-
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: