DE3108756A1

DE3108756A1 - Verfahren und apparat zur bestimmung der schallgeschwindigkeit in gasen zum zwecke der bestimmung der temperatur bekannter gase bzw. der zusammensetzung binaerer gasgemische bekannter temperatur

Info

Publication number: DE3108756A1
Application number: DE19813108756
Authority: DE
Inventors: Hanns 4750 Unna-Massen Rump
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-07
Filing date: 1981-03-07
Publication date: 1982-11-25

Description

Verfahren und Apparat zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
in Gasen zum Zwecke der Bestimmung der Temperatur bekannter Gase bzw. der Zusammensetzung binärer Gasgemische bekannter Temperatur 1. Vorwort Eine Reihe heute bekannter meßtechnicher Problemstellungen, wie z.B.
- Temperaturmessung in atmosphärischer Luft (Geodäsie, Klizatologie) - Temperaturmessung in ruhenden Gasen - Bestimmung quantitaver Gassusammensetzung binärer Gemische bei bekannter Temperatur lassen sich gegenüber herkömmlichen Verfahren wesentlich leichter lösen, wenn die Schallgeschwindigkeit des mit der neßeinrichtung zu untersuchenden Gases bekannt ist.
So kann aus der Beziehung s2 = #RT mit s = Schallgeschwindigkeit (m/s) Isentropenexponent = R = individuelle Gaskonstante (m2/s2K) T = absolute Temperatur (K) bei Kenntnis von 5 entweder die Temperatur T oder das Produkt UR mit Hilfe analoger oder digitaler Rechenschaltungen abgeleitet werden. Sind 2. Verfahren zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit von Gasen Bei der hier anzumeldenden Erfindung wird die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit durch eine Laufzeitmessung eines (Ultra-) Schallimpulses längs einer bekannten Strecke in dem zu untersuchenden Medium durchgeführt. Der gesendete Inpuls hat eine definierte Frequenz und Intensität. Bei einer bekannten Länge der Meßstrecke ergibt sich eine genau bekannte Verringerung der Intensität des Signals. Durch die analoge oder digitale Bildung einer Korrelation zwischen Laufzeit und Intensitätsabnahme des Signals können - und dies ist der entscheidende Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren - nahezu alle denkbaren Störsignale in ihrer Auswirkung auf das Neßergebnis eliminiert werden.
3. Apparat zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft oder Gasen Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau der Apparatur, mit der die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem ruhenden Gas, z.B. Luft z.B. zum Zwecke der - von Wärmestrahlung unbeeinflußten und trägheitslosen - Bestimmung der Temperatur. Ein eo ermittelter Temperaturwert ist praktisch gleich dem Mittelwert der Temperatur der Meßstrecke, wobei flir Spezialanwendungen Xeßstrecken bis z.B. 100 m realisiert werden können (Geodäsie).
Die Apparatur besteht aus einem Sendekopf (1) und einem hapfänger (7), die in einer Rahmenkonstruktion (5) in einem genau definierten Abstand (Meßstrecke (6)) so eingebaut ist, daß der Empfänger (7) im Intensitätsmaximum des gesendeten Impulses angeordnet ist. Bei einer Modifikation der Apparatur, siehe Figur 2, wird der Sender (1) und der Empfänger (7) in eine gemeisamen Gehäuse - in der bevorzugten Ausführung - zusammen mit dem Meßverstärker untergebracht. Bei dieser Modifikation wird die Meßstrecke durch eine im exakt rechten Winkel zur Meßachse, die indentisch dem Intensitätemaximum des (Ultra-)Schallstrahles ist, angebrachte Platte ausreichender Stabilität und Reflexionsvermögens begrenzt (Echoverfahren mit verdoppelt er Laufzeit bei gleicher Meßstrecke).
Die zur Signalaufbereitung notwendigen elektronischen Einrichtungen sind, soweit zweckmäßig, im Gehäuse des Senders (3) bzw.
des Empfängers (3b) ; tergebracht. Die Stromversorgung, die Ergebnisanzeige, EingabemUglichkeit für externe Parameter (analog oder digital) sowie die für die Ergebnisdarstellung notwendigen Bausteine (Analogrechner oder Prozessoren und Speicher) sind in im Gehäuse (4) untergebracht. Die Verbindung zwischen den Neßköpfen und dem Gehäuse (4) erfolgt durch den Erfordernissen entsprechende, ausreichend abgeschirmte Kabel (z*B. Koaxialkabel).
Die Rahmenkonstruktion (5) ist so aufgebaut, daß durch Temperaturänderungen bedingte Längenänderungen der Meßstrecke entweder vom Ergebnis her zu vernachlässigen sind, oder - falls erforderlich - mit entsprechender elektronischer Kompensation berücksichtigt werden können.
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Claims

4. Patentansprüche 1. Zum Patent angemeldet wird ein MeBsyßtem, bestehend aus einem (Ultra-)Schallsender und -Empfänger, das die störungsunempfindliche Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem gasfrmigen Medium durch Korrelation von Laufzeit und Intensitätapegelabnahme durchführt.
2. Zum Patent angemeldet wird ein Temperaturmeßgerät, das die Schallgeschvindigkeit in einem Gas bekannter Zusammensetzung mit einem Gerät nach Anspruch 1 ermittelt und mit geeigneter digitaler oder analoger Rechenschaltung die Gastemperatur errechnet. Der Aufbau kann Figur 1 oder Figur 2 oder ähnlich sein.
3. Zum Patent angemeldet wird ein Meßgerät, das die Zusammensetzung binärer Gasgemische, z.B. He und SF6 mit Hilfe eines Gerätes nach Anspruch 1 bei bekannter Temperatur durch eine geeignete analoge oder digitale Rechenschaltung ermittelt.