DE2552315A1

DE2552315A1 - Kontrollverfahren und einrichtung fuer den fluessigkeitsdruck in rohrleitungen

Info

Publication number: DE2552315A1
Application number: DE19752552315
Authority: DE
Inventors: Geb Kiseleva Eleonora Krylova
Original assignee: KRYLOVA GEB KISELEVA
Current assignee: KRYLOVA GEB KISELEVA
Priority date: 1974-11-21
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1976-07-22
Also published as: FR2292223B1; GB1503766A; SU717580A1; US3977252A; FR2292223A1; JPS5264975A

Description

NACKQEREfCHT]

530-24.994P 21. 11. 1975

1. Eleonora Draitrievna Krylova (Kiseleva), MOSKAU - UdSSR

2. Nikolai Ivanovich Brazhnikov, MOSKAU - UdSSR

KüfiTSUlIiV.ßiiEÄHfiäN ⁰^⁰ EINRICHTUNG FÜR DEN FLÜSSIGKEITSDRUCK IN

ROHRLEITUNGEN

Die vorliegende Erfindung betrifft die .Anwendung von Ultraschallschwingungen zur automatischen Fernkontrolle für Parameter flüssiger Medien bei technologischen Kontrollverfahren, insbesondere ein Kontrollverfahren für den Flüssigkeitsdruck in Rohrleitungen . und Einrichtungen zu dessen Durchführung auf der Basis von Ultraschallschwingungen·

Die Erfindung kann in der Flugzeug-, chemischen, Hütten-, Schiffbauindustrie und fur andere technische Anwendungen zur automatischen kontaktlpsen Überwachung des flussigkeitsdrucke in Bohrleitungen eingesetzt werden»

Es sind Kontrollmeßverfahren fur den Flüssigkeitsdruck in

ten -^ Rohrleitungen Dekanat» Darunter hatr eine oreite Anwendung Druck-Meßverfahren nach der Verformung eines elastischen Elementes gefunden· Dieses Verfahren besteht darin, daß in eine zu überwachende Rohrleitung mittels einer Eilfsarmatur ein elastisches Fühlelement

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NACHaEREICHT

in Form einer Membran, eines »»ellrohres oder einer Rohrfeder eingebaut wird, dessen Verformung proportional dem Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit ist.

Aufbauend auf diesem Verfahren sind Manometer für eine sicht- und Fernkontrolle (s· beispielsweise D.i. Ageikin u.a. "Geber fur üontrolle und ttegelung¹¹, Moskau., 19^5) realisiert worden·

Jedoch erfordert die Anwendung des oben genannten Druck-Kontrol^· Verfahrens einen unmittelbaren Kontakt des Fühlelement es mit der zu überwachenden Flüssigkeit und folglich die Anwendung einer speziellen ■Armatur zu dessen Einbau in die "Rohrleitung vor der Druckmessung» Bei der Eontrolle einer Reihe von Parametern der Funktionsfähigkeit hydraulischer Systeme entsteht in manchen Fällen die Notwendigkeit in der Erhaltung zusätzlicher Informationen über den Flüssigkeitsdruck auf den Strecken der hydraulischen Systeme, wo die Druckmessung unter Anwendung einer stationär angeordneten Apparatur unmöglich ist· in diesem Fall ist es zur Druckmessung nötig, eine Rohrleitungsstrecke zum Einbau zusätzlicher J^an-ometer zu demontieren, was eine Vergrößerung der Kontrollzeit durch einführung von Demon-

« ■ - . ■
tage operationen und einer erneuten Montage des Systems und dessen zusätzlicher Auffüllung veranlast· Darüber hinaus hat das hydraulische Verluste zur Folge, die bei der Demontage dei¹ Rohrleitungen auftreten.

In der letzten Zeit wird immer mehr Aufmerksamkeit kontaktlos en Druck-Kontrollverfahren bei Rohrleitungen geschenkt, die es gestatten, die Drucküberwachung erheblich zu vereinfachen, deren LejL-

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stungsfähigkeit zu erhöhen und hydraulische Verluste auszuschließen·

Die kontaktlosen Druck-Meßverfahren können in üwei Hauptgruppen zur Erhaltung von Aussagen über den Druck aufgeteilt werdeni

1) nach einer Verformung der Rohrleitungswandungi

2) nach einer Parameter änderung der durchdringenden Strahlung. zur ersten Gruppe zählen tensometrische und piezoelektrische

Druck-Kontrollverfahren (s· beispielsweise A#M, Turichin "Elektrische Messungen von nichtelektrischen Groß en" ι Moskau-Leningrad, i960).

Bei der Ausnutzung dieser Druck-Iiontrollverfahren werden auf

• .bzw. -Dehnungsmeßstreifen»CDMS^ der Außenfläche der fiohrleitung ein !Tensogeber/oder ein Ple.zoeiement stationär angeordnet» In diesem Fall tritt bei Druckänderung der zu überwachenden Flüssigkeit eine Verformung der Rohrleitungswandung ein,die eine Änderung des Widerstandes des iensogebers oder die des elektrischen Potentials des Piezoeleaentes bewirkt» Diese Änderungen werden durch eine elektrische Meßschaltung registriert, an deren Ausgang ein dem Flüssigkeitsdruck proportionales elektrisehes Signal abgenommen wird»

Bei Fehlen des Kontaktes des Fühlelementes mit der zu überwachenden Flüssigkeit bleibt jedoch im Anwendungsfall dieser Verfahren die Notwendigkeit einer vorhergehenden stationären Anordnung des Fühlelementes auf der Außenfläche der Rohrleitung bestehen·

So wird bei Anwendung des iTensionsmeß verfahr ens aus dem hydraulischen System eine Rohrleitungsstrecke ausgebaut, auf sie ein Tensogebei? aufgeklebt, auf einem speziellen Stand geeicht, worauf die Rohrleitung in das System erneut eingebaut und der Druck gemes-

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[ MA

— 4. .»

sen wird.

Darüber hinaus kann Im piezoelektrischen Verfahren nur

dejc dynamische Druckanteil genäsen weiden. Die Kennlinien der Wandler dieses Typs sind zeitlich instabil und sind stark temperaturabhängig.

Zu den kontaktlosen Druck-Kon tr ο liver fahr en unter Verwendung durchdringender Strahlung wird das Druck-MeßVerfahren mittels Ultraschallschwlngungen zugerechnet. Dieses Verfahren beruht auf der Abhängigkeit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwin— gungen in der Flüssigkeit vom Druck.

üs ist ein auf der Abhängigkeit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der iJltraschallschwingungen in Flüssigkeit vom Druck aufbauende?. Ultraschall-Kontrollverfahren für den Flüssigkeitsdruck (s. beispielsweise US-PS 3504546) bekannt.» Dieses Verfahren,

geht dahin, daß durch Erreger impulse periodisch Ultra scha ilschwingungen angefacht werden, die durch die zu überwachende Flüssigkeit

Tc

durchgelassen, empfangen und in Signalimpulse umgewandelt werden, deren zeitliche Verschiebung bezüglich der Erregerimpulse von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingungen und folglich vom Flüssigkeitsdruck abhängt.· Zugleich damit werden aus den Erreger impulsen mit einer Zeitverzögerung Bezugsimpulse geformt _o Des weiteren werden aus den Bezugs- und Signalimpulsen Informations impulse geformt, deren Dauer vom Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit abhangig ist. Die erhaltenen Informationsimpulse werden in ein Reg is trier signal umgesetzt, dessen Impulszahl zum Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit proportional ist·

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γ —

J NACHÖEREICHT

Dieses Druck-Kontrollverfahren gestattet es, den Druck im weiten Bereich naoh der Änderung de* Fortpflanzungsgeschwindigkeit den ^Itraschallschwingungen zu ermitteln, die durch, die Druckänderung bedingt ist»

Jedoch wird im Fall de* anwendung dieses Verfahrens der Druck nicht in der zu überwachenden Flüssigkeit selbst, sondern in einem intermediären akustisch leitenden Mittel gemessen m welches der Druck von der zu überwachenden Flüssigkeit übertragen wird* Darüber hinaus gibt es im oben beschriebenen Verfahren eine

nichtlinease Abhängigkeit des zu registrierenden Druckes von der « « /v*^ · * ·· * *

•Äusbreltungszeit *- der Ultraschallschwingung en in der Flüssigkeit, was einen zusätzlichen Fehler in die Druckmessung einführt.· Dies

ist darin begründet, daß die zeitliche Verschiebung Δ C- der Ultraschalls chlringungen bezüglich der Erregerimpulse mit hinreichendem Annäherungsgrad eine folgende Abhängigkeit von den Änderungen Λ G der Fortpflanzungsgeschwindigkeit C der Ultraschallschwingungen ^ der zu überwachenden Flüsigkeit in Bezug auf deren iinfangswert G bei Fehlen des Druckes:

aufweist,

wobei H^₀ - die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwin gungen in d€tr zu überwachenden Flüssigkeit beim anfangs wert C₀ der Ultraschallgeschwindigkeit bedeutet·

ist eine das betrachtete Verfahren realisierende Jüinrich-

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/.->,.....· ; ^rir.iOHT

tung (s, beispielsweise US-.PS 3504546) bekannt, die

einen einen Strahler und einen Empfänger für Ultraschallschwingung en einschließenden Ultraschall-Meßwan&ler_} einen, an den strahler und über eine Zeitverzögerungseinheit an einen Bezugsimpulsformer angeschlossenen Generator für Erregerimpulse enthält, wobei der .Ausgang des vorletzten an einen Eingang eines ^nf ormationsimpuisforniers gekoppelt ist· Ώθσ andere Eingang des Infojemationsimpulsforniers ist übei¹ einen Ve* stärke υ und einen uignalimpulsfo^mer mit dem litüpf anger elektrisch gekoppelt« Der ausgang des Informations impulsf or Biers ist mit einem an einen Registrierer angescnalteten Informations impulswandler verbunden·

Bei dieser Einrichtung wird die Druckmessung nicht in der zu überwachenden Flüssigkeit selbsty sondern in einem intermediären akustisch leitenden Mittel vorgenommen· 2»ur Druckübertragung von der zu überwachenden Flüssigkeit auf das intermediäre Mittel, in dem die Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwingungen, erfolgt, ist bei der Einrichtung ein vom intermediären Mittel gefüllter und mit der von der zu überwachenden Flüssigkeit gefüllten Rohrleitung kommunizierender Hohlzylinder vorgesehen» Im Zylinder ist ein spezielles Wellrohr angeordnet, in das die zu überwachende Flüssigkeit geleitet wird«

Darüber hinaus wird zur Verringerung von Temperaturfehlern bei der Druckmessung eine Thermostabilisierung des Jäylindera mit dem intermediären Mittel in der Weise durchgeführt, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwingungen in der Flüssigkeit in einem Temperaturbereich gemessen wird, wo die Tempera-

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NAC! -!CtERElOHTl

tureinwirkung auf die Ultraschallgeschwindigkeit minimal ist. 2iu diesem Zweck sind bei der Einrichtung Thermostabilisierungselemente

und . . ,

vorgesehen, die Heiz- und Kühlelemente/ Temperaturregeleinheiten einschließen, die die Konstruktion der Einrichtung wesentlich komplizieren»

Im Zusammenhang damit, daß es notwendig ist, den Druck aus der zu überwachenden !flüssigkeit auf das intermediäre Mittel zu übertragen, ist in der zu überwachenden Rohrleitung ein spezieller Auslaß ftur Druckübertragung vorzusehen, was sie unbrauchbar für die Drucküberwachung macht«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontaktloses Eontrollverfahren £Ür den Flüssigkeitsdruck in Rohrleitungen mittels Ultraschallschwingungen zu entwickeln und eine betriebseinfache Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahren³ zu schaffen, die eine Druckmessung in der Flüssigkeit an einem beliebigen Punkt der Rohrleitung mit hoher Genauigkeit und in einem weiten Saderungsbereich für Druck und (Temperatur der zu Überwachenden Flüssigkeit durch Verringerung der Ulchtlineafiitat der Anzeigen des Registrieren und die des. Xe mper at urfehler s der Flüssigkeit ermöglichen und zur selben Zeit eine Reduzierung der Kontrollzeit und eine Beseitigung von Verlusten der Betriebsflüssigkeit dank der Eontaktlosigksit des Verfahrens gewährleisten»

Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß im Eontrollverfahren für den Flüssigkeitsdruck in Rohrleitungen mittels Ultraschall-Schwingungen, bei dem ^ durch Erregerimpulse periodisch

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Ultraschallsckwingungen angefacht werden,die durch die zu Überwachende Flüssigkeit durchgelassen, empfangen und in Signalimpulse, deren zeitliche Verschiebung bezüglich der Erregerimpulse von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwingungen und dementsprechend vom Druck der zu überwachenden Flüssigkeit abhängt, umgewandelt, gleichzeitig damit aus den Erregerimpulsen mit einer Zeitverzögerung Bezugsimpulse, ferner aus den Bezugs- und signalimpulsen Informationsimpulse, deren Dauer vom Druck in der zu uber-

wachenden Flüssigkeit abhängig ist, geformt/ die erhaltenen Informationsimpulse in ein Registriersignal, dessen .Amplitude oder Impulszahl proportional dem Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit ist, umgesetzt werden, die Uiteaschallschwingungen gemäß der Erfindung in die zu überwachende Flüssigkeit eingeführt und daraus über die

, werden, und daTS

Rohr le it ungs wandung empfangen /q in Steuersignal, dessen .Amplitude proportional der Ausbreitungszelt der Ultraschallschwingungen in der Flüssigkeit ist, erzeugt und mit seiner Hilfe die .Amplitude der Informations impuls e geregelt wird;·

Zweckmäßig ist, das Steuersignal aus den Inf or ma ti ons impugn zu formen, wobei die Amplitude des Steuersignals proportional zur Dauer der Informationsimpulse eingestellt wird«

Die Amplitudenregelung des Informationsimpulses kann durch Multiplikation der Amplitude des Informations impulses mit der Amplitude des Steuersignals vorgenommen werden·

is ist auoh bequem, die Amplitude des Informationsimpulses mit Hilfe einer Division der Amplitude des Informations impulses durch

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NACHGEREICHT

die Amplitude des Steuersignals zu regeln·

kjweckmäßig wird die Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit gemessen und ein üilfssignal erzeugt, dessen Amplitude zur gemessenen Temperatur proportional ist, die Amplituden des nilfs- und des registrier signals addiert und nach dem Betrag der Gesamtamplitude den Druck der zu überwachenden Flüssigkeit ermittelt·

Es ist bequem, das Vorzeichen (Polung) des üilfssignals bei der Drucküberwachung von Flüssigkeiten mit negativem Tempe raturkoef* fizienten des Ultraschallgeschwindigkeit gleich dem Vorzeichen des üegis trier signals und bei positivem Viert dieses Koeffizienten entgegengesetzt au diesem zu nehmen«

Die oben gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß bei der Einrichtung zur Verwirklichung des Kontrollverfahrens für den Flüssigkeitsdruck in, äohrleitungen mittels Ultraschallschwingungen, die einen einen Strahler und einen Empfänger für Ultraschallschwin-

'■■■ und

gungen aufweisenden Ultjjaschall-Meßwandler /einen Generator für Erreger impulse enthält, der an den Strahler und über eine ^eitverzögerungseinheit an einen Bezugsimpulsformer angeschlossen ist, dessen Ausgang an einen Eingang eines Informationsimpulsformers ge^·. koppelt ist, dessen anderer Eingang über einen signalimpuls£srmer und einen Verstärker an den Empfänger angeschaltet Ist, während der Ausgang des Informationsimpulsformers mit einem an einen Registrierei gekoppelten Ihformationsimpulswandler elektrisch verbunden ist, der Strahler und der Empfänger für Ultraschallschwingungen gemäß der Erfindung auf den gegenüberliegenden strecken der Außenfläche der

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j NACHCaEnEICHT

Rohrleitung angeordnet sind und daß zusätzlich ein Steuersignalformel: und eine implitudenregeleinheit für Informationsimpulse, deren einer Eingang an den Ausgang des Xnformationsimpulsformers direkt und daen «ndereP Eingang Über duu Stauarsignctlformer ange·- cchlossen ist, wobei deren Ausgang mit dem Informationsimpulswandler verbunden ist, vorgesehen sind.

Zweckmäßig wird der Steuersignalformer als eine an den Informationsimpulsformer angeschlossen« "ReVhensci^ltupg aus einem Integrator» einem Gleichstromverstärker, dessen Ausgang an die Kegeleinheit gekoppelt Ist, und einem mit dem zweiten eingang des Verstärkers verbundenen BezugssignaleInsteller ausgeführt.

Man kann auch die Kegeleinheit als eine iuultlpllkationsb· einheit ausführen.

2>\üeckmäßig ist es auch, die Kegeleinheit als eine Divisionseinheit auszuführen.

is ist auch sinnvoll, über eine l'empjraturkompensationseinheit, einen an sie angeschlossenen, auf der Außenfläche der Rohrleitung in unmittelbarer Nähe des Ultraschall-Meßwandlers angeordnet ten Temperaturfühler und einen ßummator zu verfügen, dessen einer Singeing an den -ausgang der Temperaturkompensationseinheit, dessen andereran den Ihformationsimpulswandier und der .ausgang an den Eegistrierer angeschlossen ist.

Das oben beschriebene Kontroliverfahren für den Flüssigkeitsdruck bei Rohrleitungen mittels Ultraschallschwingungen und die Einrichtung zu dessen Verwirklichung weisen eine Heihe von Vorteilen

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Ι», ι y-ni-rl

- 11 -

gegenüber dem bekannten Verfahren und de* bekannten Einrichtung auf.

Das Verfahren und die Einrichtung schließen vollkommen die Notwendigkeit einer Demontage der Rohrleitung zu* kessung des Flüssigkeitsdruck^ in der Rohrleitung aus· Dies wird dadurch erreicht, daß die Einführung der Ultraschallschwingungen in die zu überwachende Flüssigkeit und deren anschließender Empfang unmittelbar durch die Rohrleitungswandung bei der Anordnung des Strahlers und des Empfangers fur Ultraschallschwingungen auf der Außenfläche der Rohrleitung erfolgen· Hierbei kann die Druckmessung in einem beliebigen Punkt der Rohrleitungen des hydraulischen Systems vorgenommen werden· Dies gestattet es, die .Arbeitsintensität der Kon—

• * « ■«

trolle durch Eliminierung der Demontage und der erneuten Montage

der Rohrleitungen, der Hydraulik bei der Anordnung des Meßwandlers, durch die von Operationen zusätzlicher Pullung hydraulischer Systeme, deren. Spülung und Prüfung auf eine hermetische Abdichtung nach der erneuten Montage erheblich zu reduzieren· Außerdem werden hierbei die bei der Demontage der Rohrleitungen der hydraulischen Systems entstehenden Verluste der Betriebsflüssigkeit ausgeschlossen«

Darüber hinaus gewährleisten das oben beschriebene Verfahren und die Einrichtung eine Messung des Flussigkeitsdrucks in einem weiten Anderungsbereich für Druck und temperatur mit hoher Meßgenauigkeit· Dies wird durch Verkleinerung der Michtlinearität der Anzeigen des Registrier er s bei eines Änderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwingungen in der zu überwachenden Flüssigkeit, die vom Druck in der letzteren abhängig ist, erreicht.·

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NAGHOaERElCHT

-12·*

Die Yerkle ine rung der genannten Nicht linearität wird durch Formung ' aus den Informationsimpulsen von Steuersignalen, deren Amplitude proportional der Dauer der Informationsimpulse ist, und durch Amplitudenregelung der Inf or mat ions impulse mit deren Hilfe ge« währleistete infolgedessen wird der Druckmeßbereich beträchtlich erweitert«

Darüber hinaus sichern das oben beschriebene Verfahren und die Einrichtung eine stabile Arbeit der elektronischen Schaltung der Einrichtung bei Temperaturänderung der Flüssigkeit in einem weiten Bereich·

Dies wird dadurch gewährleistet, daß bei · der Druckmessung die Temperatur der zu Überwachenden Flüssigkeit gemessen und ein Hilfssignal» dessen Amplitude zur gemessenen Temperatur proportional ist', geformt, die Amplituden des Hilfssignals und des ßegistriersignals addiert und nach dem Betrag der Gesamtamplitude der Druck der zu überwachenden Flüssigkeit ermittelt werden.

. ■ Di-e λ Erfindung

wird- nachstehend <-* anhand der Beschreibung ihrer

Ausführungsbeispiele und Zeichnung erläutert· Es zeigt:

Fig. 1 Blockschaltung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung für den Flüssigkeitsdruck mittels Ultraschallschwingungenj

Fig. 2 Prinzipschaltung des Steuerimpulsformerß und der Segeleinheit) gemäß der Erfindung;

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Fig« 3/andere Ausführungsvariante der Blockschaltung der erfindung sge maß en Einrichtung}

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NACHQEREiOHT

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Fig· 4 Impulsdiagramme £ür die Arbeit der einzelnen Einheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die Einrichtung zur Durchführung des Kontrollverfahrens für den Flüssigkeitsdruck in einei Rohrleitung enthalt . einen Strahler 2 und einen Empfänger 3 für Ultraschallschwingungen bekanntet Konstruktion delr Strahler vom piezoelektrischen Typ einschließenden UltraschallwMeßwandler 1 (Fig· 1)· Der Generator 4 für iarregerimpulse ist nach bekannte* Schaltung für die Stoßerregung eines Stromkreises ausgeführt· Der Generator 4 ist an den Strahler 2 und über eine Zeitverzögerungseinheit 5 aa einen Bezugsimpulsformer 6 angeschlossen, dessen Ausgang an einen eingang eines Informationsimpulsformers 7 gekoppelt ist. An den anderen Eingang dee Formers 7 ist über einen Signalimpulsformer 8 und einen Verstärker 9 der ism>pfänger ,3 angeschlossene

Die Zeitverzögerungseinheit 5 i^s* in bekannter Weise ausgeführt· Der Signalimpulsformer 8 und der Bezugsimpulsformer 6 sind in Gestalt von itechteckimpulsjßj&rmern nach bekannter Jüiultivibratorschaltung und der Informationsimpulsformer 7 nach bekannter Schaltung einer zeitlichen Vergleichseinheit ausgeführt·

Der Strahler 2 und der iimpfänger ^ sind auf den gegenüberliegenden Strecken der Außenfläche einer mit einer zu überwachenden Flüssigkeit 11 gefüllten Rohrleitung 10 angeordnet«,

Die Einrichtung enthält auch einen Steuersignalformer 12 und eine Amplitudenrege!einheit 13 für Informationsimpulse· Ein Eingang der Segeleinheit 13 ist unmittelbar an den Ausgang des Informa-

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tlonsirapulsformers 7 und der andere - über den Steuersignalformer 12 angeschlossen· Der .ausgang der .Amplittudenregeleinheit 13 fur Informal; ions impulse ist mit einem Informationsimpulswandler 14 verbunden, an dessen Ausgang ein Eegistrierer 15 angekoppelt ist»

Der Steuersignalformer 12 ist in Gestalt einer an den Informations impulsformer 7 angeschlossenen ßeihenschaltung aus einem Integrator 16, einem Gleichstromverstärker 17 und einem an den Verstärke! 17 gekoppelten Bezugssignaleinsteller 18 ausgeführte

Der Integrator 16 (E¹Ig* 2) ist in Form eines Heihenkreises aus einem Widerstand 19 und einem Kondensator 20 ausgeführt· Der Eingang des Integrators 16 ist über einen Iimitterfolger 21 an den Ausgang des Inf ormat ions impulsformer s 7 angeschlossen·

υβ£ Gleichstromverstärker 17 ist in Form eines Transistors ausgeführt, bei dem der Widerstand 23 des Basisanschlusses in den Nebenschluß mit dem Kondensator 20 des Integrators 16 gelegt ist· Die Rückkopplung kommt im Verstärker 17 durch einschaltung in dessen Emitterstromkreis eines Widerstandes 24 zustande· Sür die Vorspannung an der Basis des Transistors 22 sorgt ein wider stand 25, als Kollektor last des Transistors 22 tritt ein widerstand 26

auf. Gespeist wird der !transistor 22 von einer Gleichstromspannungsquelle E^·

Der Bezugssignaleinsteller 18 ist in Form des zwischen der Speisespannungsquelle E^ und dem Basisanschluß des Transistors 22 liegenden Widerstandes 25 ausgeführt·

Die Amplitudenrege Ie inhe it 13 für Informations impulse ist

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J NACHGERaOHT

In Form einer aus einem widerstände 27 - 28 einschließenden «ilderstandsdätüpf ungsglied und einer Diode 29 bestehenden Multiplikationseinheit ausgeführt· Der widerstand 2? liegt in Reihe mit dem widerstand 28 zwischen dem Kollektoranschluß des Transistors 22 und der Anode der Diode 2§ · Die Katode der Diode 29 ist an den Eingang des Integrators 16 angeschlossen· Der Ausgang der Kegeleinheit 13 ist Über einen Trennko^ensator 30 an den Informationsfcrnpulswandler 14 angekoppelt. Des Wandler 14 und der Registrierer 15 sind in bekannter Weise ausgeführt·

Die Kegeleinheit 13 kann auch in Form einer (in der Zeichnung nicht angedeuteten) aus Operationsverstärkern in bekannter Weise

■er · · .. *

aufgebauten Divisionseinheit ausgeführt sein·

Die oben beschriebene Einrichtung gewährleistet eine Druckmessung der Flüssigkeit 11 bei der Rohrleitung 10 In einem weiten Druckbereloh nur bei konstanter Temperatur der Flüssigkeit 11. Im lalle einer Änderung deren Temperatur entstehen Fehler bei der Druckmessung· Zur Beseitigung dieser Fehler kommt eine andere in Fig· 3 gezeigte Variante der Einrichtung zur .Anwendung·

Die Einrichtung gemäß dieser Ausführungsvariante weist außer dem beschriebenen Strahler @, iimpfanger 3, Generator 4, Formern 6, 7% 8| Regeleinheit 13f Wandler 14 eine Temperaturkompensationseinheit 31 mit einem ^daran angeschlossenen Temperaturfühler 32 auf. Der Temperaturfühler 32 ist auf der Außenfläche der Rohrleitung 10 in unmittelbarer Nahe des Strahlers 2 für Ultraschallschwingungen angeordnet« Die Einrichtung enthält auch einen Summator 33, von dem eine

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ns an den ausgang der Temperaturkompensationseinheit 31» <ler andere an den Inf ormationsimpulßwandler 14 und del¹ Ausgang an den Registriere!· 15 angekoppelt ist.

Das Vorhandensein des Temperaturfühlers 32, der Temperaturkompensationseinheit 31 und des Summators 33 gestattet es, den durch die Temperatur änderung der zu überwachenden Flüssigkeit Verursachten Meßfehler wesentlich geringer zu halben.

bur Erläuterung der Arbeit der oben beschriebenen Einrichtungen sind in Fig.4a, b, c, d, e,f, g, h, ι, k, 1 Impulsdiagrainme for die Arbeit tton jeweiligen Einheiten 4, 9, 8, 5» 6, 7, 16, 13, 14, 32, 33 der einrichtung aufgeführt·

In 33'ig· 4b sind Impulse 34 der Ultraschallschwingungen dargestellt, die durch die zu überwachende Flüssigkeit 11 hindurchgeschoben, und Impulse 35t d-ie ^ν0Λ· ^er Innenfläche der Rohrleitung mehrfach rückgestrahlt worden sind,»

Das KontroZlverfahren für den Druck der Flüssigkeit 11 bei der Rohrleitung 10 mittels Ultraschallschwingungen kommt in den oben beschriebenen Einrichtungen wie folgt zustande* -

Der Generator 4 erzeugt in Flg. 4a wiedergegebene elektrische Erreger impulse, die am Strahler 2 mit einer konstanten Pulsperiode T eintreffen. Die Impulsfolgeperiode wird in Abhängigkeit von der erforderlichen Meßgenauigkeit für den Druck gewählt, die ihrerseits vom Durchmesser der Rohrleitung 10 abhängig ist»

Ben Strahler 2 schickt, angeregt durch die elektrischen Impulse vom Generator 4, durch die Wandung der Rohrleitung 10 in die zu über-

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wachende !Flüssigkeit 11 kurze Uitjeaschallschwingungsimpulse©

jJie Ulüu aschal !schwingungen gelangen in den .a'mpfängQ-r 3, nachdem sie die au überwachende Flüssigkeit 11 und die gegenüberliegende Wand der Hohlleitung 10 passiert haben, in Form von amplitudenmäölg abgeschwächten, in Fig· ^b wiedergegebenen Impulsen 34 der abklingen« den Sinusschwingungen und werden darin in elektrische Impulse mit einer Trägerfrequenz gleich der ^ltraschallschwingungsfrequenz umgewandelt»

Die von der Innenfläche der Rohrleitung 10 mehrfach reflektierten Ultraschallschwingungen gelangen in Form von Impulsen 35 auch in-vden Empfänger 3» wo sie in elektrische Impulse umgeformt werden. Die eine Aussage über den zu überwachenden Druck enthaltenden elektrischen Impulse 34 werden nach der amplitude durch den Verstärker 9 verstärkt und gelangen in den üignalimpulsformar 8, der in Fjtg. 4c wie der gegebene Rechteckimpulse erzeugt. Die Dauer der Rechteckimpulse wird über der der innerhalb der Rohrleitung 10 für eine Folgezeit T der Erreger impulse mehrfach reflektierten Ultraschallschwingungen eingestellt· Dies gestattet es, die durch die Beeinflussung der Arbeit des bignalimpulsformers 8 seitens dieser mehrfach reflektierten Ultraschallschwingungen bedingte Instabilität der Arbeit der elektronischen Schaltung der iiinrichtung auszuschließen und die keßgenauigkeit für den Druck zu erhöhen, was von besondere» Vorteil bei der Drucküberwachung in Rohrleitung kleinen (unterhalb von 10 bis 15 mm) Durchmessers ist.

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N/.CV. .

Gleichzeitig mit den In I^-Ig* 4a wiedergegebenen, am Strahler 2 ankommenden K£f eg θ r Impulsen tief fen auf den Eingang des Bezugsimpulsformers δ vom Generator 4 über die Zeitverzögerungseinheit In Pig· 4-d dargestellte Erreger Impulse auf· Die Verzögerungszeil; wird In Bezug auf die Erreger impulse gleich oder größer als das Zeitintervall ί _ vom Augenblick der Erregung der Ultraschall— schwingungen bis zu deren Empfang nach dem .Durchgang durch die zu überwachende Flüssigkeit 11 bei minimalem Wert C_Q der Fortpflanzung^ geschwindigkeit der Öltjraschallschwingungen in der Flüssigkeit gewählt.·

Diese· Wahl der Zeitverzögerung erlaubt es, eine direkte proportionale Abhängigkeit des Registrier signals vom Druck der zu überwachenden Flüssigkeit 11 zu sichern, was eine zusätzliche Bequemlichkeit im Betrieb bei der Druckmessung schaffto Die in i'ig· 4e wiedexgegebenen rechteokfccmigen Bezugsimpulse

treffen vom Ausgang des Formers 6 am zweiten Eingang des informa-

tionsimpulsformers 7 eln₀ Am Ausgang des Formers 7 werden rechteckforiaige, in Fig. 4f dargestellte Inf or ma ti ons impulse konstanter Amplitude mit einer Dauer gleich der vom Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit 11 abhängigen Differenz der Intervalle vom signal- und Bezugsimpuls abgegeben. .

Die Informationsimpulse treffen vom Ausgang des Formers 7 über den Emitterfolger 21 auf den Eingang des Integrators 16, an dessen Kondensator 20 sie in eine zu deren Dauer proportionale Gleichstromspannung umgesetzt werden· Diese Spannung wird an die

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Basis des Transistors 22 des Verstärkers 17 gegeben.

Hierbei wird das Steuersignal aus zwei Anteilen Einern Bezugssignal des Einstellers 18 und einem .Ausgangssignal des Integrators 16 -' geformt. Das Bezugssignal wird wie folgt eingestellt· Bei einer dem minimalen Druck entsprechenden minimalen Dauer der Informationsimpulse ist der Kollektorstrom des Verstärkers 17 minimal, und die Spannung ü_Q des Bezugssignals an dessen Kollektor ist verschieden von der Speisespannung EL um 1 bis 2 Volt»

Im Falle einer dem Höchstdruck entsprechenden maximalen Dauer der Informationsimpulse wächst der Strom an, und die Spannung am
Kollektor ist minimal« Den Wert der Mindest spannung wird durch Auswahl des Widerstandes 19 vom Integrator 16 oder des Widerstandes
26 um 1 bis 1,5 Volt oberhalb der Sättigungsspannung Kollektor-Emitter eingestellte

Die der Dauer Δ^der Informationsimpulse proportionale Spannung eines in S¹Ig. 4g gezeigten Ausgangssignals des Verstärkers 17 ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

mit K^ β konstanter Koeffizient.

Die gesamte Ausgangs-GleIchstromspannung E am Kollektor des

(Transistors 22 ergibt sich zu:

Bei der Begeleinheit 13 wird die Spannung E durch das widerst andsdämpfungsglied mit einem relativen Schwächungsfaktor Jf für die Kollektor spannung abgeschwächt und die erhaltene Spannung Y E

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N ACHCJ ERElOHT

-goals Sperr-Vorspannung in der Diode 29 ausgenutzt»

Hierbei wird die Amplitude U eines in Fig. 4h dargestellten Infürta-ationsimpulses an der Katbtocfe der Diode 29 durch die Differenz aus der Amplitude U eines an der Anode der Diode eintreffenden Informations impuls es und der Spannung ß'E bestimmt und kann unter Berücksichtigung des Wertes E aus der Beziehung O) in Forms

geschrieben werden·

Durdh Umformung des Ausdrucks (4) in folgender Weise:

mit Kp ^Ä Ί ~ ° ^¹¹^ ^K3 - ^*"* bekommen wir einen Ausdruck für die Amplitude der -!-nformationsimpulse in folgender Forme".

Der Ausdruck K₂ (J+^ y^ ) ""^eIIt die Amplitude E₂ des auf die Amplitude U₀ der Inf or mat ions impulse in der Segele inhe it einwirkenden Steuersignals dar« Hierbei nimmt der Ausdruck (4) die Form:

Auf solche Weise wird in der Hegeleinheit 13 die Regelung der Amplitude der Inf or mat ions impulse durch deren Multiplikation mit der Amplitude der Steuersignale verwirklicht·

Dies gestattet es, die Jiichtlinearität der Anzeigen des Registrierers 15 bei Druckänderung der zu überwachenden Flüssigkeit 11 zu reduzieren und damit die Kontrollgenauigkeit zu erhöhen· Vom Ausgang der Regeleinheit 13 gelangen die die Amplitude IJ

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-¹ ·τ]

- 21 -

aufweisenden Informations impulse in den Wandler 14· Die Amplitude ii¹, eines in Flg. 4i dargestellt en ßegistriersignals am Ausgang des kvandlers 14 ist proportional dem Produkt aus der Dauer A^ und der Amplitude U und umgekehrt proportional der Folgeperiode T der Informationsimpulses /—

Da gemäß (1) ^S- ^ > '^xs*' ^s0 ^

) iil

wobei a _ ^c^ / Kj C* __y\

mit 8" ^¹¹¹⁰¹¹ nicht line are ^bhägigkeit des Reg is trier signals von dem aum Druck der zu überwachenden Flüssigkeit 11 prox^ortionalen Inkrement Δ C der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschall schwingungen verursachter relativer Fehler*

Das Kegistriersignal E, gelangt in den Registrierer 15, dessen Skala in Einheiten des Inkrementes Δ G der For tpflanzungsgeschwindigkeit der ^ltraschallschwingungen oder unmittelbar in Einheiten des zu überwachenden Druckes P geeicht ist, zwischen denen eine folgende Abhängigkeit·

AG _β aP (7)

besteht,

Koeffizie.pt .

mit a - ein konstanter / fur die betreffende zu überwachende Flüssigkeit 11 .

Damit der Fehler c einen Minimalwert besitzt, wird der Koef-

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fizient K-, in der Weise eingesaellii, daß C beim Maximalwert des zu registrierenden wertes Δ G gleich Δ G^ zu Hull wird. Hierb muß der Koeffizient K₀, wie dies aus dem Ausdruck (6) folgt,
einen Wert:

'K. = 1 + . ^A ^Cm (8)

haben·

Bei derartiger Wahl des Koeffizienten K» lautet der Wert des relativen Fehlers wie folgt:

Der Maximalwert der Größe £ liegt beim wert /\ G gleich:

Hierbei beträgt der Höchstwert von

während der maximale absolute Fehler σ G_n, « £' /ώ C_x, bei der > m la j

Messung des Inkrementes Δ C der '-'ltraschallgeschwindigkeit

ausmacht»

Der Wert dieses Fehlers betragt bei mittleren, beispielsweise 0,2 G unterschreitenden, Werten des Meßbereiches A C einen praktisch geringen Wert (ca. 10"^ C_Q).

Im l'alle eines weiteren Ander ungsber ei ehe s des zu registrieren den Viertes Δ G ist es sinnvoll, die Hegeleinheit 1;? in Form einer

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r CK2"RtI

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Divisionseinheit auszuführen. Hierbei üslid der Koeffizient E^ gleich der Amplitude E des Bezugs signals des J,insi;ellers 19 eingestellt, und das Steuersignal wfcist eine Amplitude:

) * (13)

Unter der Einwirkung des Steuersignals I^ wird die Amplitude der Inf or ma ti ons impulse in der ßegeloinheit 13 reguliert und wird gleich: (Xo U^₀

Vom Ausgang der Begeleinheit 13 gelangen die die Amplitude U besitzenden Informations impulse in den Wandler 14₀ Die Amplitude E3 des Hegistriersignals am Ausgang des Wandlers ist proportional

/ν , π

dem Produkt aus der Dauer Δ L und der Amplitude der Impulse und umgekehrt proportional der IOlgeperiode T der Erregerimpulse des Generators 24-ϊ

-R t. IJ

Da <7- - y* . . yo und 7 - ^ - *>.,*> ist, so

Aus dem oben angeführten Ausdruck ist ersichtlich, daß bei beliebigen Anderungswerten £ 0 der Ultraschallschwingungsgeschwindigkeit das Reg is trier signal eine lineare direkte AbbiigjLgke It von dem zu registrierenden Wert Δ C und folglich vom Druck P der zu. überwachenden Flüssigkeit 11 hat. Dies erhöht wesentlich die Meßge«-

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t für den Druck und erweitert den Druckmeßbereich· Das oben beschriebene Kontrollverfahren für den Druck bei Rohrleitungen und die Linxientung zu dessen Durchführung gewährleisten genaue Druckmessungen bei gleichbleibender oder sich wenig ändernder Temperatur· Die erforderliche Meßgenauigkeit wird jedoch bei der Temperatüränderung der zu überwachenden Flüssigkeit 11 nicht gewä'iirleistet, weil AG nicht nur vom Druck, sondern auch von der

Temperatur änderung A^ der Flüssigkeit gegenüber dem -Anfangswert ' von . ■ _ "■■

t /deren Temperatur abhäj|ig ist:

AC = a P - D_t Δ t (16)

wo b^. der Temperaturkoeffizi:i-a der Ultraschallgeschwindigkeit in der zu überwachenden Flüssigkeit ist«

Den Einfluß des dabei entstehenden Temperatur fehler ö der Anzeigen des ßegistrierers zu reduzieren, gestattet das Dei der in Fig. 2 gezeigten !Einrichtung reaiisierbaJie J)ruck-üontr Oliver fahr en»

Nach diesem Verfahren wird gleichzeitig mit dem Druck dX3 ifemperaJfeu-T? <ie£ z.a überwachenden Flüssigkeit 11 durch den auf der ■Außenfläche der Rohrleitung 10 in unmittelbarer Nahe des Strahlers 2 angeordneten Temperaturfühler ^2 gemessen·

Das signal des Fühlers 32 kommt in die Temper^atuikompensationseinheit 51, an deren Ausgang ein in Fig· 4-k dargestelltes Hilfssignal mit einer der Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit 11 proportionalen Amplitude E^ betragsmäßig gleich

auftritt. **

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Dieses signal wird «uf den .uingang des öunimaturs jpp ^e^ an dessen anderem Eingang ein in Fig. 41 dargestelltes .jignal vom ,.andler 14 eintrifft·

Das in Fig. 41 wiedergesehene Summensi^nal ^hat eine ümplitiide iiVf dejcen Heh0 duj?ch den Druck P de.r zu übe^waohenden Flüssigkeit 11 bestimmt wiüd und von del* Temperatur unabhängig xst:

_{5 5 4}

- K; TCc,

wo E ein l^pnstanter Koeffizient ist.

Das oben beschriebene, bei den m Fig. 1, 2_f 2 dargestellten i,inj;iohtungen realisierbare lionti? oll verfahr en £ujc den FlÜssIgkeitsdruck bei Rohrleitungen gewahrleistet eine hocheffektive konliakt-Iose Überwachung des Flüssigkeitsdrucks bei verschiedenen iertlgungs· ablaufen in der Flugzeug-, Hütten-, chemischen, Schiffbauindustrie und bei anderen technischen Anwendungen·

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Claims

Patentansprüche

1. Kontrollverfahren für den Flüssigkeitsdruck in Rohrleitungen mittels Ultraschallschwingungen, bei dem durch Erregerimpulse periodisch Ultrascha11schwingungen angefacht werden, die durch die zu überwachende Flüssigkeit durchgelassen, empfangen und in Signalimpulse, deren zeitliche Verschiebung bezüglich der Erregerimpulse von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallschwingungen und dementsprechend vom Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit abhängt, umgewandelt, gleichzeitig damit aus den Erregerimpulsen mit einer Zeitverzögerung Bezugsimpulse, ferner aus den Bezugs- und SignalImpulsen Informationsimpulse, deren Dauer vom * Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit abhängig ist, geformt und die erhaltenen Imformationsimpulse in ein Registiersignal, dessen Amplitude oder Impulszahl proportional dem Druck in der zu überwachenden Flüssigkeit ist, umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrascha11schwingungen in die zu überwachende Flüssigkeit eingeführt und daraus über die Rohrleitungswandung empfangen werden, und daß ein Steuersignal, dessen Amplitude proportional der Ausbreitungszeit der Ultra scha 11 schwingungen in der Flüssigkeit ist, erzeugt und mit seiner Hilfe die Amplitude der Informationsimpulse geregelt wird.

2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal aus den Informationsimpulsen geformt wird, wobei die Amplitude des Steuersignals

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proportional zur Dauer der Informationsimpulse eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenregelung des Informationsimpulses durch Multiplikation der Amplitude des Informationsimpulses mit der Amplitude des Steuersignals zustande kommt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenregelung des Informationsimpulses mittels Division der Amplitude des Informationsimpulses durch die Amplitude des Steuersignals zustande kommt.

5. Verfahrennach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit gemessen und ein Hilfssignal, dessen Amplitude zur gemessenen Temperatur proportional ist, geformt, die Amplituden des Hilfs- und des Registriersignals addiert und nach dem Betrag der Gesamtamplitude der Druck der zu überwachenden Flüssigkeit ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen (Polung) des Hilfssignals bei der Drucküberwachung von Flüssigkeiten mit negativem Temperaturkoeffizienten der Ultraschallgeschwindigkeit gleich dem Vorzeichen des Registriersignals und bei positivem Wert dieses Koeffizienten entgegengesetzt zu diesem genommen wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Kontrollverfahrens für den Flüssigkeitsdruck in Rohrleitungen mittels Ultra-

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schallsehwingungen nach Anspruch 1, die einen einen Strahler und einen Empfänger für Ultraschallschwingungen aufweisenden Ultraschall-Meßwandler und einen Generator für Erregerimpulse enthält, der an den Strahler und über eine Zeitverzögerungseinheit an einen Bezugsimpulsformer angeschlossen ist, dessen Ausgang an einen Eingang eines Informationsimpulsformers gekoppelt ist, dessen anderer Eingang über einen Signalimpulsformer und einen Verstärker an den Empfänger angeschaltet ist, während der Ausgang des Informationsimpulsformers mit einem an einen Registrierer gekoppelten Informationsimpulswandler elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler und der Empfänger für Ultraschallschwingungen auf den gegenüberliegenden Strecken der Außenfläche der Rohrleitung angeordnet sind und daß zusätzlich ein Steuersignalformer und eine Amplitudenregeleinheit für Informationsimpulse, deren einer Eingang an den Ausgang des Informationsimpulsformers direkt und deren anderer Eingang über den Steuersignalformer angeschlossen ist, wobei deren Ausgang mit dem Informationsimpulswandler verbunden ist, vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalformer als eine an den Informationsimpulsformer angeschlossene Reihenschaltung aus einem Integrator, einem Gleichstromverstärker, dessen Ausgang an die Regeleinheit gekoppelt ist, und einem mit dem zweiten Eingang des Verstärkers verbundenen Bezugssigna leinsteiler ausgeführt ist.

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9. Einrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit als eine Multiplikationseinheit ausgeführt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit als eine Divisionseinheit ausgeführt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Temperaturkompensationseinheit, einen an sie angeschlossenen, auf der Außenfläche der Rohrleitung in unmittelbarer Nähe des Ultra schall-Meßv/andlers angeordneten Temperaturfühler und einen Summator, dessen einer Eingang an den Ausgang der Temperaturkompensationseinheit, dessen anderer an den Informationsimpulswandlei» und dessen Ausgang an den Registrierer angeschlossen ist.

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