DE1066369B - - Google Patents

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DE1066369B
DE1066369B DENDAT1066369D DE1066369DA DE1066369B DE 1066369 B DE1066369 B DE 1066369B DE NDAT1066369 D DENDAT1066369 D DE NDAT1066369D DE 1066369D A DE1066369D A DE 1066369DA DE 1066369 B DE1066369 B DE 1066369B
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gap
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2965—Measuring attenuation of transmitted waves
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2961—Acoustic waves for discrete levels

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft die Messung des Flüssigkeitsspiegels in einem Behälter mit einer Ultraschallvorrichtung. Zahlreiche Probleme können bei der Messung des Flüssigkeitsspiegels nach den bis heute bekannten Verfahren nicht gelöst werden. Derartige Probleme tauchen verschiedentlich bei Atomreaktoren mit dicht verschlossenen Behältern auf, die hohe Temperaturen, hohen Druck, starke Blasenbildung, heftige Turbulenz oder starke Korrosion aufweisen.The invention relates to the measurement of the liquid level in a container with an ultrasonic device. Numerous problems can arise in measuring the liquid level after to date known methods cannot be solved. Such problems arise variously with nuclear reactors with tightly closed containers on, the high temperature, high pressure, strong blistering, violent Have turbulence or severe corrosion.

Ein Ziel der Erfindung ist ein Gerät zur Ultra-Schallmessung des Flüssigkeitsspiegels, das absolut geeicht werden kann, da die Eichung nicht von der Geschwindigkeit der Ultraschallschwingungen in der Flüssigkeit abhängt. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Probleme infolge einer Rückstrahlung an den Behälterwänden, infolge Reflexionen an Blasen und infolge ähnlicher Bedingungen auszuschalten; dies wird dadurch erreicht, daß die Erfindung nicht von der Impulsrefiexion an einer Störstelle abhängt.One object of the invention is a device for ultrasonic measurement of the liquid level, the absolute can be calibrated, since the calibration does not depend on the speed of the ultrasonic vibrations in the Fluid depends. It is another object of the invention to address problems due to retroreflection the tank walls, due to reflections from bubbles and due to similar conditions; this is achieved in that the invention does not depend on the momentum reflection at an impurity.

Ein Vorteil des Geräts der Erfindung ist darin zu sehen, daß hohe Frequenzen verwendbar sind und die Benutzung kleiner piezoelektrischer Wandler (transducer) möglich ist.An advantage of the device of the invention is to be seen in the fact that high frequencies can be used and the Use of small piezoelectric transducers is possible.

Bei einem Gerät zur Anzeige des Flüssigkeitsspiegels innerhalb eines geschlossenen Behälters ragen gemäß der Erfindung mehrere schalleitende Körper paarweise in den Behälter hinein, von denen der eine nach unten in den Behälter hineinläuft und der andere mit dem ersteren zusammenwirkende 'Körper durch den Behälterboden zum Behälter hindurchgeht; die Enden der paarweise angeordneten Körper innerhalb des Behälters haben jeweils voneinander einen gewissen Abstand, so daß der Durchgang der Ultraschallschwingungen von dem einen Körper zum anderen bei Abwesenheit einer den Raum überbrückenden Flüssigkeit verhindert wird; zwischen den betreffenden Paaren treten die Räume in verschiedenen Abständen über dem Behälterboden auf; Ultraschallimpulse werden von einer Vorrichtung erzeugt und von dort auf den einen der paarweise angeordneten Körper übertragen; ferner stehen Hilfsmittel mit dem anderen zusammenwirkenden Körper des betreffenden Paares zum Empfang der Impulse in Verbindung, und die empfangenen Impulse können von einer Vorrichtung angezeigt werden.In the case of a device for displaying the liquid level, protrude inside a closed container According to the invention, several sound-conducting bodies in pairs into the container, one of which runs down into the container and the other body interacting with the former passes through the container bottom passes to the container; the ends of the paired bodies within of the container each have a certain distance from each other, so that the passage of the ultrasonic vibrations is prevented from one body to the other in the absence of a liquid bridging the space; between the pairs in question, the spaces occur at different distances above the container floor; Ultrasonic pulses are generated by a device and from there to one of the paired Body transfer; furthermore there are aids with the other cooperating body of the concerned pair to receive the pulses in connection, and the received pulses can displayed by a device.

In der Zeichnung ist eine Apparatur teilweise im Vcrtikalschnitt mit Schaltbild dargestellt, die eine Ausführungsform gemäß der Erfindung wiedergibt.In the drawing, an apparatus is shown partially in Vcrtikalschnitt with circuit diagram, the one Embodiment reproduces according to the invention.

Nach der Zeichnung ist innerhalb eines Behälters 10 eine Flüssigkeitsmasse 11 vorhanden, deren Höhe zu bestimmen ist. Zu diesem Zweck ist eine Reihe Stäbe 12 a, 12 b, 12 c usw. vorgesehen, die durch eine Oberseite 15 des Behälters 10 hindurchragen und an dieser z. B. durch Schweißstellen befestigt sind. Die Ab-Anzeigegerät für den FlüssigkeitsspiegelAccording to the drawing, a liquid mass 11 is present within a container 10, the height of which is to be determined. For this purpose, a number of rods 12 a, 12 b, 12 c, etc. is provided, which protrude through a top 15 of the container 10 and z. B. are attached by welds. The Ab display device for the liquid level

Anmelder:
Sperry Products, Inc.,
Danbury, Conn. (V. St. A.)Applicant:
Sperry Products, Inc.,
Danbury, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13Representative: Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M. 1, Parkstrasse 13th

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 14. Juni 1957Claimed priority: V. St. v. America June 14, 1957

Howard Everett Van Valkenburg1
Candlewood, Isle, Conn.,
und Raymond Eugene Sansom, Bethel, Conn.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt wordenHoward Everett Van Valkenburg 1
Candlewood, Isle, Conn.,
and Raymond Eugene Sansom, Bethel, Conn.
(V. St. A.),
have been named as inventors

schnitte der Stäbe, die in den Behälter hineinragen, nehmen in ihrer Länge von einem Punkt nahe an der Oberseite des Behälters bis zu einem Punkt nahe am Behälterboden fortlaufend zu. Mit den Stäben 12a bis 12/ wirkt eine Reihe Stäbe 14a bis 14/ zusammen, die durch eine Bodenwand 16 des Behälters 10 hindurchragen und an dieser irgendwie, z. B. durch Schweißstellen, befestigt sind. Die Stäbe sind paarweise ausgerichtet und voneinander in Längsrichtung getrennt, so daß ein kleiner Spalt 20 entsteht, der eine Störstelle bildet. Je ein piezoelektrisches Element 30a, 30 6 bis 30/ befindet sich am äußeren Ende der oberen Stäbe und je ein ähnliches piezoelektrisches Element 31a, 31 & bis 31/ am äußeren Ende der unteren Stäbe.Sections of the rods that protrude into the container take their length from a point close to the The top of the container continues to close to a point near the bottom of the container. With the rods 12a A row of rods 14a to 14 / cooperate with one another and protrude through a bottom wall 16 of the container 10 and at this somehow, z. B. by welds, are attached. The bars are in pairs aligned and separated from each other in the longitudinal direction, so that a small gap 20 is formed, the one Defect forms. One piezoelectric element 30a, 30 6 to 30 / is located at the outer end of the upper Rods and a similar piezoelectric element 31a, 31 & to 31 / at the outer end of the lower rods.

Wenn die piezoelektrischen Elemente 30a bis 30/ zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen erregt werden, dann pflanzen sich diese Impulse in den Stäben 12 a bis 12/ nach unten fort. Wenn keine Flüssigkeit vorhanden ist, um den Spalt 20 zu schließen, werden die Impulse nicht auf die entsprechenden unteren Stäbe übertragen. In der Zeichnung ist dieser Fall beispielsweise bei den Stäben 12a, 12b und 12c zu sehen, weil ein Luftspalt von einer solchen Breite vorhanden ist, daß eine Übertragung der Impulse auf die entsprechenden unteren Stäbe 14 a, 14 b, 14c angeschlossen ist. Zwischen dem oberen Stab 12d und dem unteren Stab 14 d ist der Spalt 20 jedoch von der Flüssigkeit geschlossen, die ein guter Überträger fürIf the piezoelectric elements 30a to 30 / are excited to generate ultrasonic pulses, then these pulses propagate in the rods 12a to 12 / downwards. If there is no liquid to close the gap 20, the pulses will not be transmitted to the corresponding lower rods. In the drawing, this case can be seen, for example, with the rods 12 a, 12 b and 12 c, because there is an air gap of such a width that a transmission of the pulses to the corresponding lower rods 14 a, 14 b, 14 c is connected. However, between the upper rod 12 d and the lower rod 14 d , the gap 20 is closed by the liquid, which is a good carrier for

909 630/85909 630/85

Claims (6)

den Schall ist; daher wird der vom Kristall 30d erzeugte Impuls durch den Stab 12d, die Flüssigkeit im Spalt 20, den Stab 14c? zum Empfangskristall 31 d übertragen. Dasselbe findet auch bei den paarweise angeordneten Stäben 12c und 14c bzw. 12/ und 14/ statt. Um die zuvor beschriebene Anordnung zur Anzeige der Flüssigkeitshöhe nutzbar zu machen, kann ein Oszillograph 40 Verwendung finden, zwischen dessen horizontalen Ablenkplatten 41 eine Ablenkspannung von einem Kippgenerator 42 erzeugt wird, der von einem Synchronisiergerät 43 periodisch erregt wird. Das Synchronisiergerät kann auch einen Impulsgenerator 44 erregen, so daß diese Impulse mit der Ablenkspannung synchronisiert sind. Die vom Impulsgeber 44 erzeugten Impulse werden gleichzeitig der gesamten Reihe der sendenden Wandler 30 a bis 30/ zugeführt, die parallel verbunden sind. Die empfangenden Wandler 31a bis 31/ sind ebenfalls parallel geschaltet, und ihr Ausgangssignal wird einem Empfangsverstärker 45 zugeleitet; das verstärkte Signal wird an vertikalen Ablenkplatten 46 des Oszillographen angelegt, so daß die Ablenkungen seitlich ausschlagen, falls ein Signal von einem der Wandler 31a bis 31/ empfangen wird. Die Ablenkung des Oszillographen stellt ein bestimmtes Zeitintervall dar; damit getrennte Anzeigen längs der Bahn des Ablenkstrahls entsprechend den betreffenden Stabpaaren erhalten werden können, ist die Gesamtlänge der Stabpaare (einschließlich des Spaltes 20) fortlaufend vergrößert. Die Laufzeit des Impulses vom sendenden Wandler zum empfangenden Wandler ist also für jedes Stabpaar eine andere, die empfangenen Signale treten daher an unterschiedlichen Stellen längs der Ablenkbahn auf. Die zweckmäßigen, unterschiedlichen Längen der Stabpaare können dadurch zustande kommen, daß die Abschnitte der Stäbe 12a bis 12/, die aus dem Behälter herausragen, in ihrer Länge zunehmen. Für die sechs Stabpaare treten die von den Wandlern 31 a bis 31 / empfangenen Impulse in der Ablenkbahn auf dem Oszillographen an sechs getrennten Stellen auf, wie in der Figur zu sehen ist. Am Oszillographen 40 läßt sich erkennen, daß das Stabpaar an der Stelle 1 entsprechend der geringen Höhe der Flüssigkeit den Impuls infolge der Schalldämpfung im Spalt 20 nicht überträgt; es tritt an der Stelle 1 der Ablenkbahn eine Leerstelle auf, die zeitlich der Zeit entspricht, die der Impuls beim - Durchlaufen der Stäbe 12a und 14a und des Spaltes 20 einnehmen würde. In ähnlicher Weise erfolgt keine Anzeige auf dem Oszillographen an der Stelle 2 oder 3, die der Zeit entspricht, in der der Impuls die zunehmende Länge der Stäbe 12 b und 14 b bzw. 12 c und 14 c und den Spalt 20 durchläuft, weil der Flüssigkeitsspiegel nicht den Spalt 20 zwischen diesen Stäben und den entsprechenden Stäben 14 & und 14 c überdeckt. An der Stelle 4 jedoch wird der dem Kristall 30 d zugeführte Impuls vom Kristall 31c? empfangen, da hier die Flüssigkeit im Behälter den Spalt zwischen den Stäben 12d und 14c? verdeckt; da die Flüssigkeit ein guter Leiter für Ultraschallschwingungen ist, wird der Impuls empfangen. Dieser wird dann auf dem Oszillographen an der Stelle 4 angezeigt, an der der Ablenkstrahl seitlich ausschlägt. In ähnlicher Weise werden an den Stellen 5 und 6 die Ausschläge entsprechend dem Durchgang der Impulse durch die Stäbe 12c und 12/ zu den mit ihnen zusammenarbeitenden Stäben 14 c und 14/ aufgenommen. Daher ist der erste, längs der Bahn des Ab- lenkstrahls auf dem Oszillographen angezeigte Impuls ein Maß für die Höhe der Flüssigkeit im Behälter; die Ablenkung auf dem Oszillographen kann unmittelbar in linear mit der Höhe innerhalb des Behälters geeicht werden. Ein durchlaufender Stab 50 ohne jeglichen Spalt oder ohne andersartige Störstelle kann mit einem sendenden Kristall 50 a und einem empfangenden Kristall 50 b versehen sein, so daß der Impuls unabhängig von dem Flüssigkeitsspiegel stets durch den Behälter hindurch übertragen wird; hierdurch wird die Betriebsfähigkeit der Anlage angezeigt und ein Eichpunkt zur Einstellung des Ausgangspunktes des Ablenkstrahls geschaffen. Die Anzahl und Lage der Stabpaare innerhalb eines Behälters kann für eine feinere oder gröbere Anzeige abgeändert werden. Patentansprüche:the sound is; therefore, the pulse generated by crystal 30d is passed through rod 12d, the liquid in gap 20, rod 14c? transferred to the receiving crystal 31 d. The same also applies to rods 12c and 14c or 12 / and 14 / arranged in pairs. In order to make the above-described arrangement useful for displaying the liquid level, an oscilloscope 40 can be used, between the horizontal deflection plates 41 of which a deflection voltage is generated by a tilt generator 42 which is periodically excited by a synchronizing device 43. The synchronizer can also energize a pulse generator 44 so that these pulses are synchronized with the deflection voltage. The pulses generated by the pulse generator 44 are simultaneously supplied to the entire series of transmitting transducers 30 a to 30 /, which are connected in parallel. The receiving transducers 31a to 31 / are also connected in parallel, and their output signal is fed to a receiving amplifier 45; the amplified signal is applied to vertical deflection plates 46 of the oscilloscope so that the deflections will deflect laterally if a signal is received from one of the transducers 31a to 31 /. The deflection of the oscilloscope represents a certain time interval; in order that separate indications can be obtained along the path of the deflecting beam corresponding to the pairs of rods concerned, the overall length of the pairs of rods (including the gap 20) is continuously increased. The transit time of the pulse from the sending transducer to the receiving transducer is therefore different for each pair of rods; the received signals therefore occur at different points along the deflection path. The useful, different lengths of the rod pairs can come about in that the sections of the rods 12a to 12 /, which protrude from the container, increase in length. For the six pairs of rods, the pulses received by the transducers 31a to 31 / occur in the deflection path on the oscilloscope at six separate locations, as can be seen in the figure. On the oscilloscope 40 it can be seen that the pair of rods at point 1, corresponding to the low height of the liquid, does not transmit the impulse due to the sound attenuation in the gap 20; At point 1 of the deflection path, a blank occurs which corresponds in time to the time that the impulse would take when passing through the rods 12a and 14a and the gap 20. Similarly, there is no display on the oscilloscope at point 2 or 3, which corresponds to the time in which the pulse traverses the increasing length of the rods 12 b and 14 b or 12 c and 14 c and the gap 20 because of the Liquid level does not cover the gap 20 between these rods and the corresponding rods 14 & and 14c. At the point 4, however, the pulse applied to the crystal 30d is taken from the crystal 31c? received, since here the liquid in the container closes the gap between the rods 12d and 14c? covered; since the liquid is a good conductor for ultrasonic vibrations, the pulse is received. This is then displayed on the oscilloscope at point 4 where the deflection beam deflects to the side. In a similar way, the deflections are recorded at points 5 and 6 corresponding to the passage of the impulses through the rods 12c and 12 / to the rods 14c and 14 / that work together with them. Therefore, the first pulse displayed on the oscilloscope along the path of the deflecting beam is a measure of the height of the liquid in the container; the deflection on the oscilloscope can be directly calibrated in linear with the height inside the container. A continuous rod 50 without any gap or without any other type of interference can be provided with a transmitting crystal 50 a and a receiving crystal 50 b, so that the pulse is always transmitted through the container regardless of the liquid level; this indicates the operability of the system and creates a calibration point for setting the starting point of the deflecting beam. The number and position of the pairs of bars within a container can be changed for a finer or coarser display. Patent claims: 1. Gerät zur Anzeige des Flüssigkeitsspiegels innerhalb eines geschlossenen Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere den Schall leitende Körper paarweise in den Behälter hineinragen, von denen der eine das Paar bildende Körper (12) nach unten und der andere mit diesem zusammenwirkende Körper (14) durch den Boden in den Behälter hineinragen, daß die Enden der beiden Körper innerhalb des Behälters voneinander getrennt sind, so daß eine Übertragung von Ultraschallschwingungen von dem einen auf den anderen Körper bei Abwesenheit einer den Raum überbrückenden Flüssigkeit vermieden wird, daß die Räume (20) zwischen den betreffenden Paaren oberhalb des Behälterbodens von diesem einen unterschiedlichen Abstand aufweisen, daß ein Gerät (44) Ultraschallimpulse erzeugt, daß Vorrichtungen (30) die Impulse auf je einen Körper (12) übertragen und weitere Vorrichtungen (31) mit dem anderen jeweils zusammenwirkenden Körper (14) des Paares zum Empfang der Impulse in Verbindung stehen und daß ein Gerät (40) die empfangenen Impulse anzeigt.1. Device for displaying the liquid level inside a closed container, thereby characterized in that several sound-conducting bodies protrude in pairs into the container, of which one of the body (12) forming the pair is facing downwards and the other is cooperating with it Body (14) protrude through the bottom into the container that the ends of the two Bodies within the container are separated from each other, so that a transmission of ultrasonic vibrations from one body to the other in the absence of a liquid bridging the space is avoided that the spaces (20) between the respective pairs above the container bottom of this one have different spacing that a device (44) generates ultrasonic pulses that devices (30) each transmit the impulses to a body (12) and other devices (31) with it the other cooperating body (14) of the pair to receive the impulses in Are connected and that a device (40) displays the received pulses. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper, die nach unten in den Behälter hineinragen, die Impulse aus den Übertragungsvorrichtungen empfangen und daß die Empfangsvorrichtungen mit den Körpern in Verbindung stehen, die durch den Behälterboden hindurch zum Empfang der Impulse hindurchlaufen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the body down into the Containers protrude that receive the pulses from the transmission devices and that the Receiving devices are in communication with the bodies passing through the container bottom walk through to receive the impulses. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsvorrichtung je einen piezoelektrischen Wandler (30) enthält, der vom Impulserzeuger (44) erregt wird und mit je einem Körper (12) in Verbindung steht und daß die Empfangsvorrichtung je einen piezoelektrischen Wandler (31) enthält, der mit dem Anzeigegerät (40) verbunden ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission device each contains a piezoelectric transducer (30) which is excited by the pulse generator (44) and with each a body (12) is in connection and that the receiving device is a piezoelectric Contains transducer (31) which is connected to the display device (40). 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche übertragenden Wandler und daß sämtliche empfangenden Wandler parallel geschaltet sind.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that all of the transmitting transducers and that all receiving transducers are connected in parallel. 5. Gerät nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät ein Oszillograph (40) mit einem Kippgenerator (42), mit einem Mittel (43) zur Synchronisierung des Kippgenerators, mit dem Impulserzeuger und mit Vorrichtungen (46) zur Ablenkung der Kipp-5. Apparatus according to claims 1 to 4, characterized in that the display device is an oscilloscope (40) with a tilt generator (42), with a means (43) for synchronizing the Tilt generator, with the pulse generator and with devices (46) for deflecting the tilting schwingungen durch Impulse ist, die von den empfangenden Wandlern aufgenommen werden.is vibrations due to pulses picked up by the receiving transducers. 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der aus den leitenden Körpern bestehenden Paare und ihrer Zwi-6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the total length of the conductive Existing couples and their intermediate schenräume sich fortschreitend ändert, so daß unterschiedliche Ubertragungszeiten für den Durchgang der erzeugten Impulse entstehen, die an verschiedenen Stellen der Kippschwingung auf dem Oszillographen entsprechen.between spaces changes progressively, so that different transmission times for the Passage of the generated impulses arise at different points of the tilting oscillation correspond to the oscilloscope. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ®. 909 630/85 9.®. 909 630/85 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1205305B (en) * 1963-07-17 1965-11-18 Philips Patentverwaltung Device for the continuous measurement of the fill level of a container containing a liquid by means of sound waves
DE2911366A1 (en) * 1979-03-23 1980-10-02 Licentia Gmbh Ion exchanger regenerating salt level check - by light or sound waves reflection or absorption

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