DE10137193A1

DE10137193A1 - Verfahren und Einrichtung zum Messen akustischer Größen in flüssigen Medien

Info

Publication number: DE10137193A1
Application number: DE2001137193
Authority: DE
Inventors: Johann Spannenkrebs
Original assignee: SENSOTECH GmbH
Current assignee: SENSOTECH GmbH
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: DE10137193B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen akustischer Größen, insbesondere der Geschwindigkeit des Ultraschalls, der Schallamplitude sowie der Schallimpedanz, in flüssigen Medien und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, mittels welchen eine erhöhte Messgenauigkeit bei einer gegenüber dem Stand der Technik besseren Handhabbarkeit der Einrichtung erreicht wird. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine zugehörige Messeinrichtung gelöst, bei denen der Schall durch die Flüssigkeit und durch die Festkörper der Messeinrichtung, denen eine Sende- und Empfangseinrichtung angefügt ist, bewegt und durch die zwischen dem Sender und dem Empfänger befindliche Flüssigkeit und die Festkörper in gleicher Richtung sowie unterschiedlicher Weglänge geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen akustischer Größen, insbesondere der Geschwindigkeit des Ultraschalls, der Schallamplitude sowie der -impedanz, in flüssigen Medien und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, zum Messen akustischer Größen, wie der Geschwindigkeit des Schalls, insbesondere von Ultraschall in flüssigen Medien, Sonden zu verwenden, die in das Medium eingetaucht sind. Die Sonden verfügen über einen Festkörper, in dem ein Ultraschallsender und ein Ultraschallempfänger eingeordnet sind. Durch die physikalischen Gegebenheiten, dass sich der Schall in Flüssigkeiten mit einer Geschwindigkeit von 700 bis 2.500 m/sec bewegt, aber in Festkörpern eine weit schnellere Geschwindigkeit von 4.000 bis 6.000 m/sec hat, ist es zur Messung der Schallgeschwindigkeit in flüssigen Medien notwendig, solche apparativen Voraussetzungen zu treffen, dass der Schall auf dem Weg zwischen Sender und Empfänger durch die Flüssigkeit eher beim Empfänger ankommt als durch den Festkörper. Deshalb wird mit der Einrichtung die Möglichkeit geschaffen, dass der Schall in deren Festkörper einen längeren Weg zwischen Sender und Empfänger zurücklegen muss, um die Qualität der Messung des Schalls in der Flüssigkeit nicht zu beeinträchtigen.
Bekannte Sondenausführungen weisen einen gabelförmig ausgeführten Festkörper auf, in dessen vorderen Bereich seiner Zinken der Sender und der Empfänger, sich gegenüberliegend, eingeordnet sind. Damit kann erreicht werden, dass die Schallwellen über die Zinken der Gabel verlaufend, einen entsprechend langen Weg zum Empfänger haben. In einer anderen Ausbildung des bekannten Standes der Technik sind die mit Sender und Empfänger ausgerüsteten Festkörper in einem massiven Ring eingeführt, der eine gleichartige Wirkung gewährleistet wie die gabelförmige Ausbildung des Festkörpers und der Weg, den der Schall in ihm zurücklegen muss, entsprechend verlängert, um es dem Schall zu ermöglichen, die zwischen Sender und Empfänger befindliche Flüssigkeit zu durchdringen und den Empfänger zu erreichen und gemessen zu werden, ehe der durch den Festkörper geleitete Schall beim Empfänger anlangt. Die bekannten Anordnungen der Festkörper in den Sonden sind, insbesondere durch ihre erhebliche Dimensionierung, sehr aufwendig und nachteilig. Weiterhin beeinflussen die nicht unbeträchtlichen Streuverluste die Genauigkeit der Messungen signifikant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen akustischer Größen, insbesondere der Geschwindigkeit von Ultraschall, der Schallamplitude sowie auch der -impedanz, in flüssigen Medien, bei dem der Schall durch das Medium und durch die Festkörper der Messeinrichtung bewegt wird sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mittels der eine erhöhte Messgenauigkeit sowie eine bessere Handhabbarkeit und Einsatzmöglichkeit der Einrichtung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Messen akustischer Größen, wie der Schallgeschwindigkeit, von insbesondere Ultraschall, der Schallamplitude sowie auch der -impedanz, in flüssigen Medien, gelöst, bei dem der Schall durch die Flüssigkeit und durch die Festkörper der Messeinrichtung, denen eine Sende- und Empfangseinrichtung angefügt ist, bewegt und durch die zwischen dem Sender und dem Empfänger befindliche Flüssigkeit und die Festkörper in gleicher Richtung sowie unterschiedlicher Weglänge geführt wird.
Die Erfindung ist durch eine Einrichtung zum Messen akustischer Größen, wie der Schallgeschwindigkeit, der Schallamplitude sowie auch der -impedanz, gekennzeichnet, bei der die Festkörper sich in der Erstreckung ihrer Längsmittenachse hintereinander befinden und durch ein Element verbunden sind, über das der Schall, die Festkörper in der Richtung ihrer gemeinsamen Längsmittenachsen durchlaufend, zwischen dem Sender und dem Empfänger bewegt wird. Ausgeführt ist die Erfindung dadurch, dass das Element eine wendelförmige Ausbildung aufweist und zwischen dem Sender und Empfänger so eingefügt ist, dass seine Wendelerstreckung in Richtung der gemeinsamen Längsmittenachse der Festkörper gewunden verläuft. Eine Ausbildung erhält die erfindungsgemäße Lösung dadurch, dass der Außendurchmesser des Elementes die äußeren Abmessungen der Festkörper nicht überschreitet, wobei es im Sinne der Erfindung eine vorteilhafte Ausbildung ist, dass der innere Durchmesser des Wendels des Elementes durchgängig und geöffnet ausgebildet ist, um dem durch die Flüssigkeit direkt gelenkten Schall zwischen dem Sender und Empfänger eine geradlinig, ungehinderte Beweglichkeit zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Lösung weiterführend ist die gestreckte Länge des Wendels des Elementes so ausgebildet, dass sie das Drei- bis Sechsfache der Entfernung der Stirnflächen der Festkörper voneinander beträgt und damit gewährleistet ist, dass der vom Sender zum Empfänger gehende Schallimpuls die Flüssigkeit schneller durchläuft als das zwischen den Festkörpern eingeordnete Element.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es vorteilhaft, dass nicht nur eine Messung der Schallgeschwindigkeit, insbesondere der Geschwindigkeit von Ultraschall, in flüssigen Medien zuverlässig gemessen werden kann, sondern auch weitere akustische Größen, wie der Schallamplitude einschließlich der -impedanz, sicher zu bewerten sind und die dazu verwendeten Einrichtungen, insbesondere in ihrer Ausbildung dazu bestimmte Sonden mit geringerem Aufwand und einer bedeutenden Verkleinerung ihrer Festkörper hergestellt werden können. Die Ausbildung der Sonden gewährleistet gleichzeitig eine hohe Variabilität bei der Anpassung an die Besonderheiten unterschiedlicher, durch Messung zu bestimmender Medien. Die vorzugsweise verwendete Form eines Elementes zwischen den Festkörpern in einer wendelartigen Ausbildung, bei der die Wendel sich um die in beiden Festkörpern verlaufende gemeinsame Längsmittenachse winden, gewährleistet einen geraden Durchgang des Schalls zwischen dem Sender und Empfänger durch die Flüssigkeit und das Erhalten eines unverfälschten Messergebnisses. Die Möglichkeit, das Element variabel zu gestalten und durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Weges über die Wendellänge, den Weg des Schalls durch die Festkörper zu beeinflussen sowie die erhaltene Hintereinanderstellung der den Sender und Empfänger tragenden Festkörper, erhöht die Wirtschaftlichkeit der Sonden.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Die Anordnung der Festkörper mit einem zwischengeordneten Wendel,
Fig. 2 Den Wendel entsprechend dem Schnittverlauf I-I in Fig. 1,
Gemäß Fig. 1 sind zwei Festkörper 4; 5 sind auf einer gemeinsamen Längsmittenachse 6, sich gegenüberstehend, hintereinander angeordnet. Im Bereich ihrer sich gegenüberliegenden Stirnseiten sind ein Sender 1 im Festkörper 5 und ein Empfänger 2 im Festkörper 4 eingefügt. Zwischen beiden Stirnseiten der Festkörper 4; 5 ist ein Abstand a ausgebildet, der mit einem flüssigen Medium ausgefüllt und durch ein Element 3 überbrückt ist. Das Element 3 ist wendelförmig ausgebildet und verläuft, mit diesen verbunden, zwischen den Stirnflächen der Festkörper 4; 5. Die Anzahl der Wendel des Elementes 3 ist den jeweiligen Messbedingungen anpassbar, wobei der Außendurchmesser D des Elementes 3 die Grenzen der Konturen der Festkörper 4; 5, wie Fig. 2 zeigt, nicht verlassen soll. Der Innendurchmesser d der Wendel des Elementes 3 ist so gewählt und konzentrisch um die Längsmittenachse 6 geordnet, dass ein ungestörter Durchgang des Schalls durch die Flüssigkeit zwischen den Wendeln gewährleistet ist.
Der mitlesende Fachmann erhält durch die Erfindung die Information, dass die Wendelanzahl so gewählt werden kann, dass der durch den Sender 1 ausgegebene Schallimpuls die Flüssigkeit schneller durchdringen und beim Empfänger 2 ankommen wird als der einen längeren Weg zurücklegende Impuls durch die Wendel des Festkörpers 4; 5. Damit ist eine genaue Messung gewährleistet und eine wirtschaftliche Gestaltung und Handhabbarkeit der Sonden gewährleistet. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Sender
2 Empfänger
3; 3' Element
4; 5 Festkörper
6 Längsmittenachse
a Abstand
D Außendurchmesser
d Innendurchmesser

Claims

1. Verfahren zum Messen akustischer Größen, insbesondere der Geschwindigkeit des Ultraschalls, der Schallamplitude sowie der -impedanz, in flüssigen Medien, bei dem der Schall durch das flüssige Medium und durch die Festkörper der Messeinrichtung bewegt wird, in denen eine Sende- und Empfangsanordnung eingefügt ist, gekennzeichnet dadurch, dass der Schall durch das zwischen dem Sender und dem Empfänger befindliche flüssige Medium und die Festkörper in gleicher Richtung und unterschiedlicher Weglänge geführt wird.

2. Einrichtung zum Messen akustischer Größen, insbesondere der Geschwindigkeit des Ultraschalls sowie der Schallamplitude und -impedanz, in flüssigen Medien mit in Festkörpern eingeordneten Sender (1) und Empfänger (2), zwischen denen sich das flüssige Medium befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörper (4; 5) sich in der Erstreckung ihrer Längsmittenachse (6) hintereinander befinden und durch ein Element (3) verbunden sind, über das der Schall die Festkörper (4; 5) in der Richtung ihrer gemeinsamen Längsmittenachsen (6) zwischen dem Sender (1) und Empfänger (2) bewegt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (3) eine wendelförmige Ausbildung aufweist und zwischen den Festkörpern (4; 5) im Bereich des Senders (1) und des Empfängers (2) so eingefügt ist, dass seine Wendelerstreckung in Richtung der gemeinsamen Längsmittenachse (6) der Festkörper (4; 5) gewunden verläuft.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D) des Elementes (3) die äußeren Abmessungen der Festkörper (4; 5) nicht überschreitet.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Durchmesser (d) der Wendel des Elementes (3) durchgängig und geöffnet ausgebildet ist, um dem durch die Flüssigkeit direkt gelenkten Schall zwischen dem Sender (1) sowie dem Empfänger (2) eine geradlinig gerichtete, ungehinderte Beweglichkeit zu gewährleisten.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gestreckte Länge der Wendel des Elementes (3) das Drei- bis Sechsfache des Abstandes (a) der Entfernung der Festkörper (4; 5) voneinander beträgt und sichert, dass der vom Sender (1) zum Empfänger (2) gehende Schallimpuls die Flüssigkeit schneller durchläuft als das zwischen den Festkörpern (4; 5) eingeordnete Element (3).