DE1473699A1

DE1473699A1 - Auf Grundlage der Fortpflanzung von Schallwellen in den zu untersuchenden Medien arbeitende Messvorrichtung

Info

Publication number: DE1473699A1
Application number: DE19651473699
Authority: DE
Inventors: Bourquard Fernand Euge Gabriel
Original assignee: BOURQUARD M FERNAND EUGENE GAB
Current assignee: BOURQUARD M FERNAND EUGENE GAB
Priority date: 1964-10-07
Filing date: 1965-10-06
Publication date: 1969-03-13
Also published as: US3346065A; IL24417A; FR1418225A; GB1081470A

Description

Fernand, Eugene, Gabriel B0URv.iUARD, 13 rue Cantin, COURBEVOIE, (Seine), Frankreich

"Auf Grundlage der Portpflanzung von Schallwellen in den zu untersuchenden Medien arbeitende Messvorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf UntersuchungB- bzw· Messvorrichtungen, welche die Fortpflanzung von Schallwellen in den zu untersuchenden Medien als Messgröße verwenden und betrifft allgemein gesagt Messvorrichtungen, die dazu dienen, die physikalischen Eigenschaften (Temperatur, Drucky Konzentration, Feuchtigkeitsgehalt, Reinheitsgrad usw·) von gasförmigen, flüssigen oder festen Medien, dadurch festzustellen, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schallwellen in diesen Medien bestimmt wird. Ein besonders interesaantes Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft Messvorrichtungen für die UnterBuchung der physikalischen Eigenschaften von Fluiden bzw. gasförmigen oder flüssigen Medien, ohne daß aber die Erfindung auf dieae Verwendungszwecke be-

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schränkt wäre.

Ziel der Erfindung iat es insbesondere, solche Untersuchungsbzw. Messvorrichtungen so auszubilden, daß sie besser als die bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art den verschiedenen Forderungen der Praxis, insbesondere hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit sowie Stabilität und der Genauigkeit der Messungen, die durch sie ermöglicht wird, entsprechen.

Die Erfindung besteht ihrem Grundgedanken nach darin, daß unter mechanischer und akustischer Isolierung einer Probe des zu untersuchenden Mediums in solcher V/eise, daß diese Probe sich wie ein akustischer Resonator verhält (und deshalb nachstehend ala "Messresonator" bezeichnet werden soll) und Anordnung eines Benders für Schallwellen und eines Empfängers für Schallwellen an den Enden dieser Probe wenigstens eine der letzteren Vorrichtungen, d.h. der Sender und/oder der Empfanger, als Resonator ausgebildet ist, welcher je nach der Ausgestaltung der Vorrichtung im einzelnen mit einem Sender oder einem Empfänger für Schallwellen ausgerüstet ist. Diese Sender v/erden im folgenden als "Senderresonator¹¹ und als "Empfangsresonator" bezeichnet. Der Senderresonator ist mit dem Enipfangsresonator sbue und/oder dem Messresonator mit dem Empfangsresonator durch eine

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schwache akustische Kupplung verbunden, deren querschnitt kleiner ist als der des Messresonators.

Außer dieser grundsätzlichen Anordnung umfaßt die Erfindung gewisse andere vorzugsweise gemeinsam mit der beschriebenen angewendete Vorrichtungen, die weiter unten im einzelnen erläutert werden.

Insbesondere sind Gegenstand der Erfindung eine bestimmte Art der Anwendung solcher Vorrichtungen zum Analysieren von Fluiden, flüssigen und gasförmigen Medien, sowie gewisse Ausführungsformen der hierfür verwendeten Anordnungen, die Messapparate als solche sowie auch die besonderen für deren Herstellung verwendeten Elemente und Werkzeuge, sowie die festen oder beweglichen mit solchen Vorrichtungen ausgerüsteten Gesamtanordnungen.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen an Hand der Abbildungen beschrieben, welche Ausführungsformen der neuen Messvorrichtung veranschaulichen, die aber nur als Beispiele anzusehen sind, auf welche die Erfindung keineswegs beschränkt ist.

Pig. 1 ist eine schematische Gesamtdarstellung einer Mess-

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vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungöforia der Erfindung.

Pig. 2 ist ein Längsschnitt der Messvorrichtung gemäß Pig. 1 in größerem Maßstäbe.

Die Figuren 3 und 3a sind vergrößerte Schnitte zv/eier Ausführungsformen eines Einzelorgans der in Fi^. 2 dargestellten Vorrichtung·

Pig. 4 veranschaulicht automatisch eine Ausführungöform der in Fig. 1 dargestellten Messvorrichtung.

Pig. 5 zeigt in sohematischer Darstellung eine andere Ausführungsform einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung.

Pig. 6 ist ein Schnitt in vergrößertem Maßstabe durch einen Teil der in Pig. 5 dargestellten Vorrichtung.

Die in den Abbildungen dargestellte Messvorrichtung weist insbesondere in an sich bekannter Weise einen Messresonator M für das zu untersuchende gasförmige Medium auf, der, wie das aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, aus einem zylindri- eohen an eeinen beiden Enden durch Böden 2 und 3 gesohloeae-

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nen Rohr 1 bestehen kann. Yfenigstens der eine dieaer beiden Buden, zum Beispiel der Boden 3, ist mit dem Hohr in solcher V/eise, wie durch ein Gewinde, verbunden, daß es möglich iat, die axiale kage dieses Bodena 3 in dem Hohr zu verstellen.

Ferner sind weiter unten noch im einzelnen zu beschreibende Vorrichtungen zum Einführen des gasförmigen Mediums in das Hohr 1 vorgesehen.

Mit dem einen der Enden des den Messresonator M bildenden Hohres 1 ist ein fcJender 4 und mit dessen anderem linde ein Empfänger 5 für Schallwellen verbunden.

Gemäß dem grundsätzlichen Merkmal der Erfindung besteht wenigstens eine dieser beiden letzteren Vorrichtungen, das heißt, der Sender 4 und/oder der Empfänger 5 aus einem !Resonator, welcher bei der dargestellten Vorrichtung mit einem Sender 6 (Senderesonator E) oder einem Empfänger 7 (Empfangsreeonator H) für Schallwellen ausgerüstet ist. i'erner ist zwischen dem Messresonator M und dem Senderesonator E und/ oder dem Messresonator M und dem Empfangsresonator R eine schwache, vorzugsweise regelbare akustische Kupplung vorgesehen, deren Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Measresonatore M.

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Vorzugsweise wird hierbei·die Vorrichtung entsprechend der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ausgebildet, bei welcher einerseits die Sendevorrichtung 4 durch .den mit seinem Sender für Schallwellen 6 ausgerüsteten Senderesonator E und dem Empfänger 5 durch den mit seinem Em-. pfänger 7 für Schallwellen ausgerüsteten Empfangaresonator R gebildet ist.

In diesem Falle wird einerseits der Senderesonator E mit dem Meßresonator M und andererseits der Messresonator M mit dem Empfangsresonator R akustisch gekuppelt·

Der Senderesonator E kann, wie das in Fig. 2 dargestellt ist, aus einem an seinen beiden Enden durch Böden 9 und 10, von denen wenigstens einer abnehmbar ist, geschlossenen zylindrischen Rohr 8 bestehen.

Bei dieser Anordnung wird in dem Rohr 8 der Schallwellensender 6 untergebracht, der aus folgenden Teilen besteht:

einem in dem Rohr 8 versohieblichen, aber gegen Drehung in diesem durch einen Stift 12, welcher mit einem in der Wandung des Rohres gebildeten Schlitz 13 zusammenwirkt, gesicherten röhrenförmigen Träger-11,

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einem mit einer dünnen perforierten Platte 15 versehenen, an dem offenen Ende des röhrenförmigen Trägers 11 befestigten Lautsprecher 14 und

Vorrichtungen zur Verschiebung dee aus dem auf dem röhrenförmigen Träger 11 sitzenden Lautsprecher 14 bestehenden Senders, zum Beispiel in ,Gestalt einer Schraube 16, welche den eine mit Gewinde versehene Öffnung aufweisenden Boden 9 der Röhre 8 durchdringt und auf das geschlossene Ende des röhrenförmigen trägers 11 wirkt.

Der Empfangeresonator R kann, wie ebenfalls aus Fig. 2 er-Bichtlioh ist, aus einem an seinen beiden Enden durch Böden 18 und 19t ^yon denen wenigstens einer abnehmbar ist, geschlossenen zylindrischen Rohr 17 bestehen.

In diesem Rohr 17 ist der Schallwellenempfänger 7 untergebracht, welcher aus folgenden Teilen besteht«

einem röhrenförmigen, in dem Rohr 17 verschieblichen, jedooh gegen Drehung in demselben duroh einen mit einem in der Wandung des Rohres gebildeten Schlitz 22 zusammenwirkenden Stift 21 gesicherten Tragkörper 20,

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einem an dem offenen Ende dieses röhrenförmigen Tragkörpers 20 befestigten Mikroafon 23 und

Vorrichtungen zur Verschiebung des aus dem auf dem röhren-förmigen Tragkörper 20 sitzenden Mikrofons. 25 bestehenden Empfängers 7, zum Beispiel in Gestalt einer Schraube 24, die eine mitj&e» Gewinde versehene Öffnung des Bodens 18 , der Röhre 17 durchdringt und auf das geschlossene Ende des röhrenförmigen Tragkörpers 20 wirkt.

Nachstehend werden nunmehr die Vorrichtungen beschrieben, , welche die akustischen Kupplungen zwischen dem üenderesonator R und dem Messresonator M, sowie zwischen dem Messresonator M und dem Empfangsresonator R bilden.

Die akustische Kupplung zwischen dem Üenderesonator E und dem Messrsonator M kann vorteilhafterweise durch eine gewisse Anzahl von Rohrabochnitten 25 erfolgen, welche sich einerseits in das Innere des den üenderesonator E bildenden runden Rohren 8 über dessen Boden 10 hinaus vorspringend und andererseits in das Innere des den Measresonator M bildenden Rohres 1_füber dessen Boden 2 hinaus vorspringend, erstrecken.

Diese Rohrabschnitte 25, von denen drei vorgesehen sind,

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(in Ji¹Ig. 2 sind nur zwei dieser Rohral)schnitte sichtbar) weisen in ihrem mittleren, zwischen dem Resonator E und dem Resonator M liegenden Bereich einen biegsamen, z.B. aus Kautschuk oder einem Kunststoff mit äquivalenten Eigenschaften bestehenden Teil 26 auf. Dieser auf die beiden durch ihn miteinander verbundenen Rohrabachnitte aufgesetzte Teil 26 hat eine doppelte Aufgabe,

einerseits isoliert er den .Resonator iä _uegen den Resonator M gegenüber mechanischen Schwingungen,

andererseits ermöglicht er es, die Kupplung durch ein mehr oder weniger weites Hineinragenlassen der Rohrabaschnitte in das Innere des Resonators E und/oder das Innere des Resonators H zu verstellen. Zu diesem Zwecke sind die Rohrabschnitte durch Bohrungen der Böden 11) des Rohres 8 und 2 des Rohres 1 in in diesen Bohrungen verschieblicher V/eise hindurchgeführt.

Die akustische Kupplung zwischen dem Messresonator M und dem Empfangsresonator R ist in gundsätzlich gleicher Weise ausgebildet, wobei aber nur ein einziger Rohrabschnitt 27, der sich in das Innere des den Messreaonator M bildenden Rohres 1 jenseits des Bodens 3 desselben und in das Innere des

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den iknpfangsresonator R bildenden Rohres 17 jenseits dessen Boden 19 erstreckt, diese beiden [Resonatoren miteinander verbindet.

In der gleichen Weise wie vorher beschrieben wurde, weist · der mittlere zv/ischen dem Resonator M und dem Resonator R liegende Teil dieses Rohrabschnittes 27 einen biegsamen Bereich 28, zum Beispiel aus Kautschuk oder Kunststoff mit entsprechenden Eigenschaften auf« Dieser biegsame Bereich 28 hat drei verschiedene Aufgaben, nämlich die folgenden, zu erfüllen:

Er isoliert den Resonator M gegenüber dem Resonator R gegen die Möglichkeit der Übertragung von meehanischange Schwingungen.

Er ermöglicht es, durch mehr oder weniger tiefes Einschie-' ben des Rohrabschnittes 27 in das Innere des Resonators M und/oder das Innere des Resonators R die akustische Kupplung zu verstellen Zu diesem Zweeke ist auch die Durchführung des Rohrabschnittes durch die Böden 3 des Rohres 1 und 19 des Rohres 17 so ausgebildet, daß die Enden des Verbindungsrohres in den von ihnen durchdrungenen Bohrungen dieser Böden gleiten können.

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Schließlich wird durch diesen biegsamen 'i'eil dem Rohrabschnitt 27 eine solche Biegsamkeit verliehen, daß er um 180° gebogen, werden kann, wodurch, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, der Platzbedarf der Apparatur in deren Längsrichtung erheblich verringert wird«,

Die akustische Kupplung zwischen dem Messresonator M und dem Empfangsreaonator R ist so ausgebildet, daß sie eine akustische Untersuchung des den Messre3onator M bildenden Rohres 1 mittels des in da« das Rohr 1 mündenden Teils des Rohrabschnittes 27 ermöglicht.

Zu diesem Zwecke wird der Messresonator M in dem einen der Böden 29 eines Zylinders 30 in solcher weise befestigt, daß

während

er außerhalb dieses Zylinders liegt/der Resonator R innerhalb des Zylinders liegt und an einem in dessen Innerem beweglichen Kolben 31 befestigt ist.

Der Kolben 31» an welchem außerdem das Ende des Rohrabschnittes 27 befestigt ist, das an der akustischen Untersuchung des Messresonatora M teilnimmt, ist gegen Drehung in dem Zylinder 30 durch einen Zahn 32 gesichert, der mit einer in der Innenwandung dieses Zylinders gebildeten Längsrille 33 zusammenwirkt. Außerdem sind Vorrichtungen

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zur Bewegung des Kolbens 31 in dem Zylinder 30, welche sich in eine Bewegung des Endes des Rohrabschnittes 27 in dem Messresonator M und damit eine akustische axiale Abtastung dieses Resonators überträgt, vorgesehen. Diese Vorrichtungen können beispielsweise aus einer vorzugsweise als Mikrometerschraube ausgebildeten Schraube 34 bestehen, welche sich in einer Gewindebohrung des anderen Bodens 35 des Kolbens 31 dreht, die auf den Kolben 31 wirkt, wo-, bei ein mit einer Gradeinteilung 36, die mit einer ringförmigen festen Skala 37 zusammenwirkt, versehener Betätigungsknopf 36 eine genaue Einstellung der Stellung des Kolbens 31 und damit des Endes des Rohrleitungsabschnittes 27 ermöglichte

Die Amplitude der Bewegungsmöglichkeiten des Kolbens 31 soll so bemessen sein, daiB das sich in den Messresonator M erstreckende Ende dee Rohrabschnittes 27 diesen Resonator über im wesentlichen seine gesamte Länge abtasten kann·

Die Rohrabschnitte 25 und 27, über welche die akustische Kupplung zwischen dem Senderesonator E und dem Messresonator M und zwischen dem Messresonator M und dem Empfange— resonator R erfolgt, werden mit Vorteil so ausgebildet, daß ihre dem Abnehmen der akustischen Energie dienenden Enden, welohe im Falle des Rohrabschnitt es 25 in dem Sende-

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resonator E und im Falle des Rohrabschnittes 27 in dem Messresonator M liegen, leicht konvergierend gestaltet sind.

Um diese Gestaltung zu erhalten, kann das Innere dey betreffenden Rohrabschnittes in der aus Pig. 3 ersichtlichen Meise sich kegelförmig erweiternd hearbeitet sein. Der Öffnungswinkel des derart hergestellten Kegels betragt vorzugsweise zwischen 5 und 10° und ist jedenfalls so bemessen, daß unter Berücksichtigung der Dicke des Rohrabschnittes der Querschnitt in der Ebene des Endes des Abgangsendes des betreffenden Rohrabschnittes eine scharfe Kante bildet.

Das in Frage kommende Ende des Rohrabschnittes kann aber auch, wie das in I'ig. 3a dargestellt ist, zu einer geschlossenen Spitze geformt und dann in der Wandung des betreffenden Rohrabschnittes eine seitliche Öffnung B vorgesehen sein, welche es ermöglicht, eine zusätzliche akustische Abtastung vorzunehmen.

Die beschriebene Messapparatur wird durch eine elektrische und elektronische Apparatur vervollständigt, welche vorzugsweise aua den folgenden 'f

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aowie

einem Niederfrequenzstromerzeuger 30, der auf die Frequenz des Lautsprechers 14 des Schallwellensenders 6, mit welchem er durch Leitungen 39 verbunden ist, geeicht ist,

einem Niederfrequenzverstärker 40, welcher mit einer graduierten Ablesevorrichtung 41 für die Stromstärke versehen xxx und durch Verbindungsleitungen 42 mit dem Mikrofon 23 des Empfängers 7 für die akustischen Wellen verbunden ist,

einem Kontrollkreis 43 für die frequenz, welcher aus einem Kommutatot 44 und einem Zweiwegeoscilloskop 45 besteht.

Schließlich kann zum Schütze der aus dem Senderesonator E und den Kupplungs-Rohrleitungsabschnitten 25 bestehenden Gesamtanordnung ein zylindrisches Schutzgehäuse 46 vorgesehen sein, dessen einer Boden 47 mit dem Senderesonator E und dessen anderer Boden 48 mit dem Messresonator M verbunden ist.

Im folgenden wird nunmehr kurz die Arbeitsweise einer in der beschriebenen Weise ausgebildeten Messvorrichtung bei der Untersuchung eines gasförmigen Mediums erläutert:

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Zunächst wird die Probe des gasförmigen Mediums durch ein Anschlußstück 49 in das Schutzgehäuse 46 eingeleitet und füllt dessen Innenraum aus, um sioh darauf in dem Schallwellensender 6 auszubreiten, in dessen Innenraum das Gas durch eine in dem röhrenförmigen Träger 6 dieses Senders an der Stelle des Schlitzes 13 ausgesparte Durchtrittsöffnung 50 eintritt.

Das zu untersuchende Medium, das nunmehr den Innenraum des Senderesonators E ausfüllt, strömt dann, durch die perforierte Platte 15 verteilt, in das Innere des Benderesonatpra E, durch die drei kuppelnden Rohrabschnitte 25 in das Innere des Messresonators M₁ um schließlich über die Kupplungsleitung 27 in das Innere des Empfangsresonators R einzutreten· Aus diesem gelangt das Probegas, duroh das Mikrofon 23 verteilt hindurohtretend, nach dem Sohallwellenempfanger 7» um schließlich über eine in dem röhrenförmigen Tragorgan 20 des Empfängers 7 an der Stelle des Schlitzes 22 vorgesehene Durchtrittsöffnung 51 in den Innenraum des Zylinders 30 einzuströmen und diesen auszufüllen. In dem Kolben 31 ist zu diesem Zwecke eine Ausgleichsöffnung 52 vorgesehen.

Über ein an dem Zylinder 31 befestigtes Anschlußstück 53

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kann nunmehr das Medium abgesaugt und in der Aufeinanderfolge der vorstehend aufgezählten Räume ein hohes Vakuum erzeugt werden, um derart eine genaue Püllung zu ermöglichen.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß das gasförmige Medium in der Messvorrichtung auf sehr genau vorbestimmten Drücken erhalten werden kann, deren untere und obere Grenzwerte nur durch die mechanische Ausbildung der Vorrichtung bestimmt sind»

Nachdem die Einführung des zu untersuchenden Mediums erfolgt ist, werden verschiedene akustische Regelvorgänge, und zwar insbesondere die folgenden, durchgeführt!

Abstimmung des Senderesonators E durch axiale Verstellung des Sciycallwellensenders 6 (mittels der Steuerschraube 16) und/oder mehr oder weniger weite Einführung der Enden der Kupplungsrohrabschnitte 25 in den Resonator E,

Abetiijmung des Messresonators M durch axiale Verstellung des Bodens 3 durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben desselben in das Rohr 1 des Messresonators M,

Abstimmung des Empfangsresonators R durch axiale Verstel-

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lung des Sohallwellenempfängers 7 (mittels der üteuer-Hchraube 24) und/oder mehr oder weniger tiefes Einführen des Endes des kuppelnden Hohrabschnittes 27 in den Resonator R·

Der eigentliche Messvorgang erfolgt dann durch akustische Untersuchung des Messresonators M. Dadurch, daß mittels der Mikrometerschraube 34 der Kolben 31 und damit die Lage des !Endes des Verbindungsrohrabschnittes 27 in dem Resonator M verstellt wird, wird entsprechend der Anzeige, wel- dne die Ablesevorrichtung 41 des Niedrigfrequenzverstärkers 40 liefert, die Lage der Knoten und der Druckbäuche der Wellen in dem betreffenden Resonator festgestellt. Hierdurch kann die V/ellenlänge der sich in dem Messreaonator M fortpflanzenden Schallwellen bestimmt werden, deren l'retjuenz durch den an dem Niedrigfrec±uenzgenerator 38 angezeigten V/ert oder durch das Oszilloskop 45 bekannt ist·

Die Messung der Abatände der Yfellenknoten und Bäuche voneinander erfolgt mit einem sehr hohen Grade an Präzision, - in der Größenordnung eines Zehntelmillimeters - , unter guten atabilitätsbedingungen, wobei das hierdurch festgestellte Maß der V/ellenlänge mit einer Genauigkeit erhalten wird, die zehnmal größer ist, als sie duroh andere dem

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gleichen Zwecke dienende Vorrichtungen erzielbar ist

Ausgehend von der RHüttgkX ermittelten Wellenlänge und !Fre quenz der Schallwellen kann nunmehr die Geschwindigkeit des Schalls in dem gasförmigen Medium, welches den Mess— resonator M ausfüllt, berechnet v/erden.

bei
Darauf ist es Hätaa entsprechender Eichung möglich, aus der Geschwindigkeit des Schalls in dem untersuchten gasförmigen Medium dessen Temperatur, !feuchtigkeitsgehalt, Heinheitsgrad, seinen anteiligen Gehalt in einer Mischung mit einem anderen Medium und andere Werte zu ermitteln.

Im Falle des vorstehend erläuterten Beispiels ist angenommen worden, daß es sich um Schallwellen im hörbaren Bereich, das heißt solche, die durch einen Lautsprecher erzeugt und durch eine Mikrofon aufgenommen wurden, handelt· Selbstverständlich bleibt, falls die physikalischen Eigenschaften eines Mediums durch Untersuchung von Schallwellen des nicht, hörbaren Bereichs festgestellt werden sollen, die Ausbildung der Messvorrichtung die gleiche wie in dem beschriebenen Falle. Es genügt dann, den Sender 6 und den Empfänger 7 entsprechend anders auszubilden. So können, falls es sich um ültraachallwellen handelt, der Sender 6 und der Empfänger

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7 nach dem piezoelektrischen oder elektrodynamischen Prinzip arbeiten.

In jedem Falle hängt die Art des verwendeten Wellenempfängers 7 von der des Wellensenders 6 ab, dessen Ausstrahlungen von dem Empfänger aufgenommen werden sollen·

Die beschriebene akustische Kupplung durch biegsame Rohrabschnitte kann mit besonderem Vorteil auch verwendet werden, um die in Fig. 4 dargestellte Anordnung zu verwirklichen, bei v/elcher der Üenderesonator E, der Messresonator M und der Empfangsresonator R nebeneinander angeordnet sind. Eine solche Anordnung ist dann von besonderem Vorteil, wenn die gesamte Apparatur innerhalb eines gemeinsamen thermostabilisierten Gehäuses 54 untergebracht werden soll. In diesem Falle können die mechanischen Steuerungen für die verschiedenen Resonatoren auf der gleichen Seite der Vorrichtung und die abgedichteten Durchbrechungen des Gehäuses 54 gruppiert angeordnet sein.

Falls eine Vorrichtung der beschriebenen Art für die Untersuchung von flüssigen Medien verwendet werden soll, sind eine Reihe von Änderungen derselben, insbesondere die folgenden erforderlich»

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abgeänderte Ausbildung sowohl des Schallwellensenders 6 wie des Sohallwellenempfängere 7, .

abgeänderte Ausbildung der akustischen Kupplungen, insbe- sondere hinsichtlich ihrer Leistung,

Änderung der elektrischen Verbindungsleitungen und

Änderung der Art, in welcher das Füllen der Vorrichtung erfolgt.

Im Falle der Anwendung des Arbeiteprineips der neuen Mess- und Uhtersuchungsvorrichtung auf die Untersuchung von festen Medien kann hierfür die eohematlsoh in fig· 5 dargestellte Ausführungsform derselben verwendet werden, bei welcher alle drei Resonanten, nämlich der Sendereeonantor E₁ der Hesereeonator M und der Empfangsreeonator R, durch drei ί «ylindrisohe Blöoke gebildet Bind, wobei der Stoff, aus welchem der Messrteonator M besteht, die au untersuchende Probe des ftaten Stoffes ist·

Wie iä vorstehenden Fall wird dem Senderesonator E ein Schallwellensender 6 beliebiger Art und dem Empfangsresonator H ein Sohallwtllintaipilltiger 7 von ebenfalls beliebiger

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Art, der zum Empfang der duroh den Sender 6 ausgeetrahlten Schallwellen geeignet iat, zugeordnet·

Die akustische Kupplung zwischen dem Sendereaonator B und dem Messresonator M kann, wie in Pig. 6 dargestellt iet, durch eine gewisse Anzahl von Metallnadeln 55 erfolgeng deren Enden duroh Bearbeitung angeritzt sind und die eich einerseits auf dem Boden von in dem zylindrischen, den Senderesonator Έ bildenden Blockkörper gebildeten Bohrungen 56 und andererseits dem Boden von entspreohenden Bohrungen in dem zylindrischen, den Messresonator M bildenden Block 57 abstützen.

Diese Metallnadeftn, von denen drei vorgesehen sind (in Pig· 6 sind nur zwei dieser Nadeln sichtbar) sind in den Bohrungen 56 und 57 durch biegsame Muffen 58, beispielsweise aue Kautschuk oder aus Kunststoff mit entsprechenden Eigenschaft en^ zentriert.

Die biegsamen beziehungsweise elastischen Muffen 61 ermöglichen einerseits eine genaue Zentrierung des Senderesona-Lors E und des Messresonators M in bezug aufeinander, welche den Voraussetzungen einer genauen akustischen Κμρρίυηβ genügt (wobei jede der Nadeln i5 an ihren beiden Enden in

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innigem Kontakt mit dem Boden der entsprechenden Bohrungen 56 und 57 eteht) und isolieren außerdem den Resonator E von dem Resonator M gegen die Übertragungsmöglichkeit von meohaniaohen Schwingungen.

akustische Kupplung zwischen dem Meesresonator H und dem Empfängersβonator R erfolgt nach dem gleiohen Prinzip, jedooh mittels nur einer einzigen Metallnadei 59, welche in tine in dem zylindrischen den Empfangsresonator R bildenden Blook ausgesparte Bohrung eingesetzt ist.

Um die akustische Untersuchung des Messresonators M zu ermöglichen, erfolgt die Kupplung im Niveau des Resonators M duroh seitlichen Kontakt der Metallnadel 59, deren Lage längs einer Erzeugenden des Resonators M einstellbar ist.

Zu diesem Zwecke kann, wie das aus Pig· 5 ersichtlich ist, der Empfangsresonator R auf einem durch Betätigung einer * Mikrometerschraube 61 bewegbaren lüräger 60 angeordnet sein.

Falle das zu untersuchende Medium durchsichtig ist, ist es ferner auch möglich, die akustische Untersuchung in axialer Richtung nach dem Prinzip der Elastizitätsmessung durchzuführen.

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Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, wird durch die Erfindung, unabhängig davon» welche Ausführungeform derselben angewendet wird, eine auf dem Prineip der Untersuchung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schallwellen in dem zu untersuchenden Medium beruhende Messvorrichtung geschaffen, die gegenüber den bieher bekannten und für gleiche Zwecke verwendeten Vorrichtungen die oben im einzelnen beschriebenen Vorteile aufweist.

Selbstverständlich ist die Erfindung aber hinsichtlioh der Gesamtanordnung, wie auch der Ausbildung ihrer eineeinen Bestandteile keineswegs auf die vorstehend im einiselnen beschriebenen und in den Abbildungen veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle im Rahmen ihres Grundgedankens liegenden Abwandlungen derselben, insbesondere diejenigen, die sioh ergeben, wenn Mesevorrichtungen mit den grundsätzlichen Merkmalen der Erfindung bei umlaufenden Maschinen, wie Kompressoren, ^urbinen^ Ventilatoren usw., statischen Anlagen, wie Windkanälen, Prallrohren usw. und eohließlich bei auf Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, angebrachten Vorrichtungen verwendet «erden·

Im Falle dieser Anwendungsmöglichkeiten wird der Meesreso-

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nator im Falle von Maschinen durch das in deren Innerem strömende Medium, im Falle von statischen Anlagen durch das für den Betrieb des Windkanals oder des Prallrohres verwendete Medium oder schließlich im Falle von Fahrzeugen durch das Medium, in welchem sich die Fahrzeuge der in Frage kommenden Art bewegen, gebildet·

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche t.

1. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schallwellen in den zu untersuchenden Medien als Messgröße benutzende Mess- bzw· Untersuchungsvorrichtung, bei welcher eine Probe des zu untersuchenden Mediums derart akustisch und ,mechanisch isoliert ist, daß sie sich wie ein akustischer Resonator verhält und an dem einen Ende dieser Probe ein Sender und an ihrem andere Ende ein Empfänger für Schallwellen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Sende- und Empfangsvorrichtungen, das heißt der Sender (4) und/oder der Empfänger (5) aus dem Resonator besteht, der in Anpassung an die Art der Vorrichtung entweder mit einem Schallwellensender (6) oder einem Schallwellenempfanger (7) ausgerüstet ist, und daß der Messresonator (M) mit dem 8enderesonator (E) und/oder der Messresonator (M) mit dem Empfangsresonator (R) durch eine schwache, vorzugsweise einstellbare akustische Kupplung verbunden sind, deren Querschnitt kleiner ist, als der Querschnitt des Messresonators (M).

2. Hessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (4) aus dem mit einem Schallwellensender (6) ausgerüsteten Senderesonator (E) und der Empfänger (5) aus dem mit dem Schallwellenempfänger (7) ausgerüsteten Kmpfanguresonator (R) besteht, wobei der Sendereeona-

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tor (E) und der Messresonator (I<0 einerseits, sowie der Messresonator (M) und der Empfangsresonator (H) andererseits je durch eine akustische Kupplung miteinander ver-• bunden sind.

3· Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Senderesonator (E) aus einem an seinen beiden Enden geschlossenen zylindrischen Rohr (8) besteht, in welchem der Üchallwellensender (6) untergebracht ist· ,

4· Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bchallwellensender (6) aus einem röhrenförmigen, in dem Rohr (8) des Senderesonators (E) verschieblichen röhrenförmigen Träger (11), einem mit einer dünnen perforierten Platte versehenen an dem offenen Ende dieses röhrenförmigen Trägers (11) befestigten Lautsprecher (14) und Vorrichtungen zur Verschiebung des röhrenförmigen Trägers (11) in dem Rohr (8) besteht.

5· Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsresonator (R) aus einem an seinen beiden Enden geschlossenen zylindrischen Rohr (17)» in welchem der Schallwellenempfänger (7) gelagert ist, besteht.

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6· Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwellenempfänger (7) aus einem in dem Rohr (17) des Empfangsresonators (R) verschieblichen röhrenförmigen Tragkörper, einem an dem offenen Ende dieses Tragkörpers befestigten Mikrofon und Vorrichtungen zur Verschiebung des Tragkörpers (20) in dem Rohr (17) besteht ·

7. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung zwischen dem Senderesonator (E) und dem Messresonator (M) aus einer Mehrzahl von Rohrabschnitten (25) besteht, welche diese beiden Resonatoren miteinander verbinden und deren eines Ende sich in das Innere des den Senderesonator (E) bildenden Zylinderrohres (8) und deren anderes Ende sich In das Innere des den Messresonator (M) bildenden Zylinderrohree (1) erstreckt·

8. Messvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung aus drei Rohrabschnitten (25) besteht.

9· Messvorrichtung nach Anspruoh 7_t daduroh gekennzeichnet, daß jeder Rohrabschnitt (25) in seinem mittleren Teil

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einen biegsamen, zum Beispiel aus Kautschuk oder damit äquivalentem Kunststoff bestehenden Bereich (26) aufweist,

10, Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung zwischen dem Messresonator (M) und dem Empfangsresonator (R) aus einem diese beiden Resonatoren miteinander verbindenden Rohrabschnitt (27) besteht, dessen eines Ende sich in das den Mes3resonator (M) bildende Zylinderrohr (8) und dessen anderes Ende sich in das den Empfangsresonator (R) bildende Zylinderrohr (17) erstreckt·

11, Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der die akustische Kupplung zwischen dem Messresonator (M) und dem Empfangsresonator (R) bildende Rohrabschnitt (27) in seinem mittleren Teil einen biegsamen, z.B· aus Kautschuk oder Kunststoff mit äquivalenten Eigenschaften bestehenden Bereich (28) aufweist,

12, Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung zwischen dem Messresonator (M) und dem Empfangsresonator (R) so ausgebildet ist, daß sie eine akustische Untersuchung des Messresonators

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(M) über den die Kupplung zwischen dem Messresonator (M) und dem Empfangsresonator (H) bildenden Teil des Rohrabschnittes (27), welcher in den Messresonator (H) mündet, ermöglicht.

13. Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsresonator (R) und der den Hessresonator (M) mit dem Empfangsresonator £±1) kuppelnde Rohrabschnitt (27),über welchen die akustische Untersuchung des Messresonators (M) erfolgt, an einem in einem Zylinder (30) mittels zweckentsprechender Vorrichtungen verschieblichen Kolben (31) befestigt sind·

14. Messvorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abnehmen der akustischen energie dienenden sich in den öenderesonator (E) und in dem Messresonator (M) erstreckenden Enden der Rohrabschnitte (25) und (27) eine ihnen durch .Bearbeitung erteilte schwach konvergierende iOrm besitzen·

15· Messvorrichtung nach Einspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abnehmen der akustischen Energie dienenden sich in den bendresonator (E) und in dem Messresonator (M) erstreckenden Enden der Rohrabschnitte (25)

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und (27) an ihrer Spitze geschlossen sind und in ihren Seitenwandungen in der Nähe ihres Endes je eine seitliche öffnung (B) aufweisen.

16. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr elektrischer und elektronischer Teil im wesentlichen aus einem Nieärigfrequenzstromerzeuger (38) mit geeichter Frequenz, der durch Verbindungsleitungen (39) an den lautsprecher (14) des Schallwellensenders (6) angeschlossen ist, einem mit einer auf die titromatärke graduierten Ablesevorrichtung (41) ausgerüsteten Niedrigfreuqenzveratärker (40), der durch Yerbindungsleitungen (42) mit dem Mikrofon (23) des üchallwellenempfängers (7) verbunden ist, und einem Kontroll- stromkreis (43) für die Frequenz, in welchem ein Kommutator (44) und ein Zv/ei\vegeoszilloskop (45) liegen, besteht. ^v

17· Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwellensender (6) und der Schallwellenempfänger (7) durch piezoelektrische oder elektrodynamische Vorrichtungen gebildet sind.

18. Messvorrichtung nach Anspruch 2 zur Untersuchung von

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Festatoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Resonatoren, der Senderesonator (E), der Ivleosresonator (M) und der Empfangsresonator (H), aus zylindrischen Blöcken bestehen, wobei der Stoff, aus welchem der Messresonator (M) besteht, die zu untersuchende Probe des Peststoffes bildet, der Senderesonator (E) einen Schallwellensender (6) und der Empfangsresonator (R) einen Schallwellenemrpfanger (7) aufweist,

19· Messvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung zwischen dem Senderesonator (E) und dem Messresonator (M) aus einer Mehrzahl von Metallnadeln (55) besteht, deren zugespitzte Enden sich auf den Böden von in den den Senderesonator (E) und den Messresonator (M) bildenden zylindrischen Blöcken ausgesparten Bohrungen (56) und (57) abstützen.

20. Messvorrichtung nach Anspruch 19_f dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung zwischen dem Senresonator (E) und dem Messresonator (M) aus drei Metallnadeln (55) besteht·

21. Messvorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Metallnadeln in den Bohrungen (56) und (57) durch

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biegsame, tei ellung s weise elastische, aus Kautschuk oder einem Kunststoff mit äquivalenten Eigenschaften bestehende Muffen (58) zentriert sind·

22. Messvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Kupplung zwischen dem Messresonator (M) und dem Empfangüresonator (R) aus einer k^etallnadel k (59) besteht, welche in eine in den den Empfangsresonator (R) bildenden zylindrischen Block ausgesparte Bohrung eingesetzt ist und seitlich mit dem Hessresonator (M) in Kontakt steht·

t* 23· Messvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks akustischer Untersuchung des Messresonators

die Kontaktstelle
(M) üajfxJEaataÄt der die akustische Kupplung zwischen dem

Messresonator (M) und dem Eiapfangsresonator (R) bildenden ^etallnadel (59) in seitlicher Richtung längs einer Er-" zeugenden des Messresonators (M) verschieblich ist·

24. Messvorrichtung nach Anspruch 22 zur Untersuchung eines durchsichtigen Mediums, gekennzeichnet durch elastizimetrische Vorrichtungen zur akustischen Abtastung dee \ Messresonators (M).

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