DE1943846A1

DE1943846A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Materials mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE1943846A1
Application number: DE19691943846
Authority: DE
Inventors: Pierre Hotias
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1968-09-06
Filing date: 1969-08-29
Publication date: 1970-03-12
Also published as: BE737356A; FR2017555A1; GB1227064A; LU56842A1

Description

DIPL.-ΙΝΘ. H. STEHMANN W hOrmkb» t

DfPL₁-PHYS. DR, K. SCHWEITZER

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TEtEGtAMMf-ADiESSE: STEHPATiMT TE IE X «-2JUS

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DEUTSCHE IANK AG. N08N»E«G Nt J+tH4 POSTSCHECKKONTO: NOtNIEKQ tTW\

Nürnberg, den 29.8.69 17/47

Centre National de Reeherches Metallurglques, Association sans but lucratif, 47* Rue Montoyer, Brüssel/Belgien

"Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Materials mittels Ultraschall"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Temperatur eines Materials mit Ultraschall, Insbesondere für Materialien mit hoher Temperatur.

Zahlreiche Meßverfahren für die Temperatur eines Materials mittels Ultraschall beruhen auf der Tatsache, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in einem Festkörper von der Temperatur dieses Materials abhängen. Die Partpflanzungsgeschwindigkeit wird aus der Zeit berechnet, die die ultraschallwellen oder ihre Echos benötigen um das Material zu durchqueren» Diese Öeschwittd;lgköit wird sodann in Temperatur umgerechnet, nach den Beziehungen,» die diese beiden Variablen für das entsprechende Material verbinde»*

Es wurde bereits die Verwendung einer Einrichtung vorgeschlagen, dies einen oder mehrere Ultra-öchjaitransduktoren enthalt, ein Verbindungsstück zwischen dem oder den Transduktoren und dem zu prüfenden Material um eine Kühlung des Transduktors sicherzustellen und eine Anpassung der akustischen Widerstände und Mittel, um das genannte Verbindungsstück fest an das Material zu pressen und dadurch einen trockenen Kontakt unter Druck zwischen diesen Elementen sicherzustellen»

OÖ9811/Ö440

Mit einer, derartigep. Einrichtung ist es möglich, durch Anlegen des oder der ÜXtra^chailtransduktaren auf das zu untersuchende Material, ultraschallwellen einzuleiten, und zu empfangen» die quer durch, das Material laufen, beispielsweise duncJa, einen Stahlblock ,von mehr als 1 ooo C und einer Dicke gröSter-als 2oo ram; Der ausgeübte Drück mulT etwa in der Gräßenordjiimg; von kg/mm sein und die Frequenz der Ultraschal !impulse miß ihbso niedriger sein, je höher die Temperatur des Materials und je grobkörniger seine Struktur ist.

Die Ultrasehallgeschwindigkeit kann in klassischer Art bestimmt; werden, indem die Durchlauf zeit der Ultraschallwellen und die Dicke des Materials in Beziehung gesetzt werden.,Die dabei erhaltenen Resultate sind sehr zufriedenstellend, nicht nur im Hinblick auf die Genauigkeit, sondern auch auf die Reproduzierbarkeit.

Allerdings 1st festzuhalten, daß die genaue Messung der Material-Stärke Im allgemeinen auf mechanische Art, durchgeführt wird, wodurch zusätzliche Handhabungen notwendig werden» sowie die Zugänglichkeit zweier gegenüberliegender Selten des Materials gegeben sein miß-»

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Meise die Temperatur eines. Materials mittels Ültrasehaili gemessen werden kann, wobei Jedoch.'die mechanische Messung der Dicke des Materials unnotwendig werden soll.

Diese. Aufgabe wird durch, die Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß unter Druck mittels eines Verbmdungsstüelces mindestens zwei Ultraschalltransduktoren gegen das asu untersuchende Material gepreßt werden, daß d;ie Transduktoren neb&uelnander .,angeordnet sind, daß mit einem der beiden iransduktoren .longitudinale, Wellen und mittels des zweiten Transduktor)? transversal^ Wellen ausgesandt werfen, #ai di% Laufzeit der longitudinalfn.und, der ..transversalen feilen gemesseii wird, daß der Quotient dieser Eel ten gebildet s*i3?*i» wobei öieser

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Quotient repräsentativ ist für die mittlere Temperatur des Materials und daß der Wert dieses Quotienten in Temperaturgrade umgerechnet wird, entsprechend der diese beiden Größen für das zu untersuchende Material verbindenden Gleichung.

Dabei soll, wie bereits oben ausgeführt, der auf das Verbindungsstück ausgeübte Druck in der Größenordnung von kg/mm sein.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die longitudinalen und die transversalen Wellen in vorteilhafter Weise mit gleicher Resonanzfrequenz ausgesandt. ''" '

Die vorliegende Erfindung betrifft in gleicher Weise eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß mindestens zwei Ultraschalltransduktoren nebeneinander angeordnet sind, wobei der eine zur Ausstrahlung longitudinaler Wellen dient, während der zweite transversale Wellen abstrahlt; daß mindestens ein Verbindungsstück vorgesehen ist, welches zwischen Jeden Ultraschalltransduktor und dem zu prüfenden Material zwischengeschaltet wird, um die akustischen Impedanzen anzupassen und die Transduktoren auf Umgebungstemperatur zu halten; daß Mittel vorgesehen sind, um das Verbindungsstück an das Material anzupressen und einen trockenen Kontakt zwischen diesen Elementen herzustellen; daß Mittel vorgesehen sind zur Messung der Lauf zelt der genannten longitudinalen und transversalen Wellen in dem Material, und daß schließlich Mittel vorgesehen sind zur Bestimmung des Quotienten dieser beiden Zeiten und zum Umrechnen des Wertes dieses Quotienten in Temperaturen.

Wenn mit Reflexion der Ultraschallwellen an dem genannten Material dessen Temperatur zu messen ist, gearbeitet wird, sind Ultraschallsender und Empfänger kombiniert in einer einzigen Einrichtung untergebracht und befinden sich auf derselben Seite des genannten Materials. Wird mit Durchstrahlung gearbeitet,

009811/0449 .4.

dann befinden sich Sender und Empfänger in getrennten Einrichtungen, die auf zwei Seiten des genannten Materials angeordnet sind.

Unter der Voraussetzung, daß mit Reflexion gearbeitet wird, können folgende Beziehungen noch nützlich sein: Es sei

1 = Dicke des zu prüfenden Materials v^ = Geschwindigkeit der longitudinalen Wellen in

dem Material v. Geschwindigkeit der transversalen Wellen in

diesem Material t = Dauer des Hin- und Rücklaufs der lengitudlnalen Wellen

t¹ = Dauer des Hin- und Rücklaufs der transversalen Wellen.

Wenn man weiter voraussetzt, daß der Weg der beladen typen dieselbe Länge aufweist, kanji geschrieben werd;en:

2-1: m- ^

mmmm

^ als Funktion

BAD ORIQftiAL

bestimmt und wenn die Beziehung v,/v_t = f (O) eindeutig verläuft, kann für jede Temperatur O ein bestimmtes Verhältnis ν,/v. festgesetzt werden.

Unter industriellen Bedingungen wird die mittlere innere Temperatur eines vorgewalzten Blocks beispielsweise praktisch unmittelbar nach Anlegen der beiden Arten von Ultraschalltransduktoren unter Druck auf eine einzige Fläche des Blocks erhalten. Nachdem die Beziehung v,/^v _t = f (°) für eine spezielle, zu messende Stahlart mittels einer Probe im Laboratorium ermittelt ist, kann sofort die mittlere innere Temperatur des Blocks aus den Ultraschallwegen bestimmt werden.

Durch die vorliegende Erfindung wird die Notwendigkeit einer zusätzlichen mechanischen Messung der Dicke vermieden und es wird auch kein Zugang zu zwei gegenüberliegenden Seiten des Materials benötigt.

Um eine Erhitzung der Ultraschalltransduktoren zu vermelden, ist das Verbindungsstück, das einerseits mit dem zu messenden Material in Verbindung steht und andererseits mit den Ultraschalltransduktoren, mit einem Kühlsystem versehen, beispielsweise zur Zirkulation eines Kühlmediums wie Wasser oder Luft.

In den Fällen, wo mit der Reflexion der Ultraschallwellen auf dem zu prüfenden Material gearbeitet wird, wird die Länge des Verbindungsstückes so gewählt, daß das Echo vom Boden des Materials vor deiozweiten Eingangsecho in das genannte Material empfangen wird.

In dem Fall« daß mit der Reflexion der Ultraschallwellen auf dem zu prüfenden Material gearbeitet wird, ist das Verbindungsstück: auf seine ganze Länge mit einem Außengewinde versehen, wodurch der Empfang von parasitären Refleeionsechos von, den Wänden dieses Stückes vermieden wird, während der Zeit zwischen dem Eepfang des Eingangsechos in das Material und dem Bodenecho dieses Materials. ··■ . ,.· -, ..-,>-■■■ ■ ■ --■-

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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Merkmale oder Maßnahmen beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Unter- und Teilkombinationen der beschriebenen Merkmale bzw. Maßnahmen.

- Ansprüche -

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ORIGtNAiJNSPEOTED

Claims

Ansprüche

1,) Verfahren zum Messen der Temperatur eines Materials mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß unter Druck mit Hilfe eines Verbindungsstückes mindestens zwei Ultraschalltransduktoren gegen das Material gepreßt werden, daß die beiden Transduktoren nebeneinander angeordnet sind, daß mit Hilfe des einen der beiden Transduktoren longitudinale Schallwellen und mit Hilfe des anderen Transduktors transversale Schallwellen ausgesendet werden, daß die Laufzeiten der longitudinal en und transversalen Wellen im Material gemessen werden, daß der Quotien der einen Laufzeil; durch die andere Laufzeit gebildet wird, wobei dieser Quotient repräsentativ für die mittlere Temperatur des Materials ist, und daß der Wert dieses Quotienten in Temperatur umgerechnet wird,naeh der diese beiden Größen für das zu messende Material verbindenden Beziehung.
2. Verfahren nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß die longitudinalen und transversalen Wellen mit der gleichen Resonanzfrequenz ausgesendet werden.
3. Einrichtung sair Durchführung des Verfahrens nach Anspruch oder 2, refcennzelichnet durch;

a) odndestens zwei nebeneinander angeordneten Ultraschall-

wobei der eine longitudinale Wellen aus-

straUUt und der andere transversale Hellen;

b) Mindestens ein Verbindungsstück, welches zwischen jeden Ultraschalltransduktor und dem zu prüfenden Material eingeschaltet wird, zur Anpassung der akustischen Impedanzen und um die Transduktoren auf Raumtemperatur zu halten;

c) Mitefcei zsm Anpressen des Verbinditingssfeilckes auf das Material üb einen trockenen Kontakt unter Druck zwischen diesen Elementen herzustellen;

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d) Mittel zum Messen der Laufzeiten der longitudinalen und transversalen Wellen in dem Material; und

e) Mittel zum Berechnen des Quotienten dieser beiden Zeiten und zur Umrechnung des Wertes dieses Quotienten in Temperatur.

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