DE4240690C2 - Ultraschallwandler - Google Patents
UltraschallwandlerInfo
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2968—Transducers specially adapted for acoustic level indicators
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die US-PS 3 834 233 beschreibt einen Ultraschallwandler, der
durch die Behälterwandung hindurchragt. Diese Füllstandmessung ist
also nicht berührungslos.
Eine Füllstandmessung der eingangs genannten Gattung ist aus der
DE-PS 9 58 776 bekannt. Vor allem sollen keine Teile in das
Behälterinnere hineinragen. Dies gilt besonders im
Lebensmittelbereich, damit die Reinigung des Innenraums der Behälter
nicht erschwert wird. Die Wandung derartiger Behälter besteht
normalerweise aus Metall, insbesondere V2A-Stahl oder aus Glas. Beide
Stoffe haben eine hohe Impedanz für Ultraschall. Ultraschallmessungen
durch eine Behälterwand hoher Impedanz sind mit Viertellängenwandlern
und schmalbandigen Schwingern kaum möglich, denn die Grenzflächen
wirken infolge der hohen Impedanz der Behälterwandung und der
niedrigen Impedanz der Flüssigkeit als Spiegel.
Aufgabe der Erfindung ist eine solche Auslegung eines
Ultraschallwandlers, daß Messungen durch die Behälterwandung hoher
Impedanz möglich sind.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Die Behälterwand ist die Bodenwand des Behälters,
so daß die Übertragungsstrecke von der Bodenwand in die Flüssigkeit
trifft.
Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik,
als die Breitbandigkeit des Schwingers eine Abstimmung in einem weiten
Frequenzbereich zuläßt. Die Behälterwandung hoher Impedanz kann einer
seits als starre Platte, die im Ganzen schwingt, oder als Halbwellen
längenwandler aufgefaßt werden.
Im Einzelnen gelten folgende Bedingung für die Wandlung von dem
Schwinger niedriger Impedanz durch die Behälterwandung hoher Impedanz
in die Flüssigkeit niedriger Impedanz:
Impedanz der Flüssigkeit: 0,7 × 10⁶ bis 4 × 10⁶ Pa s/m,
Impedanz der Behälterwand aus Metall oder Glas: 14,1 × 10⁶ bis 50 × 10⁶ Pa s/m,
Dicke der Behälterwand: 0,2 bis 30 mm,
Impedanz des Schwingers: 3 × 10⁶ bis 14 × 10⁶ Pa s/m,
Dicke des Schwingers: 0,5 bis 5 mm,
Frequenzbereich: 80 kHz bis 15 Mhz.
Impedanz der Behälterwand aus Metall oder Glas: 14,1 × 10⁶ bis 50 × 10⁶ Pa s/m,
Dicke der Behälterwand: 0,2 bis 30 mm,
Impedanz des Schwingers: 3 × 10⁶ bis 14 × 10⁶ Pa s/m,
Dicke des Schwingers: 0,5 bis 5 mm,
Frequenzbereich: 80 kHz bis 15 Mhz.
Für jede Konfiguration von Dicke und Impedanz gibt es mindestens
eine optimale Frequenz.
Eine Zwischenplatte als Abdeckplatte des Schwingers kann dadurch
in den Wandlervorgang einbezogen werden, daß zwischen Schwinger und
Wand eine Zwischenplatte hoher Impedanz aufgesetzt ist, deren Dicke
zusammen mit der Dicke der Behälterwand die Gesamtdicke der Wand
ausmacht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Be
zugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Behälters mit einem
Ultraschallwandler,
Fig. 2 die Abhängigkeit der Kopplung von der Frequenz,
Fig. 3 die Erregung der Behälterwand für eine erste Frequenz und
Fig. 4 entsprechend für eine zweite Frequenz.
Fig. 1 zeigt einen Behälter 1 mit einer Bodenwand 2 aus einem
V2A-Stahlblech einer Dicke von etwa 1,5 mm. Die Behälterwand kann auch
aus Glas bestehen. Ein Ultraschallwandler 3 umfaßt einen elektroaku
stischen Schwinger 4 und eine Stahlplatte 5 als Zwischenplatte zum
Schutz des Schwingers. Die Kopplung zwischen der Stahlplatte 5 und dem
Schwinger 4 erfolgt in üblicher Weise. Die Ultraschallenergie wird in
die Übertragungsstrecke 6 eingestrahlt und breitet sich innerhalb der
Flüssigkeit aus, die bis zu einem Niveau 7 reicht. Dieses Niveau kann
gemessen werden.
Fig. 2 zeigt das Echosignal, das proportional dem Übertragungs
koeffizient ist, von der Frequenz. Die Impedanz des Schwingers beträgt
7,5 × 10⁶ Pa s/m, die Dicke des Stahlwand 4 mm. Man erkennt eine erste
Spitze bei 347 kHz entsprechend der Eigenfrequenz des Schwingers und
eine zweite Spitze bei 702 kHz entsprechend einem Halbwellenlängen
wandler.
Fig. 3 zeigt den Betrag der Verschiebung der inneren Schichten
der Behälterwand bei der Frequenz von 347 kHz. Man erkennt, daß die
Behälterwand im wesentlichen als starre Platte schwingt.
Fig. 4 zeigt den Betrag der Verschiebung der inneren Schichten
der Behälterwand bei der Frequenz von 702 kHz. Die Behälterwand hat
eine Dicke entsprechend der halben Wellenlänge und arbeitet als
Dickenschwinger.
Claims (2)
1. Ultraschallwandler zur Einstrahlung von Ultraschallschwingun
gen eines elektroakustischen Schwingers in einen flüssigkeitsgefüllten
Behälter mit Behälterwänden hoher Impedanz, wobei der Schwinger von
außen auf eine dieser Wände aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwinger eine niedrige Impedanz hat und breitbandig aus
gebildet ist und daß die Frequenz des Schwingers (4) an die
Gesamtdicke der Behälterwand im Bereich des Schwingers angepaßt ist,
derart, daß die Gesamtdicke der halben Wellenlänge der Ultraschall
schwingungen bei der Abstimmfrequenz oder einem Vielfachen der halben
Wellenlänge gleich ist.
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Schwinger und Wand eine Zwischenplatte hoher Impedanz
eingefügt ist, deren Dicke zusammen mit der Dicke der Behälterwand die
Gesamtdicke der Wand ausmacht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4240690A DE4240690C2 (de) | 1992-03-24 | 1992-12-03 | Ultraschallwandler |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4209418 | 1992-03-24 | ||
DE4240690A DE4240690C2 (de) | 1992-03-24 | 1992-12-03 | Ultraschallwandler |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4240690A1 DE4240690A1 (de) | 1993-09-30 |
DE4240690C2 true DE4240690C2 (de) | 1995-03-16 |
Family
ID=6454807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4240690A Expired - Fee Related DE4240690C2 (de) | 1992-03-24 | 1992-12-03 | Ultraschallwandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4240690C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19538677A1 (de) * | 1995-10-17 | 1997-04-24 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
DE19538680A1 (de) * | 1995-10-17 | 1997-04-24 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19942378A1 (de) | 1999-09-04 | 2001-03-08 | Mannesmann Vdo Ag | Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter |
DE102013021603A1 (de) | 2013-12-20 | 2014-07-31 | Daimler Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung eines Füllstandes |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE958776C (de) * | 1951-06-16 | 1957-02-21 | Electroacustic Ges M B H | Fuellhoehenbestimmung in Bunkern |
GB1411223A (en) * | 1971-11-05 | 1975-10-22 | Wilson Walton Int Ltd | Apparatus and method for measuring the level of the contents of a container |
-
1992
- 1992-12-03 DE DE4240690A patent/DE4240690C2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19538677A1 (de) * | 1995-10-17 | 1997-04-24 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
DE19538680A1 (de) * | 1995-10-17 | 1997-04-24 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
DE19538680C2 (de) * | 1995-10-17 | 1998-10-08 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
DE19538677C2 (de) * | 1995-10-17 | 1998-12-17 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4240690A1 (de) | 1993-09-30 |
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