DE10209255B4 - Ultraschalleinrichtung - Google Patents

Abstract

Ultraschalleinrichtung zur Überwachung flüssiger Medien in geringvolumigen Leitungen, mit einer Mikrovolumenmesskammer (2), welche in einer geringvolumigen Leitung eingeordnet ist und ein Ultraschall-Sensorsystem (1) aufweist, wobei die Anregungsdauer des Ultraschall-Sensorsystems zur Aussendung einzelner Impulse 0,1 bis 0,3 der Laufzeit der von der Kammerinnengeometrie reflektierten Ultraschallechos beträgt

Description

• Die Erfindung betrifft eine Ultraschalleinrichtung zur Überwachung flüssiger Medien in geringvolumigen Leitungen, innerhalb betrieblicher Prozesse.
• Zur Überwachung flüssiger Medien in geringvolumigen Leitungen werden bisher unterschiedliche Prinzipien mit wechselndem Erfolg angewendet. Ziel der Überwachung ist eine Kontrolle der Anwesenheit flüssiger Medien in den Leitungen.
• So erfolgen Überwachungen mittels Prüfung der Wärmeleitfähigkeit oder unter Nutzung der elektrischen Leitfähigkeit, jeweils mit erheblichem zusätzlichen Aufwand (vgl. DE 44 16 892 A1 , DE 197 47 273 A1 ).
• Bekannt sind auch optische Kontrollen, die allerdings eine optische Transparenz der geringlumigen Leitungen und saubere Oberflächen dieser Leitungen voraussetzt (vgl. DE 43 36 520 C2 , DE 198 33 766 A1 ).
• Weiterhin bekannt ist auch die Anwendung mechanischer Einrichtungen, wobei als Sensoren größenmäßig minimierte Stimmgabeln verwendet werden. Auch in das Medium eintauchende Sensoren werden beschrieben. Diese engen jedoch das geringe Volumen noch mehr ein.
• Ferner ist aus dem Stand der Technik eine Messkammer für den Laborbetrieb mit geringeren Volumina bekann, die zur Ermittlung physikalischer Zustände von definierten Flüssigkeiten im Durchschallungsverfahren bei hohen Frequenzen bis 145 MHz mit Stehwellenmustern arbeitet, die durch pulsmodulierte Frequenzen erzeugt werden. (vgl. US 3807 222 A und F. Eggers et al in J. Phys. E. Sci. Instrum. Vol. 14, H.1, 1981, S. 113–116)
• Eine Schwierigkeit für alle bekannten Methoden ist das geringe Volumen der Flüssigkeitsmenge in solchen Leitungen – die das Kontrollergebnis mit erheblichen Fehlern behalten oder ausschließen kann.
• Ein weiteres Problem solcher Zustandskontrollen besteht darin, dass derartige geringvolumige Leitungen überwiegend nicht isoliert oder einzeln verlegt werden, sondern Bestandteil größerer Systeme bzw. Anlagen sind – in denen kaum Platz für zusätzliche Mess- bzw. Kontrolleinrichtungen größeren Ausmaßes vorhanden ist.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Ultraschalleinrichtung zur Überwachung flüssiger Medien in geringvolumigen Leitungen mit geringen Abmessungen zu entwickeln, die zudem eine ausreichende Signalqualität gewährleistet.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.
• Danach besteht die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung aus einer, in eine geringvolumige Leitung (3) eingeordnete Mikrovolumenmesskammer (2) mit einem Ultraschall-Sensorsystem (1), wobei die Anregungsdauer des Ultraschall-Sensor-Systems zur Aussendung einzelner Impulse 0,1 bis 0,3 der Laufzeit der von der Kammerinnengeometrie reflektierten Ultraschallechos beträgt.
• Die Oberfläche des Ultraschall-Sensorsystem (1) ist inert gegenüber den Medien in den Leitungen und das System hat teilweise direkten Kontakt zu den Medien in den Leitungen.
• Eine solche erfindungsgemäße Einrichtung zur Überwachung flüssiger Medien in geringvolumigen Leitungen weist geringe äußere Abmessungen auf und ist dadurch universell zu positionieren. Die Anordnung der zugehörigen elektronischen Ansteuer- und Auswerteschaltung erfolgt üblicherweise extern.
• Vorteilhaft ist weiterhin der direkte Kontakt eines Teiles der Oberfläche eines Ultraschall-Sensorsystems mit den Flüssigkeiten in geringvolumigen Leitungen durch die direkte Einordnung einer Mikrovolumenmesskammer (2) in geringvolumigen Leitungen.
• Damit reichen auch geringe Flüssigkeits-Volumina in diesen Leitungen für eine Information zur Überwachung aus.
• Dadurch ist die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung geeignet für solche sensiblen Anwendungen, wie in der Biotechnologie, der Medizintechnik, für analytische Zwecke sowie bei Versorgungsleitungen u.a. für Brenn- und Treibstoffe.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert.
• Beispiel
• Eine geringvolumige Rohrleitung (3) dient in einer umfangreichen Vorrichtung als Versorgungsleitung für Kraftstoffe.
• Zur Überwachung der Anwesenheit von Kraftstoff ist in diese Leitung eine Mikrovolumenmesskammer (2) eingeordnet. Die Oberfläche des Ultraschall-Sensors (1) hat teilweise direkten Kontakt zum Medium Kraftstoff und seine Oberfläche ist inert gegen dieses Medium.
• Die Innengeometrie der Messkammer (2) bildet einen akustischen Reflektor für die Ultraschallechos. Bezogen auf den Durchmesser der Versorgungsleitung wurde zur Auswertung dieser Echos ein Zeitfenster eingestellt. Im Iaufenden Überwachungsbetrieb erwies sich die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung als zuverlässiger Anwesenheitsindikator für die Anwesenheit von Kraftstoff in der genannten Rohrleitung.

Claims (3)

1. Ultraschalleinrichtung zur Überwachung flüssiger Medien in geringvolumigen Leitungen, mit einer Mikrovolumenmesskammer (2), welche in einer geringvolumigen Leitung eingeordnet ist und ein Ultraschall-Sensorsystem (1) aufweist, wobei die Anregungsdauer des Ultraschall-Sensorsystems zur Aussendung einzelner Impulse 0,1 bis 0,3 der Laufzeit der von der Kammerinnengeometrie reflektierten Ultraschallechos beträgt
2. Ultraschalleinrichtung gem. Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Ultraschall-Sensorsystems (1) inert gegenüber den Medien in den Leitungen ist.
3. Ultraschalleinrichtung gem. Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Sensorsystem (1) teilweise direkten Kontakt zu den Medien in den Leitungen hat.