DE2617246A1

DE2617246A1 - Vorrichtung zur praezisionsmessung von abmessungen mittels ultraschall

Info

Publication number: DE2617246A1
Application number: DE19762617246
Authority: DE
Inventors: Vieira David Da Costa; Jean Pierre Dufayet; Maurice Lemaire
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1976-04-20
Publication date: 1976-11-11
Also published as: NL7604297A; GB1541250A; BE840456A; IT1059980B; CH611018A5; SE413553B; SE7604537L; US4049954A; ES447049A1

Description

PATENTANWÄLTE DR.KADOR&DR. KLUNKER

Patentanwälte Kadorit Klunker Knoebelstr. 36 8 München 22

DR. ING. H. F. KLUNKER (DIPL. ING.) DR. RER. NAT. U. KADOU (DI PL. CHF.M.)

Knoohelstrasse 36

Am Max-II-Denkmal

D-8 München 22

Telefon: 089-224164

Telegramm: helpat

Telex: 5-22903

Ihr Zeichen: /Your ref.: Betr.:/Re:

Unser Zeichen :/Our ref.: K 11 355/3 Tag/Date April 20, 1976

Commissariat a 1'Energie Atomique 29, rue de la Federation Paris, Frankreich

VORRICHTUNG ZUR PRÄZI3I0NSMESSUNG VON ABMESSUNGEN MITTELS ULTRASCHALL

Die Erfindung be trifft eine Vorrichtung, mit der mittels Ultraschall die Abmessungen eines Gegenstandes mit hoher Präzision gemessen werden, und zwar in der Richtung der Ausbreitung von Ultraoch--·.. ι. ].Impulsen, die von Sonden ausgesandt werden.

Die Er.irinui.iri,¹¹: Ί.:;ί. !•■-•r.-rvi.n 11 aiv-'-'nndnar für die

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Messung von Metallroliren, "bei denen es wichtig ist, mit relativ hoher Genauigkeit (in der Größenordnung einiger Zehntausendstel) Innen- und Außendurehmesser zu kennen.

Man kennt bereits allgemein Vorrichtungen, die die Reflexion von Ultraschallimpulsen an verschiedenen Flächen eines Gegenstandes dazu benützen, den Abstand zu bestimmen, den diene Flächen voneinander haben, in Abhängigkeit von Zeitintervallen, mit denen die Echos dieser Impulse ankommen. Diese Meßmethode bedingt jedoch, daß die lOrtschreitgeschwindigkeit der Schallwellen genau bekannt ist, und zwar in dem Stoff, aus dem der Gegenstand besteht, und in dem den Gegenstand umgebenden Kopplungsmilieuο

Aus diesem Grunde ist eine automatische Steuerung nötig, oder wegen der akustischen Kopplung wird die Meßvorrichtung allgemein in Wasser (oder eine andere Kopplungsflüssigkeit) eingetaucht» Diese akustische Kopplung ist wegen des Anpassens der Impedanzen zwischen dem Bereich des Emitters und dem Übertragungsbereich der Ultraschallwellen unerläßlich. Wegen der Zwischenschaltung des Wassers ist die Geschwindigkeit der Schallwellen in dem Kopplungsmedium ein Parameter, der in die Rechnungen eingeht. Die Schallgeschwindigkeit in Wasser ändert sich merklich abhängig von der Temperatur (etwa 2*10 /⁰C), und es ist sehr schwer, ohne Berücksichtigung dieser Temperaturänderung Meßergebnisse mit der gewünschten Genauigkeit zu bekommen (beispielsweise 1 Mikron bei einem Durchmesser von 6 bis 10 mm).

Aus der französischen Patentschrift 2 041 006 sind Einrichtungen bekannt, die die Veränderungen der Schallgeschwindigkeit im Kor>plungsmedium teilweise zu vernachlässigen gestatten, indem die JFortpflanzungsge-

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schwindigkeit in dem Medium durch Messen der Zeitspanne bestimmt wird, die zwischen Abgabe und Empfang des Echos liegt, das vom ersten Hindernis zurückkommt. Eine derartige Einrichtung hat jedoch folgende Nachteile:

1.) Die Schwingungen des Senders während der Abgabe verändern den Abstand zwischen dem Sender und dem ersten Hindernis und erlauben keine genaue Eichung auf Grund dieses Abstands, der sich im Verlauf der Abgabe verändert.

2.) Die Bezugsdistanz D sollte tunlichst so nah wie möglich am Meßobjekt liegen, um eine mögliche Fehlerabweichung auf Grund unterschiedlicher Temperaturen im Kopplungsmedium zu verringern. Bei der bekannten Ausführung aus dem Stand der Technik mußte der Gesamtabstand zwischen Sender und dem ersten Hindernis in Rechnung gestellt werden.

3.) Es ist nötig, den Abstand zwischen Sender und dem ersten Hindernis mit hoher Genauigkeit zu kennen, was stets schwierig ist, denn der Sender kann verschoben werden»

Mit Hilfe der Erfindung können diese Unannehmlichkeiten ausgeschaltet werden, nämlich die Veränderungen der Geschwindigkeit der Schallwellen im Kopplungsmedium, z.B. Wasser, auf Grund der Temperatur, und mit der Erfindung wird eine Meßeinrichtung für hochpräzise Messung der Dimensionen eines Meßobjekts geschaffen, die unabhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Kopplungsmedium ist.

Die Vorrichtung zur Präzisionsmessung der Abmessungen eines Meßobjekts mit Ultraschall ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Ultraschallsonde, die als Sender-Empfänger von Ultraschallimpulsen arbeitet,

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wenigstens zwei reflektierende Hindernisse für die
Ultraschallimpulse, welche in den Weg der Ultraschallimpulse gesetzt sinci, Mittel, um das in seinen Abmessungen zu bestimmende Me3objekt in den Ausbreitungsweg der Ültraschallimpuise einzusetzen. Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale, deren Größe proportional zu den Zeitabständen zwischen den Ankunftsaugenblicken an jeder Sonde der verschiedenen Kchos sind, die von Reflexionen der Ultraschallimpulse an den Hindernissen und am Objekt stammen, und eine elektronische Schalteinrichtung, die aus den elektrischen Signalen die Abmessungen des Meßobjekts bestimmen.

Pur eine Ausführungsform der Erfindung, die zum Ausmessen von Meßobjekten benutzt v/ird, bei denen das Innere nicht oder nur schlecht von den Ultraschallimpulsen durchdrungen werden kann, ist die Torrichtung mit zwei Sonden und drei Kindernissen ausgerüstet. Es ist dann erforderlich, zwei Sonden auf entgegengesetzten Seiten des Meßobjekts anzuordnen, denn wenn das Objekt hohl ist oder irgendein Material in seinem Innern enthält, werden die "Jltraschallimpulse nicht vom Medium im Innern des Objekts geleitete Auf Grund der zwei Sonden ist es ,jedoch möglich, Echos von zwei Seitenflächen des Meßobjekts zu empfangen» Die drei Hindernisse haben verschiedene Aufgaben» Die zwei ersten finden sich außerhalb des Objekts und dienen, wie nachfolgend noch ersichtlich v/ird, dazu, die Schallgeschwindigkeit im
Kopplungsmedium zu messen» Y/enn zwei Sonden eingesetzt werden,, sind drei Hindernisse erforderliche Das dritte Hindernis, das sich auf der anderen Seite des Meßobjekts in bezug auf die zwei ersten befindet, bestimmt mit
einem der beiden ersten Hindernisse eine Bezugsstrecke, mit der die Abmessungen des He.?objekts bestimmt v/erden

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_ 5 —

können.

Wenn das hohle Meßobjekt mit einer Kopplungsflüssigkeit angefüllt ist, können die von den zwei Flächen des Meßobjekts zurückgeworfenen Echos zu nur einer sendenden Sonde zurückgeworfen werden, nachdem sie das innere Kopplungsmedium durchlaufen haben. In diesem Fall werden nur eine Sonde und zwei Hindernisse benötigt»

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung folgendes auf: Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale, deren Werte proportional zu den Zeitabständen sind, mit denen an zwei Sonden Ea und Eb die verschiedenen Echos ankommen, welche den Reflexionen der Ultraschallimpuise an den Hindernissen und am Meßobjekt entsprechen; eine elektronische analoge Umsetzeinrichtung, die aus den Signalen die Abmessungen des Meßobjekts ermittelt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist außerdem elektronische Elemente mit einstellbarem Verstärkungsfaktor auf, um die den Zeitabständen zwischen den verschiedenen Echos entsprechenden Signale zu kombinieren und um ein Signal zu erzeugen, das der Dimensionsabweichung eines Meßobjekts im Vergleich zu einem Vergleichsnormal entspricht, wobei der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers derart einstellbar ist, daß bei Abtastung des Meßnormalo neibst ein Signal Null abgegeben wird; auf diese Weise läßt sich eine relative Abweichung beispielsweise im Durchmesser eines Rohrkörpers im Vergleich zu einem Normalrohr feststellen.

Um die mechanische Ausführung und die Einstellung der verschiedenen Bcc-vtandteiie der Vorrichtung

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zum kontinuierlichen Mensen von Dimensionen eines Rohres wesentlich zu vereinfachen, weist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel Ή Paare von Sonden auf, die über den Umfang des Zylinderrohres verteilt angeordnet sind, das zu überwachen ist, wie auch Mittel, um aufeinanderfolgend jedes der Itf-Paare und Sonden abzutasten. Auf diese Weise braucht sich das Rohr relativ zu den Sonden nicht zu drehen. Es genügt dann, das Rohr lediglich in Achsrichtung zu verschieben„ Man verwendet vorteilhafterweise drei Sondenpaare, bei denen jede Sonde als Sender und Empfänger wirkt, wobei die beiden Sonden jedes Paares einerseits zueinander und andererseits zum Rohr so angeordnet sind, daß dessen Außendurchmesser R^ gemessen wird. Die Sonden senden Ultraschallimpulse aus, die in einer Richtung senkrecht zur Erzeugenden des Rohres fortschreiten.

Die Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung weist vorteilhafterweise ein erstes Hindernis auf, das als zylindrisches Rohr mit einem Außenradius Rp ausgebildet ist und zum zu messenden Rohr koaxial angeordnet ist, wobei R₂> ^R-| ^is"fc> die Außenfläche mit dem Radius R₂ des ersten Hindernisses in einem Bereich des Ultraschallfeldes liegt, das von jeder Sonde ausgesendet wird, und ein zweites Hindernis durch ein zylindrisches Rohr mit einem Radius R^ gebildet wird, wobei R-* ;> R_? ist, dessen Außenfläche mit dem Radius R-? so angeordnet ist, daß es in einem Bereich des ausgesendeten Ultraschallfeldes jeder Sonde liegt. Die Sonden und die äußeren Flächen des zu messenden Rohres als auch der beiden die Hindernisse bildenden Rohre sind in eine Kopplungsflüssigkeit eingetaucht.

Aus der nun folgenden Beschreibung von Aus-

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führungsbeispielen in Verbindung mit der. Zeichnung wird die Erfindung nochmals deutlich offenbar. 15s zeigen:

Figur 1: In schematiecher Darstellung ein erstes Aus-■ führungsbeispiel mit zwei Ultrasehallsonden und drei einem Meßobjekt zugeordneten Hindernissen, dessen Innen- und Außendurchmesser gemessen werden coil; ferner sind Diagramme der Impulsechos, die von den Sonden empfangen werden, abhängig von der Zeit aufgezeichnet;

Figur 2: das Blockschaltbild eines ersten Teils der elektronischen Einrichtung zur Weiterverarbeitung der von den Sonden aufgefangenen Echos;

Figur 3' ein elektronisches Schaltschema eines zweiten Teils der elektronischen Einrichtung zur Weiter-■ verarbeitung der Echos, der die Abweichung des Außendurchmessers eines Rohres gegenüber einem Kaliberrohr zu bestimmen ermöglicht;

Figur 4: ein elektronisches Schaltschema eines Teils der elektronischen Einrichtung, an dessen Ausgang die Abweichungen des Innendurchmessers eines Rohres gegenüber einem Zaliberrohr festgestellt werden;

Figur 5*. eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit einer einzigen Sonde und zwei Hindernissen, das verwendbar ist, wenn das zu prüfende Rohr in eine Kopplungsflüssigkeit eingetaucht ist;

Figur 6: das zur Anordnung gemäß Figur 4 gehörige elektronische Schaltschema;

Figur 7ί eine Schnittdarstellung durch, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 8: eine Ansicht von oben der in Figur 7 im Schnitt gezeigten Vorrichtung, aus der deutlich wird, daß sechs Sender-Empfänger-Umsetzer zum Messen des Innen- und des Außendurchmessers eines Rohres eingesetzt sind;

Figur 9ί das elektrische Schaltschema der mit der Meßeinrichtung nach Figuren 7 und 8 gekoppelten Sende- und Meßelektronik;

Figur.1Oi ein über der Zeit aufgetragenes Diagramm der Impulsaussendung und der Echos der verschiedenen als Sender-Empfänger arbeitenden Sondenpaare;

Figur 11: ein Auswertungsdiagramm der Echos.

In der Figur 1 ist im Schnitt das"Schema einer Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei Sonden Ea und Eb dargestellt, die zwei Ultraschallimpulsbündel 6 und 8 in Richtung auf ein zu messendes zylindrisches Rohr 2 abgeben, dessen Außendurchmesser j3§_ und dessen Innendurchmesser ^i ist. Drei Hindernisse 10, 12 und 14, die z.B. aus Fäden oder aus Blechen gebildet sind, sind auf der einen bzw. auf der anderen Seite des Rohres 2 im Weg der Ultraschallimpulsbündel angeordnet. Die zwei ersten Hindernisse 10 und 12 (bei dem Ausführungsbeispiel Fäden oder Drähte) haben einen Abstand D voneinander, während zwischen den Hindernissen 12 und 14 ein Abstand Dr herrscht. Die Abstände D und Dr sind Eichabstände, die ein für allemal gemessen, bekannt und unveränderlich sind.

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Das gezeigte Ausführungsbeispiel dient der Messung des Außendurchmessers und des Innendurchmessers eines Zylinderrohres 2, indem die Veränderungen dieser Durchmesser in "bezug auf ein geeichtes Kaliberrohr festgestellt werden; diese Art der Messung ist eine bevorzugte Anwendungsform der Erfindung. Man kann jedenfalls mit der dargestellten Vorrichtung Innen- und Außenabmessungen von beliebigen hohlen Körpern messen» Wenn ein Metallrohr, beispielsweise ein Stahlrohr, gemessen werden soll» von dem man die Schallausbreitungsgeschwindigkeit im Werkstoff kennt, genügt es, ein einziges Kaliberrohr zu verwenden. Ist ,jedoch die Schallausbreitungsgeschwindigkeit nicht bekannt, dann sind zwei Kaliberrohre mit unterschiedlicher Stärke zu benutzen„ Der Meßkopf enthält zwei Sonden Ea und Eb sowie die drei Hindernisse 10, 12 und 14, die in einem Behälter oder Trog (nicht dargestellt) angeordnet sind, in dem sich vorzugsweise Wasser und allgemein ausgedrückt eine Kopplungsflüssigkeit befindet. Wenn eine kontinuierliche Messung des Durchmessers des Rohres 2 vorgenommen werden soll, wird das Rohr 2 durch einen Motor in einer schraubenförmigen Bewegung entlang der Rohrachse senkrecht zur Ebene in Figur 1 vorangeschoben_o In einer abgewandelten Ausführungsform ist auch eine gerade Bewegung des Rohres 2 in Richtung seiner Achse möglich, und der Meßkopf mit den zwei Sonden und den drei Hindernissen führt eine Drehbewegung um die Achse des Rohres 2 aus. Die beiden Sonden arbeiten synchron miteinander, wobei jede nacheinander folgend sendet und empfängt.

Die drei Hindernisse 10, 12 und 14 können bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen einzigen Stahldraht von 0,15 mm Durchmesser gebildet sein_o Die drei Hindernisse f_:;'2cu^en Echos mit Zeitabständen zueinander, die £fiGtgo.-_v---;t- ana konstant sind, denn

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- ίο -

ihre gegenseitigen Abstände sind nicht veränderbar. Wenn die Durchmesseränderungen des Rohres 2 in einer Durchmesserebene beobachtet werden sollen, kann man das Rohr drehen und den Meßkopf festhalten oder den Meßkopf um das Rohr umlaufen lassen. Bei der schematischen Darstellung der Figur 1, in der der Meßkopf gezeigt ist, sind außerdem die Kurven 16 und 18 gezeichnet, die die verschiedenen Echos andeuten, welche von den zwei Ultraschallsonden Ea und Bb des Kopfes empfangen und ausgesendet sind. Die Amplituden A:, und Ap der verschiedenen Echos sind in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Der Abstand t_Q trennt den mit der Spitze 20 dargestellten Impulssendeaugenblick von der Ankunft des ersten Echos 23, das sich durch Reflexion am Hindernis 10 einstellt. Es versteht sich, daß die Zeit t wie auch die folgenden Zeiten dem Weg eines Ultraschallimpulses hin zum ersten Hindernis und zurück entspricht. Die Zeit t^ ist der Zeitabstand zwischen der Ankunft der Echos 23 und 25 an der Sonde Ea, wobei diese beiden Echos an den beiden Hindernissen 10 und 12 entstehen. Die Zeit t₂ ist der Abstand, durch den die Empfangsaugenblicke der Echos vom Hindernis 12 und der äußeren Oberfläche des Rohres 2 voneinander getrennt sind, wenn die Echos an der Sonde Ea eintreffen, und die Zeit t-2 ist der Zeitabstand, mit welchem die Echos von der Außenfläche des Rohres 2 und dessen Innenfläche aufeinander folgen. Gleiches gilt für die Kurve 18, in der die Spitze 22 dem Augenblick der Aussendung eines Impulses durch die Ultraschallsonde Eb entspricht. Die Zeit t, ist die Zeit für den doppelten Weg zwischen der Sonde Eb und dem Hindernis 14, den die Ultraschallwelle zurückzulegen hat, die Zeit i;- entspricht der Wegzeit des Impulses zwischen dem Rin-jimin 14 und der äußeren Oberfläche des Rohres 2, v/cno. r..as Echo an der Sonde Eb aufgefangen wird, und iic Zeit t,- ist das Zeitintervall, durch das die Empfangsaugenbiicke der Echos auf Grund der

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Reflexionen der Impulse an der Außenfläche und der Innen fläche des Rohres 2 getrennt sind. Die Echos 27 entstehen durch Mehrfachreflexionen zwischen den Rohrwänden.

Bei Betrachtung der Figur 1 lassen sich folgende Gleichungen aufstellen:

0e = Dr - (d^ + d₂)

0i = 0e - Ce₁ + e₂) = Dr - U₁ + d₂) - Ce₁ + e₂)

Wenn mit C und C die Geschwindigkeiten.der

ti 1X1

Schallwellen in Wasser bzw. im Metall des Rohres 2 "be zeichnet werden, ergehen sich:

0e = Dr - \ C_e (t₂ + t₅)

01 = Dr - 1 G_e (t₂ + t₅) - 1 G_m (t₃ + t₆)

Durch die Messung der Zeitabstände t₂, t^, tt-

und t/- kann in Kenntnis der Schallgeschwindigkeiten G ο β

im Wasser und C im Rohrwerkstoff der Wert der Größen d^, d₂, e^ und e₂ berechnet werden. Wenn es erlaubt ist, unter den Bedingungen, unter denen die Messungen.vorgenommen wurden, den Wert G als konstant zu betrachten, so gilt dies nicht für 0 , da dieser Wert, wie bereits erwähnt, stark von der Temperatur abhängt. Der Parameter C wird dauernd durch das Messen des Intervalls der Zeit t^ be stimmt, welches die Durchlauf zeit des TJl traschall impulses hin und ,zurück zwischen den beiden Hindernissen 10 und 12 darstellt» die auf der Seite der Sonde Ea angeordnet sind. Die Hindernisse 10 und 12 haben voneinander den Abstand D, so daß sich für C ergibt:

°.-f? ·■ ■ ■ ■

- 12 Man kann dann schreiben:

to + tr

0e = Dr - D -~

0i - Dr - D -\j-£ - \ C_m Ct₃ + t₆)

Hieraus wird deutlich, daß die Messungen der Werte 0e und 0i, die so erhalten wurden, nicht mehr von der Temperatur abhängig sind. Man kann sich selbst davon überzeugen, wenn man bedenkt, daß bei allen Temperaturänderungen die Abstände D und JJr konstant sind, die Zeiten (tp + te) und t., alle beide in gleichem Maße sich proportional in Abhängigkeit von den. Änderungen der Schallausbreitungsgeschwindigkeit im Wasser ändern, so daß das Verhältnis (tp -f- t_t-)/t^ unabhängig von der Temperatur bleibt. Auf Grund der Hindernisse 10, 12 und 14 hat man auch Meßwerte für 0e und 0i erhalten, die unabhängig von der Temperatur sind, so daß damit das angestrebte Ziel erreicht ist.

Mit der Erfindung sollen zwei Analogsignale gebildet werden, die proportional sind den tatsächlichen Abweichungen £0e und Ö0i des Außen- und Innendurchmessers des zu überprüfenden Rohres gegenüber einem Kaliberrohr (oder allgemeiner gesagt den Außen- oder Innenabmessungen eines Objektes gegenüber einem Standard-Objekt). Dies wird durch eine spezielle Recheneinrichtung erreicht, die anschließend beschrieben wird und die in analoger Weise arbeitet und derart entworfen ist, daß man an bestimmten Elementen so Einstellungen vornehmen kann, daß die Ausgangsspannung der elektronischen Einrichtung Null ist, wenn sich das Kaliberrohr in der Vorrichtung befindet„

Die Figur 2 zeigt einen Teil der elektronischen

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Einrichtung nach der Erfindung. Die Sonde ßa ist mit einer elektronischen einrichtung verbunden, die sie als Sender arbeiten läßt, wenn sie über die Leitung 30 mit der Senderschaltung E, verbunden int, dagegen als Empfänger, wenn die Verbindung über die Leitung 32 mit der Empfängerschaltung R₁ hergestellt ist. Das gleiche gilt für die Sonde Eb, die als Sender arbeitet, wenn sie über die Leitung 34 mit der Senderschaltung E_? verbunden ist, und als Empfänger, we"in die Verbindung über die Leitung 36 mit der Empfängerschaltung Rp hergestellt ist. Die von den Empfängern R, und 'R_n abgegebenen Signale gelangen in zwei Weichenschaltungen B und B, . Das genaue elektronische Schaitschema der Weichenschaltungen wird hier nicht beschrieben, da es sich um eine für den Fachmann selbstverständliche Schaltung ha.ndelt. Die Weiche B gibt über ihre Leitung 40 den Impuls 23 ab, der der Reflexion am ersten Hindernis 10 entspricht. Außerdem gibt die Weiche über die Leimung 42 den Impuls entsprechend der zweiten Reflexion ab, welcher durch die Spitze 25 in !Figur 1 angedeutet ist. Der Zeit-Amplitudenwandler A„ ist ebenfalls von normaler Ausführung und hat eine

doppelte Aufgabe; er enthält einen Zähler, der die Zeitspanne bestimmt, die die über die Leitungen 40 und 42 ankommenden Impulse trennt, und er hat außerdem die Aufgabe eines Verstärkern, d.h. er gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional der Zeitspanne t, ist (mit einem Proportionaiitätskoeffizienten Κλ-,), so daß am Ausgang an der Leitung 44 «in Signal vom Wert KA^t. abgenommen werden kann. .Das Ausgangs signal ist ein Spannungssignal oder ein Stromsi^nal. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird am Ausgang eine Spannung abgegeben. Aus dem nachfolgenden wird noch ersichtlich, daß es von Vorteil ist, zwei voneinander unabhängig einstellbare VerstärkungSKoeffizienten K und \, zu haben, d.h.

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daß im Zeit-Amplitudensähler A zwei Verstärker vorge-

sehen werden.

Gleiches gilt für den Zeit-Amplitudenwandler A, , der über die Leitungen 43 und 45 von der Weiche B_ die

el

Impulse zugeführt erhält, welche die Zeitspannen tp festlegen, so daß am Ausgang des V/andiers A, an der Leitung 46 ein Signal At₉ auftritt. Der Zeit-Amplitudenwandler A gibt an seiner Ausgangs!eitung 48 ein der Zeitspanne t~ proportionales Ausgangssignal At^ ab. Die Impulse, die den Echos entsprechen, werden in den Wandler A über dessen Eingangsleitungen 47 und 49 eingegeben.

Die Weiche B, , die mit dem Empfänger Rp der Sonde Eb verbunden ist, gibt die elektrischen Impulse auf die Leitungen 51 und 53 ab, welche den Echos auf G-rund der Reflexionen am Hindernis 14 und an der äußeren Oberfläche des Rohres 2 entsprechen, während über die Leitungen 55 und 57 diejenigen Impulse abgegeben werden, die auf die Echos von den Reflexionen an der Außenfläche und der Innenfläche des Rohres 2 zurückzuführen sind. Am Ausgang des Zeit-Amplitudenwandlers A~ tritt an der Leitung 50 ein Signal kt,- und am Ausgang des Zeit-Amplitudenwandlers A auf der Leitung 52 ein Signal kt,- auf. k ist ein Proportionalitätsfaktor, der ähnlich den Faktoren λ, λ. und K ist.

In Figur 3 ist eine Einzelheit der elektronischen Schaltung dargestellt_? an deren Ausgang Abweichungen im Durchmesser eines Rohres gegenüber einem Kaliberrohr als Ausgangswerte abgegeben werden. Die Zeit-Amplitudenwandler A , A-, , A- der Figur 2 sind hier nochmals dargestellt. Am Ausgang des Schaltungnbiocks A^ steht auf der Leitung 61 nach Passieren eines Verstärkers A¹ mit dem Verstärkungs-

faktor K ein Signal u^f an des Wertes KA^t^, der in eine Subtraktionsschaltung S eingegeben wird. Die aus den

ex

Schaltungsblö'cken A, und A~ kommenden Signale mit den Werten At> und Xt₁- werden auf eine Additionsschaltung A. gegeben,· aus der das Signal u^ = A(tp + t,-) über die Leitung 60 abgeht, das dann ebenfalls in die Subtraktionsschal tung S eintritt. Am Ausgang der Subtraktions-

el

schaltung S steht ein Signal U₂ = KA^t^ - Λ (t₂ + te) zur Verfugung, das in einen Verstärker A mit dem Ver-Stärkungsfaktor D/t.. eingeführt wird, aus dem dann am Ausgang ein Signal abgenommen werden kann, das, wie im folgenden deutlich wird, dem Außendurchmesser des Rohres proportional ist.

Die folgenden the-vr-r ^:"'■ ncr^r Jber'j egungen führen zu einem besseren Vers^a^c;r ^: · -. j-VT-Ai-iuiiB weise der Einrichtungen aus den iigurer. 2 und 5* Wenn in den Meßkopf ein .Kaliberrohr mit dem Durchmesser (0e)_o eingesetzt wird, dann ist der Wert dieses Durchmessers gegeben durch die Formel

_(0e)o . _Dr . _L = £- & __ti - (t₂ + t₅).

Dieser Wert entspricht dem Signal von der Spannung u_?, der auf der Leitung 62 der Figur 3 abgenommen wird, wobei diese Spannung gleich ist

U₂ = KA^₁ - λ (t₂ + t₅)

Der Wert des Verstärkungsfaktors K des Verstärkers A¹ wird durch die mit 69 bezeichnete Verstell-

el

mögiichkeit derart eingestellt, daß die Spannung am Ausgang des Verstärkers A den Wert Mull hat, d.h. der Wert am Eingang des Ver stärker ö t._e ; · :-5 er. Ver star'rungs faktor

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BAD ORIGINAL

D/t * ist, ist ebenfalls Null= Dies hat einen Wert von K zur Polge, der durch nachstehende Gleichung gegeben ist:

U₂ = KA₁-U₁ - ,\(t₂ + t₅) = O Wenn diese Bedingung erfüllt ist, gilt folgende Beziehung?

Es ist wichtig zu bemerken, daß die Einstellung des Verstärkungsfaktors K unabhängig von der Wassertemperatur ist, denn die Zeitabstände t₁, t_? und t·*, die die Laufzeit der Ultraschallwellen im Wasser wiedergeben, sind stets proportional den Abständen (dabei ist angenommen, daß die Temperatur des Wassers'im Bereich des Meßkopfes überall gleich ist und daß die Abstände d₁ und d₂ nicht von der Temperatur abhänger.). Das Verhältnis

Μ D

h* % ^d1 ^{+ d}2

hängt nur von den Abmessungen des Kaliberrohres und nicht von der Laufgeschwindigkeit C der Schallwellen im Wasser

Wenn nun an die Stelle des Kaliberrohres an den Meßplatz, d.h. zxtfischen die Hindernisse 12 und 14, das zu überprüfende Rohr eingesetzt wird, dann erhält man, wenn angenommen wird, daß die Temperatur des V/assers sich geändert hat, abweichende Zeitintervalle. Diese sind tj+4tj, t„f 4t_o+ St₀ und tr-^/itr-+ itr-, wobei mit 4

1 T d ά /L DDD

die auf die Temperaturänderung zurückzuführende Abweichungen und mit S die.auf die tatsächliche Dimensionsveränderung £0_e = Sd*+ S6-2 zurückzuführenden Abweichungen "bezeichnet sind. Der Außeiicurchmcsser des zu untersuchenden

Rohres ist somit:

- (t₂+

Die Ausdrucke 4t_? und ,4t,- sind in erster Ordnung diesel"ben, die man beim Kaliberrohr erhalten hätte, denn die Unterschiede in der Laufzeit für die Ultraschallwellen auf Grund der Dimensionsabweichungen <5d, und S d_? sind in "bezug auf diese Ausdrücke vernachlässigbar. Man erhält also am Ausgang des Rechenabschnittes, der in der Figur 3 abgebildet ist, eine Spannung u~, die folgendermaßen aufgebaut ist:

) - X(±₂-t-At₂+ t₅+ /It₅) -λ (ftp+ it₅) = λ Ut₂ 4 St₅),

weil ja der Verstärkungsfaktor K so eingestellt war, daß die anderen Ausdrücke sich wegheben.

Die Figur 4 zeigt einen Teil der elektronischen Schaltung, die das Messen der Abweichung des Innendurchmessers gegenüber einem Kaliberrohr ermöglicht. Diese Einrichtung enthält die Zeit-Amplitudenwandler A und A aus der Figur 2, in die die verschiedenen Impulse eingespeist werden, welche den Ze it int ervall en t-- und t,- entsprechen. Die Wandler haben denselben Verstärkungsfaktor k, so daß auf den "beiden Ausgangsleitungen 50 und 52 Signale auftreten, die proportional kt., und ktg sind. Diese Signale werden in eine Addierschaltung A- eingespeist, worin ein Signal k(t-2+ tg) gebildet wird, das dann auf der Leitung 70 erscheint. Eine Subtrahierschaltung S^ wird von der Leitung 70 und mit einer Spannung gespeist, die von einem Potentiometer 72 abgenommen wird, wobei der Wert dieser Spannung Uq so gewählt werden kann, daß er gleich

ist; hierbei bezeichnet de^ Index 0, daß es

sich um das Kaliberrohr handelt. Am Ausgang 74 der Subtraktionsschaltung S, erhält man ein Signal u^ =

+ ^ß)» wobei S, was nachfolgend noch ersichtlich wird, die tatsächlichen Abweichungen der Summen der Dicken e^ + e_? darstellt. In eine Subtraktionsschaltung S wird über eine Abzweigung von der Leitung 64 am Ausgang des Verstärkers A_p in der Figur 3 der Wert der Änderung des Außendurehmessers des Rohres eingegeben, was einen Viert auf dem Ausgang 76 ermöglicht, der die ' Abi'/eichung des Innendurchmessers des Rohres gegenüber einem Kaliberrohr anzeigt.

Das Punktionsprinzip der in Pigur 4 wiedergegebenen Einrichtung ist folgendes: Für das Messen der Ab weichung des Innendurchmessers Λ0. ist das Rechenprinzip dasselbe wie in bezug auf die Abweichung des Außendurchmessers. Man geht aus von folgenden Ausdrucken:

0i = 0e - Ce₁ +- e₂) = (0i)_Q+i0i

(0D₀+ S01 = (0e)_o^ S0e = Ce₁ + e₂)_Q - Ue₁ + Se₂)

Die Abweichung des Innendurchmessers läßt sich dann folgendermaßen beschreiben:

0i = &0_e - (^e₁ .+ Je₂) = S0_e - 1 C_m (Jt₃+ n₆)

Das Kaliberrohr ivlrd auf den Meßplatz gesetzt, und man regelt die Spannung u_rj derart, daß für das Kaliberrohr der Wert u_T Ivull wird. Man sieht dann, daß bei einem anderen Innendurchmesser u,_r proportional ist den Änderungen der Zeiten «Jt.,-¹- ^

,_r

Die erfindungsgemäße Anordnung wird im Laboratorium mit Hilfe einer Reihe von Kaliberrohren mit sehr genau bekannten Abmessungen geeicht, die es auch ermöglichen nacheinander die Abweichungen £0 und £0.

θ 1

Ton den "bekannten Werten hervorzurufen, indem die Verstärkungen in Mikrometer je Volt an den Ausgängen 80_Q (Ausgang 64) und S0_± (Ausgang 76) einjustiert \tferden. Diese Werte können numerisch durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Hilfsmittel angezeigt werden.

Bei einer Ausfiihrungsform wird ein sehr kurzer Ultraschallimpuls verwendet, der dadurch erhalten wird, daß dem Kristall der Sonde ein Spannungsimpuls von 130 •Volt Amplitude von einer Län^e von einigen Nanosekunden zugeführt Wird. Die Sendefrequenz beträgt 33 MHz. Die aufgefangenen Echosignale haben eine Amplitude in der Größenordnung von Millivolt.

Es versteht sich, daß die Zeit-Amplitudenwandler eine Schwellwerteinrichtung enthalten, die es ermöglicht, Rauschstörungen zu eliminieren, oder auch solche Echosignale, deren Amplitude unzureichend ist und die nicht von den Hindernissen 10, 12 oder 14 oder von dem zu prüfenden zylindrischen Objekt stammen.

In der ligur 5 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt für den Pail, daß das zu messende Rohr mit Wasser gefüllt ist, was die Möglichkeit ergibt, nur mit einem einzigen Sender-Empfänger zu arbeiten sowie mit den von den Wänden des Rohres 2 zurückgeworfenen ".Sch ο Signalen.

Dadurch ergibt si'.cb die Möglichkeit, auf einen zweiten Sender und auf das dritte Hindernis auf der gegenüberliegenden Seite des zu messenden Rohres zu verzichten, wenn der Innendurchmesser 0. gemessen werden soll. Auf Grund der durch die zwei mit einem Abstand D angeordneten Hindernisse gegebenen Bezugagröße, ist der Wert des Innendurchmessers durch folgende Formel gegeben!

6098*6/0%n

1 / ζ 4 d

Man kanu dieselbe Einrichtung verwenden, wie sie bereits beschrieben wurde, jedoch nur mit einer Sonde Ea und zwei Hindernissen₀ Diese Einrichtung ermöglicht auch die K-s3sung des Außendurchinesserj φ des Itohres 2„ Der Hauptnaolio-sil dieser Einrichtung xöt darin begründet₉ daß sie sin Eopplmigsmediun erfordert, das eine Übertragung der Signale in das Innere den; zu prüfenden Körpers ermöglicht _s

Bei der in Figur 5 dargestellten Äbwandlungsform ist es einfacher, das Signal zu verarbeiten, da man für dl© Bestimmung des Innendurchmessers 0. nur die zwei Zeitintervalle t*., und t'-· statt dreien benötigt _o Die für die Bestirriinung von 0^ verv/endete Einrichtung ist aus der in Figur 3 dargestellten Einrichtung durch einfache Veräiiaer-imgen zu erhalten, und sie ist in der Figur 6 wieder-

Die den getrennten Echosignalen mit den Zeitllen t'., und t^s- entsprechenden Impulse werden über zwei Zeit-Anpiitudenwandler A^! und A'·. mit ihren Verstärkungsfaktoren λ'^ und V-? eingegeben. Die Schaltung enthält außerdem einen Subtraktionskreis S^J , der an die

Ausgänge der Elemente A' und A^!, geschaltet ist und der

~" B-U

einsu nachgeschaltoten Verstärker A' mit Verstärkungs- faktöT D/t«, hat„

Die Verstärkung Λ'-j wird so eingestellt, daß das Ausgangssignal Null ist, wenn ein Kaliberrohr eingesetzt ist, und man erhält am Ausgang 64^s die Abweichung " 30.f wenn ein zu -prüfendes Rohr in den Meßkopf eingesetzt wird *

Es versteht sich, daß man auch genauso eine

Einrichtung nach der Erfindung mit zwei Sonden Ea und Eb und vier Hindernissen zu jeweils zwei Paaren zu beiden Seiten des Rohres verwenden kann, was eine Verbesserung in der Weise bedeutet, daß die Messung einer Sonde durch die andere Sonde überwacht wird.

In der Figur 7 nun ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Ansicht sini zwei Sonden S^ und S¹. dargestellt, die bezüglich eines Rohres 102 einander gegenüberstehen, wobei die Zylindergestalt des Rohres zu prüfen ist. Das Emissionsfeld von JltraschaL!weiten, das jeder aussendenden Sonde zugeordnet ist, ist mit 104 (gestrichelte Zone) angedeutet. Das zylindrische Kohr 102, von dem der Innenradius und der Außenradius gemessen werden sollen, wird in Richtung des Pfeils 106 bewegt„ Das Rohr 102 wird in den Führungen 107a und 107b in den Wänden 101a und 101b einer mit Wasser gefüllten lammer geführt₉ und seine axiale Verschiebung erhält es durch Antriebsrollen 103a-105a ffiid 1O3"b~1O5b außerhalb der Kammer _s wobei die Rollen 103a und 103b motorgetrieben sind, während die Rollen 105a und 105"b Andrückrollen sind₀ Die Sende-Empfangssonden Β., und S** sind fest in die Wand 108 eingesetzt₀ Außerdem sind gylindrische Rohre 110 und 112₉ die mit einem Abschnitt in das Ultrasohallemissionsfeld 104 der Sonden S^ und S⁸^ eintretenj fest mit einer nicht gesaigten sternmschaaisclien YerMndun? mit der Wand 108 verbunden₀ Di® äwß©r© Oberfläche des Zylinders 110 stellt das erste Hindernis mit einem Radius R₀ in dem Bereich dar, &<bt innerhalb des Emissionsfeldes 104 der Sonden S., und S⁹ ^ liegte In gleicher V/eise hat das zweite Hindernis 112 einen Radius R- in dem Bereich, mit dem es in das. Emissionsfeld 104 der Sonden S^ und S¹^ eindringt. Das Koppltragsmedrum 114 zwischen der Wand 108, den Emissions»

sonden S.. und S¹., und den versch.ied.enen Rohren ist beispielsweise Wasser. Bas Zylinderrohr 102, von dem der Innen- und der Außendurchmesser festgestellt werden sollen, ist mit Luft angefüllt, also mit einem Medium, das Ultraschallimpulse nicht überträgt. Die Sonden S^ und S'.. haben eine konkave Emissionsfläche, wodurch es möglich ist, die UltraBChollabstrahlung auf den Außenbereich. des Rohres 102_s das gemessen werden soll, zu folcusieren. Wie bereits an früherer Stelle erläutert, ermöglicht die Messung des Abstandes D, der den Unterschied zwischen den Radien Rp und R^ ausmacht, die Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Eopplungsmedium abhängig von der Temperatur und damit eine genaue Messung des inneren und des äußeren Radius des Rohres 102_o *

Bei Anwendung fier Erfindung braucht das Rohr während der Messung des Außen- und des Innenradius nach. Terschiedenen Azimuten Iceine Rotationsbewegung des Rohres mehr« Die festen Beziehungen zwischen den Hindemisrohren 110 und 112 und der EaEiaerwand 108 sorgen für einen konstanten Abstand zwischen den einzelnen Sonden und den verschiedenen Rohren ύοπ νιο sms die Messungen leicht und ■ genau durchgeführt

In der Figur S ist eine Draufsicht aux eine sform der- Erfindung ge geigt _s wobei für die-ElsiEeiTce gleiche Bsziifisseioheti vie in Fifinir· 7 sinä₀ Die JJsratslliiiig zeigt die ikiwenfiimg "won

drei Sondeapaaren S^₀ S%? S₀₃ S⁵ _Q? S.,₅ S'-,_o Diese drei Sondeßpaare werden.aus siasr Speisung A srregt, die eine geitschaltung eatlsältj wonach, ein Soiaclenpssr 3®- weils gleichzeitig und als drei Paare nach einem _2eit- aufeinanderfolgend erregt werasz-j was Im %"~

"_CR1GINAL INSPECTED

saramenhang mit der Figur 9 noch besser verständlich wird. Die Sonden S^, S¹^ sind an.Klemmen 120 und 122 der Speisungseinrichtung A angeschlossen und werden gleichzeitig erregt; gleiches g:il*.- r^;«r die S₂? S'p₉ die an die Klemmen 124 und 126 angeschlossen sind und gleichzeitig erregt werden, wie für die Sonden S^, S'·,, welche gleichzeitige Impulse über die Klemmen 128 und 130 der Speisungseinrichtung A zugeführt erhalten. Die Speisung A ist .eine elektronische Schaltung, die die Erregung der verschiedenen Wandler der Sonden ermöglicht.

Die Figur 9 zeigt stärker ins einzelne gehend das System der Anschlüsse und der Speisung, das in der Figur 8 mit A "bezeichnet ist» Eine Art Uhr oder Zeitsteuerwerk H (200) gibt in regelmäßigen Zeitintervallen elektrische Impulse ab, wodurch der Senderumschalter und der Empfängerumschalter 202' gleichzeitig umgeschaltet werden. Dasselbe Umschaltsignal, das jeden der beiden Umschalter auf einen seiner drei Kontakte 211,. 212, 213 schaltet, wird auf Verzögerungselemente 215, 217 gegeben, an deren Ausgänge zwei Speisungen 219, 221 angeschlossen sind, welche bei Zugang der verzögerten Zeitsteuerimpulse die Impulse 214 an die "■>■--takte des Umschalters 202 und die Impulse 216 ar :'i- ron^akte des Umschalters 202' leitet. Die Empfaiigsp:i-n/; s '20, 122, 124, 126, 128 und 130 sind in 2'6 dargestellt. Die Impulse 214 werden über die Kontakte 120, 122,-124, 126, 128 und 130 bei Zwischenschaltung eines Impulsgenerators für hohe Spannung 240, 242, 244, 246, 248 und 250 geleitet. Die von den verschiedenen Wandlern aufgefangenen Echosignale, die Von den einzelnen Wandlern aufgefangen wurden und an den Klemmen 120, 122, 124, 126, 128 und 130 ankommen, werden nach VorrerStärkung in Vorverstärkern 220, 222, 224, 226, 228, 230 auf zwei Meß-

BAD ORIGINAL

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strecken weitergeleitet, von denen die Meßstrecken a und D dargestellt sind= Eine nicht dargestellte} gewöhnliche Vorrichtung macht es möglich., aie Ausgänge von für die Messung nicht benötint.en öonden nach Belieben zu sperrendamit über die Meßstrecken ώ-λγ aie von den erregten Sonden empfangenen entsprechenden Echos aufgenommen werdenο

Figur IO zeigt in Abhängigkeit von der Zeit Diagramme der Erregung der einzelnen Sonden_e Eine Zeitsteuerung gibt Signale 231 ab, die einen Zeitabstand T voneinander haben. Diese Signale sind Wiederholungen des Signals 214 aus Figur 9. Die Empfangssignale, die dem Signal 216 der Figur 9 entsprechen, sind in der Figur 10 als 232% 234' und 236^! wiedergegeben«, Jedes dieser Signale entspricht, wie man der Figur 9 entnehmen kann, der Öffnung von Gattern» die einem Sondenpaar zugeordnet sina* Auf der Kurve 232 sind die Signale dargestellt, die an den Klemmen 120 und 122 auftreten und die Sonden Β., und S^{ ^ erregen9 die Kurve 234 zeigt die Signale, die die Sonden S« und ο^Γρ erregen«, \^ährend die Kurve 236 die Impulse zeigt, die die Sonden S~ und S'₇ erregen» Das Diagramm läßt also erkennen, daß die Sonden zeitlich aufeinanderfolgend erregt sind« Das Zeitintervall T, durch das zwei Impulse- voneinander getrennt sind, die an zv/ei Sondenpaaren S. - 3'· _Λ bzw. Sp - S^! _? ankommen, wird dazu benutzt, die an eier, verschiedenen Hindernissen' reflektierten Echos aufzufangen, wobei die Sonden ebenfalls als Empfänger arbeiten» Die Kurve 238 zeigt die verschiedenen Signale, die von der Sonde S₁ beispielsweise ausgesendet und empfangen werden und die den Echosignalen entsprechen, die in der Figur 1 dargestellt sind. Das Zeitintervall t_Q ist die Zeitspanne, durch die das Aussenden und der Empfang des vom Hindernis

112 mit dem Radius R_v reflektierten Echos trennt, t^ ist die Zeitspanne zwischen dem Empfang der "beiden "hlchos am zylindrischen Hindernis 110 und am zylindrischen Hindernis 112', die durch den Abstand j voneinander getrennt sind und die eine Korrekt-;.? für die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen in' Abhängigkeit von der Temperatur ermöglichen. Die Zeitspanne t₂ liegt zwischen dem Empfang des Echosignals vom zweiten Hindernis und dem Empfang des Echosignals von der Außenwand des Zylinders 102, und die Zeitspanne t^ trennt den Empfang der Signale, die von der Innenwand des zylindrischen Rohres reflektiert v/erden, von den von der Außenwand des Rohres reflektierten Signalen.

Die elektronische Einrichtung zur Behandlung der von den Hindernissen reflektierten und den Sonden empfangenen Signalen sind den an früherer Stelle beschriebenen gleich.

Schließlich zeigt die Figur 11 noch die Echos, die auf den Leitungen a und b der !Figur 9 für den Fall eines symmetrischen Aufbaus pemäß Figur 7 aufgefangen werden. Die Zeitspanne t~ l-eg,t zwischen der Abgabe des Ultraschall signal s und de.ii ^.mpfang des ersten Echosignals vom Hindernis 112; c, ist die Zeitspanne zwischen den Echosignalen von den Hindernissen 110 und 112; t2 trennt die Empfangsaugenblicke der Echosignale vom Hindernis 110 und von der Außenfläche des Rohres 102 und t~ ist die Zeitspanne, durch die der Empfang der Echosignale von den beiden Oberflächen des Rohres 102 getrennt ist. Die folgenden Echosignale sind durch die Mehrfachreflexion zwischen der Außen- und der Innen fläche des Rohres 102 bedingt.

ORJGfNAL

Claims

- tlD -

P a t e η t a η s υ r ü c Ii e

1,) Vorrichtung für die Präzisionsmessung von Abmessungen mittels Ultraschall, gekennzeichnet durch wenigstens eine Ultraschallsonde als Sender-Empfänger von UltraschallimpulBen, wenigstens zwei reflektierende Hindernisse für die Ultraschal!impulse, die in den Weg der Ultraschallimpulse gesetzt sind, Mittel,um das in seinen Dimensionen zu bestimmende Meßobjekt in den Ausbreitungsweg der Ultraschallimpulse zu setzen, Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale, deren Größe proportional den Zeitabetänden zwischen den An-Inmftsaugenblicken an jeder fJonde der verschiedenen Echos sind, die von .Reflexionen <i.3r Ui tr as chal !impulse an den Hindernissen unö ar "> .-ν·'.;; ?I~t stammen, und eine elektronische Schaltung"· Geinr.-r.-cTung, um aus den elektrischen Signalen die Abm es αχνά ·?;·.'; π der Meßobjekte zu bestimmen.

2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Ultraschallsonden Q3a, Eb) und drei reflektierende Hindernisse zwischen die emittierenden Fiä.chen der beiden Sonden, während das Meßobjekt zwischen zwei Hindernisse eingesetzt ist, eingefügt ist.

3» Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Messen der Abmessungen eines hohlen, mit einer Kopplungsflüssigkeit angefüllten Meßobjekts, gekennzeichnet durch folgende Merkmaie:

- Eine Ultraschallsonde E ,

- zwei die von der Sonde ausgesandten Ultraschal!impulse reflektierende Hinderniss=,

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- Mittel, tun das in seinen Dimensionen aus zumessen de Meßobjekt in Richtung der Ausbreitung der Ultraschallimp'alse jenseits der beiden Hindernisse anzuordnen im Weg dsi- von der Sonde ausgesandten Ultraschallixnpulse,

- Mittel zum Erzeugen der Ultraschallimpulse an der Sonde 'cr>& zum Empfangen der Echos von den Hindernissen und dem Meßobjekt in Abhängigkeit von den Impulsen und Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale, die die Zeitabstände erfassen, durch welche die

' Empfangsaugenblicke der verschiedenen Echos getrennt sind,

- eine elektrische Auswerteinrichtung, die von den elektrischen Signalen gespeist wird, zum Erzeugen eines den Abmessungen des Meßobjekts proportionalen Signals.

4s Vorrichtung zum genauen Messen der radialen Abmessungen eines zylindrischen Rohres mittels Ultraschall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merlanale:

- Mittel zum Verschieben des zu messenden Rohres parallel zu seiner Achse,

- Έ Paare -von Sonden, die im Kreis um das Rohr angeordnet sind und γοη de-ien jede Sonde als Sender-Empfänger arbeitet j, wobs.'i. die zu einem Paar gehörenden zwei Sonden "bezüglich des ^i messenden Rohres, dessen Außenradius R₁, su "bes'üiiimifcr. ist, einander gegenüber stehen und UltraschalliiupiiJ SH .aussenden, die sich in einer Richtung senkrecht zur Erzeugenden des Rohres ausbreiten,

- Mittel zum aufeinanderfolgenden Einschalten aller N Sondenpaare,

- zwei reflektierende Hindernisse, die in den Weg der Ultraschallimpulse zwischen die Sonden und das auszumessende Rohr gesetzt sind,

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- eine die Sonden, die Hinlernisse und die Außenflache des zu messenden Rohres umgebende Kopplungsflüssigkeit;

- Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale mit einem Wert5 der proportional den Zeitabständen ist, durch die die Empfangsaugenblicke der verschiedenen Echos getrennt sind,, welche dem Empfang der Ultraschallimpulse auf den Hindernissen und dem Rohr entsprechen, und Mittel zur elektronischen Weiterverarbeitung, um aus den Signalen den Außen- und den Innenradius des Rohres zu bestimmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei reflektierenden Hindernisse gebildet werden durch ein erstes Hindernis in Form eines zylindrischen Rohres mit einem Außenradius R^ koaxial zum zu messenden Rohr, xvobei Rp >R.j ist und die Außenfläche mit dem Radius R_? des ersten Hindernisses in einem Teilbereich des von jeder Sonde ausgesendeten Ultraschallfeldes liegt, ein zweites Hindernis in Gestalt eines zylindrischen Rohres mit dem Radius R^, wobei R~>R~ ist und die AuiBenf lache mit dem Radius R^ des zweiten Hindernisses in einem Bereichsteil des von jeder Sonde ausgesendeten Ultraschallfeldes liegt.

6«, Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß drei Paare ύοϊι Sonden mit einer Winkelversetzung von 120° um das zu messende Rohr angeordnet sind.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Erzeugen der elektrischen Signale mit den Zeitintervallen

proportionalen Werten, durch die die von den Sonden Ea und Eb aufgefangenen, verschiedenen, den reflektierten Ultraschallimpulsen von den einzelnen Hindernissen und dem Objekt entsprechenden Echosignale getrennt sind, sowie die Mittel zur analogen elektronischen Behandlung folgende Merkmale enthalten:

- Einen ersten Zeit-Amplitudenwandler A mit regelbarer

el

Verstärkung KA*, der an seinem Eingang die elektrischen Impulse erhält, welche den beiden ersten Ultraschallechos entsprechen, die vom ersten Hindernis und vom zweiten Hindernis reflektiert und von der ersten Sonde Ea empfangen sind, und der an seinem Ausgang ein Signal KA.,t., abgibt, wobei t. die Zeitspanne zwischen dem Empfang der beiden Echoο an der ersten Sonde ist;

- einen zweiten Zeit-Ampiitudenuandler A, mit regelbarer Verstärkung Λ , der eichet ι ·:..". ο nc Impulse zugeführt erhält, die den beiden U].tro.."-cV.:;.'_ i ecnos entsprechen, welche, vom zweiten »ViiLoro·..·-.·..!·-, u'.iä der äußeren Oberfläche des Meßobjekts re.fi-,vTiert v/erden, nachdem sie von der ersten Sonde ausgesendet und von dieser auch wieder empfangen wurden, und der am Ausgang ein Signal Atp abgibt, worin t_o der Zeitabstand ist zwischen dem Empfang der beiden Echos p.n der zweiten Sonde;

- einen dritten Zeit-Amplitudenwandler kr, mit regelbarer Verstärkung A, der an seinem Eingang die zwei Ultraschallechos entsprechenden Impulse erhält, die von der zweiten Sonde ausgesendet und am dritten Hindernis sowie an der äußeren Oberfläche des zu messenden Objekts reflektiert und von der zweiten Sonde wieder aufgefangen werden, und die ein Signal At₁- abgibt, worin t^ die Zeitspanne zwischen dem Empfang der beiden Echos ist;

- eine Addier schaltung A-,, welche die Ausgangswerte der Zeit-Amplitudenwandler A, und A zugeführt erhält und

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^BAD 0R/_G/NAL

an seinem Ausgang ein Signal u., = λ (t_? ^t₁-) abgibt;

- eine Subtrahierschaltung 3 , die an ihrem Eingang die

Ausgangswerte des Zeit-Air.plitudenwandlers A und der Addierschaltung A, erhält und ein Ausgangssignal u_? = KA₁1.j -ACtg + t^) abgibt;

- einen Verstärker A , der die Ausgangsgröße der Subtrahierschaltung S, erhält, und an seinem Ausgang ein der Abmessung des Meßobjekts in Richtung der Ausbreitung der Ultraschallwellen proportionales Signal abgibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärkungsfaktor K des Verstärkers A„ derart eingestellt ist, daß

^L . ei.

das Ausgangssignal den Verstärkers A den Wert Hull annimmt, wenn ein in seinen Abmessungen bekannter Kaliberkörper zwischen die zwei Hindernisse eingesetzt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Messung der Innenabmessungen und der Außenabmessungen eines hohlen Meßobjekts, gekennzeichnet durch:

- Einen Zeit-Amplitudenwandler A^ mit regelbarem Verstärkungsfaktor k, der an seinem Eingang elektrische Impulse erhält, die zwei Ultraschallechos entsprechen, welche von den äußeren und inneren Flächen des Meßobjekts reflektiert und von der ersten Sonde Ea aufgefangen sind, und der an seinem Ausgang ein Signal kt-z abgibt, worin \,₇ der Zeitabstand ist, durch den die beiden Echos getrennt sind;

- einen Zeit-Amplitudem^andler A mit regelbarem Verstärkungsfaktor k, der an seinem Eingang elektrische Impulse erhält, die zwei Ultraschallechos entsprechen, die von der äußeren und der inneren Fläche des Meß- objekts reflektiert und von der zweiten Sonde Eb auf-

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- Ö Ί -

gefangen sind, und der am Ausgang ein Signal ktg abgibt, worin tg die den Empfang der beiden Echos trennende Zeitspanne ist;

- einen Verstärker A , der die Ausgänge der Zeit-Amplitudenwandler A₀ und A zugeführt erhält und ein Ausgangssigrial u^ = k(t.,+ tg) abgibt;

- eine Subtraktionsschaltung S, , die das Signal vom Ausgang des Verstärkers A und ein regelbares Signal

ti

vom Wert u_Q erhält und am Ausgang ein Signal u. = • k(t₃+ t₆) - U₀ abgibt;

- eine Subtraktionsschaltung S , die den Ausgangswert der Subtractions schaltung S-. und den Ausgangswert des Verstärkers A zugeführt erhält und an ihrem Ausgang ein Signal abgibt, das eine lineare Punktion der Innenabmessung des Meßobjekts in Richtung der Ausbreitung der Ultraschallimpulse ist.

10» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Hindernisse durch Drähte, Schirme, Gitter oder Blech gebildet sind.

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