DE19643956A1

DE19643956A1 - Ultrasonic fluid level sensor for fluid in container

Info

Publication number: DE19643956A1
Application number: DE1996143956
Authority: DE
Inventors: Werner Krause; Horst-Meyer Santer Dr Zur; Hans-Joachim Muench
Original assignee: Sonotec Dr Zur Horst Meyer & M
Current assignee: Sonotec Dr Zur Horst Meyer & M
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-07

Abstract

The ultrasonic transducer (1) and the receiver (2) are fitted to the outer wall of the vessel with their acoustic axes at an angle other than 90 deg. e.g. 45 deg. to the vessel wall. This arrangement guarantees transmission of the transverse wave into the vessel. The transmitter and receiver are fitted either on the same side or on opposite sides of the vessel. They can be either angled probes or standard probes with wedge transducers. This geometry eliminated interfering echoes within the vessel wall and increases measurement accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Ultraschallwandlern zur Kontrolle des Füllstandes in mit Flüssigkeiten gefüllten Be hältern, insbesondere aus Metallen, Kunststoffen, Keramiken und dergleichen.The invention relates to an arrangement of ultrasonic transducers Checking the level in liquids filled containers hold, in particular from metals, plastics, ceramics and the like.

Die Kontrolle des Füllstandes in Behältern unter Ausnutzung des Ultraschall-Echo-Prinzips ist bereits Stand der Technik. Dazu werden übliche Anordnungen verwendet, die mit am Behälterboden angebrachten Ultraschallsonden bzw. Ultraschallwandlern arbeiten und die von der Oberfläche der Flüssigkeiten reflektierten Schallimpulse aufnehmen und auswerten (vgl. DE 40 25 326 A1, DE 32 41 033 A1).Checking the level in containers using the Ultrasonic echo principles are already state of the art. To usual arrangements are used with the bottom of the container attached ultrasonic probes or ultrasonic transducers work and those reflected from the surface of the liquids Record and evaluate sound impulses (cf. DE 40 25 326 A1, DE 32 41 033 A1).

Bekannt sind auch Anordnungen mit in die Flüssigkeit eintauchen den Ultraschallsonden, z. B. gemäß DE 39 12 783 A1.Arrangements with immersing in the liquid are also known the ultrasound probes, e.g. B. according to DE 39 12 783 A1.

Weiterhin werden auch Anordnungen mit einer Ultraschallsonde ver wendet, die nach der Impuls-Echo-Methode betrieben werden und dabei das Rückwandecho auswerten (vgl. DE G 94 04 027.3). Dabei muß die Sonde so ausgerichtet werden, daß die akustische Achse des Schallbündels senkrecht zur Behälterwand steht.Furthermore, arrangements with an ultrasound probe are also used applies, which are operated according to the pulse-echo method and evaluate the back wall echo (cf. DE G 94 04 027.3). It must the probe be aligned so that the acoustic axis of the Sound beam is perpendicular to the container wall.

Ein entscheidender Nachteil dieser bekannten Anordnung sind die, insbesondere bei Metallbehältern, in der Behälterwand umlaufenden Störechos, die je nach Medium zeitlich mit dem gewünschtem Nutz echo zusammenfallen bzw. sich kaum von diesem unterscheiden. Diese störenden Umlaufechos treten auch bei den bereits erwähnten bekannten Anordnungen mit Ultraschall-Sender und Ultraschall-Em pfänger auf.A major disadvantage of this known arrangement is that especially in the case of metal containers, encircling the container wall False echoes, depending on the medium, with the desired use echo coincide or hardly differ from this. These disturbing circulating echoes also occur in those already mentioned known arrangements with ultrasound transmitter and ultrasound em catcher on.

Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, den Einfluß dieser Störechos zu minimieren. Aus der DE 84 12 269 U1 ist ein Reflexionen verhinderndes Hüllrohr für Ultraschallwandler be kannt. In der DE 38 12 293 C2 ist die Verwendung einer "Tor schaltung" nur für Empfangssignale der Sendefrequenz beschrieben. Bei einer aus der DE 33 37 990 A1 bekannten Methode soll eine Aus blendung bzw. ein Aussortieren der Störechos unter Berück sichtigung ihrer (vorher erfaßten) Laufzeit erfolgen. So far there has been no lack of attempts to influence these To minimize false echoes. From DE 84 12 269 U1 is a Reflection-preventing cladding tube for ultrasonic transducers knows. In DE 38 12 293 C2 the use of a "gate circuit "only described for reception signals of the transmission frequency. In a method known from DE 33 37 990 A1, an off glare or sorting out the false echoes under consideration their (previously recorded) term.

Allen letztgenannten Lösungen ist jedoch zu entnehmen, daß sie hinsichtlich Zeit und Apparatur sehr aufwendig sind.However, it can be seen from all of the latter solutions that they are very expensive in terms of time and equipment.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne wesent lichen zusätzlichen Aufwand den Störeinfluß der in der Behälter wand umlaufenden Echos zu beseitigen.It is therefore an object of the present invention without essential Lichen additional effort the interference in the container to eliminate all-round echoes.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch, daß ein als Sender arbeitender Ultraschallwandler 1 und ein als Empfangsein richtung wirkender Ultraschallwandler 2 am Behälter so angeordnet sind, daß ihre akustischen Achsen nicht senkrecht zur Behälter wand stehen und der Schallübergang gewährleistet wird.This object is achieved in accordance with claim 1 in that an ultrasonic transducer 1 functioning as a transmitter and an ultrasonic transducer 2 acting as a receiving device are arranged on the container in such a way that their acoustic axes are not perpendicular to the container wall and the sound transmission is ensured.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich gemäß Anspruch 2 durch das Anbringen von Ultraschallwandler 1 und Ultraschallwandler 2, die als Sender bzw. Empfangseinrichtung arbeiten, auf der gleichen Seite des Behälters.An advantageous embodiment of the invention results according to claim 2 by attaching ultrasonic transducer 1 and ultrasonic transducer 2 , which work as a transmitter or receiver, on the same side of the container.

Weitere Gegenstände der Erfindung sind die Gestaltung der Ultraschallwandler als Winkelsonden oder die Gestaltung üblicher Sonden mit Vorlaufkeilen.Further objects of the invention are the design of the Ultrasonic transducers as angle probes or the more common design Probes with lead wedges.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wurden vollkommen über raschend bei Füllstandskontrollen die Störechos, die in der Behälterwand umlaufen, nicht mehr erfaßt. Geeignet ist die An ordnung für Behälter und für Rohrleitungen, auch geringeren Durchmessers, sowohl im Impuls-Echo-Verfahren bzw. Burst-Ver fahren als auch im Continuous-wave-Betrieb.With the arrangement according to the invention were completely over the false echoes that occur in the Run around the container wall, no longer recorded. The An is suitable order for containers and for pipelines, also smaller ones Diameter, both in the pulse-echo method or burst ver drive as well as in continuous wave operation.

Vorteilhafterweise sind die erfindungsgemäßen Anordnungen auch für Füllstandskontrollen bei konstruktiv bedingten, geometrisch ungünstigen Behältern bzw. Rohrleitungen durch eine damit mög liche Ausnutzung von zusätzlich auftretenden Reflexionen an den Innenwänden, geeignet. The arrangements according to the invention are also advantageous for level checks in case of design-related, geometric unfavorable containers or pipes through a possible Liche exploitation of additional reflections at the Interior walls, suitable.

Einsatzgebiete sind neben der Füllstandskontrolle auch sogenannte Naß-/Trockenmeldungen und die Erfassung von Fremdkörpern, Luft- und Gasblasen sowie von Feststoffen.Areas of application include so-called level control Wet / dry reports and the detection of foreign bodies, Air and gas bubbles as well as solids.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der als Sender bzw. oder als Empfangseinrichtung arbeitenden Ultraschallwandlern, wurde in einfacher Weise, ohne zusätzlichem Aufwand, erreicht, daß die Störechos nicht mehr erfaßt und damit die Genauigkeit der Meß aussagen erhöht wird. Bisher erforderliche nachfolgende auf wendige Auswertungen können entfallen.With the arrangement according to the invention as a transmitter or as Receiving device working ultrasound transducers, was in achieved in a simple manner, without additional effort, that the False echoes are no longer recorded and thus the accuracy of the measurement statements is increased. Subsequent so far required on agile evaluations can be omitted.

Weiterhin lassen sich auch Nachteile bisheriger Meßanordnungen, resultierend aus dem Nachschwingen der Ultraschallwandler sowie der sogenannten "Totzeit" von Ultraschallwandlern, ebenfalls minimieren.Furthermore, disadvantages of previous measuring arrangements, resulting from the reverberation of the ultrasonic transducers as well the so-called "dead time" of ultrasonic transducers, too minimize.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.In the following, the invention is illustrated by means of exemplary embodiments explained in connection with the drawings.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Anordnung von Ultraschallwandlern auf gegenüberliegenden Behälterseiten, Fig. 1 shows an arrangement of ultrasonic transducers on opposite container sides,

Fig. 2 eine Anordnung von Ultraschallwandlern auf der gleichen Behälterseite. Fig. 2 shows an arrangement of ultrasonic transducers on the same container side.

example 1

An einem Edelstahlbehälter mit einem Innendurchmesser von 1000 mm, gefüllt mit Äthanol, wurde ein Ultraschall-Sender 1 in Form einer Winkelsonde so angebracht, daß im Stahlmantel des Behälters Transversalwellen im Winkel von 45 Grad erzeugt werden, die von einem an der gegenüberliegenden Behälterwand angebrachten Ultra schall-Empfänger 2, in Form einer Winkelsonde, detektiert und umgesetzt werden.On a stainless steel container with an inner diameter of 1000 mm, filled with ethanol, an ultrasonic transmitter 1 was attached in the form of an angle probe so that transverse waves are generated at an angle of 45 degrees in the steel jacket of the container, which is from an Ultra attached to the opposite container wall sound receiver 2 , in the form of an angle probe, can be detected and implemented.

Eine solche Anordnung ermöglichte eine eindeutige Kontrolle des Füllstandes von Äthanol in Behältern mit einer Genauigkeit von weniger als einem Millimeter.Such an arrangement allowed a clear control of the Level of ethanol in containers with an accuracy of less than a millimeter.

Vorteilhaft wirkte sich dabei aus, daß von der Ultraschall-Em pfangseinrichtung nur Signale detektiert wurden, die vom Füll stand abhängig waren. Damit entfiel eine aufwendige nachträgliche Auswertung.The fact that the ultrasound em pfangseinrichtung only signals were detected by the fill were dependent. This eliminates the need for an ex post process Evaluation.

Example 2

An einem verzinkten Stahlrohr mit 25 mm Innendurchmesser, von Brauchwasser durchflossen, wurde gemäß Fig. 2 ein Ultraschall-Sen der 1 so angebracht, daß von ihm ausgestrahlte Transversal wellen im Winkel von 45 Grad in die Rohrwand eintraten. Die von der Rohrrückwand reflektierten Schallimpulse wurden von einer auf der gleichen Behälterseite angebrachten Ultraschall-Empfangsein richtung 2 detektiert und umgesetzt. Für die Ultraschallwandler 1 und 2 wurden übliche Ultraschallsonden mit Kunststoff-Vorlauf keilen verwendet.On a galvanized steel pipe with 25 mm inner diameter, passed through by hot water, an ultrasonic Sen was shown in FIG. 2 of Figure 1 mounted so that light emitted from it transverse waves at an angle of 45 degrees in the tube wall entered. The sound pulses reflected from the rear wall of the pipe were detected and implemented by an ultrasound receiver 2 installed on the same side of the container. For the ultrasonic transducers 1 and 2 , conventional ultrasonic probes with plastic lead wedges were used.

Die Anordnung der Ultraschallwandler erfolgte im Abstand von einem Meter vor dem Ansaugstutzen einer üblichen Kreiselpumpe mit dem Ziel, die Lebensdauer dieser Pumpe zu erhöhen.The ultrasonic transducers were arranged at a distance of one meter before the intake manifold of a conventional centrifugal pump the goal of increasing the service life of this pump.

Bei einem versuchsweisen Durchlauf von mit Luft angereichertem Brauchwasser wurde der Schallweg unterbrochen und die Pumpe rechtzeitig abgeschaltet.In a trial run of air-enriched Industrial water, the sound path was interrupted and the pump switched off in time.

Das gleiche Ergebnis wurde bei einem weiteren Test mit durch Feststoffen stark verunreinigten Brauchwasser erzielt.The same result was followed by another test Solids heavily contaminated industrial water.

Claims

1. Arrangement for checking the level in liquid-filled containers with ultrasonic transducers, characterized in that a working as a transmitter ultrasonic transducer 1 and acting as a receiving ultrasonic transducer 2 are arranged on the container so that their acoustic axes are not perpendicular to the container wall and the sound transmission is guaranteed.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the ultrasonic transducer 1 and the ultrasonic transducer 2 are attached to the same side of the container.

3. Arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized in that the probes from the ultrasonic transducer 1 and ultrasonic transducer 2 are designed as angle probes.

4. Arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized records that the ultrasonic transducer usual probes with pre have wedges.