DE4222625C2

DE4222625C2 - Acoustic thermometer

Info

Publication number: DE4222625C2
Application number: DE19924222625
Authority: DE
Inventors: Horst Ziegler; Hans-Juergen Aulfes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2012-07-11
Also published as: DE4222625A1

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisches Thermometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an acoustic thermometer according to the preamble of claim 1.

Bei derartigen akustischen Thermometern arbeitet die Aus werteschaltung typischerweise so, daß sie den zeitlichen Abstand von zwei Schallimpulsen bestimmt, die durch das Dispersionselement unterschiedlich beeinflußt wurden. Die se Abstandsbestimmung erfolgt z. B. so, daß man die Null durchgänge der Schallimpulse bestimmt. Dies kann aber insbe sondere dann, wenn sich aufeinanderfolgende Schallimpuls echos überlagern, zu Schwierigkeiten führen.With such acoustic thermometers, the Aus works value switching typically in such a way that it Distance determined by two sound impulses by the Dispersion element were influenced differently. the se distance is determined z. B. so that the zero passages of the sound impulses determined. But this can be especially true especially when consecutive sound impulse overlay echoes, lead to difficulties.

Aus der DE-PS 12 48 347 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Impulspaare mit variablem Zeitabstand T₀ in einen als Meßsonde wirkenden Draht mit einer Durchmesser stufe eingeleitet und die Echos an einem Oszilloskop beobachtet werden. Durch Variation von T₀ werden die Echos zur Überlappung gebracht und aus dem so ermittelten Wert von T₀ ein Maß für die Temperatur des Drahts gewonnen.From DE-PS 12 48 347 a method is known in which two pairs of pulses with a variable time interval T ₀ in a wire acting as a measuring probe with a diameter stage initiated and the echoes are observed on an oscilloscope. By varying T ₀ , the echoes are overlapped and a measure of the temperature of the wire is obtained from the value of T ₀ determined in this way.

Ein weiteres akustisches Thermometer ist aus GB 1 246 542 bekannt. Hier wird ein Schallwandler sowohl als Schall generator als auch als Schallempfänger verwendet. Ein als Resonator arbeitendes Meßelement ist über einen akustischen Schalleiter und einen Koppler mit dem Schall wandler verbunden. Die Resonanzfrequenz des Resonators ist temperaturabhängig; die Resonanzstelle wird aufgesucht indem die Generatorfrequenz automatisch nachgeführt wird.Another acoustic thermometer is from GB 1 246 542 known. Here a sound transducer is used both as sound generator and used as a sound receiver. On measuring element working as a resonator is via a acoustic sound conductor and a coupler with the sound transducer connected. The resonance frequency of the resonator is temperature dependent; the resonance point is sought by automatically tracking the generator frequency becomes.

Eine Reihe von verschiedenen Bauformen von Ultraschall- Temperaturmeßsonden ist in der DE 27 35 908 A1 beschrieben, bei welchen ein Sensordraht von einem Hüllrohr umgeben ist und das Problem störender sich dazwischen ausbildender Materialbrücken angesprochen wird.A range of different types of ultrasound Temperature measuring probes are described in DE 27 35 908 A1, in which a sensor wire is surrounded by a cladding tube is and the problem is more disruptive in between Material bridges is addressed.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein akustisches Ther mometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter gebildet werden, daß eine präzisere Bestimmung der Tempe ratur erhalten wird.By the present invention, an acoustic Ther mometer according to the preamble of claim 1 so on be formed that a more precise determination of the tempe rature is obtained.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein akusti sches Thermometer gemäß Anspruch 1.This object is achieved by an acousti cal thermometer according to claim 1.

Mit der Erfindung ist es möglich, die Verzerrung der Signal impulse, die man an sich am Schallempfänger erhalten würde, dadurch auszuräumen, daß man entgegengesetzte Vorverzer rungen in der Form der erzeugten Schallimpulse vornimmt. Die am Schallempfänger erhaltenen Signalimpulse haben dann eine klare Form, die sich für eine einfache und präzise Auswertung eignet, z. B. die Form eines differenzierten Gauß- Impulses oder einer einzigen Periode einer Sinuswelle.With the invention it is possible to distort the signal impulses that one would receive on the sound receiver, to be cleared out by having opposite predistortions in the form of the sound impulses generated. The signal pulses received at the sound receiver then have a clear form that is easy and precise Evaluation is suitable, e.g. B. the form of a differentiated Gaussian Pulse or a single period of a sine wave.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran sprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are in Unteran sayings.

Die Steuerung der Schallimpuls-Vorverzerrung gemäß Anspruch 2 läßt sich mit geringem apparativem Aufwand durchführen. Die die Impulsform bestimmenden Daten im Festwertspeicher können vorab für einen bestimmten Schalleiter generell oder zumin dest für einen bestimmten Meßbereich, in welchem das Ther mometer eingesetzt wird, durch Eichversuche bestimmt werden.The control of the sound pulse predistortion according to claim 2 can be carried out with little equipment. The the data defining the pulse shape in the read-only memory in advance for a specific sound conductor in general or at least least for a certain measuring range in which the Ther mometer is used, determined by calibration tests.

Bei einem akustischen Thermometer gemäß Anspruch 3 wird die Form der in die Auswerteschaltung einlaufenden Impulse zu sätzlich ausgewertet und man erhält so zusätzliche Informa tionen über die aktuelle Einwirkung von Schalleiter und Dispersionselement auf die Form der durchlaufenden Schall impulse, die zur Steuerung der Impuls-Vorverzerrung verwen det werden.In an acoustic thermometer according to claim 3, the Form of the pulses entering the evaluation circuit is also evaluated and additional information is obtained the current impact of the formwork conductor and Dispersion element on the shape of the continuous sound pulses used to control pulse predistortion be det.

Erfolgt die Berücksichtigung dieser zusätzlichen Informatio nen gemäß Anspruch 4, so arbeitet der Impulsformsteuerkreis sehr rasch und hat einfachen Aufbau.This additional information is taken into account nen according to claim 4, so the pulse shape control circuit works very quickly and has a simple structure.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß die Änderung der Dispersion des Schalls in der Meßstrecke in Abhängigkeit von der Temperatur möglichst groß ist.With the development of the invention according to claim 5 achieved that the change in the dispersion of sound in the measuring section as a function of the temperature if possible is great.

Dies läßt sich gemäß Anspruch 6 mit mechanisch sehr einfa chen Mitteln erreichen.This can be mechanically very simple means.

Bei einem Thermometer gemäß Anspruch 7 hat man keine Stufen an den Abstützstellen der kreisbogenförmigen Blattfedern.In a thermometer according to claim 7, there are no steps at the support points of the circular leaf springs.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: The invention will now be further elucidated with reference to the following play explained with reference to the drawing. In this show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines akustischen Thermometers, wobei der Sensor axial geschnitten wiedergegeben ist und für die Auswerteschaltung ein Blockschaltbild gezeigt ist; Figure 1 is a schematic representation of an acoustic thermometer, the sensor is shown axially sectioned and a block diagram is shown for the evaluation circuit.

Fig. 2-4 ähnliche Darstellungen wie Fig. 1, in denen abgewandelte akustische Thermometer wiedergege ben sind; und Fig. 2-4 representations similar to Figure 1, in which modified acoustic thermometers are ben ben; and

Fig. 5 bis 7 abgewandelte Meßkammern für die akustischen Ther mometer gemäß den Fig. 1-4. Fig. 5 to 7 modified measuring chambers for the acoustic Ther thermometers according to FIGS. 1-4.

Fig. 1 zeigt ein akustisches Gasthermometer mit einem ins gesamt mit 10 bezeichneten Sensorstab sowie einer zugehöri gen Auswerteschaltung 12. Fig. 1 shows an acoustic gas thermometer with an overall designated 10 sensor rod and an associated gene evaluation circuit 12th

Der Sensorstab 10 hat ein Schalleiterrohr 14, dessen Innen durchmesser klein gegenüber der Wellenlänge von Schallwel len ist, die ein auf das in Fig. 1 links gelegene offene Rohrende aufgesetzter Schallgenerator 16 erzeugt. Diese Impulse sind im Grundsatz differenzierte Gauß-Impulse oder eine einzige Periode einer Sinuswelle oder andere Impuls formen mit zwei zur Zeitachse symmetrischen Hälften, die insgesamt einen gleichdruckfreien Impuls ergeben. Diese Schallimpulse haben aber zusätzlich eine Vorverzerrung, wie später noch genauer beschrieben wird.The sensor rod 10 has a sound conductor tube 14 , the inner diameter of which is small compared to the wavelength of Schallwel len, which generates a sound generator 16 placed on the left end of the tube in FIG. 1. In principle, these pulses are differentiated Gaussian pulses or a single period of a sine wave or other pulse form with two halves symmetrical to the time axis, which together result in a pulse free of equal pressure. However, these sound impulses also have predistortion, as will be described in more detail later.

Das rechte Ende des Schalleiterrohres 14 trägt einen Meßkopf 18, der aus gut wärmeleitendem Material hergestellt ist. Im Meßkopf 18 ist eine Stufenbohrung vorgesehen, deren eingangsseitiger Abschnitt 20 eine glatte Fortsetzung der Innenfläche des Schalleiterrohres 14 darstellt. Über eine neren Durchmesser aufweisender Bohrungsabschnitt 24 verbun den. The right end of the sound conductor tube 14 carries a measuring head 18 which is made of a good heat-conducting material. In the measuring head 18 , a stepped bore is provided, the input-side section 20 of which is a smooth continuation of the inner surface of the sound conductor tube 14 . Connected over a neren diameter bore section 24 .

Der Abstand L zwischen der Ringschulter 22 und dem Boden des Bohrungsabschnittes 24 gibt eine Meßstrecke der Länge L vor.The distance L between the annular shoulder 22 and the bottom of the bore section 24 specifies a measuring section of length L.

In einem Abstand vom Schallgenerator 16, der um ein Mehrfa ches größer ist als die Länge L der Meßstrecke, ist an die Umfangswand des Schalleiterrohres 14 ein Mikrofongehäuse 26 dicht angeschweißt. Auch der Schallgenerator 16 und der Meßkopf 18 sind dicht mit dem Schalleiterrohr 14 verbunden, sodaß der Sensorstab 10 insgesamt gasdicht ist. Sein Inne res ist mit einem für den Temperatur-Arbeitsbereich des Thermometers geeigneten Arbeitsgas gefüllt, z. B. Argon oder Helium. Weitere geeignete Arbeitsgase sind z. B. Stickstoff oder auch Luft, wobei im letztgenannten Falle der Sensorstab 10 nicht dicht zu sein braucht, vielmehr mit Druckaus gleichsöffnungen ausgebildet ist.At a distance from the sound generator 16 , which is a multiple greater than the length L of the measuring section, a microphone housing 26 is welded tightly to the peripheral wall of the sound conductor tube 14 . The sound generator 16 and the measuring head 18 are also tightly connected to the sound conductor tube 14 , so that the sensor rod 10 is gas-tight overall. Its interior res is filled with a working gas suitable for the temperature working range of the thermometer, e.g. B. argon or helium. Other suitable working gases are e.g. B. nitrogen or air, in the latter case the sensor rod 10 need not be tight, rather is designed with pressure equalization openings.

Typische in der Praxis verwendete Sensorstäbe 10 haben z. B. ein Schalleiterrohr mit einem Außendurchmesser von etwa 6 mm, eine Stablänge von 20-300 cm und eine Länge L der Meßstrec ke von 5-30 cm.Typical sensor rods 10 used in practice have, for. B. a Schalleiterrohr with an outer diameter of about 6 mm, a rod length of 20-300 cm and a length L of the Meßstrec ke of 5-30 cm.

Im Mikrofongehäuse 26 ist ein Mikrofon 28 angeordnet, das über eine Koppelöffnung 30 der Rohrwand mit dem Inneren des Schalleiterrohres 14 in Verbindung steht.A microphone 28 is arranged in the microphone housing 26 and is connected to the interior of the sound conductor tube 14 via a coupling opening 30 in the tube wall.

Ein Taktgeber 32 der Auswerteschaltung 12 gibt in Abständen, die beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel typischer weise 1/2 bis 1/10 Sekunde betragen, Steuerimpulse auf ei nen steuerbaren Impulsgenerator 34. Dieser umfaßt einen Gleichspannungsgenerator 36 sowie einen nachgeschalteten steuerbaren Modulator 38.A clock generator 32 of the evaluation circuit 12 gives control pulses to a controllable pulse generator 34 at intervals, which typically amount to 1/2 to 1/10 second in the exemplary embodiment considered here. This includes a DC voltage generator 36 and a controllable modulator 38 connected downstream.

Der Modulator 38 erzeugt unter dem Einfluß einer an ihm anliegenden Steuerspannung typische gleichsignalfreie Erregerimpulse der oben angesprochenen Art (abgeleiteter Gauß- Impuls, einzelne Sinusperiode) zur Erregung des Schallwand lers 16. Die Breite dieser Impulse beträgt typischerweise 0,1-1 ms.The modulator 38 generates, under the influence of a control voltage applied to it, typical signal-free excitation pulses of the type mentioned above (derived Gaussian pulse, single sine period) for exciting the sound transducer 16 . The width of these pulses is typically 0.1-1 ms.

Das Ausgangssignal des Mikrofones 28 gelangt auf einen Null durchgangsdetektor 40, der jeweils bei Vorliegen eines Null durchganges einen Ausgangsimpuls erzeugt. Diese Ausgangs impulse gelangen auf einen Impulsabstandsdiskriminator 42, der jeweils den Zeitpunkt, zu dem ein Signal erhalten wird, mit demjenigen Zeitpunkt vergleicht, zu dem das vorhergehende Signal erhalten wurde. Das entsprechende Impulsabstandssignal dient zur Adressierung eines Festwertspeichers 44, in welchem für die verschiedenen Impulsabstandssignale diejenigen Temperatursignale abgelegt sind, die gemäß einer früher durchgeführten Eichung zu den Impulsabstandssignalen gehören. Die entsprechenden Temperatursignale werden auf einer Anzeigeeinheit 46 dargestellt und zugleich über eine Leitung 48 für anderweitige Weiterverarbeitung bereitgestellt.The output signal of the microphone 28 arrives at a zero crossing detector 40 , which generates an output pulse each time there is a zero crossing. These output pulses arrive at a pulse distance discriminator 42 , which compares the time at which a signal is received with the time at which the previous signal was received. The corresponding pulse interval signal is used to address a read-only memory 44 , in which those temperature signals are stored for the various pulse interval signals which, according to a calibration carried out earlier, belong to the pulse interval signals. The corresponding temperature signals are shown on a display unit 46 and, at the same time, are made available for further processing via a line 48 .

Der Nulldurchgangsdetektor 40 und der Impulsabstandsdiskri minator 42 sind mit Startklemmen S versehen, die über einen Verzögerungskreis 50 ebenfalls das Ausgangssignal des Takt gebers 32 erhalten. Die Periode des Verzögerungskreises 50 ist so gewählt, daß das Ausgangssignal des Mikrofones 28, welches durch den vom Schallgenerator 16 zum Meßkopf 18 laufenden Schallimpuls erzeugt wird, bei der Auswertung unterdrückt wird.The zero crossing detector 40 and the pulse distance discriminator 42 are provided with start terminals S, which also receive the output signal of the clock generator 32 via a delay circuit 50 . The period of the delay circuit 50 is selected so that the output signal of the microphone 28 , which is generated by the sound pulse running from the sound generator 16 to the measuring head 18 , is suppressed during the evaluation.

An den Ausgang des Mikrofones 28 ist ferner ein Impulsform speicher 52 angeschlossen. Er läßt sich über ein ODER-Glied 54 durch das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 50 und durch das über einen weiteren Verzögerungskreis 56 erhalte ne Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 40 starten. Die Periode des Verzögerungskreises 56 ist im Hinblick auf die Länge der Meßstrecke L und den Arbeits-Temperaturbe reich des Thermometers gewählt.At the output of the microphone 28 , a pulse shape memory 52 is also connected. It can be started via an OR gate 54 by the output signal of the delay circuit 50 and by the output signal received via a further delay circuit 56 from the zero crossing detector 40 . The period of the delay circuit 56 is selected with respect to the length of the measuring path L and the working temperature range of the thermometer.

Der Impulsformspeicher 52 arbeitet grob gesprochen so, daß er die einlaufenden Signale in regelmäßigen Abständen sampled und eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Signale speichert, z. B. in der Praxis etwa 10 Stützstellen.The pulse shape memory 52 operates roughly so that it samples the incoming signals at regular intervals and stores a predetermined number of successive signals, e.g. B. in practice about 10 support points.

An den Ausgang des Impulsformspeichers 52 ist ein Rechen kreis 58 angeschlossen, der ferner mit einem Sollform- Festwertspeicher 60 zusammenarbeitet.At the output of the pulse shape memory 52 , a computing circuit 58 is connected, which also cooperates with a target shape read-only memory 60 .

Der Rechenkreis 58 arbeitet grob gesprochen so, daß er die vom Impulsformspeicher 52 abgegebene Istsignalform mit der Sollsignalform vergleicht und für jede der Stützstellen ein Korrektursignal berechnet, durch welche die Istsignal form unter Berücksichtigung der impulsverzerrenden Eigen schaften der Schalleiteranordnung zwischen Schallgenerator 16 und Mikrofon 28 auf die Sollsignalform gebracht wird. Mit diesen Korrektursignalen, die im Abstand der Stützstellen entsprechenden kurzen Zeitabständen auf die Steuerklemmen des Modulator 38 gegeben werden, wird der vom Schallgenerator 16 abgegebene Schallimpuls so vorverzerrt, daß man am Ausgang des Mikrofones 28 die Sollsignalform erhält. Letztere ist so gewählt, daß sich die Signalverarbeitung in den Schalt kreisen 40 und 42, insbesondere 40, mit hoher Präzision durchführen läßt.The arithmetic circuit 58 roughly works so that it compares the actual waveform emitted by the pulse shape memory 52 with the desired waveform and calculates a correction signal for each of the support points, by means of which the actual signal shape takes into account the pulse-distorting properties of the sound conductor arrangement between the sound generator 16 and the microphone 28 Target waveform is brought. With these correction signals, which are given to the control terminals of the modulator 38 at short intervals between the support points, the sound pulse emitted by the sound generator 16 is predistorted so that the desired signal shape is obtained at the output of the microphone 28 . The latter is chosen so that the signal processing in the circuits 40 and 42 , in particular 40, can be carried out with high precision.

In Abwandlung dieser Arbeitsweise kann der Rechenkreis 58 auch so arbeiten, daß er eine Fourier-Transformation des Eingangssignales durchführt oder das Eingangssignal unter Berücksichtigung der bekannten Impulsverzerrung zurückfal tet. Diese Impulsverzerrung ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 überwiegend auf dem Weg der einzelnen Druck impulse im langen und engen Schaltleiter 14 zurückzuführen. In a modification of this mode of operation, the computing circuit 58 can also operate in such a way that it carries out a Fourier transformation of the input signal or retracts the input signal taking into account the known pulse distortion. This pulse distortion is in the embodiment of FIG. 1 mainly due to the path of the individual pressure pulses in the long and narrow switching conductor 14 .

Die Schaltkreise 52, 58 und 60 bilden somit zusammen einen Impulsform-Steuerkreis 62, der als Teil einer Regelschleife arbeitet, die ferner den Impulsgenerator 34, den Schallgenera tor 16, das Mikrofon 28 und die zwischen letzteren liegende akustische Meßstrecke umfaßt.The circuits 52 , 58 and 60 thus together form a pulse shape control circuit 62 , which works as part of a control loop, which further includes the pulse generator 34 , the sound generator 16 , the microphone 28 and the acoustic measuring section lying between the latter.

Zur Synchronisation ist eine Steuerklemme S1 des Rechen kreises 58 mit dem Ausgang des Taktgebers 32 verbunden, um den Modulator 38 mit den Korrektursignalen zu beauf schlagen, während der Gleichspannungsgenerator 36 durch den Taktgeber 32 angesteuert wird.For synchronization, a control terminal S1 of the arithmetic circuit 58 is connected to the output of the clock generator 32 in order to apply the correction signals to the modulator 38 , while the DC voltage generator 36 is driven by the clock generator 32 .

Eine zweite Steuerklemme S2 des Rechenkreises 58 erhält das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 50. Bei Erhalt dieses Signales leitet der Rechenkreis 58 einen neuen Zy klus zum Vergleich zwischen Ist-Signalform und Soll-Signal form und zum Berechnen neuer Korrektursignale ein.A second control terminal S2 of the arithmetic circuit 58 receives the output signal of the delay circuit 50 . When this signal is received, the arithmetic circuit 58 initiates a new cycle for comparing the actual signal form and the desired signal form and for calculating new correction signals.

Eine weitere Steuerklemme S3 ist mit dem Ausgangssignal des Verzögerungskreises 56 beaufschlagt. Bei Erhalt dieses Signales weiß der Rechenkreis 58, daß die nun nachfolgend zu bearbeitende Ist-Impulsform zu einem Schallimpuls gehört, der die Meßstrecke L durchlaufen hat.Another control terminal S3 is acted upon by the output signal of the delay circuit 56 . When this signal is received, the arithmetic circuit 58 knows that the actual pulse shape to be subsequently processed belongs to a sound pulse that has passed through the measuring section L.

Da die durch die Laufstrecke bedingte Verformung der Druck impulse unterschiedlich sein kann für solche am Mikrofon 28 erhaltene Schallimpulse, die an der Ringschulter 22 re flektiert wurde, und solche Schallimpulse, die am Boden des Bohrungsabschnittes 24 reflektiert wurden, kann der Rechenkreis 58 aus den für diese einzelnen Impulsformen erhaltenen Korrektursignalen ein gewichtetes Korrektursig nal so zusammensetzen, daß man für beide Arten von Schall impulsen eine nahe bei der Soll-Impulsform liegende Ist impulsform erhält. Since the deformation of the pressure impulses caused by the running distance can be different for such sound impulses received at the microphone 28 , which has been reflected on the annular shoulder 22 , and such sound impulses that were reflected at the bottom of the bore section 24 , the computing circuit 58 can be used for these individual pulse shapes received correction signals compose a weighted correction signal such that for both types of sound pulses a pulse shape close to the target pulse shape is obtained.

In Abwandlung kann man den Rechenkreis 58 auch so program mieren, daß er nur die eine der beiden Schallimpulssorten bei der Berechnung der Korrektursignale berücksichtigt. Sind z. B. die von der Ringschulter 22 reflektierten Druck impulse verhältnismäßig stark und wenig verformt, während die vom Boden des Bohrungsabschnittes 24 reflektierten Schallimpulse stark verzerrt und schwächer sind, so kann der Rechenkreis 58 auch so arbeiten, daß er nur diese schwieriger auszuwertenden zweiten Schallimpulse bei der Berechnung der Korrektursignale berücksichtigt.In a modification, the arithmetic circuit 58 can also be programmed so that it only takes into account one of the two types of sound pulse when calculating the correction signals. Are z. B. the reflected from the annular shoulder 22 pressure pulses relatively strong and little deformed, while the reflected from the bottom of the bore portion 24 sound pulses are strongly distorted and weaker, the computing circuit 58 can also work so that it only these more difficult to evaluate second sound pulses at Calculation of the correction signals taken into account.

Hat man einen Meßkopf 18, der mehrere Reflexionsstellen enthält, so kann an die Steuerklemme S3 auch ein Zähler angeschlossen sein. Der Rechenkreis 58 weiß dann für jede auszuwertende Ist-Impulsform, von welcher der Reflexions stellen der gerade ausgewertete Schallimpuls stammt, und er kann wieder die verschiedenen Sätze von Korrektursig nalen gewichtet zusammensetzen oder nur den Korrektursig nalsatz für den oder die am schwierigsten auszuwertenden Schallimpuls berücksichtigen.If one has a measuring head 18 which contains several reflection points, a counter can also be connected to the control terminal S3. The arithmetic circuit 58 then knows, for each actual pulse shape to be evaluated, from which of the reflection points the sound pulse just evaluated originates, and it can again weight the different sets of correction signals or only take into account the correction signal set for the sound pulse or the most difficult to evaluate.

Das akustische Gasthermometer nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen demjenigen nach Fig. 1, nur erfüllt hier ein Schallwandler 16 zugleich die Funktion des Senders und des Empfängers. Vor den Eingang des Nulldurchgangsdetektors 40 ist ein Sperrkreis 64 vorgesehen, der durch das Aus gangssignal des Taktgebers 32 in die Sperrstellung gesteu ert wird. Auf diese Weise wird das Sendesignal von der Auswerteschaltung ferngehalten.The acoustic gas thermometer according to FIG. 2 essentially corresponds to that according to FIG. 1, only here a sound transducer 16 also fulfills the function of the transmitter and the receiver. Before the input of the zero crossing detector 40 , a blocking circuit 64 is provided, which is controlled by the output signal from the clock generator 32 into the blocking position. In this way, the transmission signal is kept away from the evaluation circuit.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist beim Ende des Schalleiterrohres 14, unmittelbar vor dem Meßkopf 18, ein weiteres Mikrofon 66 über eine Koppelöffnung 30 an das Schalleiterrohr 14 angeschlossen. Es ist mit dem Eingang des Impulsformspeichers 52 verbunden. Das Mikrofon 28 ist nur mit dem Eingang des Nulldurchgangsdetektors 40 verbun den.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, at the end of the sound conductor tube 14 , directly in front of the measuring head 18 , a further microphone 66 is connected to the sound conductor tube 14 via a coupling opening 30 . It is connected to the input of the pulse shape memory 52 . The microphone 28 is only connected to the input of the zero crossing detector 40 .

Damit erfolgt die Ansteuerung des Modulators 38 insgesamt so, daß man in der Nachbarschaft der Ringschulter 22 die gewünschte in der Regel scharfe Sollimpulsform erhält. Man hat dort also eine scharfe Reflexion, was sich ebenfalls auf die Meßverhältnisse günstig auswirkt.Thus, the control is effected of the modulator 38 in total so that the desired sharp usually desired pulse shape is obtained in the vicinity of the annular shoulder 22nd So there is a sharp reflection, which also has a favorable effect on the measuring conditions.

Bei dem vereinfachten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist umfaßt der Steuerkreis 62 allein einen Festwertspeicher 60, in welchem ein, vorzugsweise verschiedene zuvor experimentell ermittelte Korrektursignalsätze abgelegt sind. Der Festwert speicher 60 kann (wie gestrichelt angedeutet) durch das Ausgangssignal des Impulsabstandsdiskriminators 42 (oder auch durch das Ausgangssignal des Festwertspeichers 44) adressiert werden, um aus den verschiedenen Sätzen von Korrektursignalen einen Satz auszuwählen, und gibt bei Erhalt eines Taktimpulses an seiner Startklemme S wieder die Korrektursignale auf den Modulator 38 ab.In the simplified embodiment according to FIG. 4, the control circuit 62 comprises only a read-only memory 60 , in which one, preferably different, previously experimentally determined correction signal sets are stored. The read-only memory 60 can (as indicated by dashed lines) be addressed by the output signal of the pulse distance discriminator 42 (or also by the output signal of the read-only memory 44 ) in order to select a set from the various sets of correction signals and, when a clock pulse is received, outputs S at its start terminal again the correction signals on the modulator 38 .

Fig. 5 zeigt einen Meßkopf 18, der für jeden einlaufenden Schallimpuls drei Meßechos erzeugt, von denen das erste an der Ringschulter 22, das zweite an einer weiteren Ringschul ter 70 und das dritte weiterhin vom Boden eines hintersten, kleinsten Bohrungsabschnittes 72 erhalten wird. Fig. 5 shows a measuring head 18 , which generates three measuring echoes for each incoming sound pulse, of which the first on the annular shoulder 22 , the second on a further annular shoulder 70 and the third continue to be obtained from the bottom of a rearmost, smallest bore section 72 .

Die unter der betreffenden Temperatur zurückgelegten Wege brauchen nicht gleich groß zu sein: so kann die Strecke zwischen den beiden Ringschultern 22, 70, die in der Zeich nung mit M bezeichnet ist, größer, gleich oder kleiner als die Strecke L sein, die zwischen der Ringschulter 70 und dem Boden des Bohrungsabschnittes 72 liegt. The paths covered under the relevant temperature need not be the same size: the distance between the two annular shoulders 22 , 70 , which is designated M in the drawing, may be greater, equal or smaller than the distance L between the Ring shoulder 70 and the bottom of the bore portion 72 is located.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist der Bohrungsab schnitt 24 vom Bohrungsabschnitt 20 durch eine Lochblende 74 getrennt. Die beiden Bohrungsabschnitte 20 und 24 haben aber gleichen Durchmesser.In the embodiment of Fig. 6 is the Bohrungsab section 24 separated from the bore portion 20 through a pinhole 74th The two bore sections 20 and 24 have the same diameter.

Beim Meßkopf 18 nach Fig. 7 wird der hintere Bohrungsab schnitt 24 seitlich durch zwei thermisch verformbare Seiten wände begrenzt, nämlich durch zwei Blattfedern 76, 78, die kreisbogenförmig vorgespannt im Meßkopf 18 sitzen. Dabei gehen die eingangsseitigen Enden der Blattfedern 76, 78 im wesentlichen glatt in den Bohrungsabschnitt 20 über.In the measuring head 18 of FIG. 7, the rear Bohrungsab section 24 is laterally limited by two thermally deformable side walls, namely by two leaf springs 76 , 78 which are prestressed in a circular arc shape in the measuring head 18 . The ends of the leaf springs 76 , 78 on the input side merge into the bore section 20 essentially smoothly.

Durch die Blattfedern 76, 78, deren Durchbiegung in Fig. 7 schon überhöht dargestellt ist, erhält man eine "glei tende", über einen längeren Wegstreckenbereich gestreckte Reflexion. Die reflektierten Teilwellen überlagern sich und bilden einen gegenüber dem einlaufenden Schallimpuls ge streckten Echoimpuls mit von der Form der Blattfedern 76, 78 abhängiger Kontur und Phasenlage. Die Form der Blattfedern 72, 74 hängt ihrerseits von der Temperatur ab, unter welcher sich der Meßkopf 18 befindet, da die Blattfedern aus einem Material gefertigt sind, das einen vom Material des Meßkopfes 18 verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat.By the leaf springs 76 , 78 , the deflection is already shown exaggerated in Fig. 7, you get a "gliding", stretched over a longer distance range reflection. The reflected partial waves overlap and form a ge stretched over the incoming sound pulse echo pulse with the shape of the leaf springs 76 , 78 dependent contour and phase position. The shape of the leaf springs 72 , 74 in turn depends on the temperature at which the measuring head 18 is located, since the leaf springs are made of a material that has a different thermal expansion coefficient from the material of the measuring head 18 .

Claims

1. Acoustic thermometer with a sound pulse generate the sound generator ( 16 ), with a temperature-dependent dispersion element ( 24 ; 76 , 78 ) to which the temperature to be measured can be applied, with a sound receiver ( 28 ), with a sound conductor ( 14 ), via which the sound generator ( 16 ) and the sound receiver ( 28 ) are connected to the dispersion element ( 24 ; 76 , 78 ), and with an evaluation circuit ( 12 ) connected to the sound receiver ( 28 ), characterized in that the sound generator ( 16 ) is connected to a voltage source ( 36 ) via a modulator ( 38 ), the modulator ( 38 ) providing an output signal that changes over time in such a way that the sound receiver ( 28 ) takes into account the distortion caused by the sound conductor ( 14 ) on the sound pulses Receives output signal pulses that have a form that can be easily evaluated, in particular have sharp zero crossings.

2. Thermometer according to claim 1, characterized in that the modulator ( 38 ) is controlled by a read-only memory ( 60 ) which is activated for reading by a clock generator ( 32 ).

3. Thermometer according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation circuit ( 12 ) contains a pulse shape control circuit ( 52 , 58 ) which compares the actual shape of the output pulses from the sound receiver ( 28 ) with a target shape and an error signal associated with the deviation provides.

4. Thermometer according to claim 3, characterized in that the error signal is used for addressing various fields of the read-only memory ( 60 ).

5. Thermometer according to one of claims 1-4, characterized in that the dispersion element ( 24 ; 76 , 78 ) thermally deformable parts ( 76 , 78 ) of a measuring chamber ( 24 ).

6. Thermometer according to claim 5, characterized in that the thermally deformable parts ( 76 , 78 ) are two circular arc-shaped biased leaf springs, which lie opposite each other and the ends of which are supported on the measuring chamber ( 24 ), so that they are a temperature-dependent Ver the form acoustically effective measuring chamber cross-section, these leaf springs ( 76 , 78 ) are made of a material which has different, preferably larger thermal expansion coefficients from the material of the measuring chamber ( 24 ).

7. Thermometer according to claim 6, characterized in that the ends of the arcuate biased leaf springs ( 76 , 78 ) sit flush in the wall of the measuring chamber ( 24 ).

8. Thermometer according to any one of claims 1-4, characterized in that the measuring chamber ( 24 ) has at least two reflection means spaced apart in the planting direction of the sound pulses and the evaluation circuit ( 12 ) contains a pulse position discriminator ( 42 ) which detects the time from was determined by the sound impulses received from the various reflectors.

9. Thermometer according to claim 8, characterized in that the pulse distance discriminator ( 42 ) is preceded by a zero crossing detector ( 40 ).

10. Thermometer according to claim 8 or 9, characterized in that the output signal of the pulse distance discriminator ( 42 ) is used for addressing a read-only memory ( 44 ) which contains the various pulse intervals assigned temperature signals.