DE2716833C3

DE2716833C3 - Verfahren und Einrichtung zur Prüfung der Eigenschaften von Material in einem Behälter

Info

Publication number: DE2716833C3
Application number: DE19772716833
Authority: DE
Inventors: Nikolai Ivanovitsch Braschnikov; Nikolai Nikolaevitsch Chavsky; Vladimir Fedorovitsch Kravtschenko
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ I KONSTRUKTORSKIJ INSTITUT CVETMETAVTOMATIKA MOSKAU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ I KONSTRUKTORSKIJ INSTITUT CVETMETAVTOMATIKA MOSKAU
Priority date: 1976-04-16
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1980-06-12
Also published as: FI59880C; GB1550085A; JPS52148193A; FI59880B; DE2716833A1; JPS5740464B2; DE2716833B2; FI771198A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Prüfung der Eigenschaften von Material in einem Behälter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Die Erfindung bezieht sich also auf die Technik der automatischen Kontrolle und Überwachung von technologischen Parametern in Produktionsprozessen verschiedener Industriezweige mittels akustischer Schwingungen.

Die Erfindung kann in automatischen Steuerungssystemen für hydrometallurgische und Aufbereitungsprozesse in der Eisen- und Nichteisenmetallurgie, in der chemischen, Erdöl- und Nahrungsmittelindustrie sowie in anderen Industriezweigen zur automatischen kontaktlosen Prüfung der Eigenschaften von Materialien in Behältern benutzt werden.

Die zu überwachenden Produktionsprozesse können durch verschiedene Faktoren gekennzeichnet sein, welche die Eigenschaften von Medien destabilisieren und bestimmte Störungen und Schwierigkeiten beim Einsatz von Mitteln zur Kontrolle der Stoffeigenschaften verursachen. Bei mehreren Produktionsprozessen gehören zu solchen Faktoren die inkonstante oder erhöhte Dämpfung akustischer Schwingungen in dem zu kontrollierenden Stoff, unstabile Dielektrizitätskonstante, die Vermengung der zu kontrollierenden Flüssigkeit mit Luftbläschen, instabile Konzentration von schwebenden festen Teilchen in der Flüssigkeit.

Die wichtigste Forderung, die an die Verfahren und Einrichtungen zur Kontrolle der Eigenschaften von in Behältern befindlichen Stoffen, z. B. zur Kontrolle der Konzentration von flüssigen Lösungen gestellt wird, ist die möglichst große Reduzierung des Einflusses solcher destabilisierenden Faktoren auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Kontrolle. Weiterhin werden eine ausreichende Empfindlichkeit der Kontrolle, ihre Sicherheit für das Bedienungspersonal, einfacher Aufbau der Kontrolleinrichtung sowie ihr geringer Handelspreis gefordert

Für die Kontrolle der Eigenschaften von Stoffen, die sich in Behältern befinden, können verschiedene Verfahren und Einrichtungen zu ihrer Realisierung benutzt werden, die auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhen und nach ihren technologischen Merkmalen in zwei Gruppen eingeteilt werden: Sonden- und kontaktlose Verfahren und Geräte. Bei der ersten Gruppe werden die zur Aufnahme der Information über den zu kontrollierenden Stoff bestimmten

Fühlorgane in das Innere des den Stoff enthaltenden technologischen Behälters eingeführt und treten mit diesem Stoff in Kontakt. Bei der zweiten Gruppe befinden sich die Fühlorgane außerhalb des Behälters und sind der Einwirkung des zu kontrollierenden Stoffes "> nicht ausgesetzt.

Bekannt sind z. B. ein zur ersten Gruppe gehörendes Resonanzverfahren und eine entsprechende Einrichtung zur Kontrolle der Eigenschaften von Stoffen nach der JA-PS 2600/66. Bei diesem Verfahren werden im ι ο Behälter ein Ultraschallstrahler und ein Reflektor in einem bestimmten Abstand vom Strahler angeordnet. Zwischen dem Strahler und dem Reflektor bildet sich eine stehende Uliraschallwelle, deren Frequenz von den Eigenschaften des Stoffes abhängt, in dem sich der r> Uliraschallstrahler und der Reflektor befinden. Außer dem Ultraschallstrahler und dem Reflektor gehören zur Einrichtung, die dieses Verfahren realisiert, ein mit dem Ultraschallstrahler elektrisch verbundener breitbandiger elektrischer Generator und ein Registriergerät, das die Frequenzänderungen bei der akustischen Selbsterregung der zwischen dem Ultraschallstrahler und dem Reflektor liegenden Stoffschicht registriert

Bei der Kontrolle der Eigenschaften von zähflüssigen Medien mit schwebenden festen Teilchen weisen aber r> dieses Verfahren und diese Einrichtung infolge der am Ultraschallstrahler und Reflektor anhaftenden Teilchen eine niedrige Zuverlässigkeit und Genauigkeit auf.

Bei einem bekannten, zur ersten Gruppe gehörenden kapazitiven Verfahren und einer entsprechenden w Einrichtung (vgl. zum Beispiel die Zeitschrift »Automatisierungsgeräte und -mittel«, Moskau, 1962, Nr. 7, S. 439 ... 440) wird im Behälter ein aus zwei Platten (oder Stäben) mit freiem Zwischenraum bestehendes Fühlorgan angeordnet und die Kapazität dieses Fühlorgans r> gemessen, die von der Dielektrizitätskonstante des den Zwischenraum füllenden Mediums abhängig ist. Nach dem gemessenen Kapazitätswert bestimmt man die zu kontrollierenden Eigenschaften des Stoffes im Behälter. Neben dem kapazitiven Fühlorgan enthält die zur Realisierung dieses Verfahrens dienende Einrichtung noch ein Gerät zur Registrierung von Änderungen der Fühlerkapazität, die sich bei Änderungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft ergeben.

Nachteilig bei diesem Verfahren und dieser Einrichtung zur Kontrolle der Stoffeigenschaften ist ihre niedrige Zuverlässigkeit, die durch Instabilität der Dielektrizitätskonstante von Medien und Änderung des Zwischenraumes im Fühler, d. h. seine Kapazitätsänderung infolge anhaftender Teilchen bedingt ist.

Es ist auch ein zur ersten Gruppe gehörendes Impedanzmeßverfahren und eine entsprechende Einrichtung zur Kontrolle von Stoffeigenschaften (z. B. nach US-PS 32 46 546) bekannt

Bei diesem Verfahren wird die elektrische Impedanz eines im Behälter angeordneten Ultraschallstrahlers gemessen, deren Größe sich je nach den Eigenschaften des den Strahler umschließenden Stoffes ändert Die zur Verwirklichung dieses Verfahrens bestimmte Einrichtung enthält einen Ultraschallstrahler, einen mit diesem t>o Strahler verbundenen elektrischen Schwingungsgenerator und ein Gerät zur Registrierung der elektrischen Strahlerimpedanz.

Diese Verfahren und die Einrichtung sind aber durch geringe Genauigkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaf- b5 ten sowie durch ungenügende Zuverlässigkeit der Kontrolle gekennzeichnet Diese Mangel ergeben sich infolge geringer Änderungen der elektrischen Strahlerimpedanz, die durch unterschiedliche Bedämpfung des Strahlers durch das Medium bei Änderungen der Eigenschaften dieses Mediums hervorgerufen werden.

Ein gemeinsamer Mangel aller drei beschriebenen Verfahren und Einrichtungen der ersten Gruppe besteht außerdem darin, daß die Fühlorgane im Inneren des Behälters angeordnet werden müssen, wobei der technologische Prozeß für Montage, Wartung und Reparatur der Einrichtung unterbrochen werden muß. Außerdem sinken die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit solcher Einrichtungen rapide in den Fällen, wenn die Behälter chemisch aggressive Flüssigkeiten enthalten.

Von diesen Mangeln sind die Verfahren und die Einrichtungen der erwähnten zweiten Gruppe frei.

Bekannt sind ein zur erwähnten zweiten Gruppe gehörendes Isotopenverfahren und eine entsprechende Einrichtung zur Kontrolle von Stoffeigenschaften, z. B. der Konzentration von wäßrigen Lösungen (beschrieben z. B. im Buch von I. W. Butassow »Automatische Meß-, Kontroll- und Regelgeräte«, Verlag für erdöl- und erdbrennstofftechnische Literatur, Leningrad, 1958).

Bei diesem Verfahren wird die sich bei Änderungen der Eigenschaften von Stoffen in Behältern ergebende unterschiedliche Absorption der radioaktiven Strahlung bestimmt, die den technologischen Behälter quer zu seiner Achse durchdringt. Die zur Realisierung dieses Verfahrens bestimmte Einrichtung enthält eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger, die an verschiedenen Seiten der Behälteraußenfläche angeordnet werden, sowie ein mit dem Empfänger verbundenes Registriergerät.

Die Mängel dieses Verfahrens und dieser Einrichtung, die zur Bestimmung von Trennflächen der Medien benutzt werden, bestehen in ihrer ungenügenden Genauigkeit, ihrem komplizierten Aufbau, in hohen Kosten der Einrichtung sowie in der eventuellen Bestrahlungsgefahr für das Bedienungspersonal.

Bei einem anderen Verfahren zur Kontrolle von Eigenschaften der in Behältern befindlichen Stoffe (vgl. zum Beispiel US-PS 32 13 438) werden impulsförmige akustische Schwingungen formiert die in den zu kontrollierenden Stoff durch die Wand des diesen Stoff enthaltenden Behälters in der Normalenrichtung zu dieser Wand periodisch eingeführt werden. Die durch die Behälterwand eindringenden akustischen Signale werden empfangen und zum elektrischen Signal umgeformt, das die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes trägt.

Beim zuletzt beschriebenen Verfahren beurteilt man die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes nach der Amplitude des elektrischen Signals, deren Änderungen in diesem Falle durch Unterschiede beim Durchgang der akustischen Welle durch den im Inneren des Behälters eingeschlossenen zu kontrollierenden Stoff bedingt sind.

Es ist eine Einrichtung zur Kontrolle der Eigenschaften von in Behältern eingeschlossenen Stoffen z. B. nach dem SU-Erfinderschein 2 07 459 bekannt die einen an einen Impulsgenerator angeschlossenen akustischen Wandler enthält, der unmittelbar an die Außenfläche der Behälterwand angebracht wird und akustische Schwingungsimpulse formiert, die in den zu kontrollierenden Stoff durch die Behälterwand eingeführt und dann empfangen sowie in elektrische Signale umgewandelt werden. Die letzteren gelangen zum Signaleingang einer Formierungsschaltung, die ein elektrisches Signal mit der Information über die Eigenschaften des zu

kontrollierenden Stoffes liefert Der Ausgang dieser Schaltung ist mit dem Eingang einer Meßeinheit verbunden, die an ein Gerät zur Registrierung der Amplitude dieses elektrischen Signals angeschlossen ist Nach der Amplitude erkennt man die Änderungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft.

Bei der Anwendung des letzteren Verfahrens zur Kontrolle der Eigenschaften von Stoffen in Behältern sowie der zur Realisierung des Verfahrens bestimmten Einrichtung in vielen industriellen Prozessen wie bei der bergbautechnischen Aufbereitung, bei hydrometallurgischen und mehreren chemischen Prozessen läßt sich aber die Kontrolle nicht mit erforderlicher Genauigkeit durchführen, wobei sich bedeutende Fehler sowie ein komplizierter Aufbau der Einrichtungen und ihre hohen Kosten ergeben.

Dies ist dadurch bedingt, daß die in Frage kommenden Behälter große Querschnittsabmessungen von 8 bis 10 m aufweisen, wobei eine starke Beugungsdispersion der akustischen Welle und eine starke Abschwächung ihrer Amplitude in der Empfangszone auftreten. Die Verringerung des Beugungseffektes ist durch Vergrößerung der Strahlerabmessungen und der Frequenz der auszustrahlenden Welle möglich, wobei dies wiederum eine große Erhöhung der Leistung des elektrischen Schwingungsgenerators mit entsprechend komplizierterem Aufbau und mit Erhöhung der Kosten dieser Einrichtung erfordert.

Das Vorhandensein von Gasbläschen und festen Teilchen in flüssigen Medien der Behälter führt außerdem zu einer bedeutenden Streuung der sich darin ausbreitenden akustischen Welle und zur Abschwächung der Amplitude der empfangenen Welle, wobei diese Abschwächung mit Vergrößerung der Behälterabmessungen exponentiell ansteigt Dadurch ergeben sich große Fehler, in mehreren Fällen wird die praktische Benutzung des Verfahrens und der Einrichtung deswegen unmöglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung der Eigenschaften von in Behältern eingeschlossene Materialien zu entwickeln sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei denen die Benutzung eines Behälterwandabschnitts als Quelle der Information über die Materialeigenschaften sowie die Ausnutzung des zwischen der Außenfläche der Behälterwand und dem zu prüfenden Material entstehenden akustischen Impulsnachhalls die Durchführung der Prüfung von Materialeigenschaften mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit ermöglichen und eine Vereinfachung des Aufbaus der Einrichtung und ihrer Bedienung mit Senkung der Kosten der zu bedienenden Ausrüstung ergeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 11.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung zur Prüfung der Eigenschaften von Materialien in Behältern ergeben gegenüber den bekannten Verfahren und Einrichtungen eine Reihe von Vorteilen.

Das Verfahren und die Einrichtung ermöglichen eine bedeutende Verringerung von Fehlern bei tier Prüfung der Eigenschaften von Materialien in Behältern und führen somit zur Erhöhung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit der Prüfung.

Erstens schließt dieses Verfahren bei der Prüfung der Eigenschaften von in Behältern befindlichen Materialien vollkommen die Fehler aus, die .durch die Beugungsdispersion der acn Welle in den zu prüfenden Materialien in Behältern hervorgerufen werden, da die Registriening der sich in diese Materialien fortpflanzen-

ί den Welle entfällt Bei den akustischen Schwingungen aber, die sich in der Behälterwand fortpflanzen und gemäß der Erfindung registriert werdea tritt der Beugungseffekt bedeutend schwächer in Erscheinung und übt praktisch keinen Einfluß auf die Genauigkeit der

κι Prüfung aus.

Zweitens beseitigt das Verfahren vollkommen die Fehler, die sich durch starke Dämpfung der akustischen Welle in den zu prüfenden Materialien ergeben. Dies wird dadurch erreicht, daß bei diesem Verfahren als

r> akustisches Signal für die Beurteilung der zu prüfenden Materialeigenschaft die Umhüllende des akustischen Impulsnachhalls benutzt wird, der zwischen der Außenfläche der Behälterwand und dem zu prüfenden Material entsteht wobei die Kennwerte dieser Umhül- !enden von der Dispersion der akustischen Welle in den in Behältern eingeschlossenen Materialien, ζ. B. in flüssigen Lösungen unabhängig sind.

Der Aufbau der zur Durchführung des Verfahrens bestimmten Einrichtung wird wesentlich vereinfacht da

2¹") sich die Möglichkeit ergibt, einen kleineren akustischen Wandler zu verwenden, die Leistung des elektrischen Schwingungsgenerators bedeutend herabzusetzen und akustische Schwingungen mit Hilfe desselben akustischen Wandlers zu empfangen. Dies wird dadurch

jo möglich, daß die Notwendigkeit entfällt die Leistung der akustischen Welle für ihren Durchgang von großen industriellen Behältern stark zu erhöhen, wie dies bei den bekannten Einrichtungen der Fall ist Dieser Vorteil ergibt sich auch daraus, daß der Empfang der

r. akustischen Signale mit dem gleichen zur Erzeugung von akustischen Schwingungen bestimmten akustischen Wandler und in der gleichen Zone erfolgt in der die akustischen Impulsschwingungen in die Wand des Behälters mit dem zu prüfendem Material eingeführt

4(i werden.

Im folgenden wird statt »Material« auch von »Stoff« und statt »Prüfung« auch von »Kontrolle« gesprochen.

An Hand der Zeichnung mit der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird die

4-. Erfindung näher erläutert Hierbei zeigt

F i g. 1 die Einrichtung zur Prüfung der Eigenschaften von in Behältern eingeschlossenen Materialien,

Fig.2 Diagramme a, b, c, d, e. in denen auf der Abszissenachse die Zeit und auf der Ordinatenachse die

ίο Amplituden des vom Impulsgenerator erzeugten elektrischen Schwingungsimpulses, der Selektorimpulse, der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls und des elektrischen Informationssignals abgetragen sind,

F i g. 3 die Einrichtung nach F i g. 1 mit einem

« Spitzendetektor für die Umhüllende des akustischen Impulsnachhalls in der elektrischen Schaltung,

F i g. 4 die Einrichtung nach F i g. 1 mit einem Spitzendetektor für die Umhüllende des akustischen Impulsnachhalls, einer Divisionseinheit für elektrische

Mi Signale und einem Referenzsignalformer in der elektrischen Schaltung der Einrichtung,

Fig.5 die Einrichtung nach Fig. 1 mit einer Begrenzerschaltung zur Begrenzung der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls auf zwei Amplituden-

b5 pegeln, einem Informationssignalformer und einem Referenzsignalformer in der elektrischen Schaltung,

Fig.6 die Einrichtung nach Fig.5 mit einem Spitzendetektor für die Umhüllende des akustischen

Impulsnachhalls zur Steuerung des unteren Amplitudenpegels in der erwähnten Hüllkurven-Begrenzerschaltung,

F i g. 7 die Einrichtung nach F i g. 1 mit der Hüllkurven-Begrenzerschaltung zur Begrenzung der Umhüllen- i den des akustischen Impulsnachhalls, mit einer Differenzierschaltung, einer Zeitverzögerungseinheit zur Verzögerung elektrischer Impulse und einer Zeitintervall-Meßschaltung in der elektrischen Schaltung der Ein.ichtung, ι ο

Fig.8 die Einrichtung nach Fig.7 mit dem Spitzendetektor für die Umhüllende des akustischen Impulsnachhalls und einer Einheit zur Steuerung der zeitlichen Verzögerung elektrischer Impulse in der elektrischen Schaltung der Einrichtung, ι ■->

F i g. 9 die Einrichtung nach F i g. 1 mit elektronischem Kanal zur Herauslösung eines Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls und einem Spitzendetektor für diesen Abschnitt im Informationssignalformer der elektrischen >o Schaltung der Einrichtung,

Fig. 10 die Einrichtung nach Fig.9 mit einem zusätzlichen elektronischen Kanal zur Herauslösung eines zweiten Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls, mit j-, einem Detektor für diesen Abschnitt und einem Differential-Meßkanal in der elektrischen Schaltung der Einrichtung,

F i g. 11 die Einrichtung nach F i g. 9 mit dem zusätzlichen elektronischen Kanal zur Herauslösung to des zweiten Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls, mit dem Spitzendetektor für diesen Abschnitt, der Divisionseinheit für elektrische Signale und dem Differential-Meßleanal in der elektrischen Schaltung der Einrichtung, π

F i g. 12 die Einrichtung nach F i g. 1 mit zwei Normimpulsformern zur Formierung genormter elektrischer Impulse aus den Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls und mit einer Baueinheit zur Messung der Zeitdifferenz bei der Formierung von genormten 4<i elektrischen Impulsen in der elektrischen Schaltung der Einrichtung,

Fig. 13 Diagramme a, b, c; Λ. e, f, in denen auf der Abszissenachse die Zeit und auf der Ordinatenachse die Amplituden des vom Generator erzeugten elektrischen 4 -. Schwingungsimpulses, der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls mit zwei Amplituden-Begrenzungsniveaus, eines beiderseitig begrenzten Impulses, eines Signals am Ausgang des Spitzendetektors für diese Umhüllende, des Informationssignals und des ~>n registrierten Signals abgetragen sind,

F i g. 14 Diagramme a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k mit dem vom Generator erzeugten eleictrischen Schwingungsimpuls, der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls mit zwei Amplituden-Begrenzungsniveaus, dem beider- π seitig begrenzten Impuls, den in der Differenzierschaltung entstehenden Spannungs-Nadelimpulsen, dem Ausgangsimpuls der Differenzierschaltung, dem Signal am Ausgang des Spitzendetektors, dem Impuls mit vorgegebener Dauer, den Spannungs-Nadelimpulsen, _w> die in der Differenzierschaltung formiert werden, dem elektrischen Referenzimpuls, dem die Information tragenden Impuls und dem elektrischen Informationssignal,

Fig. 15 Diagramme a, b, c, d, e, f.g, h, /mit dem vom t,-> Generator erzeugten elektrischen Schwingungsimpuls, der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls, dem ersten Selektorimpuls, einem Impuls, der dem ersten herausgelösten Abschnitt der Hinterflanke der erwähnten Umhüllenden entspricht, dem elektrischen Informationssignal am Ausgang des Spitzendetektors, dem elektrischen Referenzsignal mit der Amplitude, die der Maximalarnplitude der Umhüllenden proportional ist, dem zweiten Selektorimpuls, dem Impuls, der dem zweiten herausgelösten Abschnitt der Hinterflanke der Umhüllenden entspricht, der Gleichspannung am Ausgang des Spitzendetektors,

Fig. 16 Diagramme a, b, c, d, e. f, g mit dem vom Generator erzeugten elektrischen Schwingungsimpuls, der ersten Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls und dem dieser Umhüllenden entsprechenden genormten elektrischen Impuls, der zweiten Umhüllenden des akustischen Impulsnachhaüs und dem dieser Hüllkurve entsprechenden genormten elektrischen Impuls und den Rechteckimpulsen, deren Dauer durch die Zeitdifferenz bei der Formierung von genormten Impulsen bestimmt wird.

Die vorgeschlagene Einrichtung zur Kontrolle der Eigenschaften von in Behältern eingeschlossenen Stoffen enthält einen an den Impulsgenerator 1 angeschlossenen akustischen Wandler 2 (F i g. 1), der unmittelbar an der Außenfläche der Behälterwand 3 angeordnet ist

In der Ausführungsvariante der Einrichtung, die nachstehend beschrieben wird, dient als akustischer Wandler ein piezoelektrischer Wandler (vgl. zum Beispiel US-PS 29 31 233). Der Impulsgenerator 1 ist nach einer Stoßerregungsschaltung aufgebaut, die z. B. im Buch von N. 1. Brashnikow »Ultraschallverfahren«, Moskau, Verlag »Energia«, 1965, S. 146 ... 149 beschrieben ist

Unter Einwirkung der vom Generator 1 erzeugten elektrischen Schwingungsimpulse 4 formiert der akustische Wandler 2 akustische Schwingungsimpulse 5, die in den zu kontrollierenden Stoff 6 durch die Behälterwand 3 eingeführt und dann empfangen und in akustische Signale 7,8 umgewandelt werden.

Zur näheren Erläuterung des vorgeschlagenen Verfahrens der Kontrolle von Eigenschaften der in Behältern eingeschlossenen Stoffe sind in F i g. 2 Zeitdiagramme a,b,c,d, e dargestellt.

Das Diagramm »a« (Fig.2) mit der auf der Ordinatenachse abgetragenen Amplitude des elektrischen Schwingungsimpulses 4 zeigt das durch mehrfache Reflexion der akustischen Schwingungsimpulse 9 (Fig. 1) bedingte Signal 7. Infolge der mehrfach reflektierten akustischen Schwingungsimpulse 9 (Fig. 1) entsteht zwischen der Außenfläche der Behälterwand 3 und dem zu kontrollierenden Medium 6 der akustische Impulsnachhall. Das Signal 8 (F i g. 2) ist durch den von der gegenüberliegenden Seite der Innenfläche der Behälterwand 3 reflektierten Schwingungsimpuls 10 bedingt, welcher den zu kontroBerenden Stoff 7 zweimal durchläuft Die erwähnten Signale 7 und 8 liegen im zeitlichen Abstand τ (F i g. 2, Diagramm »a«) bzw. τ + T\ vom Beginn der Einführung des akustischen Schwingungsimpidses 5 in die Wand 3.

In der Einrichtung ist eine Reihenschaltung 11 (Fig. 1) vorgesehen, die im allgemeinen zum Empfang und zur Umwandlung der akustischen Signale 7 bestimmt ist, in denen die Information über den zu kontrollierenden Stoff 6 enthalten ist Die Reihenschaltung 11 enthält eine Zeitverzögerungseinheit 12 zur zeitlichen Verzögerung elektrischer Impulse um die Zeit Xi < τ (Fig.2, Diagramm »b«), deren Eingang am Ausgang des Impulsgenerators 1 (Fig. 1) liegt, einen

Selektorimpulsgenerator 13 dessen Selektorimpulse 14 die Dauer

Ti < τ + Γι — Τ2

haben (Fig.2, Diagramm »b« mit der auf der Ordinatenachse abgetragenen Amplitude des Impulses 14) sowie einen Selektorverstärker 15 (Fig. 1) für akustische Signale, dessen Signaleingang ar. den akustischen Wandler 2 angeschlossen ist Bei dieser schaltungstechnischen Lösung gewährleistet die Reihenschaltung 11 die Trennung der akustischen Signale 7 vom akustischen Signal 8 und von den Impulsen 4 des Generators 1.

In der betreffenden Ausführungsvariante der Erfindung ist dem Selektorimpulsgenerator die Schaltung eines Rechteckimpulsformers und dem Selektorverstärker eine bekannte Schaltung (z. B. nach dem Buch von N. I. Brashnikow »Ultraschall-Phasenmessung«, Moskau, Verlag »Energia«, 1968, S. 163... 164, Bild 4, 5) zugrunde gelegt

Die Einrichtung enthält auch einen Hüllkurvendemodulator 16 für eine der Umhüllenden 17 oder 18 des akustischen Impulsnachhalls (Fig.2, Diagramm »c« 2^r> bzw. »d«, auf deren Ordinatenachsen die Amplituden dieser Umhüllenden 17 bzw. 18 abgetragen sind). Der Eingang des Hüllkurvendemodulators 16 ist an den Ausgang des Selektorverstärkers 15 angeschlossen, während sein Ausgang am Signaleingang des Informa- jo tionssignalformers 19 liegt, der das elektrische Informationssignai 20 liefert. Der Hüllkurvendemodulator ermöglicht die Benutzung der erwähnten Umhüllenden 17 oder 18 als akustisches Signal.

Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung nur eine der Umhüllenden, und zwar die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls benutzt. In der betreffenden Ausführungsvariante der Einrichtung ist der Hüllkurvendemodulator 16 als Dioden-Demodulatorschaltung aufgebaut (vgl. zum Beispiel das Buch von N. I. Brashnikow »Ultraschall-Phasenmessung«, Moskau, Verlag »Energia«, 1968, S, 179, Bild 4.10).

Die Formierung des elektrischen Signals, das die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes trägt, erfolgt auf verschiedene Weise.

Einer der Wege hierzu ist die Bestimmung der Fläche, die durch eine der Umhüllenden (17) des akustischen Impulsnachhalls und den Nullpegel dieser Umhüllenden begrenzt ist, und dann die Ermittlung des Verhältnisses dieser Fläche zum Zeitintervall, das dem Zeitabschnitt T (Fig.2, Diagramm »a«) zwischen zwei nacheinander eingeführten akustischen Schwingungsimpulsen 5 (F i g. 1) proportional ist. Hierbei wird der Signalformer 19 für das elektrische Informationssignal 20 (F i g. 2, s·; Diagramm »e« mit der auf der Ordinatenachse abgetragenen Amplitude des Signals 20) als Hüllkurvenintegrator 21 (Fig. 1) für die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls ausgeführt, dessen Eingang mit Hilfe des Emitterfolgers 22 mit dem Ausgang des t>o Hüllkurvendemodulators 16 für diese Umhüllende 17 elektrisch verbunden wird und dessen Ausgang an den Eingang der Meßeinheit 23 geschaltet wird, die ihrerseits an ein Registriergerät 24 angeschlossen ist.

In der vorliegenden Ausführungsvariante der Einrich- bi tung ist der Integrator 21 nach einer bekannten resistivkapazitiven Schaltung aufgebaut (vgl. zum Beispiel FR-PS 20 87 703, F i g. 1).

Je nach der gewünschten Form der Information über den zu kontrollierenden Stoff kann das Registriergerät

24 als Digitalzähler, Schreiber oder Relais ausgeführt werden. In dieser Ausführungsvariante wird ein bekanntes Schreibgerät (vgL zum Beispiel US-PS 33 45 861) benutzt, und der Meßeinheit 23 liegt eine Schaltung zugrunde, die das Informationssignal in eine Gleichspannung mit größerer Amplitude umseizL

Zur Verringerung der Fehler, die bei der Kontrolle der Stoffeigenschaften infolge der Instabilität der Amplitude des durch die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulses 5 entstehen, mißt man zusätzlich die Maximalampliiude Lk (Fig.2, Diagramm »c«) der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls und vergleicht man diese Amplitude mit dem Verhältnis der durch die Umhüllende 17 und ihren Nullpegel begrenzten Fläche zum Zeitintervall, das dem Zeitabschnitt /'(Diagramm »a«) zwischen zwei nacheinander eingeführten akustischen Schwingungsimpulsen 5 (Fig. 1) proportional ist Zu diesem Zweck ist in der Einrichtung ein Spitzendetektor 25 (F i g. 3) für die Umhüllende 17 dss akustischen Impulsnachhalls vorgesehen, der en der Maximalamplitude i/o dieser Umhüllenden 17 spannungsmäßig entsprechendes elektrisches Signal 26 formiert In der vorliegenden Ausführungsvariante der Einrichtung ist der Spitzendetektor 25 nach einer bekannten resistiv-kapazitiven Schaltung aufgebaut (vgl. zum Beispiel das Buch von N. I. Brashnikow »Ultraschall-Phasenmessung«, Moskau, Verlag »Energia«, 1968, S. 17 ... 19, Bild 2,4).

Der Eingang dieses Spitzendetektors 25 liegt am Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16, während sein Ausgang mit dem zweiten Eingang der Meßeinheit 23 über einen zur Formierung des elektrischen Referenzsignals 28 dienenden Emitterfolger 27 mit geregeltem Ausgang elektrisch verbunden ist, wobei die Meßeinheit 23 nach einer Differentialschaltung aufgebaut ist.

Die beschriebene Einrichtung ermöglicht die Beseitigung der Nulldrift beim Registriergerät 24, die durch die erwähnte Instabilität der Amplitude des in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulses 5 hervorgerufen wird.

Kleinere Änderungen der Empfindlichkeit der Messung von Stoffeigenschaften, die durch die erwähnte Amplitudeninstabilität des Impulses 5 bedingt sind, erreicht man in einer anderen Variante der Einrichtung, die in der Hauptsache dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel ähnlich aufgebaut ist.

Der Unterschied liegt nur darin, daß außer dem erwähnten Spitzendetektor für die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls mit dem am Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 für diese Umhüllende 17 liegende Eingang in der Einrichtung eine Divisionseinheit 29 (F i g. 4) für elektrische Signale verwendet wird, deren Eingänge an die Ausgänge des Spitzendetektors

25 für die Umhüllende 17 und des Hüllkurvenintegrators für diese Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls angeschlossen sind und deren Ausgang am ersten Eingang der Meßeinheit 23 liegt. Die Einrichtung weist auch einen Referenzsignalformer 30 auf, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der Meßeinheit 23 verbunden ist, wobei die Meßeinheit 23 eine Differentialschaltung darstellt.

In dieser Ausführungsvariante der Einrichtung ist die Divisionseinheit 29 nach einer bekannten Synchron-Folgeschaltung aufgebaut (vgl. zum Beispiel das Buch von N. I. Brashnikow »Ultraschallverfahren«, Verlag »Energia«, Moskau, 1965, S. 223,224. Bild 5.11).

Die Formierung des die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes tragenden elektrischen Signals kann auch vorgenommen werden, indem man aus der Hinterflanke einer Umhüllenden (17) des akustischen Impulsnachhalls Abschnitte herauslöst, deren entsprechende Enden auf zwei gegenüber der Maximalamplitude dieser Umhüllenden 17 wenigstens um eine Größenordnung kleineren Amplitudenniveaus liegen, und indem man das Zeitintervall Va zwischen diesen Abschnitten bestimmt

Dieses Prinzip wird in einer anderen Variante der Einrichtung realisiert, die ähnlich der Ausführung nach F i g. 1 aufgebaut ist

Der Unterschied dieser Variante der Einrichtung liegt nur darin, daß sie eine Schaltung 31 (Fig.5) zur Begrenzung der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls auf zwei Amplitudenpegeln enthält Diese Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 formiert einen elektrischen Impuls 32 mit der Dauer τ« und der Amplitude U\. Die Vorderflanke und die Hinterflanke dieses Impulses 32 entsprechen den zwei Abschnitten der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls, deren Enden auf den erwähnten zwei Amplitudenpegeln liegen, sowie den Zeitpunkten fi und h- In dieser Variante der Einrichtung ist die Hüllkurvenbegrenzerschaltung 31 in bekannter Weise aufgebaut (vgl. zum Beispiel das Buch von L M. Goldenberg »Theorie und Berechnung von halbleiterbestückten Impulsschaltungen«, Moskau, Verlag »Swjaz«, 1969, S. 170, 171, Bild 3.7).

Der Eingang der Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 liegt am Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16, und ihr Ausgang ist an den Eingang des Informationssignalformers 19 angeschlossen, der das elektrische Informationssignal 20 formiert. Die Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 besteht in dieser Variante der Erfindung aus in Reihe liegenden und weitgehend bekannten Schaltungsanordnungen, und zwar aus einer BegrenzungsschaUung 33 zum Beschneiden der Umhüllenden auf dem unteren Amplitudenpegel und aus einem Begrenzerverstärker 34, der die Umhüllende 17 auf dem oberen Amplitudenniveau begrenzt. In der Funktion des erwähnten Informationssignalformers 19 wird ein Baustein zur Messung der Dauer elektrischer Impulse benutzt, der gemäß F i g. 5 aus einem Emitterfolger 22 und einem mit diesem in Reihe liegenden Integrator 21 besteht, dessen Ausgang als Ausgang des Informationssignalformers 19 für das Informationssignal 20 dient.

Zur Erfassung von Abweichungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft von ihrem Anfangswert wird das elektrische Informationssignal in der nach einer Differentialschaltung aufgebauten Meßeinheit 23 mit dem elektrischen Referenzsignal des Signalformers 30 verglichen. Die Amplitude dieses elektrischen Referenzsignals stimmt mit der Amplitude des Informationssignals 20 überein. Das letztere entspricht der Dauer Tm des Impulses 32, die sich beim Anfangswert der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft einstellt.

Zu dem Zweck, die Beeinflussung der Genauigkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaften durch die Instabilität der Amplitude der in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulse 5 klein zu halten, wird der untere Amplitudenpegel von den zwei erwähnten Begrenzungsniveaus der Umhüllenden 17 porportional den Änderungen der Maximalamplitude dieser Umhüllenden verschoben. Dies wird durch die zusätzliche Ausstattung der Einrichtung mit einem Spitzendetektor 25 (Fig. 6) für die Umhüllende 17 des

τ>

akustischen Impulsnachhalls erreicht der zur Regelung des umeren Amplitudenpegels der erwähnten herausgelösten Abschnitte der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls bestimmt ist Der Eingang des Spitzendetektors 25 ist an den Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 für diese Umhüllende 17 angeschlossen, während sein Ausgang über einen Emitterfolger 27 mit dem gesteuerten Eingang der Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 elektrisch verbunden ist, die zur Begrenzung der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls auf zwei Amplitudenniveaus dient

Die Bildung des elektrischen Signals, das die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes trägt kann auch dadurch erfolgen, daß man aus der Hinterflanke einer der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls einen Abschnitt herauslöst, dessen Enden auf zwei Amplitudenniveaus liegen, die wenigstens um eine Größenordnung kleiner als die Maximalamplitude dieser Umhüllenden sind, und einen dem herausgelösten Abschnitt entsprechenden elektrischen Impuls formiert sowie einen elektrischen Referenz-Impuls im Zeitpunkt bildet der einer Lage des formierten elektrischen Impulses im Arbeitsbereich der Kontrolle entspricht, und das Zeitintervall zwischen diesen Impulsen mißt.

Dieses Prinzip wird in einer weiteren Variante der Einrichtung realisiert die ähnlich der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsvariante aufgebaut ist.

Ihr Unterschied liegt nur darin, daß der Informationssignalformer die Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 (Fig. 7) zur Begrenzung der Umhüllenden 17 auf zwei Amplitudenpegeln zwecks Herauslösung eines Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls enthält sowie eine mit dieser Begrenzerschaltung 31 in Reihe liegende Differenzierschaltung 35 zur Formierung eines elektrischen Impulses 36 aufweist, der dem erwähnten herausgelösten Abschnitt der Hinterflanke der Umhüllenden 17 entspricht und vom Beginn der Einführung des akustischen Schwingungsimpulses 5 in die Behälterwand 3 im zeitlichen Abstand h liegt. Der Eingang der Begrenzerschaltung 31 und der Ausgang der Differenzierschaltung 35 dienen hierbei als Eingang bzw. Ausgang des Signalformers 19, der das elektrische Informationssignal 36 formiert. Die Einrichtung hat in diesem Falle auch eine Zeitverzögerungseinheit 37 zur zeitlichen Verzögerung elektrischer Impulse um die Zeit rs, die zur Formierung eines elektrischen Referenzimpulses 38 bestimmt ist und mit dem Eingang am Ausgang des Impulsgenerators 1, mit dem Ausgang aber am zweiten Eingang der Meßeinheit 23 liegt. Als Meßeinheit 23 dient hierbei eine Schaltung zur Messung der Zeitintervalle T₆ = rs— ί2, die bei dieser Variante der Einrichtung auf der Basis einer Triggerschaltung aufgebaut ist (vgl. zum Beispiel das Buch von N. I. Brashnikow »Ultraschallverfahren«, Moskau, Verlag »Energia«, 1965, S. 166,167, Bild 3.14). Die Zeitverzögerungseinheit 37 ist auf der Basis eines Impulsformers 39 für Impulse 40 mit vorgegebener Dauer aufgebaut, die gleich der erforderlichen zeitlichen Verzögerung Ts eingestellt wird. Die Zeitverzögerungseinheit 37 enthält auch eine zweite Differenzierschaltung 41, die mit dem Impulsformer 39 in Reihe liegt und zur Formierung des der Hinterflanke des Impulses 40 entsprechenden elektrischen Referenzimpulses 38 bestimmt ist.

Die Verminderung des Einflusses der Amplitudeninstabilität der durch die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulse 5 auf die Genauigkeit

der Kontrolle von Stoffeigenschaften kann auch erreicht werden, indem man den Referenzimpuls 38 mit einer Zeitverzögerung formiert, die der Änderung der Maximalamplitude Lk der erwähnten Umhüllenden 17 proportional ist

Zu diesem Zweck verwendet man in der Einrichtung zusätzlich den für die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls vorgesehenen Spitzendetektor 25 (F i g. 8), dessen Eingang an den Ausgang des genannten Hüllkurvendemodulators 16 geschaltet ist, sowie eine Einheit 42 zur Steuerung der zeitlichen Verzögerung elektrischer Impulse, deren Eingang mit dem Ausgang des Spitzendetektors 25 über einen Emitterfolger 27 elektrisch verbunden ist und deren Ausgang am gesteuerten Eingang der Zeitverzögerungseinheit 37 für elektrische Impulse liegt Als solcher Eingang dient bei Benutzung des impulsformers 39 für Impulse 40 in der Zeitverzögerungseinheit 37 der gesteuerte Eingang dieses Impulsformers 39.

Die Bildung des elektrischen Signals, das die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes beinhaltet, kann auch vorgenommen werden, indem man aus der Hinterflanke einer der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls einen Abschnitt mit der Dauer τι herauslöst, die ungefähr der doppelten Laufzeit r des akustischen Schwingungsimpulses '5 durch die Behälterwand 3 entspricht, wobei dieser Abschnitt von der Vorderflanke dieser Umhüllenden 17 um einen Abstand entfernt ist, der wenigstens ein um eine Größenordnung höheres Vielfaches der doppelten Durchlaufzeit r des akustischen Schwingungsimpulses 5 bei seinem Durchgang durch die Behälterwand 3 darstellt und indem man die Maximalamplitude der Umhüllenden 17 in diesem Abschnitt bestimmt.

Zu diesem Zweck wird eine Variante der Einrichtung vorgeschlagen, die der Einrichtung nach F i g. I im wesentlichen ähnlich aufgebaut ist.

Ihr Unterschied liegt nur darin, daß der Informationssignalformer 19 für das Informationssignal 20 eine Reihenschaltung 43 (Fig.9) enthält, die eine zweite Zeitverzögerungseinheit 44 für elektrische Impulse, einen zweiten Selektorimpulsgenerator 45 zur Erzeugung von Selektorimpulsen 46 und einen Selektorverstärker 47 für die Amplitude der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls umfaßt. Diese Reihenschaltung 43 ist zur Herauslösung eines Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden 17 in Form eines Einzelimpulses 48 bestimmt. Der Signalformer 19 enthält auch einen Spitzendetektor 49 für den herausgelösten Abschnitt der Umhüllenden 17, dessen Eingang an den Ausgang des Selektorverstärkers 47 angeschlossen ist. Der Eingang der zweiten Zeitverzögerungseinheit 44 liegt zum Ausgang des Impulsgenerators 1 und dient als gesteuerter Eingang des Informationssignalformers 19, dessen Signaleingang durch den Signaleingang des Selektorverstärkers 47 für die Amplitude der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls gebildet wird. Als Ausgang des Informationssignalformers 19 dient der Ausgang des Spitzendetektors 49.

Die Verringerung des Einflusses der Amplitudeninstabilität der in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulse 5 auf die Genauigkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaften kann außerdem erreicht werden, indem man /wischen dem erwähnten Hauptabschnitt der Umhüllenden 17 und ihrer Vorderflanke einen zusätzlichen Abschnitt herauslöst, der von dem Hauptabschnitt dieser Umhüllenden 17 um eine Größe entfernt ist die ein Vielfaches der doppelten Behälierwand-Durchlaufzeit τ des akustischen Schwingungsimpulses ist und indem man die Maximalamplitu-

'i den der Umhüllenden 17 im erwähnten Hauptabschnitt und im Zusatzabschnitt vergleicht

Die Ausführungsvariante der Einrichtung, in der durch diese Vorgänge die Nulldrift des Registriergeräts 24 bei der Amplitudeninstabilität der in die Behälterwand 3 eingeführten Impulse 5 beseitigt wird, ist ähnlich der Variante nach F i g. 9 aufgebaut

Ihre Besonderheit liegt aber darin, daß sie eine Reihenschaltung 50 (F i g. 10) von Baueinheiten enthält Die Reihenschaltung 50 umfaßt eine dritte Zeitverzöge-τ rungseinheit 51 zur Verzögerung elektrischer Impulse, einen dritten Selektorimpulsgenerator 52 zur Erzeugung von Selektorimpulsen 53, sowie einen zweiten Selektorverstärker 54 für die Amplitude der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls, in dem die Herauslösung eines zusätzlichen Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden 17 erfolgt wobei diesem Abschnitt der Impuls 55 entspricht Der zusätzliche Abschnitt liegt zwischen dem erwähnten Hauptabschnitt der Umhüllenden 17 und ihrer Vorderflanke. Zur

>-, Reihenschaltung 50 gehört auch ein zweiter Spitzendetektor 56 für den herausgelösten zusätzlichen Abschnitt der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls. Der Eingang der dritten Zeitverzögerungseinheit 51 ist an den Ausgang des Impulsgenerators 1 angeschlossen,

jo der Signaleingang des zweiten Selektorverstärkers 54 liegt am Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 und der Ausgang des zweiten Spitzendetektors 56 ist über einen Emitterfolger 57 mit regelbarem Ausgang mit dem zweiten Eingang der Meßeinheit 23 elektrisch

Γι verbunden, die nach einer Differentialschaltung aufgebaut ist

Die Ausführungsvariante der Einrichtung, in der nicht nur die Nulldrift des Registriergeräts 24 beseitigt wird, sondern auch die durch die erwähnte Instabilität der in

tu die Behälterwand 3 eindringenden akustischen Schwingungsimpulse 5 hervorgerufenen Änderungen der Empfindlichkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaften vermieden werden, weist zusätzlich zur Variante nach Fig.9 eine Reihenschaltung50(Fig. 11) mit folgenden

•Γι Baueinheiten auf: der dritten Zeitverzögerungseinheit 51 für elektrische Impulse, dem dritten Selektorimpulsgenerator 52 für Selektorimpulse 53, dem zweiten Selektorverstärker 54 für die Amplitude der Umhüllenden 17, der zur Herauslösung eines zusätzlichen

κι Abschnitts der Hinterflanke der Umhüllenden 17 zwischen dem erwähnten Hauptabschnitt dieser Umhüllenden 17 und ihrer Vorderflanke bestimmt ist, sowie mit dem zweiten Spitzendetektor 56 für den herausgelösten zusätzlichen Abschnitt der Umhüllenden 17 des

γ, akustischen Impulsnachhalls. Der Eingang der dritten Zeitverzögerungseinheit 51 ist hierbei an den Ausgang des Impulsgenerators 1 angeschlossen, während der Signaleingang des zweiten Selektorverstärkers 54 ist mit dem Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 für

mi die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls verbunden. Diese Variante der Einrichtung enthält auch eine Divisionseinheit 58 für elektrische Signale, bei welcher die Eingänge mit den Ausgängen des ersten und des zweiten Spitzendetektors 49 bzw. 56 für die

in 'wähnten Abschnitte der Umhüllenden 17 und der Ausgang mit dem Eingang der Meßeinheit 23 verbunden sind, sowie einen Referenzsignalformer 30, der einen elektrischen Referenzsignal liefert und mit

seinem Ausgang am zweiten Eingang der Meßeinheit 23 liegt Dabei ist die Meßeinheit 23 nach der Differentialschaltung aufgebaut, und die Verbindung des zweiten Spitzendetektors 56 mit der Divisionseinheit 58 erfolgt über den Emitterfolger 57.

Für eine Reihe der zu kontrollierenden Stoffe, deren akustische Impedanz nahe der akustischen Impedanzgröße der Behälterwand 3 oder höher als diese liegt, erfolgt die Formierung des elektrischen Signals mit der Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes durch Ermittlung des Vorzeichens des Zeitintervalls zwischen den Vorderflanken der zwei verschiedenpoligen Umhüllenden 17,18 des akustischen Impulsnachhalls. Die zu diesem Zweck dienende Variante der Einrichtung ist im wesentlichen ähnlich der Einrichtung nach F i g. 1 aufgebaut

Ihr Unterschied liegt nur darin, daß in der Funktion des Informationssignalformers 19 ein Normimpulsformer 59 (Fig. 12) zur Formierung von genormten elektrischen Impulsen 60 benutzt wird, die der Vorderflanke der Umhüllenden 17 des akustischen !mpulsnachhalls entsprechen. In dieser Einrichtung ist der Normimpulsformer 59 nach der bekannten Schaltung des Formierungsverstärkers mit einem resistiv-kapazitiven Glied am Eingang ausgeführt (vgl. zum Beispiel von L M. Goldenberg »Theorie und Berechnung von halbleiterbestückten Impulsschaltungen«. Moskau, Verlag »Swjaz«, 1969, S. 181 ... 183, Bild 3.16). Außerdem enthält diese Einrichtung eine Reihenschaltung von Baueinheiten, die einen zweiten Hüllkurvendx.-modulator 61 für die zweite Umhüllende 18 des akustischen Impulsnachhalls einschließt, dessen Eingang an den Ausgang des Selektorverstärkers 15 geschaltet ist, sowie einen zweiten Normimpulsformer 62 zur Formierung eines der Vorderflanke der zweiten Umhüllenden 18 des akustischen Impulsnachhalls entsprechenden genormten elektrischen Impulses 63 aufweist. Dabei ist der Ausgang des zweiten Normimpulsformers 62 an den zweiten Eingang der Meßeinheit 23 angeschlossen, deren Funktion in diesem Falle eine Baueinheit zur Messung der Zeitdifferenz bei der Formierung der genormten elektrischen impulse 60 und 63 erfüllt, die den Vorderflanken der beiden Umhüllenden 17 und 18 des akustischen Impulsnachhalls entsprechen.

Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Einrichtung können mit Erfolg für die Kontrolle der Eigenschaften von Stoffen in Behältern benutzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle der Eigenschaften von in Behältern eingeschlossenen Stoffen wird mittels der beschriebenen Ausführungsvarianten der Einrichtung wie folgt realisiert.

Mit Hilfe des akustischen Wandlers 2 (F ig. 1) werden akustische Schwingungsimpulse 5 erzeugt, die in den zu kontroilierenden Stoff6 durch die diesen Stoffe umschließende Behälterwand 3 in der Normalenrichtung zu dieser Wand 3 periodisch eingeführt werden.

Diese Impulses werden an der Grenze der Innenfläche der Wand 3 mit dem zu kontrollierenden Stoffe zur Außenfläche der Wi; 13 hinreflektiert, an der ebenfalls ihre Reflexion erfolgt. Infolge der Bildung von in der Wand 3 mehrfach reflektierten Impulsen 9 entsteht der akustische Impulsnachhall, also das akustische Summensignal 7 (F i g. 2, Diagramm »u«), das von demselben Wandler 2 (F ig. I) empfangen wird. Der t Zeitpunkt der Entstehung des Signals 7 liegt gegenüber dem Moment der Einführung der akustischen Schwineunesimnulse 5 in die Behälterwand 3 in einem zeitli

ι >

chen Abstand τ (F i g. 2, Diagramm »a«,t der durch die Beziehung

2t/ C

gegeben ist Hierbei bedeuten

d die Dicke der Behälterwand 3,
C die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Schwingungen in der Behälterwand 3.

Neben dem erwähnten Signal 7 gelangt zum akustischen Wandler 2 aus der Behälterwand 3 auch ein akustisches Signal 8, welches durch den an der gegenüberliegenden Seite der Innenfläche der Behälterwand 3 reflektierten akustischen Schwingungsimpuls 10 bedingt ist, der den Stoff 6 zweimal durchläuft Die Vorderflanken der erwähnten Signale 7 und 8 liegen voneinander in einem zeitlichen Abstand τ\ (Fig.2, Diagramm »a«), dessen Dauer vom Querschnitt D des Behälters und von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit Ci der akustischen Schwingungen in dem zu kontrollierenden Stoff 6 abhängig ist:

ID

Der akustische Wandler 2 (F i g. 1) erzeugt akustische Schwingungsimpulse 5 unter Einwirkung der elektrischen Schwingungsimpulse 4, die mit der Folgeperiode Γ (Fig.2, Diagramm »a«) vom Impulsgenerator 1 (F i g. 1) geliefert werden.

Neben der Anlegung der erwähnten Impulse 4 des Generators 1 an den akustischen Wandler 2, werden sie zusammen mit den Signalen 7 und 8 dem Signaleingang des Selektorverstärkers 15 zugeführt. Auf den Steuereingang dieses Selektorverstärkers 15 werden Selektorimpulse 14 (F i g. 2, Diagramm »&<) mit der Dauer rj vom Generator 13 (F i g. 1) gegeben, der diese impulse aus den Impulsen 4 des Generators 1 mit einer Zeitverzögerung Γ2 (F i g. 2, Diagramm »ö«) erzeugt. Die Verzögerungszeit τι ist länger als die Dauer des Impulses 4 (Diagramm »a«), aber kleiner als die Zeit τ oder gleich dieser Zeit gewählt, in der die akustischen Schwingungen zweimal die Behälterwand 3 durchlaufen. Die Dauer rj des Selektorimpulses 14 ist so eingestellt, daß seine Erzeugung im Generator 13 vor dem Beginn der Einführung des akustischen Signals 8 in den akustischen Wandler 2 beendet wird. Hierbei gilt folgende Ungleichung:

M < r

Bei solcher Betriebsarteinstellung in der Reihenschaltung 11, zu der neben dem Selektorverstärker 15 auch der Selektorimpulsgenerator !3 und die Zeitverzögerungseinheil 12 gehören, wird die Trennung der akustischen Signale 7 vom akustischen Signal 8 und von den Impulsen 4 des Generators 1 gewährleistet.

Vom Ausgang des Selektorverstärkers 15 gelangt das herausgelöste Signal 7 zum Eingang des Hüllkurvendemodulators 16, der für die Umhüllende des akustischen Impuliiachhalls vorgesehen ist. Dieser Demodulator 16 trennt die Hüllkurven 17 oder 18 (Fig. 2, Diagramme »c\< bzw. »d«) des akustischen Signals 7, welche die Umhüllenden des zwischen der Außenfläche der Wand 3 (Fig. I) und dem zu kontrollierenden Stoff 6 im Behälter entstehenden akustischen Imoulsnachhalls

darstellen. In den vorgeschlagenen und in F i g. 1,3... 11 gezeigten Ausführungsvarianten der Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens zur Kontrolle der Eigenschaften von in Behältern eingeschlossenen Stoffen wird eine der Umhüllenden, und zwar die Umhüllende 17 (F i g. 2, Diagramm »a<) des akustischen Impulsnachhalls benutzt.

Die Umhüllende 17 des in der Zone des akustischen Wandlers 2 zwischen der Außenfläche der Behälterwand 3 und dem Stoff 6 im Behälter entstehenden in akustischen Impulsnachhalls trägt die Information über die Eigenschaften dieses Stoffes 6.

Als Beispiel soll hier eine der Stoffeigenschaften — die Konzentration q einer binären Lösung von flüssigen Medien oder eine Lösung von Feststoff in Flüssigkeit betrachtet werden. Wie z. B. aus dem Buch von N. I. Brashnikow »Ultraschallverfahren«, Moskau, Verlag »Energia«, 1965, S. 56... 73 bekannt ist, sind die Fortpflanzungsgeschwindigkeit Q der akustischen Schwingungen in einer flüssigen Lösung und die Konzentration q dieser Lösung durch funktionale Abhängigkeit verknüpft, die in allgemeiner Form wie folgt geschrieben wird:

C₁=V₁Ui). (4)

Gleichzeitig weisen die Konzentration q der Lösung und ihre Dichte ρι in den meisten Fällen die direk proportionale Abhängigkeit auf:

'Jl = !Ail (I "I- Ali/) .

Hierbei ist ροι die Dichte des Lösungsmittels.

Somit besteht zwischen der akustischen Impedanz z\ der flüssigen Lösung, die gleich q\Q ist, und der Konzentration ^dieser Lösung die Abhängigkeit:

In einem für die industrielle Kontrolle von Stoffeigen schäften ausreichend breiten Bereich der Konzentra tionswerte q vieler flüssigen Lösungen weist dit Abhängigkeit (6) der akustischen Impedanz Z\ von dei Konzentration geinen hinreichend linearen Verlauf auf:

Z₁ = Z₀₁(I + λ,ί

Dabei ist Zoi die akustische Impedanz des Lösungsmit tels. Die Werte des Koeffizienten Jt₂ der proportionalei Abhängigkeit der Impedanz Z₁ von der Konzentration < (in g/l) sind für mehrere wäßrige Lösungen (mi Zoi = 1.48 · 10⁵g ■ Cm-²SeC-') in der Tabelle 1 aufge führt.

Tabelle

Wäßrige Lösungen

	Aluminiumsuifat- Lösung	Magnesiumsulfat- Lösung	Zinksulfal-Lösung	Kaliumchlorid-Lösung
A₃Ig"¹ ■ 1]	0,00051	0,00061	0,00039	0,00037
	Wäßrige Lösungen von Natriumchlorid	Kaliumhydroxyd	Lithiumhydrooxid	Natriumhydrooxid
kAiT' ■ I)	0,00069	0,00011	0,00025	0,00017
	Wäßrige Lösungen von Ammoniak	Salpetersäure	Schwefelsäure	Salzsäure

0,00005

0,00007

-0,00007

0,00035

Die Abhängigkeit der Maximalamplitude i/o der Umhüllenden 17 (Fig.2, Diagramm »0«) vom Verhältnis der akustischen Impedanzwerte zi und ζ = qc der flüssigen Lösung bzw. der Behälterwand 3 ist durch die Beziehung

55

faO

(8)

gegeben. Hierbei sind

B die Maximalamplitude des in die Behälterwand 3

eingeführten akustischen Schwingungsimpulses 5;
ki ein Koeffizient, in dem der Einfluß der zwischen der Behälterwand 3 (Fig. 1) und dem akustischen

65 Wandler 2 liegenden Kontaktschicht auf den Obergang der an der Innenfläche der Behälterwand 3 reflektierten akustischen Schwingungsimpulse 9 in diesen Wandler 2 sowie die Eigenschaften des akustischen Wandlers 2 beim Empfang berücksichtigt werden;

ε ein Koeffizient (kleiner als Eins), in dem die Abschwächung des akustischen Schwingungsimpulses 5 beim zweimaligen Durchgang der Behälterwand 3 berücksichtigt wird.
Die im Diagramm »c« (Fig.2) mit Strichlinie gezeigte Maximalamplitude U₁ der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls wird in jeder Periode 7~der eingeführten akustischen Schwingungsimpulse 5 mit der

Zeit / kleiner. Diese Abnahme wird mit ausreichendem Approximationsgrad durch folgende Beziehung beschrieben:

u - ^K'^B

	J _	*-
,R	-
	I +

(9)

Hier bedeuten:

R den Reflexionsfaktor bei der Reflexion des akustischen Schwingungsimpulses 9 an der Grenze der Innenfläche der Behälterwand 3 mit dem akustischen Wandler 2;

r' die Dauer der Vorderflanke der Umhüllenden 17 des r> akustischen Impulsnachhalls.

Die angeführte Beziehung gilt für die Zeit t, die der Ungleichung

T + 7 < I < 7 + 7,

(K)I

2(1

entspricht.

Die Zeit / = r + r' entspricht dem Maximum LO der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls, da aus den Beziehungen (8) und (9) folgt, daß bei solchem r. Zeitwert

(III

Da die akustische Impedanz Z\ einer flüssigen Lösung nach der Gleichung (6) eine Funktion ρ^ς) von der Konzentration q dieser Lösung ist, stellt die Amplitude LJ, der Umhüllenden des akustischen Impulsnachhalls gemäß der erhaltenen Beziehung (10) ebenfalls eine Funktion der erwähnten Konzentration q dar:

(12)

der Basis eines Relais ausgeführt ist, wird das Ergebnis der Kontrolle als Vorhandensein oder Fehlen von Abweichungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft von ihrem Nennwert dargestellt.

Die Formierung des elektrischen Informationssignals aus der vom Demodulator 16 gelieferten Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls (Fig.2, Diagramm »c«) kann auf verschiedenen Wegen vorgenommen werden.

Einer dieser Wege ist die Bestimmung der durch die Umhüllende 17 und ihren Nullpegel begrenzten Fläche S und dann die Ermittlung des Verhältnisses dieser Fläche 5 zum Zeitintervall, das dem Zeitabschnitt T (Diagramm »a«) zwischen zwei nacheinander eingeführten akustischen Schwingungsimpulsen 5 (Fig. 1) proportional ist.

Diese Fläche S wird mit praktisch ausreichender Genauigkeit für die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls durch den folgenden Ausdruck beschrieben:

S = 0,5 τ'Ι/,,

(13)

Es wird nun die in die Beziehungen (8) und (9) für U₀ und U₁ eingehende Funktion

(14)

(151

als Funktion der veränderlichen Größe

betrachtet.

Diese Größe ist ihrerseits, wie dies aus der Gleichung (6) folgt, die Funktion von der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft, gegebenenfalls von der Konzentration <?der flüssigen Lösung:

Somit trägt die am Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 (Fig. 1) erhaltene Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls die Information über die zu kontrollierende Stoffeigenschaft, im vorliegenden Beispiel der industriellen Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens und der Einrichtung zu seiner Realisierung also — die Information über die Konzentration q der zu kontrollierenden flüssigen Lösung.

Vom Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 gelangt die Umhauende Yl des akustischen impulsnäonhalls zum Eingang des Informationssignalformers 19, der das Informationssignal 20 (Fig.2, Diagramm »e«) liefert und dessen elektrischer Parameter dem Wert der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft proportional ist. Dieses elektrische Informationssignal 20 wird dem Eingang der Meßeinheit 23 zugeführt, in der es in das elektrische Standardsignal umgewandelt wird, das dem Wert der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft proportional ist Das Ausgangssignal der Meßeinheit 23 wird auf das Registriergerät 24 gegeben. Je nach den bo ist Bedingungen der Kontrolle werden ihre Ergebnisse auf zwei verschiedenen Wegen dargestellt Erstens können die Ergebnisse der Kontrolle auf einer Skala angezeigt werden, die in den Maßeinheiten der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft geeicht ist. Beispielsweise erfolgt b5 die Anzeige bei der Kontrolle der Konzentration von flüssigen Lösungen in g/l (Gramm des gelösten Stoffes pro ein Liter Lösung). Wenn das Registriergerät 24 auf (16)

Aus diMi Beziehungen (14) und (15) folg!, daß

P-\ —

2 Ir₁

ζ +

In diesem Ausdruck stellt die Größe 7?oi den Wert der Funktion R\ bei der akustischen impedanz z\, die gleich dem Anfangswert zoi der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes 6 (Fig. 1) ist Im vorliegenden Beispiel der Kontrolle der Konzentration q einer flüssigen Lösung ist die Größe Äoi gleich der Funktion R\ bei der akustischen Impedanz z_u die gleich der akustischen Impedanz zbi des Lösungsmittels ist Hierbei

R₀₁ = (l - ^L) (l + ^L

(18)

In den meisten praktisch vorkommenden Fällen liegt die akustische Impedanz der Behälterwand 3 mehr als eine Größenordnung höher als die akustische ImDedanz

z\ des zu kontrollierenden Stoffes 6 und ihre Abweichungenzlz,:

Z₀, <e ζ und Iz, <cz.

(19)

Deswegen kann die Beziehung (17) mit genügender Genauigkeit in vereinfachter Form dargestellt werden:

«, = «,„(1-2 ^lrl).

(20)

U)

Für die Kontrolle der Konzentration q von flüssigen Lösungen erhält man gemäß den Gleichungen (16) und (20):

R, =«o, (l-2M ^i

(21)

r>

Die Maximalamplitude i/o der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls und der jeweilige Wert U_x dieser Umhüllenden 17 sind also gemäß den Beziehungen (8), (9), (14) und (20) durch folgende Gleichungen gegeben

k,T

20

-² ν) ⁽²²⁾

U₁ = ψ [,RRn (ι -2 ';')]^ (23)

Das Einsetzen der Ausdrücke (22) und (23) für die Maximalamplitude i/o der Umhüllenden 17 (Fig.2,

Diagramm »cx<) und die Amplitude U, dieser Umhüllenden 17 in die Gleichung (13) für die durch die Umhüllende 17 und ihren Nullpegel begrenzte Fläche S ergibt

S = 0,5τΊ A₁BR₀₁ I I — ~—— I

(24)

und nach der Integration:

2--J-

(25)

Das für die Beurteilung der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft dienende Verhältnis /4 der erwähnten Fläche 5zum Zeitintervall At, das dem Zeitabschnitt T (Fig.2, Diagramm »a«) zwischen zwei nacheinander eingeführten akustischen Schwingungsimpulsen 5 (Fig. 1) proportional ist, beträgt gemäß der Beziehung (25):

K-^j 1-2

(26)

Hierbei sind A₄ ein konstanter Proportionalitätsfakior und

\ = 'RR₁₁I . (27)

Die vorstehend beschriebenen Operationen, und zwar die Bestimmung der durch die Umhüllende 17 (F i g. 2, Diagramm »cw) des akustischen Impulsnachhalls und ihren Nullpcgel begrenzten Fläche S sowie die Ermittlung des Verhältnisses A dieser Fläche S zum v> Zeitintervall, das dem Zeitabschnitt T zwischen zwei

ΙηΛ + Ιη (l-2 ;') ' Darin sind A₅, A,, die Proportionalitätsfaktoren:

A„ = ' Y'V "^Τ <29)

_r= ^TJ..Zl\ (30)

Das elektrische Informationssignal 20 wird vom Ausgang des Hüllkurvenintegrators 21 (Fig. 1) dem nacheinander eingeführten akustischen Schwingungsimpuisen 5 (Fig. 1) proportional ist, erfolgen im Informationssignalformer 19, der das elektrische Informationssignal 20 liefert. In diesem Informationssignal· former 19 gelangt die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls vom Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 über den Emitterfolger 22 zum Eingang des Hüllkurvenintegrators 21. Im Integrator 21 wird das elektrische Informationssignal 20 mit der Amplitude En (Fig. 2, Diagramm »e«) gebildet, die sich aus der folgenden Gleichung ergibt:

(2S|

Eingang der Meßeinheit 23 zugeführt. Aus dem zugeführten elektrischen Informationssignal 20 mit der Amplitude E₀, die dem Wert der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft proportional ist, formiert die Meßeinheit 23 je nach den Bedingungen der Kontrolle das elektrische Standardsignal in der erforderlichen Form. Dieses elektrische Standardsignal wird vom Ausgang der Meßeinheit 23 in ein Registriergerät eingegeben, welches die Ausgangsinformation über die zu kontrollierende Stoffeigenschaft in der gewünschten Form darstellt
Wenn beispielsweise die Konzentration q einer

flüssigen Lösung kontrolliert wird, bildet man das Standardsignal aus der Differenz des jeweiligen Informationssignals mit der Amplitude E₀ und eines Referenzsignals mit der Amplitude fijo- Dieses Referenzsignal wird in der Meßeinheit 23 selbst erzeugt und größenmäßig gleich der Amplitude Eo des Informationssignals eingestellt wenn der Behälter ein Lösungsmittel mit der akustischen Impedanz von Zoi enthält, d. h. wenn die Konzentration q gleich Null ist und dementsprechend keine Zunahme Δζ\ der akustischen impedanz des zu kontrollierenden Mediums vorliegt:

(32)

*-Ίι ~~ I' '-1)0

Ι-Ί

(33)

wobei β der Empfindlichkeitsfaktor der Kontrolle der betreffenden Stoffeigenschaft ist.

Falls die durch Änderungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft hervorgerufenen Abweichungen Δζ; der akustischen Stoffimpedanz klein sind, was meist in der Praxis der Fall ist, wird der Empfindlichkeitsfaktor β der Kontrolle von Stoffeigenschaften durch die Beziehung

bestimmt, in der

Ii

in dieser Gleichung stellt £«, die Größe des Koeffizienten fc bei Anfangswertden der Amplitude des akustischen Schwingungsimpulses 5 und des Koeffizienten Bo3 dar, in dem die Änderungen der zwischen der Behälterwand 3 und dem akustischen Wandler 2 _>» liegenden Kontaktschicht und der Wandlereigenschaften des letzteren beim Empfang berücksichtigt werden.

Im Falle einer derartigen Kontrolle der Konzentration q der flüssigen Lösung soll die Meßeinheit 23 nach einer Differentialschaltung aufgebaut sein. Die Größe y, des Standardsignals

die erste Ableitung von der Größe des Standardsignals darstellt, welche die Funktion der veränderlichen Größe

-γ nach dieser Veränderlichen ist.
Die Differentation von E₁₁ nach -γ gibt die

Möglichkeit den folgenden Ausdruck für den Empfindlichkeitsfaktor β der Kontrolle der betreffenden Stoffeigenschaften zu erhalten:

hängt dabei von der Änderung Δζ, der akustischen «ι Impedanz des zu kontrollierenden Mediums 6 und folglich von der Konzentration q der flüssigen Lösung ab:

vA, -

A₇ τ'

(36)

In

lärm ist A₇ =

(37)

Die WenL¹ des Koeffizienten A₇ für mehrere Grüßen von \ und (;\'A₇ - 1) In ~ ' \ bei ;■ gleich 10 sind in der hineile 2 aufgeführt.

Tabelle 2

ο.¹)·)

(I.')S (Ι.Ί7

A₇:' 0.1 0.1051 0.1104 0.1159 0.121X

(;·■» A₇-I)In '\ 5 4.93 4.S6 4,7S 4.70

Das beschriebene Verfahren zur Kontrolle von Stoffeigenschaften kann leicht realisiert werden. Bei τ, konstanter Amplitude B der in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulse 5, bei konstanter Kontaktschicht und konstanten piezoelektrischen Wandlereigenschaften des akustischen Wandlers 2 beim Empfangsbetrieb ermöglicht dieses Verfahren mi die Durchführung einer effektiven Kontrolle.

Bei einer Inkonstanz der erwähnten Parameter ändert sich die von ihnen abhängige Größe des Produkts aus dem Koeffizienten k und der Amplitude B der akustischen Schwingungsimpulse 5. Dies führt zur μ Nulldrift AE_a bei der Messung der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft Diese Nulldrift ergibt sich als Differenz des Wertes Em des elektrischen Informationssignals 20 bei Az\ = 0 und der Größe des elektrischen Referenzsignals. Diese sich bei der Messung der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft in Bezug auf den meßbaren Bereich der Stoffeigenschaft ergebende Nulldrift beträgt:

Hierbei sind Iß IA,

relative Änderungen der ArriDlitude B des akustischen

Schwingungsimpulses 5 und des Koeffizienten k, in dem die Änderungen der zwischen der Behälterwand 3 und dem akustischen Wandler 2 liegenden Kontaktschicht sowie die Änderungen der Wandlereigenschaften dieses Wandlers beim Empfang berücksichtigt werden; F„_mdie Größe des Standardsignals E_m die der oberen Grenze des Meßbereichs für den zu kontrollierenden Stoff entspricht.
Die erwähnten Änderungen /Iß und Afo betragen:

\B = B-B₀.

IA₁ = A₁ — A₀,

(39)
(40)

Zur Beseitigung dieser Nulldrift AEu, die bei der Kontrolle von Stoffeigenschaften durch die Instabilität der Amplitude des in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulses 5 (Fig. 1) hervorgerufen wird, mißt man zusätzlich die Maximalamplitude U₀ (Fig.2, Diagramm »«<) der Umhüllenden 17 des akustischen Impuisnachhalls und vergleicht sie mit dem Verhältnis A der von dieser Umhüllenden 17 und ihrem Nullpegel begrenzten Fläche S zum Zeitintervall, das dem Zeitabschnitt T (Diagramm »a«) zwischen zwei nacheinander in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulsen 5 proportional ist.

Der zu diesem Zweck in der zweiten Ausführungsvariante der Einrichtung vorgesehene Spitzendetektor 25 (Fig.3) für die Umhüllende 17 des akustischen Impulsnachhalls formiert ein elektrisches Signal 26, das der Maximalamplitude LO dieser Umhüllenden 17 spannungsmäßig gleich ist. Dieses Signal gelangt zum Eingang des Emitterfolgers 27, an dessen Ausgang das elektrische Referenzsignal 28 mit der Amplitude

crschcinl. wobei

— "-H

k - ^k>~

" " A₄T

(411

(42)

''OO ~~

A₄ T

Die Amplitude £όο des Referenzsignals folgt hierbei beliebigen Änderungen Ak₃ und ΔBdes Koeffizienten ki bzw. der Amplitude B des in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulses 5. Bei der Messung von Werten der zu kontrollierenden

Hierbei ist Ar₉ ein konstanter Koeffizient, der sich aus den Ausgangswerten der Divisionseinheit 29 ergibt.

Vom Ausgang der Divisionseinheil 29 wird das Signal E,', der nach einer Differentialschaltung aufgebauten Meßeinheit 23 zugeführt, in der es mit dem vom Signalformer 30 gelieferten Referenzsignal E,'_m vergli chen wird. Dieses Referenzsignal wird vorher amplitudenmäßig gleich dem Ausgangssignal der Divisionseinheit 29 beim Anfangswsrt der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft eingestellt. Die Größe des Referenzsignals wird durch den Ausdruck beschrieben:

Stoffeigenschaft wird die Nulldrift infolgedessen beseitigt, da die Größen

^E" Ir₁ -0

und Eou gleich sind.

Bei derartigem Ausschluß der Nulldrift ist der Empfindlichkeitsfaktor der Messung von Werten der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft durch die Beziehung

*y 1

(■♦

+ 1

(43)

gegeben.

Infolge der effektiven Beseitigung der Nulldrift im Registriergerät 24, die durch die erwähnte Instabilität des in die Wand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulses 5 bedingt ist, wird die beschriebene Einrichtung nach Fig.3 vorwiegend im industriellen Prozessen benutzt, bei denen die Registrierung von vorkommenden Abweichungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft von "orgegebenem Nennwert, wie z. B. bei Systemen zu- Optimierung von technologischen Prozessen gefordert wird.

Sollen bei der Kontrolle nicht nur die vorkommenden Abweichungen der betreffenden Stoffeigenschaft, sondern auch die Größen dieser Abweichungen bestimmt werden, so muß eine Korrektion von Empfindlichkeilsänderungen des Kontrollvorganges vorgenommen werden.

Eine derartige Korrektion der durch die erwähnte Amplitudeninstabilität des Impulses 5 hervorgerufenen Empfindlichkeitsänderungen der Messung von Werten der betreffenden Stoffeigenschaft ist in einer anderen Variante der Einrichtung vorgesehen, die in Fig.4 gezeigt ist. In dieser Ausführungsvariante gelangt das Ausgangssignal 26 des Spitzendetektors 25 zum Eingang der Divisionseinheit 29. Die Amplitude dieses Signals 26 entspricht der Amplitude LO (Fig.2, Diagramm »cx<) der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls. Auf den anderen Eingang der Divisionseinheit 29 (Fig.4) wird das Informationssignal 20 mit der Amplitude Eo vom Ausgang des Informationssignalformers 19 gegeben. Das Ausgangssignal jf'^ der

Divisionseinheit 29 läßt sich in seiner Größe wie folgt darstellen:

- I

(44)

Y, Das Ausgangssiüiial der Meßeinheit 23 mil der Amplitude

'-H " '-0It ~ Ml

mi ist der Änderung der akustischen Impedanz des zu untersuchenden Stoffes 6 und dementsprechend der Kenngröße seiner zu kontrollierenden Eigenschaft, z. B. der Konzentration qder flüssigen Lösung proportional:

''-Ii — lh '-(ίο

(46)

Der Empfindlichkeitsfaktor ßi der Kontrolle der zu

untersuchenden Stoffeigenschaft ergibt sich hierbei aus dem Ausdruck:

1 ΔΕ,

(47)

und seine Größe beträgt bei kleinen Werten von Az\:

■■<% - 1
<-- = ^Ί ■ (4K)

Die Formierung des elektrischen Signals 20, das die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes 6 enthält, kann auch vorgenommen werden, indem man aus der Vorder- und Hinterflanke einer der Umhüllenden (17) des akustischen Impulsnachhalls Abschnitte herauslöst, deren entsprechende Enden auf zwei Amplitudenniveaus liegen, die wenigstens eine Größenordnung kleiner als die Maximalamplitude Uo dieser Umhüllenden sind, und indem man das Zeitintervall ta zwischen diesen Abschnitten bestimmt.

Zur Erläuterung des in den beschriebenen Varianten der Einrichtung realisierten Verfahrens zur Kontrolle von Stoffeigenschaften sind in Fig. 13, 14. 15 und 16 Zeitdiagramme dargestellt.

In F i g. 13 sind in den Zeitdiagrammen a, b. c, d, e, /"auf der Ordinatenachse die Amplituden folgender Signale abgetragen: des elektrischen Schwingungsimpulses 4 des Generators !,der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls mit zwei Amplitudenpegeln E\ und E₂ der Begrenzung, des beiderseitig begrenzten Impulses 32, des Signals 26 am Ausgang des Spitzendetektors 25 für die Umhüllende 17, des Informationssignals 20 und des registrierten Signals.

In F i g. 14 sind in den Zeitdiagrammen a, b, c, d, e, f. g. h, i, j, k die Amplituden folgender Signale dargestellt: des elektrischen Schwingungsimpulses 4 des Generators 1, der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls mit zwei Amplituden-Begrenzungsniveaus E\ und E₂, des beiderseitig begrenzten Impulses 32, der Spannungs-Nadelimpulse, die in der Differenzierschaltung 35 formiert werden, des Impulses 36 am Ausgang der Differenzierschaltung 35, des Signals 26 am Ausgang des Spitzendetektors 25, des Impulses 40 mit vorgegebener Dauer, der Spannungs-Nadelimpulsc, die in der Differenzierschaltung 41 formiert werden, des elektrischen Refcrenzimpuiscs» 38, des Informationsimpulses und des elektrischen Informalionssignals 20.

In Fig. 15 sind in den Zeitdiagrammcn a. b. c. d, c, f,g. h. /in entsprechender Folge die Amplituden folgender Signale gezeigt: des elektrischen Schwingungsimpulscs 4 des Generators !.der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls, des ersten Sclcklorimpulses 46, des Impulses 48, der dem ersten herausgelösten Abschnitt der Hintcrflanke der erwähnten Umhüllenden 17 entspricht, des Informatioiissignals 20 am Ausgang des Spitzcndctcktors 49, des elektrischen Referenzsignals mit der Amplitude £4. die der Maxinialamplitiidc der

Umhüllenden 17 proportional ist, des zweiten Selektorimpulbes 53, des Impulses 55, der dem zweiten herausgelösten Abschnitt der Hinterflanke der Umhüllenden 17 entsprichtder Gleichspannungsamplitude £5 am Ausgang des für den zweiten herausgelösten Abschnitt vorgesehenen Spitzendetektors 56.

In F i g. 16 sind in den Zeitdiagramrr en a, b, c, d,e,f,g in entsprechender Folge die Amplituden folgender Signale dargestellt: des elektrischen Schwingungsimpulses 4 des Generators 1, der ersten Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls, der der Umhüllenden 17 entsprechenden elektrischen Normimpulses 60, der zweiten Umhüllenden 18 des akustischen Impulsnachhalls, des der Umhüllenden 18 entsprechenden elektrischen Normimpulses 63, der Rechteckimpulse, deren Dauer durch die sich sich bei der Formierung der genormten Impulse 60, 63 bzw. 60', 63' ergebende Zeitdifferenz bestimmt wird.

Die zur Begrenzung der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls vorgesehene Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 (Fig.5) formiert aus dieser Umhüllenden 17 einen elektrischen Impuls 32 mit der Dauer T4 (Fig. 13, Diagramm »cx<) und mit der Amplitude U\. Die Vorderflanke und die Hinterflanke des gebildeten Impulses 32 entsprechen den zwei Abschnitten der Umhüllenden 17, derein Enden auf zwei Amplitudenniveaus £Ί und £2 (Fig. 13, Diagramm »bv) liegen.

Hierbei erfolgt die Formierung der Vorderflankc dieses Impulses im Zeitpunkt t\, vom Beginn der Einführung der akustischen Schwingungsimpulse 5 (F i g. 5) in die Behälterwand 3 gerechnet. Der Zeitpunkt t\ ergibt sich aus der Beziehung:

Die Formierung der Hinterflanke des erwähnten Impulses erfolgt in ähnlich gezähltem Zeitpunkt t₂:

In

/, = τ fr

Hierbei ist

Γ,,,, = kyli K₁₁,

(501

(511

— die Maximalamplitude der Umhüllenden 17 des akustischen Inipulsnachhalls beim Anfangswert Zm der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Mediums 6 im Behälter, d. h. bei

z, = 0.

Die Dauer It = /> — Λ des erzeugten elektrischen Impulses 32 hängt von den Änderungen Δζ\ der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes 6 und dementsprechend von den Änderungen der Eigenschaften dieses Stoffes ab:

(52|

Die Änderung Δτ* der Dauer dieses Impulses, die durch Abweichungen Az\ der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes 6 hervorgerufen wird und wie folgt beschrieben wird

U, = ^r'⁴ · ^lr' (53)

betraut

Dabei ist

^lr4 = I¹V

Ir,

die partielle Ableitung von r₄ nach — und /«', der

ι» Lmpfindlichkeitsl'aktor der Kontrolle von SlolTeigensehaften, der sich aus dem folgenden Ausdruck ergibt:

ΙηΛ 'j¹

£„■

Der anfängliche Empfindlichkeitsfaktor ß_os der Kontrolle, d.h. der Wert des Faktors ß_} bei geringen _> <> Abweichungen der akustischen Impedanz z, von ihrem Anfangswert,kann wie folgt ausgedrückt werden:

In²

156)

1{k,'

Der Empfindlichkeitsfaklor ß, der Kontrolle der betreffenden Stoffeigenschaft, ebenso wie sein Anfangs-

1X29.7 wert ßos, sind negative Größen, da die Dauer Γ4 des elektrischen Impulses 32, der in der zur Begrenzung der Umhüllenden 17 vorgesehenen Begrenzerschaltung 31 (F i g. 5) geformt wird, mit Erhöhung der akustischen Impedanz z\ abnimmt.
Bei den typischen Größen der Parameter

-- 0.95:

t'„

= 0.3

beirauen die genauen Weile der Hmplindlichkeilsfaktoren ,.'„, = - I829.X

0.06

(1-2 ¹J¹Ul 19.502 In (l 2 ¹J¹)! (l 2 ¹J¹)'

Der sich aus den Beziehungen (7) und (54) ergebende nachstehende Ausdruck bestimmt den relativen Empfindlichkeitsfaktor ß_iq der Kontrolle der Konzentration von flüssigen Losungen, welcher der Zunahme Δτα entspricht, die auf eine Einheit der Lösungskonzentra-

''■<■/

I U "I

Die Werte des Faktors β_iq und der Änderung Δτ* der Dauer des Impulses 32 am Ausgang der zur Begrenzung der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls vorgesehenen Begrenzerschaltiing 31 bei einer Ände-

Tahelle 3

tion q und auf die Zeit r bezogen wird, in der die akustischen Schwingungen die Wand 3 des Behälters mit der zu kontrollierenden Lösung doppelt durchlaufen:

rung der Konzentration q einiger schwacher wäßriger Lösungen um 1 g/l in einem Stahlbehälter mit einer Wanddicke von d = 12 mm sind für die typischen Paramelerwertc nach (57) in der Tabelle J aufgeführt.

'I

l'i

	ΛΙΙΙΙΜΙΙΙΜΗΙΙ -nil.ill...1111-	I nit ImI μ,ΙΙ.ιμ	\llllll>Mll.lk III- I,.-11.If	S.il/viu 1.1 .J
	0.0302	0.01 IS	0.002¹Hi	0.0207
/I	0.1 M	(M)(,(I7	0.0121	0.0X49

ViIiIi Ausgang der Ik'gien/i-isi Ιι.ιΙΐιιημ 11 gcl.ingl der lni|iiils 12 mil der Dauer /1 und tier Amplitude / Ί /um liiliirm.iliiinssigMiiliimliiriiier 14, iki i'ini¹ Si Ii.iIimiij' /ur nii'ssuiig der D.iuer ek'kli im Iu 1 Impulse 11.1 rs till I. In der v.m i.inle ili'i Γίιιικ Ιιΐιιιιμ n.it Ii ΙΊ).¹. Ί Ικ·|·ι dieser Sili.illiiug zur Impiilsil.iiiennessiing ein llllegr.i lor 21 /UfMiIi(Ie |)iiu Ι.ιημ.ιημ dieses Inlegr.itms 21 λ iid der Impuls 12 mil der I olgepei iode /(I ig. 11. I )i. 11¹1.1111111 i>.;i<) iiln r einen I mitlerl'olger 12 (I ig ")) Wim Ausg.ill/· der Im die I inluillende 17 des .ikuslisi Ilen

Impulsnachhalls vorgesehenen Hüllkurven-Begrenzerschaltung 31 zugeführt. Im Integrator 21 werden die elektrischen Impulse 32 in elektrische Gleichspannung mit der Amplitude E₃ (Fig. 13, Diagramm »e«) umgewandelt, die der Dauer T₄ und der konstanten Amplitude U\ proportional ist:

(60)

wobei JtioeJi Proportionalitätsfaktor ist

Das Informationssignal 20 (F i g. 5), dessen Amplitude Es dem Wert der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft proportional ist, gelangt zur Meßeinheit 23. In der Meßeinheit 23 wird das Informationssignal 20 amplitudenmäßig mit dem Ausgangssignal des Referenzsignalformers 30 verglichen, wobei die Amplitude E03 (F i g. 13, Diagramm »/«) des in diesem Signalformer 30 erzeugten elektrischen Referenzsignals wie folgt eingestellt wird:

_{Ε(π =} k,»U_x

Γ "⁴"

wobei gemäß der Gleichung (52)

(61) chung der betreffenden Eigenschaft des im Behalter befindlichen Stoffes 6 oder die Größe dieser Abweichung vom Anfangswert in gewünschter Form registriert

Die beschriebene Ausführungsvariante der Einrichtung wird bevorzugt zur Kontrolle des Zustands und der Eigenschaft von Stoffen in Systemen zur Optimierung von technologischen Prozessen sowie zur Kontrolle der Trenngrenze von Medien (Gas — Flüssigkeit oder Flüssigkeit — Flüssigkeit) angewandt.

Eine Änderung des Anfangswertes Um der Maximalamplitude der Umhüllenden 17 bei gewissen Verhältniswerten der Parameter des zu kontrollierenden Stoffes 6 und des in die Behälterwand 3 eindringenden akustischen Schwingungsimpulses 5 kann zur Änderung der Empfindlichkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaften, z. B. der Konzentration q flüssiger Lösungen führen.

Dias Verhältnis Θ, der Größe 4^- der durch eine

Abweichung vom Anfangswert LOo der Maximalamplitude der Umhüllenden 17 hervorgerufenen relativen

In

Änderung von jSj zur Größe

der relativen

+ T

V tu/

Änderung d^s Maximalamplitudenwertes Um dieser Umhüllenden 17 kann durch folgenden Ausdruck dargestellt werden

In χ

S lh

MMl ' l'.\

ι'λ ' MiO

(63)

(62) in dem -gfj— die partielle Ableitung vom Empfindlich

Das Diffcrenzsignal E₁₁ = Ea - Ej wird dem Registriergerät 24 zugeführt, das die vorhandene Abweikeitsfaktor ßs der Kontrolle von Stoffeigenschaften r. nach dem Anfangswert Um der Maximalamplitude der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls ist. Die partielle Ableitung von ]3j nach LOo beträgt:

(64)

Bei Berücksichtigung dieser Größe nimmt der Ausdruck (62) für das Verhältnis θ, der realtiven Änderungen des Empfindlichkeitsfaktors ß, der Kon- π trolle von Sloffeigenschaften und der Größe Um die Form an:

11kl bei isl

(65)

166) der Kontrolle von Stoffeigenschaften und der Größe Um vereinfacht werden

In

(68)

/·/:, In- j χ (l 2 ';')|

Da bei ilen typischen Weilen von λ, - und l-'/lL,. /. 15. rutil (57), '

i'l I llllll it,

'(■•'■J «·

lsi. k;iiiii tier Ausdruck (b^r>) iiir das Verh.illius O₁ um ul.iliveii Äikleningen lies !!πιρίϊικΙΙίι 'likeilsl'akioi s ,i:

Aus diesem Ausdruck (68) folgt, daß falls das untere Aniplitudenniveau £1 für die Begrenzung der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls kleiner als

~ (mit c als Basis des natürlichen Logarithmus)

gewählt wird, die relative Änderung der Empfindlichkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaften nicht höher als die relative Änderung des Anfangswertes LOo der Maximalampiiiiidc der Umhüllenden 17 liegen wird. Für die im Ausdruck ("57) angegebenen typischen Werte der Parameter λ und E/Um ergibt sich beispielsweise bei fiinfpro/entiger Änderung der Größe ll_m eine Änderung der Empfindlichkeit der Kontrolle von Sloffeigenstlijiien um 2,J%.

/iir Beseitigung von fehlern, die durch die erw.ihnte Änderung der l\niplnidlii hkeil der Kontiolle von Sloffcigenschaflen infulge der Inkonstan/ der (ImIk-ί',ι,ι hervorgerufen werden, wird der unten.· IVj:el der /wei Begren/iingsiiive;iiisder Umhüllenden 17 in seiner

Amplitude E\ den Änderungen der Maximalamplitude Ua der Umhüllenden 17 proportional veränderlich eingestellt. Die Einrichtung zur Kontrolle von Stoffeigenschaften erhält dazu den Spitzendetektor 25 (F i g. 6) für die Umhüllende des akustischen Impulsnachhalls, der ί zur Regelung des unteren Amplitudenpegels der erwähnten herausgelösten Abschnitte der Umhüllenden 17 dient. Am Ausgang des Spitzendetektors 25 entsteht ein Gleichstromsignal 26 (Fig. 13, Diagramm »c/«) mit der Amplitude κι

Dieses Signal 26 gelangt zum Emitterfolger 27 (F i g. 6), an dessen Ausgang man ein Steuersignal mit der π Amplitude

- 2

(69)

erhält, wobei ai ein Proportionalitätsfaktor ist. :o

Weiterhin gelangt das Steuersignal Ei zur Begrenzungsschaltung 33, die zum Beschneiden der Umhüllenden 17 auf dem unteren Amplitudenniveau dient, und wird in dieser Schaltung 33 zu diesem Beschneiden der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls auf 2~i dem unteren Pegel benutzt. Die Dauer τ* (Fig. 13, Diagramm »a<) des von der Begrenzungsschaltung 33 (F i g. 6) geformten Impulses 32 ergibt sich dabei aus dem Ausdruck:

Inn·.

+ τ'(I -ti,). (70)

Die Größe des in der Meßeinheit 23 erzeugten r> Differenzsignals E₁, = Eoj — E_s beträgt gemäß den Beziehungen (60) und (61):

(71)

oder mit Berücksichtigung der sich nach aus dem Ausdruck (70) ergebenden Gleichung

ln<(
In λ In

_:lnfl - 2 '"¹ j χ Μ - 2 ¹J

(72)

Bei der beschriebenen Variante des Verfahrens und ^ der entsprechenden Ausführung der Einrichutng zur Kontrolle der Eigenschaften eines im Behälter befindlichen Stoffes 6 weist die Größe des Empfindlichkeitsfaktors /?4 dieser Kontrolle keine Abhängigkeit vom Anfangswert t/oo der Maximalamplitude der Umhüllen- mi den 17 des akustischen Impulsnachhalls auf:

1
r

2 In«,

— I h

Die Formierung eines elektrischen Signals mit der Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes kann auch durchgeführt werden, indem man aus der Hinterflanke einer der Umhüllenden (17) des akustischen Impulsnachhalls einen Abschnitt herauslöst, dessen Enden auf zwei Amplitudenniveaus Ei und E₂ (Fig. 14, Diagramm »tx<) liegen, die wenigstens eine Größenordnung kleiner als die Maximalamplitude U₀ dieser Umhüllenden 17 sind, indem man einen dem herausgelösten Abschnitt entsprechenden elektrischen Impuls 36 (Diagramm »e«) formiert, einen elektrischen Referenzimpuls 38 (Diagramm »/«) im Zeitpunkt bildet, der einer Lage des geformten elektrischen Impulses 36 im Arbeitsbereich der Kontrolle entspricht, und indem man das Zeitintervall zwischen diesen Impulsen mißt.

Hierbei wird mit Hilfe der zur Begrenzung der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls auf zwei Amplitudenpegeln bestimmten Begrenzerschaltung 31 ein elektrischer Impuls 32 formiert. Die Hinterflanke des Impulses 32 (Fig. 14, Diagramm »c«) entspricht dem auf der Hinterflanke der erwähnten Umhüllenden 17 liegenden Abschnitt, dessen Enden auf zwei Amplitudenniveaus E\ und E₂ (Diagramm »ix<) liegen. Die Formierung dieser Hinterflanke erfolgt im Zeitpunkt ^, der sich aus der Beziehung (50) ergibt. Der geformte Impuls 32 gelangt zur Differenzierschaltung 35 (F i g. 7) und wird nach der Differenzierung in zwei Spannungs-Nadelimpulse (Diagramm »cfa) umgewandelt, die der Vorderflanke und der Hinterflanke dieses Impulses entsprechen. Aus dem hinteren Nadelimpuls wird am Ausgang der Differenzierschaltung 35 ein Impuls 36 (Fig. 14, Diagramm »e«) erzeugt, der im zeitlichen Abstand h vom Beginn der Einführung des akustischen Schwingungsimpulses 5 (Fig.7) in die Behälterwand 3 liegt. Weiterhin gelangt der Impuls 36 zum Eingang der Meßeinheit 23. Dabei wird dem anderen Eingang der Meßeinheit 23 ein elektrischer Referenzimpuls 38 (Fig. 14, Diagramm »«<) zugeführt, der mit einer zeitlichen Verzögerung von Γ5 am Ausgang der zur Verzögerung der elektrischen Impulse des Generators 1 vorgesehenen Zeitverzögerungseinheit 37 (F i g. 7) erzeugt wird. Auf den Eingang des zur Zeitverzögerungseinheit 37 gehörenden Impulsformers 39 für Impulse mit vorgegebener Dauer werden hierbei elektrische Impulse 4 des Generators 1 gegeben. Der Impulsformer 39 erzeugt Impulse 40 (Fig. 14, Diagramm »^r«), deren Dauer ri gleich einem Wert Un der Zeit ti eingestellt wird, in der die Formierung des elektrischen Impulses 36 (Diagramm »e«) im Arbeitsbereich der Kontrolle der betreffenden Eigenschaft des im Behälter befindlichen Sioffcs 6 erioigi. Ais soldier Zeitwert kann die Zeit t₂ beim Anfangswert Z₀, der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes dienen, also

r In

^T5 = '(12 =

V₁

im '

In

(741

(73)

Vom Ausgang des Impulsfprmers 39 (Fig. 7) gelangen die Impulse 40 zu einer Differenzierschaltung 41. Nach der Differenzierung jedes Impulses 40 entstehen Spannungs-Nadelimpulse (Fig. 14, Diagramm »Λ«), die der Vorderflanke und der Hinterflanke des Impulses 40 entsprechen. Aus dem hinteren Nadelimpuls wird in der Differenzierschaltung 41 (Fig. 7) der Referenzimpuls 38(Fig. 14, Diagramm »/<;) geformt, der in Bezug auf den Zeitpunkt der Einführung

des akustischen Schwingungsimpulses 5 (F i g. 7) in die Behälterwand 3 um die Zeit T5 verzögert ist.

Unter Einwirkung des elektrischen Impulses 36 und des elektrischen Referenzimpulses 38, die den Eingängen der Meßeinheit 23 zugeführt werden, formiert die Meßeinheit 23 einen elektrischen Rechleckimpuls (Fig. 14, Diagramm »j«) mit der Amplitude U₂ und mit der Dauer T₆, die dem Zeitintervall zwischen dem elektrischen Impuls 36 und dem elektrischen Referenzimpuls 38 entspricht:

In* In L M -2 --M

(75)

Aus der Gleichung (75) folgt, daß die Dauer r₆ des geformten Rechteckimpulses eine proportionale Abhängigkeit von den Änderungen ΔΖ\ der akustischen Impedanz des zu untersuchenden Stoffes 6 und dementsprechend von dem Wert der zu kontrollierenden Eigenschaft dieses Stoffes aufweist. Dabei ergibt sich der Empfindlichkeitsfaktor /S₅ der Kontrolle von Stoffeigenschaften aus der Gleichung

2In ^

(7(S)

Nach dem Betrag unterscheidet sich der Faktor /?₅ vom Empfindlichkeitsfaktor /J₄ der Kontrolle von Stoffeigenschaften nur unbedeutend. Allgemeine Werte des letzteren für typische Größen der Parameter « und Ei/Uoo sind im Ausdruck (57) angegeben, und seine Werte bei der Kontrolle der Konzentration einiger Lösungen sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Im Falle der Anwendung eines Digitalgeräts in der Funktion des Registriergeräts 24 wird der erwähnte Rechteckimpuls (Fig. 14, Diagramm »» unmittelbar als elektrisches Standardsignal verwendet. Dabei liefert das Registriergerät 24 (F i g. 7) an seiner Anzeigetafel und auf einer Lochkarte die digitale Information über die Dauer Tt des angekommenen Impulses und folglich über den Wert der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft, z. B. der Konzentration q.

Wird ein Registriergerät 24 mit analoger Informationsausgabe verwendet, so werden die elektrischen Rechteckimpulse in der Meßeinheit 23 in das Gleichstrom-Standardsignal umgewandelt, dessen Spannung Ei der Dauer Tb der Rechteckimpulse proportional ist. Bei der Umwandlung mittels der Integration beträgt die Spannung F₃(F i g. 14, Diagramm »«<):

U₁ f.

(77)

Die beschriebene und in F i g. 7 dargestellte Ausführungsvariante der Einrichtung wird vorzugsweise zur Feststellung von Abweichungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft von ihrem Anfangswert und zur Bestimmung der Richtung (des Vorzeichens) dieser Abweichungen sowie zur diskreten Niveauangabe bei flüssigen Medien angewandt.

Diese Variante der Einrichtung kann außerdem zur wertmäßigen Beurteilung der Abweichungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft von ihrem Anfangswert bei geringen zeitlichen Änderungen des Anfangswertes Uoo der Maximalamplitude bei der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls benutzt werden. Bei größeren Änderungen der Größe LOo in der Zeit und bei einigen Zusammenhängen der Parameter dieser Einrichtung kann sich bei der Messung der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft eine Nulldrift ergeben. Diese Nulldrift kann bei einer Inkonstanz der Größe r_oj entstehen, die durch Änderungen der Amplitude B der in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulse und durch entsprechende Änderungen der Größe U₀₀ hervorgerufen werden kann.

Das Verhältnis Θ2 der sich bei der Messung

ergebenden Nulldrift zum Bereich ~ der kontrollierbaren Änderungen der akustischen Impedanz bei dem zu untersuchenden Stoff pro Einheit der relativen Änderung des Anfangswertes U₀₀ der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls wird durch den Ausdruck

U₁₁,

^u"ⁿpoL

(78)

Ir₁-O

beschrieben, in dem ßos der Anfangswert des Empfindlichkeitsfaktors ßs der Kontrolle von Stoffeigenschaften ist:

•2 In

\ U₁₁

/'05 =

In-,

Da gemäß der Gleichung (74)
("t,_l2 _ τ

'"Ul(I Ul(I Il

(79)

(80)

ist, so führt das Einsetzen des Wertes von /?₀5 aus der ^4> Gleichung (79) und des erhaltenen Wertes von ^r- in die Beziehung(78) zum Ergebnis:

Aus der erhaltenen Beziehung folgt, daß die Nulldrift

bis zu einer vernachlässigbar kleinen Größe reduziert werden kann, wenn der Parameter α genügend nahe der Eins gewählt wird. So ist die Größe B₂ bei λ = 0,98 und £i/i/oo = 0,1 gleich 0,00428. Hierbei führt eine relative Änderung der Größe LOo um 5% zu einer Nulldrift, die

bo einer Änderung des Verhältnisses der akustischen Impedanz Z₂ des zu kontrollierenden Stoffes zur akustischen Impedanz der Behälterwand 3 um eine kleine Größe von 2,14 - ΙΟ-⁴ entspricht Zum Beispiel

im Falle der Kontrolle der Konzentration q einer

wäßrigen Aluminiumsulfatlösung liegt die Größe 2öf- der Nulldrift Aq₀ bei einer Änderung von LOo um 5% unter 0,5 g/l.

Die praktisch vollständige Beseitigung der Nulldrift bei der Messung von Stoffeigenschaften wird erreicht, indem man die Formierung des elektrischen Referenzimpulses 38 (Fig. 14, Diagramm »/«) mit einer Zeitverzögerung von η durchführt, die der Änderung der Maximalamplitude U₀ der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls proportional ist.

Zu diesem Zweck wird im Spitzendetektor 25 (F i g. 8) aus der vom Ausgang des Hüllkurvendemodulators 16 gelieferten Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls das elektrische Gleichstromsignal 26 (F i g. 14, Diagramm »/«) geformt. Dieses elektrische Signal 26 mit der Amplitude

gelangt über den Emitterfolger 27 (F i g. 8) zum Eingang der Einheit 42, die zur Steuerung der zeitlichen Verzögerung 7:5 der elektrischen Impulse dient. Das Ausgangssignal der Einheit 42 wird dem gesteuerten Eingang des Impulsformers 39 zugeführt. Der letztere liefert die Impulse 40, deren Dauer τ% wie folgt mit dem elektrischen Signal 26 verknüpft ist:

^r5 =

+ «.1 Un

(82)

Hierbei sind

ros die der zeitlichen Verzögerung und
a3 der Proportionalitätsfaktor der Zeitverzögerungsregelung.

Der in der Differenzierschaltung 41 aus dein Impuls 40 geformte elektrische Referenzimpuls 38 ist in bezug auf den Zeitpunkt der Einführung des akustischen Schwingungsimpulses S in die Behälterwand 3 um die Zeit verzögert, die der Dauer rs des Impulses 40 (F i g. 14, Diagramm »g«) entspricht.

Unter Einwirkung der auf die Eingänge der Meßeinheit 23 (F i g. 8) gegebenen elektrischen Impulse 36 (Fig. 14, Diagramm »e«) und der elektrischen Referenzimpulse 38 (Diagramm »«<) entsteht in der

Meßeinheit 23 (Fig. 8) ein Rechteckimpuls mit der Dauer:

T„ =.r_Ä -I₁ = r_M

. (83)

Diese Dauer weist wie bei der vorher beschriebenen Variante der Einrichtung eine proportionale Abhängigkeit von den Änderungen der akustischen Impedanz Az\ des zu untersuchenden Stoffes 6 und dementsprechend von den Änderungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft, z. B. der Konzentration q der flüssigen Lösung auf.

Die Werte der Gleichkomponente tos der zeitlichen Verzögerung und des Koeffizienten aj der proportionalen Zeitverzögerungsregelung lassen sich durch Lösung des folgenden Gleichungssystems ermitteln:

.z, -0

In \ <^οο,.-₀ ' Uw in χ

(85)

Da die Größe LOo in gewissen Grenzen (gewöhnlich nur um einige Prozent) veränderlich vorausgesetzt wird, benutzt man anstelle von Um den Wert L/000, der dem Anfangswert von LOo entspricht. Hierbei sind

(86)

"^{)5 =} in\ lⁱ⁺ⁱⁿ(^x tj;-,)]-

Unter Berücksichtigung der erhaltenen Werte von aj,

4i) tos und des Wertes LO von der Gleichung (22) ergibt sich die Dauer r& des in der Meßeinheit 23 (Fig.8) geformten Rechteckimpulses (Fig. 14, Diagramm »j«) gemäß der Gleichung (83) zu

Um

(88)

Dabei ist der ErnpfindüchkcitsfaktGr j?, der Kontrolle von Stoffcigcnschaftcn durch den Ausdruck gegeben:

(89)

Der sich bei Δζ\ = 0 und L/00 = L/000 ergebende Anfangswert des Empfindlichkeitsfaktors /Joe beträgt:

In

/^; ₀₆ = 2In -λ

(90)

Aus diesen Beziehungen folgt, daß die Empfindlichkeit der Kontrolle von Stoffeigenschaften in diesem Falle sich ebenfalls nur unwesentlich von der Empfindlichkeit der Kontrolle bei der vorher beschriebenen Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig.5 unterscheidet. So ändert sich die Größe des Empfindlichkeitsfaktors ßoi der Kontrolle mittels der zuletzt beschriebenen Variante der Einrichtung bei den Parametern λ = 0,95 und E₁ZU₀O = 0,1 von 1829,8 bis 17912, d.h. nur um Zl %.

Bei praktisch gleichbleibender Empfindlichkeit der Kontrolle wird hier eine bedeutende, mehr als um eine Größenordnung stärkerer Abschwächung der Nulldrift erreicht. Das Verhältnis ds der Nulldrift zum Bereich

'-— der kontrollierbaren Änderungen der akustischen

Impedanz des betreffenden Stoffes 6 pro eine Einheit der relativen Änderung des Anfangswertes U₀₀ der Hüllkurvenamplitude des akustischen Impulsnachhalls (der Umhüllenden 17) beträgt: m

(91)

Die partielle Ableitung nach dem Parameter Uoo von der Dauer r_b des in der Meßeinheit 23 geformten Impulses wird bei einem der Null zustrebenden Wert von Az\ gemäß der Gleichung (88) wie folgt definiert:

(92)

Auf Grund der erhaltenen Beziehung (92) und des Wertes des Koeffizienten /S«, nach der Gleichung (90) kann deswegen die Größe des Verhältnisses θ₃ folgenderweise dargestellt werden:

H, =

In

Ml

(93)

kleiner wird. Bei einer fünfprozentigen Änderung von L/00 wird die Nulldrift beispielsweise etwa 20mal kleiner und stellt eine geringe Größe dar, die keinen Einfluß auf auf die Genauigkeit der Messung ausübt

Die Formierung des elektrischen Signals, das die Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes trägt, kann auch dadurch erfolgen, daß aus der Hinterflanke einer der Umhüllenden (17) des akustischen Impulsnachhalls ein Abschnitt mit der Dauer Ty (F i g. 15. Diagramm »6«) herausgelöst wird, die ungefähr der doppelten Laufzeit τ des akustischen Schwingungsimpulses 5 (Fig. 8) beim Durchlauf der Behälterwand 3 entspricht, wobei dieser Abschnitt von der Vorderfront dieser Umhüllenden 17 in einem zeitlichen Abstand Hegt, der wenigstens eine Größenordnung länger als die Zeit τ des doppelten Durchlaufs der Behälterwand 3 durch den akustischen Schwingungsimpuls 5 ist, und daß die Maximalamplitude LZ₁ der Umhüllenden 17 in diesem Abschnitt ermittelt wird.

Diese Art der Formierung des elektrischen Signals mit der Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes wird in der Variante der Einrichtung realisiert deren Blockschaltbild in Fig.9 gezeigt ist

In dieser Ausführungsvariante wird aus der Hinterflanke der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls mit Hilfe des durch einen Selektorimpuls 46

(Fig. 15, Diagramm »0«) gesteuerten Selektorverstärkers 47 ein Abschnitt η Form eines einzelnen Impulses 48 (Diagramm »c/«) herausgelöst.

Der Selektorimpuls 46 wird vom zweiten Generator 45 (Fig.9) erzeugt, der durch den Impuls 4 (Fig. 15, Diagramm »a«) des Generators 1 (Fig.9) mit einer zeitlichen Verzögerung Ts (Fig. 15, Diagramm »c«) angestoßen wird, die in der zweiten Zeitverzögerungseinheit 44 (Fig.9) festgelegt wird. Der Wert r₈ der Zeitverzögerung wird als Vielfaches der Zeit τ eingestellt, in der der akustische Schwingungsimpuls 5 die Behälterwand 3 zweimal durchläuft:

¹N = h,T .

(94)

Hierbei ist b\ ein Multiplizitätsfaktor, der einer vorgegebenen ganzen Zahl entspricht.

Die Dauer T7 des Selektorimpulses 46 (Fig. 15,

Diagramm »cw) wird dabei annähernd gleich der

in erwähnten Zeit τ eingestellt, in der der akustische Schwingungsimpuls 5 die Behälterwand 3 zweimal

durchläuft.

Beim Impuls 48 (Diagramm »d«), der dem herausgelösten Abschnitt der Umhüllenden 17 des akustischen :"i Impulsnachhalls entspricht ist die Dauer gleich der Dauer r? des Selektorimpulses 46 (Diagramm »cw) und die Amplitude (Λ der Amplitude Uj des herausgelösten Abschnitts der erwähnten Umhüllenden 17 proportional.
κι Hierbei ist

Der Vergleich der Beziehungen (81) und (93) für die Größen Θ2 und Θ3 ergibt, daß die Nulldrift beim Einsatz der Zeitverzögerungsregelung in der Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig.8 und bei sonst η gleichen Bedingungen um

Li₁ = k_n L/,.

(95)

wobei K\ 2 einen Multiplizitätsfaktor bedeutet.

Die Maximalamplitude Ui, des Impulses 48, der dem herausgelösten Abschnitt der Hinterflanke dieser Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls entspricht, weist folgende Abhängigkeit von den Änderungen Az\ der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes aus:

¹- (

1-2

(96)

Der Impuls 48, dessen Amplitude LZ₄ eine Funktion von der betreffenden Eigenschaft des zu kontrollierenden Stoffes 6 darstellt gelangt vom Ausgang des Selektorverstärkers 47 (F i g. 9) zum Eingang des Spitzendetektors 49. Dieser formiert aus dem angekommenen Impuls 48 das elektrische Informationssignal 20 in Form einer Gleichspannung (F i g. 15, Diagramm »e«).

Die Amplitude dieser Spannung Ej entspricht der Amplitude Ua des erwähnten Impulses 48.

Vom Ausgang des Spitzendetektors 49 (F i g. 9) wird das Informationssignal 20 der Meßeinheit 23 zugeführt, in der seine Amplitude mit der Amplitude E₄ (Fig. 15, Diagramm »/«) des vom Signalformer 30* gelieferten elektrischen Referenzsignal verglichen wird. Das Differenzsignal E„ = E* — E_} gelangt vom Ausgang der Meßeinheit 23 zum Registriergerät 24, dessen Anzeige die zu kontrollierende Eigenschaft des im Behälter eingeschlossenen Stoffes 6 charakterisiert.

Der Empfindlichkeitsfaktor βη der Kontrolle der betreffenden Stoffeigenschaft ergibt sich hierbei aus dem folgenden Ausdruck:

<^1V±

^J± (97)

Dabei bezeichnet H₀₄ die Werte von Ua bei,
und Δ Uoo = 0.

Berücksichtigt man, daß

= 0

(98)

(99)

erzeugt, der durch die vom Generator 1 gelieferten elektrischen Impulse 4 angestoßen wird, welche über eine dritte Zeitverzögerungseinheit 51 zur Verzögerung der elektrischen Impulse um die Zeit Γ9 zugeführt werden. Diese Verzögerungszeit wird als Vielfaches der Zeit τ eingestellt, in der die akustischen Schwingungen die Behälterwand 3 zweimal durchlaufen:

(ΙΟΙ)

sind, so läßt sich die Beziehung (97) für den Faktor 07 wie folgt umformen:

-2^i (100)

Die Anwendung der beschriebenen Ausführungsvariante der Einrichtung ermöglicht die Durchführung einer effektiven Kontrolle von Trennflächen zweier unmischbarer Flüssigkeiten sowie eine diskrete Anzeige des Niveaus von Flüssigkeiten und die Lösung anderer technischer Aufgaben.

Die Feststellung von vorhandenen Änderungen der zu kontrollierenden Eigenschaft des betreffenden Stoffes 6 von ihrem Anfangswert und die Messung der Größe dieser Änderungen z. B. bei der Konzentration q von flüssigen Lösungen können mit der zuletzt beschriebenen Variante der Einrichtung ebenfalls vorgenommen werden, wenn der Anfangswert LOo der Maximalamplitude der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls konstant ist. Eine Inkonstanz der Größe Uoo führt bei der Messung von Werten der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft zur Nulldrift, die

die relative Änderung

15

2(1 wobei bi = 1; 2... ein Multiplizitätsfaktor ist

Die Dauer rio des Selektorimpulses 53 (Fig. 15, Diagramm »g«) wird annähernd gleich der Zeit τ eingestellt, in der die akustischen Schwingungsimpulse 5 die Wand 3 des Behälters mit dem zu kontrollierenden Stoff 6 zweimal durchlaufen.

Im herausgelösten zusätzlichen Abschnitt der Hinterflanke der Umhüllenden 17 ist die Maximalamplitude Us (Diagramm »Zx<) der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls durch den folgenden Ausdruck gegeben:

(102)

Die Amplitude Ub des Impulses 55 (Diagramm »Λ«), der dem zusätzlichen Abschnitt der Umhüllenden 17 entspricht, ist der Maximalamplitude Us dieser Umhüllenden 17 (Diagramm »ίκ<) im zusätzlichen Abschnitt proportional:

J(I = A._u U_m

(103)

3 j

U₀₀

beträgt, wobei
E. U₀₀

der Größe LOo ist.

Die durch eine Inkonstanz der Größe LOo z. B. infolge einer Amplitudeninstabilität der in die Behälterwand 3 eingeführten akustischen Schwingungsimpulse 5 hervorgerufene Nulldrift der Messung der zu kontrollierenden Eigenschaft eines Stoffes 6 kann in diesem Falle vollständig beseitigt, werden, indem man zwischen dem Hauptabschnitt der Umhüllenden 17 und ihrer Vorderflanke einen zusätzlichen Abschnitt der Umhüllenden 17 4 > herauslöst, der vom Hauptabschnitt dieser Umhüllenden 17 in einer Entfernung liegt, die ein Vielfaches der Zeit r des doppelten Durchlaufs der Behälterwand 3 durch den akustischen Schwingungsimpuls 5 ist, und indem man aus dem herausgelösten zusätzlichen so Abschnitt der Umhüllenden 17 ein elektrisches Referenzsignal formiert.

Eine derartige Formierung des elektrischen Referenzsignals, die bei der Messung von Werten der zu kontrollierenden Eigenschaft des Stoffes 6 die Beseiti- Yi gung der Nulldrift ermöglicht, wird in der Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig. 10 wie folgt realisiert.

Mit Hilfe des durch Selektorimpulse 53 gesteuerten zweiten Selektorverstärkers 54 für die Amplitude der mi Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls wird aus der Hinterflanke dieser Umhüllenden 17 ein zusätzlicher Abschnitt herausgelöst, dem ein Impuls 55 (Fig. 15, Diagramm »Λ«) entspricht. Dieser Abschnitt befindet sich zwischen dem im Zeitintervall <i^r> τ« — (τ« + τ j) liegenden Hauptabschnitt der Umhüllenden 17 und ihrer Vorderflanke. Der Impuls 53 wird von einem dritten Selektorimpulsgenerator 52 (Fig. 10) geformt.

wobei k\3 ein Proportionalitätsfaktor ist.

Der erwähnte Impuls 55 wird vom Ausgang des zweiten Selektorverstärkers 54 (Fig. 10) dem Eingang des für den herausgelösten Abschnitt der Umhüllenden 17 vorgesehenen zweiten Spitzendetektor 56 zugeführt, in dem er in eine Gleichspannung £5 (Fig. 15, Diagramm »/«) umgewandelt wird, deren Amplitude der Maximalamplitude ίΛ des Impulses 55 (Diagramm »Λ«) gleich ist. Die erzeugte Spannung wird zum Emitterfolger 57 (F i g. 10) übertragen, der aus dieser Spannung ein elektrisches Referenzsignal mit der Amplitude G (F i g. 15, Diagramm »/< <) formiert, die der Amplitude U_b des Impulses 55 (Diagramm »Λ«) proportional ist:

(1-2 ^

. (104)

wobei Am ein Proportionalitätsfaktor ist.

Die Proportionalitätsfaktoren Au, Αμ werden hierbei so eingestellt, daß die am Ausgang der Meßeinheit 23 (Fig. 10) erhaltene Differenz E₁₁ aus dem elektrischen Referenzsignal (Fig. 15, Diagramm »/<<) und dem elektrischen Informationssignal 20 (Diagramm »e«) beim Anfangswert zöi der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes 6 (d. h. bei Δζ\ — 0) gleich Null ist:

Mu = A₁, χ'''-^ (105)

Das elektrische Referenzsignal (Diagramm »/«) wird also mit der Amplitude

-Λ¹»

Das dem Registriergerät 24 (Fig. 10) zugeführte Differenzsignal E_u weist folgende Abhängigkeit von den Änderungen Δζ-, der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes 6 auf:

(107)

Der Empfindlichkeitsfaktor ßg der Kontrolle der betreffenden Stoffeigenschaft ist hierbei durch die Beziehung gegeben:

/^;8 = 77—

Dank der Beseitigung der Nulldrift bei der Messung kann die beschriebene Ausführungsvariante der Einrichtung mit Erfolg nicht nur für die Kontrolle der Trenngrenze zwischen zwei unmischbaren Flüssigkeiten und zur diskreten Anzeige von Flüssigkeitsniveaus in Behältern benutzt werden, sondern auch zur Feststellung von Abweichungen der zu kontrollierenden Stoffeigenschaft von ihrem Anfangswert sowie zur Ermittlung der Größe dieser Abweichungen z. B. bei der Kontrolle von Abweichungen der Konzentration q flüssiger Lösungen unabhängig von den Änderungen der Größe LOo verwendet werden. Hierbei wird der 2^r> Einfluß von Änderungen der Bedingungen der Einführung von akustischen Schwingungsimpulsen 5 in die Behälterwand 3 sowie der Einfluß der Amplitudenänderungen dieser Impulse auf die erwähnten Arten der Kontrolle von Eigenschaften des betreffenden Stoffes 6 jo beseitigt.

Der Einfluß solcher Änderungen von Bedingungen der Einführung der Impulse 5 in die Wand 3 und ihrer Amplitude auf die Empfindlichkeit der Kontrolle von Eigenschaften des Stoffes 6 wird bei gleichzeitigem Ji Ausschluß der Nulldrift bei der Messung der betreffenden Stoffeigenschaft durch Teilung von Spannungen mit (108)

den Amplituden £j und £5 (Diagramme »e«, »/«) erreicht, die aus den bei der Selektion des Hauptabschnitts und des zusätzlichen Abschnitts aus der Hinterflanke der Umhüllenden 17 erhaltenen Impulsen 48 und 55 (Diagramme »da, »Λ«) geformt werden.

In der zur Lösung dieser Aufgabe bestimmten Ausführungsvariante der Einrichung nach Fig. 11 erfolgen die Herauslösung des dem zusätzlichen Abschnitt der Umhüllenden 17 entsprechenden Impulses 55 und die Formierung eines Spannungssignals mit der Amplitude £5 (Fig. 15, Diagramm »«) aus diesem Impuls, die der Amplitude U₆ des Impulses 55 gleich ist, mit Hilfe der Reihenschaltung 50 ähnlich der vorher beschriebenen Einrichtung nach Fig. 10. Das erwähnte elektrische Signal gelangt vom Ausgang des zweiten Spitzendetektors 56 zu einem Eingang der Divisionseinheit 58, auf deren zweiten Eingang vom Ausgang des Spitzendetektors 49 das elektrische Informationssignal 20 (F i g. 15, Diagramm »«<) gegeben wird. Am Ausgang der Divisionseinheit 58 (Fig. 11) erscheint das elektrische Signal mit der Amplitude E₆, die dem Quotient von der Division der dieser Einheit 58 zugeführten elektrischen Signale gleich ist:

r- _ I. ; ; Ej _

C₅

"12 *

14 ~O»O f 1-,-fc,

(109)

k\4 ist hierbei ein Proportionalitätsfaktor.

Das elektrische Ausgangssignal der Divisionseinheit 58 gelangt zu einem Eingang der Meßeinheit 23, der es mit dem vom Referenzsignalumformer 30 (Fig. 11) abgegebenen elektrischen Referenzsignal mit der Amplitude £< verglichen wird. Die Amplitude £4 des

E₄ = elektrischen Referenzsignals wird dabei gleich der Amplitude des Ausgangssignals der Divisionseinheit 58 eingestellt, die dem Anfangswert zo\ der akustischen Impedanz des zu kontrollierenden Stoffes 6, also Δ Z] = 0 entspricht:

(HO)

Das Differenzsignal E₁₁ = E₄ - £,, mit der Amplitude

Er =

gelangt vom Ausgang der Meßeinheit 23 zum Registriergerät 24, dessen Skala in den Maßeinheiten der zu kontrollierenden Stoffeigenschaften geeicht ist.

(HD

Der Empfindlichkeitsfaktor /?$ der Kontrolle ergibt sich dabei aus dem Ausdruck:

Mno4 -, / I"Λ Nj V

ZlVi-*,-!

(112)

Bei einer Reihe von zu kontrollierenden Stoffen, deren akustische Impedanz annähernd gleich der akustischen Impedanz der Behälterwand 3 oder höher als diese Impedanz ist, wird das elektrische Signal mit der Information über die Eigenschaften des zu kontrollierenden Stoffes 6 geformt, indem man das

Vorzeichen des Zeitintervalls zwischen den Vorderflanken zweier verschiedenpoliger Umhüllender 17,18 des akustischen Impulsnachhalls ermittelt

In der Ausführungsvariante der Einrichtung nach F i g. 12 wird diese Aufgabe folgenderweise gelöst Ein Normimpulsformer 59 erzeugt einen genormten elektrischen Impuls 60 (Fig. 16, Diagramm »«<), welcher der Vorderflanke der Umhüllenden 17 des akustischen Impulsnachhalls entspricht Ober den Demodulator 61 (Fig. 12) gelangt die zweite Umhüllende 18 des akustischen Impulsnachhalls zum zweiten Normimpulsformer 62, dessen elektrischer Normimpuls 63 (Fi g. 16, Diagramm »«<) der Vorderflanke der zweiten Umhüllenden 18 (Diagramm »d«) des akustischen Impulsnachhalls entspricht

Die genormten Impulse 60 und 63 (Diagramme »cx< und »«<), die den Vorderflanken der Umhüllenden 17 und 18 des akustischen Impulsnachhalls entsprechen, werden von den Ausgängen der Normimpulsformer 59 (Fig. 12) und 62 den Eingängen der Meßeinheit 23 zugeführt Unter Einwirkung der auf die Eingänge der Meßeinheit 23 gegebenen Impulse 60,63 erzeugt diese Meßeinheit 23 einen Rechteckimpuls (Fig. 16, Diagramm »/«), dessen Dauer rn dem Zeitintervall zwischen zwei Normimpulsen 60 und 63 (Diagramme »o«, »e«) gleich ist Das Vorzeichen (positiv oder negativ) des ausgangsseitigen Rechteckimpulses der Meßeinheit 23 (Fig. 12) hängt vom Verhältnis der akustischen Impedanz Z\ des im Behälter befindlichen Stoffes 6 und der akustischen Impedanz ζ der Behälterwand 3 ab. Wenn das Verhältnis Z\lz kleiner als 1 ist, weist dieser Impuls (Fig. 16, Diagramm »/«) die negative Polarität auf.

Ist Z\lz größer als Eins, so ändern sich die Form und die Lage der beiden Umhüllenden 17' und 18', die in den Diagrammen »tn< und »tfe mit Strichlinien angegeben sind. Infolgedessen erfolgt die zeitliche Verschiebung der Normimpulse in die Lagen 60' und 63' (Diagramme »cx< und »e«, gestrichelte Linien). Unter Einwirkung der genormten Impulse 60' und 63' mit veränderter zeitlicher Lage erzeugt die Meßeinheit 23 (Fig. 12) einen positiven Rechteckimpuls (Fig. 16, Diagramm »g«).

Die Rechteckimpulse (Diagramm »Λ< bzw. Diagramm »#«), deren Vorzeichen die Information über die zu kontrollierende Eigenschaft des Stoffes 6 (Fig. 12) trägt gelangen vom Ausgang der Meßeinheit 23 zum Registriergerät 24.

Das beschriebene Verfahren zur Kontrolle von Eigenschaften des im Behälter befindlichen Stoffes, welches in den Einrichtungen nach Fig. 1, 3... 12 verwirklicht wird, ermöglicht eine überaus effektive kontaktlose automatische Kontrolle verschiedener Eigenschaften von Stoffen in Behältern beim Ablauf von technologischen Prozessen in der Hüttenindustrie, bei der Aufbereitung von Rohstoffen, in der chemischen, Erdöl- und Nahrungsmittelindustrie sowie in anderen Industriezweigen.

Hierzu II Hkiit /.eidiniiimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Prüfung von solchen Eigenschaften von in einem Behälter eingeschlossenem Material, deren Änderung mit einer akustischen Impedanzänderung des Materials verbunden ist, bei dem

akustische Schwingungsimpulse in das Material durch die Behälterwand senkrecht zu dieser periodisch eingestrahlt werden und

die Behälterwand durchsetzende akustische Signale empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das Information über die Materialeigenschaften trägt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die die Behälterwand (3} durchsetzenden akustischen Signale nach an Stellen akustischer Impedanzänderung erfolgender Reflexion in der Einstrahlungszone der akustischen Schwingungsimpulse (5) empfangen werden,

daß von den empfangenen akustischen Reflexionsimpulsen nur solche ausgewertet werden, die durch ein- bis mehrfache Reflexion an der inneren Begrenzung der Behälterwand (3) entstehen, und

daß die an sich bekannten Zusammenhänge zwischen bestimmten Größen der aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Maximal- bzw. Minimalamplituden der auswertenden Reflexionsimpulse gebildeten verschiedenpolaren Hüllkurven (17; 18) und der akustischen Impedanz des in dem Behälter (3) eingeschlossenen Materials (6) zur Prüfung der genannten Eigenschaften des Materials (6) verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß als bestimmte Größe einer der Hüllkurven (17; 18) die Fläche (S) zwischen der Hüllkurve und ihrem Nullpegel und hieraus das Verhältnis dieser Fläche (S) zum Zeitintervall ermittelt wird, das dem Zeitabschnitt (T) zwischen zwei nacheinander eingestrahlten akustischen Schwingungsimpulsen (5) proportional ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zusätzlich die Maximalamplitude (Un) der Hüllkurve (17; 18) ermittelt und mit dem genannten Verhältnis verglichen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Ermittlung der bestimmten Größe einer der Hüllkurven (17; 18) an der Vorder- und an der Hinterflanke dieser Hüllkurve ein Abschnitt abgetrennt wird, dessen beide Enden auf zwei gegenüber der Maximalamplitude (Un) dieser Hüllkurve wenigstens um eine Größenordnung kleineren Amplitudenniveaus liegen, und das Zeitintervall (Tt, = h — I]) zwischen den Abschnittsenden bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das untere der zwei Ampliludenniveaus veränderlich, und zwar proportional den Änderungen der Maximalamplitude der betreffenden lliillkurve (17 bzw. 18) des akustischen Impulsnachhalls, eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Ermittlung der bestimmten Größe einer der Hüllkurven (17; 18) aus der Hinterflanke dieser Hüllkurve ein Abschnitt abgetrennt wird, dessen beide Enden zwei gegenüber der Maximalamplitude (Uo) dieser Hüllkurve wenigstens um eine Größen-

5 Ordnung kleineren Amplitudenniveaus liegen, ein dem zeitlich späteren Ende des abgetrennten Abschnitts entsprechender elektrischer Impuls (36) sowie ein elektrischer Referenzimpuls (38) in einem Zeitpunkt erzeugt wird, der innerhalb des zu der

ι« Hinterflanke der Hüllkurve gehörenden Zeitintervalls liegt, und das Zeitintervall pi) zwischen dem elektrischen Impuls (36) und dem elektrischen Referenzimpuls (38) gemessen wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn- ί zeichnet,

daß der elektrische Referenzimpuls (38) mit einer zeitlichen Verzögerung proportional der Änderung der Maximalamplitude der Hüllkurve (17; 18) des akustischen Impulsnachhalls erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Ermittlung der bestimmten Größe einer der Hüllkurven (17; 18) aus der Hinterflanke dieser Hüllkurve ein Abschnitt (Ti) abgetrennt wird, dessen

>') Länge ungefähr der doppelten Behälterwand-Durchlaufzeit des akustischen Schwingungsimpulses (5) entspricht und der von der Vorderflanke dieser Hüllkurve (17; 18) in einem Abstand wenigstens um eine Größenordnung länger als die doppelte

κι Behälterwand-Durchlaufzeit des akustischen Schwingungsimpulses (5) liegt, und die Maximalamplitude (U) der Hüllkurve (17; 18) in diesem Abschnitt ermittelt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

i"> zeichnet,

daß zwischen dem genannten Abschnitt (Ti) (Hauptabschnitt) und der Vorderflanke der betref fenden Hüllkurve (17; 18) ein zusätzlicher Abschnitt (Tw) abgetrennt wird, der von dem Hauptabschnitt

M) (Tt) dieser Hüllkurve (17; 18) um ein Vielfaches der doppelten Behälterwand-Durchlaufzeit des akustischen ScSiwingungsimpulses (5) entfernt ist, und die Maximalamplitude (Ui, Ut) der Hüllkurve (17; 18) im Zusatzabschnitt (Tu) verglichen werden.

π 10. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Ermittlung der bestimmten Größe einer der Hüllkurven (17; 18) das Vorzeichen des zwischen den Vorderflanken der zwei verschiedenpolaren

ίο Hüllkurven (17; 18) des akustischen Impulsnachhalls liegenden Zeitintervalls ermittelt wird.

I 1. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Prüfung der Eigenschaften von in einem Behälter eingeschlossenem Material nach Anspruch 1,

mit einem an einen Impulsgenerator angeschlossenen akustischen Wandler, der unmittelbar an der Außenfläche der Behälterwand angeordnet ist und akustische Schwingungsimpulse erzeugt, die in das

du Material durch die Behälterwand eingestrahlt, dann empfangen und in akustische Signale umgewandelt werden, die dem Signalcingang

eines Informationssignalgenerators zugeführt werden, der ein Signal mil Information über die

u, Eigenschaften des Materials erzeugt und dessen Ausgang mit dem Hingang

einer Meßeinheit elektrisch verbunden ist, die an ein Registriergerät angeschlossen ist.

gekennzeichnet

durch eine Reihenschaltung (11)

aus einer Zeitverzögerungseinheit (12) zur Verzögerung elektrischer Impulse, deren Eingang am Ausgang des Impulsgenerators (1) liegt

aus einem Selektivinipulsgenerator (13) sowie

aus einem Selektivverstärker (15) zur Verstärkung akustischer Signale, dessen Signaleingang mit dem akustischen Wandler (2) verbunden ist, und

durch einen HOllkurvendemodulator (16) für die Demodulation der Hüllkurven (17,18) des zwischen der Außenfläche der Behälterwand (3) und dem Material (6) entstehenden akustischen Impulsnachhalls, von dem der Eingang an den Ausgang des Selektivverstärkers (15) und der Ausgang an den Signaleingang des Informationssignalgenerators (19) elektrisch angeschlossen ist (F i g. 1).

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Informationssignalgenerator (19) auf der Grundlage eines Integrators (21) für die Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls ausgeführt ist (Fig. 1).

13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen für die Hüllkurve (17) des akustischen

Impulsnachhalls vorgesehenen Spitzendetektor (25), dessen Eingang an den Ausgang des Hüllkurvendemodulators(16)des akustischen Impulsnachhalls und dessen Ausgang an den zweiten Eingang der Meßeinheit (23) elektrisch angeschlossen ist,

wobei die Meßeinheit (23) eine Differenzschaltung ist (F ig. 3).

14. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Spitzendetektor (25) für die Hüllkurve

(17) des akustischen Impulsnachhalls, dessen Eingang an den Ausgang des Hüllkurvendemodulators (16) angeschlossen ist,

durch einen Dividierer (29) für elektrische Signale (26, 20), dessen Eingänge an den Ausgang des Spitzendetektors (25) für die Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls sowie des Hüllkurven-Integrators (21) und dessen Ausgang an den Eingang der Meßeinheit (23) angeschlossen sirfd, und

durch einen Referenzsignalgenerator (30) zur Erzeugung eines elektrischen Referenzsignals, dessen Ausgang am zweiten Eingang der Meßeinheit (23) liegt, die eine Differenzschaltung ist (F i g. 4).

15. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Begrenzer (31) zur Begrenzung der

Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls auf zwei Amplitudenpegel, der einen elektrischen Impuls (32) erzeugt, dessen Vorder- und Hinterflanke den zwei Abschnitten der Hüllkurve (47) des akustischen Impulsnachhalls entsprechen, deren Enden auf den zwei Amplitudenniveaus liegen,

wobei vom Begrenzer (31) der Eingang an den Ausgang des Hüllkurvendemodulators (16) und der Ausgang an den Eingang des Informationssignalgenerators (19) angeschlossen sind, der zur Messung der Dauer elektrischer Imv'.c ausgebildet ist (Fig. 5).

16. F.inrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen für die Hüllkurve (17) des akustischen

Impulsnuchhalls vorgesehenen Spitzcndeiekior (25) /ur Einstellung des unteren Amplitudenniveaus der abgetrenntun Abschnitte der llüllkurve (17) des akustischen Inipulsnachhalls,
dessen Eingang an den Ausgang des Hüllkurven

demodulators (16) und dessen Ausgang an den gesteuerten Eingang des Begrenzers (31) elektrisch angeschlossen ist (F i g. 6).

17. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Informationssignalgenerator (19) einen Begrenzer (31) zur Begrenzung der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls auf zwei Amplitudenpegeln zwecks Abtrennung eines Abschnitts aus der Hinterflanke der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls sowie einen mit dem Begrenzer (31) in Reihe geschalteten Differenzierer (35) enthält, die einen dem abgetrennten Abschnitt der Hüllkurvenhinterflanke entsprechenden elektrischen Impuls (36) erzeugt,

wobei der Eingang des Begrenzers (31) als Eingang des Informationssignalgenerators (19) und der Ausgang des Differenzierers (35) als Ausgang des Informationssignalgenerators (19) dienen, und

daß eine Zeitverzögerungseinheit (37) zur Verzögerung elektrischer Impulse vorgesehen ist, die einen elektrischen Referenzirnpuls (38) erzeugt und mit ihrem Eingang an den Ausgang des Impulsgenerators (1) sowie mit ihrem Ausgang an den zweiten Eingang der Meßeinheit (23) angeschlossen ist,

die zur Messung von Zeitintervallen ausgebildet ist(Fig. 7).

18. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen für die Hüllkurve (17) des akustischen

Impulsnachhalls vorgesehenen Spitzendetektor (25), dessen Eingang an den Ausgang des Hüllkurvendemodulators (16) angeschlossen ist, sowie

durch eine Einheit (42) zur Steuerung der zeillichen Verzögerung elektrischer Impulse, deren Eingang an den Ausgang des Spitzendetektors (25) und deren Ausgang an den gesteuerten Eingang der Zeitverzögerungseinheit (37) angeschlossen ist (F ig. 8).

19. Einrichtung nach Anspruch M, dadurch gekennzeichnet,

daß der Informationssignalgenerator (19) für das elektrische Informationssignal (20) zwecks Abtrennung eines Abschnitts der Hinterflanke bei der betreffenden Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls eine Reihenschaltung (43)

aus einer zweiten Zeitverzögerungseinheit (44) zur Verzögerung elektrischer Impulse,

aus einem zweiten Selektivimpulsgenerator (45) und

aus einem Selektivverstärker (47) zur Verstärkung der Amplitude der betreffenden Hüllkurve (17) umfaßt,

daß ein Spitzendetektor (49) für den abgetrennten Abschnitt der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls vorgesehen ist, dessen Eingang an den Ausgang des Selektivverstärkers (47) angeschlossen ist, und

daß der Eingang der zweiten Zeitverzögerungscinheit (44) mit dem Ausgang des Impulsgenerators (1) verbunden ist und als gesteuerter Eingang des Informationssignalgenerators (19) des elektrischen Informationssignals (20) dient,

von dem der .Signaleingang durch den Signaleingang des für die Verstärkung der Amplitude der llüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls vorgesehenen Selektivverstarkcrs (47) und der Ausgang durch den Ausgang des Spit/endetektors (49) gebildet werden (F i g. 9).

20. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung (50) aus einer dritten

Zeitverzögerungseinheit (51) zur Verzögerung elektrischer Impulse.

aus einem d.itten Selektivimpulsgenerator (52) zur Erzeugung von Selektivimpulsen (53),

aus einem zweiten Selektivverstärker (54) zur Verstärkung der Amplitude der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls und zur Abtrennung eines zusätzlichen Abschnitts der Hinterflanke der betreffenden Hüllkurve (17), der zwischen dem Hauptabschnitt der Hüllkurve (17) und ihrer Vorderflanke liegt, sowie

aus einem zweiten Spitzendetektor (56) für den abgetrennten zusätzlichen Abschnitt der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls,

wobei verbunden sind:

der Eingang der dritten Zeitverzögerungseinheit (51) mit dem Ausgang des Impulsgenerators (1),

der Signaleingang des zweiten Selektivverstärkers (54) mit dem Ausgang des Hüllkurvendemodulators(16)und

der Ausgang des zweiten Spitzendetektors (56) mit dem zweiten Eingang der als Differenzschaltung aufgebauten Meßeinheit(23)(Fig. 10).

21. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung (50)

aus einer dritten Zeitverzögerungseinheit (51) zur Verzögerung elektrischer Impulse,

aus einem dritten Selektivimpulsgenerator (52),

aus einem zweiten Selektivverstärker (54) für die Amplitude der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls, der zur Abtrennung eines zwischen dem erwähnten Hauptabschnitt der Hüllkurve (17) und ihrer Hinterflanke liegenden zusätzlichen Abschnitts aus der Hinterflanke dieser Hüllkurve (17) bestimmt ist, sowie

aus einem zweiten Spitzendetektor (56) für den abgetrennten zusätzlichen Hüllkurvenabschnitt,

wobei der Eingang der dritten Zeitverzögerungseinheit (51) an den Ausgang des Impulsgenerators (1) und der Signaleingang des zweiten Selektivverstärkers (54) an den Ausgang des Hüllkurvendemodulators (16) angeschlossen sind,

durch einen Dividierer (58) für elektrische Signale, dessen Eingänge mit dem Ausgang des ersten und des zweiten Spitzendetektors (49, 56) für die abgetrennten Abschnitte der Hüllkurve (17) und dessen Ausgang mit dem Eingang der Meßeinheit (23) verbunden sind, und

durch einen Referenzsignalgenerator (30), dessen Ausgang an den zweiten Eingang der als Differenzschaiiur.g ausgeführten Meßeinheit (23) geschaltet ist (F ig. 11).

22. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet,

durch einen Normimpulsformer (59) als Informationssignalgenerator (19) des elektrischen Informationssignals (20),

wobei im Normimpulsformer (59) die Formung eines der Vorderflanke der Hüllkurve (17) des akustischen Impulsnachhalls entsprechenden genormten elektrischen Impulses (60) erfolgt, sowie durch eine Reihenschaltung

aus einem zweiten Hüllkurvendemodulator (61) für die zweite Hüllkurve (18) des akustischen Impulsnachhalls, dessen Eingang an den Ausgang des Selektiwerstärkers (15) geschaltet ist, sowie aus

einem zweiten Normimpulsformer (62) zur Formung eines der Vorderflanke der zweiten Hüllkurve (18) des akustischen Impulsnachhalls entsprechenden genormten elektrischen Impulses(63),

wobei der Ausgang des zweiten Normimpulsformers (62) an den zweiten Eingang der Meßeinheit (23) angeschlossen ist, die zur Messung der Zeitdifferenz bei der Formung von genormten elektrischen Impulsen (60,63) ausgebildet ist, die den Vorderflanken der beiden verschiedenpolaren Hüllkurven (17, 18) des akustischen Impulsnachhalls entsprechen (F i g. 12).