensation.The invention relates to an ultrasonic flow meter Temperature compensation.
Ultraschall-Durchflußmeßgeräte werden vielfach in der Prozeß- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise den Volumendurchfluß in einem Rohrleitungsabschnitt berührungslos zu bestimmen.Ultrasonic flowmeters are widely used in process and Automation technology used. They simply allow that Volume flow in a pipe section without contact determine.
Die bekannten Ultraschall-Durchflußmeßgeräte arbeiten entweder nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip.The known ultrasonic flow meters work either after Doppler or based on the transit time difference principle.
Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip wird die unterschiedliche Laufzeit von Ultraschallimpulsen relativ zur Stömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet.With the transit time difference principle, the different transit time of Ultrasonic pulses evaluated relative to the direction of flow of the liquid.
Hierzu werden Ultraschallimpulse sowohl in wie auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz läßt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluß bestimmen.For this purpose, ultrasonic pulses are generated both in and against the flow Posted. The flow velocity and thus with a known diameter of the pipeline section Determine volume flow.
Beim Doppler-Prinzip wird Ultraschall mit einer beliebigen Frequenz in die Flüssigkeit eingekoppelt und der von der Flüssigkeit reflektierte Ultraschall ausgewertet. Aus der Frequenzverschiebung zwischen dem eingekoppelten und reflektierten Signal läßt sich ebenfalls die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmen.The Doppler principle uses ultrasound at any frequency Liquid injected and the ultrasound reflected by the liquid evaluated. From the frequency shift between the injected and reflected signal, the flow rate of the Determine liquid.
Reflexionen in der Flüssigkeit treten jedoch nur auf, wenn Luftbläschen oder Verunreinigungen in dieser vorhanden sind, so daß dieses Prinzip hauptsächlich bei verunreinigten Flüssigkeiten Verwendung findet. However, reflections in the liquid only occur when there are air bubbles or Impurities are present in this, so this principle mainly used for contaminated liquids.
Der Ultraschall wird mit Hilfe sogenannter Ultraschallwandler erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler an der Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitt fest angebracht, z. B. verschweißt. Seit neuerem sind auch Clamp-on-Ultraschall-Meßsysteme erhältlich. Bei diesen Systemen werden die Ultraschallwandler nur noch mit einer Spannverschluß an die Rohrwandung gepreßt.The ultrasound is generated using so-called ultrasound transducers or receive. For this purpose, ultrasonic transducers on the pipe wall of the relevant pipe section firmly attached, for. B. welded. since newer clamp-on ultrasound measuring systems are also available. With these Systems, the ultrasonic transducers are only connected with a turnbuckle pressed the pipe wall.
Derartige Systeme sind z. B. aus der EP-B-686 255, US-A 44 84 478 oder US- A 45 98 593 bekanntSuch systems are e.g. B. from EP-B-686 255, US-A 44 84 478 or US A 45 98 593 known
Ein weiteres Ultraschall-Durchflußmessgerät, das nach dem Laufzeitdifferenz- Prinzip arbeitet, ist aus der US-A 50 52 230 bekannt. Die Laufzeit wird mittels Bursts, d. h. kurze sinusförmige Ultraschallimpulse, ermittelt.Another ultrasonic flow meter, which is based on the transit time difference Working principle is known from US-A 50 52 230. The term is determined by Bursts, d. H. short sinusoidal ultrasonic pulses.
Die Schallgeschwindigkeit in einer Flüssigkeit ist temperaturabhängig. Für eine genaue Messung des Durchflusses ist deshalb eine Berücksichtigung des Temperatureinflusses notwendig.The speed of sound in a liquid is temperature-dependent. For one accurate measurement of the flow rate is therefore a consideration of the Influence of temperature necessary.
Aus der US-A 4 208 908 ist ein Ultraschall-Durchflußmessgerät bekannt, bei dem mit Hilfe eines Temperatursensors die Temperatur der Flüssigkeit gemessen wird und der Meßstrom für ein Anzeigeelement entsprechend dem Temperaturwert korrigiert wird.An ultrasonic flow meter is known from US-A 4 208 908, at with the help of a temperature sensor the temperature of the liquid is measured and the measuring current for a display element corresponding to the Temperature value is corrected.
Aus der US-5 280 728 ist eine weiter Meßschaltung für ein Ultraschall- Durchflußmeßgerät bekannt, bei dem die Temperatur der Flüssigkeit ebenfalls mit Hilfe eines Temperatursensors gemessen wird, der am Ultraschallwandler fixiert ist.US Pat. No. 5,280,728 discloses a further measuring circuit for an ultrasound Flow meter known in which the temperature of the liquid also is measured using a temperature sensor on the ultrasonic transducer is fixed.
Nachteilig an diesen Schaltungen ist, daß zwischen Meßschaltung und dem eigentlichen Ultraschallwandler eine zusätzliche elektrische Verbindung notwendig ist, über die das Temperatursignal geführt wird. A disadvantage of these circuits is that between the measuring circuit and the actual ultrasonic transducer an additional electrical connection is necessary, over which the temperature signal is carried.
Aus der WO 00/26618 ist bekannt, Kompensationsmittel am Ultraschallwandler vorzusehen, die den Temperatureinfluß auf die Länge der Meßstrecke kompensieren.From WO 00/26618 it is known to use compensation means on the ultrasonic transducer provide the temperature influence on the length of the measuring section compensate.
Aus der US A 5 280 728 ist ein weiteres Ultraschall-Durchflußmessgerät mit Temperaturkompensation bekannt. Hierbei wird die Laufzeit des Ultraschallsignals in einer bestimmten vorgegebenen Strecke in einem Einkoppelelement des Wandlers gemessen und aus der bekannten Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in diesem Medium auf die Temperatur des Wandlers und damit auch auf die Temperatur der Flüssigkeit geschlossen.Another ultrasonic flow meter is known from US Pat. No. 5,280,728 Temperature compensation known. Here, the term of the Ultrasonic signal in a certain predetermined distance in one Coupling element of the converter measured and from the known Temperature dependence of the speed of sound in this medium on the Temperature of the converter and thus also on the temperature of the liquid closed.
Aufgrund der erheblichen Wärmekapazität dieses Einkoppelelements werden Temperaturänderungen erst verzögert wahrgenommen. Außerdem ist diese Art der Temperaturbestimmung relativ ungenau.Due to the considerable heat capacity of this coupling element Temperature changes are perceived only with a delay. In addition, this type the temperature determination is relatively imprecise.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Ultraschall-Durchflußmessgerät mit Temperaturkompensation anzugeben, das eine genaue Temperaturbestimmung und damit eine genaue Durchflußmessung ermöglicht, das keine zusätzliche Verkabelung benötigt und die einfach und kostengünstig aufgebaut ist.The object of the present invention is an ultrasonic flow meter with temperature compensation to indicate that an accurate Temperature determination and thus an exact flow measurement enables that does not require any additional cabling and that is simple and inexpensive is constructed.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ultraschall-Durchflußmeßgerät mit Temperaturkompensation mit mindestens zwei Ultraschallwandler, die an einem Meßrohr angeordnet sind und die je ein Piezoelement aufweisen, einer Meßschaltung, die über je eine Anschlußleitung mit den Ultraschallwandlern verbunden ist und die dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu mindestens einem Piezoelement ein Temperatursensor geschaltet ist, dessen Temperatur während den Ultraschall-Meßpausen in der Meßschaltung bestimmt wird. This task is solved by an ultrasonic flow meter Temperature compensation with at least two ultrasonic transducers connected to a measuring tube are arranged and each have a piezo element, one Measuring circuit, each via a connecting line with the ultrasonic transducers is connected and characterized in that parallel to at least a temperature sensor whose temperature is connected to a piezo element during the ultrasonic pauses in the measuring circuit.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, daß parallel zum Piezoelement ein Temperatursensor geschaltetet ist und das Temperatursignal und das Ultraschallspannungssignal über die gleiche Leitung vom Ultraschallwandler zur Meßschaltung übertragen werden.The essential idea of the invention is that parallel to Piezo element is connected to a temperature sensor and the temperature signal and the ultrasonic voltage signal over the same line from Ultrasonic transducers are transmitted to the measuring circuit.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung besteht der Temperatursensor T1 aus einer Spule L und einem temperaturabhängigen Widerstand Rt.In a preferred further development, the temperature sensor T1 consists of a coil L and a temperature-dependent resistor Rt.
In einer bevorzugten zweiten Ausführungsbeispiel ist parallel zum Temperatursensor ein Referenzwiderstand geschaltet ist und die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands wird aus dem Vergleich der Widerstandswerte gewonnen.In a preferred second embodiment is parallel to Temperature sensor a reference resistor is switched and the temperature of the temperature-dependent resistance is obtained by comparing the Resistance values won.
In einer bevorzugten dritten Ausführungsbeispiel ist eine Konstantstromquelle mit dem Temperatursensor verbindbar und aus dem Spannungsabfall über dem Temperatursensor wird die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands bestimmt.In a preferred third embodiment is a constant current source connectable to the temperature sensor and from the voltage drop across the Temperature sensor becomes the temperature of the temperature dependent Resistance determined.
In einer bevorzugten vierten Ausführungsbeispiel wird anstatt des temperaturabhängigen Widerstands Rt ein Thermoelement Th eingesetzt.In a preferred fourth embodiment, instead of temperature-dependent resistor Rt a thermocouple Th is used.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the subclaims.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on one shown in the drawing Embodiment explained in more detail. Show it:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Ultraschall-Durchflußmessgeräts und Fig. 1 shows a schematic representation of an ultrasonic flow meter and
Fig. 2 schematische Darstellung einer ersten Meßschaltung für ein Ultraschall-Durchflußmessgerät gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows a schematic representation of a first measuring circuit for an ultrasonic flow meter according to FIG. 1.
Fig. 3 schematische Darstellung einer zweiten Meßschaltung für ein Ultraschall-Durchflußmessgerät gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a schematic illustration of a second measurement circuit for an ultrasonic flow meter of FIG. 1.
Fig. 4 schematische Darstellung einer dritten Meßschaltung für ein Ultraschall-Durchflußmessgerät gemäß Fig. 1. Fig. 4 is a schematic representation of a third measuring circuit for an ultrasonic flow meter of FIG. 1.
Fig. 5 schematische Darstellung einer vierten Meßschaltung für ein Ultraschall-Durchflußmessgerät gemäß Fig. 1. Fig. 5 shows a schematic representation of a fourth measuring circuit for an ultrasonic flow meter of FIG. 1.
Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung ein Ultraschall- Durchflußmessgerät mit zwei Ultraschallwandler 2, 3, die auf der Außenwandung einer Rohrleitung 1 achsparallel versetzt angeordnet sind. Die Flüssigkeit F in der Rohrleitung 1 fließt in Pfeilrichtung. Fig. 1 shows a highly simplified representation of an ultrasonic flow meter with two ultrasonic transducers 2 , 3 , which are arranged offset on the outer wall of a pipe 1 parallel to the axis. The liquid F in the pipeline 1 flows in the direction of the arrow.
Dieses Wandlerpaar, Ultraschallwandler 2, 3, kann auf zwei unterschiedliche Weisen betrieben werden. Entweder wirkt der Ultraschallwandler 2 als Sendewandler und der Ultraschallwandler als 3 als Empfängerwandler oder der Ultraschallwandler 2 als Empfängerwandler und der Ultraschallwandler 3 als Sendewandler, wodurch abwechselnd in Strömungsrichtung bzw. entgegen der Strömungsrichtung gemessen wird.This pair of transducers, ultrasonic transducers 2 , 3 , can be operated in two different ways. Either the ultrasound transducer 2 acts as a transmitter transducer and the ultrasound transducer as 3 as a receiver transducer or the ultrasound transducer 2 as a receiver transducer and the ultrasound transducer 3 as a transmitter transducer, as a result of which measurements are taken alternately in the direction of flow or counter to the direction of flow.
Jeder Ultraschallwandler 2, 3 weist ein keilförmiges Koppelelement 21 bzw. 31 das die Ultraschallsignale unter einem von 90° verschiedenen Winkel α entweder in die Wandung der Rohrleitung ein- bzw. auskoppelt werden. Der Winkel α ist so gewählt, daß das an der gegenüberliegenden Wandung der Rohrleitung 1 reflektierte Signal auf den jeweils anderen Ultraschallwandler trifft.Each ultrasonic transducer 2 , 3 has a wedge-shaped coupling element 21 or 31 which either couples the ultrasonic signals into or out of the pipeline wall at an angle α different from 90 °. The angle α is chosen so that the signal reflected on the opposite wall of the pipeline 1 hits the other ultrasonic transducer.
Die Ultraschallwandler 2, 3 weisen jeweils Piezoelemente P2 bzw. P3 auf, die elektrischen Impulse in mechanische Schwingungen, die eigentlichen Ultraschallsignale, umwandeln oder mechanische Schwingungen in elektrische Impulse umwandeln. The ultrasonic transducers 2 , 3 each have piezo elements P2 and P3, respectively, which convert electrical pulses into mechanical vibrations, the actual ultrasonic signals, or convert mechanical vibrations into electrical pulses.
Beide Ultraschallwandler 2, 3 sind jeweils über Anschlußleitungen 23 bzw. 33 mit einer Meßschaltung 100 verbunden. Über diese Anschlußleitungen 23, 33 werden die elektrischen Impulse geführt.Both ultrasonic transducers 2 , 3 are each connected to a measuring circuit 100 via connecting lines 23 and 33 , respectively. The electrical pulses are conducted via these connecting lines 23 , 33 .
Fig. 2 zeigt die Meßschaltung 100 als Blockschaltbild. Fig. 2 shows the measuring circuit 100 as a block diagram.
Die Meßschaltung 100 besteht aus einem Mikrocontroller M, einer Sendeeinheit S. einer Empfängereinheit E, einem Frequenz-Generator F sowie zwei Analog- Digitalwandler A/D1 bzw. A/D2 einer Anzeigeeinheit D und einem I/O-Modul I/O. Der Mikrocontroller M ist mit dem Frequenzgenerator F verbunden. Vom Frequenzgenerator F führt eine Verbindungsleitung L3 zu der Sendeeinheit S. Die Sendeeinheit S ist über zwei Verbindungsleitungen L4 bzw. L5 mit der Empfängereinheit E verbunden. Von den Verbindungsleitungen L4 bzw. L5 führen zwei Anschlußleitungen 23 bzw. 33 jeweils zu den beiden Ultraschallwandler 2 bzw. 3. Zwei Ausgänge A1 bzw. A2 der Empfängereinheit E sind jeweils mit den A/D-Wandlern A/D1 bzw. A/D2 verbunden. Zur Anzeige des Meßwertes dient die Anzeigeeinheit D, die ebenfalls mit dem Mikrocontroller M verbunden ist. Über ein I/O-Modul I/O ist die Meßschaltung 100 mit einer zentralen Steuereinheit, die nicht näher dargestellt ist verbunden. Der Mikrocontroller steuert über fünf Steuerleitungen SL1, SL2, SL3, SL4, SL5 jeweils 5 Schalter S1, S2, S3, S4, S5 an.The measuring circuit 100 consists of a microcontroller M, a transmitter unit S. a receiver unit E, a frequency generator F and two analog / digital converters A / D1 and A / D2 of a display unit D and an I / O module I / O. The microcontroller M is connected to the frequency generator F. A connecting line L3 leads from the frequency generator F to the transmitting unit S. The transmitting unit S is connected to the receiving unit E via two connecting lines L4 and L5. Two connecting lines 23 and 33 lead from the connecting lines L4 and L5 to the two ultrasonic transducers 2 and 3, respectively. Two outputs A1 and A2 of the receiver unit E are each connected to the A / D converters A / D1 and A / D2. The display unit D, which is also connected to the microcontroller M, is used to display the measured value. The measuring circuit 100 is connected via an I / O module I / O to a central control unit, which is not shown in detail. The microcontroller controls five switches S1, S2, S3, S4, S5 via five control lines SL1, SL2, SL3, SL4, SL5.
Die Schalter S1, S2, S3 und S4 werden kreuzweise geschaltet, so daß entweder der eine Ultraschallwandler 2 als Sendewandler und der Ultraschallwandler 3 als Empfängerwandler bzw. umgekehrt dient.The switches S1, S2, S3 and S4 are switched crosswise, so that either the one ultrasonic transducer 2 serves as a transmitter transducer and the ultrasonic transducer 3 serves as a receiver transducer or vice versa.
Im folgenden ist der Ultraschallwandler 2 näher beschrieben.The ultrasound transducer 2 is described in more detail below.
Parallel zum Piezoelement P2 ist ein Temperatursensor T1 geschaltet. Der Temperatursensor T1 besteht aus einem temperaturabhängiger Widerstand RT und eine Spule L, die in Reihe geschaltet sind. Der ohmsche Widerstand der Spule L ist als separater Widerstand RL dargestellt. A temperature sensor T1 is connected in parallel with the piezo element P2. The temperature sensor T1 consists of a temperature-dependent resistor R T and a coil L, which are connected in series. The ohmic resistance of the coil L is shown as a separate resistor R L.
Über den Schalter S5 kann auf einen Referenzwiderstand Rref umgeschaltet werden.It is possible to switch to a reference resistor R ref via the switch S5.
Der Schalter S5 ist über einen zweiten Verstärker V2 mit dem A/D-Wandler A/D1 verbunden bzw. über einen Widerstand RA mit einer Referenzspannung Uref.The switch S5 is connected to the A / D converter A / D1 via a second amplifier V2 or to a reference voltage U ref via a resistor R A.
Die weiteren Ausführungsbeispiele unterscheiden sich nur geringfügig von dem in Fig. 2 gezeigten. Der Übersichtlichkeit halber wurde deshalb auf die vollständige Bezifferung verzichtet und hauptsächlich nur auf die Änderungen gegenüber Fig. 2 Wert gelegt.The other exemplary embodiments differ only slightly from that shown in FIG. 2. For the sake of clarity, the full numbering has been dispensed with and the main emphasis was only on the changes compared to FIG. 2.
Das zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich nur dadurch, daß eine Konstanstromquelle SQ mit dem Verstärker V2 verbindbar ist. Über den Schalter S5 kann die Konstantstromquelle SQ zugeschaltet werden.The only difference between the second exemplary embodiment according to FIG. 3 is that a constant current source SQ can be connected to the amplifier V2. The constant current source SQ can be switched on via the switch S5.
In einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 entfällt die Konstantstromquelle SQ. Dafür umfaßt der Frequenzgenerator F zusätzlich einen Geleichspannunggenerator.In a third exemplary embodiment according to FIG. 4, the constant current source SQ is omitted. For this purpose, the frequency generator F additionally comprises a DC voltage generator.
In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist der temperaturabhängige Widerstand RT durch ein Thermoelement Th ersetzt.In a fourth exemplary embodiment according to FIG. 5, the temperature-dependent resistor R T is replaced by a thermocouple Th.
Der Ultraschallwandler 3 besteht bei allen vier Ausführungsbeispielen nur aus dem Piezoelement P3.In all four exemplary embodiments, the ultrasonic transducer 3 consists only of the piezo element P3.
Aus Redundanzgründen kann der Ultraschallwandler 3 identisch zum Ultraschallwandler 2 ausgebildet sein. In diesem Fall stünden zwei unabhängige Temperatursignale für die Auswertung zur Verfügung. For reasons of redundancy, the ultrasound transducer 3 can be configured identically to the ultrasound transducer 2 . In this case, two independent temperature signals would be available for the evaluation.
Durch Mittelwertbildung könnte dadurch ein genauerer Temperaturmeßwert gewonnen werden.By averaging, a more accurate temperature measurement could be made be won.
Außerdem hätte der Ausfall eines der beiden Temperatursensoren auf die Temperaturmessung keinen wesentlichen Einfluß.In addition, the failure of one of the two temperature sensors would have affected the Temperature measurement has no significant influence.
Nachfolgend ist die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.The mode of operation of the invention is explained in more detail below.
Mit Hilfe des Frequenzgenerators F und der Sendestufe S werden Bursts von elektrischen Spannungsimpulsen erzeugt. Die Frequenz der Impulse liegt zwischen 50 kHz und 10 MHz. Ein Burst dauert etwa 1 µs bis 200 µs, so daß ein Burst aus etwa 10 Wellenzügen besteht. Diese Bursts werden z. B. an den Ultraschallwandler 2 weitergeleitet, der dann als Sendewandler dient.With the help of the frequency generator F and the transmission stage S, bursts of electrical voltage pulses are generated. The frequency of the pulses is between 50 kHz and 10 MHz. A burst lasts about 1 µs to 200 µs, so that a burst consists of about 10 wave trains. These bursts are e.g. B. forwarded to the ultrasonic transducer 2 , which then serves as a transmitter transducer.
Arbeitet der Ultraschallwandler 3 als Empfängerwandler so besteht keine Verbindung mit der Sendeeinheit S. Die vom Piezoelement P3 empfangenen Ultraschallsignale werden in elektrische Impulse umgewandelt und über einen Verstärker V1 in der Empfängerstufe E und dem A/D-Wandler A/D2 dem Mikrocontroller M zu Auswertung zugeführt.If the ultrasound transducer 3 works as a receiver transducer, there is no connection to the transmitter unit S. The ultrasound signals received by the piezo element P3 are converted into electrical impulses and to the microcontroller M for evaluation via an amplifier V1 in the receiver stage E and the A / D converter A / D2 fed.
Im Sendebetrieb, d. h. wenn Burst (Ultraschallspannungssignale) erzeugt werden, ist der Schalter S1 geschlossen und der Schalter S3 geöffnet. Es erfolgt keine Temperaturmessung mit dem Ultraschallwandler 2. Aufgrund der Impedanz der Spule L (470 µH, ~3000 Ω), die viel größer als die des Piezoelements P2 (10-80 Ω) ist, fließt über den Temperatursensor T1 kein das Ultraschall-Signal störender Strom.In transmission mode, ie when burst (ultrasonic voltage signals) are generated, switch S1 is closed and switch S3 is open. There is no temperature measurement with the ultrasonic transducer 2 . Due to the impedance of the coil L (470 µH, ~ 3000 Ω), which is much larger than that of the piezo element P2 (10-80 Ω), no current disturbing the ultrasound signal flows through the temperature sensor T1.
Zur Temperaturmessung wird der Sendebetrieb unterbrochen (Ultraschall- Meßpausen) und der Schalter S1 geöffnet und der Schalter S3 geschlossen. The transmitter operation is interrupted for temperature measurement (ultrasonic Pauses) and switch S1 opened and switch S3 closed.
Aus der bekannten Temperaturabhängigkeit des Widerstandes RT und dem bekannten Widerstandswert des Widerstands RL sowie dem Referenzwiderstand Rref und dem Widerstand RA kann die Temperatur T der Flüssigkeit F bestimmt werden. Das Piezoelement P2 beeinflußt die Messung nicht, da es nur als Kondensator wirkt und keinen Einfluß auf den Gleichstrom hat.The temperature T of the liquid F can be determined from the known temperature dependence of the resistor R T and the known resistance value of the resistor R L as well as the reference resistor R ref and the resistor R A. The piezo element P2 does not influence the measurement, since it only acts as a capacitor and has no influence on the direct current.
Dadurch kann die Temperatur T der Flüssigkeit F sehr genau und einfach bestimmt werden und die Temperaturabhängigkeit des Durchflusses ausgeglichen werden. Die hierfür notwendigen Berechnungen werden im Mikrocontroller M durchgeführt.This allows the temperature T of the liquid F to be very precise and simple be determined and the temperature dependence of the flow be balanced. The calculations necessary for this are carried out in Microcontroller M performed.
Der Meßwert für den Massedurchfluß hängt somit nicht mehr von der Temperatur der Flüssigkeit F ab.The measured value for mass flow no longer depends on the Temperature of the liquid F.
Im Prinzip wird die Temperatur der Rohrleitung 1 bestimmt, die aber im wesentlichen der Temperatur der Flüssigkeit F entspricht.In principle, the temperature of the pipeline 1 is determined, but this essentially corresponds to the temperature of the liquid F.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier wird mit der Konstanstromquelle SQ ein konstanter Strom erzeugt und über den Spannungsabfall am Ultraschallwandler 2 die Temperatur des Temperatursensors T1 bestimmt.In Fig. 3, another embodiment is shown. Here, a constant current is generated with the constant current source SQ and the temperature of the temperature sensor T1 is determined via the voltage drop across the ultrasonic transducer 2 .
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.In FIG. 4, a further embodiment is shown.
Zur Temperaturmessung wird die Frequenz f der Sendestufe S verändert. Im Sendebetrieb liegt sie bei etwa 50 kHz-5 MHz. Zur Temperaturmessung erfolgt ein Umschalten auf eine Frequenz f1 = 100 Hz. Bei dieser Frequenz ist die Impedanz der Spule L relativ klein. Das Piezoelement P2 besitzt eine sehr hohe Impedanz, so daß der gesamte Strom I über den Temperatursensor T1 fließt. The frequency f of the transmission stage S is changed for temperature measurement. in the It operates at about 50 kHz-5 MHz. For temperature measurement there is a switchover to a frequency f1 = 100 Hz. At this frequency is the impedance of the coil L is relatively small. The piezo element P2 has a very high impedance, so that the entire current I through the temperature sensor T1 flows.
Aus der Sendespannung kann bei bekanntem RT, L, RL die Temperatur T des Temperatursensors T1 bestimmt werden.If R T , L, R L is known, the temperature T of the temperature sensor T1 can be determined from the transmission voltage.
In Fig. 5 ist der temperaturabhängige Widerstand Rt durch das Thermoelement Th ersetzt. Die Thermospannung des Thermoelements Th wird verstärkt und im Mikrocontroller M ausgewertet.In FIG. 5, the temperature-dependent resistor Rt is replaced by the thermocouple Th. The thermal voltage of the thermocouple Th is amplified and evaluated in the microcontroller M.
Mit dem erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmeßgerät kann in einfacher Weise die Temperatur der Flüssigkeit F bestimmt werden und damit ihren Einfluß bei der Bestimmung des Durchflusses berücksichtigt werden.With the ultrasonic flow meter according to the invention can be in simple Way the temperature of the liquid F can be determined and thus their Influence when determining the flow rate.
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