NO147438B - Trinnloest lengderegulerbar krykke. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å bestemme et legemes fysikalske egenskaper.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bestemme visse fysikalske egenskaper for et legeme.

Måling av temperaturer av størrelses-ordenen 1000—2000° C og mere, medfører vanskeligheter, eksempelvis fordi det er vanskelig å finne temperaturfølsomme ele-menter som kan tåle høy temperatur og som ikke er utsatt for unøyaktigheter som skyldes temperaturgradienter i elementet selv.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte

for å bestemme et legemes fysikalske egenskaper ved å føre ultrasonore bølger i form av pulspar inn i legemet og motta ekko fra avstandsbestemte steder i legemet, og det særegne ved fremgangsmåten består i at pulsene i hvert par føres inn i legemet med tidsmellomrom som avvekslende er større og mindre enn to ganger den tid bølgene bruker til å forplante seg mellom de avstandsbestemte steder.

Det er tidligere kjent å regulere mellomrommet mellom pulsene i ett par inntil det er likt den tid det tar for en bølge fra en ultrasonor transduktor i en ende av en sonde å bevege seg to ganger avstanden mellom to avstandsbestemte steder på den annen ende av sonden, slik at ekkoet fra det sted som ligger nærmest transduktoren p.g.a. den annen puls kombineres med det ekko som skyldes den første puls fra det sted som ligger lengst fra transduktoren, og danner et sammensatt ekkosignal. Et sammensatt ekkosignal som er dannet av to ekkoer, ett fra hvert sted, blir da mottatt ved den ende av sonden som ligger nærmest transduktoren.

Ved foreliggende fremgangsmåte blir imidlertid tidsmellomrommet mellom de

tilførte pulser i hvert par variert avvekslende slik at et første par som tilføres, er skilt fra hverandre med en forsinkelse som er litt større enn to ganger den tid det tar for en bølge å bevege seg mellom de nevnte steder, og forsinkelsen mellom pulsene i det annet par litt mindre enn to ganger den tid. To sammensatte ekkosignaler opptrer da i fremviseren. Hvis T„ er det variable tidsmellomrom og S den faste forsinkelse, blir avvekslende pulspar sendt ut med mel-lomrom på T„ + S, henhv. T„ — S. Etterhvert som T„ varieres, beveger signalene seg langs tidslinjen i motsatte retninger. Endringer i hastighet kan således følges kontinuerlig.

Mellomrommet mellom hvert pulspar og det neste er gjort langt nok til at etter-klang kan dø ut, tilnærmet 1/150 sek.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan også brukes for anvisning av trinnendringer i temperatur, idet da de avstandsbestemte steder utgjøres av fordypninger i legemet, der det er anbrakt materialer som er valgt etter sin evne til å oppvise forskjellige forandringer ved temperaturen.

Når det gjelder apparater for gjennom-føring av fremgangsmåten, kan det hen-vises til en artikkel «The Velocity of Sound in Metals at High Temperature» av J. F. W. Bell i Philosophical Magazine. bind 2, 8. serie, nr. 21, 1957, hvor det er beskrevet en fremgangsmåte for måling av lydhastighet.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nær-mere under henvisning til vedføyde tegnin-ger. Fig. 1 viser et apparat for temperatur-måling. Fig. IA viser et typisk ekko-mønster. Fig. 2 viser forholdet mellom lydhastighet og temperatur for molybden. Fig. 3A—3D viser alternative former for temperaturmålingssonder. Fig. 4 viser en endret utførelse av sonden.

Som vist på tegningen omfatter en temperaturmålingssonde en ultrasonor transduktor i form av en magnetostriktiv del 1 som bærer sender- og mottager-spo-ler 2 henhv. 3. Delen 1 omfatter et nikkel-rør med liten diameter som er magnetisk polarisert i aksial retning. Røret 1 støter butt mot en impedans-tilpasningsstav 4, som her er vist i enkel avskrånet form, men som alternativt kan ha progressivt trinnet diameter. Staven 4, som er av et material med liten demping, f. eks. grafitt eller aluminiumoksyd, tjener til akustisk å tilpasse nikkelrøret til resten av sonden. Til enden av staven 4, er det festet en tråd 5 av et material som tåler høy temperatur. Det er viktig at dette material har en slik egen-skap at det kan tas gjennom en antall like temperatur-forløp som lar seg gjenta, og som inneholder det temperaturområde som skal måles, uten å oppvise hysterese-lig-nende effekter. For bruk i en inert atmo-sfære, eller i vakuum, kan tråden 5 være av molybden som kan brukes opp til en temperatur på 1500° C. Fig. 2 viser at molybden har et egnet forhold mellom lydhastighet og temperatur.

Ultrasonore pulser som føres til sender-spolen fremkaller et ekkosignal fra forskjellige deler av sonden, men særlig fra diskontinuiteten D som er dannet ved hjelp av en skulder 6 på tråden 5 og fra enden E av tråden 5. Fig. IA viser en typisk reak-sjon. Forsinkelsestiden mellom de ekkoer som er vist ved D og E, er dobbelt så lang som den tid det tar for en puls å bevege seg fra diskontinuiteten til stavenden, og hvis forholdet mellom lydhastighet i molybden og temperatur for sonden er kjent, fig. 2 over det ønskede temperaturområde, kan dermed temperaturen for sonden bestem-mes fra forsinkelsestiden.

Hvis pulsene sendes ut i par og forsinkelsestiden mellom pulser og dermed mellom utslippingen av bølgene er innstil-let slik at den er nær ekko-forsinkelsestiden mellom D og E, vil ekkoet E av den første bølge fra enden av molybdenstaven 5 kombinere seg med det ekko som skyldes den annen bølge fra diskontinuiteten og gi et stort sammensatt signal, hvis ampli-tude er en funksjon av puls-forsinkelsestiden. I praksis kan det imidlertid være noe vanskelig å skjelne spiss-amplituden for fremvisningen. For å måle forsinkelsestiden mere nøyaktig, er det derfor fore-trukket å sende ut pulsene i serier av par. Mellomrommet mellom pulsene i det første par er T(1 + S, hvor T, er lik to ganger den tid det tar for lydbølgen å bevege seg fra D til E og S er en feil, mens forsinkelsen mellom pulsene i det annet par er T„ — S mikrosekunder. T„ er variabel over et om-råde på f. eks. 64—512 mikrosekunder og S er fastlagt til ca. 4. Ekkoene kan følgelig fremvises på et oscilloskop som to sammensatte ekkosignaler som er forskjøvet med — S på tidslinjen. Forutsatt at verdien er passende valgt, kan lydhastigheten og dermed temperaturen avleses som et eneste punkt hvor signalene skjærer hverandre, fig. 1. Skjæringen mellom signalene gir en klar fremvisning av lydhastigheten og dermed temperaturen, slik som vist skjematisk i fig. 1.

Pulsene frembringes i en oscillator 8 og blir formet og tellet ned gjennom en rekke binære tellere 9 som er variable for å velge tellefaktorer på 16, 22 eller 64, slik at det oppnås pulspar med passende frekvens. Pulsparene føres gjennom et antall porter 10 hvorfra de kommer ut som par som er adskilt ved avvekslende T„ + S og TH — S. Pulsparene blir ført til senderspo-len 2 gjennom en pulsbredde-styrer 11 og det oppnås et ekko-mønster som vist i fig. IA og mottas ved hjelp av mottagerspolen 3 og anvises på et oscilloskop. Fig. IA repre-senterer en typisk fremvisning. De ekkoer som er anvist som D og E er, henhv., de som er mottatt fra diskontinuiteten D og den fri ende E av tråden 5. Da den ultrasonore bølge beveger seg i begge retninger aksialt i sonden, blir ekkoene som mottas fra den fri ende av nikkelrøret 1 dempet ved hjelp av en plastisin-pute som er festet til enden av røret 1.

Da lydhastighets-temperatur-forholdet for molybden er lineært, kan utvelgelsen av en passende frekvens foretas ved innstilling av en skala som er inndelt direkte i temperaturen.

Fig. 3A—3D viser alternative utførelser av sonden, hver istand til å gi ekkoer D og E fra områder som ligger i aksial avstand fra hverandre. I fig. 3A—3C er ekkoet D oppnådd fra diskontinuitet som er dannet ved sammenstøtet mellom innføringsrøret og molybdentråden.

I fig. 3A er således molybdentråden ført inn igjen i enden av et tynnvegget inn-føringsrør 13 av aluminiumoksyd. Tråden, som er 1 mm i diameter, er festet ved hjelp av cement til enden av røret, som har en diameter på tilnærmet 2 mm, og strekker seg aksialt inne i dette. Røret tjener således til å beskytte tråden mot den atmo-sfære hvor temperaturmålingen skal ut-føres. Under drift mottas ekkoer fra diskontinuiteten D mellom røret 13 og tråden 7 og fra den fri ende av tråden 7. De sonder som er vist i fig. 3B og 3C er også innrettet til å gi ekkoer D og E fra diskontinuiteten mellom tråden 7 og innføringsrøret 13 og viser alternative anordninger for å feste tråden i røret.

I de temperaturområder hvor denne målemetode spesielt er nyttig, kan det være vanskelig å utføre tilstrekkelig godt semen-terte forbindelser mellom de to deler av sonden. For å unngå denne vanskelighet, kan det brukes en sonde i den utforming som er vist i fig. 3D, hvor et parti av sonden som er utsatt for den høye temperatur, er homogen og i ett stykke. For å oppnå et ekko D, er tråden 7 helt enkelt gitt en bøy K som er tilstrekkelig svak til at ultrasonore bølger kan passere til den fri ende E av tråden 7, hvorfra det oppnås ekko, i til-legg til dem som oppnås fra den skulder som dannes av bøyen K.

Selv om det ovenfor er angitt molybden som material i sonden, har det også vist seg at rhenium og ruthenium er egnede materialer. Selv om nøytronabsorberings-tverrsnittet for rhenium ville gjøre det mindre egnet for sonder for temperatur-måling i kjernereaktorer, har det et høyere smeltepunkt som forlenger arbeidsområdet for sonden.

Fig. 4 viser en endret utførelse av sonden for bestemmelse av trinnvise tempera-turendringer under bruk av endringer i lydhastighet som følge av fase-endringer i visse materialer.

Partier 7 av sonden er utført med litt større diameter enn i fig. 1 og 3 og deler som følger etter hverandre i sonden er skilt ved hjelp av fordypninger og disse fordypninger er fylt med innlegg 7a, 7b, 7c av forskjellige materialer, valgt etter sin evne til

å oppvise forskjellige fase-endringer med temperaturen.

Ekko-mønsteret for sonden vil omfatte karakteristiske ekkoer for hvert av innleg-gene 7a, 7b, 7c i deres faste fase. Etterhvert som disse innlegg når sine forskjellige smeltepunkter og går over i flytende fase, vil endringen i deres respektive karakteristiske ekkoer vises på oscilloskopet, og der-ved oppnås en anvisning av temperaturen.

Det er klart at den sonde som er vist i fig. 4 kan brukes som et instrument for påvisning av en fase-endring, hvor en fase-endring som finner sted, i et gitt material kan fastlegges.

Som et alternativ til den fremvisning som er beskrevet ovenfor, kan det brukes et siffer-avlesningssystem. I denne hensikt avgir nedtellingskretsen en utgangsenergi som føres til den dele-krets (—IO<4>) som styrer en port hvorigjennom en 100 K/C oscillator avgir pulser til en teller. Når en passende nedtellings-verdi er valgt for å gi to sammensatte signaler ved maksimal verdi av oscilloskopet, vil forsinkelsen mellom de pulser som føres gjennom porten, være proposjonal med pulsfrekvensen ved ut-gangen av nedtellingskretsen, og telleren gir en siffer-fremvisning av de pulser som er talt.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å bestemme et legemes fysikalske egenskaper ved å føre ultrasonore bølger i form av pulspar inn i legemet og motta ekko fra avstandsbestemte steder i legemet, karakterisert ved at pulsene i hvert par føres inn i legemet med tidsmellomrom som avvekslende er større og mindre enn to ganger den tid bølgene bruker til å forplante seg mellom de avstandsbestemte steder.

2. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at minst ett av de avstandsbestemte steder utgjøres av en bøy på legemet.

3. Fremgangsmåte som angitt i på-standene 1—2, karakterisert ved at det anvendes et legeme av molybden.

4. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 3, karakterisert ved at det anvendes et legeme av rhenium.

5. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 3, karakterisert ved at det anvendes et legeme av ruthenium.

6. Fremgangsmåte som angitt i på- stand 1, karakterisert ved at ekkoene mottas fra fordypninger i legemet, der det er plassert materialer som er valgt etter sin evne til å oppvise forskjellige fase-endringer med temperaturen.