DE19725012C1 - Verfahren zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten, einschließlich hochviskoser teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung eines akustischen Übertragungssystems mit wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten, einschließlich hochviskoser teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung eines akustischen Übertragungssystems mit wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen physikalischer oder technischer Größen
von Flüssigkeiten, einschließlich hochviskoser, teigiger oder pastöser Medien, unter
Verwendung eines akustischen Übertragungssystems (Sender-Meßstrecke-Empfänger) mit
wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke, die mit dem zu
vermessenden Medium zumindest teilweise in Kontakt bringbar ist. Darüber hinaus wird eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
Konventionelle Methoden zur Viskositätsmessung erfordern in der Regel die Entnahme einer
Probenmenge, die in einer separaten Meßvorrichtung getestet wird. Gebräuchlich sind
insbesondere Rotationsviskosimeter und Kugelfallviskosimeter sowie Kapillarviskosimeter,
die das Schergefälle in der Flüssigkeit aufgrund der Relativbewegung von wenigstens einer
Festkörperoberfläche zur Flüssigkeit ausnutzen. Von Nachteil bei diesen Methoden ist
jedoch, daß sie sich nicht in einen technischen Verfahrensprozeß integrieren lassen, so daß
große Aufwendungen für eine korrekte Messung betrieben werden müssen. Messungen an
Produkten, deren Eigenschaften einer schnellen zeitlichen Veränderung unterliegen oder
deren Eigenschaften leicht durch die Probenentnahme oder den Probentransport gestört
werden können, sind besonders schwierig und oft mit Fehlern behaftet.
Ein Viskositätssensor, der sich für Online-Messungen eignet, wird in EP 0 527 176 B1
beschrieben. Er besteht aus einem zylindrischen Grundkörper piezoelektrischen Materials,
der mit einer Wechselspannungsquelle in Verbindung steht und zu Torsionsschwingungen
im Ultraschallbereich (20 ... 100 kHz) angeregt wird. Die Schwingungseigenschaften (z. B.
Frequenz) des Grundkörpers werden von der angrenzenden Flüssigkeit verändert und in
entsprechend veränderte elektrische Signale gewandelt. Durch Auswertung dieser Signale
kann auf die Viskosität geschlossen werden. Diese technische Lösung stellt jedoch hohe
Anforderungen an das Material des Grundkörpers und erfordert große Aufwendungen bei
der Herstellung geeigneter Materialien und der geometrischen Gestaltung des
Grundkörpers.
Darüber hinaus sind aus der wissenschaftlichen und Patentliteratur verschiedene akustische
Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sich unter Verwendung von Oberflächenwellen
zur Messung physikalischer und/oder technischer Größen von Flüssigkeiten eignen. Ihnen
ist gemeinsam, daß sie im allgemeinen auf spezielle Materialien (zumeist piezoelektrisches
Material, bei dem Sender, Meßstrecke und Empfänger ein einheitliches körperliches Gebilde
darstellen) für das Substrat der Meßstrecke eingeschränkt und/oder auf definierte
geometrische Bedingungen (dünne Platten) für die Sensorfläche angewiesen sind. Daraus
ergeben sich Nachteile für die Anpassungsfähigkeit der vorgeschlagenen Lösungen
hinsichtlich ihrer Anpaßbarkeit an gegebene technische Bedingung (z. B. Temperatur,
Aggressivität des zu messenden Mediums, konstruktive Parameter, Material der
Übertragungsstrecke u. a.)
Durch J. Kondoh, K. Saito, S. Shiokawa, H. Suzuki; Multichannel Shear-Horizontal Surface
Acustic Wave Microsensor for Liquid Characterization; 1995 IEEE Ultrasonics Symposium,
pp 445-449; ist die Verwendung von Scher-Oberflächenwellen (SH-SAW ⇒ SHEAR
HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE) zur Ermittlung von Stoffeigenschaften in
Flüssigkeiten bekannt. Es handelt sich hierbei um eine spezielle Art von Oberflächenwellen,
die sich durch Teilchenauslenkungen allein parallel zur wellenführenden
Festkörperoberfläche und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung auszeichnet. D. h., es treten
keine Auslenkungskomponenten der Teilchen senkrecht zur Oberfläche auf. Auch dieser
Wellentyp erfordet den Einsatz eines piezoelektrischen Materials (z. B. LiTaO3), wobei die
wellenführende Festkörperoberfläche von einem speziellen Kristallschnitt gebildet werden
muß.
R. M. White; Silicon Based Ultrasonic Microsensors and Mikropumps; Integrated
Ferroelectrics, 1995, vol. 7, pp. 353-358; beschreibt eine Methode zur Messung der
Viskosität unter Verwendung von Plattenschwingungen einer nur wenige Mikrometer dünnen
Membran auf Siliziumbasis. Derartige Membranstrukturen sind jedoch insbesondere
gegenüber mechanischen Belastungen sehr empfindlich. Plattenschwingungen zeichen sich
zum einen durch Teilchenbewegungen parallel zur Oberfläche in Ausbreitungsrichtung und
zum anderen durch Teilchenbewegungen senkrecht zur Oberfläche aus. Für die
Viskositätmessung ist jedoch nur die erste der genannten Teilchenbewegungen nutzbar.
Aus JP 09145692 A ist ein Wassertropfensensor für Windschutzscheiben und Seitenspiegel
von Kraftfahrzeugen oder dergleichen bekannt. Er besteht im wesentlichen aus einem
Oberflächenwellen erzeugenden Element (Sender) und einem dazu beabstandeten, auf der
Oberfläche des zu überwachenden Körpers angeordneten Oberflächenwellen
empfangenden Element (Empfänger). Sobald Wassertropfen in den Ausbreitungsbereich der
Oberflächenwellen zwischen Sender und Empfänger gelangen kommt es zur Streuung der
Oberflächenwellen und zur Absorption eines Teils der Wellenenergie. Mittels eines
elektronischen Schaltkreises kann eine Auswertung der Dämpfung des Signals
vorgenommen werden. Dadurch soll es möglich sein, einen Scheibenwischer in
Abhängigkeit der auf einer Windschutzscheibe befindlichen Wassermenge zu steuern.
Der beschriebene Tropfensensor kann im wesentlichen nur als Schalter eingesetzt werden,
der aufgrund der Erkennung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Wasser vorgesehene
Reaktionen auslöst bzw. nicht auslöst. Wegen der Eigenschaft von Oberflächenwellen, in
angrenzende Flüssigkeiten auszukoppeln, muß das Meßergebnis - also der Grad der
Dämpfung des Signals - im hohen Maße von der Verteilung des Wasser auf der sensierten
Oberfläche abhängen. Deshalb ist bei einer ruhenden Oberfläche, bei der die Tropfen unter
Belassung von Ausbreitungspfaden für die Oberflächenwellen lokale Wasseransammlungen
bilden, mit einer geringeren Dämpfung zu rechnen, als bei einer bewegten Oberfläche mit
der gleichen Wassermenge, bei der die Tropfen zu einer mehr oder weniger gleichmäßigen
Schicht verteilt werden. Sollten die auf die Wassertropfen wirkenden dynamischen Kräfte so
groß sein, daß sich auf der Oberfläche nur eine Flüssigkeitsschichtdicke aufbauen kann, die
kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der Kompressionswelle in der Flüssigkeit ist, dann
würde der gewünschte Dämpfungseffekt ausbleiben.
Wie gezeigt werden konnte, ist das Meßsignal des Tropfensensors als ein Summenwert
aufzufassen, der eine Differenzierung zwischen den verschiedenen Wechselwirkungen bei
seinem Zustandekommen nicht erlaubt. Erst recht sind quanttative Rückschlüsse auf
konkrete physikalische oder technische Größen, wie z. B. die Viskosität von Flüssigkeiten,
unmöglich. Andererseits muß bei einer vergleichsweise starken, volumenreichen
Beaufschlagung der Meßstrecke mit Wasser damit gerechnet werden, daß die eingesetzte
Wellenenergie permanent nahezu vollständig ausgekoppelt wird, so daß ein quantitativ
auswertbares Meßsignal nicht zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten, einschließlich hochviskoser,
teigiger oder pastöser Medien, zu entwickeln, das unter Verwendung eines akustischen
Übertragungssystems mit wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten
Meßstrecke in einfacher Weise an unterschiedlichste Bedingungen konkreter technischer
Anwendungsfälle anpaßbar ist. Dies soll insbesondere durch eine Vielfalt von einsetzbaren
Substratmaterialien für die Meßstrecke, eine im wesentlichen freie Gestaltbarkeit der
geometrischen Parameter des Übertragungssystems und die Möglichkeit unterschiedlicher
Anregungsmechanismen zur Erzeugung akustischer Wellen erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 18, 24 und
53 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche
geben Varianten der Erfindung an.
Demnach wird zumindest ein Teil der in der Meßstrecke übertragenen akustischen Energie
in Form von Rayleighwellen zur Verfügung gestellt, wobei sich die Rayleighwelle auf einer
Meßstrecke aus nichtpiezoelektrischem Material über wenigstens λ/8, vorzugsweise jedoch
mehr als 2λ ausbreitet. Zumindest ein zur Messung ausreichender Teil der nach dem
Durchgang der Rayleighwelle durch eine oder mehrere Meßstrecken in der Meßvorrichtung
verbliebene Wellenenergie wird nach dem Prinzip eines Wellenleiters zum Empfänger
geleitet, wobei der wellenleitende Charakter zumindest am Anfang der ersten Meßstrecke
(falls die Vorrichtung mehrere Meßstrecken aufweist) beginnt und bis zum Empfänger
erhalten bleibt. D. h., die Meßstrecke und der Übertragungsweg zwischen Meßstrecke und
Empfänger muß wellenleitenden Charakter aufweisen. Dieses schließt sowohl die möglichst
verlustarme Weiterleitung des in der Meßstrecke gewonnenen Nutzsignals als auch die
Abschirmung vor unerwünschten Störeinflüssen ein. Die Beeinflussung des Nutzsignals
durch die wellenleitenden Eigenschaften des akustischen Übertragungssystems sollten
vorzugsweise bekannt, idealerweise optimiert sein.
Erfindungsgemäß wird der wellenleitende Charakter zumindest zwischen dem Beginn der
Meßstrecke und dem Empfänger vorgesehen, da sonst durch die Auskopplung von Energie
durch die Vertikalkomponente in die angrenzende Flüssigkeit auch die durch die
Wechselwirkung der Rayleighwelle mit der Flüssigkeit gewonnene Information über die zu
messenden Größen der Flüssigkeit verlorengeht und deshalb nicht mehr einer Auswertung
zugeführt werden kann. Zur Ermittlung der zu messenden Größe werden ausschließlich
Veränderungen wenigstens einer Kenngröße der Rayleighwelle herangezogen, wobei
vorzugsweise der dissipative Energieverlust der Rayleighwelle in der Meßstrecke zugrunde
gelegt wird. Wesentliche Ausführungsarten akustischer Übertragungssysteme mit
wellenleitendem Charakter werden unten näher erläutert.
Die zur Durchführung des Verfahrens entwickelte Vorrichtung weist wenigstens eine solche,
mit dem zu vermessenden Medium zumindest teilweise in Kontakt bringbare Meßstrecke
auf, die wenigstens auf einer Länge, die λ/8 der erzeugten Rayleighwelle entspricht, zur
Ausbildung und Fortleitung von Rayleighwellen geeignet ist. Darüber hinaus ist das
akustische Übertragungssystem wenigstens zwischen dem Beginn der Meßstrecke und dem
Empfänger der Wellenenergie nach dem Prinzip eines Wellenleiters ausgebildet.
Durch die ausschließliche Verwendung von Rayleighwellen für den Meßeffekt ist die
Wellenführung von der Formstabilität des Trägermaterials weitgehend unabhängig; der
größte Teil der Festkörper ist in der Lage, Rayleighwellen an seiner Oberfläche fortzuleiten
und somit grundsätzlich als Meßstrecke bzw. als akustisches Übertragungsmedium
zwischen Sender und Empfänger zu dienen. Da der größte Teil der Wellenenergie in der
Grenzschicht (Eindringtiefe: ca. λ) zwischen der Festkörperoberfläche und der
angrenzenden Flüssigkeit transportiert wird und die Rayleighwelle eine Scherkomponente
der Bewegung der Oberfläche besitzt, eignet sich eine entsprechend gestaltete Meßstrecke
besonders gut zur Viskositätsmessung mit einem günstigen Signal-/Rausch-Verhältnis.
Im strengen physikalischen Sinne können Rayleighwellen nur auf unbegrenzten, ebenen
Oberflächen eines Festkörpers auftreten, was jedoch für technische Anwendungen ohne
Bedeutung sein muß. Ihre spezifischen Merkmale treten dennoch unter diesen
eingeschränkten Bedingungen auf, so daß sie durchaus für meßtechnische Zwecke nutzbar
sind. Rayleighwellen im Sinne der Erfindung sollen auch solche "gestörten" Rayleighwellen
umfassen, die aufgrund der Begrenzungen der Wellenlauffläche durch geometrische
Stukturen oder Grenzflächen von Materialien unterschiedlicher akustischer Eigenschaften,
oder der Nähe zum Sender, in dessen Nahfeld eine noch nicht vollständig ausgebildete
Rayleighwelle vorliegt, oder dergleichen von der "ideal" ausgebildeten Rayleighwelle
abweichen.
Außerdem läßt sich die Periodendauer der Rayleighwelle durch die konstruktive Gestaltung
des Übertragungssystems und die Wahl eines geeigneten Materials für die Meßstrecke so
festlegen, daß die Periodendauer größer als die Relaxationszeit der zu messenden
Flüssigkeit ist. Zur Viskositätsmessung sollte die Periodendauer möglichst nahe der
Relaxationszeit liegen, was sich positiv auf die Meßgenauigkeit auswirkt.
Bei der Auswahl dieser Materialien kann zur Anpassung an den konkreten Anwendungsfall
sogar an die Herstellung in ihrer Zusammensetzung diesbezüglich optimierter Legierungen
oder die Veränderung der elastischen Eigenschaften der zur Fortleitung der Rayleighwelle
vorgesehenen Schicht durch Bestrahlung mit strukturelle Veränderungen erzeugender
Strahlung, insbesondere Kern- oder Teilchenstrahlung (z. B. Neutronen), Laserbehandlung,
Ionenimplantation oder Gasimplantation (z. B. Hydrierung) gedacht werden. Bei derart
maßgenauer Anpassung der wellenleitenden Körper können geringste Veränderungen des
zu messenden Mediums, z. B. dessen Zusammensetzung, zum Umkippen des Ein- bzw.
Auskoppelverhaltens der Wellenenergie führen und für entsprechende Schlußfolgerungen
ausgenutzt werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß man unter Anwendung des sogenannten
Schmelz-Spinnverfahrens beinahe jede beliebige Legierung herstellen kann. Der
Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, den Zustand einer Schmelze durch
Schockabkühlung quasi einzufrieren. Die geschieht im allgemeinen dadurch, daß man einen
dünnen Strahl flüssiger Schmelze auf eine rotierende, gekühlte Trommel laufen läßt, so daß
bei Abkühlungsgeschwindigkeiten von etwa 1 Mio Kelvin pro Sekunde amorphe Bänder bis
zu einer Dicke von ca. 0,1 Millimeter entstehen. Jedoch können die so erzeugten Materialien
nur unterhalb ihrer Rekristallisationstemperatur eingesetzt werden.
Grundsätzlich ist die Erfindung zur Ermittlung all jener physikalischen und/oder technischen
Größen eines flüssigen Mediums anwendbar, die die Eigenschaften der Ausbreitung von
Rayleighwellen beeinflussen. Die auswertbaren Parameter sind also die Frequenz, die
Phasengeschwindigkeit und die Amplitude der Rayleighwellen sowie die damit direkt
zusammenhängenden Größen des Mediums, wie z. B. die Viskosität oder die Dichte. Es
können aber auch Phasenübergänge, wie sie bei der Betauung, Vereisung, bei
Siedeprozessen, Kavitation oder Auskristallisation auftreten, detektiert werden. Weitere
Anwendungsmöglichkeiten werden bei der Bewertung von inhomogenen Flüssigkeiten oder
als Benetzungssensor oder als Kavitationssensor gesehen. Beispielsweise können
Informationen über den Zustand innerer Strukturen von inhomogenen Flüssigkeiten
gewonnen werden. Dabei wird vorteilhaft die Eigenschaft der Rayleighwelle genutzt, sowohl
Scherkomponenten als auch Vertikalkomponenten der Bewegung in der Grenzschicht zu
besitzen.
Obwohl es unmöglich ist, sämtliche in Frage kommenden Anwendungsgebiete der Erfindung
erschöpfend zu benennen, sei noch darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung auch in
Systeme zur Prozeßsteuerung und -überwachung einbinden läßt. Dies gilt auch für die
Überwachung des Zustandes und des Alterungsprozesses von elektrochemischen
Aggregaten, wie z. B. Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Batterien. In der Chemie und
Biotechnologie könnten Entnahmevorrichtungen für Stoffproben umgehend Informationen
über die Stoffeigenschaften liefern.
Die Vielfalt des einsetzbaren Substratmaterials schafft nicht nur eine gute Anpaßbarkeit an
gegebene thermische, chemische, elektrische, optische und/oder mechanische
Bedingungen; die guten Ausbreitungsbedingungen von Rayleighwellen ermöglichen in vielen
Fällen, daß die Grenzflächen einer vorhandenen Vorrichtung, z. B. einer Arbeitsvorrichtung
oder einer massiven Wandung, als Träger für die Rayleighwelle genutzt werden. Vorteilhaft
kommt in diesem Zusammenhang zum Tragen, daß Sender und Empfänger bei Bedarf von
der Meßstreck bzw. von dem die Meßstrecke tragenden Körper entfernt oder wieder daran
angeschlossen werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen Möglichkeit der räumlichen
Trennung von Sender und Empfänger einerseits und der Meßstrecke (Meßort) des Systems
andererseits, so daß beispielsweise Sender und Empfänger nicht in den aggressiven
Bereich des zu messenden Mediums gebracht werden müssen. Zwischen dem
Sender/Empfänger und dem Meßort kann eine vergleichsweise große Entfernung überbrückt
werden. Auch die gute Übertragbarkeit der Rayleighwellen von einem Träger auf einen
anderen Träger durch Vermittlung über ein inkompressibles Koppelmedium (z. B. eine
Flüssigkeit) kann vorteilhaft zur Überbrückung von Distanzen ausgenutzt werden.
Zur Erzeugung und zum Nachweis von Rayleighwellen können sehr unterschiedliche
Mechanismen eingesetzt werden, was die Anpassungsfähigkeit der Erfindung weiter erhöht.
Folgende Effekte sind nutzbar:
- - mechanisch/akustische Anregung
- - Modenkonversion
- - piezoelektrischer Effekt
- - magnetischer, insbesondere magnetostriktiver Effekt (Da es sich bei den voranstehenden Effekten um reversible Prozeße handelt, können diese zum Senden und Empfangen genutzt werden.)
- - thermische Anregung durch gepulstes Heizen, z. B. mit einem LASER (Effekt kann nur zum Anregen einer Welle genutzt werden.)
- - optische Effekte, einschließlich magneto- und elektrooptische Effekte
- - piezoresistiver Effekt (Die beiden zuletztgenannten Effekte können nur zum Nachweis einer Welle genutzt werden.)
Mittel zur Modenkonversion können sowohl zwischen Sender und Meßort (Meßstrecke) als
auch zwischen Meßort und Empfänger eingesetzt werden. Dies ist regelmäßig dann von
Vorteil, wenn zwischen dem Meßort und Sender bzw. Empfänger eine akustische
Übertragungsstrecke vorgesehen werden muß, die nicht oder nur unter Schwierigkeiten zur
Fortleitung von Rayleighwellen hergerichtet werden kann. D. h., daß beispielsweise eine von
einem Sender ausgehende Kompressionswelle zu Beginn der Meßstrecke durch
Konversionsmittel (das sind geeignete Veränderungen der Oberflächenstruktur, z. B. Kerben)
in eine Rayleighwelle konvertiert wird. Diese Methode ist besonders vorteilhaft für eine
Hindurchleitung von Wellenenergie durch massive Wände (Rohrleitungen,
Behälterwandungen) einsetzbar.
Um den wellenleitenden Charakter der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherzustellen,
stehen wenigstens drei prinzipielle Gestaltungsvarianten und deren Untervarianten zur
Verfügung. Sie gewährleisten, daß die Auskopplung von akustischer Energie aus der
Rayleighwelle in die angrenzende Flüssigkeit unterdrückt bzw. die ausgekoppelte Energie
wieder weitestgehend vollständig "eingefangen" und dem Empfänger zugeführt wird:
- - angrenzendes Medium mit verschiedenartiger akustischer Impedanz
- - angrenzendes Medium mit gleicher akustischer Impedanz und v(1) RW < v(2) RW
Falls das an die Flüssigkeitsschicht angrenzende Medium (das der
Meßstrecke gegenüberliegt) eine sehr schlechte akustische Ankoppelbarkeit
aufweist (wie z. B. Vakuum, Gase oder Schäume), woraus ein geringer
Transmissionsgrad und ein hoher Reflexionsgrad an dieser zweiten
Grenzfläche resultieren, wird die Auskopplung von Energie in Form von
Kompressionswellen vermieden, wenn die Dicke d der Flüssigkeitsschicht
dünner ist, als die Flüssigkeitsschicht, die zur Ausbildung der
Grundschwingung einer stehenden Welle darin notwendig ist. Bei einer
Schichtdicke unterhalb λKW/4 der Kompressionswelle ist diese Bedingung
regelmäßig erfüllt.
Wenn die Schichtdicke der Flüssigkeit durch einen angrenzenden Festkörper
begrenzt wird, muß zusätzlich die Bedingung der Totalreflexion für die
(Flüssigkeits-)Kompressionswelle erfüllt sein und das die Flüssigkeitsschicht
begrenzende Gegenmaterial (angrenzendes Medium(2)) muß eine höhere
Geschwindigkeit vRW (2) für die Rayleighwelle als das Material der
Meßstrecke(1) aufweisen (wie z. B. Glas gegenüber Stahl, Aluminium).
- - v(1) RW = v(2) RW wenn gegenseitige Anregung von Rayleighwellen auf parallelen Festkörpergrenzflächen vorgesehen ist
- - v(1) RW ≠ v(2) RW, wenn die gegenüberliegenden Festkörper nicht parallel verlaufen, aber deren Neigung den unterschiedlichen Rayleighwellengeschwindigkeiten angepaßt ist
- - v(1) RW < v(2) RW, wenn der gegenüberliegende Festkörper eine Volumenschallwelle weiterleiten soll
Die Auskopplung der Energie der Rayleighwelle aus der mit dem Sender
verbundenen ersten Festkörpergrenzfläche(1) in eine Flüssigkeitsschicht mit
einer Dicke d, die größer als λKW/4 der Kompressionswelle sein darf, wird
genutzt, um an einer parallel gegenüberliegenden zweiten
Festkörpergrenzfläche(2), die eine Wellenlaufstrecke mit gleicher
Rayleighwellengeschwindigkeit bildet, die Wellenenergie wieder zu
Rayleighwellen einzukoppeln. Dazu müssen die Schallgeschwindigkeiten
v(1) RW und v(2) RW der ersten Festkörpergrenzfläche(1) und der parallel
gegenüberliegenden zweiten Festkörpergrenzfläche(2) gleich groß sein. Von
den auf der zweiten Festkörpergrenzfläche(2) induzierten Rayleighwelle wird
wiederum eine Kompressionswelle ausgekoppelt, die ihrerseits auf der
gegenüberliegenden ersten Festkörpergrenzfläche(1) erneut eine
Rayleighwelle erzeugt. In Abhängigkeit der Dimensionierung der Meßstrecke
kann der Prozeß der gegenseitigen Wellenanregung unterschiedlich intensiv
ausgeprägt sein. Zur Messung der Wellenenergie kann an der ersten
und/oder der zweiten Festkörpergrenzfläche ein Empfänger vorgesehen
werden. Der gleiche Effekt kann bei unterschiedlichen
Rayleighwellengeschwindigkeiten mit angepaßter Neigung der Grenzflächen
erzielt werden.
Wenn die Schallgeschwindigkeit v(1) RW der ersten Festkörpergrenzfläche(1)
jedoch größer als die Schallgeschwindigkeit v(2) RW der parallel
gegenüberliegenden Festkörpergrenzfläche(2) ist, wird in den
gegenüberliegenden Festkörper eine Volumenschallwelle eingekoppelt, die in
einen mit diesem Festkörper verbundenen Empfänger geleitet wird.
Es ist jedoch auch möglich, die von der Rayleighwelle der ersten
Festkörpergrenzfläche unter bestimmten Winkel ausgekoppelte
Kompressionswelle direkt von einem Empfänger zu detektieren und für die
Bewertung der Flüssigkeit heranzuziehen. Der Winkel ist bestimmt durch die
Geschwindigkeit vRW (1) der Rayleighwelle in der Meßstrecke und der
Schallgeschwindigkeit vKW der Kompressionswelle in der Flüssigkeit.
Besitzt das Substratmaterial der Meßstrecke(1) eine Geschwindigkeit v(1) RW für
die Rayleighwelle, die unter der Schallgeschwindigkeit vKW der angrenzenden
Flüssigkeitfl liegt, so kann keine Auskopplung von Energie stattfinden, die
nicht dem meßtechnischen Zweck dient. In Bezug auf die meisten
Flüssigkeiten (Wasser, viele Öle) sind als mögliche Substratmaterialien
beispielsweise Kunststoffe, weiche Metalle (z. B. Gold, Blei, Wismut), sowie
Graphit zu nennen.
Es ist auch denkbar, Elemente mit akusto-optischen Eigenschaften einzusetzen, um den
wellenleitenden Charakter des akustischen Übertragungssystems günstig zu beeinflussen.
Sofern nicht nur Informationen über die zu messende Flüssigkeit benötigt werden, sondern
auch eine Beeinflussung der Eigenschaften der Flüssigkeit erwünscht ist - z. B. zum Zwecke
der Regelung komplexer verfahrenstechnischer Anlagen oder der direkten Einflußnahme auf
stoffwandelnde Prozesse - kann es von Vorteil sein, daß über die Festkörpergrenzfläche der
Meßstrecke zusätzlich zur akustischen Energie Energie anderer Art in die angrenzende
Flüssigkeitsschicht eingekoppelt wird. Dies geschieht über eine die Grenzfläche der
Meßstrecke bildende Schicht oder über den die Meßstrecke tragenden Festkörper. Die
Schicht bzw. der Festkörper können beispielsweise elektrisch leitfähig ausgebildet und mit
einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle verbunden sein. Wenn die an die Meßstrecke
angrenzende Flüssigkeit eine polare oder eine elektrorheologische und/oder eine Flüssigkeit
mit in Ionen dissoziierten Bestandteilen ist, kommt es in einem elektrischen Spannungsfeld
zu den jeweils typischen Wechselwirkungen. D. h., die Moleküle polarer Flüssigkeiten richten
sich im Spannungsfeld entsprechend aus, Ionen migrieren zur entgegengesetztgeladenen
Elektrode und werden bei ausreichend hoher Spannung dort entladen, elektrorheologische
Flüssigkeiten verändern ihre Viskosität.
Es ist aber auch möglich, eine die Grenzfläche der Meßstrecke bildende Schicht oder den
die Meßstrecke tragenden Festkörper mit einer Wärmequelle zu verbinden, um die
angrenzende Flüssigkeitsschicht zu beheizen. Falls diese Schicht oder eine in der Nähe der
Grenzfläche angeordnete Schicht elektrisch leitend ist, kann durch einen Anschluß an eine
elektrische Spannungsquelle die Schicht nach dem Prinzip einer Widerstandsheizung
betrieben werden.
Sofern Bestandteile der Flüssigkeit photooptische Reaktionen zeigen, ist eine Einflußnahme
durch Einkopplung von Lichtquanten geeignet. Dazu empfielt es sich, die Grenzfläche der
Meßstrecke bildende Schicht oder der die Meßstrecke tragende Festkörper optisch
durchlässig auszubilden und mit einer Lichtquanten erzeugenden Energiequelle, z. B. einer
LASER-Quelle, zu verbinden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der dargestellten Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a Schematische Darstellung eines akustischen Übertragungssystems mit
ausgeprägten Systemgrenzen und einer für Rayleighwellen durchgängigen
Wellenleiterstrecke zwischen Sender und Empfänger;
Fig. 1b Schematische Darstellung eines akustischen Übertragungssystems mit einem
Sender für Volumenschallwellen und einem am Beginn der Meßstrecke
angeordneten Modenwandler zur Konvertierung von Volumenschallwellen in
Rayleighwellen;
Fig. 1c Schematische Darstellung eines akustischen Übertragungssystems mit
Sender und Empfänger für Volumenschallwellen und mit jeweils am Beginn
und am Ende der Meßstrecke angeordneten Modenwandlern zur
Konvertierung von Volumenschallwellen in Rayleighwellen und umgekehrt;
Fig. 1d Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht, deren Dicke von einem
der Meßstrecke gegenüberliegenden Festkörper begrenzt wird;
Fig. 1e Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht, deren Dicke durch die
Schwerkraft (schiefe Ebene) oder die Zentrifugalkraft begrenzt wird;
Fig. 1f Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht, deren Dicke durch einen
Abstreifer begrenzt wird;
Fig. 1g Prinzipdarstellung einer Mischvorrichtung mit Rührbalken, die gleichzeitig als
Abstreifer fungieren, um die Schichtdicke der Flüssigkeit für den periodischen
Meßvorgang auf den maximal zulässigen Betrag zu begrenzen (gemäß dem
Abstreiferprinzip von Fig. 1f);
Fig. 1h Schnittdarstellung der Mischvorrichtung von Fig. 1g;
Fig. 1i Prinzipdarstellung einer Walzeinrichtung mit einem mit der Walze rotierenden
akustischen Übertragungssystem;
Fig. 1j Prinzipdarstellung einer Walzeinrichtung mit einem akustischen
Übertragungssystem, dessen Meßstrecke von der Oberfläche der Walze
gebildet wird, die sich jedoch quasistationär verhält;
Fig. 1k Schematische Darstellung eines akustischen Übertragungssystems mit
keilförmigen Koppelelementen zur Erzeugung von Rayleighwellen mittels
einfacher Dickenschwinger, die auf einer ablaufenden Flüssigkeitsschicht
aufliegen bzw. aufschwimmen;
Fig. 1l Prinzipdarstellung eines Strömungskanals während des Sendemodus mit
einer gepulst arbeitenden Meßvorrichtung, deren Meßstrecke von einem
Modenwandler und einem Reflektor begrenzt ist, und mit einem der
Meßstrecke gegenüberliegenden, die Schichtdicke der Flüssigkeit
begrenzenden Festkörper;
Fig. 1m wie Fig. 1l, jedoch im Empfangsmodus;
Fig. 2-1 Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung mit parallel gegenüberliegenden Festkörpergrenzflächen mit
gleichen Rayleighwellengeschwindigkeiten;
Fig. 2-2 Prinzipdarstellung einer sich relativ zu ihrem Gehäuse bewegenden
Schnecke, die die Flüssigkeit transportiert. Das Vorbeigleiten der
Schneckenschulter gegenüber der Meßstrecke ermöglicht kurzzeitig eine
akustische Kopplung.
Fig. 2-3 Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung mit gegenüberliegenden, nicht-parallelen Festkörpergrenz
flächen deren Neigung den unterschiedlichen Rayleighwellengeschwindig
keiten angepaßt ist;
Fig. 2-4 Prinzipdarstellung eines Gleitlagers mit einem akustischen
Übertragungssystem, dessen Meßstrecke vom Lagersitz und der parallel
gegenüberliegenden Grenzfläche der gelagerten Welle gebildet wird. Die
Meßstrecke ist längs zur Wellenachse angeordnet;
Fig. 2-5 Prinzipdarstellung eines in einem Zylinder gleitenden Kolbens mit einem
akustischen Übertragungssystem, dessen Meßstrecke von einem Teil der
Zylinderwand und der gegenüberliegenden parallelen Grenzfläche des
vorbeigleitenden Kolbens gebildet wird;
Fig. 2-6 Schematische Darstellung des akustischen Übertragungsystems für eine
Meßvorrichtung mit einer der ersten Festkörpergrenzfläche gegenüber
liegenden Festkörpergrenzfläche mit geringerer Rayleighwellengeschwindig
keit, die das Einkoppeln von Volumenschallwellen ermöglicht und mit
Empfängern für Volumenschallwellen in Verbindung steht;
Fig. 2-7 Prinzipdarstellung eines Rohrstücks mit einem akustischen
Übertragungssystem, das Rayleighwellen auf der die Meßstrecke tragenden
Innenseite einer Rohrwandung erzeugt und die in der das Rohr ausfüllenden
Flüssigkeit entstehenden Kompressionswellen auf der gegenüberliegenden
Rohrwand in einen angrenzenden Festkörper zu Volumenschallwellen
konvertiert werden;
Fig. 2-8 Schematische Darstellung des akustischen Übertragungsystems für eine
Meßvorrichtung mit einer der ersten Festkörpergrenzfläche
gegenüberliegenden Festkörpergrenzfläche, die von einem Empfänger für die
sich in der Flüssigkeit ausbreitenden Kompressionswellen gebildet wird;
Fig. 2-9 Prinzipdarstellung eines Rohrstücks mit einem akustischen
Übertragungssystem, das Rayleighwellen auf der die Meßstrecke
darstellenden Innenseite einer Rohrwandung erzeugt und die in der das Rohr
ausfüllenden Flüssigkeit entstehenden Kompressionswellen direkt in einen
Empfänger für Kompressionswellen führt;
Fig. 3-1 Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung mit einem Substratmaterial, dessen Schallgeschwindigkeit für
Rayleighwellen geringer ist als die Schallgeschwindigkeit der angrenzenden
Flüssigkeit;
Fig. 3-2 Prinzipdarstellung einer Meßvorrichtung mit großer räumlicher Trennung des
Ortes von Sender und Empfänger und des Ortes der Meßstrecke;
Fig. 3-3 Prinzipdarstellung einer Meßvorrichtung, die das Messen in einem
abgeschlossenen, die Flüssigkeit enthaltenden Behälter erlaubt, wobei alle
zur Erzeugung und Empfang der Rayleighwelle notwendigen Teile außerhalb
des Behälters liegen;
Fig. 3-4 Prinzipdarstellung einer Meßvorrichtung aus zwei Meßstrecken unter
Verwendung eines einstückigen, die Rayleighwellen führenden Festkörpers
zum Vergleich der Eigenschaften einer einen Reaktor durchströmenden
Flüssigkeit. Dabei wird das Prinzip von Fig. 3-3 benutzt;
Fig. 3-5 Prinzipdarstellung eines Rohrstücks mit einer den Rohrquerschnitt nicht
verringernden Meßvorrichtung;
Fig. 3-6 Prinzipdarstellung eines Querschnitts durch einen Behälter mit einer
Meßvorrichtung, die die Behälterwandung als Rayleighwellen führenden
Festkörper benutzt;
Fig. 4-1 Prinzipdarstellung einer Meßstrecke im elektrischen Feld;
Fig. 4-2 Prinzipdarstellung einer Meßstrecke im elektrischen Feld mit mehreren
zugeordneten, separat ansteuerbaren Elektroden;
Fig. 4-3 Prinzipdarstellung einer Meßstrecke mit elektrischer Widerstandsheizung;
Fig. 4-4 Prinzipdarstellung einer Meßstrecke mit einem Dickenschwinger zur
Einleitung mechanischer Energie;
Fig. 4-5 Prinzipdarstellung einer membranartigen Meßstrecke mit angeschlossenem
mechanischen Element;
Fig. 4-6 Prinzipdarstellung einer Meßvorrichtung mit Temperaturregelung über
Viskositätsmessung;
Fig. 4-7 Kombination einer Meßstrecke mit einem Peltier-Element;
Fig. 4-8 Schematische Darstellung des akustischen Übertragungssystems für eine
Meßvorrichtung auf einem transparenten Trägermaterial, wobei zusätzlich
optische Energie in die Meßstrecke eingebracht wird.
Fig. 4-9 Prinzipdarstellung einer Kombination von akustischer Meß- und optischer
Beobachtungsvorrichtung zur gleichzeitigen Messung und Beobachtung der
Veränderung von Flüssigkeitseigenschaften;
Fig. 5.1 Schematische Darstellung von Vorrichtungen mit mehreren Meßstrecken
- a) hintereinander angeordnete Meßstrecken
- b) parallel angeordnete Meßstrecken mit mehreren Empfängern
- c) parallel angeordnete Meßstrecken mit einem einzigen Empfänger;
Fig. 5.2
- a) Ausführungsbeispiel einer Anordnung von Meßstrecken aus Fig. 5.1b
- b) Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung einer physikalischen Kenngröße eines Schmierfilms in einem Gleitlager;
Fig. 5.3 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit parallel
angeordneten Meßstrecken unter Ausnutzung der Modenkonversion im
Wellenleiter
Fig. 5.4 Ausführungsbeispiel der Anordnung aus Fig. 5.3
Fig. 5.5 Beispiele für Wellenleiter, auf denen Rayleighwellen zwischen Sender und
Empfänger reflektiert werden
- a) Reflexion der Rayleighwellen an den Außenkanten des Wellenleiters
- b) Reflexion von Rayleighwellen an in einen Festkörper eingebrachte Nuten
- c) Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer kompakten Sender- und Empfängeranordnung;
Durch die Fig. 1a bis 1c soll noch einmal verdeutlicht werden, was gemäß dieser
Erfindung unter dem wellenleitenden Charakter des akustischen Übertragungssystems
verstanden wird. Diese Beispiele können nur stellvertretend für die Vielzahl möglicher
Kombinationen bzw. Anordnung der zur akustischen Übertragungsstrecke gehörenden
Elemente (Sender, Empfänger, Meßstrecke und ggf. Zuleitungsstrecke, Ableitungsstrecke,
Modenwandler, Abschirmung) stehen.
Die schematische Darstellung von Fig. 1a zeigt eine Meßstrecke 100, die einerseits über
einer Zuleitungsstrecke 110 mit einem Sender SRW für Rayleighwellen und andererseits über
eine Ableitungsstrecke 120 mit einem Empfänger ERW in Verbindung steht. Die Meßstrecke
100 ist damit von Sender SRW und Empfänger ERW räumlich entkoppelt. Sofern für die Zu-
und Ableitungsstrecken 110, 120 ein anderes als das die Meßstrecke 100 tragendes
Material gewählt wurde, besteht auch eine materialseitige Entkopplung. Die hat den Vorteil,
daß die Meßstrecke 100 optimal an die konkreten Bedingungen des jeweiligen Einsatzfalls
angepaßt werden kann; ein Bindung an spezielle, zur Erzeugung von Rayleighwellen
geeignete Materialien besteht nicht. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
werden vom Sender SRW möglichst ausschließlich Rayleighwellen auf der angrenzenden
Zuleitungsstrecke 110 erzeugt und (dem Beginn) der Meßstrecke 100 zur Verfügung
gestellt. Die Meßstrecke 100 steht mit einer zu messenden (nicht dargestellten) Flüssigkeit
in Verbindung und nimmt - in Abhängigkeit ihrer stofflichen Eigenschaften - von den die
Meßstrecke 100 durchquerenden Rayleighwellen einen gewissen Energiebetrag auf. Die so
veränderte Rayleighwelle wird über die Ableitungsstrecke 120 zum Empfänger ERW geleitet
und dort sensiert. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, daß die Zu- und
Ableitungsstrecke 110, 120 während des Meßvorgangs nicht mit Medien in Kontakt treten
kann, die gute akustische Kopplungseigenschaften aufweisen und deshalb zur Auskopplung
von Wellenenergie führen würden.
Der durchgängig einheitliche, Rayleighwellen leitende körperliche Aufbauf dieses
Ausführungsbeispiels schafft in sich relativ starke Systemgrenzen, die ausgeprägte
wellenleitende Eigenschaften des gesamten akustischen Übertragungssystems 5 bewirken.
D. h., die vom Sender SRW erzeugte Wellenenergie wird weitestgehend innerhalb der
Systemgrenzen gehalten und von äußeren Störungen abgeschirmt. Ein zumindest zur
Messung ausreichender Teil der nach dem Durchgang der Rayleighwelle durch die
Meßstrecke 100 verbliebene Wellenenergie wird zum Empfänger ERW geleitet, wobei der
wellenleitende Charakter zumindest am Anfang der Meßstrecke 100 beginnt und bis zum
Empfänger ERW erhalten bleibt. Dieses schließt sowohl die möglichst verlustarme
Weiterleitung des in der Meßstrecke 100 gewonnenen Nutzsignals als auch die
Abschirmung vor unerwünschten Störeinflüssen ein. Zur Ermittlung der zu messenden
Größe werden ausschließlich Veränderungen wenigstens einer Kenngröße der
Rayleighwelle herangezogen, wobei vorzugsweise der dissipative Energieverlust der
Rayleighwelle in der Meßstrecke als Basis für die Bewertung dienen sollte.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des wellenleitenden Charakters im Bereich der
Meßstrecke besteht darin, entweder eine Auskopplung von Energie durch die
Vertikalkomponente der Rayleighwelle in die angrenzende Flüssigkeit (infolge der
Erzeugung von Kompressionswellen) zu verhindern oder die ausgekoppelte Energie
weitestgehend innerhalb des akustischen Übertragungssystems zu halten und an den ERW
weiterzuleiten. Zumindest aber sollten die Bedingungen bekannt und konstant sein, denen
die ausgekoppelte Energie unterworfen ist.
Die Auskopplung von Kompressionswellen in die Flüssigkeit kann durch die oben
beschriebenen Varianten 1 und 3 erfolgen, nämlich durch die Begrenzung der Schichtdicke
der zu messenden Flüssigkeit auf maximal λKW/4 der Kompressionswelle und - falls ein
Festkörper an die Flüssigkeitsschicht grenzt - muß dessen Rayleighwellengeschwindigkeit
zur Erfüllung der Bedingung der Totalreflexion größer als die Rayleighwellengeschwindigkeit
der Meßstrecke 100 sein, oder durch die Verwendung eines Materials für die Meßstrecke,
dessen Rayleighwellengeschwindigkeit kleiner als die Geschwindigkeit der
Kompressionswelle in der Flüssigkeit ist. Falls jedoch die voranstehenden Bedingungen
nicht erfüllt werden können und eine Flüssigkeitsschicht mit einer Dicke größer als λKW/4 der
Kompressionswelle akzeptiert werden muß, so kann durch die oben beschriebene Variante
2 sichergestellt werden, daß die durch die Wechselwirkung der Rayleighwelle mit der
Flüssigkeit gewonnene Information über die zu messenden Größen der Flüssigkeit nicht
verlorengeht und im Nutzsignal des Empfängers enthalten ist. Zum einen kann dies erreicht
werden durch die Verwendung eines geeigneten, im Abstand zur Meßstrecke angeordneten
Festkörpers, der die von der Meßstrecke ausgehende, in der Flüssigkeit erzeugte
Kompressionswelle wieder auffängt und an seiner Oberfläche zu einer Rayleighwelle
wandelt. Wenn die Ausbreitungsstrecke für die Rayleighwelle auf dem gegenüberliegenden
Festkörper ausreichend groß ist, wird auch von diesem eine Kompressionswelle erzeugt
werden, die wiederum von der gegenüberliegenden Meßstrecke 100 aufgefangen werden
wird. Die Rayleighwellen leitende Grenzschicht des zweiten Festkörpers wirkt also analog
der Meßstrecke 100 auf die angrenzende Flüssigkeit ein und erbringt damit einen Anteil am
Meßeffekt. Eine weitere Möglichkeit zur Gewährleistung der erfindungsgemäßen
Wellenleiterprinzipien besteht darin, die von der Meßstrecke 100 ausgehende
Kompressionswelle direkt von einem geeigneten Empfänger oder unter Zwischenschaltung
eines Festkörpers, der mit einem Empfänger in Verbindung steht, zu erfassen. Die
Beeinflussung des Nutzsignals durch die wellenleitenden Eigenschaften des akustischen
Übertragungssystems sollten vorzugsweise bekannt, idealerweise optimiert sein.
Um einen hinreichenden Meßeffekt erzielen zu können, muß sich die Rayleighwelle auf der
Meßstrecke 100 über wenigstens λ/8, vorzugsweise jedoch mehr als 2λ ausbreiten können.
Das akustische Übertragungssystem von Fig. 1b unterscheidet sich von dem der Fig. 1a
durch einen Sender SVW für Volumenschallwellen, der in alle Richtungen gleichmäßig
Schallwellen aussendet. Ein Teil dieser Volumenschallwellen trifft auf den am Beginn der
Meßstrecke 100 angeordneten Modenwandler 4, wo die Volumenschallwellen in
Rayleighwellen konvertiert werden. Die Energieübertragung zwischen dem Sender SVW und
dem Modenwandler 4 kann über einen Festkörper oder über eine Flüssigkeit erfolgen. Für
die Bewertbarkeit des Meßeffekts sind konstante Bedingungen im Bereich der
Zuleitungsstrecke 111 erforderlich. Zwischen dem Modenwandler 4 und dem Empfänger
ERW herrschen die schon im Zusammenhang mit Fig. 1a beschriebenen Bedingungen mit
Wellenleitcharakter 130.
Die schematische Darstellung von Fig. 1c zeigt ein akustisches Übertragungssystem 5 mit
Sender SVW und Empfänger EVW für Volumenschallwellen und jeweils am Beginn und am
Ende der Meßstrecke 100 angeordneten Modenwandlern 4, 4' zur Konvertierung von
Volumenschallwellen in Rayleighwellen und umgekehrt. Somit transportiert nur noch die
Meßstrecke 100 Rayleighwellen. Zusätzlich wurden trichterförmig vom Empfänger
ausgehende Grenzen 131 gesetzt, die den Wellenleitcharakter des Bereichs 130
hinreichend sicherstellen sollen. Sie gewährleisten, daß ein ausreichender
Teil der vom Modenwandler 4' in Richtung des Empfängers EVW ausgehenden Energie der
Volumenschallwelle detektierbar und daß der Einfluß von Störquellen 60 hinreichend gering
gehalten wird.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele der Fig. 1d bis 1m beschreiben in stilisierter
Form Möglichkeiten der Nutzung der Erfindungsvariante 1, wonach durch Begrenzung der
Schichtdicke der zu messenden Flüssigkeit auf maximal λ/4 der Kompressionswelle ein
Auskoppeln von Kompressionswellen verhindert werden soll.
So zeigt Fig. 1d einen Festkörper 1a, dessen Enden einen SRW bzw. einen ERW für
Rayleighwellen RW tragen, die sich in einer an der Oberfläche 10 liegenden Grenzfläche 11
ausbreiten. Seitliche Begrenzungselemente 2'b kanalisieren den Strom einer
Flüssigkeitsschicht 3a und definieren dadurch die Ausdehnung der Meßstrecke 100, an die
sich rechts und links die Zuführungsstrecke 110 bzw. die Abführungsstrecke 120
anschließen. Die Dicke d der Flüssigkeitsschicht 3a wird durch einen der Meßstrecke 100
gegenüberliegenden Festkörper 2b begrenzt. Er besitzt eine Rayleighwellengeschwindigkeit,
die über der der Meßstrecke 100 liegt, so daß die Bedingung der Totalreflexion gegeben ist.
An die Oberfläche 10 des Festkörpers 1a im Bereich von Zu- und Ableitungsstrecke 110,
120 grenzt ein Medium 2a mit einer schlechten akustischen Ankoppelbarkeit, z. B. Luft. Die
Begrenzungselemente 2'b sind derart ausgebildet, daß sie den Durchgang der Rayleighwelle
im wesentlichen nicht behindern, damit die durch die Wechselwirkung mit der Flüssigkeit der
Rayleighwelle aufgeprägte Information möglichst nicht verfälscht bzw. abgeschwächt wird.
Wenn die zu messende Flüssigkeit 3a nicht unter Druck steht, können die
Begrenzungselemente 2'b auch weggelassen werden; die Kapillarwirkung würde die
Flüssigkeit sicher im Spalt zwischen den beiden Festkörpern halten.
Für Flüssigkeiten mit hinreichend niedriger Viskosität kann auch eine schiefe Ebene die
Dicke d der Flüssigkeitsschicht 3a begrenzen, wie dies in Fig. 1e angedeutet ist. Die
Meßstrecke 101 erstreckt sich an der Oberfläche des geneigten Festkörpers 1b zwischen
dem Sender SRW und dem Empfänger ERW, ohne daß eine Zuleitungs- oder
Ableitungsstrecke für die Rayleighwellen RW zwischengeschaltet ist. Eine Abwandlung
dieses Prinzips liegt in der Ausnutzung von Zentrifugalkäften, wobei der Festkörper 1b um
die Rotationsachse 140 rotiert. Gegenüber der Nutzung schwerkraftorientierter
Meßvorrichtungen können durch das Zentrifugalprinzip sehr viel höhere Kräfte erzielt
werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Begrenzung der Schichtdicke d der Flüssigkeitsschicht 3a liegt
in der Anwendung von Abstreifern 150 (siehe Fig. 1f), die periodisch die Meßstrecke des
akustischen Übertragungssystems überstreichen und dabei für die notwendige Reduzierung
der Schichtdicke d auf kleiner λKW/4 sorgen. Ein technisches Anwendungsbeispiel hierfür
kann unter anderem eine Mischvorrichtung (Fig. 1g und 1h) mit einer
kreisscheibenförmigen Basis (Festkörper 1d) und dazu drehbar gelagerten Rührbalken
(Abstreifer 151) sein, wobei die Abstreifer 151 zur Oberfläche des Festkörpers 1d, in dem
Sender SRW und Empfänger ERW eingelassen sind, einen schmalen Spalt bildet. Die
Zuführung des Mediums auf die Mischebene kann durch die Hohlachse 151a erfolgen. Je
nach den Anforderungen und Bedingungen des Einzelfalls können Sender SRW und
Empfänger ERW radial (mit Meßstrecke 103) ausgerichtet oder in Umfangsrichtung (mit
Meßstrecke 102) angeordnet werden. Während im zuerstgenannten Fall Sender SRW und
Empfänger ERW gleichzeitig vom Abstreifer überstrichen werden, geschieht dies im
zweitgenannten Fall zeitlich nacheinander.
Fig. 1i zeigt zwei zueinander beabstandete Walzen 1e, 1ee, die durch den gebildeten Spalt
ein pastöses oder teigiges Medium 3 fördern und zu einem flächigen Gebilde formen, das
durch einen Abstreifer 61 von der Oberfläche der Walze 1e abgehoben wird. In diese
Oberfläche sind in Umfangsrichtung Sender SRW und Empfänger ERW eingelassen. Die
zwischen ihnen liegende Grenzschicht bildet die Meßstrecke 104. Sie gelangt mit jeder
Umdrehung einmal in Bereich des ausgeformten flächigen Gebildes 3a und kann so
periodisch zur Ausführung eines Meßzyklus eingesetzt werden. Die Schichtdicke d des
Gebildes 3a liegt wieder unter λKW/4 der Kompressionswelle im Medium 3.
Die Vorrichtung der Fig. 1j unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen
dadurch, daß sie nicht mobile, sondern stationäre Sender SVW und EVW verwendet. Sie sind
in akustischen Koppelelementen eingebettet, die mit der Oberfläche der Trommel 1f in
(schleifender) Verbindung stehen. Vom Sender SVW (z. B. einem Dickenschwinger) werden
Volumenschallwellen im akustischen Koppelelement 71 angeregt, die wiederum in der
Grenzschicht der Walze 1f gerichtet laufende Rayleighwelle erzeugen. Diese breiten sich bis
zum akustischen Koppelelement 70 des Empfängers EVW aus, wo sie in
Volumenschallwellen gewandelt und vom Empfänger EVW sensiert werden. Die Meßstrecke
erstreckt sich vom Spalt zwischen den Walzen 1f, 1ff bis zur Auflagestelle des akustischen
Koppelelements 70.
Eine der Fig. 1e ähnliche Variante mit einer von einem Festkörper 1g gebildeten geneigten
Ebene zeigt Fig. 1k. Jedoch erfolgt hier die Einkopplung der akustischen Energie von der
freien, an das akustisch schlecht ankoppelbare Medium 2a angrenzenden
Flüssigkeitsoberfläche her. Dazu werden zwei Keilwandler 72, 73 verwendet, deren
Keilwinkel genau an die zu erzeugende Rayleighwelle angepaßt sind. Sie tragen auf der der
Wellenlaufrichtung entgegengesetzten Seite Dickenschwinger, die als Sender SVW bzw.
Empfänger EVW dienen. Die im Keilwandler 72 vom Dickenschwinger erzeugten
Volumenschallwellen führen zu Kompressionswellen in der Flüssigkeitsschicht 3a, die
wiederum aufgrund ihres Auftreffwinkels auf der Festkörperoberfläche Rayleighwellen RW
anregen. Wenn die Rayleighwellen den Bereich des anderen Keilwandlers 73 erreichen,
konvertieren sie wieder zu Kompressionswellen. Die dadurch im Keilwandler 73 angeregten
Volumenwellen werden vom Empfänger EVW sensiert.
Das Anwendungsbeispiel der Fig. 1l und 1m betrifft eine Meßanordnung zur Ermittlung
der Viskosität eines im Kanal 62 strömenden Mediums 3, kurz vor seinem Austritt aus einer
Düse. Zur Begrenzung der Schichtdicke der zu messenden Flüssigkeit 3a wird ein
Festkörper 2b verwendet, dessen Rayleighwellengeschwindigkeit größer als die der
gegenüberliegenden Meßstrecke 106 ist. Damit besteht eine enge Verwandtschaft zu der in
Fig. 1a schematisch dargestellten Meßanordnung. Der die Meßstrecke 106 tragende
Festkörper 1h besitzt auf der einen Seite eine sich verjüngende äußere Kontur, die mit einer
schmalen Stirnfläche abschließt. Daran ist eine Sender-/Empfänger-Einheit SVW/EVW, zum
Senden und Empfangen von Volumenschallwellen angeschlossen, die periodisch im
Sendemodus (Fig. 1l) und Empfangsmodus (Fig. 1m) betrieben wird. Auf der
gegenüberliegenden Seite ist ein Modenwandler 4 angeordnet, an dem die
Volumenschallwellen zu Rayleighwellen konvertiert werden. Diese breiten sich entlang der
Meßstrecke 106 aus und werden bei Erreichen des Reflektors 40 reflektiert, so daß sie die
Meßstrecke ein zweites Mal durchlaufen. Am Modenwandler 4 wird dann die mit der zur
Flüssigkeitsschicht gehörenden Meßinformation "beladene" Rayleighwelle wieder in eine
Volumenschallwelle konvertiert, die in Richtung auf der Sender-/Empfänger-Einheit
zurückläuft.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele der Fig. 2-1 bis 2-9 beschreiben in stilisierter
Form Möglichkeiten der Nutzung der Erfindungsvariante 2, wonach die von dem ersten
wellenführenden Festkörper in die angrenzende Flüssigkeit ausgekoppelte
Kompressionswelle in einen gegenüberliegenden Festkörper wieder eingekoppelt wird.
Durch dieses "Einfangen" der Auskopplung unterliegt die Dicke der Flüssigkeitsschicht über
der Meßstrecke keiner oberen Begrenzung und kann insbesondere dicker als ¼ der
Wellenlänge der Kompressionswelle λKW in der Flüssigkeit sein. Diese Erfindungsvariante 2
besitzt drei Untervarianten wobei die ersten beiden darin bestehen, die Kompressionswelle
auf einer gegenüberliegenden Festkörperoberfläche, die bei gleichen
Rayleighwellengeschwindigkeiten parallel zur ersten liegt, oder die eine den
unterschiedlichen Geschwindigkeiten angepaßte gegenseitige Neigung aufweisen, wieder zu
Rayleighwellen einzukoppeln. Die dritte Untervariante besteht darin, die Kompressionswelle
in einen gegenüberliegenden Festkörper, der mit Empfängern in Verbindung steht oder
selbst ein Empfänger für Kompressionswellen ist, einzukoppeln.
So zeigt Fig. 2-1 ein akustisches Übertragungssystem 5 aus einem Festkörper 1 und einem
gegenüber liegenden Festkörper 2c, wobei die beiden Festkörper 1 und 2c gleiche
Rayleighwellengeschwindigkeiten v(1) RW = v(2) RW besitzen und die Oberflächen der beiden
Festkörper 1 und 2c parallel liegen. Festkörper 1 trägt an seinem einen Ende einen Sender
für Rayleighwellen SRW und an seinem anderen Ende einen Empfänger für Rayleighwellen
ERW. In der Grenzschicht 11 breitet sich die Rayleighwelle RW aus. Durch seitliche
Begrenzungselemente 25 wird die zu messende Flüssigkeit 3b begrenzt und so die
Meßstrecke 100 definiert, an die sich links und rechts die Zuleitungstrecke 110 und die
Ableitungsstrecke 120 anschließen. Die Dicke d der Flüssigkeitsschicht 3b muß dicker als
die viskose Grenzschicht der Flüssigkeit sein und unterliegt keiner weiteren Bedingung. Die
Festkörpergrenzflächen im Bereich der Zu- und Ableitungsstrecken 110, 120, 220 grenzen
an ein Medium 2a mit schlechter akustischer Ankoppelbarkeit (z. B. Luft oder andere Gase).
Die Begrenzungselemente 25 sind so ausgebildet, daß sie den Durchgang der Rayleighwelle
im wesentlichen nicht behindern, damit die durch die Wechselwirkung mit der Flüssigkeit der
Rayleighwelle aufgeprägte Information möglichst nicht verfälscht bzw. abgeschwächt wird.
Auf der Oberfläche des dem Festkörper 1 gegenüberliegenden Festkörpers 2c werden durch
die Kompressionswellen KW in der Flüssigkeit, die von der sich dadurch abschwächenden
Rayleighwelle RW in 11 angeregt sind, Rayleighwellen RW angeregt, die sich in der
Grenzschicht 21 ausbreiten. Die Rayleighwellen RW in 21 regen, sich dadurch
abschwächend, ihrerseits Kompressionswellen KW in der Flüssigkeit an, die erneut
Rayleighwellen RW in 11 anregen. Dadurch entsteht ein Mechanismus der wechselseitigen
Anregung von Rayleighwellen RW in den gegenüberliegenden Festkörpergrenzflächen 11,
21, vermittelt durch die Kompressionswellen KW in der Flüssigkeit. Durch den die Flüssigkeit
3b berührenden Teil der Oberfläche von 2c und die seitlichen Begrenzungen 25 wird eine
weitere Meßstrecke 200 definiert, an die sich rechts die Ableitungsstrecke 220 hin zu einem
weiteren Empfänger E'RW anschließt. Die dargestellte Meßvorrichtung ist auch dann
funktionstüchtig, falls nur einer der beiden, an den Ableitungsstrecken 120 bzw. 220
angeschlossenen Empfängern ERW, E'RW zum Einsatz kommt.
Fig. 2-2 zeigt die schematische Darstellung des Spaltes zwischen einer sich in ihrem
Gehäuse 1 bewegenden Schnecke mit der Schneckenschulter 2 und diesem Gehäuse 1. 1
und 2 besitzen die gleiche Rayleighwellengeschwindigkeit v(1) RW = v(2) RW. Durch einen
Sender für Rayleighwellen SRW werden auf 1 Rayleighwellen RW erzeugt, die sich auf der
Oberfläche von 1 ausbreiten und so die Meßstrecke 100 definieren. Dabei regen sie in der
angrenzenden Flüssigkeit 3 Kompressionswellen KW an. Zu, bei gleichförmiger Bewegung
der Schnecke, periodisch wiederkehrenden Zeitpunkten steht die Schneckenschulter 2 in der
dargestellten Weise der Meßstrecke 100 zwischen Sender SRW und Empfänger ERW parallel
gegenüber und ermöglicht so die Anregung von Rayleighwellen RW durch
Kompressionswellen KW auf der Schneckenschulter 2. Diese auf der Oberfläche von 2 sich
ausbreitenden Rayleighwellen definieren dadurch eine weitere Meßstrecke 200 und
erzeugen wiederum Kompressionswellen KW in der Flüssigkeit, die ihrerseits Rayleighwellen
auf dem Gehäuse 1 anregen. Letztere gelangen, bei geeigneter Dimensionierung, in den
Empfänger für Rayleighwellen ERW. Der Vorteil der skizzierten Vorrichtung besteht in der
Nutzung vorhandener Bauteile als Träger der Rayleighwellen. Der Weg der akustischen
Übertragung vom Sender SRW über Rayleighwellen RW auf dem Gehäuse 1,
Kompressionswellen KW in der Flüssigkeit, Rayleighwellen RW auf der Schneckenschulter
2, wiederum Kompressionswellen KW in der Flüssigkeit und erneut Rayleighwellen RW auf
dem Gehäuse 1, die schließlich in den Empfänger ERW gelangen, ermöglicht eine
Signalübertragung von Sender zu Empfänger, die auf direktem Weg über Rayleighwellen
RW auf dem Gehäuse 1 nicht möglich wäre, entweder weil deren Entfernung zu groß ist und
die Abstrahlung von Kompressionswellen die Rayleighwellen zu stark schwächen würde,
oder weil eine direkte Übertragung von Sender SRW zu Empfänger ERW durch eine
Unterbrechung 7 der Laufstrecke, z. B. durch einen Einlaß, unmöglich ist.
Fig. 2-3 zeigt ein akustisches Übertragungssystem 5 aus einem Festkörper 1 und einem
gegenüber liegenden Festkörper 2d, wobei die beiden Festkörper 1 und 2d unterschiedliche
Rayleighwellengeschwindigkeiten v(1) RW = v(2) RW besitzen, so daß ein Anregen von
Rayleighwellen RW in der Grenzschicht 21 von 2d durch die Kompressionswellen KW, die
ihrerseits durch Rayleighwellen RW, die sich in der Grenzschicht 11 auf dem Festkörper 1
ausbreiten, angeregt werden, durch die gegenseitige Neigung der Oberflächen der
Festkörper 1 und 2d zueinander unter dem Neigungswinkel ϕ erreicht wird. Der Festkörper 1
trägt an seinem einen Ende einen Sender für Rayleighwellen SRW und an seinem anderen
Ende einen Empfänger für Rayleighwellen ERW. Durch seitliche Begrenzungselemente 25
wird die zu messende Flüssigkeit 3b begrenzt und so die Meßstrecke 100 definiert, an die
sich links und rechts die Zuleitungstrecke 110 und die Ableitungsstrecke 120 anschließen.
Durch den die Flüssigkeit 3b berührenden Teil der Oberfläche von 2d und die seitlichen
Begrenzungen 25 wird eine weitere Meßstrecke 200 definiert, an die sich rechts die
Ableitungsstrecke 220 hin zum Empfänger E'RW anschließt. Die Dicke d der
Flüssigkeitsschicht 36 muß dicker als die viskose Grenzschicht der Flüssigkeit sein und
unterliegt keiner weiteren Bedingung. Die Festkörpergrenzflächen im Bereich der Zu- und
Ableitungsstrecken 110, 120, 220 grenzen an ein Medium 2a mit schlechter akustischer
Ankoppelbarkeit (z. B. Luft oder andere Gase). Die Begrenzungselemente 25 sind so
ausgebildet, daß sie den Durchgang der Rayleighwelle im wesentlichen nicht behindern,
damit die durch die Wechselwirkung mit der Flüssigkeit der Rayleighwelle aufgeprägte
Information möglichst nicht verfälscht bzw. abgeschwächt wird. Wie schon zu Fig. 2-1
beschrieben, bleibt die Meßvorrichtung auch dann funktionstüchtig, falls nur einer der beiden
Empfänger ERW oder E'RW, die auf den Festkörpern 1 bzw. 2d sitzen, zum Einsatz kommt.
Fig. 2-4 zeigt die schematische Darstellung eines Gleitlagers in dem sich eine Welle 2
befindet. Ein Teil des Lagersitzes 25 ist als die Meßstrecke tragender Festkörper 1
ausgebildet. 1 trägt sowohl Sender SRW und Empfänger ERW für Rayleighwellen RW, die sich
auf der Oberfläche von 1 entlang der Verbindungsstrecke zwischen Sender und Empfänger
ausbreiten, wodurch die Meßstrecke 100 definiert wird. Die zu messende Flüssigkeit 3
befindet sich im Lagerspalt zwischen dem die Meßstrecke 100 tragenden Festkörper 1 und
der Welle 2. Die sich entlang der Meßstrecke 100 ausbreitende Rayleighwelle bewirkt die
Anregung einer (nicht dargestellten) Kompressionswelle in der Flüssigkeit 3, diese wiederum
regt eine weitere Rayleighwelle an, die sich auf der Welle 2, die parallel zu 1 liegt und die
gleiche Rayleighwellengeschwindigkeit v(1) RW = v(2) RW besitzt, ausbreitet, wodurch eine der
Meßstrecke 100 gegenüberliegende weitere Meßstrecke 200 entsteht. Die Rayleighwelle auf
der Welle 2 regt ihrerseits Kompressionswellen in der Flüssigkeit 3 an, die erneut
Rayleighwellen RW auf 1 anregen. Die Vorrichtung von Fig. 2-4 ermöglicht die Messung
von Flüssigkeitseigenschaften direkt im Lagerspalt eines Gleitlagers unter Verwendung der
Oberflächen von vorhandenen Bauteilen als Träger von Rayleighwellen.
Anstelle eines Gleitlagers für eine rotierende Welle zeigt Fig. 2-5 die schematische
Darstellung eines Gleitlagers für einen vor und zurückgleitenden Kolben 2. Ein Teil des den
Kolben 2 führenden Zylinders 25 ist als die Meßstrecke tragender Festkörper 1 ausgebildet.
1 trägt sowohl Sender SRW und Empfänger ERW für Rayleighwellen RW, die sich auf der
Oberfläche von 1 entlang der Verbindungsstrecke zwischen Sender und Empfänger
ausbreiten, wodurch die Meßstrecke 100 definiert wird. Die zu messende Flüssigkeit 3
befindet sich im Lagerspalt zwischen 1 und dem Kolben 2. Die sich auf dem Festkörper 1
ausbreitende Rayleighwelle bewirkt die Anregung einer (nicht dargestellten)
Kompressionswelle in der Flüssigkeit 3, diese wiederum regt eine weitere Rayleighwelle an,
die sich auf dem Kolben 2, der parallel zu 1 liegt und die gleiche
Rayleighwellengeschwindigkeit v(1) RW = v(2) RW besitzt, ausbreitet, wodurch eine der
Meßstrecke 100 gegenüberliegende weitere Meßstrecke 200 entsteht. Die Rayleighwelle auf
dem Kolben 2 regt ihrerseits Kompressionswellen in 3 an, die erneut Rayleighwellen RW auf
1 anregen. Ebenso wie die Vorrichtung von Fig. 2-4 ermöglicht die Vorrichtung von Fig. 2-
5 die Messung von Flüssigkeitseigenschaften direkt im Gleitspalt unter Verwendung der
Oberflächen von vorhandenen Bauteilen als Träger von Rayleighwellen.
Fig. 2-6 zeigt ein akustisches Übertragungssystem 5 aus einem Festkörper 1 und einem
gegenüber liegenden Festkörper 2e, der eine geringere Geschwindigkeit v(2) RW für die
Rayleighwelle besitzt als die Rayleighwellengeschwindigkeit des Festkörpers 1 v(1) RW. Dieser
Festkörper 1 trägt an seinem einen Ende einen Sender für Rayleighwellen SRW. In der
Grenzschicht 11 breitet sich die Rayleighwelle RW aus. Durch seitliche
Begrenzungselemente 25 wird die zu messende Flüssigkeit 3b begrenzt und so die
Meßstrecke 100 definiert, an die sich links die Zuleitungstrecke 110 anschließt. Die Dicke d
der Flüssigkeitsschicht 3b muß dicker als die viskose Grenzschicht der Flüssigkeit sein und
unterliegt keiner weiteren Bedingung. Die Festkörpergrenzfläche im Bereich der
Zuleitungsstrecke 110 grenzt an ein Medium 2a mit schlechter akustischer Ankoppelbarkeit
(z. B. Luft oder andere Gase). Die Begrenzungselemente 25 sind so gestaltet, daß sie einen
guten Durchtritt für die Rayleighwelle RW ermöglichen. An der Oberfläche des dem
Festkörper 1 gegenüberliegenden Festkörpers 2e werden durch die Kompressionswellen
KW in der Flüssigkeit, die von der sich dadurch abschwächenden Rayleighwelle RW in der
Grenzschicht 11 angeregt sind, Volumenschallwellen SW angeregt, die sich im Festkörper
2e in definierten Richtungen ausbreiten und zu Empfängern E und E', die mit dem
Festkörper 2e in Verbindung stehen, gelangen.
Fig. 2-7 zeigt die schematische Darstellung eines die Meßvorrichtung tragenden Stücks
einer Rohrleitung 27 vom Durchmesser d, die die zu messende Flüsssigkeit 3 enthält. Auf
einem in die Rohrwand integrierten Festkörper 1 breiten sich Rayleighwellen RW aus, die
von einem ebenfalls in die Rohrwand integrierten Sender für Rayleighwellen SRW angeregt
werden. Die Länge der Ausbreitungstrecke der Rayleighwellen definiert die Meßstrecke 100.
Diese Rayleighwellen bewirken die Anregung von Kompressionswellen KW in der
Flüssigkeit, die auf die gegenüberliegende Rohrwand treffen und dort in einem geeigneten
Festkörper 2 Volumenschallwellen SW anregen, die von diesem Festkörper 2 zu einem
Empfänger ESW geleitet werden. Das dargestellte Stück einer Rohrleitung kann so
ausgeführt werden, daß ein Einbau in bestehende Systeme möglich ist, wobei nur eine
geringe Querschnittsveränderung bewirkt wird.
Die gegenüberliegende Festkörperoberfläche, auf die die sich in der Flüssigkeit ausbreitende
Kompressionswelle trifft, kann direkt die Oberfläche eines Empfängers für
Kompressionswellen sein. So zeigt Fig. 2-8 ein akustisches Übertragungssystem 5 aus
einem Festkörper 1 und einem gegenüber liegenden Festkörper EKW der ein Empfänger für
Kompressionswellen ist. Dieser Festkörper 1 trägt an seinem einen Ende einen Sender für
Rayleighwellen SRW. In der Grenzschicht 11 breitet sich die Rayleighwelle RW aus, deren
gesamte Ausbreitungsstrecke die Meßstrecke 100 definiert, an die sich links die
Zuleitungstrecke 110 anschließt. Durch seitliche Begrenzungselemente 25 wird die zu
messende Flüssigkeit 36 begrenzt. Die Dicke d der Flüssigkeitsschicht 3b muß dicker als die
viskose Grenzschicht der Flüssigkeit sein und unterliegt keiner weiteren Bedingung. Die
Festkörpergrenzfläche im Bereich der Zuleitungsstrecke 110 grenzt an ein Medium 2a mit
schlechter akustischer Ankoppelbarkeit (z. B. Luft oder andere Gase). Die
Begrenzungselemente 25 sind so gestaltet, daß sie einen guten Durchtritt für die
Rayleighwelle RW ermöglichen.
Fig. 2-9 zeigt die schematische Darstellung eines die Meßvorrichtung tragenden Stücks
einer Rohrleitung 27 vom Durchmesser d, die die zu messende Flüsssigkeit 3 enthält. Auf
einem in die Rohrwand integrierten Festkörper 1 breiten sich Rayleighwellen RW aus, die
von einem ebenfalls in die Rohrwand integrierten Sender für Rayleighwellen SRW angeregt
werden. Die Länge der Ausbreitungstrecke der Rayleighwellen definiert die Meßstrecke 100.
Diese Rayleighwellen bewirken die Anregung von Kompressionswellen in der Flüssigkeit
KW, die auf einen in einem an die gegenüberliegende Rohrwand angeschlossenen
Rohrstutzen sitzenden Empfänger für Kompressionswellen EKW treffen. Das dargestellte
Stück einer Rohrleitung kann so ausgeführt werden, daß ein Einbau in bestehende Systeme
möglich ist, wobei nur eine geringe Querschnittsveränderung bewirkt wird.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele der Fig. 3-1 bis 3-6 beschreiben in stilisierter
Form Möglichkeiten der Nutzung der Erfindungsvariante 3, wonach als wellenführende
Festkörperoberfläche ein Material verwendet wird, das eine geringere Geschwindigkeit für
die Ausbreitung von Rayleighwellen besitzt als die Geschwindigkeit der Kompressionswellen
in der zu messenden, angrenzenden Flüssigkeit beträgt. Dadurch unterliegt die Dicke der
Flüssigkeitsschicht über der Meßstrecke keiner oberen Begrenzung und kann insbesondere
dicker als ¼ der Wellenlänge der Kompressionswelle λKW in der Flüssigkeit sein.
So zeigt Fig. 3-1 ein akustisches Übertragungssystem 5 aus einem Festkörper 1, dessen
Rayleighwellengeschwindigkeit v(1) RW kleiner ist als die Kompressionswellengeschwindigkeit
vKW der zu messenden Flüssigkeit 3b. 1 trägt an seinem einen Ende einen Sender für
Rayleighwellen SRW und an seinem anderen Ende einen Empfänger für Rayleighwellen ERW.
In der Grenzschicht 11 breitet sich die Rayleighwelle RW aus. Durch seitliche
Begrenzungselemente 25 wird die zu messende Flüssigkeit 3b begrenzt und so die
Meßstrecke 100 definiert, an die sich links und rechts die Zuleitungstrecke 110 und die
Ableitungsstrecke 120 anschließen. Die Dicke der Flüssigkeitsschicht 3b muß dicker als die
viskose Grenzschicht der Flüssigkeit sein und unterliegt keiner weiteren Bedingung. Die
Festkörpergrenzfläche im Bereich der Zu- und Ableitungsstrecken 110, 120 grenzt an ein
Medium 2a mit schlechter akustischer Ankoppelbarkeit (z. B. Luft oder andere Gase). Die
Begrenzungselemente 25 sind so ausgebildet, daß sie den Durchgang der Rayleighwelle im
wesentlichen nicht behindern, damit die durch die Wechselwirkung mit der Flüssigkeit der
Rayleighwelle aufgeprägte Information möglichst nicht verfälscht bzw. abgeschwächt wird.
Dies kann beispielsweise durch Verwendung von Dichtmaterialien wie PU-Schaum oder
Gummilippen erreicht werden.
Rayleighwellen besitzen die Eigenschaft, physikalisch an die Oberfläche des sie führenden
Festkörpers gebunden zu sein. Diese Wellenleitung erfolgt nahezu verlustlos und ermöglicht
somit räumlich ausgedehnte Festkörper als Träger der Welle. Die mögliche große räumliche
Entfernung von Sender und Empfänger einerseits und Meßstrecke andererseits erlaubt
Messungen an schlecht zugänglichen Orten oder an Orten bzw. in Medien an bzw. in denen
Bedingungen (z. B. hohe Temperaturen, chemische Aggressivität, elektromagnetische
Störungen) vorliegen, denen Sender und/oder Empfänger nicht ausgesetzt werden können.
So zeigt Fig. 3-2 einen langgestreckten, lanzenförmigen Festkörper 1 mit einer
Rayleighwellengeschwindigkeit kleiner als die Geschwindigkeit der Kompressionswelle in der
Flüssigkeit 3, dessen eine Ende Sender SRW und Empfänger ERW für die Rayleighwellen RW
trägt und dessen andere Ende in die zu messende Flüssigkeit 3 eintaucht. Der benetzte Teil
der die Rayleighwelle RW tragenden Oberfläche des Festkörpers 1 bildet die Meßstrecke
100. Da die Veränderung der Kenngrößen der Rayleighwelle, die durch den Durchgang
durch die Meßstrecke bewirkt werden von der Länge der Meßstrecke und von den
Eigenschaften der Flüssigkeit 3 abhängen, kann eine Vorrichtung der dargestellten Art
entweder als Füllstandssensor benutzt werden, nämlich dann, wenn die Flüssigkeit
konstante Eigenschaften besitzt (oder die sich ändernden Flüssigkeitseigenschaften die
Rayleighwelle nicht beeinflussen) oder, bei fester Eintauchtiefe, als Sensor zum Messen der
Flüssigkeitseigenschaften (z. B. Viskosität).
Die Fig. 3-3 zeigt eine Variante der Ausgestaltung, die die Messung an einer Flüssigkeit in
einem abgeschlossenen Behälter ermöglicht. In der Behälterwand 25 ist mit einer
Verschraubung 26 eine Hülse 27 befestigt. Diese Hülse 27 dient als Träger für einen
lanzenartigen Festkörper 1, der die Rayleighwelle führt und eine geringere Geschwindigkeit
für die Rayleighwelle besitzt als die Geschwindigkeit der Kompressionswelle in der
Flüssigkeit. Dieser Festkörper 1 ist in der Hülse 27 mit einem Dichtmaterial 23 befestigt, das
den Durchtritt der Rayleigwellen gestattet. Somit wird eine Anordnung erreicht, bei der das
eine Ende des die Rayleighwelle führenden Festkörpers 1 in Kontakt mit der zu messenden
Flüssigkeit 3 steht und das andere Ende einen Halter H mit Sender SRW und Empfänger ERW
für die Rayleighwellen trägt. Die dargestellte Formgebung des Festkörpers 1 im Bereich des
formschlüssigen Halters H ermöglicht eine einfach handhabbare Ankopplung von Sender
SRW und Empfänger ERW an der Festkörper 1.
In Fig. 3-4 wird eine Meßvorrichtung skizziert, die auf einem einstückigen, die Rayleigh
welle führenden Festkörper 1 zwei Meßstrecken 101 und 102 besitzt. Dadurch können mit
einer Meßvorrichtung die Eigenschaften einer Flüssigkeit 3' in einer Rohrleitung 27 an zwei
verschiedenen Stellen, vor und hinter einem Reaktor 61, gemessen werden. Der Festkörper
1 besitzt eine Rayleighwellengeschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der
Kompressionswelle in der Flüssigkeit 3'. Der Festkörper 1, der einen bidirektionalen Sender
für Rayleighwellen SRW und einen ebenso bidirektionalen Empfänger für Rayleighwellen ERW
trägt, durchdringt die Wand der Rohrleitung 27 in der in Fig. 3-3 dargestellten Art. Die
asymmetrische Anbringung des Sender SRW bewirkt unterschiedlich lange Laufstrecken für
die Rayleighwellen, die die Meßstrecke 101 bzw. die Rayleighwellen, die Meßstrecke 102
durchlaufen, wodurch - bei gepulstem Sendesignal - die Wellenpakete, die die
unterschiedlich langen Wege zurückgelegt haben, zu unterschiedlichen Zeiten im Empfänger
ERW eintreffen und so von einem Empfänger mit zeitaufgelöster Messung aufgenommen
werden können. Sind Sender SRW und Empfänger ERW für Rayleighwellen symmetrisch
angeordnet, so sind zur Unterscheidung der Signale der beiden Meßstrecken 101, 102 zwei
getrennte Empfänger notwendig. Das gewonnene Meßsignal kann über eine Regelung 62
die Betriebsbedingungen des Reaktors 61 bestimmen.
In Fig. 3-5 wird schematisch eine Ausgestaltung gezeigt, die die Meßvorrichtung in eine,
die Flüssigkeit 3' enthaltende Rohrleitung 27 integriert, ohne den Querschnitt der
Rohrleitung 27 zu verringern. An das Rohr 27 sind zwei Rohrstutzen angebracht, von denen
einer den Sender für die Rayleighwellen SRW und der andere den Empfänger für die
Rayleighwellen ERW trägt. SRW und ERW sitzen dabei außerhalb der zu messenden
Flüssigkeit 3', die durch das die Rohrstutzen abdichtenden Dichtmaterialien 23
eingeschlossen wird. Diese 25312 00070 552 001000280000000200012000285912520100040 0002019725012 00004 25193Dichtmaterialien 23 sind so ausgeführt, daß sie ein Durchtreten
der Rayleighwelle RW ermöglichen. Der wellenführende Festkörper 1, wird entweder von der
Rohrwand selbst gebildet, falls diese aus einem Material besteht, das eine geringere
Geschwindigkeit für die Rayleighwelle v(1) RW besitzt als die Geschwindigkeit der
Kompressionswelle vKW in der angrenzenden Flüssigkeit 3' oder von einem in die Rohrwand
eingelassenen, auf die Rohrwand aufgebrachten oder durch oben beschriebene, geeignete
Veränderung des Materials der Rohrwand erzeugten, geeigneten Material, das sich
zwischen Sender SRW und Empfänger ERW erstreckt, und die genannte
Geschwindigkeitsbedingung v(1) RW < vKW, erfüllt. Die Laufstrecke der Rayleighwelle RW, die
innerhalb der beiden Dichtmaterialien 23 liegt und von der Flüssigkeit 3' benetzten ist,
definiert die Meßstrecke 100. Das dargestellte Rohrstück kann mit den Flanschanschlüssen
27' in bestehende Leitungen einbaut werden.
Fig. 3-6 zeigt, daß analog zu der in Fig. 3-5 für den Fall einer geschlossenen Rohrleitung
dargestellten Weise, ebenso die Wand eines vorliegenden, die zu messende Flüssigkeit 3
enthaltenden Behälters 25 als die Rayleighwelle führenden Festkörper 1 benutzt werden
kann. Auf den nicht von der Flüssigkeit 3 benetzten Enden der Behälterwand sind Sender
SRW und Empfänger ERW für die Rayleighwelle RW angebracht. Der Weg der Rayleighwelle
auf der Behälterwand erfolgt durch die Flüssigkeit 3 hindurch, wobei durch den benetzten
Teil der Laufstrecke der Rayleighwelle die Meßstrecke 100 definiert wird. Der
wellenführende Festkörper 1 wird entweder von der Behälterwand selbst gebildet, falls diese
aus einem Material besteht, das eine geringere Geschwindigkeit für die Rayleighwelle v(1) RW
besitzt als die Geschwindigkeit der Kompressionswelle vKW in der angrenzenden Flüssigkeit
3 oder von einem in die Behälterwand eingelassenen, auf die Behälterwand aufgebrachten
oder durch oben beschriebene, geeignete Veränderung des Materials der Behälterwand
erzeugten, geeigneten Material, das sich zwischen Sender SRW und Empfänger ERW
erstreckt, und die genannte Geschwindigkeitsbedingung v(1) RW < vKW erfüllt. Der Behälter 25
kann z. B. als Wanne, Tiegel oder als eine strömende Flüssigkeit enthaltende Rinne
ausgeführt sein.
Die nachfolgend beschriebenen Fig. 4-1 bis 4-7 zeigen Ausführungsbeispiele, die
zusätzlich zu der akustischen Energie eine weitere Energieform in den Bereich der
Meßstrecke einkoppeln.
Nach Fig. 4-1 befindet sich die polare Flüssigkeit in einem von außen angeregten
elektrischen Feld. Dadurch lagern sich entsprechend ihrer Polarität Teilchen an die
Elektrode, die gleichzeitig Meßstrecke ist, an. Somit kann der Anteil selektiv angesprochener
polarer Teilchen vor der Elektrode und damit innerhalb der viskosen Grenzschicht gesteuert
werden. Der Vergleich des Messergebnisses der Rayleighwellenausbreitung mit und ohne
elektrisches Feld lässt so z. B. eine Aussage über den Ionengehalt in einer Flüssigkeit zu.
Gemäß Fig. 4-2 ist die an der Meßstrecke befindliche Elektrode mehrfach unterbrochen,
wobei jede Teilelektrode mit einem individuellen Signal angesteuert werden kann. Es sind
verschiedene Betriebsmoden möglich:
- - Betrieb mit Gleich- oder Wechselspannung
- - unterschiedliches Gleichspannungspotential an verschiedenen Elektroden (Konzentra tionsbildung von polaren Teilchen)
- - alle Elektroden an gleichem Gleichspannungs-, aber unterschiedlichem Wechsel spannungspotential (selektives Ansprechen verschiedener polarer Teilchen über deren charakteristische (bspw. Resonanz-) Frequenz
- - Erzeugung einer elektrischen "Wanderwelle" durch phasenverschiedene Ansteuerung
(ϕi + 1 = ϕi + Δϕ mit i = 1..n) - - Synchronisierung dieser Wanderwelle mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rayleighwelle, z. B., damit die Konzentration polarer Teilchen dort maximal ist, wo die Rayleighwelle eine maximale Auslenkung der Scher- und minimale Auslenkung der Kompressionskomponente hat.
Fig. 4-3 zeigt die Zufuhr thermischer Energie, z. B. elektrisch durch eine
Widerstandsheizung, um einen Temperaturgradienten innerhalb der Flüssigkeit zu erzielen.
Die Temperatur der Meßstrecke TMS ist höher als die der Umgebung TU.
Damit können verschiedene Effekte erzeugt werden:
- - Einwirkung auf chemische Prozesse oder Reaktionen, die durch Zufuhr thermischer Energie eine Viskositätsänderung bewirken.
- - gezielte Änderung der Viskositätsverteilung (Viskositätsgradient) über die Temperatur z. B. für Anwendungen im Bereich der Verfahrenstechnik (Extruder).
Eine Möglichkeit zur Einleitung von mechanischer (akustischer) Energie in die Flüssigkeit,
um z. B. (chemische) Prozesse zu beschleunigen oder z. B. eine Reinigungswirkung zu
erzielen (Ultraschallreinigung), zeigt Fig. 4-4. Der "Reinigungserfolg" kann durch
Veränderung der Konzentration / Zusammensetzung / Niederschlag auf der Messstrecke
festgestellt werden. Umgekehrt kann eine bewußt gewünschte Durchmischung z. B. einer
Emulsion abhängig von der an der Meßstrecke festgestellten, konzentrationsabhängigen
Viskosität erzeugt werden.
Die mechanische Veränderung der Gestalt der Meßstrecke durch mechanischen Eingriff, wie
sie in der Prinzipdarstellung von Fig. 4-5 angedeutet ist, hat Vorteile hinsichtlich:
- - Eine Durchmischung der Flüssigkeit ist möglich.
- - Ein Pumpeffekt ist möglich.
- - Eine längere Laufstrecke der Rayleighwelle wird erzeugt (wenn λMS << λRW)
Mit Fig. 4-6 soll auf die Möglichkeit der Regelung der Temperatur über die Messung der
Viskosität hingewiesen werden. So können z. B. temperaturabhängige Prozesse in einem
Rührwerk gesteuert werden. Regelung der Temperatur über die Messung der Viskosität
kann auch unter Einsatz eines Kühlelements (bspw. Peltier-Elements) erfolgen (siehe Fig.
4-7). Anwendungsmöglichkeiten werden z. B. in der Prüfung der Qualität und der Regelung
eines Kühlsystems gesehen.
Bild 4-8 zeigt den schematischen Aufbau einer Meßvorrichtung auf einem transparenten
Festkörper 1. Dieser Festkörper 1 trägt an seinem einen Ende einen Sender für
Rayleighwellen SRW und an seinem anderen Ende einen Empfänger für Rayleighwellen ERW.
Zwischen diesen beiden breitet sich an der Oberfläche von 1 die Rayleighwelle RW aus.
Durch seitliche Begrenzungselemente 25 wird die zu messende Flüssigkeit 3 begrenzt und
so die Meßstrecke 100 definiert. Die Begrenzungselemente 25 sind so ausgebildet, daß sie
den Durchgang der Rayleighwelle im wesentlichen nicht behindern. Durch den transparenten
Festkörper 1 fällt von unten Licht ein und bewirkt so einen zusätzlichen Energieeintrag in die
Umgebung der Meßstrecke 100. Durch diese optische Anregung können Reaktionen in
photoaktiven Flüssigkeiten oder in photoaktiven Festkörpern, die in der Flüssigkeit verteilt
sind, ausgelöst werden. Dadurch bewirkte Veränderungen von Flüssigkeitseigenschaften
können mit dem akustischen Meßsystem gemessen werden. Soll die Meßvorrichtung unter
Verwendung eines nicht-transparenten Festkörpers realisiert werden, kann der Lichteinfall
u. U. aus einer anderen Richtung erfolgen. Unter Benutzung von Lasern kann optische
Energie in sehr schmalen Strahlenbündeln auf engem Raum konzentriert werden und damit
die Meßstrecke nur teilweise mit optischer Energie versorgt werden.
Das Bild 4-9 zeigt schematisch den Aufbau einer akustischen Meßstrecke auf einem
transparenten Trägermaterial zur Verwendung unter einem Mikroskop. Auf einem
Objektträger 1 sitzen links ein Sender für Rayleighwellen SRW und rechts ein Empfänger für
Rayleighwellen ERW. Die zu untersuchende Probenflüssigkeit 3 befindet sich dazwischen und
wird von einem Deckglas 2 bedecket. Diese Anordnung ermöglicht die Messung von
Flüssigkeitseigenschaften, beispielsweise biologischer oder biochemischer Flüssigkeiten
bzw. von Veränderung dieser Flüssigkeitseigenschaften und die gleichzeitige optische
Beobachtung dieser Flüssigkeiten mit einem Mikroskop 6. Vorteilhaft kann die Vorrichtung
benutzt werden, wenn durch das zur optischen Beobachtung notwendige Licht 7 als
Auslöser für photochemische Prozesse in der Probenflüssigkeit 3 wirkt und die dadurch
bewirkten Veränderungen von Flüssigkeitseigenschaften mit dem akustischen
Übertragungssystem gemessen werden können.
In Fig. 5.1 sind erfindungsgemäße Vorrichtungen mit mehreren Meßstrecken schematisch
dargestellt. In Fig. 5.1a wird die von einem Sender für Rayleighwellen S ausgehende
Rayleighwelle RW über eine Zuleitungsstrecke 110 zu einer ersten Meßstrecke 100. Nach
dem Durchgang durch diese Meßstrecke werden die Rayleighwellen über eine Strecke mit
Wellenleitcharakter 130 auf eine zweite Meßstrecke 101 und dieser weiter über eine Strecke
mit Wellenleitcharakter auf eine dritte Meßstrecke 102. Vom Ende dieser Meßstrecke
werden die Rayleighwellen über eine Ableitungsstrecke 120 dem Empfänger E zugeführt.
Praktische Anwendung findet eine solche Anordnung bei der Füllstandsüberwachung von
mehreren, voneinander getrennten Tanks mit identischen Flüssigkeiten. Sind die
Meßstrecken identisch ausgeführt, so erhält man jeweils deutlich voneinander
unterscheidbare Empfängersignale für den Fall, daß kein, ein, zwei oder drei Meßstrecken
mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen.
Eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 5.1b
dargestellt. Hier werden die von einem Sender für Rayleighwellen S ausgehenden
Rayleighwellen RW über eine Zuleitungsstrecke 110 auf die Meßstrecken 100, 101 und 102
geleitet und nach Durchgang durch die jeweilige Meßstrecke über Ableitungsstrecken 120,
121, 122 den Empfängern E1, E2 und E3 zugeleitet. Praktische Anwendung findet eine
solche Anordnung mit zwei Meßstrecken bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer
ersten Meßstrecke 100, die mit dem zu messenden Medium in Kontakt bringbar ist und einer
zweiten Meßstrecke 101, die als Referenzstrecke dient und mit dem Medium nicht in Kontakt
bringbar ist. Eine solche Anordnung mit Referenzstrecke kommt besonders dann zur
Anwendung, wenn die durch die Flüssigkeit hervorgerufene Änderung des Meßsignals im
Empfänger E1 klein ist gegenüber anderen Einflüssen, wie beispielsweise Signaländerungen
durch Temperaturschwankungen. Sowohl in Fig. 5.1a als auch 5.1b kann die Anzahl der
verwendeten Meßstrecken beliebig gewählt werden. In Fig. 5.1c ist eine Anordnung
schematisch dargestellt, bei der von einem Sender S ausgehende Rayleighwellen über
Zuleitungsstecken 110 und 111 den Meßstrecken 100 und 101 zugeführt werden und von
diesen über Ableitungsstrecken 120 und 121 auf einen einzigen Empfänger E geleitet
werden. Werden die Meßstrecken 100 und 101 gleichartig ausgeführt und unterscheidet sich
die Rayleighwellen-Laufzeit auf der Strecke 110-120 von der Rayleighwellen-Laufzeit auf der
Strecke 111-121, so können bei gepulstem Betrieb des Senders über die
Laufzeitunterschiede der Rayleighwellen mit einem einzigen Empfänger physikalische oder
technische Parameter der die Meßstrecken 100 und 101 benetzenden Flüssigkeiten
abgeleitet werden.
In Fig. 5.2 sind zwei Ausführungsbeispiele von Anordnungen von Meßstrecken aus Fig. 5.1
dargestellt: Fig. 5.2a zeigt eine Anordnung gemäß der schematischen Darstellung in Fig.
5.1b. Auf einem Festkörper 1 ist ein Rayleighwellen-Sender S angeordnet, von dem aus
Rayleighwellen RW auf die Meßstrecken 100, 101 und 103 treffen, über Ableitungsstrecken
120, 121 und 122 werden die Rayleighwellen den Empfängern E1, E2, E3 zugeführt. Die
Strecken mit wellenleitendem Charakter 100-120, 101-121 und 102-122 sind im Beispiel der
Fig. 5.2 durch Nuten voneinander getrennt. Die Rayleighwellen werden auf der
Festkörperoberfläche 10 jeweils zwischen den Nuten geführt und dem jeweils zugeordneten
Empfänger zugeleitet. Werden die Meßstrecken 100, 101 und 102 aus verschiedenen,
geeignet gewählten Materialien ausgeführt, so kann die an den Meßstrecken anstehende
Flüssigkeit als eine von verschiedenen möglichen Flüssigkeiten identifiziert werden.
In Fig. 5.2b ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung für die
Bestimmung einer physikalischen oder technischen Kenngröße eines Schmierstoffes in
einem Gleitlager im Teilschnitt dargestellt. In eine Lagerbuchse L ist eine Welle W drehbar
gelagert, wobei zwischen Welle und Lagerbuchse Schmierstoff S zur Verringerung der
Gleitreibung eingebracht wird. Von einem Sender SSW für Schallwellen werden
Volumenwellen auf einen Modenwandler 4 geleitet, der auf der Innenseite der Lagerbuchse
Rayleighwellen Rayleighwellen erzeugt, die in einem zweiten Modenwandler 4' in eine
Volumenwelle gewandelt wird und nach Durchgang durch die Buchse auf einen Empfänger
ESW für Volumenwellen trifft. Als Meßstrecke fungiert in diesem Beispiel der mit Schmierstoff
gefüllte Spalt zwischen der Buchse und der Welle. Die Dicke des Schmierstoffs muß dabei in
der Regel nicht klein gegen die Rayleighwellenlänge sein, da in diesem Falle eine
Anordnung wie in Variante 3 beschrieben vorliegt.
In Fig. 5.3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung mit parallel angeordneten Meßstrecken
M1, M2 unter Ausnutzung der Modenkonversion im Wellenleiter dargestellt. In einen
Festkörper 1 werden mittels eines Senders für Volumenschallwellen SSW Schallwellen in den
Festkörper 1 eingekoppelt. Diese treffen an der Oberfläche 10 des Festkörpers 1 auf einen
Modenwandler 4, von dem aus sich Rayleighwellen RW1 und RW2 ausbreiten. Die
Rayleighwellen werden an Modenwandlern 4' und 4'' in Volumenschallwellen SW
zurückgewandelt und in Empfängern für Volumenschallwellen ESW empfangen. In der
gezeigten Anordnung verläuft eine Rayleighwelle RW1 in der Meßstrecke M1, die mit der zu
messenden Flüssigkeit 2 in Kontakt steht und die andere Meßstrecke M2 verläuft an einer
Grenzfläche des Festkörpers 1 zu Luft oder Vakuum. Die Meßstrecke M2 dient
vorzugsweise als Referenzstrecke für die Meßstrecke M1.
In Fig. 5.4 ist ein Ausführungsbeispiel für den Einbau einer erfindungsgemäßen
Meßanordnung in die Wandung W einer Rohrleitung dargestellt. Die Meßstrecke 100
befindet sich an der Außenseite eines stabförmigen Festkörpers 1, der in die in der
Rohrleitung zu messenden Flüssigkeit 2 eintaucht. Der Festkörper 1 ist von dem Flansch F
durch ein Isoliermaterial I getrennt, in das die auf der Oberfläche des Festkörpers 1
laufenden Rayleighwellen RW nicht einkoppeln können. An der anderen Seite des
Festkörpers 1 ist ein Sender SSW für Volumenschallwellen SW angeordnet.
Volumenschallwellen SW aus diesem Sender SSW breiten sich im Inneren des Festkörpers 1
aus und treffen auf einen Modenwandler 4, von dem aus Rayleighwellen RW sich entlang
der Oberfläche 10 ausbreiten. Die Rayleighwellen RW1 und RW2 werden mittels
Rayleighwellen-Empfänger E1 und E2 an dem der Rohrwand W abgelegenen Seite des
Festkörpers 1 empfangen. Die Anordnung ist so gewählt, daß die Rayleighwelle RW2 auf
dem Teil der Festkörperoberfläche 10 verläuft, der mit der zu messenden Flüssigkeit 2 nicht
in Kontakt kommt und von dieser durch einen Schallisolator I getrennt ist, in den die RW2
nicht einkoppeln kann. Das Signals des Empfängers E2 wird bei der Auswertung der
Meßergebnisse als Referenzwert für die Konversionsgüte des Modenwandlers 4 benutzt.
RW2 verläuft wenigstens teilweise in einem Bereich, der mit der Flüssigkeit 2 im Kontakt
steht und die Meßstrecke 100 bildet.
In Fig. 5.5 sind Beispiele für Wellenleiter gezeigt, auf denen Rayleighwellen RW auf ihrem
Weg von Sender zum Empfänger wenigstens einmal reflektiert werden. In Fig. 5.5a ist die
Oberfläche eines Rayleighwellen tragenden, im wesentlichen U-förmigen Festkörpers
dargestellt. Eine Rayleighwelle breitet sich in einem Schenkel des U's längs eines
Wellenleiters aus, der die Meßstrecke M enthält und trifft auf eine vorzugsweise unter 45
Grad angeordnete Begrenzung B des Festkörpers. Die ebenen Rayleighwellen werden
daran reflektiert, treffen auf die gegenüberliegende Begrenzungskante B' und werden in den
anderen Schenkel des U's reflektiert. In Fig. 5.5b ist eine Anordnung mit gleicher Form des
Wellenleiters gezeigt, wobei die Rayleighwelle auf der Festkörperoberfläche 10 durch Nuten
N geführt werden, deren Tiefe wenigstens der Wellenlänge der Rayleighwelle entsprechen.
Derartige Nuten können entweder mechanisch in einen Festkörper eingearbeitet werden,
beim Herstellungsprozeß des Wellenleiters durch Spritzgießen erzeugt werden oder
beispielsweise durch Photoätzen auf eine Festkörperoberfläche aufgebracht werden. In Fig.
5.5a und b wird die Rayleighwelle zweimal reflektiert, um vom Sender zum Ort des
Empfängers zu gelangen. Entsprechend den Gesetzen der Optik ebener Wellen sind auch
Wellenleiter mit einer reflektierenden Begrenzung (V-förmiger Wellenleiter) oder mit mehr als
zwei relfektierenden Begrenzungen realisierbar. Ebenso stellt eine Festkörperoberfläche, bei
der nach Durchgang der Rayleighwelle durch die Meßstrecke ein Gitter für Rayleighwellen
senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Rayleighwellen angeordnet ist, einen
erfindungsgemäßen Wellenleiter dar. Eine solche Anordnung ist dann zweckmäßig, wenn
die aus einer Meßstrecke auslaufende Rayleighwelle eine breite Wellenfront besitzt, deren
Energie nahezu vollständig auf einen im Vergleich dazu kleinen Empfänger geleitet werden
soll. Ebenso sind Wellenleiter vorstellbar, bei denen nach Durchgang der Rayleighwelle
durch die Meßstrecke die Oberfläche des Wellenleiters eine Sammellinse für Rayleighwellen
trägt, in der die Rayleighwellen zum Empfänger hin gebeugt werden. Insbesondere kann die
Meßstrecke als Linse für Rayleighwellen ausgebildet werden.
In Fig. 5.5c ist eine Anordnung eines Rayleighwellen RW tragenden Festkörpers 1 und einer
kompakten Sender-Empfänger-Anordnung gezeigt. An den Festkörper 1 ist ein
Schaltungsträger ST akustisch angekoppelt (beispielsweise unter Verwendung von
Modenwandlern), der einen Sender S, die zum Betrieb des Senders notwendige
elektronische Schaltung SE, den Empfänger E sowie die zum Betrieb des Empfängers
notwendige elektronische Schaltung EE, eine Schnittstellen- und Auswerteschaltung trägt,
die über eine Kontaktleiste K mit einer Spannungsversorgung und einem Auswerte- und
Steuersystem verbunden ist. Eine solche Schaltung kann beispielsweise als
Dickschichtschaltung auf einem keramischen Schaltungsträger ST angeordnet sein, der
schall-leitende Eigenschaften besitzt. Eine derartige Anordnung von kompakter Elektronik
und einem, mit dieser lösbar verbundenen Wellenleiter für Rayleighwellen kommt
vorzugsweise dort zum Einsatz, wo der Wellenleiter nach einem Meßvorgang ausgetausch
werden muß (z. B. bei der Messung irreversibler Polymerisationsvorgänge in der Flüssigkeit).
In solchen Ausnahmefällen wird der kostengünstig herstellbare Wellenleiter für eine
Einmalbenutzung ausgelegt.
1
Festkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
aFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
bFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
cFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
dFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
eFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
eeWalze
1
fFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
ffWalze
1
hFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
1
gFestkörper (der die Meßstrecke trägt)
10
Festkörperoberfläche / Grenzfläche
11
Grenzschicht (in der sich die Rayleighwelle RW ausbreitet)
100
Meßstrecke
101
Meßstrecke
102
Meßstrecke
103
Meßstrecke
104
Meßstrecke
105
Meßstrecke
106
Meßstrecke
110
Zuleitungsstrecke für akustische Energie zur Meßstrecke
111
Zuleitungsstrecke für akustische Energie zur Meßstrecke
120
Ableitungsstrecke für akustische Energie zum Empfänger
121
Ableitungsstrecke für akustische Energie zum Empfänger
130
Strecke mit Wellenleitcharakter
131
Grenze des Bereichs mit Wellenleitcharakter
140
Rotationsachse
150
Abstreifer
151
Abstreifer / Rührer
151
aHohlachse
2
Medium (das an die Flüssigkeit angrenzt und der Meßstrecke gegenüberliegt)
2
aMedium mit schlechter akustischer Ankoppelbarkeit, z. B. Gas
2
bMedium mit guter akustischer Ankoppelbarkeit (wie Meßstrecke) und mit einer
im Vergleich zum Festkörper der Meßstrecke höheren Rayleighwellen
geschwindigkeit
2
'bBegrenzungselemente
2
cMedium mit gleicher Rayleighwellengeschwindigkeit wie die Meßstrecke,
vorzugsweise identisch mit dem Festkörper der Meßstrecke
2
dMedium mit im Vergleich zur Meßstrecke ungleicher Rayleighwellengeschwin
digkeit, aber daran angepaßter Neigung ihrer Grenzflächen
2
eMedium mit im Vergleich zur Meßstrecke größerer Geschwindigkeit für die
Kompressionswelle
20
Festköperoberfläche / Grenzfläche
21
Grenzschicht (in der sich die Rayleighwelle RW ausbreitet)
200
Meßstrecke
3
Flüssigkeit
3
aFlüssigkeitsschicht dünner λKW
/4
3
bFlüssigkeitsschicht dünner oder gleich oder dicker λKW
/4
4
Moderwanler
40
Reflektor
5
akustisches Übertragungssystem
60
Störquelle
61
Abstreifer
62
Rohrleitung
70
akustisches Koppelelement / Abstreifer
71
akustisches Koppelsystem
72
Keilwandler
73
Keilwandler
dDicke der Flüssigkeitsschicht
EEmpfänger
ERW
dDicke der Flüssigkeitsschicht
EEmpfänger
ERW
Empfänger für Rayleighwellen
EKW
EKW
Empfänger für Kompressionswellen
EVW
EVW
Empfänger für Volumenschallwellen
SSender
SRW
SSender
SRW
Sender für Rayleighwellen
SVW
SVW
Sender für Volumenschallwellen
RWRayleighwelle
KWKompressionswelle in der Flüssigkeit
VWVolumenschallwelle im Festkörper
v(1) RW
RWRayleighwelle
KWKompressionswelle in der Flüssigkeit
VWVolumenschallwelle im Festkörper
v(1) RW
Rayleighgeschwindigkeit der Meßstrecke (in der ersten Festkörpergrenzschicht)
v(2) RW
v(2) RW
;Rayleighgeschwindigkeit in der zweiten, gegenüberliegenden Festkörpergrenz
schicht
vKW
vKW
Schallgeschwindigkeit der Kompressionswelle in der Flüssigkeit
λRW
λRW
Wellenlänge der Rayleighwelle
λKW
λKW
Wellenlänge der Kompressionswelle
(1)
(1)
Index für die Meßstrecke / den ersten Festkörper
(2)
(2)
Index für den der Meßstrecke gegenüberliegenden zweiten Festkörper
fl
fl
Index für die Flüssigkeit
Claims (55)
1. Verfahren zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten (3,
3a, 3b), einschließlich hochviskoser, teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung
eines akustischen Übertragungssystems (Sender-Meßstrecke-Empfänger 5) mit
wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche aus nichtpiezoelektrischem Material
gebildeten Meßstrecke (100-106), die mit dem zu vermessenden Medium zumindest
teilweise in Kontakt bringbar ist, wobei zumindest ein Teil der akustischen Energie der
Meßstrecke (100-106) in Form von Rayleighwellen (RW) zur Verfügung gestellt wird
und sich die Rayleighwelle (RW) auf der Meßstrecke (100-106) über wenigstens λRW/8,
vorzugsweise mehr als 2λRW der erzeugten Rayleighwelle (RW) ausbreitet, und daß das
akustische Übertragungssystem (5) zumindest zwischen dem Beginn der Meßstrecke
(100-106) und dem Empfänger (ERW, EKW, EVW) nach dem Prinzip eines Wellenleiters
arbeitet, wobei zur Ermittlung der zu messenden Größe ausschließlich Veränderungen
wenigstens einer Kenngröße der Rayleighwelle (RW) zugrunde gelegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rayleighwellen über
einen Oberflächenbereich geleitet werden, der funkioneller Bestandteil einer Vorrichtung
ist, z. B. einer Arbeitsmaschine oder einer massiven Wandung, und somit die
Meßstrecke bildet.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die
Meßstrecke Energie, z. B. Wärme, elektrische, magnetische oder optische Energie oder
akustische Energie in das Medium eingekoppelt oder ausgekoppelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der zu
messenden Größe ausschließlich der dissipative Energieverlust der Rayleighwelle (RW)
in der Meßstrecke (100-106) herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtdicke (d) des zu messenden Mediums auf der Meßstrecke (100-106) auf
einen Bereich begrenzt wird, der größer als die viskose Grenzschichtdicke und kleiner
als die zur Ausbildung der Grundschwingung einer stehenden Kompressionswelle (KW)
notwendigen Flüssigkeitsschicht ist, vorzugsweise auf einen Bereich unterhalb λKW/4 der
Kompressionswelle (KW).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des zu
messenden Mediums von einer ablaufenden Flüssigkeitsschicht (3a) (geneigte Platte 1b
oder rotierende Scheibe, zentrifugierte Flüssigkeit) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des zu
messenden Mediums eine Flüssigkeitsschicht (3a) ist, die durch ein relativ zur
Meßstrecke bewegtes, parallel geführtes mechanisches Element (150, 151) begrenzt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des zu
messenden Mediums eine Flüssigkeitsschicht ist, die durch einen Abstreifer begrenzt
wird, und daß über den Abstreifer Rayleighwellen in die Meßstrecke oder eine
davorliegende Zuleitungsstrecke eingekoppelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des zu
messenden Mediums eine Flüssigkeitsschicht ist, die durch ein zur Meßstrecke parallel
und periodisch geführtes mechanisches Element (Abstreifer, z. B. Kolben im Zylinder)
begrenzt wird, und daß der Meßvorgang mit der gleichen Periode oder einem Vielfachen
dieser Periode durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit entlang der Ausbreitungsrichtung der
Rayleighwelle (RW) bei der Auswertung der Meßergebnisse berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des zu
messenden Mediums durch einen Spalt begrenzt wird, der einerseits durch die
Meßstrecke (100, 106) und andererseits eine gegenüberliegende Wandung eines
Festkörpers (2b) begrenzt wird, deren Rayleighwellengeschwindigkeit größer ist als die
der Meßstrecke (100, 106).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Medium
von einem Flüssigkeitsstrom gebildet wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit entlang der Ausbreitungsrichtung der Rayleighwelle (RW) bei der
Auswertung der Meßergebnisse berücksichtigt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke die Rayleighwellen (RW) in Kompressionswellen
(KW) konvertiert und in das zu messende Medium mit einer Schichtdicke, die größer als
λKW/4 der Kompressionswelle (KW) sein kann, abgestrahlt werden, und daß die
Kompressionswellen (KW) möglichst vollständig von einer im Abstand zur Meßstrecke
verlaufenden Festkörperoberfläche aufgefangen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der
Kompressionswellen (KW) an der der Meßstrecke gegenüberliegenden
Festkörperoberfläche wieder zu Rayleighwellen (RW) konvertiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die an der der
Meßstrecke gegenüberliegen Festkörperoberfläche angeregten Rayleighwellen (RW)
ihrerseits Kompressionswellen (KW) in die angrenzende Flüssigkeit auskoppeln, die
wiederum an der Festkörperoberfläche der Meßstrecke Rayleighwellen (RW) anregt.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der
Kompressionswellen (KW) an der der Meßstrecke gegenüberliegenden
Festkörperoberfläche zu Volumenschallwellen (VW) in diesem gegenüberliegenden
Festkörper konvertiert werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auskopplung von
Energie aus der Kompressionswelle (KW), die sich entlang der Meßstrecke ausbreitet, in
eine Flüssigkeitsschicht, die dicker als λKW/4 der Kompressionswelle (KW) ist, dadurch
unterbunden wird, daß das die Meßstrecke bildende Material derart ausgewählt wird,
dessen Rayleighwellengeschwindigkeit kleiner der Schallgeschwindigkeit der
Kompressionswelle (KW) des zu messenden angrenzenden Mediums ist.
18. Verfahren zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten
einschließlich hochviskoser, teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung eines
akustischen Übertragungssystems (Sender-Meßstrecke-Empfänger) mit wenigstens
einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke (100), die mit dem zu
vermessenden Medium zumindest teilweise in Kontakt bringbar ist, wobei zumindest ein
Teil der akustischen Energie der Meßstrecke (100) in Form von Rayleighwellen (RW) zur
Verfügung gestellt wird und sich die Rayleighwelle (RW) auf der Meßstrecke (100) über
wenigstens λ/8, vorzugsweise mehr als 2λ der erzeugten Rayleighwelle (RW) ausbreitet,
und wobei zumindest ein Teil der vom Sender (S) ausgehenden akustischen Welle auf
ihrem Weg zum Empfänger (E) wenigstens einmal einen Modenwandler (4, 4', 4'')
durchläuft, wobei dieser Teil seiner Wellenenergie wenigstens teilweise seine Mode von
einer Rayleighwelle (RW) in eine Volumenschallwelle (VW) oder umgekehrt konvertiert
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rayleighwellen (RW) über eine Meßstrecke (100) aus einem
nichtpiezoelektrischen Material geleitet werden, wobei die Meßstrecke (100) einen
funktionalen Bestandteil einer Vorrichtung, wie z. B. einer Arbeitsmaschine, eines
Behälters, eines Transportsystems etc., bildet.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sender (SVW) in dem
die Meßstrecke (100) tragenden bzw. bildenden Festkörper (1) Volumenschallwellen
(VW) angeregt werden, die von einem in unmittelbarer Nähe der Meßstrecke (100)
angeordneten Modenwandler (4) in Rayleighwellen (RW) konvertiert werden, die
anschließend die Meßstrecke (100) durchlaufen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rayleighwellen (RW)
nach dem Durchlaufen der Meßstrecke (M1) von einem sich an die Meßstrecke (M2)
anschließenden zweiten Modenwandler (4', 4'') in Volumenschallwellen (VW)
rückkonvertiert werden, die sich bis zu einem volumenschallwellensensitiven Empfänger
(ESW) ausbreiten.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rayleighwellen (RW)
nach dem Durchlaufen der Meßstrecke (100) direkt oder nach dem Durchlaufen einer
sich daran anschließenden Ableitungsstrecke (120) von einem rayleighwellensensitiven
Empfänger (ERW) sensiert werden.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rayleighwellen (RW)
nach dem Durchlaufen der Meßstrecke reflektiert werden, so daß sie die Meßstrecke in
der Gegenrichtung ein zweites Mal durchlaufen und wieder auf den Modenwandler (4)
treffen, der die zurücklaufende Rayleighwelle (RW) wieder in eine Volumenschallwelle
(VW) konvertiert, die sich bis zum Empfänger (12).
23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet,
daß das akustische Übertragungssystem zumindest zwischen dem Beginn der
Meßstrecke (100) und dem Empfänger (ERW, EKW, EVW) nach dem Prinzip eines
Wellenleiters arbeitet, wobei zur Ermittlung der zu messenden Größe ausschließlich
Veränderungen wenigstens einer Kenngröße der Rayleighwelle (RW) zugrunde gelegt
werden.
24. Vorrichtung zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten (3,
3a, 3b), einschließlich hochviskoser teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung
eines akustischen Übertragungssystems (Sender-Meßstrecke-Empfänger 5) mit
wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke (100-106), die
mit dem zu vermessenden Medium zumindest teilweise in Kontakt bringbar ist, wobei die
Meßstrecke (100-106) wenigstens auf einer solchen Länge zur Fortleitung von
Rayleighwellen (RW) geeignet ist, die λRW/8, vorzugsweise mehr als 2λRW der erzeugten
Rayleighwelle (RW) entspricht, und daß das akustische Übertragungssystem (5)
zwischen dem Beginn der Meßstrecke (100-106) und dem Empfänger (ERW, EKW, EVW)
nach dem Prinzip eines Wellenleiters ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßstrecke aus einem nichtpiezoelektrischen Material besteht und daß die
Vorrichtung zur Erregung von Rayleighwellen und/oder die Vorrichtung zur Sensierung
von Rayleighwellen einerseits und die Meßstrecke andererseits separate Bauteile sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der
Rayleighwelle größer als die Relaxationszeit der zu vermessenden Flüssigkeit ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der
Viskositätsmessung für die Meßstrecke ein solches Material vorgesehen ist, daß die
Periodendauer die Rayleighwelle möglichst nahe der Relaxationszeit der zu
vermessenden Flüssigkeit gewählt werden kann.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßstrecke von einer Legierung, insbesondere von einer nach dem Schmelz-
Spinnverfahren hergestellten Legierung gebildet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßstrecke von einer durch Bestrahlung mit strukturverändernden Strahlen erzeugten
Schicht oder von einer durch Laserbehandlung, Ionenimplantation oder Gasimplantation
veränderten Schicht gebildet ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßstrecke funkioneller Bestandteil einer Vorrichtung ist, z. B. einer Arbeitsmaschine
oder einer massiven Wandung.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßstrecke Mittel zur Einkopplung oder Auskopplung von Energie, z. B. von Wärme, von
elektrischer, magnetischer oder optischer Energie oder von akustischer Energie mit
einer von der Rayleighwelle verschiedenen Frequenz, aufweist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (d)
einer zu messenden Flüssigkeitsschicht (3a, 3b) auf der Meßstrecke (100-106)
mindestens der viskosen Grenzschichtdicke und weniger als der zur Ausbildung der
Grundschwingung einer stehenden Welle notwendigen Flüssigkeitsschicht entspricht,
vorzugsweise weniger als λKW/4 der Kompressionswelle (KW).
32. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die
Festkörperoberfläche der Meßstrecke (101) als geneigte Platte (1b) ausgebildet ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die
Festkörperoberfläche der Meßstrecke als ebenes oder kegelförmiges, drehbar
gelagertes Element ausgebildet ist, über dessen Rotationsgeschwindigkeit die zur
Begrenzung der Schichtdicke notwendige Zentrifugalkraft erzeugbar ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke ein Abstreifer (150, 151) zugeordnet ist, der die
Flüssigkeitsschicht (3a) auf ein vorher bestimmtes Maß reduziert.
35. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke eine Abblasvorrichtung zugeordnet ist, die ein
Anwachsen der Flüssigkeitsschicht auf ein vorher bestimmtes Maß begrenzt.
36. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke und parallel dazu in einem Abstand von höchstens
λKW/4 der Kompressionswelle (KW) eine weitere, einen Spalt bildende
Festkörperoberfläche angeordnet ist, deren Schallgeschwindigkeit für die Rayleighwelle
(RW) größer als die Rayleighwellengeschwindigkeit der Festkörperoberfläche der
Meßstrecke ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke und dazu parallel in einem Abstand, der größer
als λKW/4 der Kompressionswelle (KW) sein kann, eine weitere Festkörperoberfläche
angeordnet ist, deren Rayleiwellengeschwindigkeit kleiner oder gleich der
Schallgeschwindigkeit der Festkörperoberfläche der Meßstrecke ist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die
Festkörperoberflächen der Meßstrecke und des im Abstand gegenüberliegenden
Elements aus Materialien gleicher Rayleighwellengeschwindigkeit, insbesondere aus
identischen Materialien bestehen.
39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rayleighwellengeschwindigkeit des der Meßstrecke gegenüberliegend angeordneten
Festkörpers kleiner als die Rayleighwellengeschwindigkeit der Meßstrecke ist.
40. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Festkörperoberflächen der Meßstrecke und des im Abstand gegenüberliegenden
Elements aus Materialien unterschiedlicher Rayleighwellengeschwindigkeit bestehen
und in einem solchen Winkel zueinander angeordnet sind, daß durch die von der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke ausgehende Kompressionswelle auf der
gegenüberliegenden Festkörperoberfläche Rayleighwellen angeregt werden.
41. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Festkörperoberflächen der Meßstrecke und des im Abstand gegenüberliegenden
Elements aus Materialien unterschiedlicher Rayleighwellengeschwindigkeit bestehen
und in einem solchen Winkel zueinander angeordnet sind, daß durch die von der
Festkörperoberfläche der Meßstrecke ausgehende Kompressionswelle (KW) im
gegenüberliegenden Festkörper Volumenschallwellen (VW) angeregt werden.
42. Vorrichtung nach Anspruch 39 und 41, dadurch gekennzeichnet, daß der
gegenüberliegende Festkörper mit einem Empfänger in Verbindung steht, der zum
Sensieren von Volumenschallwellen (VW) geignet ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 39 und 41, dadurch gekennzeichnet, daß der
gegenüberliegende Festkörper ein Empfänger zum Sensieren von Kompressionswellen
(KW) ist.
44. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Festkörpergrenzfläche der Meßstrecke mit einer zusätzlichen Vorrichtung zur
Energiezuführung oder Energieabführung in Verbindung steht.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßstrecke
bildende Grenzschicht oder der die Meßstrecke ausbildende Festkörper elektrisch
leitfähig ausgebildet und mit einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle verbunden ist,
um ein elektrisches Feld in der zu messenden Flüssigkeit zu erzeugen, und daß die zu
messende Flüssigkeit eine polare oder eine elektrorheologische oder eine Flüssigkeit mit
in Ionen dissozüerten Bestandteilen ist.
46. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßstrecke
bildende Grenzschicht oder der die Meßstrecke ausbildende Festkörper mit einer
Wärmequelle oder mit einer anderen wärmeerzeugenden Energiequelle, z. B. einer
elektrischen Spannungsquelle zum Betreiben der Meßstrecke als Widerstandsheizung,
in Verbindung steht.
47. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßstrecke
bildende Grenzschicht oder der die Meßstrecke ausbildende Festkörper optisch
durchlässig und gegebenenfalls optisch wellenleitend ausgebildet ist und mit einer
Lichtquanten erzeugenden Energiequelle, z. B. einer LASER-Quelle, in Verbindung steht.
48. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßstrecke
bildende Grenzschicht oder der die Meßstrecke ausbildende Festkörper in thermischer
Verbindung mit einer Kühlvorrichtung steht oder einen Teil dieser Kühlvorrichtung bildet.
49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßstrecke
bildende Grenzschicht oder der die Meßstrecke ausbildende Festkörper Teil eines
Peltierelements ist.
50. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im akustischen Übertragungssystem wenigstens ein Modenwandler vorgesehen ist,
der eine Volumenschallwelle (VW) in eine Rayleighwelle (RW) oder umgekehrt
konvertiert.
51. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Sender und Empfänger als einstückige Einheit ausgebildet sind, wobei die Einheit
abwechselnd im Sendemodus und Empfangsmodus betrieben wird.
52. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im akustischen Übertragungssystem wenigstens ein Reflektor vorgesehen ist, der
zur Umlenkung der auf ihn auftreffenden Wellenmode geeignet ist.
53. Vorrichtung zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten,
einschließlich hochviskoser teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung eines
akustischen Übertragungssystems (Sender-Meßstrecke-Empfänger) mit wenigstens
einer von einer nichtpiezoelektrischen Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke
(100), die mit dem zu vermessenden Medium zumindest teilweise in Kontakt bringbar
und ein funktionaler Bestandteil einer Vorrichtung, wie z. B. einer Arbeitsmaschine, eines
Behälters, eines Transportsystems etc., ist, wobei die Meßstrecke wenigstens auf einer
solchen Länge zur Fortleitung von Rayleighwellen (RW) geeignet ist, die λ/8,
vorzugsweise mehr als 2λ der erzeugten Rayleighwelle (RW) entspricht, und daß in
Wirkverbindung zur Meßstrecke (100) oder zu einem mit der Meßstrecke (100)
verbundenen Bereich wenigstens ein Modenwandler (4, 4', 4'') angeordnet ist, der
- a) eine vom Sender (S) zur Meßstrecke (100) hinlaufende Volumenschallwelle (VW) in eine Rayleighwelle (RW) konvertiert und/oder
- b) eine von der Meßstrecke (100) zum Empfänger (E) rücklaufende Rayleighwelle (RW) in eine Volumenschallwelle (VW) konvertiert.
54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (SVW) und
Empfänger (EVW) auf der Rückseite des die Meßstrecke tragenden bzw. bildenden
Festkörpers (1) angeordnet sind und mit jeweils einem am Beginn bzw. am Ende der
Meßstrecke vorgesehenen Modenwandler (4, 4', 4'') Volumenschallwellen (VW) leitend
in Verbindung stehen.
55. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß Sender und Empfänger
als einstückige Baueinheit (SVW/EVW) ausgebildet und auf der Rückseite des die
Meßstrecke tragenden bzw. bildenden Festkörpers (1h) angeordnet sind und mit einem
am Beginn der Meßstrecke vorgesehenen Modenwandler (4) Volumenschallwellen (VW)
leitend in Verbindung stehen, und daß am Ende der Meßstrecke ein Reflektor (40)
vorgesehen ist, der die Rayleighwelle (RW) in Richtung des Modenwandlers (4)
reflektiert.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997125012 DE19725012C1 (de) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | Verfahren zum Messen physikalischer oder technischer Größen von Flüssigkeiten, einschließlich hochviskoser teigiger oder pastöser Medien, unter Verwendung eines akustischen Übertragungssystems mit wenigstens einer von einer Festkörperoberfläche gebildeten Meßstrecke sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
PCT/DE1998/001645 WO1998057163A1 (de) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Messen physikalischer oder technischer grössen viskoser medien mittels rayleigh-wellen |
DE19880838T DE19880838D2 (de) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Messen physikalischer oder technischer Größen viskoser Medien mittels Rayleigh-Wellen |
EP98936189A EP0988538B1 (de) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Messen physikalischer oder technischer grössen viskoser medien mittels rayleigh-wellen |
AT98936189T ATE213834T1 (de) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Messen physikalischer oder technischer grössen viskoser medien mittels rayleigh-wellen |
DE59803202T DE59803202D1 (de) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Messen physikalischer oder technischer grössen viskoser medien mittels rayleigh-wellen |
US09/445,876 US6513365B1 (en) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Measurement of physical characsteristics or physical properties of viscous media by means of Rayleigh waves |
AU85323/98A AU8532398A (en) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Measurement of physical or technical values of viscous media by means of rayleigh waves |
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---|---|---|---|
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---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19725012C1 (de) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10137193A1 (de) * | 2001-07-31 | 2003-02-27 | Sensotech Gmbh | Verfahren und Einrichtung zum Messen akustischer Größen in flüssigen Medien |
WO2004019027A2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-04 | The University Of Manitoba | Ultrasonic evaluation of the strength of flour doughs |
WO2005012897A1 (en) * | 2003-07-29 | 2005-02-10 | University Of Warwick | Ultrasonic liquid viscosity sensor using mode conversion |
DE102006003649B4 (de) * | 2006-01-26 | 2009-03-19 | Gitis, Mihail, Prof. Dr.Dr. | Verfahren und Einrichtung zur Qualitätsüberwachung von technischen Einkomponenten und Mehrkomponentenflüssigkeiten mittels Ultraschall On-Line Messungen ihrer Viskosität, Dichte, Kompressibilität und Volumenviskosität |
WO2009104025A2 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | University Of Leeds | Apparatus for inspection of a fluid and method |
DE102009058838A1 (de) | 2009-12-18 | 2011-06-22 | BARTEC BENKE GmbH, 21465 | Messanordnung für eine Flüssigkeit, insbesondere zur Verwendung in einer Milchannahmeanordnung, und Verfahren zum Betrieb einer Milchannahmeanordnung |
US9121816B2 (en) | 2009-05-25 | 2015-09-01 | Sensaction Ag | Apparatus for determining the properties of a medium in the form of a fluid or a soft material |
WO2017108680A1 (de) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | Ksb Aktiengesellschaft | Überwachung gleitringdichtung |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0527176B1 (de) * | 1990-05-01 | 1994-06-22 | NOACK, Gerhard | Vorrichtung zur messung der viskosität von fluiden |
US5433113A (en) * | 1993-05-12 | 1995-07-18 | Hitachi Metals Ltd. | Probe and apparatus for detecting defects of cylindrical member with surface ultrasonic wave |
JPH09145692A (ja) * | 1995-11-17 | 1997-06-06 | Yazaki Corp | 水滴検出装置 |
-
1997
- 1997-06-13 DE DE1997125012 patent/DE19725012C1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0527176B1 (de) * | 1990-05-01 | 1994-06-22 | NOACK, Gerhard | Vorrichtung zur messung der viskosität von fluiden |
US5433113A (en) * | 1993-05-12 | 1995-07-18 | Hitachi Metals Ltd. | Probe and apparatus for detecting defects of cylindrical member with surface ultrasonic wave |
JPH09145692A (ja) * | 1995-11-17 | 1997-06-06 | Yazaki Corp | 水滴検出装置 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DE-Z: Elektronik, 14/1981, S. 35-41 * |
US-z: IEEE Transactions on Sonics and Ultra- sonics, Vol. SU-32, No. 2, March 1985, S. 235-240 * |
US-Z: Ultrasonics Symposium, 1988, S. 543-548 * |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10137193A1 (de) * | 2001-07-31 | 2003-02-27 | Sensotech Gmbh | Verfahren und Einrichtung zum Messen akustischer Größen in flüssigen Medien |
DE10137193B4 (de) * | 2001-07-31 | 2004-02-05 | Sensotech Gmbh | Verfahren und Einrichtung zum Messen akustischer Größen in flüssigen Medien |
WO2004019027A2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-04 | The University Of Manitoba | Ultrasonic evaluation of the strength of flour doughs |
WO2004019027A3 (en) * | 2002-08-21 | 2004-11-25 | Univ Manitoba | Ultrasonic evaluation of the strength of flour doughs |
WO2005012897A1 (en) * | 2003-07-29 | 2005-02-10 | University Of Warwick | Ultrasonic liquid viscosity sensor using mode conversion |
DE102006003649B4 (de) * | 2006-01-26 | 2009-03-19 | Gitis, Mihail, Prof. Dr.Dr. | Verfahren und Einrichtung zur Qualitätsüberwachung von technischen Einkomponenten und Mehrkomponentenflüssigkeiten mittels Ultraschall On-Line Messungen ihrer Viskosität, Dichte, Kompressibilität und Volumenviskosität |
WO2009104025A2 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | University Of Leeds | Apparatus for inspection of a fluid and method |
WO2009104025A3 (en) * | 2008-02-22 | 2011-09-29 | University Of Leeds | Apparatus for inspection of a fluid and method |
US8307711B2 (en) | 2008-02-22 | 2012-11-13 | University Of Leeds | Apparatus for inspection of a fluid and method |
US9121816B2 (en) | 2009-05-25 | 2015-09-01 | Sensaction Ag | Apparatus for determining the properties of a medium in the form of a fluid or a soft material |
DE102009058838A1 (de) | 2009-12-18 | 2011-06-22 | BARTEC BENKE GmbH, 21465 | Messanordnung für eine Flüssigkeit, insbesondere zur Verwendung in einer Milchannahmeanordnung, und Verfahren zum Betrieb einer Milchannahmeanordnung |
WO2011072874A2 (de) | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Bartec Benke Gmbh | Messanordnung für eine flüssigkeit, insbesondere zur verwendung in einer milchannahmeanordnung, und verfahren zum betrieb einer milchannahmeanordnung |
WO2017108680A1 (de) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | Ksb Aktiengesellschaft | Überwachung gleitringdichtung |
US10989307B2 (en) | 2015-12-21 | 2021-04-27 | KSB SE & Co. KGaA | Monitoring slide ring seal |
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