DE1473536A1 - Verfahren und Vorrichtung mit Anwendung von Schwingungsenergie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung mit Anwendung von Schwingungsenergie

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DE1473536A1
DE1473536A1 DE19641473536 DE1473536A DE1473536A1 DE 1473536 A1 DE1473536 A1 DE 1473536A1 DE 19641473536 DE19641473536 DE 19641473536 DE 1473536 A DE1473536 A DE 1473536A DE 1473536 A1 DE1473536 A1 DE 1473536A1
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung mit Anwendung von Schwingungsenergie Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Materialzustandes und/oder der physikalischen Eigenschaften von Stoffen. Insbesondere beFtrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung, die Schwingungsenergie zur Messung der Verschiebung zwischen Grenzflächen von geschichteten Stoffen wie Flüssigkeiten, Schaum und Gas verwenden und ebenso zur Bestimmung des Flüssigkeitsgehaltes von Schaum ausnutzen.
  • Die Erfindung ist für viele Möglichkeiten anwendbar wie zum Bierbrauen, zur Herstellung von Chemikalien und zur Erzeugung von Dampf durch einen Wasserdampf-Kernreaktor. In einem Druckgefäß eines Wasserdampf-Kernreaktors zum Beispiel läuft Wasser durch einen heißen Kerne Dabei wird eine Mischung von Dampf und Wasser erzeugt, die nach oben an einer Steigwand-vorbeifließt. Der Dampf steigt zur Wasseroberfläche auf und trennt sich von dieser ; das Wasser fließt über die Steigwand hinweg und kehrt zu dem Kern zurück. Wichtig ist die Einhaltung des vorher bestimmten Wasserpegels in dem Gefäß. Ein zu hoher Pegel verursacht eine Verminderung des Dampfentwicklungsraumes und die Erzeugung eines Dampfes von schlechter Qualität ; ein zu niedriger Pegel beeinträchtigt den Wasserrücklauf mit erhöhter Gefahr einer zu starken Hitzeentwicklung in dem Kern.
  • Zugang und Steuerung sind wegen der geschlossenen GefäB-Konstruktion mit schweren Wänden, des massiven Strahlenschutzmantels und der hohen Drücke und hohen Temperaturen schwierig.
  • Verschiedene Möglichkeiten der Instrumentation wurden bereits erwogen, aber diese haben sich nicht zur vollen Zufriedenheit aus Gründen der Kosten, Zerbrechlichkeit, Auswertungsschwierigkeiten und ungenügenden Empfindlichkeit bewährt.
  • Allgemeines Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lösung dieser Schwierigkeiten, das genau, zweckdienlich, wirksam, robust, zuverlässig und angemessen wirtschaftlich ist.
  • Weitere Ziele ergeben sich aus dem Folgenden.
  • Die Erfindung macht Gebrauch von einer Schwingungssonde, die in geeigneter Weise an einer angebrachten Stelle des Reaktors oder eines anderen Gefäßes angeordnet ist und die auf Grund der. Energieübertragung von der Sonde in das Medium und der damit verbundenen Charakteristikveränderung arbeitet, wobei die Lage. Kennzeichnung und/oder Zu-sammensetzung die verschîedenen vorhaSdenen geschichteten Stoffe profiliert.
  • Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben ; in dieser zeigen : Fig. 1 einen schemstischen Teilschnitt der Vorrichtung, die in einem Wasserdampf-Kernreaktor angebracht ist und Fig. 1A einen vergrößerten Schnitt eines Teiles der in n Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
  • In Fig. 1 ist ein Teil des Wandaufbaus 10 zu sehen, welcher ein Druckgefäß 12 eines Wasserdampfreaktors umschließt. In dem Reaktor liegt ein nicht dargestellter heißer Kern, welcher Wärme auf umlaufendes Wasser 14 überträgt, um eine Mischung von Wasser und Dampf zu erzeugen. Eine Schaumschicht 16 bildet sich auf der Wasseroberfläche 14. Der Dampf 18 steigt von der Wasseroberfläche 14 durch die Schaumschicht 18 auf und wird zu einem Wärmeaustauscher gefuhrt. Es ist wichtig, daß der Pegel des Wassers 14, der durch die Höhe der Grenzschicht zwischen dem Wasser 14 und der Schaumschicht 16 gegeben ist, über die Steigwände 20 und 22 gehalten wird, so daß das Wasser 14 über die Steigwände 20 und 22 hinweg fließen und zum Kern zurückkehren kann.
  • In dem Gefäß 12 befindet sich eine zweite Öffnung 28, die mit einer außerhalb angebrachten passenden Buchse 30 mit einer Axialbohrung in Ausrichtung mit der Öffnung 33 im Strahlenschutzmantel 46 in Flucht liegt. Ein längliches röhrenförmiges Gehäuse 32 erstreckt sich durch die Buchse 30 und die Öffnung 28 in das Gefäß 12. Es verläuft von dem Gefäß 12 durch eine Öffnung 33 in dem Schutzmantel 46 fort und kann in vertikaler Richtung zum und vom Wasser 14-weg längs einer Normalen zur Wasseroberfläche bewegt werden. Geeignete Paßdichtungen 34 und 36 liegen zwischen der Buchse 30 und dem Gehäuse 32, um Undichtigkeiteverluste von Dampf aus dem Gefäß 12 zu vermeiden und gleichzeitig eine senkrechte Bewegung des Gehäuses 32 gegenüber der Buchse 30 zu ermöglchen.
  • An dem unteren Ende des Gehäuses 32, wie es deutlicher in Fig. 1A zu sehen ist, dient eine kraftunempfindliche Hülse 37 dazu, das Gehäuse 32 mit einem Schalleiter oder einer akustischen Kupplung 38 zu verbinden. Die Hülse 37 ist eine allgemein zylindrische Röhre mit einer Resonanzlänge von einer halben Wellenlänge (oder einem ganzzahligen Vielfachen davon) für das Material und die Geometrie der Röhre bei der Arbeitsfrequenz der Kupplung 38. Sie enthält weiterhin einen Außenringflansch 39, der mit dem unteren Ende das Gehäuses 32 in Eingriff steht und damit beispielsweise verschweißt ist, um eine wasser-und gasdichte Dichtung zu schaffen. Ein Ende, vorzugsweise das obere, der Hülse 37 ist unbefestigt ; das andere, vorzugsweise das untere, Ende der Hülse hat einen Innenflansch, der an die Kupplung 38 starr beispielsweise angeschweißt ist (vorzugsweise an einem Schwingungsbauch), um den Raum zwischen der Kupplung 38 und der Hülse 37 dicht gegen Wasser-und/oder Gasaustritte abzuschließen.
  • Der Ringflansch 39 der Hülse 37 ist in einer Entfernung von einer viertel Wellenlänge von dem freien oberen Ende der Hülse 37 angebracht (oder einem ungeraden Vielfachen davon, wenn die Hülse 37, wie oben erwähnt, ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge lang ist), so daß ein echter Knoten an dem Flansch 39 entsteht. Die Hülse 37 ist aus geeignetem Material mit geringer Hysterese wie Stahl hergestellt.
  • Pur eine ausführlichere Beschreibung einer solchen Hülse sei auf die USA-Patentschriften 2 891 180 und 2 891 178 verwiesen.
  • Die akustische Kupplung 38 ist metallurgisch oder mit Hilfe einer Schraube mit einer zweiten akustischen Kupplung 40 verbunden ; die Kupplung 40 ist metallurgisch, zum Beispiel durch Lotung mit einem Schwingungs-Erzeuger 41 verbunden. Der Schwingungs-Brzeuger 41, die Kupplung 40, die Kupplung 38 und die Kupplung 35 bilden eine Schwingungs-Sonde, die allgemein unter der Bezugszahl 60 dargestellt ist. Die Kupplung oder das Sondenende 35 werden im folgenden näher beschrieben.
  • Das Gehäuse 32 ist senkrecht mit Hilfe einer Hebevorrich: tung zu bewegen, wie beispielsweise mit der Zahnstange 42 und dem Zahnrad 44, wodurch die Höhe der Schwingungs-Sonde mit dem Sondenende 35 eingestellt wird.
  • Um die Sonde 60 in dem Gehäuse 32 zu zentrieren, können nicht dargestellte Graphitbuchsen benutzt werden und werden auch vorzugsweise verwendet. Diese sind längs der Außenseite so der Kupplung 38 der Sonde 60/angebracht, daß sie an den Knotenstellen liegen,. wobei sie mit der Kupplung 38 konzentrisch sind und diese umgeben und gleichzeitig mit dem Gehäuse 32 konzentrisch sind und zwischen der Innenfläche des Gehäuses 32 und der Außenfläche der Kupplung 38 liegen. Es ist hervor-t zuheben, daß zur besseren Befestigung der Graphit-Buchsen die Kupplung 38 an ihrer Außenfläche eingeschnitt werden kann, en um entsprechende seitliche Ausdehnunt der Graphit-Buchsen aufzunehmen, und-zwar im Hinblick auf die Wirkung solcher Einschnitte auf die akustischen (Frequenz) Eigenschaften der Kupplung 38 und eine erforderliche Kompensierung.
  • Die Schwingungs-Sonde enthält, wie gesagt, einen magnetostriktiven Schwingungs-Erzeuger 41. Der magnetostriktive Schwingungs-Erzeuger 41 ist von herkömmlicher Bauart mit einem geschichteten Kern von Nickel, einer Nickel-Eisen-Legierung, Permendur (eine Eisen-Kobalt-Legierung), Alfenol (eine Aluminium-Eisen-Begierung) oder anderem magnetostriktiven Material, das geeignet bemessen ist, um eine axiale Resonanz mit der Frequenz des an eine Erregerspule. 45 angelegten Wechselstromes zu gelerleisten und sich dadurch in seiner Länge gemäß dem Magnetostriktions-Koeffizienten auszudehnen und zusammenzuziehen.
  • Der Einzelaufbau eines geeigneten magnetostriktiven Schwingungs-Erzeugers, der bei dem AusfWhrungsbeispiel einen Nickelstapel enthält, ist in der Technik bekannt und bildet, wie oben erwähnt, keinen Bestandteil der Erfindung. Daher wird auf eine Beschreibung seines Aufbaus verzichtet. In. der Technik ist bekannt,,. daß-für den. in der Zeichnung dargestellten magnetostriktiven Schwingungs-Erzeuger 4-1 andere bekannte Arten von Schwingungserzeugern verwendet werden können. Zorn Beispiel können elektrostriktive oder piezoelektrische Schwingungs-Erzeuger aus Bariumtitanat, Quarzkristallen usw. verwendet werden. Die Spule 45 ist mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) verbunden,. die einen geeigneten Oszillator und Verstärker besitzt, um den Schwingungs-Erzeuger 41 mit Energie zu versorgen. Eine derartige Ausrüstung ist in der Technik bekannt. Der Schwingungs-Erzeuger 41 ist ebenfalls mit einer Polarisationsspule 43 versehen, da die magnetische Polarisation des Sehwingungs-Erzeugers 41 mit Hilfe der Polarisationsspule 43 erw2nscht ist, um in den Metallschichten des Schwingungs-Erzeuger. s 41 die von der Erregerspule 45 erzeugte, Energie in elastische Sohwingungsenergie wirksam umzuformen, wie in der Technik hinreichend bekannt ist.
  • Der magnetostriktive Schwingungs-Erzeuger 41 ist zum Beispiel durch Silberlötung oder dergleichen mit der Kupplung 40 verbunden, wobei die Enden aneinanderstoßen.
  • Die Kupplung 40 kann eine der verschiedenenKupplungensein, diX in der Technik bekannt sind; sie ist vorzugsweise aus geeignetem Material wie Stahl, Aluminium, Bronze oder Monel hergestellt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Kupplung 40 von herkömmlichem Außenäufbau und hat die Aufgable, die Schwingungsamplitude zu vergrößern. Wenn auch nicht in Fig. 1 aus Raummangel dargestelt, befindet sich vorzugsweise zwischen dem Schwingungs-Erzeuger 41 und der Kupplung 40 eine weitere akustische Kupplung in Form einer zylindrischen eine oder mehrere halbe Wellenlangen langen Stange, die an ein Ende des Schwingungs-Erzeugers 41 angelötet und an seinem anderen Ende an den in Fig. 1 als Kupplung 40 dargestellten verjüngten Teil angelötet oder angeschraubt ist.
  • Das verjüngte Kupplungsteil kann so geformt sein, daß man eine Verjüngung erhält, die e3ine Exponentiaflunktion ihrer Länge ist und folgender Gleichung gntgts worin S die in jedem Schnitt der verjüngten Kupplung 40 verminderte Flnche, So die Fläche des oben erwähnten zylindrischen Teiles, T eine Konstante der Verjüngung und 1 die @ Lange der verjüngten Kupplung ist. Diese Gleichung und die Grenzbedingungen für die Resonanz einer Kupplung wie die Kupplung 40 sind auf Seite 163 des Buches"Piezoelectric Crystals and Ultrasonics"von Warren P. Mason, erschienen 1950 im Verlag D. Van Nostrand Company, näher beschrieben.
  • Die verjüngte Kupplung 40 ist metallurgisch mit der akustischen Kupplungastange 38 verbunden oder an diese angeschraubt.
  • Die Kupplung 38 hat vorzugsweise eine Resonanz-Länge des Metallea. Darunter ist zu verstehen, daß das Element 38 vorzugsweise eine Lange hat, die einem ganzen Vielfachen einer halben Wellenlänge oder einer geraden Zahl einer viertel Wellenlänge in dem Herstellungsmaterial der Stange bei der Arbeitafrequenz gleich ist. Die gemeinsame Länge des Schwingungs-Erzeugers 41, der Kupplung 40 und der Kupplung 38 ist vorzugsweise no bemessen, daß der Bereich eines Schwingungsauche sder Schingungsenergie an das akustische Ende oder das Sondenene 35 gelegt wird. Das Sondenende 35 ist metallurgisch mit der Kupplung 38 verbunden, z. B. durch Schweißen.
  • Die Wahl des Materials für die Kupplung 38 und das Sondenende 35 und die Wahl des Verfahrens zur Verbindung der Bestandeteile der Sonde 60 können durch die Umgebungsbedingungen (z. B. die Nuklearbedingungen bei einer nuklearen Anwendung) außer durch die akustischen Bedingungen beschränkt sein. Bßi einer nukleraren Anwendung ist rostfreier Stahl ein brauchbares Material für die Kupplungen und Sondenenden in Verbindung mit einem Nichtfluß-Verbindungsverfahren (wie Lichtbogen-Schweißungen).
  • Die Sonde 60 enthält das Sondenende 35 in der Gestalt einer dünnen rechteckigen Platte, die so bemessen ist, daß sie schwingt und Biegeschwingungen mit der Resonanzfrequenz der anderen Teile der Sonde 6Q ausführt.
  • Andere Resonanz-Geometrien können für das Sondenende 35 verwendet werden, wenn auch-mit einigen Zugeständnissen an die Empfindlichkeit, Zum Beispiel hatte ein Sondenende 35 in der Gestalt einer kreisförmigen Platte, die so ausgebildet war, daß sie als freie Scheibe in Resonanz mit einem einfachen Knotenkreis schwingt (siehe Fig. 7A der USA Patentschrift 3 017 792), etwa ein Drittel der Empfindlichkeit der dünnen rechteckigen oben beschriebenen Platte.
  • Vorzugsweise aus Gründen der Halterung und um Frequenzverachiebungen des Schwingungsgerätes und Verluste an Schwingungsenergie an das zugeordnete Gehäuse 32 und die Stützteile gering zu halten und aus Gründen einer völligen Abdichtung ist, wie gesagt, eine kraftunempfindliche Hülae 37 an der Kupplung 38 angebracht.
  • In dem Artikel "Phenomeneligical Considerations In Ultrasonic eine der zeitschrift "Welding Journal", Juli 1961, ist eine Technik zur Bestimmung von akustischer Energie beschrieben, die auf einer akustischen Ubertragsleitung übertragen wird. Diese Technik ist auch bei der Erfidnung anwendear.
  • Zwei Shwingungs-meßelemente 78 und 80 befinden sich, wie hier dargestellt, auf der Kupplung 38. Diese Meßelemehte können kleine elektromechnaiche Scwigungserzuber sein wie eine Bariumtiatnt-Platte, die in geeigneten Abständen von. einer viertel Wellenlänge entfernt angebracht sind. Beide erzeugen ein elektrisches Wchselsignal, das der wechselnden mechanischen Radialverschiebung (maximal an einem Schwingungsknoten, minimal an einem Schwingungsbäuch) eines Teilchens an der Befestigungsstelle proportional ist. Diese Elemente sind beschieüniguhgsempfindlich ; die mechanische Beschleunigung ist um 180 Grad gegen die Verschiebung phasenverschoben.' Da diese Elemente bei einer Temperatur ton über 60°C beschädigt werden, ist für einen wirksamen Betrieb eine Kühlvorrichtung 9wie Kühlwasser, das druch den Teil der akustischen Kupplung läuft, an dem sie angebracht sind) in denAnwendungsfällen einzubauen, bei denen eine Überhitzung möglich ist.
  • Für einen wirksamen Betrieb ist zu empfehlen, die Sohwingungs- Erzeuger (beispielsweise durch trockene, ölfreie Luft) zu kühlen, um die wegen des elektrischen Stromdurchgangs durch die Windungen des Schwingungs-Erzeugers entstandene Wärme abzuführen.
  • Elektronische Ableseinstrumente 83, die an entfernter Stelle angebracht sein können, sind an die Meßelemente 78 und 80 mittels elektrischer Kabel 82 und 84 angeschlossen.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Schwingungssonde mit zwei Enden so angeordnet, daß sich ein Ende in dem Strömungsmittel-Bereich befindet. Vergleichsmessungen der längs der Sonde in das Strömungsmittel übertragenen Energie, die man durch eine Verhältnisbildungs-Technik mit stehenden Wellen erhält, ergeben Auskunft darüber, ob das Übertrager-Ende 35 der Sonde 60 sich in einer Dampf-, Schaum-oder Flüssigkeitsphase befindet, und sie können ebenso Angaben über den Flüssigkeitsgehalt der Schaumphase machen.
  • Entsprechend der akustischen Impedanz-Fehlanpassung zwischen dem Sondenende 35 und dem durch die-Sonde berührten Stromungsmittel wird mehr oder weniger Schwingungsenergie längs der Kupplung übertragen. Die Impedanz-Anpassung zwischen dem Sondenende und einer Flüssigkeit ist zum Beispiel besser alsdie Impedanz-Anpassung zwischen der Sonde und einem Gas wie Luft oder'Dampf. Somit wird mehr Energie längs der Sonde in das Gas übertragen. Schaum hat eine relativ dazwischenliegende Impedanz-Anpassung mit entsprechenden Auswirkungen auf die akustische Energieübertragung. Der Erfindungsgegenstand ist auch hinreichend empfindlich, um zwischen Schäumen mit verschiedenem Flüssigkeitsgehalt wie auch zwischen verschiedenen Arten von Flüssigkeiten unterscheiden zu können.
  • Der Wechsel der akustischen Energie, die längs der Sonde in das Medium übertragen wird, führt zu einem Wechsel in der stehenden Wellenstruktur in der Sonde. Dieser Wechsel wird von den MeBelementen 78 und 80 erfaßt. Die Ableseinstrumente 83 übertragen die von den Meßelementen 78 und 80 abgegebenen elektrischen Signale in eine Spannung, deren Wert von der akustischen Impedanz-Anpassung zwischen der Sonde und dem Medium, in dem sie schwingt abhängt.
  • In einer typischen Ausführungsform werden also die von den Meßelementen 78 und 80 abgegebenen elektrischen Signale in gewöhnlichen elektronischen Teilen verarbeitet, indem sie verstärkt in einen phasen-empfindlichen Detektor gegeben werden und eine elektrische Spannung erzeugen, die von der akustischen Energie, die längs der Kupplung übertragen wird, abhängt.
  • 8 Veränderungen in der übertragenen akustischen Energie können unmittelbar an einem Anzeigegerät abgelesen, laufend von einem äußeren Hochimpedanz-Ausgang her aufgezeichnet oder zur Be Wtigung anderer nicht dargestellter Fernsteuerungsvorrichtungen verwendet werden. Eine solche Vorrichtung kann eine Sicherheitsvorrichtung sein, zum Beispiel, um den Flüssigkeitspegel in dem Reaktor in Fig. 1 einzustellen', wie es auf Grund der oben erwähnten Reaktorbedingungen hinsichtlich des Flüssigkeitspegels gegenüber der Lage der Steigwände erforderlich ist.
  • Beide Meßelemente 78 und 80 können eine Spannung oder eine der Dehnung in irgendeiner Richtung, die/der Wellenfortpflanzungs-Richtung zugeordneten Spannung oder Dehnung proportional ist, messen und in ein elektrisches Signal mit der Resonanz-Frequenz des Systems umwandeln. Der besondere Vorteil mit zwei Meßelementen 78 und 80, die um eine viertel Wellenlänge auseinanderstehen (eine an einem Schwingungsbauch und eine am m. benachbarten Schwingungsknoten), ist der dadurch erzielte Grad an Empfindlichkeit. Die Messung der Veränderung (in der Übertragung akustischer Energie) nicht nur der Amplituden-Lage der stehenden Welle zu irgendeiner gegebenen Zeit, sondern auch der Phase bei der gleichzeitigen Verwendung von Verstärkern (für das am Schwingungsbauch befindliche Meßelement) und von den oben erwähnten phasenempfindlichen elektronischen Instrumenten schafft also ein Meßgerät und ein MeBverfahren von großem Nutz « fUr das Ziel der Erfindung.
  • Durch Veränderung der Höhe der Sonde und durch-die abgelesenen Werte als Ergebnis der Veränderungen in der Energieübertragung gegenüb-er dem Medium, in das die Sonde eingebracht worden ist, können Grenzschichten wie die Flüssigkeit-Schaum-Grenzschicht und/oder die Schaum-Gas-Grenzschicht in ihrer Lage erkannt werden, und man kann ein Zusammehsetzungsprofil der Strömungsmittel in einem bestimmten Gefäß erhalten.
  • Beispiele Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung war die Sonde 60 so gebaut, daß man eine Nenn-Resonanzfrequenz von 29 000 Hertz (tatsächlich 29 580 Hertz) hatte. Sie wurde durch einen elektronischen, im Bereich von 25 000-30 000 Hertz arbeitenden 25 Watt-Generator in Verbindung mit einer 25 Volt-Gleichstromquelle gespeist, die der Schwingungs-Erzeuger-Polarisations-Wicklung einen Gleichstrom von 2 Ampere lieferte. Die dem Schwingungs-Erzeuger zugeführte Energiemenge wurde durch ein Wechselstrom-Voltmeter angezeigt,-wobei der Eintrittsenergiepegel beibehalten wurde, nachdem die Arbeitsbedingungen der reflektierten Energie eingestellt waren. Die Bariumtitanat-Meßelemente 78 und 80 wurden zest mit der Kupplung 38 der eine viertel Wellenlänge vom Sondenende 35 entfernten Sonde 60 verbunden. Der Verstärker, der zusammen mit den Signalen von dem Element an einem Schwingungsbauch verwendet wurde, hatte eine Spannungsverstärkung von 130 ; sein Ausgang wurde an die Spannungsklemmen eines Fluke-VAW-Meßgerätes angelegt. Das Signal des an einem Schwingungsknoten befindlichen Elements wurde unmittelbar den Stromklemmen des gleichen Wattmessers-aüfgege-. ben.
  • Im Betrieb war das VAW-Meter auf die Ablesung von"Strom" -.'.'-,"-..,.'.'-;r<n.-. geschaltet, und der Ausgang des generators wurde auf einen Pegel gebracht, der einen vollen Ausschlag des VAW-Meters erbrachte. Das Meßgerät wurde dann auf Voltablesung umgeschaltet, und eine geeignete Skala wurde gewählt. Als dann auf Wattablesung geschaltet wurde, zeigte das Meßgerät die über-. tragene Energie. in willkürlichen Einheiten an.
  • Zur Eichung wurde das Ende 35 der Sonde 60 in der Gasschicht von kochendem Wasser mit einer darauf befindlichen Schaum-..... . schicht angeordnet. Wahrend der Lage in der Gasschicht wurde die Energie so eingestellt, daß bei der Ablesung ein voller Skalehausschlag auf dem Megrat in willkürlichen Einheiten erschien. Die Sonde wurde so gesenkt, daß sie in der Schaumschicht stand, und die übertragene Energie wurde aufgenommen. die Sonde wurde dann noch weiter gesenkt, damit das Sohdehehde von kochendem Wasser bedeckt wurde. Die übertrage--,'-.-'.','''t ne Energei wurde nochmals aufgezeichnet. Es wurde eine Reiche von diesen Ablesungen vorgenommen.
  • Die erhaltehen Ablesungen zeigten einen unterschiedlichen Wechsel in der übertragenden Energite entsprechend dem Medium in das das Sondenende eingetaucht war. Die Empfindlichkeit war ebenfalls angemessen, um zwischen kochendem und ruhigem Wasser unterscheiden zu können, als ruhiges Wasser anstelle von kochendem Wasser verwendet wurde. Die Energieübertragung in ruhiges Wasser war vielleicht wegen der in kochendem Wässer vorhandenen Lufträume besser als in kochendes Wasser.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform war die übertragene Energie ; olgende (bei einer Energieübertragung in Dampf gleich Null) : in Schaum: 74 %, in kochendes Wasser : 919 in ruhiges Wasser : 100%. Als die Vorrichtung leicht außerhalb der Resonanzfrequenz arbeitete (bei 26 635 Hertz), reichte die Empfindlichkeit noch aus, war aber etwas geringer als die Empfindlichkeit bei Resonanzfrequenz mit einer übertragenen Energie, wie folgts in Schaum: 61 %, in kochendes Wasser: 77,5 % und in ruhiges Wasser: 92, 5 %.
  • Mit einem 20 Kilohertz-System mit einer Resonanzfrequenz von 20 Kilohertß und einer als dünne rechteckige Platte ausgebildeten Scndenende 35 (Dicke 0,412 cm (0,162"), Länge 23,1 cm (9,075*).breite.6,4cm(2,5*),dasinVerbindungmit-verschiedenartigem und recht unregelmäßigem Schaum verwendet wurde, wurde folgende durchschnittliche Energie übertragen (ebenfalls bei einer Energieübertragung in Dampf gleich Null) : in Schaum: 14 % und in kochendes Wasser : 32 .
  • Mit der gleichen 20 Kilohertz-Einheit war esmöglich,Schäume' von neun verschiedenen Wasserkonzentratiohen unter Standard-Bedingungen bei Raumtemperatur zu unterscheiden, wobei die Energieübertragung in die Luft über dem Schaum als Bezugspegel gewählt wurde. Es wurde eine Änderung in der abgelesenen Energie von 9 auf 28 % nach dem Eindringen der Luft-Schaum-Grenzschicht festgestellt, je nachdem welcher Schaum verwendet wurde. Die relative Empfindlichkeit der Veränderung in der abgegebenen Energie war etwa 10 % je Volumenprozent Feuchtigkeit bei niedrigen Feuchtigkeitsgehalten und etwa 2 % je Volumenprozent Feuchtigkeit bei höheren Gehalten.
  • Wenn auch eine größere Empfindlichkeit durch die Ausnutzung der Veränderung der Energieübertragung beim völligen Eintauchen des Sondenendes oder der Kupplungeplatte 35 (das bedeutet, daB die Grenzfläche zwischen zwei Strömungsmitteln gerade überschritten wurde) erreicht wird als bei der Ausnutzung der verursachten Veränderung, wenn nur eine Seite der Platte mit dem Schaum in BerUhrung ist, ist letztere dennoch genügend groß, um mit Hilfe des Erfindungagegenatandes lesbar wahrgenommen zu werden.
  • Die Erfindung hat sich mit Erfolg bei Temperaturen von kochendem Wasser bewährt und ist insbesondere für außergewöhnliche Umgebungsbedingungen geeignet (wie Hochdruck-, Hochtemperatur-und/oder InensYvstrahlungs-Verhältnisse). Die Vorrichtung kann so eingebaut werden, daß man alle komplizierten Teile an einem Ende der Sonde außerhalb dieser Verhältnisse hat (Schwingungs-Erzeuger,Wicklungen,Generatorausrüstungunddie zugehörige Ablesevorrichtung) und nur das andere Ende der Sonde diesen Verhältnisse ausgesetzt läßt Hinsichtlich der Ansprüche kann das Meßsondenende 35 als ein Schwingungsenergle-Übertrager oder als ein akustisches Meßelement angesehen werden. patetnansprüche:

Claims (9)

  1. Patentansprüc*'tiH 3 Meßvorrichtung, g e k e n n z e i e h n e t durch Generatoren für Schwingungsenergie und ein mit den Generatoren für Schwingungsenergie verbundenes akustisches Meßelement, wobei das Element mit einem Strömungsmittel und einer Ablesevorrichtung zur Messung der dem Element durch die Generatoren übermittelten Energie in Verbindung steht, umeinephysikalischeEigenschaftdes durch das Element berührten Strömungsmittels zu bestimmen.
  2. 2. Meßvorrichtung nachAnspruch1, g e k e n n z e. i c hn e t durch Mittel zur Anbringung des Elements mit vertikaler Hin-und Her-Bewegungsmöglichkeit gegenüber dem Gefäß, das das Strömungsmittel enthält, und Mittel zur Steuerung der Bewegung, um die Hoche des Strömungsmittels in dem Gefäß zu bestimmen.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß der Generator für die Schwingungsenergie eine Ultraschall-Schwingung-Erzeuger-Kupplung ist, wobei das Element eine flache, waagerecht angeordnete Resonanzplatte ist, die in derFrequenz der Schwingungs-Erzeuger-Kupplung schwingen kann.
  4. 4e Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß das Element eine dünne rechteckige Platte ist, die eine Biegeschwingung ausführen kann.
  5. 5. Meßvo-rrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß das Gefäß völlig abgeschlossen ist, wobei der Generator für die Schwingungsenergie außerhalb des Gefäßes angebracht ist, daß das Element auf einer kraftunempfindlichen Halterung in dem Ge- -fäß angebracht ist, daß eine Kupplungsvorrichtung vorgesehen ist, daß die Halterung ein hohles Teil hat und daß die Kupplungsvorrichtung in dem hohlen Teil angebracht ist und die Generatoren mit dem Element über die kraftunempfindliche Halterung verbindet.
  6. 6. Verfahren zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften e « nes Strömungsmittels, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß ein Sohwvgungsenergie-Sender erregt wird, daß der Sender auf das Strömungsmittel zubewegt und mit ihm in Berührung gebracht und die erforderliche Energie zur Speisung des Senders gemessen wird, um die physikalischen Eigenschaften des Strömungsmittels zu bestimmen.
  7. 7. Verfahren nach Ansprach 6, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß eine Schaumschicht auf einer Flüssigkeit erzeugt wird und die gemessene Energie für den Sender in freier Luft mit der Energie verglichen wird, welche eingegeben wird, wenn der Schwingungs-Erzeuger in den Schaum bewegt wird, wodurch die Grenzflächeritagen von Schaum und Flüssigkeit bestimmtwerdenkönnen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, eine Kurve der Energie in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Schaumes für den verwendeten Sender hergestellt wird, und daß die Energieübertragung des S nders verglichen wird, wenn er-in den Schaum gebracht wird, um den 1'euciitigkeitsgehalt des Schaumes zu bestimmen.
  9. 9. Meßvorrichtung, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Schwingungs-Erzeuger, eine meßsonde, Kupplungsvorrichtun en zur Verbindung von Sohwingungs-Erzeuger und Sonde, eine Anbringng, die der Sonde eine senkrechte Hin-und Her-Bewegung in einem Gefäß ermöglicht, Energie-Meßvorrichtungen zur Mes-sung der Energie, die der Sonde mittels des Schwingungs-Erzeugers geliefert wird und Ablesevorrichtungen, die mit den Meßvorrichtungen verbunden sind, um die physikalischen Eigenschaften eines Strimungsmittels in dem Gefäß aus der Größe der der Sonde ugeführten Endergie zu bestimmen.
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