NO149331B

NO149331B - DEVICE FOR MEASURING ACOUSTIC TRANSMISSION CHARACTERISTICS OF AT LEAST ONE MEASURING MEDIUM, e.g. FOR MEASURING LEVELS OF THE MEASURING MEDIUM

Info

Publication number: NO149331B
Application number: NO811752A
Authority: NO
Inventors: Bjoern R Hope
Original assignee: Bjoern R Hope
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1983-12-19
Also published as: NO149331C; NO811752L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved måling av akustiske transmisjonsegenskaper av minst et målemedium, f.eks. for måling av nivåer av målemediet, slik som angitt i ingressen av etterfølgende patentkrav. The present invention relates to a device for measuring acoustic transmission properties of at least one measuring medium, e.g. for measuring levels of the measuring medium, as stated in the preamble of subsequent patent claims.

Fra norsk patent 141 967 er kjent et apparat for nivåmåling An apparatus for level measurement is known from Norwegian patent 141 967

av frittflytende stoffer, faste stoffer eller kombinasjon av disse i tanker, beholdere, basseng e.l. ved måling av stoffenes akustiske overføringsegenskaper, hvor det er anbragt to atskilte langstrakte rør som begge er lukket i sine bunnender, idet begge rør er fylt med hensiktsmessig væske som danner koblingsmedium mellom en emitter-transducer og en kollektor-transducer anbragt forflyttbare i de respektive rør. Rørene tjener primært til å skille transducerne fra målemediet. Transducerne er separat forbundet med en for-flytningsinnretning for posisjonskontroll samt har elektriske forbindelser til en signalbehandlingsinnretning. of free-flowing substances, solid substances or a combination of these in tanks, containers, pools etc. when measuring the acoustic transmission properties of substances, where two separate elongated tubes are placed which are both closed at their bottom ends, both tubes being filled with an appropriate liquid which forms a coupling medium between an emitter-transducer and a collector-transducer placed movably in the respective tubes . The tubes primarily serve to separate the transducers from the measuring medium. The transducers are separately connected to a displacement device for position control and have electrical connections to a signal processing device.

Som det fremgår av det nevnte patent vil transducerne nødven-digvis måtte ha et ikke-direktivt strålingsdiagram, hvilket medfører økt effektbehov, dårlig signal/støy-forhold og re-dusert oppløsningsevne. Den viste løsningen har bl.a. de konstruktive ulemper at den synkrone forflytning av de sepa-rate transducerne krever komplisert og relativt kostbart utstyr, og at den generelle oppbygning av apparatet forøvrig er mekanisk komplisert og sårbart. As appears from the aforementioned patent, the transducers will necessarily have to have a non-directive radiation diagram, which entails increased power requirements, poor signal/noise ratio and reduced resolution. The shown solution has, among other things, the constructive disadvantages that the synchronous movement of the separate transducers requires complicated and relatively expensive equipment, and that the general structure of the apparatus is otherwise mechanically complicated and vulnerable.

Tysk patent 1.648.997 viser en løsning hvor to transducere German patent 1,648,997 shows a solution where two transducers

er fastmontert på innsiden av de respektive grener av en i tverrsnitt C-formet hulprofil. Profilveggens tykkelse er bestemt til å være et heltall av A/2 hvor \ tilsvarerer bølgelengden for de anvendte transducere. Mellom hver transducer og C-profilets vegg er det et mellomlegg som binder transduceren fast til profilveggen. is fixed on the inside of the respective branches of a cross-section C-shaped hollow profile. The thickness of the profile wall is determined to be an integer of A/2 where \ corresponds to the wavelength of the transducers used. Between each transducer and the wall of the C-profile, there is a spacer that binds the transducer firmly to the profile wall.

Ulempen ved denne kjente løsning er bl.a. kravet til nøyaktig operasjonsfrekvens for begge transducere, samt at den med-fører komplisert montasje, særlig i profiler av større lengde. Videre består hvert målepunkt av til hverandre avstemte transducere med tilhørende elektronikk. Transducerne er også ut-satt for korrosiv påvirkning i hulprofilen. Et transducerpar danner kun ett fiksert målepunkt, således at man ved behov for flere målepunkter må ha tilsvarende antall transducerpar med en likeledes økt mengde av elektronikk. Noen forflyttbar-het av transduceren er heller ikke mulig. The disadvantage of this known solution is i.a. the requirement for accurate operating frequency for both transducers, as well as the fact that it entails complicated assembly, especially in profiles of greater length. Furthermore, each measurement point consists of mutually matched transducers with associated electronics. The transducers are also exposed to corrosive influences in the hollow profile. A pair of transducers forms only one fixed measuring point, so that if more measuring points are needed, you must have a corresponding number of transducer pairs with a similarly increased amount of electronics. Any portability of the transducer is also not possible.

Den foreliggende oppfinnelse tilsikter således å tilveiebringe en anordning som er rimeligere og enklere å fremstille, er mer driftssikker samt at den har stor oppløsningsevne relativt hva som er tidligere kjent. The present invention thus aims to provide a device which is less expensive and easier to manufacture, is more operationally reliable and which has a high resolving power compared to what is previously known.

De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk vil fremgå av de etterfølgende patentkrav samt av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 illustrerer prinsippet for virkemåten av anordningen-ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser anordningen ifølge oppfinnelsen anbragt i en hulprofil. Fig. 3 viser anordningen ifølge oppfinnelsen montert på toppen av en beholder e.l. The characteristic features of the invention will be apparent from the subsequent patent claims as well as from the subsequent description with reference to the attached drawings. Fig. 1 illustrates the principle of operation of the device according to the invention. Fig. 2 shows the device according to the invention arranged in a hollow profile. Fig. 3 shows the device according to the invention mounted on top of a container or the like.

Fig. 4 illustrerer snittet A-A i fig. 3. Fig. 4 illustrates the section A-A in fig. 3.

Fig. 5 illustrerer arrangementet av transducerne i anordningen ifølge fig. 3. Figurene 6-11 illustrerer forskjellige typer av hulprofiler for anordningen som vist i fig. 1. Fig. 12 viser en modifikasjon av anordningen ifølge oppfinnelsen, beregnet for måling av målemedium som befinner seg i en lukket beholder. Fig. 5 illustrates the arrangement of the transducers in the device according to fig. 3. Figures 6-11 illustrate different types of hollow profiles for the device as shown in fig. 1. Fig. 12 shows a modification of the device according to the invention, intended for measuring measuring medium which is in a closed container.

I fig. 1 er vist en holder 1 som er forbundet med et kombinert styre og registreringsorgan 11. På holderens ene frie gren er festet en eller flere første akustiske transducere (emittere) 2, 2' mens det på holderens motstående frie gren er anbragt minst en andre akustisk transducer (kollektor) 4. In fig. 1 shows a holder 1 which is connected to a combined control and recording device 11. One or more first acoustic transducers (emitters) 2, 2' are attached to one free branch of the holder, while at least one second acoustic transducer is placed on the opposite free branch of the holder transducer (collector) 4.

En koblingsenhet 5 med eventuelt tilpasningsutstyr, er forbundet mellom transducerne og en signalleder 10. Transducerne er forbundet med koblingsenheten via ledninger 6, respektive 7. Videre kan det være hensiktsmessig for registrering av temperatur i samme posisjon, å anbringe en temperaturføler A coupling unit 5 with any adaptation equipment is connected between the transducers and a signal conductor 10. The transducers are connected to the coupling unit via wires 6 and 7 respectively. Furthermore, it may be appropriate for recording temperature in the same position to place a temperature sensor

8 på den samme holderen 1. Føleren 8 er forbundet med koblingsenheten 5 via en ledning 9. Organet 11 kan være en mikro-prosessor med tilhørende hensiktsmessige styre og signal-midler. Holderen 1 kan forflyttes f.eks. ved hjelp av en wire 14 festet til et egnet punkt 15 på holderen. Wiren 14 8 on the same holder 1. The sensor 8 is connected to the coupling unit 5 via a wire 9. The device 11 can be a micro-processor with associated appropriate control and signal means. The holder 1 can be moved, e.g. by means of a wire 14 attached to a suitable point 15 on the holder. Wire 14

er ført over en trinse 13 for forflytning av holderen 1 i profilets lengderetning. Wiren 14 kan i den viste utførelses-form være ført via et posisjonsbestemmende organ 12. is guided over a pulley 13 for moving the holder 1 in the longitudinal direction of the profile. In the embodiment shown, the wire 14 can be guided via a position-determining body 12.

Når rettede akustiske bølger utsendes fra respektive emittere When directed acoustic waves are emitted from respective emitters

2, 2' vil bølgene, nærmest i form av stråler 3, 3' mottas av kollektoren 4. Dersom overgangssone befinner seg mellom emitterne 2 og 2', vil kollektoren 4 motta disse bølgesignaler 3, 3' med forskjellig karakter (f.eks. m.h.t. fase, amplitude, tid), hvilket vil kunne danne signalgrunnlag for styring av holderens vertikalposisjon når anordningen skal følge over-gangssonens forflytning. Således vil man på denne måte effek-tivt kunne detektere med god oppløsningsevne et grensesjikt, og eventuelt la holderen følge dette. 2, 2', the waves, mostly in the form of rays 3, 3', will be received by the collector 4. If the transition zone is located between the emitters 2 and 2', the collector 4 will receive these wave signals 3, 3' of different character (e.g. in terms of phase, amplitude, time), which will be able to form a signal basis for controlling the holder's vertical position when the device must follow the movement of the transition zone. Thus, in this way, it will be possible to effectively detect a boundary layer with good resolution, and possibly allow the holder to follow this.

Holderen 1 er således utformet at transducerne alltid har The holder 1 is designed in such a way that the transducers always have

fast innbyrdes posisjon og slik at den akustiske vei blir fiksert i retning, samtidig som holderens stilling i profilen bevirker den gunstiske akustiske yei relativt profilen og målemediet. fixed mutual position and so that the acoustic path is fixed in direction, while the position of the holder in the profile causes the favorable acoustic yei relative to the profile and the measuring medium.

Den sekundære akustiske signalbanen som vil oppstå mellom transducerne via selve holderen og eventuelt profilen, vil kunne utnyttes som kontrollfunksjon på at systemet opptrer tilfredsstillende, særlig i de tilfeller hvor målemediet har liten eller ingen akustisk transmisjon av primærsignalet. The secondary acoustic signal path that will occur between the transducers via the holder itself and possibly the profile can be used as a control function to ensure that the system behaves satisfactorily, particularly in cases where the measuring medium has little or no acoustic transmission of the primary signal.

I fig. 2 er holderen 1 med de nevnte transducere samt koblingsenhet vist montert i en eneste føringsprofil 19, hvilken er lukket i bunnen. Profilen 19 er fylt med en akustisk koblingsvæske, hvilken fortrinnsvis er elektrisk isolerende. In fig. 2, the holder 1 with the aforementioned transducers and coupling unit is shown mounted in a single guide profile 19, which is closed at the bottom. The profile 19 is filled with an acoustic coupling fluid, which is preferably electrically insulating.

Ved den i fig. 2 viste anordning løper wiren 14 over trinsen 13 fra en trommel 16 og holderens posisjon registreres via wiren og trinsen 13 ved hjelp av organet 12. Organet 12 kommuniserer med styre og regÉstreringsorganet 11. By the one in fig. 2, the wire 14 runs over the pulley 13 from a drum 16 and the holder's position is recorded via the wire and the pulley 13 by means of the device 12. The device 12 communicates with the steering and the recording device 11.

Forflytning av holderen 1 kan skje ved hjelp av elektrisk, hydraulisk eller pneumatisk drivmiddel, f.eks. en trinnmotor. Alternativt kan forflytning skje ved at wiren 14 f.eks. er-stattes av et metallbånd, eventuelt forsynt med perforeringer til inngrep med et såkalt ledehjul. Som et ytterligere alternativ kan forflytning skje ved at holderen 1 er forbundet ved sitt øvre parti med et oppdriftslegeme for således på kon-trollert måte å kunne forflyttes langs profilen ved variasjon av koblingsvæskens nivå i profilen. Movement of the holder 1 can take place with the help of an electric, hydraulic or pneumatic drive, e.g. a stepper motor. Alternatively, movement can take place by the wire 14 e.g. is replaced by a metal band, possibly provided with perforations for engagement with a so-called guide wheel. As a further alternative, movement can take place by the holder 1 being connected at its upper part to a buoyancy body so as to be able to be moved along the profile in a controlled manner by varying the level of the coupling fluid in the profile.

I fig. 3 er anordningen ifølge oppfinnelsen innekapslet med In fig. 3, the device according to the invention is enclosed with

et toppdeksel bestående av en hatt 20 og en festeflens 21 Festeflensen kan skrues eller sveises fast til en beholder-topp 22. a top cover consisting of a hat 20 and a fastening flange 21 The fastening flange can be screwed or welded to a container top 22.

I fig. 4 og 5 er vist flere sett av holdere på en felles feste-anordning 23. De respektive holdere kan hver for seg tirinn-løst forflyttes langs festeorganet 23 og festes til dette f.eks. ved hjelp av skrueforbindelse 24 til ønsket posisjon. Organet 23 med holdere kan settes fritt ned i profilen 19 In fig. 4 and 5 show several sets of holders on a common fastening device 23. The respective holders can each be moved freely along the fastening device 23 and attached to this, e.g. using screw connection 24 to the desired position. The body 23 with holders can be freely lowered into the profile 19

fra toppen uten at man må løsne profilen med tilhørende flens fra tanken. Dermed vil all installsjon, vedlikehold og justering kunne foregå med tanken hermetisk lukket fra atmosfæren, hvorved unngås eventuell eksplosjonsfare når målemediet er av eksplosiv art. from the top without having to detach the profile with associated flange from the tank. Thus, all installation, maintenance and adjustment can take place with the tank hermetically sealed from the atmosphere, thereby avoiding any risk of explosion when the measuring medium is of an explosive nature.

I figurene 6-11 er vist forskjellige utførelsesformer av profilen 19. Som vist i fig. 2 kan profilen 19 ha i tverrsnitt en stort sett U-lignende form, slik som antydet også Figures 6-11 show different embodiments of the profile 19. As shown in fig. 2, the profile 19 can have a largely U-like shape in cross-section, as also indicated

i fig. 8-11. I fig. 6 består profilen av en ytre rørdel 25 in fig. 8-11. In fig. 6, the profile consists of an outer tube part 25

og en indre rørdel 26, hvorved profilen får et stort sett 0-lignende tverrsnitt. Målemediet befinner seg da på innsiden av rørdelen 26, mens en hensiktsmessig utformet holder sammen med koblingsvæsken befinner seg mellom rørdelene 26 and an inner pipe part 26, whereby the profile has a largely 0-like cross-section. The measuring medium is then located on the inside of the pipe part 26, while an appropriately designed holder together with the coupling fluid is located between the pipe parts 26

og 25. I fig. 7 er vist en spalte 27 i den profilform som er angitt i fig. 6, hvormed profilen får et stort sett C- eller nøkkelhull formet tverrsnitt. Den primære akustiske veien vil her gå mellom veggene 28 og 29, idet veggene 28 og 29 and 25. In fig. 7 shows a slot 27 in the profile shape indicated in fig. 6, with which the profile gets a largely C- or keyhole-shaped cross-section. The primary acoustic path will here be between walls 28 and 29, as walls 28 and 29

er anbragt parallelle. Som antydet både i fig. 9 og 10 kan profilen dannes av to sammensveisede deler, eksempelvis de-lene 31 og 32, hvorved det ved sammensveisingen fremkommer sveiseflenser 30. I fig. 11 har profilen 33 en tilnærmet U eller C-form, idet profilen f.eks. er formet ved valsing are placed parallel. As indicated both in fig. 9 and 10, the profile can be formed from two welded together parts, for example the parts 31 and 32, whereby welding flanges 30 appear during the welding together. In fig. 11, the profile 33 has an approximate U or C shape, the profile e.g. is formed by rolling

av et rør med stort sett sirkelformet tverrsnitt som utgangs-form. Profilene som vist i fig. 6, 7 og 11 kan være ekstru-derte profiler. Det er selvfølgelig også mulig å oppnå en profilform som i fig. 9 og 10 ved ekstrudering, hvorved flen-sene 30 forsvinner. of a tube with a largely circular cross-section as the initial shape. The profiles as shown in fig. 6, 7 and 11 can be extruded profiles. It is of course also possible to achieve a profile shape as in fig. 9 and 10 by extrusion, whereby the flanges 30 disappear.

I fig. 12 er emitter 2 og kollektor 4 montert på en felles holder 1 som ved skrue 36, spor 37 og brakett 38 er stillbar. Transducerne 2, 4 bevirkes til å danne god akustisk kontakt med den beholder 34 hvori målemediet befinner seg. På denne måten kan f.eks. nivået 35 av målemediet i beholderen 34 måles uten at transducerne kommer i direkte kontakt med målemediet. In fig. 12, emitter 2 and collector 4 are mounted on a common holder 1 which is adjustable by screw 36, slot 37 and bracket 38. The transducers 2, 4 are caused to form good acoustic contact with the container 34 in which the measuring medium is located. In this way, e.g. the level 35 of the measuring medium in the container 34 is measured without the transducers coming into direct contact with the measuring medium.

Styrings- og registreringsorganet 11 har midler til å styre holderens 1 bevegelse i minst en av følgende operasjonsmodi: a) selektiv innstilling på en fast posisjon i føringsprofilen 19, b) følging av en eller flere grensesoners bevegelse i målemediet, og c) avsøkning langs hele føringsprofilens lengde for registrering av målemediets akustiske transmisjonsegenskaper langs føringsprofillengden. The control and registration body 11 has means to control the movement of the holder 1 in at least one of the following operating modes: a) selective setting at a fixed position in the guide profile 19, b) following the movement of one or more boundary zones in the measuring medium, and c) scanning along the entire the length of the guide profile for recording the acoustic transmission properties of the measuring medium along the length of the guide profile.

Det er således ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebragt en anordning som med sitt ene føringsprofil oppviser stor mekanisk styrke, rimeligere og enklere fremstilling, lavt effektforbruk p.g.a. stor direktivitet samt god egensikkerhet, særlig i eksplosive miljøer. Ved at transducerne er forbundet med en felles holder vil forflytningen av transducerne skje på en lett kontrollerbar, måte. For å sikre. j. evne st mulig bevegelse av holderen i føringsprofilen, kan holderen ha organer f.eks. fjærer eller ruller som danner lett kontakt med føringsprofilens innervegg. The present invention has thus provided a device which, with its single guide profile, exhibits great mechanical strength, cheaper and simpler production, low power consumption due to great directivity as well as good intrinsic safety, especially in explosive environments. As the transducers are connected with a common holder, the movement of the transducers will take place in an easily controllable manner. To secure. j. ability st possible movement of the holder in the guide profile, the holder can have organs e.g. springs or rollers that form light contact with the inner wall of the guide profile.

Claims

1. Device for measuring acoustic transmission properties of at least one measuring medium that surrounds at least one elongated profile, e.g. for measuring levels of the measuring medium, said hollow profile consisting of a guide profile filled with an acoustic coupling fluid, characterized in that at least two separate, movable transducers (2, 4) which are surrounded by the coupling fluid (18) are arranged in a common guide profile (19) , as the guide profile (19) is shaped in such a way that a primary, direct acoustic path between opposite transducers is directed through the measuring medium, but so that the measuring medium is not in direct contact with the transducers, and that said transducers (2) in and of themselves known manner is mounted on a guide profile adapted to the holder (1), with a transducer placed on one side of the holder acting as an emitter of an acoustic wave (3) which is emitted towards a collector transducer (4) on the other side of the holder ( 1), as the primary acoustic path goes from the emitter, through the coupling fluid that surrounds it, through the adjacent guide profile wall, through the measuring medium, through the guide profile wall at the collector, through the coupling fluid at the contact ktor, and to the collector itself.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the primary acoustic path from emitter to collector is inclined relative to the horizontal, the emitter and collector being placed at mutually different levels.

3. Device as stated in claim 1, characterized in that it exhibits a secondary acoustic path that goes from the emitter to the collector via the holder's body and possibly the profile, to form a reference and test signal path.

4. Device as specified in one of the preceding claims, characterized in that a temperature probe (8) is mounted on the holder (1), whereby the temperature profile of the measuring medium is also recorded, which together with the acoustic coupling measurement at the same level gives the total transmission properties of the measuring medium.

5. Device as specified in one of the preceding claims, characterized in that the said transducers (2, 4, 8) are connected via a coupling link (5) to a control and registration body (11), which body has means to control the movement of the holder in at least one of the following operating modes: a) selective setting at a fixed position in the profile, b) following the movement of one or more boundary zones in the measuring medium, and c) scanning along the entire length of the profile.

6. Device as specified in one or more of the preceding claims, characterized in that the guide tube has an 0-, C-, U-, V- or keyhole shape in cross-section.