DE1648319B2 - Akustischer Temperaturmesser - Google Patents

Description

Wellen verstärkt, und beide werden, überlagert, in eine Übertragungsleitung 7 über die abgestimmte Verbindungsstelle zwischen dem Draht 5 und der Leitung 7 injiziert. Die Spule 6 ist außerdem mit dem Oszilloskop4 verbunden, mn Echos sichtbar zu machen, die an einem Kathodenstrahlrohr empfangen werden.

Die Übertragungsleitung 7 verbindet den Draht 5 mit der Resonatoreinheit 8. Letztere besteht aus einem Stück Material und enthält einen Koppler, der einen hohen akustischen Impedanzbereich 10 an seiner Verbindungsstelle mit der Übertragungsleitung bildet. Dieser Bereich 10 ist eine Länge λ/4 einer Leitung mit hoher Impedanz und grenzt an eine Länge //4 aus einem Material mit niedriger Impedanz, welche den eigentlichen Temperaturfühler 11 bildet. Die Echosignale, die zum Wandler zurückkehren, bestehen aus den Signalen, die von der Verbindungsstelle sowie von der Resonatoreinheit herkommen.

Im Außerresonanzzustand ist der Beitrag, den die Resonatoreinheit 8 gegenüber dem Echosignal leistet, gering, und das Echo ist fast ein Abbild des gesendeten Signals, wie durch einen Vergleich des gesendeten Signals gemäß Fig. 2 a mit dem Echo gemäß F i g. 2 b, welches empfangen wird, wenn das gesendete Signal etwa um 10 % von der Resonanz abweicht, zu erkennen ist. Wenn die Frequenz des gesendeten Signals der Resonanzfrequenz entspricht, sind beide Beiträge von Bedeutung und vergleichbarer Größe. Nach F i g. 2c sind drei deutlich voneinander abgegrenzte Bereiche für das Echo bei Resonanz vorhanden, welche mit A, B und C bezeichnet sind. Die Bereiche A und B weisen sich kreuzende exponentiell Einhüllende bzw. Hüllkurven mit einer Phasendifferenz zwischen den beiden Bereichen auf. Wie aus den F i g. 2 b und 2 c zu erkennen ist, tritt der Phasenunterschied sehr rasch nahe der Resonanz auf. Der Bereich C zeigt die exponentiell Abnahme des im Resonator gespeicherten Signals.

Die Kriterien, die zur Resonanzanzeige verwendet werden können, sind der Nulldurchgang zwischen den Bereichen A und B oder die maximale Amplitude des Bereiches C. Der Nulldurchgang ist ein Phasenphänomen, welches für die Präzisionseinstellung einer automatisierten Einheit verwendet werden könnte, während der Amplitudeneffekt für die allgemeine ίο Lokalisierung des Resonanzbereiches verwendet werden könnte. Der Vorgang würde dann darin bestehen, den Frequenzbereich sanft abzutasten, bis ein scharfer Anstieg der Amplitude auftritt, und dann die Frequenz um diesen Wert herum einzuregeln, bis der Nullpunkt J5 ermittelt wird. Die Temperatur, die jener Frequenz entspricht, könnte dann von einer vorher präparierten Karte abgelesen werden. Alternativ könnte die Frequenz als Daten in eine Anlagensteuerung als Ausdruck der Temperatur eingegeben werden. Die als ao Frequenz vorliegenden Daten können ohne Degenerierung bzw. Gegenkopplung über jede geeignete Verbindungsleitung übertragen und leicht in Digitalinformation zur Aufzeichnung oder Verwendung bei der Steuerung einer Anlage umgewandelt werden,
as Um eine ausreichende Empfindlichkeit zur genauen Resonanzermittlung zu erreichen, sollte die akustische Kopplung zwischen dem Bereich hoher Impedanz und dem Material niedriger Impedanz eingeregelt werden, derart, daß die inneren akustischen Energieverluste im Material niedriger Impedanz (d. h. im Fühler) etwa dem Verlust an der Kopplung bei der Temperatur, bei welcher der Fühler verwendet werden soll, gleichkommen. Wenn diese Einregelung vorgenommen worden ist, dann läßt sich erkennen, daß der £>-Faktor des Fühlers so hoch ist, wie er nutzbringend verwendet werden kann, und das Resonanzkriterium kann exakt angezeigt bzw. angegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 reich von hoher akustischer Impedanz zwischen der Patentansprüche: Leitung und dem Fühler bildet. Dabei kann der Schallenergiewandler Schwingungsstöße von vorbe-

1. Akustischer Temperaturmesser mit einem stimmter Frequenz erzeugen.

Temperaturfühler, der durch elastische Wellen auf 5 Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Aus-Resonanzfrequenz zu bringen ist, so daß die Tem- führung von akustischen Temperaturmessungen, bei peratur des Fühlers aus einem Maß der Resonanz- denen der zu messenden Temperatur der Körper eines frequenz abgeleitet werden kann, dadurch Temperaturfühlers ausgesetzt wird, dessen natürliche gekennzeichnet, daß der Temperatur- Vibrationsfrequenz temperaturabhängig ist. Bei einem fühler ein fester Körper ist und die elastischen io solchen Verfahren werden erfindungsgemäß akustische Wellen mittels einer akustischen Übertragungs- Schwingungsstöße in eine Leitung eingegeben, die mit leitung (7) auf den Körper gelangen. dem Körper des Fühlers über einen Hochimpedanz-

2. Temperaturm^sser nach Anspruch 1, mit bereich gekoppelt ist, und die Frequenz der Schwineinem Schalienergiewandler, der mit dem Fühler gungen wird in jedem Stoß bis zur Resonanz des durch eine akustische Übertragungsleitung ver- 15 Fühlerkörpers ermittelt, und ein Maß dieser Frequenz bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Über- wird zur Bestimmung der Temperatur des Fühlertragungsleitung mit dem Fühler durch einen Kopp- körpers verwendet.

ler verbunden ist, der einen Bereich (10) von hoher Die Frequenz der Schwingungen kann sehr präzise

akustischer Impedanz zwischen der Leitung und auf die Resonanzfrequenz eingestellt werden, und zwar dem Fühler bildet. 20 dadurch, daß das Echosignal beobachtet wird, während

3. Temperaturmesser nach Anspruch 2, dadurch die Oszillatorsteuerung eingeregelt wird, und somit gekennzeichnet, daß der Schallenergiewandler (2) kann durch Verwendung einer vorherigen Kalibrierung Schwingungsstöße von vorbestimmter Frequenz die Temperatur ermittelt werden. Die auf diese Weise erzeugt. gemessene Temperatur ist eine solche des Fühlers

4. Verfahren zur Ausführung von akustischen 25 allein und vom Temperaturprofil der Leitung völlig Temperaturmessungen, bei dem der zu messenden unabhängig. Die Auswahl des Werkstoffs und die AbTemperatur der Körper eines Temperaturfühlers messung der Einzelteile erfolgen im allgemeinen so, ausgesetzt wird, dessen natürliche Vibrations- daß der Umgebung und der Temperatur, in welcher frequenz temperaturabhängig ist, dadurch gekenn- die Vorrichtung verwendet werden soll, Rechnung zeichnet, daß akustische Schwingstöße in eine 30 getragen wird.

Leitung eingegeben werden, die mit dem Körper Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr

des Fühlers (11) über einen Hochimpedanzbereich an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeich-

(10) gekoppelt ist, daß die Frequenz der Schwin- nung näher beschrieben, und zwar zeigt

gungen in jedem Stoß bis zur Resonanz des Kör- F i g. 1 schematisch die Hauptteile eines akusti-

pers des Fühlers (11) ermittelt wird und daß ein 35 sehen Temperaturmessers, während die

Maß dieser Frequenz zur Bestimmung der Tempe- Fig. 2a, 2b und 2c Schallschwingungen oder

ratur des Fühlerkörpers (11) verwendet wird. -wellen wiedergeben; dabei ist

F i g. 2 a ein Beispiel eines Schallwellenstoßes, wie er auf den Temperaturfühler übertragen wird,

40 Fig. 2b eine Darstellung des reflektierten Echos,

wie es am Wandler erscheint, wenn die Frequenz etwa 10% Falschabstimmung bzw. Abweichung von der

Die Erfindung bezieht sich auf akustische Tempe- Resonanz aufweist, während

raturmesser mit einem Temperaturfühler, der durch F i g. 2 c das reflektierte Echo bei Resonanz wiederelastische Wellen auf Resonanzfrequenz zu bringen 45 gibt.

ist, so daß die Temperatur des Fühlers aus einem Maß Nach F i g. 1 enthält der Temperaturmesser eine

der Resonanzfrequenz abgeleitet werden kann. elektronische Einheit 1 zum Erzeugen von Schwin-

Temperaturmesser dieser Gattung sind beispiels- gungsstößen, deren Frequenz über den Bereich von

weise aus der österreichischen Patentschrift 237 926 50 bis 100 kHz veränderbar ist, ferner einen Wandler 2 bekannt, nach welcher ein gasgefüllter Resonanzraum 50 zum Empfangen dieser Schwingungen und zum Ein-

an der Meßstelle verwendet wird. geben entsprechender akustischer Schwingungen oder

Ein akustischer Temperaturmesser mit einem Fest- Wellen in eine Sonde sowie ein Oszilloskop 4. Die

stoff-Fühler ist aus der österreichischen Patentschrift Sonde setzt sich zusammen aus einem magnetostrik-073 und der USA.-Patentschrift 2 818 732 be- tiven Draht 5, auf welchen die Sende/Empfangs-Spule6

kannt. 35 des Wandlers 2 gewickelt ist, ferner aus einer akustisch

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen abgestimmten Übertragungsleitung 7 sowie aus einer

Temperaturmesser zu schaffen, bei dem die gemessene Resonatoreinheit 8, welche die Leitung abschließt. Die Temperatur die des Fühlers allein ist und nicht vom Frequenz der Schwingungen in jedem Stoß und auch

Temperaturprofil der Leitung abhängig ist. die Dauer des Stoßes sind durch eine Bedienungsperson

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß 60 regelbar. Die resultierenden und entsprechenden Stöße

der Temperaturfühler ein fester Körper ist und die von in den Draht 5 hinein erzeugten Schallwellen elastischen Wellen mittels einer akustischen Über- wandern axial den Draht entlang in beiden Richtungen.

tragungsleitung auf den Körper gelangen. Diejenigen, welche zurückwandern, d. h. in F i g. 1

Bei einem Temperaturmesser mit einem Schall- nach links, werden mittels eines massiven Endblocks 9

energiewandler, der mit dem Fühler durch eine aku- 65 reflektiert, welcher den polarisierenden Magnet ent-

stische Übertragungsleitung verbunden ist, kann erfin- halten kann, der in einer Entfernung λ/4 von der Spule 6

dungsgemäß die Übertragungsleitung mit dem Fühler angeordnet ist. Diejenigen, welche vorwärts wandern, durch einen Koppler verbunden sein, der einen Be- werden somit durch die vom Block 9 reflektierten