DE2511526C3 - Wanddickenmeßgerät nach dem UltraschaU-Immersions-Resonanzverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wanddickenmeßgerät nach dem Ultraschall-Immersions-Resonanzverfahren mit einem Ultraschallgeber, der über eine Flüssigkeit an das Meßobjekt angekoppelt ist, aus eincin Ircquenzmoclulierten amplitudenstabilisierten Hochfrequenz-Oszillator gespeist wird und dessen Stromaufnahme beim schnellen Durchlaufen der Resonanzfrequenzen der Koppelflüssigkeit (Flüssigkeitssäulcnresonan/. 1'SR) impulsförmig ansteigt, wobei die Hiillkiirve der ISR-Impulse im Bereich der Resonanzfrequenz des Mcßohjek-

tes (Wanddickenresonanz) ein Minimum durchläuft, von dem mit elektronischen Mitteln (Minimum-Detektor) ein Meßsignal (Minimum-Impuls) abgeleitet und die momentane Frequenz des HF-Oszillators während der Dauer des Minimum-Impulses mit einem Frequenzmesser gemessen wird.

Bei einem bekannten Wanddickenmeßgerät wird die Frequenz des HF-Oszillators mit einem analogen Frequenzmesser gemessen, der an seinem Ausgang eine der Frequenz proportionale Gleichspannung erzeugt, die unter Mitwirkung eines von dem Wanddickenmeßwert abgeleiteten Minimum-Impulses am Ausgang einer Sample-and-Hold-Einheit als der Wanddicke des Meßobjektes umgekehrt proportionale Gleichspannung anfällt Deshalb ist der Sample-and-Hold-Einheit ein logarithmischer (das Vorzeichen des Exponenten umkehrender) Inverter nachgeschaltet, der eine der zu messenden Dicke direkt proportionale Gleichspannung abgibt (DE-PS 23 12 062).

Es ist deshalb auch vorgeschlagen worden (British Journal of Nondestructive Testing, Vol. 12, Sept 1970, S. 79—83) mit einem Vorwahlzähler als Frequenzmesser jedesmal nach Erreichen der vorgewählten Zahl einen synchron mitlaufenden zweiten Zähler zu steppen, der die konstanten Impulse einer Quarzuhr aufnimmt und dessen Anzeige dann das Meßergebnis darstellt Diese digitale Meßmethode hat jedoch den Nachteil, daß das Meßergebnis immer erst am Ende eines Zählintervalls vorliegt und eine kontinuierliche Messung nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Meßeinrichtungen so zu verbessern, daß es möglich ist bei analoger Meßwertverarbeitung mit möglichst geringem Aufwand ein der Meßgröße direkt proportionales Signal zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Messen des Signals am Ausgang des HF-Oszillators ein Frequenz-Spannungs-Konverter eingesetzt ist, dessen Ausgangssignal dem Eingangssignal umgekehrt proportional und der zu messenden Dicke direkt proportional ist, und daß der Frequenz-Spannungs-Konverter im wesentlichen aus einem analogen, invertierenden Frequenzmesser, einem Verstärker, einem Gleichrichter und einem Tiefpaß besteht

Dabei ist der analoge Frequenzmesser aus einem das Ausgangssignal des HF-Oszillators in einen Sinusstrom konstanter Amplitude mit Meßfrequenz umformenden Stromgenerator und einem nachgeschalteten vom Strom des Stromgeneraturs durchflossenen Meßkondensator gebildet, dessen Wechselspannungsabfall der zu messenden Dicke direkt proportional ist.

Bei einer einfachen Ausbildungsform besteht der Stromgenerator im wesentlichen aus einem pnp-Transistor, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand an Betriebsspannung und dessen Kollektor über eine Drosselspule an Erdpotential liegt, wobei der das Meßsignal führende Ausgang des HF-Oszillators über einen Kondensator mit dem Emitter verbunden und der Meßkondensator parallel zu der Drosselspule geschaltet !St. M)

Diese Schallung kann auch in einfacher Weise dahingehend modifiziert werden, daß zum Reduzieren des Klirrfaktors der Stromgenerator im wesentlichen ■ms einem ersten und einem zweiten pnp-Transistor besteht, daß deren Emitter über Widerstände an t>^r> Betriebsspannung ■'■ IΉ und deren Kollektoren an Erdpotential geschaltet sind, daß der das Meßsignal führende Australia des HF-Os/illators über einen Kondensator mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, daß der Kollektor des zweiten Transistors über eine Drosselspule an Erdpotential geschaltet ist, und daß der Meßkondensator parallel zu der Drosselspule geschaltet ist.

Für besondere Anwendungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß in die Kollektorleitung des zweiten Transistors des Stromgenerator^ anstelle einer Drosselspule ein dritter Transistor vom npn-Typ geschaltet ist, daß parallel zu dem dritten Transistor der Meßkondensator geschaltet ist, daß zum Stabilisieren des Gleichspannungspotentials des Meßkondensators die Steuerelektroden eines ersten und zweiten als Impedanzwandler wirkenden Feldeffekt-Transistors an den Meßkondensator und deren Quellen über zwei der Gleichspannungssymmetrierung dienende Spannungsteilerwiederstände auf Erdpotential geschaltet sind, daß die Basis des dritten Transistors mit einem zwischen den Spannungsteilerwiderständen liegenden Punkt verbunden und zum Ausschließen einer Wechselspannungsgegenkopplung über einen Kondensat»".: geerdet ist Dabei ist es auch möglich, daß der Imped?nzwandier im wesentlichen aus einem dritten Feldeffekttransistor und einem vierten pnp-Transistor gebildet ist daß die Steuerelektrode des dritten Feldeffekttransistors mit den Kollektoren des zweiten und des dritten Transistors und dem Meßkondensator verbunden ist, daß die Basis des vierten Transistors auf die Senke des dritten Feldeffekttransistors geschaltet ist und daß am Kollektor des vierten Transistors ein Kondensator zum Abnehmen der Meßspannung angeschlossen ist

Eine weitere Verbesserung der Meßgenauigkeit kann dadurch erreicht werden, daß dem Frequenz-Spannungs-Konverter zum Erhöhen der Amplitudenkonstanz der Eingangsspannung; ein Wechselspannungsstabilisator vorgeschaltet ist, der im wesentlichen aus einem Modulator besteht. Als Modulator kann z. B. ein in seiner Verstärkung elektronisch regelbarer, verzerrungsarmer Breitbandverstärker verwendet werd;n.

Eine spezielle Ausbildungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Wechselspannungsstabilisator aus einem das Ausgangssignal des HF-Oszillators aufnehmenden Modulator und einem mit dem Ausgang des Modulators verbundenen, in einem Rückführungszweig· liegenden Verstärker mit nachgeschaltetem Gleichrichter und Tiefpaß und einer entgegengeschalteten Referenzspannungsquelle zum Rückführen des Modulatorausgangssignals auf den Regeleingang des Modulators besteht Es ist aber auch möglich, daß die beschriebene Kette aus Verstärker, Gleichrichter, Tiefpaß und Referenzspannungsquelle zur Erzeugung der am Regeleingang liegenden Modulatiorisspannung nicht an den Ausgang des Modulators, sondern an dessen Eingang angeschlossen i^rl., wobei dem Regeleingang noch eine Spannungsteileranordnung mit optimal eingestelltem Teilverhältnis vorgeschaltet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln bei der Messung der Dicke von Rohren oder Blechen von der Resonanzfrequenz, die durch eine stehende Ultraschallwelle im Material des untersuchten Gegenstandes gekennzeichnet ist, eine elektrische Spannung abgeleitet wird, die ilirekt proportional der gesuchten Dicke ist.

Das führt zur Einsparung eines technisch komplizierten und finanziell aufwendigen elektronischen Gerätes, das sonst erforderlich wäre, um das Ausgangssigual in eine der zu messenden Wanddickc proportionale Spannung umzuformen. Als F'oliii· dawiri tritt cmc

25 Π 526

Verringerung des Gewichtes und des Volumens und eine Herabsetzung der Kosten ein. Die Betriebssicherheit des Wanddickenmeßgerätes wird ebenfalls erhöht, da durch die verringerte Zahl der Bauelemente auch die Ausfallwahrscheinlichkeit herabgesetzt wird und die Nullpunktkonstanz durch die Schaltungsvereinfachung zunimmt. Ferner bewirkt die Erfindung eine Bedienungsvereinfachung, da das Justieren des Gerätes einfacher und weniger zeitaufwendig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Wanddickenmeßgerätes.

Fig. 2 das Blockschaltbild des Frequenz-Spannungs-Konverters.

F i g. 3 das Schaltbild des Stromgenerators,

Fig. 4 das Schaltbild des Stromgenerators mit Mitteln zum Reduzieren des Klirrfaktors,

f· i g. t> das Schaltbild des Stromgenerators mit FET-Impedanz wandler.

Fig. 6 das Schaltbild des Stromgenerators mit Mitteln zur Spannungsverstärkung,

F i g. 7 das Blockschaltbild des Wechselspannungsstabilisators mit Modulator und Signalrückführung,

F i g. 8 das Blockschaltbild des Wechselspannungsstabilisators mit Modulator und Vorwärtsregelung,

F i g. 9 das Schaltbild des Wechselspannungsstabilisators.

Fig. 1 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Wanddickenmeßgerätes. Ein frequenzmodulierbarer. amplitudenstabilisierbarer Hochfrequenzoszillator 1 speist über einen schnellen elektronischen Hochfrequenzleistungsmesser 2, der z. B. nach dem Prinzip des Ringmodulators arbeitet, einen Ultraschallgeber 3. der über eine Koppelflüssigkeit 4, z. B. Wasser, akustisch an das Meßobjekt 5 angekoppelt ist, dessen Wanddicke d gemessen werden soll. Die Frequenz des HF-Oszillators 1 wird mit einem Generator 6 moduliert, dessen Spannung vorzugsweise sägezahnförmig verläuft. Der HF-Oszillator 1 arbeitet mit Kapazitätsdioden 7. die einen Teil der Kapazität des % \λ*τι 11^ t^%^f*^η HFi*^ fw ν ^£*>t" fir ^^■ I f\ ^%ψ^ J w

üt-ba·- Q Q

entkoppeln die Ausgänge 10, 11 zum Anschließen des Hochfrequenzleistungsmessers 2 und eines invertierenden Frequenz-Spannungs-Konverters 12.

Der invertierende Frequenz-Spannungs-Konverter 12 erzeugt eine Gleichspannung, die dem Kehrwert der Frequenz und damit der zu messenden Wanddicke direkt proportional ist.

Während des Meßvorganges wird die Koppelflüssigkeit 4 zwischen dem Ultraschallgeber 3 und dem Meßobjekt 5 in vielen aufeinanderfolgenden Harmonischen erregt, bei denen sich jeweils kurzzeitig stehende Wellen ausbilden (Flüssigkeitssäulenresonanz, FSR), wenn die Oszillatorfrequenz eine Oberwellen-Resonanzstelle durchläuft-

Die FSR-Impulse werden dem Hochfrequenzleistungsmesser 2 entnommen und über einen Hochpaß 2a dem Minimumdetektor 13 zugeführt, der beim Auftreten der maximalen Abschwächung der FSR-Impulse, also bei Wanddickenresonanz, einen Minimumimpuls erzeugt und mit diesem über eine als Dreifachtor 14 ausgebildete Torschaltung eine Sample-and-Hold-Einheit 15 ansteuert, die mit ihrem analogen Eingang dem Frequenz-Spannungs-Konverter 12 nachgeschaltet ist Die vom Frequenz-Spannungs-Konverter 12 im Moment des Einganges des Minimumimpulses abgegebene.

der Resonanzfrequenz umgekehrt proportionale Gleichspannung wird irn Kondensator der Sample-and-Hold-Einheit 15 bis zum Eintreffen des nächsten Minimumimpulses gespeichert, so daß an deren Ausgang eine der gemessenen Wanddicke d proportionale Gleichspannung ansteht, die mit einem anzeigenden und/oder registrierenden Meßgerät 16 gemessen wird.
Das der Frequenz umgekehrt proportionale Gleich-Spannungssignal am Ausgang des Frequenz-Spannungs-Konverters 12 wird an den Eingang eines Fensterdiskriminators 17 gelegt. Liegen in dem beim Wobbein überstrichenen Frequenzbereich zwei oder mehr Wanddickenresonanzfrequenzen, so können mit dem Fensterdiskriminator alle unerwünschten Resonanzfrequenzen ausgeblendet werden. Beim Durchlaufen des Intervalls zwischen zwei einstellbaren Spannungswerten, die vorbestimmten Frequenzen und Wanddicken des Meßobjektes entsprechen, gibt der Fensterdiskriminator 17 an seinem mit dem Hingang des Dreifachtores 14 verbundenen Ausgang einen Ulendenimpuls ab. Das Dreifachtor 14 wird von drei Signalen gesteuert, dem Minimumimpuls, dem Blendenimpuls und einem vom Sägezahngenerator 6 abgeleiteten Periodenimpuls. Nur bei Koinzidenz dieser Signale steuert die Torschaltung 14 die Sample-and-Hold-Einheit 15 an, so daß an deren Ausgang eine Gleichspannung Uproportional i/ansteht.

Mit einem Zweikanal-Oszillographen 18 kann der

Meßvorgang überwacht werden. Der eine Kanal ist mit

jo dem Ausgang des Hochfrequenzleistungsmessers 2 verbunden und zeigt die Flüssigkeitssäulenresonanzimpulse (FSR) mit ihren bei Wanddickenresonanz auftretenden Minima. Der andere Kanal ist an die Ausgänge des Minimumdetektors 13 und des Fenster-

j5 diskriminator 17 angeschlossen und zeigt den Minimumimpuls in einem vorbestimmten Blendenbereich.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild des Frequenz-Spannungs-Konverters 12 dargestellt, der mit dem Ausgang 11 des HF-Oszillators 1 verbunden ist. Der FU-Konverter 12 besteht aus einem Stromgenerator 19 zum Erzeugen eines HF-Stromes möglichst konstanter Amplitude und guter Sinusform, an den ein analoger

spannung der Eingangsfrequenz umgekehrt proportional ist. Als Frequenzmesser dient ein Meßkondensator 20 der Kapazität C, der von einem konstante Wechselstrom / der zu messenden Frequenz / durchflossen wird. Der am Kondensator 20 entstehende Wechselspannungsabfall beträgt

daraus folgt

2/

"2nfC'
.-τ C

Uc-

Ist d die Dicke und C_Ma, die Schallgeschwindigkeit des Materials eines Meßobjektes 5, so gilt bei Wanddickenresonanz

d-_Tj-C_Ma, — U_c.

Ist / die «-te Harmonische der Resonanzfrequenz, so ist

d = n- C\i_a, ■

■■Uc.

Die Kondcnsatorwcehselspannung ist also direkt proportional der zu messenden Dicke </. Zur Auswertung des Meßergebnisses wird die Kondensatorwcchsclspannung //< durch einen Verstärker 21. einen Gleichrichter 22 und einen Tiefpaß 23 in eine weitgehend proportionale Gleichspannung U umgewandelt. Die Linearität und damit die Genauigkeit kennen verbessert werden, indem man einen phasenempfindlichen Gleichrichter verwendet.

Der durch den Kondensator 20 fließende Wechselstrom muß in seiner Amplitude konstant und hinreichend klirrarm sein, denn er geht direkt in dir Dickenmessung ein und die Impcdan/.glcichung X, = ^xl2JtfC gilt nur für sinusförmige Spannungen und Ströme der Frequenz f. F.ine konstante Wechselstromaniplitiidc ergibt sich theoretisch nur bei unendlich großem Innenwiderstand des Stromgenerators, bei zu kleinem Innenwiderstand würde (wegen der sich mit der Frequenz ändernden Stromamplitude) die Linearität der Dickenmessung beeinträchtigt. Ein bipolarer Transistor besitzt im allgemeinen einen relativ kleinen Ausgangsleitwcrt (also einen relativ großen Innenwiderstand). In Γ i g. 3 ist eine einfache Ausführung des Stromgenerators dargestellt, bei der der Emitter eines pnp-Transistors 24 über einen Emitterwiderstand 25 an die Betriebsspannung 26 gelegt und der Kolloktor über eine Drosselspule 27 auf Eirdpotcntial 28 geschaltet ist. Die Wechselspannung des Oszillators 1 wird über einen Kondensator 29 in den Emitter des Transistors 24 am Widerstand 25 eingekoppclt. Der Meßkondensator 20 ist parallel zu der Drosselspule 27 geschaltet.

I"ig.4 zeigt eine Schaltung, die geeignet ist, den Klirrfaktor noch weiter herabzusetzen. Dabei sind die Emitter zweier pnp-Transistoren 30,31 parallel und an Betriebsspannung + Ub und die Kollektoren parallel und an Erdpotential 28 geschaltet. Das Meßsignal wird über einen Kondensator 32 in die Basis des Transistors 30 eingekoppelt. Wegen der gegensinnigen Aussteuerung der Transistor-Kennlinien werden die durch den Transistor 30 entstehenden Verzerrungen durch den Transistor 3t weitgehend kompensiert. Die Emitterwiderstände stabilisieren den Arbeitspunkt der Transi-

1—:

j— wv. r„i.*— u :. ι

38 verbunden, so daß cine Glcichstromkoppliing entstellt. Eine Wechsclspannungsgcgcnkopplung wird durch eine hinreichend große Zcitkonslantc aus dem Kondensator 34 und den Spannungstcilerwidcrständcn 37,38 G₄ · Κ,; · K)₈Z(K)₇+ Ki₈) verhindert. Der Fcldof fekt-Transistor-lmpedanzwandler stellt gleichzeitig die KingangssHifc des dem Meßkondcnsalor 20 nachgcschaltcten Verstärkers 21 dar. Der Widerstand 39 und die Spannungsteilerwidcrstände 37, 38 dienen der Gleichspannungssymmetricrung: /?_M= R_i7+ K₁₈.

Eine andere mögliche Ausführung eines Impedanzwandler ergibt sich aus Fig. 6. Der Impedanzwandler kann anstelle der in F i g. 5 rechts von den Punkten A, Ii dargestellten Schaltung verwendet werden. Der unsymmetrisch aufgebaute Impedanzwandler besteht im wesentlichen aus einem dritten Feldeffekttransistor 40 (η-Kanal) und einem vierten pnp-Transistor 41 und hat den Vorteil, daß eine Spannungsverstärkung möglich ist, die durch im Kollcklorstrompfad des Transistors 41 angeordnete Widerstände 43, 44, also (K₄J+ K₄₄)/K₄₁ bestimmt ist. Zum Auskoppeln der Meßspannung ist an den Kollektor des Transistors 41 ein Kondensator 42 angeschlossen.

Die Amplitudenkonstanz des HF-Oszillators 1 kann durch einen zwischen HF'-Oszillator und FYcquenz-Spannungs-Konverter 12 geschalteten Wechselspannungsstabilisator 45 noch weiter erhöht werden. Ein solcher Wcchselspannungsstabilisator besteht nach F i g. 7 im Prinzip aus einem Modulator 46, an dessen ersten Eingang 47 die zu stabilisierende Wechselspannung des Oszillators und an dessen zweiten Eingang 48 (Regeleingang) eine Modulationsspannung gelegt wird, die von der Wechselspannung am Ausgang 49 mit dem Verstärker 50, dem Gleichrichter 51, dem Tiefpaß 52 und der entgegengeschalleten Referenzspannungsquelle 53 gewonnen wird. Der Gleichrichter 51 und die Referenzspannungsquelle 53 sind so gepolt, daß ein Ansteigen der Wechselspannung am Ausgang 49 ein überproportionales Ansteigen der relativ kleinen Modulationsspannung und ein Absinkel des Übertragungsfaktors (bzw. Verstärkungsfaktors) des Morfjlators zur Folge hat.

erhöhen den Ausgangswiderstand. Der Kollektor des Transistors 31 ist über eine Drosselspule 27 an Erdpotential, der Meßkondensator 20 ist parallel zu der Drosselspule 27 geschaltet.

Eine Schaltung für einen Stromgenerator mit FET-Impedanzwandler ist in Fig.5 dargestellt. Ein erster pnp-Transistor 30 und ein zweiter pnp-Transistor 31 sind in der in Fig.4 dargestellten Weise geschaltet. Der Gleichstrom des Transistors 31 wird jedoch nicht wie dort über eine in die Kollektorleitung geschaltete Drosselspule abgeleitet, sondern durch einen dritten Transistor 33 vom npn-Typ aufgenommen, dessen Basis zum Ausschließen einer Wechselspannungsgegenkopplung über einen Kondensator 34 geerdet ist. Der Transistor 33 stellt insbesondere bei großem Emitterwiderstand einen hohen Wechselstromwiderstand dar. Der Meßkondensator 20 ist parallel zu dem Transistor 33 geschaltet- Das Gleichspannungspotential am Meßkondensator 20 wird durch zwei als Impedanzwandler wirkende komplementäre Feldeffekttransistoren 35 (n-Kanal). 36 (p-Kanal) stabilisiert. Die Steuerelektroden G der FET 35,36 sind mit dem Meßkondensator 20 verbunden, die Quellen Ssind über die Spannungsteilerwiderstände 37, 38 auf Erdpotential geschaltet. Die Basis des Transistors 33 ist mit dem Spannungsteiler 37,

Modulationsspannung nicht von der Ausgangs-, sondern von der Eingangsspannung des Modulators abgeleitet. Hierfür ist jedoch noch ein Spannungsteiler 54 erforderlich, der so eingestellt werden muß, daß sich die Wechselspannung am Ausgang 49 mit denjenigen am Eingang 47 nicht mehr ändert.

Der Modulator in Fig. 7 bzw. Fig.8 kann beispielsweise durch einen in seiner Verstärkung elektronisch regelbaren Breitbandverstärker gebildet werden.

Der in F i g. 9 dargestellte Wechselspannungsstabilisator enthält einen solchen Breitbandverstärker, der im wesentlichen aus einem fünften und sechsten pnp-Transistor 55 und 56 besteht und dem das Prinzip von F i g. 7 zugrunde liegt. Der fünfte Transistor 55 arbeitet als Emitterfolger über zwei Symmetrierwiderstände 57,58 mit parallelgeschalteter Kapazität 59 auf den Emitter des mit seiner Basis geerdeten sechsten Transistors 56, an dessen Kollektorwiderstand 60, dem eine Induktivität 61 zur Frequenzkompensation nachgeschaltet ist, das stabilisierte Signal durch einen Impedanzwandler 62 abgenommen wird. Die Zeitkonstante Le\IRaa bewirkt einen möglichst flachen, geradlinigen Frequenzgang (Verstärkung abhängig von der Frequenz) bis zu möglichst hohen Frequenzen von z. B. 20 bis 30 MHz. Die Ausgangsspannung des Impedanzwandlers 62

gelangt über einen Verstarker 6.1 zu einem Gleichrichter aus zwei Dioden 64 und 65. Die durch diese erzeugte, der Ausgangswechselspannting proportionale Gleichspannung wird zusammen mit einer entgegengeschalteten, mittels des Potentiometers 66 einstellbaren Referenzgleichspi'nnungden Hasen der Transistoren 67, 69 zugeführt, so daß die Differenz aus beiden Spannungen de.ι Kollektorstrom des Transistors 67 steuert. Dieser Strom bestimmt den Arbeilspunkt und damit Steilheil und Verstärkung der Transistoren 55 und 56. Steigt nlsn die Aiisgiingswechselspannung des Impedanzwandlers 62 beispielsweise infolge einer

IO

Zunahme der Kingangswcchsclspannung an der IJasis des Transistors ¹Xj an, so wird über den vorstehend beschriebenen Regelkreis die Verstärkung derart reduziert, daß die prozentuale Zunahme der Ausgangswechselspannung nur noch einen kleinen Bruchteil derjenigen der Eingaiigswechselspannung beträgt. Mit dieser Schaltung kann der Modulationsgrad leicht um einen Faktor 20 reduziert werden.

Zum Unterdrücken einer Schwingneigting kann der Widerstand eines ffC'-Gliedcs 68 auf einen optimalen Wert eingestellt werden.

liier/u 4 IiIa(I /eicliniinuen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Wanddickenmeßgerät nach dem Ultraschall-Immersions-Resonanzverfahren mit einem Ultraschallgeber, der über eine Flüssigkeit an das Meßobjekt angekoppelt ist, aus einem frequenzmoduUerten amplitudenstabilisierten Hochfrequenz-Oszillator gespeist wird und dessen Stromaufnahme beim schnellen Durchlaufen der Resonanzfrequen- ι ο zen der Koppelflüssigkeit (Flüssigkeitssäulenresonanz, FSR) impulsförmig ansteigt, wobei die Hüllkurve der FSR-lmpulse im Bereich der Resonanzfrequenz des Meßobjektes (Wanddickenresonanz) ein Minimum durchläuft, von dem mit elektronischen Mitteln (Minimum-Detektor) ein Meßsignal (Minimum-Impuls) abgeleitet und die momentane Frequenz des HF-Oszillators während der Dauer des Minimum-Impulses mit einem Frequenzmesser gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Signalfrequenz am Ausgang (11) des HF-Oszillators (1) ein Frequenz-Spannungs-Konverter (12) eingesetzt ist, dessen Ausgangsspannung der Frequenz des Eingangssignals umgekehrt proportional und der zu messenden Dicke (d) direkt proportional ist, und daß der Frequenz-Spannungs-Konvarter (12) im wesentlichen aus einem invertierenden analogen Frequenzmesser (19, 20), einem Verstärker (21), einem Gleichrichter (22) und einem Tiefpaß (23) besteht.

2. Wanddickenmeßgerät nach Anspruch 1, da-. durch gekennzeichnet, daß der analoge Frequenzmesser (19, 20) aus einem Stromgenerator (19) und einem nachgeschaltcten, "om Strom des Stromgenerators durchflossenen Meßkond'"":sator (20) gebildet ist.

3. Wanddickenmeßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator

(19) im wesentlichen aus einem pnp-Transistor (24) besteht, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand (25) an die Betriebsspannung + Ub und dessen Kollektor über eine Drosselspule (27) an Erdpotential (28) liegt, daß der Ausgang (11) des HF-Oszillators (1) über einen Kondensator (29) mit dem Emitter verbunden ist, und daß der Meßkondensator

(20) parallel zu der Drosselspule (27) geschaltet ist.

4. Wanddickenmeßgerät nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (19) im wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten pnp-Transistor (30, 31) besteht, daß deren Emitter über Widerstände an Betriebsspannung + Ub und deren Kollektoren an Erdpotential (28) geschaltet sind, daß der Ausgang (11) des HF-Oszillators (I) über einen Kondensator (32) mit der Basis des ersten Transistors (30) verbunden ist, daß der 5> Kollektor des zweiten Transistors (31) über eine Drosselspule (27) an Erdpotential (28) geschaltet ist, und daß der Meßkondensator (20) parallel zu der Drosselspule (27) geschaltet ist.

5. Wanddickenmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kollektorleitung des zweiten Transistors (31) des Stromgenerators (19) anstelle einer Drosselspule ein dritter Transistor (33) vom npn-Typ geschaltet ist, daß parallel zu dem dritten Transistor (33) der Meßkondensator (20) geschaltet ist. daß die Steuerelektroden (G^eines ersten und eines /weiten f-'eldcffekt-Transistors (35, 16) an den Meßkondensator (20) und deren Quellen (S) über zwei Spannungsteilerwiderstände (37, 38) auf Erdpotential (28) geschaltet sind, daß die Basis des dritten Transistors (33) mit einem zwischen den Spannungsteilerwiderständen (37,38) liegenden Punkt verbunden und über einen Kondensator (34) geerdet ist.

6. Wanddickenmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler im wesentlichen aus einem dritten Feldeffekt-Transistor (40) und einem vierten pnp-Transistor (41) gebildet ist, daß die Steuerelektrode (G) des dritten Feldeffekt-Transistors (40) mit den Kollektoren des zweiten und des dritten Transistors (31, 33) und dem Meßkondensator (20) verbunden ist, daß die Basis des vierten Transistors (41) auf die Senke (D) des dritten Feldeffekt-Transistors (40) geschaltet ist, und daß am Kollektor des vierten Transistors (41) ein Kondensator (42) angeschlossen ist

7. Wanddickenmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Frequenz-Spannungs-Konverter (12) ein Wechselspannungsstabilisator (45) vorgeschaltet ist, der im wesentlichen aus einem Modulator besteht.

8. Wanddickenmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsstabilisator (45) aus einem Modulator (46) und einem mit dem Ausgang (49) des Modulators (46) verbundenen, in einem Rückführungszweig liegenden Verstärker (50) mit nachgeschaltelem Gleichrichter (51), Tiefpaß (52) und einer entgegengeschalteten Referenzspannungsquelle (53) besteht.

9. Wanddickenmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsstabilisator (45) aus einem mit dem Signaleingang (47) des Modulators (46) verbundenen Verstärker (50), Gleichrichter (51), Tiefpaß (52) sowie einer entgegengeschalteten Referenzspannungsquelle {53) nut nachgeschalteter Spannungsteileranordnung (54) besteht.

10. Wanddickenmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (46) als Breitbandverstärker ausgebildet ist. der aus einem fünften und sechsten pnp-Transistor (55, 56) besteht, daß der fünfte Transistor (55) als Emitterfolger über zwei Symmetriewiderstände (57,58) auf den Emitter des sechsten Transistors (56) geschaltet ist, daß die Basis des sechsten Transistors (56) geerdet ist, daß an den Kollektorwiderstand (60) des sechsten Transistors (56) ein Impedanzwandler (62) angeschlossen ist, und daß dem Impedanzwandler (62) ein Verstärker (63) und ein Gleichrichter (64,65) nachgeschaltet sind.