DE2408574A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des aussen- und innendurchmessers sowie der wandstaerke eines rohrfoermigen koerpers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des aussen- und innendurchmessers sowie der wandstaerke eines rohrfoermigen koerpers

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DE2408574A1 DE19742408574 DE2408574A DE2408574A1 DE 2408574 A1 DE2408574 A1 DE 2408574A1 DE 19742408574 DE19742408574 DE 19742408574 DE 2408574 A DE2408574 A DE 2408574A DE 2408574 A1 DE2408574 A1 DE 2408574A1
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DR. KARL TH, HEGEL · DIPL.-ING. KLAUS DICKEL
PATENTANWÄLTE
Π 2ΟΟΟ Hamburg 50
Große Bergstraße 228 Postfacli BO 08 62 Telefon: (040) 396295 Telegramm-Adresse: Doellnerpatent
L -I
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H 2269 !■·:';. ν?? :. . Di/Mü
EXXON NUCLEAR COMPANY, INC. 777 106th. Avenue, N.E. Bellevue, Washington, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung
zur Bestimmung des Außen- und Innendurchmessers sowie der Wandstärke eines rohrförmigen Körpers
Das Messen einer Materialstärke durch die Verwendung von Ultraschall ist eine herkömmliche Untersuchungstechnik. Im allgemeinen gibt es zwei verschiedene Arten von Ultraschall-Dickenmeßverfahren, wobei es sich einmal um ein Resonanzverfahren und zum anderen um ein Impuls-Echo-Verfahren handelt. Die Resonanzuntersuchungen sind in ihrer Anwendung beschränkt, und zwar im besonderen auf" die Schlauchherstellungsindustrie, da nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Untersuchungen in einer vorbestimmten Zeit durch die bei diesem Verfahren verwendeten Instrumente durchgeführt werden kann. Der Einsatz des Impuls-Echo-Dickenmeßverfahrens hat sich heute stärker durchgesetzt als das Resonanzverfahren, und zwar im wesentlichen deshalb, weil sich mehr Messungen in einer vorbestimmten Zeiteinheit durchführen lassen.
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Ein Luftmeßverfahren wird üblicherweise eingesetzt, um den Innen- und Außendurchmesser eines Schlauches oder Rohres zu bestimmen. Obwohl die Genauigkeit dieser Technik hoch ist, läßt sie sich nur äußerst langsam durchführen und macht einen inneren ]?ühler erforderlich, der den Schlauch beschädigen kann. Es ist jedoch nicht möglich, die Wandstärke durch das Luftmeßverfahren zu bestimmen.
Ein Verfahren, das eingesetzt, um sowohl den Innen- und Außendurchmesser als auch die Wandstärke eines Eohres gleichzeitig zu messen, beruht auf der Verwendung von Kapazitätsmeßköpfen. Dieses besondere Verfahren macht auch die Berührung mit einem im Inneren vorgesehenen Meßkopf erforderlich, um den Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers zu bestimmen. Allgemein neigt ein solcher Meßkopf dazu, die Oberfläche des Schlauches zu beschädigen, während außerdem die Geschwindigkeit eingeschränkt wird, mittels welcher der Schlauch gedreht werden kann, während die Meßwertwandler vorbeigeführt werden. Die Messung der Wandstärke erfordert die Aufrechterhaltung einer sehr genauen Ausrichtung zwischen den inneren und äußeren Kapazitätsmeßköpfen, während der Schlauch daran vorbeigeführt wird. Dieses ist außerordentlich schwierig, im besonderen wenn der rohrförmige Gegenstand mit einer verhältnismäßig großen Umdrehungszahl pro Minute rotiert.
3J1Ur andere Veröffentlichungen, die sich mit den bekannten Ultraschallverfahren im wesentlichen zur Dickenmessung eines Werkstückes befassen, steht beispielhaft die amerikanische Patentschrift 3 554- 014. In diesem Zusammenhang können auch die amerikanischen Patentschriften 3 426 585, 3 474 664 und 3 599 4-78 genannt werden.
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Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik beheben, wobei gleichzeitig der Iim.en- und Außendurchmesser wie auch die Wandstärke eines Rohres gleichzeitig, und zwar in einer schnellen und wirkungsvollen Weise bestimmbar sein sollen. Durch die Erfindung ist es nun möglich, die Messungen durchzuführen, ohne daß eine Berührung des rohrförmigen Körpers (was möglicherweise zu einer Beschädigung führen kann) erforderlich ist. Das zu messende Rohr kann dabei schraubenförmig durch eine Drehung und gleichzeitig translatorische Bewegung an dem Übertragungssystem vorbeigeführt werden, wodurch eine vollständigere "Untersuchung des rohrförmigen Körpers möglich ist, als wenn das Rohr nicht gedreht werden würde. Außerdem werden nach der Erfindung alle drei Dimensionen getrennt voneinander auf einem Mehrf ach-Dreikanal-Bandschreibgerät aufgezeigt, wodurch es möglich ist, ein Abweichen des Rohres von der runden 3?orm schnell von dem Registrierstreifen abzulesen. Darüber hinaus sind die Messungen nach der Erfindung mit einer sehr großen Genauigkeit von etwa - 0,0005 cm wiederholbar. Die Messungen werden nicht durch die Rohrmaterialeigenschaften, wie beispielsweise die Permeabilität, beeinflußt, wogegen die herkömmlichen Vorrichtungen, die beispielsweise nach dem Wirbelstromverfahren arbeiten, gegenüber der normalerweise auftretenden lnderung der Permeabilität von Rohr zu Rohr höchst empfindlich^33^© daß eine solche Anordnung unbrauchbar wird.
Nach der Erfindung wird nun ein Meßsystem geschaffen, bei demein Paar gleicher Ultraschallerzeuger verwendet wird, die einander diametral gegenüber angeordnet und in ein entsprechendes Energieübertragungsmedium, wie beispielsweise ein Wasserbad, eingetaucht werden. Die zu messenden Rohre werden gleichzeitig ge-
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dreht und in axialer Richtung zwischen den Ultraschallerzeugern hindurchbewegt, um einen schraubenförmigen Untersuchungsweg zu erzeugen. Die Ultrallschallerzeuger, die aus in einem Gehäuseangeordneten piezoelektrischen Kristallen bestehen, werden von einer elektronischen Schaltung wiederholt von Hochspannungsimpulsen angeregt. Die Ultraschallenergie (Signale), die durch diese Kristalle erzeugt wird, durchläuft das Verbindungsmedium zur äußeren Rohr ob er fläche, wo ein Teil auf die Kristalle reflektiert wird. Die bleibende Energie dringt in die Rohrwand ein und läuft bis zur inneren Rohroberfläche, bevor sie auf die Kristalle reflektiert.wird. Diese Ultraschallsignale werden in entsprechende elektrische Signale durch die Kristalle umgesetzt und in einer elektronischen Weise verarbeitet, so daß sie eine Anzeige des inneren und äußeren Durchmessers wie auch der Wandstärke des Rohres darstellen.
Die Erfindung soll im folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen:
Fig. 1 in einer schematischen Weise die räumliche Anordnung der Ultraschallerzeuger in Bezug auf den rohrförmigen Gegenstand entsprechend der Erfindung,
!"ig. 2 ein Steuerungsdiagramm der verschiedenen Signale, die in dem Meßsystem gemäß den !Figuren Λ und 4 verarbeitet werden,
Eig. 3 einen bevorzugten Aufbau der erfindungsgemäß verwendeten Ultraschallerzeuger,
Fig.3a die Anordnung des Bezugs-Ultraschallerzeugers gemäß der Erfindung,
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Fig. 4- ein Blockschaltbild der für die Erfindung bevorzugten Schaltung und
Fig. 5 einen für die Erfindung typischen Aufbau des Meßsystems.
In Fig. -1 ist ein Paar identischer Ultraschallerzeuger 1 und 2 dargestelLt, die sich diametral gegenüberliegen und in einen Tank 3 eingetaucht sind, der ein entsprechendes Energiekopplungsmedium wie ζ . B. Wasser 5 enthält. Das zu messende Eohr 5 wird gleichzeitig gedreht und in axialer Sichtung zwischen den Ultraschallerzeugern hindurchgeschoben, um den gewünschten schraubenförmigen Inspektionsweg zu erzeugen (s. hierzu auch Fig. 5). Ein derartiger Weg ist erforderlich, um eine vollständige Inspektion des Eohres zu gewährleisten, wie dies auch gefordert wird. Die Vorrichtung zum Drehen und zur Erzeugung der Längsbewegung des Eohres kann einen beliebigen, herkömmlichen Aufbau besitzen. Derartige Einheiten werden herkömmlicherweise als "Eohrbehandlungs-" oder "Transportsysteme" bezeichnet. Jeder Ultraschallerzeuger überträgt Ultraschallenergie und nimmt diese auf. Er besitzt einen piezoelektrischen Kristall. Die Ultraschallerzeuger können in dem Tank 3 mit Hilfe von herkömmlichen Haltemigen und Befestigungselementen angebracht werden. Diese Kristalle erhalten wiederholt einen Impuls von einer hohen Spannungsspitze über eine zugeordnete elektronische Schaltung. Die durch den Kristall erzeugte Ultraschallenergie infolge dieser Impulse durchläuft das Wasser, das als Kopplungsmedium dient, bis zur äußeren Oberfläche 7 cLes Eohres, wo ein Teil auf den Kristall reflektiert wird, von dem es ausging, während die restliche Energie durch die Rohrwand eintritt. Das Innere des Eohres ist nicht mit Wasser gefüllt (d.h. es ist leer) und wifct als Puffer. Die Energie,, die durch die Eohrwand eindringt, durchlauf t diese bis zur inneren Eohroberflache 8, von wo aus sie
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nach außen in Eichtung auf den Kristall, von dem sie ausging, reflektiert wird. Siehe Fig. 3· Diese Ultraschallsignale werden durch die Kristalle in entsprechende elektrische Signale umgesetzt und darauf innerhalb einer elektronischen Schaltung in einer Weise verarbeitet, wie sie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben werden soll. Signale, wie typischerweise erzeugt werden, können auf dem Oszilloskop betrachtet werden und sind auf dem Steuerungsdiagramm in !"ig. 2 dargestellt.
Die angegebene Zeitspanne ist die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übertragungssignalen. Die Zeit, die die Ultraschallwelle benötigt, um von einem Ultraschallerzeuger bis zur Rohroberfläche und zurück zu durchlaufen, kann durch die folgende bekannte Gleichung angegeben werden:
t - 2d/V,
wobei t die Zeit, d die Entfernung zwischen dem Ultraschallerzeuger und dem Rohr und V die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen in Wasser ist.
Es leuchtet ein, daß man ein Zeitmaß t, das dem Außendurchmesser des Rohres proportional ist, erhalten kann, indem man die beiden Zeitintervalle t-^^ und tpo, wie in Fig. 2 dargestellt, addiert. Durch eine nachfolgende Umsetzung dieser Zeiten in entsprechende Spannungen ermöglicht diese Information eine Aufzeichnung auf einem Bandschreibgerät. Ein Problem jedoch liegt darin, daß die Geschwindigkeit des Ultraschalles im Wasser temperaturabhängig ist. Obwohl bevorzugt Wasser verwendet wird, können auch andere Medien, wie beispielsweise öl, ebenfalls eingesetzt werden. Dementsprechend ändern sich die Zeiten t^ und tjj2 entsprechend mit den Geschwindigkeitsänderungen, so daß die
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Messung für den Außendurchmesser um diese Abweichung falsch sein würde.
Nach der Erfindung ist nun eine automatische Kompensation für die Wassertemperaturabweichungen vorgesehen. Dies wird durch den Einsatz eines dritten Ultraschallerzeugers 6 erreicht, der so angeordnet ist, daß er seinen Energiestrahl auf einen festen Punkt richtet, wie "beispielsweise die Seitenwandung des Wassertankes 3· Siehe i"ig. 3su Dieser Bezugs-Ultraschallerzeuger 6 wird gleichzeitig mit den anderen Ultraschallerzeugern 1 und mit Impulsen versorgt (wie durch die Zeitfolge in KLg. 2 dargestellt ist). Wie aus den Figuren 2A, 2B und 2D hervorgeht, tritt das elektrische Signal 45, das von dem Bezugs-Ultraschallerzeuger 6 aufgenommen wird, (kurz vor Ablauf einer Millisekunde) auf, "bevor die Signale 46, 47 von der äußeren Oberfläche des Rohres von den Ultraschallerzeugern 1 und 2 aufgenommen werden. Statt der Messungen t-η^ und t-^» um da·3 Ausmaß des äußeren Rohrdurchmessers zu erhalten, werden die Zeitintervalle zwischen dem Tankwandsignal 45 und den Signalen von der äußeren Rohroberfläche 46 und 47, die von den Ultraschallerzeugern aufgenommen werden, gemessen, in entsprechende Spannung umgesetzt und summiert. Diese Zeitintervalle sind jeweils in den Figuren 2G und 1 als tr ^ (50) und tr2 (49) dargestellt. Wenn sich die Wassertemperatur verändert und nachfolgend eine Veränderung der Ultraschallgeschwindigkeit "bewirkt, verändert sich auch der entsprechende zeitliche Auftritt des Tankwandsignals und der beiden Signale von der äußeren Rohroberflache. Das Zeitintervall zwischen diesen bleibt .jedoch konstant, und somit kompensiert das System automatisch Wassertemperaturveränderungen. S1Ur den lall, daß andere Kopplungsmedien verwendet werden,
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kann die selbsttätige Temperaturkompensation in einer ähnlichen Weise erreicht werden.
Mißt man die Zeitintervalle tw. und tw~ (s. figuren 2H und 21) und setzt man diese Zeiten in Spannungen um, worauf man die Spannungen addiert und dann diese Summe von der dem Außendurchmesser entsprechenden Spannung abzieht, erhält man den Innendurchmesser des Rohres. Diese Zeitintervalle entsprechen dem Zeitintervall zwischen den Signalen von der äußeren Oberfläche 7 und der inneren Oberfläche 8, wie in den Figuren 2B und C dargestellt ist. Die Werte für die Wanddickenmessung von einem der beiden Ultraschallerzeuger werden zusammen mit den inneren Durchmesser-und äußeren Durchmessermaßen zur Aufzeichnung verwendet .
Wie in !ig. 3 dargestellt, weist jeder der Eohrmessungs- oder Aufnahme-Ultraschallerzeuger 1 und 2 einen piezoelektrischen Kristall auf, der sowohl als Sender als auch als Empfänger wirkt. Der Ultraschallerzeuger 1, der in Aufbau und Wirkungsweise dem Ultraschallerzeuger 2 identisch ist, wird zum Zwecke der Erläuterung herangezogen. Wenn der Bezugsultraschallerzeuger 6 und der Meßultraschallerzeuger 1 (mit einem Hochfrequenzkristall 1a) durch einen Impuls erregt werden, läuft der Ultraschall von dem Kristall bis zur äußeren Rohroberfläche 7, wo ein Teil der Energie reflektiert wird. Ein gewisser Teil der Energie tritt jedoch in die Rohrwandung ein und durchläuft diese in Form einer Ultraschall-LängsweHe bis zur anderen oder inneren Oberfläche 8 der Rohrwandung. Die Ultraschallerzeuger-werden in Bezug auf das Rohr so ausgerichtet, daß der Ultraschall senkrecht auf die äußere Rohroberfläche auftrifft, so daß der Ultraschall, der in
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die Rohrwandung eintritt, nicht gebrochen wird. An der inneren Oberfläche 8 des Rohres 5 wird der größte Teil der Energie auf den Weg reflektiert, auf dem er dem Kristall 1a zuläuft. Dieses Signal kommt eine gewisse Zeit später an als das Signal, das von der äußeren Oberfläche empfangen wird. Die Zeitdifferenz zwischen der äußeren und inneren Rohroberfläche ist der Wanddicke proportional.
Der Bezugs-TJltraschallerzeuger 6, der in Fig. 3a dargestellt ist, besitzt nur einen einzelnen piezoelektrischen Kristall 6a, der sowohl als Sender wie auch als Empfänger wirkt und den messenden Ultraschallerzeugern gleich sein kann. Die !Funktion des Bezugskristalles liegt lediglich darin, ein Oberflächensignal von einem stationären Objekt zu erhalten,und wird nicht auf das zu messende Rohr gerichtet, sondern eher auf die Wandung 3 des Wassertankes oder einen anderen geeigneten stationären Bezugspunkt.
Die Wirkungsweise der verwendeten Schaltung im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Anordnung der Ultraschallerzeuger soll im Zusammenhang mit dem Blockschaltbild, das in Pig. 4- dargestellt ist, beschrieben werden, wie auch unter Bezugnahme auf das Steuerungsdiagramm gemäß I1Ig. 2.
Die elektronische Uhr 14- erzeugt die erforderlichen Impulse für den Betrieb des Systems. Der Uhrausgang kann in seiner Frequenz verändert werden und liegt im allgemeinen bei 5000 Impulsen pro Sekunde. Die Uhr-Ausgangsimpulse 44- in Fig. 2A werden gleichzeitig drei identischen Hochspannungsimpulsgeneratoren 15, 16 und 17 sowie einem Bezugstorgenerator 18 zugeführt.
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Es ist die Aufgabe der Hochspannungsgeneratoren, dem piezoelektrischen Kristall elektrische Impulse mit einer geringen Anstiegszeit, einer kurzen Dauer und einer hohen Spannung zuzuführen. Die elektrische Energie wird in mechanische Energie in Form von Ultraschall durch den Kristall umgewandelt. Der Ultraschall durchläuft das Wasser bis zur äußeren Rohroberfläche im Fall der beiden empfindlichen Ul 1r£H&.lerzeuger und bis zur Wand des Wassertankes im Falle des Bezugs-Ultraschallerzeugers.
Die Energie wird von der Tankwand auf den Kristall reflektiert, in ein elektrisches Signal 45 gemäß Fig. 2D umgewandelt und durch den Bezugsverstärker 19 verstärkt.
Die Signale von den äußeren Rohroberflächen 46 und 47 gemäß Fig. 2B und 2C, die von den beiden empfindlichen Ultraschallerzeugern kommen, werden den Verstärkern 20 und 21 zugeführt, wo sie bis auf ein Spannungsniveau verstärkt werden, das ausreicht, um die weiteren Schaltungen zu betätigen.
Der Bezugssignal-Torgenerator 18 erzeugt einen Spannungsimpuls 48 von einer einstellbaren Dauer, wie in Fig. 2E dargestellt ist. Er wird durch die Uhrimpulse 44 eingeleitet und so eingestellt, daß er kurz nach dem Tankwandoberflächensignal des Bezugs-Ultraschallerzeugers endet. Dieser Eechteckimpuls wird dem Bezugstor 22 zugeführt. Man läßt das Tankwandsignal 45 das Bezugstor durchlaufen, wenn außerdem der Bezugstorimpuls angelegt ist. Dieses Sign^öraiee%berdeckungszeitgeber 23 und ein, und die Rechteckimpulse 49 und 50 gemäß den Figuren 2F und 2G- werden erzeugt. Diese Impulse enden durch die beiden
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Signale 46 und 47 von der'äußeren Eohroberflache, die von den beiden Ultraschallerzeugern 1 und 2 kommen. Dementsprechend ist die Zeitdauer der Impulsausgänge der Überdeckungszeitgeber den beiden Ultraschallerzeuger-bis-Eohr-Überlagerungen proportional.
Meten der Zuführung zu den Überdeckungszeitgebern werden diese Signale von der äußeren Eohroberflache außerdem den beiden Wandzeitgebern 24 und 28 zugeführt. Auch hier schalten die Signale die Zeitgeber ein, und es werden die Hechteckimpulse 51 und 52 (s. !Figuren 2H und 21) erzeugt, die erst bei der Ankunft der individuellen Eücksignale 70 und 71 von der Oberfläche gemäß Figuren 2B und 20· aufhören. Die Dauer dieser Impulse ist dann proportional der individuellen Wandstärke.
Da die hintere Kante der Signale 46 und 47 der äußeren Eohroberf lache nicht glatt ist, sondern eher unregelmäßig, werden die Verbotssignale 53 und. 54 der Figuren 2J und 2K, die von den Verbotstorgeneratoren 25 und 27 erzeugt werden, den beiden Wandzeitgebern zugeführt, um eine falsche Schaltung zu verhindern. Die Verbots signale werden durch das Abschalten des entsprechenden Überdeckungszeitgebers eingeleitet. Diese Dauer ist regelbar und wird so eingestellt, daß sie dann aufhört, nachdem die individuellen Signale der äußeren Eohroberflache auf etwa null Volt zurückgegangen sind. Während des Anlegens der Verbots signale können die Wandzeitgeber nicht ausgeschaltet werden.
Die Zeit-in-Spannung-Umsetzung der Wand- und Überlagerungszeitimpulse 49, 50, 51 und 52 geschieht durch getrennte, jedoch
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identische Spannungsgeneratoren. Die Dauer der Vandimpulse wird in die Spannungsniveaus 68 und 69 umgesetzt, wie dies in den S1iguren2 0 und 2P dargestellt ist, und zwar mit Hilfe der Generatoren 29 und 30. Die Spitzenwertableser 31 und 32 sind Schaltungen, die im wesentlichen den Rampenspannungen folgen und diese halten, bis die Spannungen durch die Diskriminierimpulse entsprechend geprüft sind. Die einzelnen Diskriminierimpulse werden in der folgenden Weise erzeugt: Die hintere Kante des Verbotsimpulses 54 wird "benutzt, um die Verzögerungsschaltung36 einzuschalten. Diese Verzögerungsschaltung erzeugt einen Rechteckimpuls 55 gemäß Fig. 2L mit einer einstellbaren Zeitdauer. Die exakte Dauer ist nicht kritisch; sie muß jedoch mindestens einige Mikrosekunden andauern, nachdem die Rampengeneratoren ihren vollen Wert erreicht haben. Die hintere Kante des Verzögerungsimpulses schaltet den Diskriminitorgenerator 37 ein, und der Diskriminiertorimpuls 16 in 3Pig. 2Q wird erzeugt. Auch hier ist die Zeitdauer nicht kritisch und wird im allgemeinen so eingestellt, daß sie etwa 100 Mikrosekunden beträgt. Dieser Impuls wird den Spitzenwertablesern zugeführt und macht es möglich, daß die Werte auf die nachfolgenden Schaltungen übergehen können.
Die Zeit-in-Spannung-Umsetzung für die beiden Überlagerungsimpulse 49 und 50 wird in einer identischen Weise durch die Überlagerungsrampengeneratoren 33 und 34 bewirkt, wodurch die Spannungsrampen oder -anstiege 56 und 57 in den Figuren 2M und 2Έ erzeugt werden. Die Überlagerungs-Spitzenwertableser 35 und 36 arbeiten in einer gleichen Weise wie die Wand-Spitzenwertableser 31 und 32. Der gleiche Prüfimpuls, der an den Wand-Spitzenwertableser angelegt wird, wird außerdem den Überlagerungs-Spitzenwertablesern 35 und 36 zugeführt.
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Die Ausgänge 61 und 62 (in den Figuren 2R und 2S dargestellt) de-r Wand-Spitzenwertableser 31 und 32, "bei welchen es sich, um veränderliche Gleichstromspannungen handelt, die den beiden Wandstärkeanzeigen proportional sind, werden durch die Wandsummierungsschaltung 38 addiert und erzeugen eine analoge Spannung 63 (s. Pig. 2T).
Der Ausgang des Wand-Spitzenwertablesers 32 wird außerdem der Betätigungsschaltung 39 für eine Wandstärkenanzeige zugeführt, die die Spannung einstellt, über die ein Bandschreibgerät angetrieben wird.
Die Ausgänge 64 und 65 der Überlagerungs-Spitzenwertableser und 36 werden durch die Überlagerungs-Summierschaltung 40 addiert, wobei ein Spannungsausgang 66 erzeugt wird, der dem Außendurchmesser des Rohres proportional ist. Diese Spannung wird parallel sowohl an den Außendurchmesser-Anzeigeantrieb wie auch die Summierungsschaltung 42 für die Wandstärke und den Außendorchmesser angelegt. Hier wird die Summe der beiden Wandstärken von dem äußeren Durchmessersignal abgezogen, wobei die verbleibende Spannung 67 dem inneren Durchmesser proportional ist. Die Innendurchmesser-Spannung wird durch den Innendurchmesser-Anzeigeantrieb 43 konditioniert, bevor sie dem Anzeigegerät zugeführt wird.
Der Rampenrückstellungsgenerator 68 nimmt die Zeitgeber/impulse 44 ebenfalls auf und erzeugt anschließend Impulse 69, um alle Rampengeneratoren zurückzustellen, bevor der nachfolgende Übertragungsimpuls eintritt.
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Die 3?igur 5 zeigt eine typische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird ein Bandsehreibgerät 9 eingesetzt,
um die gemessenen Daten aufzuschreiben. Die jiuslöseschaltungen können jedoch auch auf einfache Weise statt des Anzeigegerätes das Aufleuchten von rotem Licht und eines hörbaren Alarms bewirken, wenn einer der Meßwerte eine vorgegebene Grenze überschreitet. Eine Einheit 10 einschließlich eines Oszilloskops
zum Aufzeigen der verschiedenen Signale kann zwischen das Aufzeichnungsgerät und die Ultraschallerzeuger geschaltet werden, um die aufgenommenen Signale zu verarbeiten.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    .) Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung des Innen- und Außendurchmessers sowie der Wandstärke eines rohrförmigen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) ein Energiekopplungsmedium zur Übertragung von Schallenergie vorsieht,
    b) den rohrförmigen Körper schraubenlinienförmig durch dieses Medium führt,
    c) eine Ultraschallenergie durch das Medium von diametral einander gegenüberliegenden Seiten auf den rohrförmigen Körper richtet und die reflektierte Energie aufnimmt,
    d) die reflektierte Energie in elektrische Signale umsetzt und
    e) diese elektrischen Signale in Ausgangssignale verarbeitet, die dem Außendurchmesser, dem Innendurchmesser und der Wandstärke des rohrförmigen Körpers proportional sind.
    2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Behälter (3), der mit einem Kopplungsmedium (4) zur Übertragung einer Ultraschallenergie gefüllt ist, wobei auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des durch den Behälter (3) geführten, rohrförmigen Körpers (5) Ultraschallerzeuger (1, 2) angeordnet sind, während mit den Ultraschallerzeugern (1, 2) eine elektronische Schaltung ver-
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    bunden ist, mittels welcher elektronische Signale erzeugbar sind, die der von dem rohrförmigen Körper (5) reflektierten Energie entsprechen und zu AusgangsSignalen verarbeitbar sind, die den Innendurchmesser, den Außendurchmesser und die Wandstärke des rohrförmigen Körpers (5) darstellen, wobei außerdem ein Bezugs-Ultraschallerzeuger (6) innerhalb des Behälters (3) relativ zu einer festen Fläche angeordnet ist, der an die elektronische Schaltung angeschlossen ist und gleichzeitig mit den anderen Ultraschallerzeugern (1, 2) zur selbsttätigen Kompensation der TemperaturSchwankungen des Kopplungsmediums erregbar ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schaltung Impulsgeneratoren (15» 16) zur gleichzeitigen Aktivierung der Ultraschallerzeuger (1, 2, 6) sowie Verstärker (19) 20, 21) zur Aufnahme und Verstärkung der von den Ultraschallerzeugern (1, 2, 6) empfangenen Signale bis auf ein Niveau, das ausreicht, um eine Zeitgeberschaltung zu betreiben,zur Erzeugung elektrischer Signale, die den Zeitintervallen zwischen vorbestimmten, verstärkten Signalen proportional sind, Schaltungen zur Umsetzung der Zeitsignale in Spannungssignale und eine nachfolgende Zeitschaltung vorgesehen sind, um nacheinander die Signale in einer vorbestimmten Weise zu verarbeiten, und zwar zur Abgabe von Ausgangsspannungssignalen, die dem Außendurchmessei; dem Innendurchmesser und der Wandstärke des rohrförmigen Gegenstandes (5) entsprechen.»
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    4-. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsschaltungen (39, 4-1, 43) vorgesehen sind, die mit Zeitgeberschaltungen in Verbindung stehen, wobei die aufgenommenen Ausgangsspannungssignale zum Antrieb der Anzeigevorrichtung (9) verstärkbar sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser, der Außendurchmesser und die Wandstärke getrennt voneinander auf einem Bandschreibgerät zur unmittelbaren Feststellung einer Abweichung des rohrförmigen Körpers (5) von seiner vorgeschriebenen Form anzeigbar sind.
    6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsmedium Wasser ist.
    7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsmedium Öl ist.
    8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß auf den rohrförmigen Körper (5) sowohl eine rotatorische als auch eine translatorische Bewegung in
    axialer Richtung übertragbar ist und eine Messung der Durchmesser und der Wandstärke auf einem schraubenlinienförmigen Weg durchführbar ist.
    9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Seelen· Ultraschallerzeugers (1, 2, 6) ein piezoelektrischer Kristall (1a, 2a, 6a) zur Abgabe und Aufnahme von Ultraschallenergie vorgesehen ist.
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    ΊΟ. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Ultraschallerzeuger (1, 2), die auf beiden Seiten des rohrförmigen Eörpers (5) angeordnet sind, eine Ultraschallenergie senkrecht auf die äußere
    Oberfläche (7) der rohrförmigen Eörpers (5) richtbar ist.
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DE2408574A 1973-06-21 1974-02-22 Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung des Innen- und Außendurchmessers sowie der Wandstärke eines rohrförmigen Körpers Expired DE2408574C2 (de)

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DE (1) DE2408574C2 (de)
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SE (1) SE7408144L (de)

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