DE3210591A1

DE3210591A1 - System for continuously measuring the bubble content of hydraulic fluids

Info

Publication number: DE3210591A1
Application number: DE19823210591
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Stang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-23
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1983-10-06

Abstract

To continuously detect or measure gas bubbles in stationary or flowing hydraulic fluids, use is made of an ultrasonic head operating as a transceiver to transmit pulses in the MHz range into the medium to be examined. Said pulses produce temporally defined echoes on staggered reflectors and are picked up again by the ultrasonic transducer. In the case of a bubble-free fluid, said echoes are virtually undampened, whereas the echo amplitudes decrease with increasing bubble content. The measurement sensitivity and the measurement range depend, inter alia, on the length of the measurement path or the sound transit time and can be set to meet the requirements by means of a suitable number and arrangement of reflectors (see Figure 1). The electronic processing from the pulse generation to the bubble content display is carried out in a suitably equipped ultrasonic device.

Description

Anordnung für eine kontinuierliche Blasengehalts- Arrangement for a continuous bubble content

messung in Hydraulikflüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Anordnung für die Messung des Blasengehalts in Hydraulikflüssigkeiten mittels Ultraschall. measurement in hydraulic fluids The invention relates generically to an arrangement for the measurement of the bubble content in hydraulic fluids by means of Ultrasonic.

Akustische Verfahren zur Detektion von mehrphasigen Fluidzuständen sind in Theorie und Anwendung hinreichend bekannt. So wird nach dem Streuverfahren die Reflexion eines Ultraschallimpulses an den Gaseinschlüssen im Meßbereich ausgewertet. Gemäß einer anderen Methode lassen sich durch Snderungen der Gesamtdämpfung eines Ultraschallsignals beim Durchlaufen der Meßstrecke Blasenanteile erkennen.Acoustic methods for the detection of multiphase fluid states are well known in theory and application. This is how it is after the spreading process the reflection of an ultrasonic pulse at the gas inclusions in the measuring area is evaluated. According to another method, by changing the total attenuation a Detect the ultrasonic signal when passing through the measuring section.

Bei der Blasen-Messung nach dem Prinzip des Streuverfahrens werden an die Elektronik hohe Ansprüche gestellt. Die Unterscheidung zwischen Streuechos und elektrischen Störungen stellt ein großes Problem dar.When measuring bubbles according to the principle of the scattering method placed high demands on electronics. The distinction between stray echoes and electrical interference is a major problem.

Mit Hilfe der Gesamtdämpfungsmessung lassen sich Blasenanteile zwar sehr gut erkennen, jedoch nur grob quantifizieren, da bei einer vorgegebenen Meßstrecke ein proportionaler Zusammenhang zwischen Blasengehalt und Amplitude des Ultraschallempfängers nur in einem sehr begrenzten Meßbereich vorliegt.With the help of the total attenuation measurement, bubble proportions can be determined Recognize very well, but only roughly quantify, since a given measuring section a proportional relationship between the bubble content and the amplitude of the ultrasonic receiver is only available in a very limited measuring range.

Wünschenswert ist jedoch bei der Messung von Gas gehalten in Hydraulikflüssigkeiten ein weiter kalibrierbarer Meßbereich.However, it is desirable when measuring gas held in hydraulic fluids a further calibratable measuring range.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, nach dem Prinzip der Ultraschalldämpfungsmessung einen den Erfordernissen angepaßten Meßbereich einzustellen und zu kalibirieren.With the help of the present invention it is possible according to the principle the ultrasonic attenuation measurement to set a measuring range adapted to the requirements and to calibrate.

Dies erfolgt erfindungsgemäß durch die Anordnung eines Ultraschallwandlers, der sowohl als Sender wie auch als Empfänger arbeitet, an der Außenwand einer Leitung oder eines Behälters, wobei die gebündelte Schallkeule möglichst quer zur Strömung der Hydraulikflüssigkeit und somit senkrecht zur Wand eingerichtet wird.This is done according to the invention by the arrangement of an ultrasonic transducer, which works as both a transmitter and a receiver, on the outer wall of a pipe or a container, with the bundled sound cone as transverse to the flow as possible the hydraulic fluid and is thus set up perpendicular to the wall.

Dem Ultraschallwandler gegenüberliegend befinden sich im Strömungsmedium mehrere gestaffelte Reflektoren, welche die Ultraschallimpulse möglichst verlustlos zurückwerfen sollen. Nach dem zweimaligen Durchlauf der Meßstrecke wird das Ultraschallsignal verständlicherweise in Abhängigkeit vom Gasblasenanteil gedämpft. Diese Dämpfung steht im Zusammenhang mit der Länge der Meßstrecke. Die entfernten Reflektoren reagieren empfindlicher als die näherliegenden.Opposite the ultrasonic transducer are located in the flow medium several staggered reflectors, which the ultrasonic impulses as lossless as possible should throw back. After passing through the measuring section twice, the ultrasonic signal is understandably attenuated depending on the proportion of gas bubbles. This attenuation is related to the length of the measuring section. The distant reflectors react more sensitive than the closer ones.

Der Abstand und die Anzahl der Reflektoren bestimmen somit den Meßbereich und die Empfindlichkeit.The distance and the number of reflectors thus determine the measuring range and the sensitivity.

Um die Messung, z.B. auf den Gasvolumenanteil bei einer vorgegebenen Blasenverteilung zu kalibrieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Reflektoren verschiebbar anzuordnen. Mit Hilfe einer Vergleichsmessung lassen sich somit die Reflektoren auf die gewünschte Empfindlichkeitsstufe stellen. Für eine möglichst kontinuierliche Anzeige sollte sich der Abstand der Reflektoren nach dem Proportionalbereich der einzelnen Echos richten.To make the measurement, e.g. on the gas volume fraction at a given To calibrate the bubble distribution is provided according to the invention, the reflectors to be displaced. With the help of a comparative measurement, the Set reflectors to the desired sensitivity level. For one possible continuous display should be the distance between the reflectors according to the proportional band of the individual echoes.

Positive Erfahrungen wurden bisher mit Ultraschallfrequenzen von 1 bis 4 MHz erzielt. Im allgemeinen wird mit einer Ultraschallfrequenz gearbeitet, die auf die Größe der zu erfassenden Blasen abgestimmt ist, während die Impulsfrequenz auch die Länge der Meßstrecke berücksichtigt Eine Anzeige ist sowohl digital als auch analog möglich. Die elektronische Verarbeitung der Empfangssignale bis zur Anzeige ist auf vielfältige Arten möglich und bedarf keiner eingehender Beschreibung, da sie als Stand der Technik angesehen wird.So far, positive experiences have been made with ultrasound frequencies of 1 achieved up to 4 MHz. In general, an ultrasonic frequency is used, which is matched to the size of the bubbles to be detected, while the pulse frequency also takes the length of the measuring distance into account. A display is both digital and analog also possible. The electronic processing of the received signals up to Display is possible in a variety of ways and does not require a detailed description, as it is considered state of the art.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels ausführlicher erläutert. Es zeigen sich in schematischer Darstellung Fig. 1 ein Axialschnitt durch eine Rohrleitung mit erfindungsgemäßer Anordnung, Fig. 2 ein Meßbild des Ultraschallmeßgeräts und zwar die Echostärke in Abhängigkeit von der Laufzeit bzw. dem Reflektorabstand bei blasenfreier Strömung der Hydraulikflüssigkeit, Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2 bei mittlerem Blasengehalt.In the following the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail. 1 shows a schematic representation Axial section through a pipeline with an arrangement according to the invention, FIG Measurement image of the ultrasonic measuring device, namely the echo strength as a function of the Transit time or the reflector distance with bubble-free flow of the hydraulic fluid, 3 shows the object according to FIG. 2 with a medium bubble content.

Bei der dargestellten Meßanordnung handelt es sich um eine innendurchströmte Hydraulikleitung, in welcher der Blasengehalt kontinuierlich mittels Ultraschall gemessen wird. Hierbei durchschallt ein als Sender und Empfänger arbeitender Ultraschallwandler 1 mit einem Impuls im MHz-Bereich die Rohrwand 2 Dieses Signal durchdringt anschließend das Strömungsmedium und wird der Reihe nach an den Reflektoren 3, 4 und 5 zurückgeworfen. In der oszillographischen Darstellung Fig. 2 und Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Echostärken mit zunehmender Signallaufstrecke abnehmen und die Echos der Rohrwand sowie der Reflektoren sich aus unzähligen Wiederholungsechos der Vorder- und Rückseite des durchschallten Materials zusammensetzen. Die Echofolge 7 ist der Rohrwand zuzuordnen, während die Echofolge n 8, 9 und 10 mit den Reflektoren 3, 4 und 5 korrespondieren.The measurement arrangement shown is an internal flow Hydraulic line in which the bubble content is continuously monitored by means of ultrasound is measured. An ultrasonic transducer working as a transmitter and receiver passes through this 1 with a pulse in the MHz range the pipe wall 2 This signal then penetrates the flow medium and is thrown back one after the other at the reflectors 3, 4 and 5. In the oscillographic representation of FIGS. 2 and 3 it can be seen that the Echo strengths decrease with increasing signal path and the echoes from the pipe wall as well as the reflectors are made up of countless repeated echoes from the front and back of the transmitted material. The echo sequence 7 is assigned to the pipe wall, while the echo train n 8, 9 and 10 correspond to the reflectors 3, 4 and 5.

In Fig. 3 sei das Meßbild einer blasenhaltigen Hydraulikflüssigei dargestellt Während der Reflektor 3 eine noch ungedämpfte chofolge:8 zeigt, ist die Echofolge 9 bereits geschwächt und der Reflektor 5 vollkommen unwirksam.In Fig. 3 is the measurement image of a hydraulic fluid containing bubbles While the reflector 3 shows a still unattenuated cho sequence: 8 is the echo sequence 9 already weakened and the reflector 5 completely ineffective.

Zur Einstellung des Meßbereichs und der gewünschten Empfindlichkein rist über ein Handrad 6 der Abstand der Reflektoren zum Ultraschallwandler frei wählbar.To set the measuring range and the desired sensitivity none The distance between the reflectors and the ultrasonic transducer is clear via a handwheel 6 selectable.

Es versteht sich von selbst, daß die Reflektorabstände untereinander, falls erforderlich, ebenso einstellbar sind.It goes without saying that the reflector distances from one another, if necessary, can also be adjusted.

In 11 sei eine Anzeigevorrichtung angedeutet, welche die empfangenen Echos in ihrer Laufzeit und Amplitude so auswertet und anzeigt, daß die beabsichtigte Messung des Blasengehaltes möglich ist. Dies ist in digitaler wie analoger Ausführung denkbar.A display device is indicated in FIG. 11, which displays the received Evaluates echoes in their transit time and amplitude and indicates that the intended Measurement of the bubble content is possible. This is in a digital as well as an analog version conceivable.

Claims

Arrangement for a continuous measurement of the bubble content in hydraulic fluids Claims.

Arrangement for continuous measurement of the bubble content in hydraulic fluids at a monitoring location in a pipeline or a container by an ultrasonic transducer (1) and several reflectors (3, 4, 5) and an ultrasonic device with display device (11) which is designed for a bubble measurement, wherein the ultrasonic transducer (1) and the reflectors (3, 4, 5) are arranged at the measuring location and limit the measuring distance.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the The number of reflectors (3, 4, 5) depends on the required measuring accuracy.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Distance of the reflectors (3, 4, 5) to the ultrasonic transducer (1) to the desired Sensitivity is matched.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the Measurement can be calibrated through variable reflector distances (6).