DE9115793U1 - Ultrasonic probe for high temperatures - Google Patents
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Description
SI G 3 5 3 1 DES I G 3 5 3 1 EN
Siemens AktiengesellschaftSiemens AG
Ultraschal 1-Prüfkopf für hohe Temperaturen 5Ultrasonic 1 probe for high temperatures 5
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultrascha11-Prüfkopf für hohe Temperaturen mit einem Ultraschal 1-Schwinger, der an einem Vorlaufkörper angekoppelt ist, welcher wiederum von einem Wasserkühlmantel umgeben ist.The invention relates to an ultrasonic probe for high temperatures with an ultrasonic 1-oscillator which is coupled to a flow body, which in turn is surrounded by a water cooling jacket.
Ein solcher Ultraschal 1-Prüfkopf ist in der deutschen Auslegeschrift 19 41 314 beschrieben. Weitere Ultraschal 1-Prüfköpfe mit Kühlung sind in der DE-PS 34 44 481, DE-AS 25 14 und DE-PS 20 39 389 dargestellt.Such an ultrasonic 1 probe is described in the German specification 19 41 314. Other ultrasonic 1 probes with cooling are shown in DE-PS 34 44 481, DE-AS 25 14 and DE-PS 20 39 389.
Bei der Messung von Wanddicken und Kondensatfilmdicken mit Ultraschall besteht allgemein die Schwierigkeit, daß handelsübliche Ultrascha11-Schwinger nur für kurze Zeit an heißen Rohrwänden angekoppelt werden können. Denn die Materialien, in denen der Quarzkristall des Schwingers eingebettet ist, dürfen meist nur kurzfristig bis etwa 100 0C erwärmt werden, damit der Ultraschal 1-Schwinger nicht zerstört wird. Bei großen Ultraschal 1-Prüfköpfen hat man daher den besagten Wasserkühlmantel vorgesehen. Eine solche Konstruktion stößt jedoch auf Schwierigkeiten, wenn es darum geht, besonders kleine Ultraschal 1-Prüf schwinger , also solche mit einem Durchmesser von weniger als 10 mm, vor übermäßigen Temperaturen zu schützen.When measuring wall thicknesses and condensate film thicknesses with ultrasound, there is generally the difficulty that commercially available ultrasonic transducers can only be coupled to hot pipe walls for a short time. This is because the materials in which the quartz crystal of the transducer is embedded can usually only be heated to around 100 0 C for a short time so that the ultrasonic transducer is not destroyed. For this reason, the aforementioned water cooling jacket has been provided for large ultrasonic transducers. However, such a design encounters difficulties when it comes to protecting particularly small ultrasonic transducers, i.e. those with a diameter of less than 10 mm, from excessive temperatures.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschall-Prüfkopf der eingangs genannten Art für einen besonders kleinen Ultraschal 1-Schwinger so auszugestalten, daß eine wirksame Kühlung gewährleistet und daß dennoch eine kompakte Bauform gesichert ist. Es soll also ein Hochtemperatur-Ultraschal1-Prüfkopf angegeben werden, der bei hohen Temperaturen (bis 300 0C) eingesetzt werden kann und dessen Herstellung weder aufwendig noch teuer ist.The invention is therefore based on the object of designing an ultrasonic test head of the type mentioned at the beginning for a particularly small ultrasonic oscillator in such a way that effective cooling is ensured and that a compact design is nevertheless ensured. The aim is therefore to provide a high-temperature ultrasonic test head which can be used at high temperatures (up to 300 0 C) and whose manufacture is neither complex nor expensive.
91 G 8 5 8 1 DE91 G 8 5 8 1 EN
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Wasserkühlmantel aus einem Metallgehäuse besteht, das - einander
gegenüberliegend - eine erste und eine zweite Einstecköffnung
aufweist, daß der Vor laufkörper sich nach Einbau von der ersten zur zweiten Einstecköffnung erstreckt, und daß im
Metallgehäuse Einlauf- und Ablauföffnungen für das Kühlwasser
derart angebracht sind, daß zumindest ein Abschnitt des Vorlaufkörpers im wesentlichen parallel zu seiner Längsrichtung
vom Kühlwasser umströmt wird.
10This object is achieved according to the invention in that the water cooling jacket consists of a metal housing which has a first and a second insertion opening opposite one another, that the flow body extends from the first to the second insertion opening after installation, and that inlet and outlet openings for the cooling water are arranged in the metal housing in such a way that at least a section of the flow body is flowed around by the cooling water essentially parallel to its longitudinal direction.
10
Die hier beschriebenen Maßnahmen gewährleisten einen kompakten Aufbau, der für Ultraschal 1-Schwinger mit einem Durchmesser von unter 10 mm gut geeignet ist.The measures described here ensure a compact design that is well suited for ultrasonic 1-transducers with a diameter of less than 10 mm.
Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß das Metallgehäuse eine erste Anzahl von Ablauföffnungen nahe der ersten Einstecköffnung und eine zweite Anzahl von Einlauföffnungen nahe der zweiten Einstecköffnung besitzt.A preferred development is characterized in that the metal housing has a first number of drain openings near the first insertion opening and a second number of inlet openings near the second insertion opening.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung gezeigt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show:
Figur 1 einen Ultraschal 1-Prüfkopf mit einem gekühlten Vorlaufkörper in auseinandergezogener Darstellung undFigure 1 shows an ultrasonic 1 probe with a cooled pre-flow body in an exploded view and
Figur 2 den Temperaturverlauf an der Ankoppelf1äche für einen handelsüblichen Ultraschall-Schwinger in Abhängigkeit von der Zeit, wobei zwei unterschiedliche Temperaturen des Prüflings zugrundegelegt sind.Figure 2 shows the temperature profile at the coupling surface for a commercially available ultrasonic oscillator as a function of time, based on two different temperatures of the test object.
Figur 1 zeigt einen Ultraschal 1-Prüfkopf für hohe Temperaturen für einen senkrecht einstrahlenden Ultraschall-Schwinger 2, der zentral am ersten Ende in einer Eindrehung oder Auf-Figure 1 shows an ultrasonic 1 probe for high temperatures for a vertically radiating ultrasonic oscillator 2, which is centrally mounted at the first end in a recess or
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nehmung 4 eines Vorlaufkörpers 6 untergebracht ist. Bei dem Ultraschall-Schwinger 2 handelt es sich um einen solchen mit einem Durchmesser von weniger als 10 mm. Die Eindrehung oder Aufnahme 4 dient zur Zentrierung und Ankopplung des Ultraschal 1-Schwingers 2 an den Vor 1 aufkörper 6. Dieser besteht aus Vespel und dient hier insbesondere zur temperaturmäßigen Isolierung vom Prüfobjekt 8, das hier in Form einer ebenen Platte vorliegt. Beim Prüfobjekt 8 kann es sich aber insbesondere um eine heiße Rohrwand handeln. Die Höhe H des Vorlaufkörpers 6 ist an die Ultraschallfrequenz angepaßt. So ergibt sich zum Beispiel bei einer Frequenz von 10 MHz eine Höhe H von 10 mm.is housed in the recess 4 of a flow body 6. The ultrasonic oscillator 2 is one with a diameter of less than 10 mm. The recess or recess 4 serves to center and couple the ultrasonic oscillator 2 to the flow body 6. This consists of Vespel and is used here in particular for thermal insulation from the test object 8, which here is in the form of a flat plate. The test object 8 can, however, be a hot pipe wall. The height H of the flow body 6 is adapted to the ultrasonic frequency. For example, at a frequency of 10 MHz, the height H is 10 mm.
Der Vorlaufkörper 6 besitzt am ersten Ende einen Flansch 10, der außen mit Bohrungen 12 für Schrauben versehen ist. Der Vor laufkörper 6 ist insgesamt zylindrisch ausgeführt. Unterhalb des Flansches 10 findet sich eine zentral gelegene Ringnut 14, die zur Aufnahme eines O-Rings 16 als Dichtung bestimmt ist.The flow body 6 has a flange 10 at the first end, which is provided with holes 12 for screws on the outside. The flow body 6 is cylindrical overall. Below the flange 10 there is a centrally located annular groove 14 which is intended to accommodate an O-ring 16 as a seal.
Zur Aufnahme des Vorlaufkörpers 6 - mit Ausnahme des Flansches 10 - ist ein Wasserkühlmantel 18 vorgesehen, der aus einem zylindrischen Metallgehäuse besteht. Letzteres ist bevorzugt aus Kupfer gefertigt. Der Mantel 18 besitzt eine erste und eine zweite Einstecköffnung 20 bzw. 22, die einander gegenüberliegend und zentral angeordnet sind. In der oberen Stirnwand sind Gewindebohrungen 24 vorgesehen. Durch (nicht gezeigte) Schrauben kann der Vorlaufkörper 6 sich nach Einbau in das Metallgehäuse von der ersten zur zweiten Einstecköffnung 20 bzw. 22 erstrecken und in dieser Position befestigt werden. Ein Teflonring dient dabei als Dichtring 26. Die untere Stirnwand ist ebenfalls eben.To accommodate the flow body 6 - with the exception of the flange 10 - a water cooling jacket 18 is provided, which consists of a cylindrical metal housing. The latter is preferably made of copper. The jacket 18 has a first and a second insertion opening 20 and 22, respectively, which are arranged opposite one another and centrally. Threaded holes 24 are provided in the upper end wall. After installation in the metal housing, the flow body 6 can extend from the first to the second insertion opening 20 and 22 and be secured in this position by means of screws (not shown). A Teflon ring serves as a sealing ring 26. The lower end wall is also flat.
Im Metallgehäuse des Wasserkühlmantels 18 sind Einlauföffnungen 30 und Ablauföffnungen 32 für Kühlwasser, das durch Pfeile 34 verdeutlicht ist, angebracht. Die Anbringung ist so,In the metal housing of the water cooling jacket 18, inlet openings 30 and outlet openings 32 for cooling water, which is indicated by arrows 34, are provided. The installation is such that
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daß der eingebaute Vor 1 aufkörper 6 an seinem Mittelabschnitt im wesentlichen parallel zu seiner Längsrichtung vom Kühlwasser 32 umströmt wird.that the installed front body 6 is flowed around by cooling water 32 at its central section essentially parallel to its longitudinal direction.
Vorliegend wird speziell so vorgegangen, daß Wasser aus einer (nicht gezeigten) Wasserleitung durch einen (nicht gezeigten) Adapter in vier Silikonschläuche verteilt wird. Das Wasser wird dann über vier Kupferrohre, die als Einlaufrohre in den Einlauföffnungen 30 münden, in den Kühlkörper 18 geleitet. Der Vorlaufkörper 6 wird dabei von unten nach oben umströmt. Er gibt die Wärme, die er von der heißen Ankoppelwand 8 übernommen hat, an das Kühlwasser 34 ab. Im oberen Teil des Kühlkörpers 18 strömt das erwärmte Wasser 34 wieder über die AbI auföffnungen 32 durch (nicht gezeigte) Kupferrohre heraus. Jedes Kupferrohr hat beispielsweise einen Innendurchmesser von 1 mm. Der maximal sich einstellende Wasserdurchfluß kann - je nach Dimensionierung - beispielsweise 100 l/h betragen.In this case, the procedure is such that water from a water pipe (not shown) is distributed through an adapter (not shown) into four silicone hoses. The water is then fed into the heat sink 18 via four copper pipes, which open into the inlet openings 30 as inlet pipes. The flow around the flow body 6 is from bottom to top. It transfers the heat that it has taken over from the hot coupling wall 8 to the cooling water 34. In the upper part of the heat sink 18, the heated water 34 flows out again via the outlet openings 32 through copper pipes (not shown). Each copper pipe has an inner diameter of 1 mm, for example. The maximum water flow that can be achieved can be, for example, 100 l/h, depending on the dimensions.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 ist so vorgegangen, daß jeweils vier um 90° bezüglich der Längsrichtung des Vorlaufkörpers 6 versetzte Einlauföffnungen 30 und Ablauföffnungen 32 vorgesehen sind. Diese sind nahe der ersten Einstecköffnung 20 bzw. nahe der zweiten Einstecköffnung 22 in der Seitenwand untergebracht.In the embodiment according to Figure 1, four inlet openings 30 and outlet openings 32 are provided, each offset by 90° with respect to the longitudinal direction of the flow body 6. These are located near the first insertion opening 20 and near the second insertion opening 22 in the side wall.
In Figur 2 ist ein Vergleich von Temperaturmessungen für den Ultraschal1-Prüfkopf nach Figur 1 dargestellt. Dabei ist die Temperatur T. in 0C an der Ankoppelfläche für den handelsübliehen Ultraschall-Schwinger 2 in Abhängigkeit von der Zeit t in Sekunden dargestellt. Die Meßpunkte beziehen sich dabei auf eine Temperatur TD von 300 0C und 350 0C an der Ankoppel-Figure 2 shows a comparison of temperature measurements for the ultrasonic probe according to Figure 1. The temperature T in 0 C at the coupling surface for the commercially available ultrasonic oscillator 2 is shown as a function of time t in seconds. The measuring points refer to a temperature T D of 300 0 C and 350 0 C at the coupling surface.
fläche 7 des Vor 1 aufkörpers 6. Die Meßpunkte in Form von kleinen Kreuzen beziehen sich auf den Fall der Kühlung und die Meßpunkte in Form von kleinen Kästchen auf den Fall ohne Kühlung. Es ist ersichtlich, daß sich bei einer Oberflächentem-surface 7 of the front body 6. The measuring points in the form of small crosses refer to the case of cooling and the measuring points in the form of small boxes to the case without cooling. It is clear that at a surface temperature
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peratur von Tn = 350 0C eine Temperatur von etwa T. = 60 0C an der Ankoppelfläche am handelsüblichen Ultraschal 1-Schwinger 2 einstellt. Diese Temperatur Tß ist für einen solchen Ultraschall-Schwinger 2 auch über längere Zeit unbedenklich.temperature of T n = 350 0 C, a temperature of approximately T. = 60 0 C is established at the coupling surface on the commercially available ultrasonic 1 oscillator 2. This temperature T ß is harmless for such an ultrasonic oscillator 2 even over a longer period of time.
Als Koppelmedium für hohe Temperaturen können Wälzlagerfette oder handelsübliche Koppelpasten verwendet werden.Rolling bearing greases or commercially available coupling pastes can be used as coupling media for high temperatures.
Im Gegensatz zur Darstellung in Figur 1 besteht weiterhin die Möglichkeit, die Ankoppelfläche 7 an den Prüfling 8 anzupassen, wovon zum Beispiel bei gekrümmten Flächen Gebrauch gemacht wird. Durch die Verwendung eines handelsüblichen Ultraschall-Schwingers 2 in Kombination mit einem an die Oberflächenkrümmung angepaßten Vorlaufkörper 6 kann die Dickenmessung mit Ultraschall bei hohen Temperaturen kostengünstig durchgeführt werden. Dies gilt auch für die Messung an Rohren .In contrast to the illustration in Figure 1, it is still possible to adapt the coupling surface 7 to the test object 8, which is used, for example, for curved surfaces. By using a commercially available ultrasonic oscillator 2 in combination with a leading body 6 adapted to the surface curvature, the thickness measurement with ultrasound can be carried out cost-effectively at high temperatures. This also applies to measurements on pipes.
Claims (11)
15is 10 mm.
15
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| DE9115793U DE9115793U1 (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Ultrasonic probe for high temperatures |
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Cited By (1)
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| WO2012128765A1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-09-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Ultrasound transducer with acoustic isolator and corresponding mounting method |
-
1991
- 1991-12-19 DE DE9115793U patent/DE9115793U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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| WO2012128765A1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-09-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Ultrasound transducer with acoustic isolator and corresponding mounting method |
| US9705424B2 (en) | 2011-03-23 | 2017-07-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Ultrasound transducer with acoustic isolator and corresponding mounting method |
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