DE1498291C - Mehrstufige Ultraschallsonde zum Nachweis vorbestimmter Flussigkeits spiegel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Ultraschallsonde zum Nachweis vorbestimmter Flüssigkeitsspiegel mit einem Kopfstück, in dem eine Ultraschallwellen-Sende- und -Empfangseinrichtung untergebracht ist, und mit mehreren hintereinanderliegenden, Reflexionen erzeugenden Stufenabschnitten.

Durch die deutsche Patentschrift 960 318 ist eine derartige Ultraschallsonde bekannt. Die Erkennung des Flüssigkeitsspiegels erfolgt durch mehrere hintereinanderliegende Stufenabschnitte, in die die Oberfläche eines in die Flüssigkeit eintauchenden Streifens unterteilt ist. Die Übertragung der Ultraschallwellen erfolgt entlang der Oberfläche des Sondenkörpers. In unterschiedlichen Höhen ist diese Oberfläche mit Bohrungen versehen, die für die Ultraschallwellen Stoßstellen darstellen und Reflexionen erzeugen. Diese Reflexionen werden am Sondenkopf gemessen und gegebenenfalls aufgezeichnet. Die an den unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegenden Stoßstellen erzeugten Reflexionen sind in ihrer Amplitude so schwach, daß sie am Meßkopf nicht mehr registriert werden können. Registriert werden vielmehr nur diejenigen Reflexionen, die von Stoßstellen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels erzeugt werden. Das Prinzip dieser bekannten Sonde besteht darin, Ultraschallwellen zu verwenden, die sich nur entlang der Oberfläche des in die Flüssigkeit eintauchenden Streifens fortpflanzen und die eine starke Dämpfung erfahren, wenn diese Oberfläche mit der Flüssigkeit in Berührung kommt. Die Auswertung der Meßergebnisse kann zu Schwierigkeiten führen, weil die Amplitudenwerte im einzelnen daraufhin untersucht werden müssen, ob sie von einer gedämpften oder ungedämpften Stoßstelle herrühren. Wenn man berücksichtigt, daß Dämpfungsverluste auch innerhalb des Sondenstreifens auftreten, so wird klar, daß es zumindest Grenzfälle gibt, in denen die Amplitudenauswertung zu Mehrdeutigkeiten und Fehlinterpretationen führen kann. Hinzu kommt noch, daß nur ein geringer Teil des Sondenquerschnittes, nämlich die Sondenoberfläche, für die Übertragung der Ultraschallwellen ausgenutzt wird. Hieraus ergeben sich verhältnismäßig hohe Leistungsverluste bei der Übertragung.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 066 369 ist es ferner bekannt, eine größere Anzahl jeweils zweiteiliger Meßsonden in eine Flüssigkeit einzusetzen. Die beiden Teile einer jeden Meßsonde liegen in axialer Richtung hintereinander und bilden zwischen sich einen Zwischenraum. Die Zwischenräume der Meßsonden sind in der Höhe gestaffelt. Werden die Meßsonden mit Ultraschallsignalen beaufschlagt, so findet ein vollständiger Durchgang durch eine Meßsonde nur dann statt, wenn der entsprechende Zwischenraum durch die die Ultraschallwellen übertragende Flüssigkeit überbrückt ist. Diese Meßeinrichtung erfordert ein System aus zahlreichen Meßsonden mit gestaffelten Zwischenräumen. Außerdem müssen beide Teile jeder Meßsonde an einen Signalsender bzw. an einen Signalempfänger angeschaltet werden, um den Schalldurchgang durch den Zwischenraum zu prüfen.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 154 647 ist es schließlich bekannt, den Flüssigkeitsspiegel in einem Behälter mit einer Meßsonde zu ermitteln, in die Ultraschallwellen unter schrägem Einfallswinkel eingegeben werden, so daß an den Längswänden der Meßsonde Mehrfachreflexionen erzeugt werden. Die Reflexionssignale, die in Abhängigkeit von der die Sondenoberfläche berührenden Flüssigkeit gedämpft sind, werden zur Ermittlung des Flüssigkeitsstandes ausgewertet. Auch hier liegt eine reine Amplitudenauswertung vor, die von Natur aus mit Unsicherheiten behaftet und daher ungenau ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallsonde zu schaffen, deren Signale mit großer Sicherheit auswertbar sind, ohne daß es nötig ist, zwischen Impulssignalen unterschiedlicher Amplitude unterscheiden zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer mehrstufigen Ultraschallsonde der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Ultraschallwellen übertragenden Stufenabschnitte jeweils in vom Kopfstück entfernt liegenden Basisflächen enden, daß im Abstand von jeder Basisfläche, parallel zu dieser, jeweils eine Reflektorplatte angeordnet ist und daß das Verhältnis des Abstandes zwischen der Basisfläche des ersten Stufenabschnittes und der ersten Reflektorplatte zum Abstand zwischen der Basisfläche des ersten Stufenabschnittes und der Basisfläche des zweiten Stufenabschnittes kleiner ist als das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit zur Schallgeschwindigkeit im Material des zweiten Stufenabschnittes.

Bei dieser Sonde erfolgt in dem Fall, daß sich keine Flüssigkeit zwischen einer Basisfläche und der zugehörigen Reflektorplatte befindet, nur eine einzige Reflexion, die an der Basisfläche stattfindet. Befindet sich in dem Zwischenraum jedoch eine Flüssigkeit, so erfolgt zusätzlich an der Reflektorplatte eine Reflexion, weil die Flüssigkeit die Ultraschallwellen in dem Zwischenraum transportiert. Durch die zeitliche Selektion der Impulse erhält man klare Informationen über den Flüssigkeitsstand, die sich einwandfrei mit elektronischen Mitteln auswerten lassen.

Durch die geeignete Bemessung der genannten Abstände erhält man die gewünschte Klarheit hinsichtlich der reflektierten Impulssignale, weil keine Interferenzen auftreten. Auf diese Weise wird erreicht, daß in der Nähe der für die Auswertung wichtigen Impulse keine Störimpulse auftreten, die das Ergebnis verfälschen könnten.

Die erfindungsgemäße mehrstufige Ultraschallsonde ist als geschlossenes Bauelement mit zwei definierten Reflexionsebenen ausgestattet und zum Anschluß an einen Durchflußregler für Flüssigkeiten geeignet, der speziell die Aufgabe hat, die Flüssigkeitsströmung mit den bekannten Steuermitteln, Ventilen und Schiebern in den Rohrleitungen stufenweise zu regeln bzw. abzuschalten. Die Sonde ist dabei in der Lage, festzustellen, ob der Flüssigkeitsstand eine vorgegebene Höhe erreicht hat oder nicht.

Nach der Erfindung wird für die Erkennung zweier Flüssigkeitsspiegel nur eine einzige Sonde verwandt, die an einen einzigen Signalwandler, z. B. ein Piezokristall, angeschlossen ist. Dies wird durch die sinnvoll gestaffelte Konstruktion der Stufenabschnitte in Verbindung mit den Reflektorplatten erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sowohl der erste als auch der zweite Stufenteil kegelstumpfförmig ausgebildet und koaxial untereinander angeordnet, wobei die erste Reflektorplatte den zweiten, tiefer angeordneten Stufenteil umschließt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Stufenteile aus einem einzigen kegelstumpfförmigen Stück gebildet, welches mit halbkreisförmigen Aussparungen versehen ist. Diese Aussparungen sind diametral zueinander in einem ersten

ίο und zweiten Abstand vom Schallkopf so angeordnet, daß die untere Oberfläche jeder Aussparung als Reflexionsfläche für Ultraschallwellen wirkt, wenn die Flüssigkeit diese Aussparungen ausfüllt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweistufigen Ultraschallsonde teilweise im Schnitt, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultra-schallsonde,

Fig. 3a, 3b und 3c Impulsdiagramme, welche die vom Wandler im Schallkopf der Sonde gemäß F i g. 1 empfangenen Signale darstellen,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines elektrischen Schaltkreises, der in Verbindung mit den Sonden gemäß der F i g. 1 und 2 benutzt werden kann. Die in F i g. 1 dargestellte Sonde ist aus Aluminium, Duraluminium oder einem gleichartigen Werkstoff gebildet und besteht aus einer relativ dünnen zylindrischen Scheibe 1, einem ersten im wesentlichen kegelstumpfförmigen Stufenteil 2 und einem zweiten im wesentlichen kegelstumpfförmigen Stufenteil 3.

Diese drei Teile sind aus einem Stück hergestellt. Ein zylindrischer Schallkopf 4, in welchen eine Platte 5 aus piezoelektrischem Material, wie Bleizirkonat, Quarz, Bariumtitanat, Seignettesalz oder Ammoniumdihydrogenphosphat, eingesetzt ist, ist mit der ebenen oberen Fläche der Scheibe 1 verbunden und dient als Ultraschallwandler.

Der erste Stufenteil 2 besitzt eine ebene untere Fläche 6 von ringförmiger Gestalt. Unterhalb der Fläche 6 ist eine ringförmige Reflektorplatte 7 aus Aluminium oder Stahl vorgesehen, die eine ebene obere Fläche 8 besitzt, welche parallel zur Fläche 6 verläuft. Die Reflektorplatte 7 ist so in die Abstandhalter 9 eingebaut, daß sie den zweiten Stufenteil 3 umgibt. Die öffnung des Ringes ist genügend groß ausgebildet, so daß die Reflektorplatte über den Boden des zweiten

Stufenteils geschoben werden kann. ^;

Unterhalb der unteren Fläche 11 des zweiten

Stufenteils 3 ist eine zweite kreisförmige Platte 10 angeordnet. Die Platte besitzt eine ebene obere Fläche 12, welche parallel zur Fläche 11 verläuft, und wird durch die Abstandhalter 9 festgehalten.

Die örtliche Anordnung der Reflektorplatten 7 und 10 und die Dimensionen der kegelstumpfförmigen Stufen sind für einen befriedigenden Betrieb der Sonde von großer Bedeutung. Wie in F i g. 1 eingezeichnet, beträgt der Abstand zwischen der Fläche 6 und der Fläche 8 der Reflektorplatte 7 d_x, der Abstand zwischen der Fläche 11 und Fläche 12 der Reflektorplatte 10 d₂ und der Abstand zwischen den Flächen 6 und 11, d. h.

die Höhe des zweiten Stufenteils, d₃. Für einen befriedigenden Betrieb muß das Verhältnis von Abstand d_x zum Abstand J₃ kleiner sein als das Verhältnis von Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, deren Niveau-

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höhe erfaßt werden soll, zur Schallgeschwindigkeit im gen 24 und 28 mit Flüssigkeit gefüllt sind. Die Dicke t Sondenwerkstoff. In einer bevorzugten Anordnung _{χ d h fe} ^ _{{ w} (Zn-I)-X

ist das Verhältnis d-^.d^ gleich 0,134 gemacht. Diese ⁶ 4 ⁶

Sonde eignet sich für die Benutzung mit flüssigen macht werden, wobei η eine ganze Zahl und λ die Kohlenwasserstoff-Brennstoffen, und es wird gezeigt, 5 Wellenlänge der Ultraschallwellen bedeuten, so daß daß dieser Wert kleiner als das Verhältnis von eine vollständige Fehlanpassung an den Flächen 27 Schallgeschwindigkeit in flüssigem Kohlenwasserstoff und 29 gegeben ist, woraus ein hoher Reflexionsgrad zur Schallgeschwindigkeit in Aluminium ist, welches resultiert. Die Höhe der Aussparung 25 ist unbe-Verhältnis größer als 0,157 ist. Wenn diese Beziehung deutend, und gewünschtenfalls kann die ganze Hälfte nicht erfüllt ist, dann werden Signale von den Reflek- io des Kegels unterhalb der Platte 26 weggeschnitten torplatten mit anderen Signalen verwechselt. werden. Darüber hinaus sollte zur Vermeidung von

Die Seiten der beiden Stufenteile 2 und 3 sind vor- Interferenzen zwischen den verschiedenen reflektierten zugsweise um einen Winkel von etwa 3° zur Vertikalen und vom Wandlerkopf 22 wiederempfangenen Wellen geneigt (Fig. 1). Durch diese konische Form wird der Abstand zwischen dem piezoelektrischen Werkstoff das Auftreten von Impulsschwänzen reduziert, die von 15 23 und den Reflexionsflächen 30 und 31, der mit nl der teilweisen Umwandlung von Ultraschallenergie in und ml bezeichnet ist, ein ganzzahliges Vielfaches der Querwellen herrühren. Die beiden Kegel besitzen an Länge 1 des oberen Teils 20 betragen,
ihren unteren Enden wegen der leichteren Bearbeitung . Der obere Teil 20 ist ebenfalls mit zwei Aussparunzylindrische Form. Damit die vom piezoelektrischen gen 32 versehen, welche um den ganzen Umfang des Material 5 abgegebene Ultraschallenergie im wesent- 20 Teils 20 verlaufen und zur Aufnahme von nicht dargeliehen gleichmäßig auf die beiden Stufen 2 und 3 ver- stellten Halteeinrichtungen dienen, um die Sonde oberteilt wird, ist das Flächenverhältnis von ringförmiger halb und dann in der Flüssigkeit zu halten. Der Fläche 6 der ersten Stufe 2 zur Kreisfläche, welche den Hauptvorteil des zweiten Ausführungsbeispiels beKopf der zweiten Stufe 3 besitzt, in der Größenordnung steht darin, daß die Sonde einfacher herzustellen und von 3:1 gehalten. 25 zu bearbeiten ist und die Anordnung von Platten und

- Die in F i g. 2 dargestellte Sonde besteht aus Abstandhaltern gemäß dem ersten Ausführungsbeieinem zylindrischen oberen Teil 20 und einem kegel- spiel nicht erfordert.

stumpfförmigen Teil 21, die aus einem Stück gebildet Beide Ausführungen verhalten sich gleichartig im

sind. Der Querschnitt des Teils 21 nimmt mit dem Betrieb. Die Sonde wird in eine Kammer eingesetzt, Abstand vom Teil 20 zu. Als Ultraschallwandler ist 30 welche mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise in einen zylindrischen Kopfteil 22 eine Scheibe 23 Petroleum, gefüllt wird. Ein Impulsgenerator, der bei aus piezoelektrischem Werkstoff eingesetzt. Der Kopf- einer Wiederholungsfrequenz von 200 Hz betrieben teil 22 ist mit der ebenen Oberfläche am Kopfende des wird, wirkt auf einen Geber ein, der den piezoelekoberen Sondenteils 20 verbunden. irischen Werkstoff zur Emission periodischer Ultra-

Der kegelstumpfförmige Teil 21 ist mit drei halb- 35 schallsignale erregt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel sich kreisförmigen Aussparungen oder Einkerbungen ver- unterhalb des Bodens der Sonde befindet, dann sehen. Zwei dieser Aussparungen 24 und 25 sind auf werden diese Signale von den Bodenflächen 6 und 11 einem Teilstück der Kegellänge und direkt überein- (F i g. 1) oder 30 und 31 (F i g. 2) der beiden ander angeordnet, so daß eine halbkreisförmige Stufen zurück zum piezoelektrischen Werkstoff re-Platte 26 der Dicke t zwischen ihnen entsteht. Die 40 flektiert.

Platte 26 bildet einen Reflexionskörper für Ultraschall- . Der Betrieb einer Sonde, wie sie in F i g. 1 dargewellen, wenn die Aussparung 24 mit Flüssigkeit ge- stellt ist, wird nachfolgend mit Bezug auf die F i g. 3 a füllt ist. Die dritte Aussparung 28 ist in der Nähe des bis 3 c beschrieben. In den Impulsdiagrammen sind Bodens des Kegels 21 gelegen, und zwar diametral oberhalb der Signalspitzen die Bezugsziffern der entgegengesetzt zu den anderen beiden Aussparungen 45 Flächen angegeben, von denen die Wellen reflektiert 24 und 25. Der Teil 33 unterhalb der Bodenoberfläche wurden. In F i g. 3 a ist der Impulsverlauf dargestellt, 29 der Aussparung 28 wirkt ebenfalls als Reflexions- welcher erhalten wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel körper für Ultraschallwellen, wenn diese Aussparung unterhalb der Sonde liegt. Keiner der beiden Zwischenmit Flüssigkeit gefüllt ist und gleichfalls von der räume d_x und d₂ ist dann mit Flüssigkeit gefüllt, und Dicke t ist. 50 die Wellen können daher nicht die Reflektorplatten 7

Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform sind und 10 erreichen. Wenn der Flüssigkeitsspiegel auch hier die Dimensionen und die Abstände der Aus- steigt, dann wird zuerst der Zwischenraum d₂ gefüllt, sparungen von großer Wichtigkeit für einen befriedi- und man erhält den in Fig. 3b dargestellten Imgenden Betrieb der Sonde. Die Höhe der Aussparung pulsverlauf. Schließlich wird der in Fig. 3c darge-24, welche mit ά_Ύ bezeichnet ist, entspricht dem Ab- 55 stellte Impulsverlauf erhalten, wenn der Zwischenraum stand zwischen den Flächen 6 und 8 in Fig. 1. d_x mit Flüssigkeit gefüllt ist.

Analogerweise entsprechen die mit d₂ bezeichneten Die Sonde eignet sich daher ganz besonders zur

Höhen der Aussparung 28 und der mit J₃ bezeichnete Benutzung in einem Flüssigkeitsdurchflußregler, in Abstand zwischen der oberen Fläche 30 der Aus- welchem Regeleinrichtungen für den Flüssigkeitssparung 24 und der oberen Fläche der Aussparung 28 60 durchfluß vorgesehen sind, die nach Empfang von den in F i g. 1 eingezeichneten Abständen. Signalen von den beiden Reflektorplatten her betätigt

Folglich muß das gleiche Verhältnis bestehen, d. h., werden. Das Signal von der unteren Platte 10 kann zum das Verhältnis ά_τ:ά_ζ muß kleiner als das Verhältnis Abschalten eines Grobeinstellventils und das Signal von Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit zur Schall- von der oberen Platte 7 zum Abschalten eines Feingeschwindigkeit im Sondenwerkstoff sein. Die Dicke t 65 einstellventils benutzt werden. Andererseits können die der Platten ist ebenfalls für einen befriedigenden Signale von den beiden Platten auch dazu verwendet Betrieb kritisch, da sie wirksame Reflexionskörper für werden, um einen Strömungsregler zunächst teilweise die Schallwellen bilden müssen, wenn die Aussparun- und dann vollständig zu schließen. In beiden Fällen

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wird ein schnelles und einwandfreies Abschalten er- eigenen Betrieb. Die durch den Generator 47 ausgezielt, ohne daß ein Flüssigkeitsstoßen eintritt. lösten Impulse werden durch den Schaltkreis über-

In Fig. 3a wird ein Ultraschallsignal vom piezo- wacht, bevor sie einem Alarmkreis zugeführt werden,

elektrischen Werkstoff 5 zum Zeitpunkt Null emittiert. Wenn ein Signal nicht oder falsch erfaßt wird, bei-

Die Reflexion von der Fläche 6 wird 60 MikroSekunden 5 spielsweise durch sein Nichtauf treten oder durch sein

später erfaßt. Als nächstes wird ein von der Basis 11 Auftreten zur falschen Zeit, dann spricht der Alarm-

des zweiten Stufenteils 3 reflektiertes Signal empfangen, kreis 48 an und gibt ein Warnsignal,

welchem gedämpfte Signale von den beiden Flächen 11 Auf Grund dessen, daß zwei Flüssigkeitstore 45, 46

und 6 folgen. vorhanden sind, werden auch zwei verzögerte Flüssig-

Wie aus Fig. 3b zu entnehmen ist, werden die io keits-Impulsgeneratoren 49 und 50 benötigt. Die Signale von den beiden Basisflächen 11 und 6 der Signale vom Generator 47 lösen bei den beiden beiden Stufenteile zuerst empfangen. Ihnen folgt nach Flüssigkeits-Impulsgeneratoren 49, 50 Begrenzungsweiteren wenigen MikroSekunden, je nach Art und impulse aus, welche den Zeitraum überdecken, wäh-Temperatur der Flüssigkeit, ein von der Fläche 12 renddessen Signale von den betreffenden Reflexionsder Reflektorplatte 10 reflektiertes Signal. Danach 15 flächen oder Reflektorplatten ankommen können, werden die gedämpften Signale von diesen drei Flächen herrührend von den verschiedenen Flüssigkeiten oder aufeinanderfolgend empfangen. Temperaturänderungen. Die Ausgänge der betreffen-

In Fig. 3c sind die Signale noch eingetragen, die den Generatoren sind mit einem Eingang der durch die Anfangsreflexion und die gedämpfte Re- Flüssigkeitstore 45, 46 verbunden, die anderen Torflexion von der Fläche 8 der Reflektorplatte 7 erzeugt 20 eingänge sind mit dem nichtlinearen Kreis 43 verwerden, wenn der Zwischenraum d₁ ebenfalls mit bunden. Von den Flüssigkeitstoren werden die Signale Flüssigkeit gefüllt ist. einem Alarmkreis 48 und zwei weiteren Begrenzungs-

Diese Diagramme zeigen nur das erste gedämpfte kreisen zugeführt, einem Abstelltor 51 und einem Signal von jeder Reflexionsfläche; die nachfolgenden Überlauf- oder Abstelltor 52. Beide Tore sind gegedämpften Signale gelten als vernachlässigbar. Wei- 25 eignet, Flüssigkeitsdurchflußregeleinrichtungen zu beterhin ist zu bemerken, daß die relativen Lagen der tätigen. Das Überlauftor ist außerdem noch mit einer Impulse in bezug auf die Zeit nicht genau dargestellt Überlaufalarmeinrichtung 53 verbunden. Beide Tore sind, da diese sich in Abhängigkeit von der Aus- können auch so ausgebildet sein, daß gewünschtenfalls bildung der Sonde und von den Betriebsbedingungen der Flüssigkeitsfluß erneuert wird. Ein Eingang der ändern. 30 beiden Tore ist jeweils über eine Doppelstufe A und ein

Im Fall der in Fig. 2 dargestellten Sonde ent- Impulsdehnungsglied 54 mit dem Impulsgenerator 47 halten die Impulsdiagramme auch noch von der unteren verbunden, wobei das Impulsdehnungsglied ein Tor-Fläche des oberen zylindrischen Teils 20 reflektierte verzögerungsnetz und ein Torgeneratornetz enthält.
Signale, jedoch entsprechen die empfangenen Impulse Die Schaltungsanordnung ist so getroffen, daß jeder im übrigen denen, wie sie in den F i g. 3 a bis 3 c dar- 35 Begrenzungskreis nur die erwarteten Signale zur ergestellt sind. warteten Zeit hindurchläßt. Jede Abweichung von

In Fig. 4 ist ein Schaltkreis für eine einstufige diesem Verlauf, ob sie nun durch eine Fehlleistung des

Sonde dargestellt, wobei die für eine zweistufige Instruments oder durch zusätzliche Signale von den

Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung notwendigen Reflektorplatten oder -oberflächen hervorgerufen wird,

Komponenten hinzugefügt sind. Daher wird der 40 wird sofort erfaßt. Sobald eine Abweichung in irgend-

Schaltkreis nur kurz beschrieben, wobei besonders die einem Teil des Schaltkreises erfaßt wird, wird

zusätzlichen Komponenten hervorgehoben werden. diese schnellstens zum Alarmkreis 48 oder zu der

Die über die Leitung 40 vom piezoelektrischen Werk- Überlaufalarmeinrichtung 53 geleitet, je nachdem,

stoff erhaltenen Signale werden in einem Verstärker 41 was zuständig ist, und eine zweckmäßige Maßnahme

verstärkt und dann sowohl einem linearen Kreis 42 45 getroffen.

als auch einem nichtlinearen Kreis 43 zugeführt. Vom Die Anordnung ist besonders zur Benutzung in einer linearen Kreis 42 werden die Impulse in einem Sondenreihe, beispielsweise von vier Sonden, geeignet, Begrenzungskreis 44 eingespeist, der nachstehend als wovon jede einer verschiedenen Flüssigkeitsströmung Metalltor bezeichnet wird. Vom nichtlinearen Kreis 43 zugeordnet ist. In einem solchen Fall werden Relaiswerden die Impulse in zwei parallelgeschaltete Be- 50 sätze benutzt, um die notwendigen Schaltoperationen grenzungskreise 45 und 46 eingespeist, welche nach- zwischen den Sonden zu besorgen. Der Flüssigkeitsstehend als Flüssigkeitstore bezeichnet werden. Jedes prüfimpulsgenerator 55 ist mit vier Prüfverzögerungs-Flüssigkeitstor 45, 46 wirkt zusammen mit den kreisen ausgerüstet, welche zwischen seinen Eingang Signalen, welche durch einen der mit Flüssigkeit und die Ausgänge zweier Doppelstufen .S₁ und B₂ gefüllten Zwischenräume der Weite ^₁ und d₂ hindurch 55 geschaltet sind. Diese vier Verzögerungskreise sind reflektiert wurden. ■ zeitlich so eingestellt, daß sie die Vorderkante und die

Um Zuverlässigkeit zu sichern, überprüft das Hinterkante der Abschalttor- und Überlauftorzeit-

Instrument kontinuierlich und automatisch seinen abschnitte markieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Mehrstufige Ultraschallsonde zum Nachweis vorbestimmter Flüssigkeitsspiegel mit einem Kopfstück, in dem eine Ultraschallwellen-Sende-und-Empfangseinrichtung untergebracht ist, und mit mehreren hintereinanderliegenden, Reflexionen erzeugenden Stufenabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ultraschallwellen übertragenden Stufenabschnitte (2, 3; 21) jeweils in vom Kopfstück entfernt liegenden Basisflächen (6, 11; 30, 31) enden, daß im Abstand von jeder Basisfläche (6, 11; 30, 31), parallel zu dieser, jeweils eine Reflektorplatte (7, 10, 26, 33) angeordnet ist und daß das Verhältnis des Abstandes (ifj) zwischen der Basisfläche (6, 30) des ersten Stufenabschnittes und der ersten Reflektorplatte (7, 26) zum Abstand (d₃) zwischen der Basisfläche (6, 30) des ersten Stufenabschnittes (2) und der Basisfläche (11, 31) des zweiten Stufenabschnittes (3) kleiner ist als das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit zur Schallgeschwindigkeit im Material des zweiten Stufenabschnittes (3).

2. Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Stufenteil kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

3. Ultraschallsonde nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Stufenteil koaxial untereinander angeordnet sind und der Scheitelteil der zweiten Stufe in Berührung mit dem Basisteil der ersten Stufe steht.

4. Ultraschallsonde nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflektorplatte (T) den zweiten Stufenteil (3) umgibt.

5. Ultraschallsonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflektorplatte (7) als ringförmige Scheibe ausgebildet ist, deren Öffnung so groß ist, daß die Scheibe über die Basis des zweiten Stufenteils (3) geschoben werden kann.

6. Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Stufenteil aus den zwei Längshälften eines einzigen kegelstumpff örmigen Körpers (21) besteht.

7. Ultraschallsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Körper (21) eine erste Aussparung (24) und eine zweite Aussparung (28) aufweist, welche diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und wobei die erste Aussparung einen ersten Abstand (nl) und die zweite Aussparung einen zweiten Abstand (ml) vom Schallkopf (22) besitzt, so daß die unteren Flächen (27, 29) als Reflexionsflächen für die Ultraschallwellen wirken, wenn die Flüssigkeit die betreffenden Aussparungen ausfüllt.

8. Ultraschallsonde nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Körper (21) eine dritte Aussparung (25) unterhalb der dem Schallkopf (22) nächstgelegenen Aussparung (24) aufweist, so daß zwischen diesen beiden Aussparungen (24, 25) eine erste Reflektorplatte (26) entsteht, deren Dicke (t) so groß ist, daß eine vollständige Fehlanpassung der Wellen an der ersten flüssig/fest Berührungsfläche (27) vorliegt.

9. Ultraschallsonde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallkopf (22) einen piezoelek-. trischen Wandler (5, 23) enthält.

10. Ultraschallsonde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stufenteile aus Aluminium bestehen.