DE1207670B

DE1207670B - Device for determining the resonance frequency of a gas-filled cavity, based on the measurement of the attenuation of standing sound waves

Info

Publication number: DE1207670B
Application number: DEC31987A
Authority: DE
Inventors: Claude Frierese; Jean Meuwese; Lucien Romani
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1963-01-28
Filing date: 1964-01-28
Publication date: 1965-12-23

Description

Vorrichtung zur Ermittlung der Resonanzfrequenz eines gasgefüllten Hohlraumes, beruhend auf dem Messen der Dämpfung stehender Schallwellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit der die akustische Resonanzfrequenz eines gasgefüllten Hohlraumes ermittelt werden kann; sie arbeitet dabei mit der Erzeugung stehender Schallwellen. Aus der Anzeige der Resonanzfrequenz läßt sich beispielsweise die Konzentration an Verunreinigungen eines Gases berechnen.Device for determining the resonance frequency of a gas-filled Cavity based on measuring the attenuation of standing sound waves The invention refers to a device with which the acoustic resonance frequency of a gas-filled cavity can be determined; it works with the generation standing sound waves. From the display of the resonance frequency, for example calculate the concentration of impurities in a gas.

Die Resonanzfrequenz eines Hohlraumes ist unter anderem von der Geschwindigkeit abhängig, mit der sich der Schall in dem den Hohlraum füllenden Gas ausbreitet. Sind daher die sonstigen Parameter bekannt, so kann aus dem Meßwert für die Resonanzfrequenz die Schallgeschwindigkeit in dem Gas berechnet werden. Letztere wiederum wird auch von der Art des Gases bestimmt; demzufolge bietet die Verfolgung der Schallgeschwindigkeit die Möglichkeit, das Ausmaß zu ermitteln, in dem ein bestimmtes Gas durch ein anderes verunreinigt ist, und diese Konzentrationsbestimmungfür irgendwelche Verunreinigungen in dem den Resonanzhohlraum erfüllenden Gas stellt gleichzeitig das hauptsächliche Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Vorrichtung dar. Eine weitere Einsatzmöglichkeit ergibt sich für die erfindungsgemäße Vorrichtung aus dem Zusammenhang der Schallgeschwindigkeit mit der Machzahl. Auch hier läßt sich ausgehend von der gemessenen Resonanzfrequenz durch reine Rechnung das gewünschte Ergebnis ermitteln. The resonance frequency of a cavity depends, among other things, on the speed with which the sound propagates in the gas filling the cavity. If the other parameters are therefore known, the measured value for the resonance frequency the speed of sound in the gas can be calculated. The latter in turn will also determined by the type of gas; consequently, provides tracking of the speed of sound the ability to determine the extent to which one gas is replaced by another is contaminated, and this concentration determination for any contaminants in the gas filling the resonance cavity is at the same time the main one Field of application for the device according to the invention. Another possible use results for the device according to the invention from the relationship between the speed of sound with the mach number. Here too, starting from the measured resonance frequency determine the desired result through pure calculation.

Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem beliebigen Medium ist eine ganze Reihe von Verfahren bekannt, die sich in zwei große Gruppen einordnen lassen. Im einen Fall wird mit fortschreitenden Wellen gearbeitet und deren Fortpflanzungsgeschwindigkeit durch Zeitmessung über eine hinreichend lange Bezugsstrecke ermittelt. Im neuen Fall werden in dem anzumessenden Medium stehende Schallwellen erzeugt und deren Frequenz ermittelt, wobei die entsprechende Wellenlänge entweder gemessen wird oder durch die Anmessungen der Meßvorrichtung vorgegeben ist. For determining the speed of sound in any Medium is known quite a number of procedures that fall into two large groups let classify. In one case, advancing waves are used and their speed of propagation by measuring time over a sufficiently long period Reference distance determined. In the new case, there are standing in the medium to be measured Sound waves are generated and their frequency is determined, with the corresponding wavelength is either measured or specified by the measurements of the measuring device is.

Die Verfahren der ersten Gruppe werden in der Praxis vorzugsweise für die Bestimmung absoluter Werte für die Schallgeschwindigkeit herangezogen, während man mit den Verfahren der zweiten Gruppe vorzugsweise Realtivwerte ermittelt. Der Grund für diese Aufteilung der Einsatzgebiete liegt darin, daß die Resonanzfrequenzen von einer Vielzahl von Faktoren beeinflußt werden, wobei die Viskosität und die Leitfähigkeit von Seiten des Meßmediums die größte Rolle spielen. Dazu kommen dann noch Störungen über die Meßanordnung, die Schalleitung in den festen Wänden, die Kopplung mit der Energiequelle und andere parasitäre Erscheinungen. The methods of the first group are preferred in practice used to determine absolute values for the speed of sound, while the method of the second group is preferably used to determine real values. Of the The reason for this division of the areas of application is that the resonance frequencies can be influenced by a variety of factors, the viscosity and the Conductivity on the part of the measuring medium play the greatest role. Then come to that nor disturbances over the measuring arrangement, the sound conduction in the solid walls, the Coupling with the energy source and other parasitic phenomena.

Alle diese Umstände erschweren die Ermittlung von Absolutwerten für die Schallgeschwindigkeit mittels stehender Wellen. Dementsprechend begnügen sich die bisher bekannten Einrichtungen mit der Bestimmung von Relativwerten. Voraussetzung für diese Methode ist die vorherige Eichung der Vorrichtung, indem man eine Messung mit einem Gas vornimmt, für das der Wert von x, dem Verhältnis der spezifischen Wärmen der absoluten Temperatur, bereits bekannt ist. Als Ergebnis der Messung mit dem zu untersuchenden Gas kommt man dann zu dem Verhältnis xfxO bzw. c/cO, bei dem der mit Null indizierte Wert die Größe für das Bezugsgas darstellt. Der gewünschte Wert für die Schallgeschwindigkeit c des untersuchten Gases muß dann in einem nochmaligen Rechnungsgang getrennt ermittelt werden. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei dieser doppelten Meßmethode, wenn das zu untersuchende Gas nicht in reinem Zustand vorliegt, da die Verunreinigungen in die Messung eingehen und kein einwandfreier Vergleich mit dem Bezugsnormal möglich ist. Außerdem geht die Vergleichsmessung naturgemäß in die Genauigkeit der Gesamtmessung ein und beeinträchtigt diese um so mehr, je weiter die Werte für das Bezugsgas von denen für das zu untersuchende Gas abweichen. All of these circumstances make it difficult to determine absolute values for the speed of sound by means of standing waves. Accordingly, content yourself the previously known devices with the determination of relative values. pre-condition for this method is the prior calibration of the device by taking a measurement undertakes with a gas for which the value of x, the ratio of the specific Warming the absolute temperature, is already known. As a result of the measurement with For the gas to be examined, one then arrives at the ratio xfxO or c / cO, where the value indexed with zero represents the value for the reference gas. The one you want The value for the speed of sound c of the examined gas must then be repeated in a Invoice process can be determined separately. Particular difficulties arise with this double measuring method, if the gas to be examined is not in a pure state is present, since the impurities are included in the measurement and not a flawless one Comparison with that Reference normal is possible. In addition, the comparison measurement works naturally affects the accuracy of the overall measurement and adversely affects it the more, the further the values for the reference gas are from those for the one to be examined Gas differ.

Angesichts der Nachteile der bekannten Einrichtungen besteht der Wunsch nach einer Vorrichtung, die eine unmittelbare Bestimmung der Schallgeschwindigkeit bzw. der aus dieser ableitbaren Größen durch eine einzige Messung gestattet, wobei das Meßergebnis lediglich noch in eine Formel eingesetzt zu werden braucht, in die außerdem nur die bekannten Eigenschaften des Gases, eines charakteristischen Zustandswerte (Druck und Temperatur) und gewisse konstruktive Daten der Vorrichtung eingehen sollten. In view of the disadvantages of the known devices Desire for a device that allows an immediate determination of the speed of sound or the quantities that can be derived from this are permitted by a single measurement, with the measurement result only needs to be inserted into a formula in which besides, only the known properties of the gas, a characteristic state value (Pressure and temperature) and certain structural data of the device should be included.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Basis des Resonanzhohlraumes durch eine Membran dicht abgeschlossen ist, die gleichzeitig eine Wand eines benachbarten Erregerhohlraumes bildet, der Mittel zur Erzeugung und Mittel zur Erfassung von akustischen Schwingungen enthält. This goal is achieved according to the invention in that a base of the resonance cavity is sealed off by a membrane, which at the same time forms a wall of an adjacent exciter cavity, the means for generating and includes means for detecting acoustic vibrations.

Zur Messung werden beide Hohlräume mit dem zu untersuchenden Gas gefüllt. Anschließend werden die Mittel zur Schwingungserregung im Erregerhohlraum in Tätigkeit gesetzt, wobei die Erregungsfrequenz kontinuierlich verändert wird. Über die Mittel zur Erfassung der Scllwingungen wird diejenige Frequenz bestimmt, bei der die erzeugte stehende Welle die höchste Dämpfung erfährt. Bei dieser Frequenz befindet sich am Ort der die beiden Hohlräume voneinander trennenden Membran ein Schwingungsknoten der stehenden Welle, bzw. es herrscht dort die Geschwindigkeit Null. Aus der so gewonnenen Frequenz, die der Kürze halber im folgenden mit Antiresonanzfrequenz« bezeichnet sei, läßt sich die Schallgeschwindigkeit in dem zu untersuchenden Gas an Hand der nachstehenden Überlegungen ermitteln: Durch die Mittel zur Schwingungserzeugung wird zunächst das Gas in dem Erregerhohlraum in Bewegung versetzt, es erreicht jedoch infolge der zu geringen Länge dieses Hohlraumes keinen Resonanzzustand. For the measurement, both cavities are filled with the gas to be examined filled. Subsequently, the means for the excitation of vibrations in the exciter cavity put into action, whereby the excitation frequency is continuously changed. The frequency is determined by the means for recording the vibrations, in which the generated standing wave experiences the greatest attenuation. At this frequency is located at the location of the membrane separating the two cavities from one another Node of vibration of the standing wave, or the speed prevails there Zero. From the frequency obtained in this way, which for the sake of brevity in the following with the anti-resonance frequency « is designated, the speed of sound in the gas to be examined determine on the basis of the following considerations: By the means for generating vibrations the gas is first set in motion in the exciter cavity, but it reaches no resonance state due to the insufficient length of this cavity.

Zur Resonanz kommt es dagegen in dem über die Membran angeschlossenen Resonanzhohlraum. Bei dieser Frequenz liegt am Ort der Membran ein Geschwindigkeitsbaudj, die Membran schwingt mit der größtmöglichen Amplitude, und die Übertragung der Schallschwingung vom Resonanzhohlraum auf den Erregerhohlraum ist praktisch vollständig, so daß an den Mitteln zur Schwingungserfassung im Erregerhohlraum die maximale Anzeige zu beobachten ist.On the other hand, resonance occurs in the one connected via the membrane Resonance cavity. At this frequency there is a velocity Baudj at the location of the membrane, the membrane vibrates with the greatest possible amplitude, and the transmission of sound vibration from the resonance cavity to the excitation cavity is practically complete, so that at the means for vibration detection in the exciter cavity to the maximum display is watching.

Die Wellenlänge der stehenden Welle im Resonanzhohlraum errechnet sich nach der Formel 4L mit k @ 0 1 2 3 (1) r K = mit 1 in der k die Ordnungszahl der in der von der Erregungsquelle ausgesandten Schalischwingung vorherrschenden Harmonischen und L die wirksame Länge des Resonanzhohlraumes ist. Für die Grundwelle mit k = 0 entspricht die Schwingung einem Viertel der Wellenlänge.The wavelength of the standing wave in the resonance cavity is calculated according to the formula 4L with k @ 0 1 2 3 (1) r K = with 1 in which k is the ordinal number that prevailing in the shell vibration emitted by the excitation source Harmonics and L is the effective length of the resonance cavity. For the fundamental wave with k = 0 the oscillation corresponds to a quarter of the wavelength.

Umgeke'llrt liegt die Membran zwischen den Hohlräumen im Falle der obenerwähnten »Antiresonanz« im Bereich eines Geschwindigkeitsknotens, befindet sich praktisch vollständig in Ruhe und überträgt nur eine sehr geringe Energiemenge zwischen den Hohlräumen, was sich in einer minimalen Anzeige an den Mitteln zur Schwingungserfassung äußert. Für die Wellenlänge der stehenden Welle im Resonanzhohlraum gilt dann die Beziehung # = 2/k # L mit k = 1,2,3..., (2) wobei k und L die gleiche Bedeutung besitzen wie in der Formel (1) und k = 1 einer Halbwellenschwingung entspricht. The membrane lies between the cavities in the case of the Above-mentioned "anti-resonance" is located in the area of a speed node practically completely at rest and only transmits a very small amount of energy between the cavities, resulting in a minimal display on the means for Vibration detection expresses. For the Wavelength of the standing wave in the resonance cavity the relationship # = 2 / k # L with k = 1,2,3 ..., (2) where k and L are the same then applies Have the same meaning as in formula (1) and k = 1 corresponds to a half-wave oscillation.

Aus der Gleichung (2) ergibt sich für die Schallgeschwindigkeit c durch Ersatz der Wellenlänge i durch den Quotienten Cf aus der Schallgeschwindigkeit und der Frequenz c 2Lf (3) k Bei Kenntnis der aAntiresonanzfrequenza f läßt sich also die Schallgeschwindigkeit c des untersuchten Gases ohne weiteres berechnen. Equation (2) gives c for the speed of sound by replacing the wavelength i by the quotient Cf from the speed of sound and the frequency c 2Lf (3) k Knowing the anti-resonance frequency a f can be So calculate the speed of sound c of the examined gas without further ado.

Berücksichtigt man weiter, daß für die Schallgeschwindigkeit weiter die Beziehung = R T (4) M gilt, in der T die absolute Temperatur, M die mittlere molekulare Masse, ne das Verhältnis der spezifischen Wärme Cp bei konstantem Druck zu der bei konstantem Volumen Cv und R die allgemeine Gaskonstante ist, so kann man aus Änderungen der Schallgeschwindigkeit c Änderungen der Werte von M und x feststellen, wie sie bei Verunreinigungen des untersuchten Gases auftreten; die Änderung der beobachteten Schallgeschwindigkeit gestattet also unmittelbar einen Rückschluß auf die Konzentration der Verunreinigungen in dem untersuchten Gas. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt also insofern als »Gasanalysator« mit hoher Ansprechempfindlichkeit. If one also takes into account that further for the speed of sound the relation = R T (4) M applies, in which T is the absolute temperature, M the mean molecular mass, ne is the ratio of the specific heat Cp at constant pressure to which at constant volume Cv and R is the general gas constant, so can from changes in the speed of sound c changes in the values of M and x determine how they occur in the case of impurities in the gas being examined; the A change in the observed speed of sound therefore allows one immediately Conclusion on the concentration of the impurities in the gas examined. the The device according to the invention thus acts as a "gas analyzer" with high sensitivity.

Unter Ausnutzung der weiteren Beziehung q = 1/2 # x # M a2 # p, (5) die in einem kompressiblen Medium zwischen dem dynamischen Druck q, der Machzahl Ma, dem statischen Druck p und dem Verhältnis x der spezifischen Wärmen besteht, läßt sich die Bestimmung von ilIa auf die Ermittlung von x und damit von c zurückführen, da die Werte von p und q durch direkte Ablesung von Druckmeßvorrichtungen erhalten werden. Using the further relationship q = 1/2 # x # M a2 # p, (5) in a compressible medium between the dynamic pressure q and the Mach number Ma, the static pressure p and the ratio x of the specific heats, the determination of ilIa can be traced back to the determination of x and thus of c, since the values of p and q are obtained by direct reading from pressure measuring devices will.

Für die Zahlenwerte für R, M und T in Gleichung (4) ist eine Genauigkeit bis zu 10-4 ohne Schwierigkeiten zu erhalten, bei einer mit einer Genauigkeit von 10-3 durchführbaren Messung für c erhält man dann x mit einer Genauigkeit von 5 10-2, was der üblicherweise bei der Messung von p und q erzielbaren Genauigkeit entspricht. Bei dieser Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirkt sie also als »Machmesser«.For the numerical values for R, M and T in equation (4) is an accuracy up to 10-4 to be obtained without difficulty, at an accuracy of 10-3 feasible measurement for c one then obtains x with an accuracy of 5 10-2, which is the accuracy that can usually be achieved when measuring p and q is equivalent to. In this application of the device according to the invention, it therefore works as a "machinist".

Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht ; es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem axialen Längsschnitt, wobei einige Einbauteile nur in Ansicht dargestellt sind, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, die zum Füllen der Hohlräume der Vorrichtung dann benutzt wird, wenn das zu untersuchende Gas ein korrodierendes oder gefährliches Gas ist. Structure and mode of operation of the device according to the invention are shown in the drawing illustrated by an embodiment; it shows F i g. 1 a device according to the invention in an axial longitudinal section, with some built-in parts are only shown in view, F i g. 2 a schematic representation of a device, which is then used to fill the cavities of the device when the subject to be examined Gas is a corrosive or dangerous gas.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in der F i g. 1 dargestellt ist, weist einen langgestreckten zylindrischen Rohrkörper auf, der insgesamt mit 1 bezeichnet und an seinen Enden durch zwei Platten 2 und 3 abgeschlossen ist. The embodiment of the device according to the invention as shown in the F i g. 1 is shown, has an elongated cylindrical Tubular body on, which is designated as a whole with 1 and at its ends by two plates 2 and 3 is complete.

Der Rchrkörper 1 besteht aus zwei zylindrischen Rohrabschnitten 4 und 5 ungleicher Länge, die mit ihren Enden über einen muffenartigen Kupplungsring 6 koaxial verbunden sind. Wie man aus der Zeichnung ersieht, ist der zylindrische Abschnitt oder Zylinder 4 der kürzere, er hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Innendurchmesser des längeren zylindrischen Abschnittes oder Zylinders 5. The tube 1 consists of two cylindrical tube sections 4 and 5 of unequal length, the ends of which have a sleeve-like coupling ring 6 are coaxially connected. As you can see from the drawing, the one is cylindrical Section or cylinder 4 the shorter, it has an inside diameter that is slightly is larger than the inner diameter of the longer cylindrical portion or Cylinder 5.

Diese Anordnung gestattet ein leichteres Zusammenbauen der unterschiedlichen Teile, ist aber nicht zwingend.This arrangement allows the different ones to be assembled more easily Parts, but is not mandatory.

Die Zylinder 4 und 5 des Rohrbauteils und der Kupplungsring6 bestehen vorzugsweise aus Metall, sie können aber auch aus einem widerstandsfähigen, starren, gegebenenfalls polierten Material bestehen, das nicht von den Gasen angegriffen wird, welche man in die Vorrichtung einführt. Für die Untersuchung von Uranhexafluorid (UF6) sind beispielsweise Kupfer und gewisse Aluminiumlegierungen besonders gut geeignet. The cylinders 4 and 5 of the pipe component and the coupling ring6 exist preferably made of metal, but they can also be made of a resistant, rigid, possibly made of polished material that is not attacked by the gases which one introduces into the device. For the investigation of uranium hexafluoride (UF6), for example, copper and certain aluminum alloys are particularly good suitable.

Die Länge des längeren Zylinders 5 wird in Abhängigkeit von den zu erwartenden Frequenzen und Schallfortpflanzungsgeschwindigkeiten gewählt, so daß der von diesem Zylinder umschlossene Hohlraum eine Resonanz der Schwingung ergeben kann, wie weiter unten erläutert wird. The length of the longer cylinder 5 is a function of the to expected frequencies and sound propagation velocities chosen so that the cavity enclosed by this cylinder result in a resonance of the oscillation as explained below.

Der längere Zylinder 5 hat eine polierte Innenwandfläche ohne irgendeine Rauhigkeit. Dieser Zylinder 5 ist an einem seiner Enden durch die Endplatte 3 dicht abgeschlossen, die einen zentralen, dickeren Plattenteil 3 a aufweist, über den die Wand des Zylinders 5 eng anschließend herübergreift; die Abdichtung erfolgt durch einen Dichtungsring 7, der an der Stirnfläche des Zylinders zwischen diesem und der Platte angeordnet ist. The longer cylinder 5 has a polished inner wall surface without any Roughness. This cylinder 5 is sealed at one of its ends by the end plate 3 completed, which has a central, thicker plate part 3 a, over the the wall of the cylinder 5 engages closely thereafter; the seal takes place by a sealing ring 7, which is on the end face of the cylinder between this and the plate is arranged.

Das andere Ende des Zylinders 5 ist durch eine dünne, gegenüber Gasen dichte Membran 8 in Form einer Scheibe abgeschlossen, deren Randzone auf der Stirnfläche der Wand des Zylinders 5 aufliegt. Diese Membran ist vorzugsweise aus einem sehr dünnen Metallblech oder Blattmetall hergestellt. Sie muß genügend dünn sein, um unter der Wirkung der auf sie einwirkenden Schallimpulse schwingen zu können, und sie darf außerdem keine Diffusion des Gases durch die Membran hindurch gestatten. The other end of the cylinder 5 is through a thin, facing gases sealed membrane 8 completed in the form of a disc, the edge zone on the end face the wall of the cylinder 5 rests. This membrane is preferably made of a very made of thin sheet metal or sheet metal. It must be thin enough to to be able to vibrate under the effect of the sound impulses acting on them, and it must also not allow diffusion of the gas through the membrane.

Wie man aus der F i g. 1 ersieht, wird die Membran in einer Ringausnehmung oder Bohrung 10 des Kupplungsringes 6 unter Zwischenlage einer Ringdichtung 9 festgelegt, die für die Abdichtung sorgt. As one can see from FIG. 1 seen, the membrane is in an annular recess or bore 10 of the coupling ring 6 with the interposition of a ring seal 9, which ensures the seal.

Die zentrale Bohrung des Kupplungsringes 6 hat den gleichen Durchmesser wie der ZylinderS, die Ringdichtung 9 und das Ende des Zylinders 5, der in die Bohrung 10 eingreift. An dem entgegengesetzten Ende des Kupplungsringes 6 ist eine Ausnehmung oder Bohrung 11 vorgesehen, in der der Flansch 12 eines schallwellenerzeugenden Vibrationsgerätes E, beispielsweise eines Lautsprechers bekannter Bauart, sitzt. Eine weitere Bohrung 13 mit noch größerem Durchmesser schließt sich an die Bohrung 11 des Ringes 6 nach oben an und nimmt die Wand des kurzen Zylinders 4 des Rohrkörpers 1 unter Zwischenlage einer Ringdichtung 14 zwischen dem Ring 6 und dem Zylinder 4 auf.The central bore of the coupling ring 6 has the same diameter like the cylinder S, the ring seal 9 and the end of the cylinder 5 that goes into the bore 10 intervenes. At the opposite end of the coupling ring 6 is a recess or bore 11 is provided in which the flange 12 of a sound wave generating Vibration device E, for example a loudspeaker of known type, sits. Another bore 13 with an even larger diameter connects to the bore 11 of the ring 6 upwards and takes the wall of the short cylinder 4 of the tubular body 1 with the interposition of a ring seal 14 between the ring 6 and the cylinder 4 on.

Die Ausbildung und Anordnung der obenerwähnten unterschiedlichen Teile ist derart, daß die Bohrung 11 einen Durchmesser hat, der gleich dem Innendurch- messer des zylindrischen Rohres 4 ist. In einem gewissen Abstand über dem Lautsprecher E ist ein Wellen- oder Schwingungsdetektor D, beispielsweise ein Aufnahmegerät in Form eines zweiten Lautsprechers oder eines Mikrophons, angeordnet, das einen Flansch 15 hat. The design and arrangement of the above-mentioned different Parts is such that the bore 11 has a diameter which is equal to the inner diameter knife of the cylindrical tube 4 is. At a certain distance above the loudspeaker E is a wave or vibration detector D, for example a recording device in Form of a second loudspeaker or microphone, arranged that has a flange 15 has.

Der Schwingungserzeuger E und der Detektor D sind in ihrer gegenseitigen Lage durch mehrere Gewindestangen 16 festgelegt, die mit je einem ihrer Enden durch den Flansch 12 des Schwingungserzeugers E hindurchragen und in Gewinde-Sacklöcher 17 des Ringes 6 eingeschraubt sind; ihr anderes Ende geht durch den Flansch des Detektors D hindurch. Muttern 18, 19 und 20 legen den Detektor D und den Schwingungserzeuger E in ihrer gegenseitigen Lage fest. The vibrator E and the detector D are mutual Position set by several threaded rods 16, each with one of their ends through the flange 12 of the vibration generator E protrude and into threaded blind holes 17 of the ring 6 are screwed; the other end goes through the flange of the Detector D through. Nuts 18, 19 and 20 attach the detector D and the vibrator E firmly in their mutual position.

Der Abstand zwischen dem Detektor D und dem SchwingungserzeugerE ist nicht kritisch, es genügt, wenn sein Längenmaß keinen gemeinsamen Teiler mit den beiden Hohlräumen hat, die weiter unten näher beschrieben werden. The distance between the detector D and the vibrator E. is not critical, it is sufficient if its length dimension does not have a common factor has the two cavities, which are described in more detail below.

Der Zylinder 4 ist an seinem oberen Ende durch die Endplatte 2 abgeschlossen, die einen napfförmigen Mittelteil 21 aufweist, der sich in Richtung des Zylinders 4 erstreckt. Die ringförmige Wand dieses Mittelteiles greift mit enger Passung in den Zylinder 4 hinein, eine Ringdichtung 22 zwischen der Wand des Zylinders 4 und der Platte 2 ergibt die Abdichtung. The cylinder 4 is closed at its upper end by the end plate 2, which has a cup-shaped central part 21 which extends in the direction of the cylinder 4 extends. The annular wall of this middle part engages with a tight fit the cylinder 4 into it, a ring seal 22 between the wall of the cylinder 4 and the plate 2 provides the seal.

Der napfartige Mittelteil der Platte 21 ist mit Löchern 23, 23a und 24 versehen, die durch ein Isoliermaterial hermetisch verschlossen sind, durch welches die elektrischen Leitungentl, L2 und gegebenenfalls L3 hindurchführen, an die der Detektor D und der Schwingungserzeuger E angeschlossen sind; ein Loch mit größerem Durchmesser dient zur Einführung eines Thermometers in den Zylinder 4, das mittels einer Stopfbuchse 25 in seiner Lage gehalten wird.The cup-like central part of the plate 21 is provided with holes 23, 23a and 24 provided, which are hermetically sealed by an insulating material through which Pass the electrical line entl, L2 and possibly L3 through to which the Detector D and the vibrator E are connected; a hole with a bigger one Diameter is used to introduce a thermometer into the cylinder 4, which means a stuffing box 25 is held in place.

Wie man aus F i g. 1 ersieht, teilt die Membran 8 den Innenraum des rohrförmigen Körpers 1 in zwei Hohlräume. Der Hohlraum CE liegt innerhalb des Zylinders 4 und des Kupplungsringes 6 ; in diesem Raum befinden sich der Schwingungserzeuger E, der die Schallwellen erzeugt, und die DetektorvorrichtungD für das Erfassen dieser Wellen. Der andere Raum CR oder Resonanzraum befindet sich in dem Zylinder 5. Diese Hohlräume sind durch die Membran 8 vollkommen dicht gegeneinander abgeschlossen, und in dem Resonanzhohlraum CR befindet sich keine Unstetigkeit oder Rauhigkeit, wie eine Schweißnaht, ein Thermoelement oder etwas ähniiches. Der gesamte Rohrkörper 1 wird mit Hilfe von Zugstangen 26 zusammengehalten, deren mit Gewinde versehene Enden durch die Randflansche der Platten 2 und 3 hindurchragen, wobei Spannmuttern 27, 28 und 29 das Festlegen und Verspannen der unterschiedlichen Teile in ihrer gegenseitigen Lage sichern. As one can see from FIG. 1, the membrane 8 divides the interior of the tubular body 1 into two cavities. The cavity CE lies within the cylinder 4 and the coupling ring 6; The vibration generator is located in this room E, which generates the sound waves, and the detector device D for detecting them Waves. The other space CR or resonance space is located in the cylinder 5. This Cavities are completely sealed against each other by the membrane 8, and there is no discontinuity or roughness in the resonance cavity CR, like a weld, a thermocouple or something similar. The entire pipe body 1 is held together by means of tie rods 26, the threaded ones Ends protrude through the edge flanges of plates 2 and 3, with clamping nuts 27, 28 and 29 the fixing and bracing of the different parts in their secure mutual situation.

In dem Zylinder 4 ist eine seitliche Bohrung 30 vorgesehen, in die ein starres Rohr 31 mündet, das fest mit der Wand des Zylinders verschweißt ist. Ein gegenüber Drücken widerstandsfähiges biegsames Rohr 32 ist auf das starre Rohr 31 aufgeschoben und verbindet den Resonanzhohlraum CR mit einer Vorrichtung zum Evakuieren des Raumes, die ihrerseits nicht dargestellt ist. Ein Abschlußventil 33 und ein Manometer 34 sind an der Rohrleitung 32 vorgesehen. In the cylinder 4, a lateral bore 30 is provided into which a rigid tube 31 opens which is firmly welded to the wall of the cylinder. A compressive resistant flexible tube 32 is on top of the rigid tube 31 pushed open and connects the resonance cavity CR with a device for Evacuation of the room, which in turn is not shown. A shut-off valve 33 and a pressure gauge 34 are provided on the pipe 32.

Der Zylinder 5 weist noch eine weitere Bohrung 35 auf, in der ein starres Rohr 36 sitzt, auf das das Ende eines biegsamen Rohres 37 aufgeschoben ist, das höheren Drücken widersteht und dessen anderes Ende auf einen Abzweig eines starren T-Verbindungsstückes 38 aufgeschoben ist. Das T-Stück 38 ist mit seinem Mittelabzweig an eine Leitung 39 angeschlossen, die von einer Gasquelle 40. heisnielsweise einer Gasflasche, herkommt; zwischen der Leitung 39 und dem T-Stück 38 liegt ein Absperrventil 41. Ein biegsames Rohr 42 ist auf den restlichen Abzweig des T-Stückes aufgeschoben; das andere Ende dieses Rohres ist wiederum auf ein starres Rohr 43 aufgeschoben, das durch die Wand des Zylinders 4 hindurchführt, indem es in eine Bohrung 44 mündet. The cylinder 5 has a further bore 35 in which a rigid tube 36 is seated on which the end of a flexible tube 37 is pushed, the higher pressing resists and its other end on one Branch of a rigid T-connector 38 is pushed. The tee is 38 connected with its central branch to a line 39, which is from a gas source 40. Called a gas cylinder, comes from; between the line 39 and the T-piece 38 is a shut-off valve 41. A flexible pipe 42 is on the remaining branch of the T-piece pushed on; the other end of this tube is in turn on a rigid one Slid pipe 43, which passes through the wall of the cylinder 4 by it opens into a bore 44.

Die gesamte Vorrichtung ist in ein thermostatisch geregeltes Gehäuse 45 eingeschlossen, in dessen Wänden Durchbrüche, wie 46, 47, 48, 49, 50 und 51, für das Hindurchführen der elektrischen Leitungen L, und L2 des Thermometers Th und der biegsamen Rohre 32, 37 und 42 vorgesehen sind. Dieses Thermostatgehäuse gestattet es, die gesamte Vorrichtung auf einer zumindest angenähert konstanten Temperatur zu halten. The entire device is in a thermostatically controlled housing 45 included, in the walls of which openings such as 46, 47, 48, 49, 50 and 51, for the passage of the electrical lines L, and L2 of the thermometer Th and the flexible tubes 32, 37 and 42 are provided. This thermostat housing allows the entire device to be at least approximately constant Keep temperature.

Die von dem als Schwingungserzeuger dienenden Lautsprecher E kommende elektrische Leitung L2 führt zu einem bekannten regelbaren Frequenzgenerator (nicht dargestellt), welcher innerhalb eines Schwingungsbereiches, der zumindest eine Harmonische der Resonanzfrequenz des Hohlraumes CR enthält, eine Meßfrequenz mit hoher Meßgenauigkeit abgeben kann. Die elektrische Leitung L,, die von dem Schwingungs-Detektor D kommt, führt zu einem Null-Meßgerät bekannter Bauart. The speaker E coming from serving as a vibration generator electrical line L2 leads to a known controllable frequency generator (not shown), which is within an oscillation range, the at least one harmonic contains the resonance frequency of the cavity CR, a measurement frequency with high measurement accuracy can deliver. The electrical line L ,, coming from the vibration detector D, leads to a zero meter of known type.

Die in der F i g. 1 dargestellte Vorrichtung eignet sich besonders für die Messung oder Untersuchung eines unschädlichen und nicht korrodierend wirkenden Gases. Sie wirkt in folgender Weise: Während das Ventil 41 geschlossen ist, pumpt man über das Ventil 23 die Hohlräume CE und CR mittels der Vakuumpumpe aus. Nach dieser Maßnahme führt man das zu untersuchende Gas aus der Gasquelle 40 über das Ventil 41 in die beiden Hohlräume ein. Dieser Vorgang wird gegebenenfalls mehrere Male wiederholt, um durch das Auspumpen und anschließende Ausspülen mit dem zu untersuchenden Gas sicherzustellen, daß sämtliche noch von früheren Versuchen in der Vorrichtung vorhandenen Gasreste vollständig beseitigt sind. The in the F i g. 1 shown is particularly suitable for the measurement or investigation of a harmless and non-corrosive one Gas. It works in the following way: While the valve 41 is closed, pumps the cavities CE and CR are removed through the valve 23 by means of the vacuum pump. To this measure leads the gas to be examined from the gas source 40 via the Valve 41 in the two cavities. This process may be multiple Times repeated by pumping out and then rinsing with the test Gas ensure that all is still from previous attempts in the device existing gas residues have been completely removed.

Sodann wird der Schwingungserzeuger E mit Hilfe des obenerwähnten Frequenzgenerators erregt, und man ändert die Frequenz im Bereich des erwarteten Wertes, wobei man den Augenblick zu erfassen sucht, in dem die höchste Dämpfung der Wellen eintritt, was durch die Beobachtung des Null-Meßgerätes festgestellt wird, das an die Leitung angeschlossen ist. Then, the vibrator E using the above-mentioned Frequency generator excited, and one changes the frequency in the range of the expected Worth while trying to capture the moment in which the greatest attenuation of the waves occurs, which was determined by observing the zero meter connected to the line.

In diesem Augenblick befindet sich die Membran 8 an einem Schwingungsknoten der Resonanzschwingungsbewegung oder an einem Punkt der Geschwindigkeit Null.At this moment the membrane 8 is at a vibration node the resonance oscillation movement or at a point of zero speed.

Sobald diese Frequenzregelung oder -einstellung durchgeführt ist, notiert man die einer »Antiresonanz« entsprechende Frequenz des Frequenzgenerators und liest das Thermometer Th ab. Diese Messungen oder Ablesungen können selbstverständlich bei mehreren unterschiedlichen Gasdrücken durchgeführt werden. As soon as this frequency control or setting is carried out, the frequency of the frequency generator corresponding to an "anti-resonance" is noted and reads the thermometer Th. These measurements or readings can of course be carried out at several different gas pressures.

In dem speziellen Fall, in dem das zu untersuchende Gas ein korrodierendes oder gefährliches Gas ist, benutzt man die in schematischer Form in F i g. 2 dargestellte Anordnung. Die Rohre 37 und 42 werden an zwei Leitungen 56 und 55 angeschlossen, die aus einem Druckausgleicher 57 beliebiger Art herkommen. In the special case in which the gas to be examined is a corrosive or dangerous gas, one uses the in schematic form in FIG. 2 shown Arrangement. The pipes 37 and 42 are connected to two lines 56 and 55, which come from a pressure equalizer 57 of any type.

Zu diesem Druckausgleicher führen zwei Leitungen 58 und 59, von denen die eine die Verbindung mit einer Quelle für ein inertes Gas, beispielsweise einer Gasflasche 60, und die andere eine Verbindung mit der Quelle des zu untersuchenden Gases, beispielsweise einer Gasflasche 61, herstellt. Das zu untersuchende Gas wird aus der Glasflasche 61 über die Leitung 59, den einen Raum des Druckausgleichers 57, die Leitung 56 und das Rohr 37 in den Resonanzhohlraum CR eingeführt, während das inerte Gas aus der Gasflasche 60 über die Leitung 58, den anderen Raum des Druckausgleichers 57, die Leitung 55 und das Rohr 42 in den Hohlraum CE geführt wird. Der Druckausgleicher 47 sorgt dafür, daß die Gasdrücke beiderseits der Membran 8 gleich sind.Two lines 58 and 59 lead to this pressure equalizer, one of which one the connection to a source of an inert gas, for example a Gas bottle 60, and the other connects to the source of the test Gas, for example a gas bottle 61, produces. The gas under investigation is from the glass bottle 61 via the line 59, the one space of the pressure equalizer 57, the conduit 56 and the tube 37 are inserted into the resonance cavity CR while the inert gas from the gas bottle 60 via the line 58, the other space of the pressure equalizer 57, the line 55 and the tube 42 is guided into the cavity CE. The pressure equalizer 47 ensures that the gas pressures on both sides of the membrane 8 are the same.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel genau gleich der oben beschriebenen Arbeitsweise der Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1. The operation of the device according to the invention itself is at this second embodiment is exactly the same as the operation described above the device according to the embodiment of FIG. 1.

Ganz allgemein und unabhängig von der jeweils gewählten Ausführungsform wird der Wert f der »Antiresonanz«-Frequenz des zu untersuchenden Gases gemessen und aus diesem Meßwert unmittelbar die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit in diesem Gas ermittelt. Quite generally and independently of the particular embodiment chosen the value f of the "anti-resonance" frequency of the gas to be examined is measured and from this measured value directly the speed of sound propagation in this Gas detected.

Claims

Claims: 1. Device for determining the acoustic resonance frequency a gas-filled cylindrical cavity by generating standing sound waves, characterized in that a base of the resonance cavity (CR) is formed by a diaphragm (8) is tightly sealed, which is also a wall of an adjacent exciter cavity (CE) forms the means (E) for generating and means (D) for detecting acoustic Contains vibrations.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the resonance cavity (CR) and the exciter cavity (CE) are dimensioned so that they do not have a common resonance frequency exhibit.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a loudspeaker (E) as a means for vibration excitation and as a means for vibration detection a microphone (D) is provided, the effective membrane of which is perpendicular to the Longitudinal axis of the resonance cavity (CR) lies.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the resonance cavity (CR) and the excitation cavity (CE) with inlets and outlets (30, 35 and 44) are provided for gases.