DE3832948A1 - Ultraschall-messanordnung mit paarweise angeordneten ultraschall-wandler - Google Patents
Ultraschall-messanordnung mit paarweise angeordneten ultraschall-wandlerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Meßan
ordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer Ultraschall-Meßanordnung, die nach dem Wirbelfre
quenz-Prinzip arbeitet, werden bildende Wirbel mit Ultraschall
abgetastet. In einer Meßanordnung der eingangs genannten Art
stehen sich Ultraschallwandler in einer parallelen Anordnung,
beispielsweise in einem Meßrohr gegenüber. Es bilden sich
dadurch stehende Wellen aus, die eine frequenzabhängige
Resonanzüberhöhung der Übertragung auf der Meßstrecke bewirken.
Durch Störung der stehenden Wellen - bedingt durch Fluktua
tionen im nichtströmenden Medium oder Wirbelablösung bei
Strömung - entstehen starke, unerwünschte Empfangssignal
schwankungen.
Bisher wurde versucht, die Resonanzen durch Nichtparallelstellen
der Ultraschallwandler oder Einbringen eines schalldämmenden
Materials zu unterdrücken. Beide Verfahren haben den Nachteil,
das Übertragungsmaß abzusenken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
neuartige Ultraschall-Meßanordnung der eingangs genannten Art
zu schaffen, die bei einfachem und damit kostengünstigem Auf
bau ein breitbandiges Dämpfen stehender Wellen in der Meßstrecke
bewirkt, ohne dabei das informationstragende Übertragungssignal
wesentlich abzusenken.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Ultraschall-Meßanordnung
der eingangs genannten Art und gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, die durch das im kennzeich
nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal
charakterisiert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in
den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren, die
bevorzugte Ausführungsbeispiele betreffen, im einzelnen be
schrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht längs eines Meß
rohres mit zwei sich darin gegenüberstehenden Ultraschall-
Wandlern gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, je
doch ein zweites Ausführungsbeispiel betreffend.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, je
doch ein drittes Ausführungsbeispiel betreffend.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind in einem Meßrohr M zwei an den
Enden einer Meßstrecke angeordnete Ultraschall-Wandler W 1
(US-Sender S) und W 2 (US-Empfänger E) vorgesehen, die jeweils
mittels eines Einspannungsrings R in Preßsitz in das Meßrohr M
eingesetzt sind. Die Oberfläche einer Anpaßschicht A weist eine
Unebenheit auf. Die Form der Unebenheit ist so gestaltet, daß
Resonanzen durch Zerstreuung bzw. gegenphasige Wellenaddition
abgedämpft werden.
Als maximale Vertiefung in der Oberfläche ist als Maß λ /2 vorge
sehen. Dadurch wird eine große Resonanzdämpfung erreicht, ohne
die akustische Impedanz des Wandlers und damit die abgestrahlte
akustische Leistung wesentlich zu verändern. Der Schwingkörper
des Wandlers W 1 bzw. W 2 besteht dabei aus einem herkömmlichen
Piezokeramik-Element P.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen jeweils der Anordnung gemäß Fig. 1
entsprechende Anordnungen, wobei statt der unregelmäßigen Ober
flächenstruktur der Anpaßschichten A eine kegelförmige Ein
senkung (Fig. 2) bzw. eine kegelförmige Erhebung (Fig. 3) vor
gesehen ist.
Auf die Piezokeramik P ist eine g/4-Anpaßschicht A mit im
wesentlichen kreisförmigem Querschnitt so aufgeklebt,
daß eine auftretende mechanische Schwingung ausgekoppelt wird.
Die Anpaßschicht A ist am keramikseitigen Ende dünnwandig und
rohrförmig verlängert und wird am äußeren Ende eingespannt.
Dadurch wird die Dämpfung - verursacht durch Einspannung -
verringert. Eine minimale Rückwirkung wird z. B. bei einer
Rohrlänge erreicht, die bei 77 kHz mit 7 mm etwa ein Viertel
des Wertes der Schallwellenlänge im verwendeten Material
beträgt. In einer außenseitig angebrachten Ringnut N liegt der
Einspannungsring, vorzugsweise ein Gummiring R, der den an
dieser Stelle noch auftretenden Restkörperschall absorbiert und
nur sehr schlecht überträgt. Der Wandler ist mit dem aufge
spannten Gummiring R in eine Innennut der Wandung des Meßrohres
M eingepreßt. Eine mechanisch starre Befestigung ergibt sich
aus Einpreßdruck und entsprechender Form der Ringnuten. Durch
diese Konstruktion wird neben geringer Dämpfung der Wandler
aktivität bei gleichzeitiger Absenkung des Körperschalls
(großer Störabstand) noch eine leichte Auswechselbarkeit der
Wandler gewährleistet.
Claims (11)
1. Ultraschall-Meßanordnung mit zur Messung beispielsweise
der Geschwindigkeit oder der Dichte eines strömenden Mediums oder der
Schall-Laufzeit durch dieses, paarweise angeordneten Ultra
schall-Wandlern, wobei sich die Wandler, die einen Ultra
schallsender bzw. einen Ultraschallempfänger bilden, an den
Enden einer Meßstrecke vorbestimmter Länge innerhalb der An
ordnung mit ihrer Schall abstrahlenden bzw. Schall aufnehmenden
Oberfläche parallel gegenüberstehen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ober
flächen derart strukturiert sind, daß auftretende Resonanzen
durch Zerstreuung und/oder gegenphasige Wellenadditionen abge
dämpft werden.
2. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßanordnung ein offenes System bildet, bei dem sich
die Ultraschall-Wandler in dem strömenden Medium ohne Einschluß
desselben in ein Meßrohr oder dergl. befinden.
3. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßanordnung ein geschlossenes System bildet, bei
dem die Ultraschall-Wandler in ein Meßrohr (M) eingesetzt sind.
4. Ultraschall-Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß einer der Ultra
schall-Wandler ein aktiver Sender und der andere Ultraschall-
Wandler ein aktiver Empfänger ist.
5. Ultraschall-Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Ultraschall-Wandler ein aktiver Sender/Empfänger
und der andere Ultraschall-Wandler ein passiver Empfänger/
Sender ist.
6. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strukturierung aus einer Unebenheit besteht, wobei
die maximale in der Oberfläche auftretende Vertiefung 2
beträgt (Fig. 1).
7. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strukturierung aus einer kegelförmigen, vorzugsweise
koaxial mit dem Meßrohr (M) orientierten Einsenkung der Ober
fläche besteht (Fig. 2).
8. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strukturierung aus einer kegelförmigen, vorzugsweise
koaxial mit dem Meßrohr (M) orientierten Erhebung der Ober
fläche besteht (Fig. 3).
9. Ultraschall-Meßanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche eine Anpaßschicht-Oberfläche ist, wobei die
Anpaßschicht (A) eine /4-Schicht bildet, die einen Kunststoff
enthält und eine akustische Impedanz hat, die zwischen der des
Materials des Wandlerkörpers und dem des Ausbreitungsmediums
liegt, wobei der Wandlerkörper aus Piezokeramik besteht und zur
Aussendung in Luft als Ausbreitungsmedium die /4-Schicht aus
Hohlkugeln aus Glas oder Siliziumdioxid besteht, die mittels
eines organischen Harzes, wie Epoxydharz oder mittels Poly
styrol zu einem Schaumstoff gebunden sind, der bei einer an
Luft als Ausbreitungsmedium angepaßten akustischen Impedanz
kleine Dichte und hohe Schwinggüte aufweist, daß die Anpaß
schicht (A) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
aufweist und auf die Piezokeramik (P) so aufgeklebt ist, daß
die auftretende mechanische Schwingung ausgekoppelt wird, und
daß die Anpaßschicht (A) am keramikseitigen Ende dünnwandig
rohrförmig verlängert und an ihrem äußeren Ende in das Meßrohr
(M) eingespannt ist.
10. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der rohrförmigen Verlängerung bei einer
Schwingungsfrequenz von 77 kHz 7 mm beträgt, welche Länge im
wesentlichen einem Viertel des Wertes der Schallwellenlänge in
dem verwendeten Material entspricht.
11. Ultraschall-Meßanordnung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die rohrförmige Verlängerung mit einer ringförmigen Nut (N)
nahe ihrem Ende ausgebildet ist, in die ein Einspannungsring
(R), vorzugsweise ein Gummiring, eingesetzt ist, und daß in
der Innenwandung des Meßrohres (M) eine Ringnut zur Aufnahme
des Einspannrings (R) in Preßsitz vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3832948A DE3832948A1 (de) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | Ultraschall-messanordnung mit paarweise angeordneten ultraschall-wandler |
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DE3832948A DE3832948A1 (de) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | Ultraschall-messanordnung mit paarweise angeordneten ultraschall-wandler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3832948A1 true DE3832948A1 (de) | 1990-03-29 |
Family
ID=6363899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3832948A Withdrawn DE3832948A1 (de) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | Ultraschall-messanordnung mit paarweise angeordneten ultraschall-wandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3832948A1 (de) |
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1988
- 1988-09-28 DE DE3832948A patent/DE3832948A1/de not_active Withdrawn
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