DE3322299A1 - Verfahren und anordnung zum akustischen nachweis von blasen in einem medium - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zum akustischen Nachweis von
• Blasen in einem Medium Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.Bei vielen Anwendungsfällen, so z.B. bei Volumendurchsatzmessungen, ist der Nachweis von Blasen in dem zu messenden Medium von Bedeutung.
• Während dies bei durchsichtigen Flüssigkeiten in einfachen Fällen mit einem Schauglas bewerkstelligt werden kann, ist der Nachweis bei undurchsichtigen oder heißen FlüssigkeIten schwieriger. In der Reaktortechnik ist es besonders wichtig, Blasen im Kühlmittel nachzuweisen, da diese die Kritikalität beeinflussen können.
• In der DE-OS 23 33 482.9 wurde bereits der Nachweis von Blasen, z.B. in flüssigem Natrium, mit Hilfe von Ultraschallwandlern vorgeschlagen. Das dortige Verfahren beruht auf der Messung der Dämpfung von Schwingungen in der Flüssigkeit, die durch das Vorhandensein von Blasen verstärkt wird. Allerdings hängt die Dämpfung von Schwingungen zusätzlich auch von anderen Parametern, wie z.B.
• Temperatur, Druck oder Verformungen der Struktur ab, wodurch die Messung schwierig ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren zum Blasennachweis mit akustischen Wandlern zu verbessern und gegen Störeinflüsse möglichst wenig anfällig zu machen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Hauptanspruch vorgeschlagen. Der Hauptanspruch geht von der Erkenntnis aus, daß Blasen in einem Medium nicht alle eingekoppelten Frequenzen gleichermaßen beeinflussen. Experimente haben gezeigt, daß bei der Einstrahlung eines weißen Rauschens, d.h. eines breiten Frequenzbandes mit gleicher Intensität für alle Frequenzen, bestimmte Resonanzlinien entstehen, deren jeweilige Dämpfung im Regelfall von mehreren Parametern abhängig ist. Einige der entstehenden Resonanzlinien jedoch erwiesen eine Abahängigkeit ihrer Amplitude nur vom Blasengehalt in dem Medium, ohne wesentliche Beeinflussung durch andere Parameter. Ausgehend von dieser Erkenntnis wird daher im Hauptanspruch vorgeschlagen, gerade diese Frequenzen zum empfindlichen und störungsfreien Nachweis von Blasen in dem Medium zu benutzen. Dazu wird das Medium mit Hilfe eines akustischen Wandlers zum Schwingen angeregt und zwar entweder mit ausgewählten Frequenzen, die die gewünschten Linien anregen, oder durch ein weißes Rauschen.
• Das entstehende Resonanz spektrum wird wiederum von einem akustischen Wandler aufgenommen und die nur auf Blasen empfindlichen Resonanzlinien, oder eine davon, werden überwacht und geben einen Hinweis auf den Blasengehalt im Medium. Während bei der summarischen Messung nach dem Stand der Technik auch Einflüsse anderer Parameter mitgemessen werden, ermöglicht dieses Verfahren den empfindlichen und störungsfreien Nachweis nur von Blasen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, die Schwingungsanregung durch einen Frequenz- bzw. Rauschgenerator in Verbindung mit einer Konstantwechselstromquelle und einem akustischen Wandler vorzunehmen. Für die Genauigkeit des Verfahrens ist natürlich ausschlaggebend, daß die eingestrahlte Leistung möglichst konstant bleibt, was durch die Verwendung einer Konstantwechselstromquelle erreicht wird. Auch bietet es sich natürlich an, die Anregung der Schwingung mit einem akustischen Wandler nach einem der bekannten Prinzipien durchzuführen.
• Im Anspruch 3 wird eine Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen, wobei die Anordnung eine Vorrichtung zur Anregung des Mediums mit ausgewählten Frequenzen oder einem weißen Rauschen und eine Vorrichtung zur Aufnahme des Resonanz spektrums oder zumindest einzelner Resonanzlinien und ein Anzeigegerät zur Anzeige der Amplitude der Resonanzlinien enthält. Für einfache Anwendungsfälle wird es ausreichen, die Anregung mit einer bestimmten Frequenz vorzunehmen und auch nur eine bestimmte Frequenz im Resonanzspektrum zu überwachen. Bei Messungen mit höheren Anforderungen können dann aus Gründen der Redundanz mehrere Linien überwacht werden.
• In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 4 vorgeschlagen, daß als Schallwandler magnetostriktive Schwinger verwendet werden, die punktuell außen auf die das Medium enthaltende Struktur aufgesetzt sind.
• Magnetostriktie Schwinger sind dazu geeignet, große Leistungen einzustrahlen, in dem gewünschten Frequenzbereich bis zu beispielsweise 100 KHz oder darüber.
• Solche Schwingungswandler können wegen ihrer großen Leistung außen auf die das Medium enthaltende Struktur aufgesetzt werden, wodurch keine Einbauten im Inneren der Leitung und keine Schwächung der Wände nötig sind. Dies ist insbesondere in der Reaktortechnik von Bedeutung. Die magnetostriktiven Schwinger können beispielsweise durch Anpressen oder auch mit Hilfe eines Koppelmediums mit der Struktur und damit mit dem Medium gekoppelt werden.
• In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird in Anspruch 5 vorgeschlagen, daß der Schwingungserreger von einer Konstantwechselstromquelle gespeist wird, welche von einem Frequenz- bzw. Rauschgenerator angesteuert wird.
• Im Anspruch 6 schließlich wird vorgeschlagen, daß der Schallaufnehmer mit einem Verstärker und einem Frequenzanalysator und/oder Frequenzfilter in Verbindung steht, deren Ausgangssignale angezeigt oder aufgezeichnet werden.
• Diese Meßeinrichtung ermöglicht die selektive Überwachung der als blasenempfindlich festgestellten Resonanzfrequenzen, wobei die gemessenen Signale ausgewertet werden können oder aber zur Auslösung von Warnsignalen dienen können.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit seinen wesentlichen Teilen ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.
• In einer Struktur 1 befindet sich ein Medium 2, welches unter Umständen Blasen enthalten kann. Von einem Frequenz-bzw. Rauschgenerator 3, welcher eine Konstantwechselstromquelle 4 ansteuert, wird ein Schwingungswandler 5 zum Schwingen angeregt. Dieser Wandler ist mit der Struktur 1 gekoppelt, so daß die Schwingung auf das Medium übertragen wird. Frequenz und eingestrahlte Schwingungsleistung können mit Regelvorrichtungen 6 eingestellt werden. Ein magnetostriktiver Beschleunigungswandler 7 nimmt die Schwingungen des Mediums ebenfalls über die Struktur 1 auf und überträgt sie weiter an einen Verstärker 8 und eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit besteht aus einem Frequenzanalysator 9 oder einem bzw. mehreren Frequenzfiltern, einer Umformelektronik 1Q und Anzeige- bzw.
• Aufzeichnungsgeräten 11.
• Versuche haben gezeigt, daß ein interessanter Frequenz- bereich für das Auftreten von blasenempfindlichen Resonanzlinien der Bereich zwischen 5 und 50 KHz ist.
• Unterhalb von 5 KHz werden die Messungen durch Blasengeräusche beeinträchtigt, so daß dort Messungen nicht sinnvoll sind. Besonders günstige Linien für die Messungen wurden beispielsweise in der Nähe von 40 KHz gefunden, wobei jedoch die genauen Frequenzen der blasenempfindlichen Linien für den jeweiligen Anwendungsfall ermittelt werden sollten.Die Anregung der bevorzugten Resonanzfrequenzen kann insbesondere auch durch Anregung mit der halben Frequenz erreicht werden, da Oberschwingungen immer mit auftreten. Dies hat bei der Messung besondere Vorteile in Bezug auf Stabilität der Resonanz linie.
• Des weiteren hat sich bei Versuchen gezeigt, daß die Dämpfung einer Resonanz linie bei gleichem Blasenvolumen in dem Medium noch von der Größe der einzelnen Gasblasen abhängt. Kleinere Gasblasen dämpfen sehr viel stärker als große. Da dieser Effekt wiederum frequenzabhängig ist, eröffnet sich die wichtige Möglichkeit, durch Überwachung von zwei oder mehreren blasenempfindlichen Resonanz linien sowohl das Gesamtblasenvolumen wie auch die mittlere Blasengröße zu ermitteln.
• Gerade diese MögLichkeit war bei der bisher bekannten integralen Meßmethode über einen nicht selektierten Frequenzbereich nicht möglich.
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Claims (6)

1. Verfahren und Anordnung zum akustischen Nachweis von Blasen in einem Medium Patentansprüche Verfahren zum akustischen Nachweis von Blasen in einem Medium (2), wobei ein oder mehrere akustische Wandler (5, 7) mit dem Medium (2) akustisch gekoppelt sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Das Medium (2) wird durch ein weißes Rauschen oder mit ausgewählten Frequenzen zum Schwingen angeregt.

   b) Das entstehende Resonanzspektrum, welches Resonanzlinien aufweist, unter denen eine oder mehrere sind, deren Amplitude im wesentlichen nur vom Blasengehalt in dem Medium (2) abhängig ist, wird mit einem Beschleunigungswandler (7) aufgenommen.

   c) Die Amplituden der blasenempfindlichen Resonanzlinie(n) werden überwacht und geben einen Hinweis auf den Blasengehalt im Medium (2).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h folgendes Merkmal: Die Schwingungsanregung erfolgt durch einen Frequenz-bzw. Rauschgenerator (3) in Verbindung mit einer Konstantwechselstromquelle (4) und einem Schwingunqswandler (5).
3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Es ist eine Vorrichtung (3, 4, 5, 6) zur Anregung des Mediums (2) mit ausgewählten Frequenzen oder einem weißen Rauschen vorhanden.

   b) Es ist eine Vorrichtung (7, 8, 9, 10, 11) zur Aufnahme des Resonanz spektrums oder zumindest einzelner Resonanzlinien und ein Anzeigegerät (11) zur Anzeige der Amplitude von Resonanzlinien vorhanden.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die Schwingungswandler (5, 7) sind magnetostriktive Schwinger bzw. Beschleunigungsaufnehmer.

   b) Die Schwingungswandler (5, 7) sind punktuell außen auf die das Medium (2) enthaltende Struktur (1) aufgesetzt und vorzugsweise durch Anpressen gekoppelt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Der Schwingungserreger (5) wird von einer Konstantwechselstromquelle (4) gespeist, welche von einem Frequenz- bzw. Rauschgenerator (3) angesteuert wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 3, 4 oder 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Der Beschleunigungsaufnehmer (7) steht mit einem Verstärker (8) und einem Frequenzanalysator (9) und/oder Frequenzfilter in Verbindung, deren Ausgangssignale angezeigt oder aufgezeichnet werden.