DE3690687C2 - Verfahren und Einrichtung zur Messung der Kennwerte einer festen Phase von Suspensionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen bekannt.

Beispielsweise werden weitgehend ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Größe der Teilchen der festen Phase von Suspensionen nach dem Buch von Hahn, G.A.: "Prüfung und Überwachung der technologischen Aufbereitungsprozesse", Moskau, Verlag "Nedra", 1979, S. 119, 120 angewendet. Bei diesem Verfahren wird die Lage eines in der Strömung der zu prüfenden Suspension hin und her bewegten Mikrometerfühlers bei seinem Anhalten bestimmt, was bei der Fixierung von Teilchen der festen Phase zwischen den Flächen eines Mikrometerfühlers und einer zur Zufuhr des zu untersuchenden Mediums benutzten Rinne erfolgt.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren und bei der bekannten Einrichtung ist eine rasche Abnutzung und folglich eine niedrige Zuverlässigkeit des Mikrometerfühlers, der sich ständig im Kontakt mit abreibenden Teilchen der zu untersuchenden Suspension befindet. Dies führt zur Streuung der Ergebnisse beim Messen der Teilchen der festen Phase der Suspensionen, d. h. zur niedrigen Meßgenauigkeit.

Bekannt sind auch ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Größe der Teilchen einer festen Phase von Suspensionen, z. B. nach dem Prospekt der Firma "Fritsch", IDAR-Oberstein-1, BRD, "Abtastender Fotosedimentograf Analisette 20". Das Verfahren beruht auf der Messung der Sedimentationsdauer der Teilchen der festen Phase von Suspensionen in einem wassergefüllten Behälter.

Dieses Verfahren setzt aber die vorhergehende Entnahme der zu untersuchenden Suspension aus der technologischen Strömung, das Herauslösen der festen Phase aus dieser Suspension, das Wägen und die Beförderung der Probe zur Meßstelle voraus. Dabei ergibt sich eine lange Meßdauer von etwa 20 bis 40 Minuten und dadurch eine wesentliche Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens.

Das gattungsgemäße Verfahren zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen ist aus dem Reklameprospekt der Firma Armco Grindig Systems "Take Control of four Grinding Circuit" bekannt, bei dem in das zu untersuchende Medium Ultraschallschwingungen von zwei Festfrequenzen ausgestrahlt werden, wobei vor Einstrahlung der Ultraschallschwingungen in die zu untersuchende Suspension ihre Entgasung in einem besonderen Behälter durch kombinierte Einwirkung eines Vakuums und der von einem rotierenden Impeller erzeugten Fliehkraft erfolgt.

Die gattungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen ist aus der gleichen Druckschrift bekannt. In jedem Meßkanal sind ein Impulsgenerator, ein Leistungsverstärker, ein Ultraschallstrahler, ein Ultraschallempfänger, ein Verstärker für empfangene Impulse und ein elektronischer Schalter in Reihe geschaltet. Zur Einrichtung gehören außerdem ein zwischen dem Impulsgenerator und dem elektronischen Schalter liegender monostabiler Multivibrator sowie ein zwischen die Impulsgeneratoren der Meßkanäle geschalteter Umschalter, ein ausgangsseitig mit dem Umschaltereingang verbundener Multivibrator, ein Komparator, eine Einstelleinrichtung, ein Untersuchungs- und Registrierungsartumschalter und ein mechanischer Gasbläschenabscheider, der aus einem Behälter zur Luftentfernung und aus einem Impeller mit einem Antriebsmotor besteht. Der Ultraschallstrahler und der Ultraschallempfänger eines der Meßkanäle sind an den Wänden des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium befestigt.

Ähnliche Verfahren und Einrichtungen sind auch aus der DE-OS 22 57 802 und der US-PS 44 12 451 bekannt.

Da aber das bekannte Verfahren und die bekannte Einrichtung die vorhergehende Beseitigung der Gasphase aus dem zu untersuchenden Medium und dementsprechend das Vorhandensein des mechanischen Gasbläschenabscheiders - also einer Vorrichtung mit rotierendem Impeller - voraussetzt, wird die Zuverlässigkeit der Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen herabgesetzt.

Unter Einwirkung der abreibenden Teilchen der zu untersuchenden Suspensionen erfolgt intensive Abnutzung der rotierenden Teile des mechanischen Gasbläschenabscheiders, was von Variationen seiner Charakteristiken und folglich von Änderungen der Entgasungsgüte während des Betriebs begleitet wird. Um die Entgasungsqualität auf dem erforderlichen Niveau zu halten, muß man die Einrichtung zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen zur Wartung und zum Ersatz von verschlissenen mechanischen Elementen periodisch stillsetzen. Der Antriebsmotor des Impellers nimmt eine beträchtliche Leistung auf. Beim kontinuierlichen Betrieb der Meßeinrichtung führt dies zu einem zusätzlichen Aufwand. Das Vorhandensein des mechanischen Gasbläschenabscheiders verursacht also eine niedrige Zuverlässigkeit, eine schlechtere Meßgenauigkeit und höhere Kosten der ganzen Einrichtung sowie ihres Betriebs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen zu schaffen, die es ermöglichen, die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der Messung der Konzentration der festen Phase und der Konzentration einer Bezugs-Kornklasse der festen Phase der zu untersuchenden Suspension durch Wegfall des mechanischen Gasbläschenabscheiders sowie durch Messung der Konzentration der nutzbaren Komponente in den Bezugsfraktionen des zu untersuchenden Mediums zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist es aus der US-PS 43 20 659 bekannt bzw. gilt es als aus der DE-OS 34 38 798 bekannt, das zu prüfende Medium durch Erzeugung von Ultraschallwellen in der Behälterwand zu untersuchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Konzentrationen der Bezugs-Kornklasse der festen Phase und die Konzentrationen der nutzbaren Komponente in den Bezugsfraktionen des zu untersuchenden Mediums ohne vorhergehende Entfernung der Gasphase zu messen und dadurch den Meßvorgang zu vereinfachen sowie die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der Meßergebnisse zu erhöhen.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 ermöglicht es, die Genauigkeit der Messung der Konzentration der festen Phase, der Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase und der Konzentration der nutzbaren Komponente in den Bezugsfraktionen des zu untersuchenden Mediums zu erhöhen, wenn die Konzentration der Gasphase volumenmäßig größer als die Konzentration der festen Phase ist.

Die Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Einrichtung ferner durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtungen sind Gegenstand der Patentansprüche 5 bis 12.

Bei Anwendung der Ausführungsform gemäß Patentanspruch 5 ist der mechanische Gasbläschenabscheider beim Betrieb der Einrichtung zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen nicht mehr erforderlich. Dadurch steigt die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der ganzen Einrichtung, sinken die Kosten ihrer Herstellung und ihres Betriebs. Dabei ermöglicht die Einrichtung die gleichzeitige Messung der Konzentration der festen Phase und der Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase des zu untersuchenden Mediums.

Die Erfindung ermöglicht eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen ohne vorhergehende Entfernung der Gasphase in den Fällen, wenn die Konzentration der festen Phase ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte beim Verfahren zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen gemäß der Erfindung unter Kontrolle der Dauer der empfangenen Ultraschallschwingungsimpulse nach ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium und der Lambwellen nach dem Durchlauf der fixierten Strecke in der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen und zur Messung der Konzentration der festen Phase sowie der Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase von Suspensionen,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen gemäß der Erfindung, die die Konzentration der festen Phase, die Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase und die Konzentration der Nutzkomponente in den Bezugsfraktionen des zu untersuchenden Mediums mißt und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen gemäß der Erfindung, die die Konzentration der festen Phase sowie die Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase mißt, wobei die Dauer der empfangenen Ultraschallschwingungsimpulse nach ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium und der Lambwellen nach dem Durchlauf einer bestimmten Strecke in der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium kontrolliert wird.

Das zu untersuchende Medium 1 (Fig. 1) wird mit erzeugten Ultraschallschwingungen 2 durchstrahlt, deren Wellenlänge in der gleichen Größenordnung liegt, wie die Abmessungen der Teilchen der festen Phase des zu untersuchenden Mediums, welches eine Suspension darstellen kann. Bei Ausbreitung der Ultraschallschwingungen 2 in der zu untersuchenden Suspension 1 wird ihre Energie absorbiert und gestreut. Dabei überwiegt die Streuung der Ultraschallschwingungen 2 ihre Absorption in bedeutendem Maße, wenn die Abmessungen der Teilchen in der gleichen Größenordnung liegt wie die Wellenlänge dieser Schwingungen 2. Insgesamt wird aber der Dämpfungswert der Ultraschallschwingungen 2 einer bestimmten Frequenz in der zu untersuchenden Suspension 1 durch die Konzentration und die Abmessungen der Teilchen der festen Phase bestimmt. Dabei ist das Verhältnis der Absorptions- und Streuungskomponenten für die Ultraschallschwingungen 2 von der Anzahl der Teilchen der festen Phase abhängig, deren Größe der Wellenlänge der benutzten Schwingungen 2 entspricht.

Beim Messen des Dämpfungswertes der Ultraschallschwingungen 2 in der zu untersuchenden Suspension 2 wirken Gasbläschen störend. Der Vorgang der Dämpfung der Ultraschallschwingungen 2 an den Gasbläschen hat einen scharf ausgeprägten Resonanzcharakter.

Mit steigender Frequenz der Ultraschallschwingungen 2 nimmt die Zahl der Gasbläschen mit Resonanzgröße in dem zu untersuchenden Medium 1 rasch ab, und bei Frequenzen über 5 MHz ist ihre Anzahl praktisch gleich Null. Das ist dadurch zu erklären, daß die Resonanzfrequenz der Gasbläschen mit der Abnahme ihrer Abmessungen kleiner wird und mit der Abnahme der Gasbläschengröße bis zu einer bestimmten Grenze die Auflösung der Gasbläschen im Wasser erfolgt.

Also wird der Dämpfungswert der hochfrequenten Ultraschallschwingungen 2 bei ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 praktisch nur durch die Größe der Teilchen der festen Phase und durch ihre Konzentration bestimmt, und nur bei einer sehr starken Konzentration der Gasphase wird dieser Wert auch durch Gasbläschen von Nichtresonanzgröße beeinflußt.

Gleichzeitig erzeugt man die Lambwellen 3, die man über die Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium 1 laufen läßt. Dabei wird der Dämpfungswert der Lambwellen in der Behälterwand nur durch die von ihnen zurückgelegte Strecke und durch die Konzentration der festen Phase in dem zu untersuchenden Medium 1 bestimmt. Dieser Wert ist von der Teilchengröße der festen Phase und von der Konzentration der Gasbläschen (infolge ihrer kleinen Masse) unabhängig.

Nachdem die Ultraschallschwingungen 2 das zu untersuchende Medium 1 durchlaufen und die Lambwellen eine bestimmte Strecke 1 der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium 1 zurückgelegt haben, werden ihre Amplituden 4, 5 gemessen. Man berechnet die Logarithmen 6, 7 der gemessenen Amplituden 4, 5 und die Differenz 8 dieser Logarithmen.

Die Größe 9, die gleich

ist (wobei S₁ den Logarithmus der Amplitude der Lambwellen 3 nach Durchlaufen der bestimmten Strecke 1 nach der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium 1 und S₂ den Logarithmus der Amplitude der Ultraschallschwingungen 2 nach dem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 bedeuten), stellt die Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase in der zu untersuchenden Suspension 1, d. h. die Konzentration der Teilchen eines zerkleinerten Stoffes dar, deren Größe über oder unter der vorgegebenen Bezugsgröße liegt.

Die Größe der Abweichung der Teilchen mit bekannten Abmessungen von ihrem Gleichgewichtszustand oder von ihrer stationären Bewegungsbahn bei äußerer Einwirkung wird in der Suspension mit bekannter Konzentration ω durch ihr spezifisches Gewicht bestimmt. Falls das spezifische Gewicht der nutzbaren Komponente des zu untersuchenden Mediums 1 bekannt ist und folglich die Größe der Abweichung der Teilchen dieser Komponente mit beliebigen Abmessungen im voraus bestimmt werden kann, kennzeichnet die Größe der Abweichung der übrigen Teilchen mit bekannter Abmessung von ihrem Gleichgewichtszustand oder von ihrer stationären Bewegungsbahn die Konzentration der nutzbaren Komponente in den Bezugsfraktionen der zu untersuchenden Suspension 1.

Zur Messung dieser Größe werden in dem zu untersuchenden Medium 1 akustische Strömungen und Strahlungsdruck der Schallstrahlung 10 durch Einwirkung von Ultraschallschwingungen großer Leistung erzeugt. Die Intensität der akustischen Strömungen und der Strahlungsdruck der Schallstrahlung 10 werden geregelt, indem die Amplitude 11 der Ultraschall-Leistungsschwingungen geändert wird. Dadurch wird ihre Wirkung auf verschiedene Fraktionen des zu untersuchenden Mediums 1 erreicht. Man berechnet das die Konzentration r der Nutzkomponente in den Kontrollfraktionen der zu untersuchenden Suspension kennzeichnende Verhältnis 12 der Größe S₀ für das zu untersuchende Medium ohne Einwirkung von Ultraschall-Leistungsschwingungen zur gleichen Größe S, bei Einwirkung der akustischen Strömungen und des Strahlungsdruckes der Schallstrahlung 10 von bekannter Intensität.

Wenn die Konzentration der Gasphase volumenmäßig mit der Konzentration der festen Phase vergleichbar groß ist, was aber praktisch sehr selten zutrifft, ist es zur Erhöhung der Genauigkeit von Messungen der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen zweckmäßig, das zu untersuchende Medium 1 mit akustischen Strömungen und dem Strahlungsdruck der Schallstrahlung 10 doppelt zu behandeln. Und zwar erfolgt diese Behandlung im ersten Stadium vor der Beförderung des zu untersuchenden Medium 1 in die Zone zur Messung der Kennwerte ihrer festen Phase, was die Entfernung der Gasphase daraus in die Atmosphäre begünstigt, und im zweiten Stadium zur beschriebenen Messung der Konzentration der nutzbaren Komponente in den Kontrollfraktionen des zu untersuchenden Mediums.

Die Genauigkeit der Messung der Konzentration einer festen Phase und der Konzentration der Bezugs- Kornklasse der festen Phase von Suspensionen bei hoher Konzentration der Gasphase kann auf andere Weise erhöht werden.

Dazu wertet man die Änderung der Impulsform bei den Ultraschallschwingungen 2 nach ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 und bei den Lambwellen 3 aus, welche die festgelegte Strecke 1 der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium zurückgelegt haben.

Infolge der Trägheitseigenschaften der zu untersuchenden Suspension 1 wird die anfängliche Impulsform verzerrt. Wenn der ausgestrahlte Impuls rechteckig war, tritt das als langsamer Anstieg seiner Vorderflanke und als Verkürzung seiner Hinterflanke in Erscheinung. Die Trägheitseigenschaften von realen Suspensionen sind praktisch nur durch Konzentration und Fraktionszusammensetzung der festen Phase der Suspensionen bedingt, da die Masse von Teilchen eines zerkleinerten Stoffes um mehrere Größenordnungen über der Masse der Gasbläschen liegt.

Die Teilchen des zerkleinerten Stoffes bewegen sich im Ultraschallfeld zusammen mit der Flüssigkeit. Die Art dieser Bewegung hängt von der Frequenz der Ultraschallschwingungen und von der Teilchengröße ab: mit größer werdenden Abmessungen der festen Teilchen bei konstanter Frequenz der Ultraschallschwingungen oder mit Erhöhung ihrer Frequenz bei konstanter Teilchengröße des zerkleinerten Stoffes bleiben die Teilchen immer mehr von der bewegten Flüssigkeit zurück. Die Unterschiede der Trägheitseigenschaften der zu untersuchenden Medien treten als Änderung der Form der Impulse der Ultraschallschwingungen 2 nach ihrem Durchlauf des zu untersuchenden Mediums 1 und der Lambwellen zutage, die eine bestimmte Strecke der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium durchlaufen, und werden durch die Frequenz der Schwingungen sowie durch Konzentration und Fraktionszusammensetzung der festen Phase der Suspensionen bestimmt.

Nach der Messung der Amplituden 4, 5 der Impulse der Ultraschallschwingungen 2 und der Lambwellen 3 werden zwei Niveaus 13, 14 (Fig. 2) von Impulsen gebildet, auf denen die Messung ihrer Dauer erfolgt.

Dazu wird die Amplitude der empfangenen Impulse folgerichtig begrenzt. Die Begrenzungsniveaus 15, 16 werden so gewählt, daß das Verhältnis der gemessenen Amplitude 4, 5 der empfangenen Impulse zum Absolutwert der Amplitude dieser Niveaus eine konstante Größe ist.

Nach der auf zwei Niveaus 13, 14 erfolgenden Messung der Dauerwerte 17, 18 der Impulse der Ultraschallschwingungen 2 nach ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 und der Lambwellen nach dem Durchlauf einer bestimmten Strecke l längs der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium 1 werden die Differenzen 19, 20 der Dauer jedes Impulses auf den zwei Niveaus 13, 14 berechnet.

Die Differenz 20 der Dauerwerte des Lambwellenimpulses, der die Strecke l längs der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium 1 durchlaufen hat, kennzeichnet die Konzentration der festen Phase der Suspensionen.

Das Verhältnis 21 der Differenz der Dauerwerte 17, 18 des Ultraschallschwingungsimpulses nach Durchlaufen des zu untersuchenden Mediums 1 zur Differenz 20 der Dauerwerte des Lambwellenimpulses, der die festgelegte Strecke l längs der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium 1 durchläuft, stellt die Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase der Suspensionen dar.

Die zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen bestimmte Einrichtung ermöglicht die Messung der Konzentration der festen Phase und der Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase der Suspensionen und enthält zwei Meßkanäle I und II (Fig. 3).

Im ersten Meßkanal I sind - in Reihe geschaltet - ein monostabiler Start-Multivibrator 22, ein Impulsgenerator 23, ein Ultraschallstrahler 24, ein Ultraschallempfänger 25, ein Verstärker 26 für empfangene Impulse, ein elektronischer Schalter 27 und eine Recheneinheit 28, die an ihrem Ausgang ein Signal bereitstellt, das dem Logarithmus der Eingangsgröße entspricht. Mit dem Eingang des Multivibrators 22 ist ein Reihenkreis aus einem monostabilen Verzögerungs-Multivibrator 29, einem Differentiator 30, einem Amplitudenbegrenzer 31 und einem formenden Multivibrator 32 verbunden, dessen Ausgang an den zweiten Eingang des elektronischen Schalters 27 angeschlossen ist.

Im zweiten Meßkanal II liegen - in Reihe geschaltet - ein monostabiler Start-Multivibrator 33, ein Impulsgenerator 34, ein Ultraschallstrahler 35, der auf einem ersten Prisma 36 angeordnet ist, ein Ultraschallempfänger 37 auf einem zweiten Prisma 38, ein Verstärker 39 für empfangene Impulse, ein elektronischer Schalter 40 und eine Recheneinheit 41, die an ihrem Ausgang ein Signal bereitstellt, das dem Logarithmus der Eingangsgröße entspricht.

Am Eingang des Multivibrators 33 liegen hintereinandergeschaltet ein monostabiler Verzögerungs-Multi-Vibrator 42, ein Differentiator 43, ein Amplitudenbegrenzer 44 und ein formender Multivibrator 45, dessen Ausgang an den zweiten Eingang des elektronischen Schalters 40 angeschlossen ist.

An den Eingängen der Multivibratoren 22, 33 liegt ein Multivibrator 46. Zwischen die Recheneinheiten 28, 41 der beiden Meßkanäle I, II ist eine Subtraktionseinheit 47 geschaltet, deren Ausgang mit einem Eingang eine Divisionseinheit 48 verbunden ist, deren zweiter Eingang an den Ausgang der Recheneinheit 41 des zweiten Meßkanals II angeschlossen ist.

Der Ultraschallstrahler 24 und der Ultraschallempfänger 25 des ersten Meßkanals I sowie die Prismen 36, 38 des zweiten Meßkanals II sind am Behälter 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 befestigt.

Der Multivibrator 46 erzeugt Impulse, von denen jeder Impuls über die Multivibratoren 22, 23 die Impulsgeneratoren 23, 34 auslöst, welche die mit elektrischen Schwingungen von vorgegebener Frequenz gefüllten rechteckigen Impulse erzeugen. Die Zeitpunkte der Auslösung der Impulsgeneratoren 23, 34 und folglich die Dauer der von ihnen erzeugten Rechteckimpulse werden durch die Dauer der von den Start-Multivibratoren 22, 33 gelieferten Impulse bestimmt.

Die z. B. piezoelektrischen Ultraschallstrahler 24, 35 verwandeln die elektrischen Schwingungen infolge des umgekehrten Piezoeffekts in elastische Ultraschallschwingungen des Mediums, mit dem sie in Berührung kommen.

Der erste Ultraschallstrahler 24 ist unmittelbar an der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 angeordnet und erzeugt im Stoff der Wand longitudinale Ultraschallschwingungen 2, die in die zu untersuchenden Suspension 1 eingestrahlt werden.

Die Wellenlänge der vom Ultraschallstrahler 24 erzeugten Ultraschallschwingungen 2 wird von gleicher Größenordnung mit der Teilchengröße der festen Phase des zu untersuchenden Mediums 1 gewählt. Dabei muß die Frequenz der erzeugten Ultraschallgeschwindigkeiten hinreichend hoch sein, um das Vorhandensein von Gasbläschen von Resonanzgröße auszuschließen. In diesem Falle wird die Dämpfung der Ultraschallschwingungen 2 beim Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 praktisch nur durch die Größe der Teilchen der festen Phase und durch ihre Konzentration bestimmt.

Zur Bewertung der Konzentration der festen Phase wird der Dämpfungswert der Lambwellen 3 gemessen, nachdem sie die fixierte Strecke l in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium durchlaufen haben. Zur Erzeugung der Lambwellen 3 ist der Ultraschallstrahler 35 an dem Prisma 36 angeordnet, das an der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 befestigt ist.

Der Winkel, unter welchem die Ultraschallschwingungen 2 mittels des Prismas 36 in die Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 eingestrahlt werden, wird so gewählt, daß die Lambwellen 3 in der Behälterwand entstehen. Bei der Fortpflanzung der Lambwellen in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 wird ihr Dämpfungswert nur durch die Konzentration der festen Phase von Suspensionen bestimmt.

Der Ultraschallempfänger 25 wandelt die Ultraschallschwingungen 2 nach ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 infolge des direkten Piezoeffekts in elektrische Schwingungen um. Ähnlich wirkt auch der Ultraschallempfänger 37 für die Lambwellen, welche die fixierte Strecke in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 durchlaufen.

Die empfangenen Signale werden von den Verstärkern 26, 29 verstärkt und gelangen an die elektronischen Schalter 27, 40.

Die vom Multivibrator 46 geformten Impulse lösen die Verzögerungs-Multivibratoren 29, 42 aus, welche z.B. positive Rechteckimpulse liefern, deren Dauer gleich der minimalen Ausbreitungszeit der Ultraschallschwingungen 2 in dem zu untersuchenden Medium 1 bzw. der minimalen Durchlaufzeit der Lambwellen 3 ist, während der die letzteren die fixierte Strecke l in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 durchlaufen. Die Differentiatoren 30, 43 differenzieren die von den Verzögerungs-Multivibratoren 29, 42 geformten positiven Rechteckimpulse, die sich dabei in je zwei nacheinander liegende positive bzw. negative Impulse verwandeln. Die Amplitudenbegrenzer 31, 44 lassen nur den zweiten dieser Impulse, nämlich den negativen Impuls durch, der die Multivibratoren 32, 45 triggert. Die Dauer der von den letzteren geformten Impulse wird so eingestellt, daß sie dem informativen Teil der das zu untersuchende Medium 1 durchlaufenden Ultraschallschwingungsimpulse und der die fixierte Strecke l längs der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 zurückgelegten Lambwellen entspricht.

Die von den Multivibratoren 32, 45 geformten Impulse entsperren die elektronischen Schalter 27, 40, die also nur den informativen Teil der Ultraschallschwingungsimpulse nach ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 und der die fixierte Strecke l längs der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 durchlaufenen Lambwellen durchlassen.

Die Amplitude der die fixierte Strecke l längs der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 durchlaufenden Lambwellen 3 kennzeichnet die Konzentration der festen Phase von Suspensionen.

Die Recheneinheiten 28, 41 berechnen die Logarithmen der Amplituden der von den elektronischen Schaltern 27, 40 durchgelassenen Signale.

Die Substraktionseinheit 47 ermitteln die Differenz der Logarithmen der gemessenen Amplituden, während die Divisionseinheit die Größe S bestimmt.

Die Einrichtung, die das Verfahren zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen realisiert und die Messung der Konzentration der festen Phase, der Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase und der Konzentration der nutzbaren Komponente in den Bezugsfraktionen des zu untersuchenden Mediums ermöglicht, enthält ebenfalls zwei Meßkanäle (Fig. 4).

Im ersten Meßkanal sind ein Impulsgenerator 23, ein auf einem Wellenleiter 50 montierter Ultraschallstrahler 24, ein Ultraschallempfänger 25, der auf einem anderen Wellenleiter 51 angeordnet ist, ein Verstärker 26 für empfangene Impulse und ein Impulsdehner 52 in Reihe geschaltet.

Im zweiten Meßkanal liegen ein Impulsgenerator 34, ein auf einen Prisma 36 befestigter Ultraschallstrahler 35, ein Ultraschallempfänger 37, der auf einem anderen Prisma 38 angeordnet ist, ein Verstärker 39 für empfangene Impulse und ein Impulsdehner 53 in Reihe. Die Empfangsimpulsverstärker 26 und 39 des ersten und des zweiten Meßkanals sind als logarithmische Verstärker ausgeführt.

An die Ausgänge der Impulsdehner 52, 53 der beiden Meßkanäle sind die Eingänge einer Subtraktionseinheit 47 angeschlossen, deren Ausgang mit einem Eingang einer Divisionseinheit 48 verbunden ist, deren zweiter Eingang am Ausgang des Impulsdehners 53 des zweiten Meßkanals liegt.

Der Ausgang der ersten Divisionseinheit 48 ist mit den zweiten Eingängen des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten elektronischen Schalters 27, 40, 54 bzw. 55 verbunden, deren erste Eingänge über die erste, die zweite, die dritte und die vierte Verzögerungsleitung 56, 57, 58 bzw. 59 mit den ersten vier Ausgängen eines Auswerterechners 60 in Verbindung stehen, die auch an die Eingänge einer ODER-Schaltung 61 angeschlossen sind. Der Ausgang der ODER-Schaltung 61 ist über eine fünfte und sechste Verzögerungsschaltung 62 bzw. 63 mit den Eingängen der Impulsgeneratoren 23, 24 der beiden Meßkanäle verbunden.

Am zweiten, dritten und vierten Ausgang des Auswerterechners 60 liegen ein erster, zweiter und dritter Multivibrator 64, 65 bzw. 66, deren Ausgänge mit den Eingängen der logischen ODER-Schaltung 67 verbunden sind, deren Ausgang über einen dritten Generator 68 mit einem dritten Ultraschallstrahler 69 in Verbindung steht.

An die Ausgänge des ersten, zweiten, dritten und vierten elektronischen Schalters 27, 40, 54 bzw. 55 sind die ersten Eingänge eines ersten, zweiten, dritten und vierten Amplitudendetektors 70, 71, 72 bzw. 73 angeschlossen, deren zweite Eingänge mit dem achten Ausgang des Auswerterechners 60 verbunden sind und deren Ausgänge an den ersten Eingängen eines fünften, sechsten, siebenten und achten elektronischen Schalters 74, 75, 76 bzw. 77 liegen.

Mit dem Ausgang des fünften elektronischen Schalters 74 ist der erste Eingang einer Divisionseinheit 78 verbunden, deren zweiter Eingang an die Ausgänge des sechsten, siebenten und achten elektronischen Schalters 75, 76 bzw. 77 angeschlossen ist, deren zweite Eingänge über einen fünften, sechsten und siebenten monostabilen Multivibrator 79, 80 bzw. 81 mit dem fünften, sechsten und siebenten Ausgang des Auswerterechners 60 und mit den Eingängen einer zweiten ODER-Schaltung 82 in Verbindung stehen. Bei der letzteren ist der Ausgang über den vierten Multivibrator 83 mit dem zweiten Eingang des fünften elektronischen Schalters 74 verbunden.

An den Eingang des Auswerterechners 60 ist ein Zähler 84 angeschlossen, der mit dem Multivibrator 46 verbunden ist.

Der dritte Ultraschallstrahler 69 ist im oberen Teil des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 angeordnet. Im unteren Teil des Behälters 49 sind die Wellenleiter 50, 51 mit dem darauf angebauten Ultraschallstrahler 24 und dem Ultraschallempfänger 25 des ersten Meßkanals sowie die Prismen 36, 38 mit dem Ultraschallstrahler 35 und dem Ultraschallempfänger 37 des zweiten Meßkanals befestigt.

Die Prismen 36, 38 können auch auf einer Meßplatte befestigt sein, die einen Längsausschnitt in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 verdeckt.

Die nach Fig. 4 ausgeführte Einrichtung zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen funktioniert wie folgt.

Der Multivibrator 46 erzeugt Rechteckimpulse, die einem elektronischen Impulsverteiler zugeführt werden, welcher aus dem Zähler 84 und dem Auswerterechner 60 mit acht Ausgängen besteht. Also umfaßt ein Kontrollzyklus acht Takte. Im ersten Takt passiert der vom ersten Ausgang des Auswerterechners 60 gelieferte Impuls die ODER-Schaltung 61, die fünfte und sechste Verzögerungsleitung 62, 63 und löst den ersten und zweiten Impulsgenerator 23 bzw. 34 aus. Um die gegenseitige Beeinflussung der Meßkanäle herabzusetzen, wählt man die Zeit der Impulsverzögerung durch die Verzögerungsleitungen 62, 63 so, daß zeitliche Verschiebungen der Einschaltperioden des ersten und des zweiten Impulsgenrators 23, 34 gewählt werden, bei denen im eingeschalteten Zustand Serien von hochfrequenten elektrischen Schwingungen mit fester Frequenz und Dauer erzeugt werden.

Die Ultraschallschwinger 24, 35 z. B. vom piezoelektrischen Typ wandeln das elektrische Signal in elastische Schwingungen des Mediums um, mit dem sie Kontakt haben.

Der erste Ultraschallstrahler 24 strahlt mittels des ersten Wellenleiters 50 Ultraschallschwingungen 2 in das im Behälter 49 befindliche zu untersuchende Medium 1 in Richtung des Ultraschallempfängers 25 aus, der am Wellenleiter 51 angeordnet ist. Der zweite Ultraschallstrahler 35 erzeugt in der Wand des Behälters 49 (oder in der Meßplatte) mit Hilfe des ersten Prismas 36 die Lambwellen, die das zweite Prisma 38 durchlaufen und vom zweiten Ultraschallempfänger 37 empfangen werden.

Die Dämpfung der hochfrequenten Ultraschallschwingungen 2 bei ihrem Durchgang durch das zu untersuchende Medium 1 vom ersten Ultraschallstrahler 24 bis zum ersten Ultraschallempfänger 25 wird praktisch nur von der Teilchengröße in der festen Phase und von der Konzentration der Teilchen bestimmt.

Beim Durchlaufen der Lambwellen 3 durch die fixierte Strecke in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium hängt ihre Dämpfung nur von der Konzentration der festen Phase der Suspensionen ab.

Die (elastischen) Ultraschallschwingungen 2, die das zu untersuchende Medium 1 durchlaufen, und die nach Durchlaufen der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 empfangenen Lambwellen 3 werden von den Ultraschallempfängen 25, 37 in elektrische Schwingungen umgewandelt.

Die hochfrequenten elektrischen Schwingungen werden in den logarithmischen Verstärkern 26, 39 im logarithmischen Maßstab verstärkt und gleichgerichtet. Da die Dauer der dabei erzeugten Impulse klein ist, wird sie in den Impulsdehnern 52, 53 ohne Änderung der Amplitude verlängert.

In der Subtraktionseinheit 47 wird die Differenz der Logarithmen der empfangenen Signale bestimmt, und mit Hilfe der ersten Divisionseinheit 48 wird die Größe S berechnet.

Die Amplitude der Lambwellen 3, welche die fixierte Strecke l längs der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 zurückgelegt haben, kennzeichnet die Konzentration der festen Phase des zu untersuchenden Mediums, während die Größe S die Konzentration der Bezugs-Kornklasse von Teilchen der festen Phase in der zu untersuchenden Suspension 1 darstellt.

Der vom ersten Ausgang des Auswerterechners 60 gelieferte Impuls passiert die erste Verzögerungsleitung 56 und entsperrt den ersten elektronischen Schalter 27. Die Wahl der Verzögerungszeit dieses Impulses in der ersten Verzögerungsleitung 56 erfolgt unter Berücksichtigung der Ausbreitungszeit der Ultraschallschwingungen 2 in dem zu untersuchenden Medium 1 und der Lambwellen in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 und wird so vorgenommen, daß der erste elektronische Schalter 27 zum Zeitpunkt der Bestimmung der Größe S in der Divisionseinheit 48 leitend wird.

Der erste Amplitudendetektor 70 fixiert (also "speichert") die Größe S₀.

Der zweite, der dritte und der vierte Kontrolltakt erfolgen ähnlich dem ersten Takt, da der zweite, dritte und vierte Impuls vom zweiten, dritten bzw. vierten Ausgang des Auswerterechners 60 mittels der ODER-Schaltung 61 die Impulsgeneratoren 23, 34 ebenso auslösen.

Gleichzeitig triggert jeder dieser Impulse den ersten, zweiten und dritten Univibrator 64, 65 bzw. 66, die über die ODER-Schaltung 67 den dritten Generator 68 einschalten. Dieser erzeugt elektrische Leistungsschwingungen, die vom dritten Ultraschallstrahler 69 in elastische Schwingungen des Mediums umgewandelt werden.

Unter Einwirkung der erzeugten Ultraschall-Leistungsschwingungen 2 entstehen akustische Strömungen und der Schallstrahlungsdruck 10, die eine Verschiebung von Teilchen der festen Phase in dem zu untersuchenden Medium 1 vom dritten Ultraschallstrahler 69 in Richtung der Wand des Behälters 49 hervorrufen, an der die Prismen 36, 38 des zweiten Meßkanals befestigt sind.

Die Verschiebung der Teilchen der festen Phase führt zu einer Änderung ihrer Verteilung nach Größe und Konzentration neben der Wand des Behälters 49 mit den daran befestigten Prismen 36, 38 des zweiten Meßkanals sowie zwischen den Wellenleitern 50, 51 des ersten Meßkanals.

Für Teilchen gleicher Größe, die in einer bestimmten Entfernung vom dritten Ultraschallstrahler 69 liegen, wird der Grad der Umverteilung der Teilchenparameter nur vom spezifischen Gewicht des Stoffes bestimmt, aus welchem die Teilchen bestehen.

Praktisch besteht dieser Stoff aus mehreren Komponenten, von denen eine Nutzkomponente ist, deren Konzentration eben gemessen werden soll.

Da das spezifische Gewicht der nutzbaren Komponente bekannt ist, wird analytisch oder experimentiell der Grad der Verschiebung der Teilchen nur dieser Komponente von bekannter Größe unter Einwirkung der akustischen Strömungen und des Schallstrahlungsdruckes 10 von bekannter Intensität bestimmt. Die Intensität dieser Einwirkung ändert sich aber bei Änderungen der Amplitude oder der Wirkdauer der vom dritten Ultraschallstrahler 69 erzeugten Ultraschall- Leistungsschwingungen.

Bei impulsartiger Einwirkung der Ultraschall- Leistungsschwingungen mit konstanter Amplitude hängt der Grad der Einwirkung der von diesen Schwingungen erzeugten akustischen Strömungen und des Schallstrahlungsdruckes 10 auf ein Teilchen der festen Phase von der Impulsdauer ab.

Die Dauer der Impulse, die vom ersten, zweiten und dritten Multivibrator 64, 65 bzw. 66 erzeugt werden, wird so gewählt, daß der Einwirkungsgrad der akustischen Strömungen und des Schallstrahlungsdruckes 10 für die Verschiebung von drei und im allgemeinen Fall auch von mehr Bezugs-Kornklassen der festen Phase der Suspensionen ausreichend ist.

Die für jeden Fall berechnete Größe S (S₁, S₂, S₃) wird über den zweiten, dritten und vierten elektronischen Schalter 40, 54 bzw. 55, die durch die vom zweiten, dritten und vierten Ausgang des Auswerterechners 60 gelieferten und in den Verzögerungsleitungen 57, 58, 59 verzögerten Impulse entsperrt werden, dem zweiten, dritten und vierten Amplitudendetektor 71, 72 bzw. 73 zugeführt, die ihre Amplitude fixieren. Die Verzögerungszeit der Impulse in den Verzögerungsleitungen 57, 58, 59 wird unter Berücksichtigung der gleichen Bedingungen wie bei der Verzögerungsleitung 56 bestimmt.

Die vom fünften, sechsten und siebenten Ausgang des Auswerterechners 60 abgegebenen Impulse bewirken mittels des fünften, sechsten und siebenten Multivibrators 79, 80 bzw. 81 die folgerichtige Öffnung (Entsperrung) des sechsten, siebenten und achten elektronischen Schalters 75, 76 bzw. 77.

Jeder der vom fünften, sechsten und siebenten Ausgang des Auswerterechners 60 gelieferten Impulse öffnet dabei über die zweite ODER-Schaltung 82 und den vierten Multivibrator 83 den fünften elektronischen Schalter 74. Die Größen S₀ und S₁, S₀ und S₂, S₀ und S₃ werden paarweise der zweiten Divisionseinheit 78 zugeführt, in der die Berechnung der Konzentration r der nutzbaren Komponente

bei i = 1, 2, 3, . . .

erfolgt.

Eine weitere Ausführungsform der Einrichtung zur Messung der Kennwerte einer festen Phase von Suspensionen ist in Fig. 5 dargestellt. Sie enthält ebenfalls zwei Meßkanäle.

Im ersten Kanal liegen der Impulsgenerator 23, der Leistungsverstärker 85, der Ultraschallstrahler 25 in Reihe und sind der Ultraschallempfänger 25, der Empfangssignalverstärker 26, der elektronische Schalter 27, die Recheneinheit 28, die Verzögerungsleitung 56, der erste Amplitudenbegrenzer 31, die erste Steuerungsschaltung 86 zur Steuerung des Zeitgebers 87 und eine Recheneinheit 88 zur Berechnung der Dauerdifferenz von Impulsen auf verschiedenen Begrenzungsniveaus ebenfalls in Reihe geschaltet.

Zwischen dem Generator 23 und dem elektronischen Schalter 27 liegt ein Sperrschwinger 89, während zwischen der Recheneinheit 28 und dem Begrenzer 31 ein Begrenzungsniveau-Wähler 90 eingefügt ist.

An den Ausgang des Begrenzers 31 sind - in Reihe liegend - der zweite Amplitudenbegrenzer 44, eine zweite Schaltung 91 zur Steuerung eines Zeitgebers 92 und der Zeitgeber 92 selbst angeschlossen, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der Recheneinheit 88 verbunden ist.

Zwischen der Recheneinheit 28 und dem zweiten Amplitudenbegrenzer 44 liegt ein zweiter Begrenzungsniveau- Wähler 93.

Der zweite Meßkanal enthält - in Reihe geschaltet - den Impulsgenerator 34, einen Leistungsverstärker 94, den Ultraschallstrahler 35, den Ultraschallempfänger 37, den Verstärker 39 für empfangene Impulse, den elektronischen Schalter 40, die Recheneinheit 41, die Verzögerungsleitung 57, einen dritten Amplitudenbegrenzer 95, eine dritte Schaltung 96 zur Steuerung eines Zeitgebers 97, den dritten Zeitgeber 97 und eine Recheneinheit 98 zur Berechnung der Dauerdifferenz von Impulsen auf verschiedenen Begrenzungsniveaus.

Zwischen den Impulsgenerator 34 und den elektronischen Schalter 40 ist ein Sperrschwinger 99 geschaltet. Zwischen der Recheneinheit 41 und dem dritten Amplitudenbegrenzer 95 liegt ein dritter Begrenzungsniveau- Wähler 100, und zwischen dem dritten Amplitudenbegrenzer 95 und der Subtraktionseinheit 98 bilden ein vierter Amplitudenbegrenzer 101 und eine vierte Schaltung 102 zur Steuerung eines Zeitgebers 103 eine Reihenschaltung.

Zwischen der Recheneinheit 41 und dem vierten Amplitudenbegrenzer 101 liegt ein vierter Begrenzungsniveau- Wähler 104, während zwischen den Recheneinheiten 88 und 98 zur Berechnung der Dauerdifferenz von Impulsen auf verschiedenen Begrenzungsniveaus die Subtraktionseinheit 47 eingefügt ist, an deren Ausgang ein Eingang der Divisionseinheit 48 angeschlossen ist. Der zweite Eingang der Divisionseinheit 48 ist mit dem Ausgang der Recheneinheit 98 zur Berechnung der Dauerdifferenz von Impulsen auf verschiedenen Begrenzungsniveaus verbunden. Zwischen den Impulsgeneratoren 23, 34 ist ein Umschalter vorgesehen, an dessen Eingang der Multivibrator 46 angeschlossen ist. Der Ultraschallstrahler 35 ist auf dem Prisma 36 und der Ultraschallempfänger 37 auf dem Prisma 38 montiert. Eine Meßplatte 106 verdeckt einen Längsausschnitt 107 in der Wand des Meßbehälters 49.

Die Einrichtung funktioniert folgenderweise.

Die Impulsgeneratoren 23, 34 erzeugen mit Sinusschwingungen gefüllte Rechteckimpulse. Die Frequenz der vom Impulsgenerator 23 des ersten Meßkanals erzeugten Schwingungen wird so gewählt, daß die Wellenlänge dieser Schwingungen in der gleichen Größenordnung liegt die die Teilchengröße in der festen Phase des zu untersuchenden Mediums.

Die von den Leistungsverstärkern 85, 94 verstärkten elektrischen Schwingungen werden in elastische Ultraschallschwingungen des Mediums umgewandelt und vom Ultraschallstrahler 24 in das zu untersuchende Medium eingestrahlt, während der Ultraschallstrahler 35 solche Schwingungen mit Hilfe des Prismas 36 in die Wände des Behälters 49 oder in die Meßplatte 106 ausstrahlt, die den Längsausschnitt 107 im Meßbehälter mit dem zu untersuchenden Medium verdeckt, wo die Lambwellen 3 erzeugt werden.

Die Sperrschwinger 89, 99 werden durch die Vorderflanke der von den Impulsgeneratoren 23, 34 erzeugten Rechteckimpulse ausgelöst, und die von ihnen gelieferten Impulse öffnen die elektronischen Schalter 27, 40, die während des gewählten Zeitabschnitts das von den Empfangsimpulsverstärkern 26, 39 kommende Signal durchlassen.

Die Recheneinheiten 28, 41 erzeugen Impulse, deren Amplitude dem Logarithmus der Amplitude der von den elektronischen Schaltern 27, 40 durchgelassenen Impulse proportional ist.

Über die Verzögerungsleitungen 56, 57 gelangen die empfangenen Impulse an die gesteuerten Amplitudenbegrenzer 31, 95. Die Zeit der Impulsverzögerung wird durch die Charakteristiken der Begrenzungsniveau-Wähler 90, 100 bestimmt, die entsprechend dem jeweiligen Amplitudenwert des empfangenen Impulses und den vorgegebenen Werten der Verhältnisse der Amplitude von empfangenen Impulsen zum Begrenzungsniveau ein Begrenzungsniveau bilden. Also ändert sich der Absolutwert des Begrenzungsniveaus proportional zur Amplitude des empfangenen Impulses, wobei der Wert des Verhältnisses dieses Niveaus zur Impulsamplitude beibehalten wird. Das ermöglicht die Beseitigung der Beeinflussung der Dauer des empfangenen Impulses auf den gebildeten Meßniveaus durch von verschiedenen Faktoren hervorgerufene Variationen des Dämpfungswertes der Ultraschallschwingungen 2 beim Durchgang durch das Medium 1 und der Lambwellen beim Passieren der fixierten Strecke l längs der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1.

Die gesteuerten Amplitudenbegrenzer 44, 101 bilden zusammen mit den Begrenzungsniveau-Wählern 93, 104 das zweite Niveau für die Begrenzung des empfangenen Impulses. Die Zeitgeber-Steuerschaltungen 86, 91, 96, 102 schalten die Zeitgeber 87, 92, 97, 103 beim Beginn der Amplitudenbegrenzung der empfangenen Impulse ein und beim Beginn der Verringerung ihrer Amplitude aus.

Die zur Berechnung der Differenz der Impulsdauer auf verschiedenen Begrenzungsniveaus bestimmte Recheneinheit 88 berechnet die Differenz α der Dauerwerte des durch das zu untersuchende Medium 1 hindurchgegangenen Ultraschallschwingungsimpulses 2 auf den gebildeten Meßniveaus, während die zum gleichen Zweck bestimmte Recheneinheit 98 die Differenz der Dauerwerte des Lambwellenimpulses errechnet, der in der Wand des Behälters 49 mit dem zu untersuchenden Medium 1 gelaufen war. In der Subtraktionseinheit 47 wird die Differenz α-β bestimmt.

In der Divisionseinheit 48 erfolgt die Berechnung der Größe S₀, welche die Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase von Syspensionen kennzeichnet:

Die Größe S₀ wird in das Signal von normierter Form und Größe durch die Maßstabschaltung 104 umgewandelt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen, bei dem Ultraschallschwingungsimpulse (2) erzeugt und durch das eine Suspension enthaltende, zu untersuchende Medium (1) geleitet werden, wobei die Amplitude der Ultraschallschwingungsimpulse (2) nach Durchlaufen des zu untersuchenden Mediums (1) gemessen wird, nach deren Größe die Konzentration der festen Phase und die Konzentration einer Bezugs-Kornklasse der festen Phase in dem zu untersuchenden Medium (1) beurteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Lambwellen (3) erzeugt werden, die in die Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium (1) eingestrahlt werden, daß darauf die die Konzentration der festen Phase der Suspension kennzeichnende Amplitude der durch eine bestimmte Strecke (l) der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium (1) gelaufenen Lambwellen (3) gemessen wird, und daß darauf das der Konzentration der Bezugs-Kornklasse entsprechende Verhältnis berechnet wird, worin S₁ der Logarithmus der Amplitude der Lambwellen (3) nach Durchlaufen der bestimmten Strecke (l) der Wand des Behälters mit dem zu untersuchenden Medium (1) und S₂ der Logarithmus der Amplitude der Ultraschallschwingungen (2) nach Durchlauf durch das zu untersuchende Medium (1) bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu untersuchenden Medium (1) zusätzlich akustische Strömungen und Schallstrahlungsdruck (10) erzeugt werden, dessen Intensität der Masse der Teilchen der festen Phase der Suspension proportional ist, und daß darauf für mehrere fixierte Intensitätswerte der akustischen Strömungen und des Schallstrahlungsdruckes (10) der die Konzentrationen (r) der nutzbaren Komponente der Bezugs-Kornklasse der zu untersuchenden Suspension (1) kennzeichnende Quotient S/S₀ bestimmt wird, worin S₀ ohne und S unter Einwirkung der akustischen Strömungen und des Schallstrahlungsdruckes (10) bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der Ultraschallschwingungen (2) und die Lambwellen (3) nach Durchlaufen des zu untersuchenden Mediums bzw. der bestimmten Strecke (l) auf zwei unterschiedlichen, ihrer Amplitude proportionalen Niveaus beschnitten werden und die Impulsdauer auf den beiden Niveaus gemessen wird, und daß die Differenz der gemessenen Werte für die Ultraschallwellen (2) und für die Lambwellen (3) errechnet und der Quotient der errechneten Differenzen gebildet wird, wobei die Differenz der gemessenen Werte für die Lambwellen die Konzentration der festen Phase und der Quotient die Konzentration der Bezugs-Kornklasse der festen Phase der Suspension darstellt.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei Meßkanälen (I, II), in denen je ein Impulsgenerator (23, 34), ein Ultraschallstrahler (24, 35), ein Ultraschallempfänger (25, 37) und ein Empfangssignalverstärker (26, 39) in Reihe geschaltet sind, wobei der Ultraschallstrahler (24) und der Ultraschallempfänger (25) eines Meßkanals unmittelbar an den Wänden des Behälters (49) mit dem zu untersuchenden Medium (1) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßkanal (I, II) mit einer an den Ausgang des Empfangssignalverstärkers (26, 39) angeschlossenen ersten Recheneinheit (28, 41), deren Ausgangssignal gleich dem Logarithmus des Eingangssignals ist, einer eingangsseitig mit den Ausgängen der Recheneinheit der beiden Kanäle verbundenen Substraktionseinheit (47) und mit einer Divisionseinheit (48) versehen ist, an deren Eingänge die Ausgänge der Subtraktionseinheit (47) und der ersten Recheneinheit (41) des zweiten Meßkanals angeschlossen sind, wobei der Ultraschallstrahler (35) und der Ultraschallempfänger (37) des zweiten Meßkanals an Prismen (36, 38) angeordnet sind, die an der Wand des Behälters (49) mit dem zu untersuchenden Medium (1) befestigt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (36, 38) an einer Platte (106) angeordnet sind, die einen Längsausschnitt (107) in der Wand des Behälters (49) mit dem zu untersuchenden Medium verdeckt und an der Wand des Behälters (49) befestigt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßkanal je einen Impulsdehner (52, 53) enthält, deren Eingang an den Ausgang des Empfangssignalverstärkers (26, 39) und deren Ausgang jeweils an die Subtraktionseinheit (47) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Impulsdehners (53) des zweiten Meßkanals außerdem mit dem Eingang der Divisionseinheit (48) verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen Zähler (84), dessen Eingang mit dem Ausgang des Empfangssignalverstärkers (26, 39) jedes Meßkanals verbunden ist, einer ODER-Schaltung (61), deren Ausgang über eine eigene Verzögerungsleitung (62, 63) für jeden Kanal mit den Eingängen der Impulsgeneratoren (23, 34) verbunden ist, einen Auswerterechner (60), dessen Eingänge mit dem Ausgang des Zählers (84) und dessen Ausgang mit dem Eingang der ODER-
Schaltung (61) verbunden sind, und eine mit dem Decodierer (60) und mit der ODER-Schaltung (61) zusammenwirkenden Steuerschaltung zur Steuerung des Meßvorganges und der Berechnung der Kennwerte der festen Phase oder Suspensionen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung zur Steuerung des Meßvorganges und der Berechnung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen eine zweite ODER-Schaltung (67), einen mit dieser in Reihe liegenden dritten Impulsgenerator (68) und einen dahinterliegenden dritten Ultraschallstrahler (69) enthält, der an der Wand des Behälters (49) über den zwei anderen (24, 35) gegenüber den an den Prismen (36, 38) angeordneten Ultraschallwandlern (35, 37) befestigt ist, wobei die Eingänge der zweiten ODER-Schalter (67) über einen für jeden Eingang eigenen monostabilen Multivibrator (64, 65, 66) mit den Eingängen der ersten ODER-Schaltung (61) und mit den Ausgängen des ersten Auswerterechners (60) verbunden sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung zur Steuerung des Meßvorganges und der Berechnung der Kennwerte der festen Phase von Suspensionen wenigstens vier identische Reihenstromkreise enthält, die aus je einer Verzögerungsleitung (56), einem ersten elektronischen Schalter (27), einem Amplitudendetektor (70) einem zweiten elektronischen Schalter (74, 75, 76, 77) bestehen, sowie eine zweite Divisionseinheit (78), an deren Eingängen die Ausgänge aller erwähnten Stromkreise liegen und deren Ausgang als Informationsausgang der ganzen Einrichtung dient, wobei die Ausgänge von wenigstens drei Stromkreisen zusammengeschaltet sind, die Eingänge der Verzögerungsleitungen (56) aller Stromkreise an die Eingänge des Auswerterechners (60) angeschlossen sind, der Informationseingang des ersten elektronischen Schalters jedes Stromkreises an den Ausgang der ersten Divisionseinheit (48) angeschlossen ist, der Steuereingang des zweiten elektronischen Schalters (74) des ersten Stromkreises über eine ODER-Schaltung (82) und einen dahinterliegenden monostabilen Multivibrator (83), der Steuereingang des zweiten elektronischen Schalters (75, 76, 77) der übrigen Stromkreise, deren Ausgänge über einen für jeden Stromkreis eigenen monostabilen Multivibrator zusammengeschaltet sind, und der Steuereingang des Amplitudendetektors (70, 71, 72, 73) jedes Stromkreises an die Ausgänge des Auswerterechners (60) angeschlossen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der ersten Recheneinheit (28, 41) jedes Meßkanals eine Verzögerungsleitung (56, 57), ein Amplitudenbegrenzer (31, 95), eine Steuerschaltung (86, 96) und eine zweite Recheneinheit (88, 98) zur Berechnung der Impulsdauerdifferenz auf verschiedenen Begrenzungsniveaus in Reihe liegen, wobei der Ausgang jeder zweiten Recheneinheit (88, 98) mit dem Eingang der Substraktionseinheit (47) verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zwei identische Schaltungen zur Bildung eines Impuls-Begrenzungsniveaus, wobei jede dieser Schaltungen einen Begrenzungsniveau-Wähler (90, 100) enthält, bei dem der Eingang am Ausgang der entsprechenden ersten Recheneinheit (28, 41) und der Ausgang am Steuereingang des entsprechenden Amplitudenbegrenzers (31, 95) liegen, sowie einen an den entsprechenden Amplitudenbegrenzer (31, 95) angeschlossenen zweiten Amplitudenbegrenzer (44, 101) und dahinter eine Steuerschaltung (91, 102) zur Steuerung des Zeitgebers (92, 103), dessen Ausgang am Eingang der entsprechenden zweiten Recheneinheit (88, 98) zur Berechnung der Differenz der Dauer der Impulse bei den Begrenzungsniveaus liegt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der ersten Recheneinheit (28, 41) jedes Meßkanals ein zweiter Impuls-Begrenzungsniveau- Wähler (93, 104) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des entsprechenden zweiten Amplitudenbegrenzers (44, 101) verbunden ist.