NL8403222A - Methode ter vermindering van ongewenste echo's in ultrasone stroomsnelheidsmeters. - Google Patents

Description

-1- * Λ N.V. Ned. Apparatenfabriek NEDAP te Groenlo._

Methode ter vermindering van ongewenste echo 's in ultrasone stroomsnelheidsmeters.

De uitvinding betreft een methode ter vermindering van ongewenste echo's in ultrasone stroomsnelheidsmeters, werkend volgens het fase- of looptijdverschilmeetprincipe.

De types ultrasone stroomsnelheidsmeter welke werken volgens 5 het fase- of looptijdverschilmeetprincipe zijn vaak opgebouwd uit twee tegenover elkaar staande, evenwijdig opgestelde transducenten, met daartussen een gecalibreerde meetbuis.

Het te bemeten medium stroomt langs de transducenten en door de meetbuis. Een ultrasone geluidsbundel welke stroomafwaarts 10 loopt, wordt schijnbaar versneld, terwijl een ultrasone geluidsbundel stroomopwaarts schijnbaar vertraagd wordt.

Door nu via beide transducenten gelijktijdig een korte geluidsbundel te verzenden en even later het aangekomen geluid * via dezelfde transducenten op te vangen, kan bij dit opge-15 vangen geluid via een fase- of looptijdverschilmeting de snelheid van het te bemeten medium worden afgeleid.

Uiteraard mag de tijd gedurende welke de beide geluidsbundels worden verzonden, niet langer zijn dan de tijd, nodig, om de overstaande transducent te bereiken aangezien deze dan als 20 ontvanger moet zijn omgeschakeld. De meting geschiedt dus over een zeer korte tijd. Om voldoende meetnauwkeurigheid te bereiken, wordt het proces van zenden en ontvangen voortdurend herhaald, en wel met een zo hoog mogelijke herhalings-frequentie.

25 Hierbij treedt echter een probleem op: de als ontvanger geschakelde transducenten weerkaatsen een deel van de geluids-energie, die zo weer in de meetbuis terecht komt. Dit weerkaatsen kan zich gemakkelijk enige malen herhalen. Deze echo's zullen zich vermengen met de te meten signalen en 30 daardoor meetfouten doen ontstaan, waardoor de meetnauwkeurigheid van de huidige ultrasone stroomsnelheidsmeters, 8403222 - 2 - werkend volgens de bovengenoemde methoden, beperkt wordt.

Het eerste doel van de uitvinding is nu deze ongewenste echo's te voorkomen of althans verwaarloosbaar klein te maken. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door het 5 werkzame oppervlak van de transducenten te voorzien van één of meer verhogingen of verdiepingen, tengevolge waarvan in het weerkaatste geluid door interferentie een zodanig uitdovingspatroon ontstaat, dat de overliggende transducent geen óf vrijwel geen echo meer ontvangt. Wel moeten maat-10 regelen genomen worden om te voorkomen dat de bij dit terugkaatsingsverschijnsel ontstane zij lobben toch nog de overliggende transducent, bijv. via weerkaatsingen tegen de binnenwand van de meetbuis, bereiken.

Enkele voorbeelden van het effect-van een, volgens de uit-15 vinding, verhoogd deel op een transducent op het patroon van een .teruggekaatste vlakke ultrasone geluidsbundel zijn getekend in de figuren 1 t/m 4. De getekende omtrekslijnen zijn steeds lijnen van gelijke geluidsintensiteit 2, de golflengte van het geluid in het te bemeten medium is X.

20 In fig. 1 is de reflecterende transducent 1 vlak en veroorzaakt het normale terugkaatsingspatroon.

In fig. 2 en 3 is steeds een verhoging 3 van 1/4 X aan- d gebracht, met een variërende ~~q verhouding. Boven de rand van de verhoging ontstaat door interferentie een uitdovings-25 gebied. De golven, teruggekaatst via vlak 4 hebben bij het terugkaatsen een afstand 2 x 1/4 λ- 1/2 X langere weg af te leggen. Ze zijn dus 180° in fase achter bij de via vlak 3 teruggekaatste golven; bij vermenging van beide golven ontstaat dus plaatselijk uitdoving.

30 De vorm van dit uitdovingsgebied kan worden beïnvloed door de verhouding-^- te wijzigen, maar ook, zoals in fig, 4 wordt geïllustreerd door de hoogte h te veranderen. Op die manier kunnen door berekening en experiment de voor de onderhavige-meterconstructie meest gunstige afmetingen van de verho-35 gingen worden bepaald. Deze afmetingen zijn overigens uiter- 340 3 2 22 - 3 - aard niet geheel vrij te kiezen, omdat dezelfde transducent ook als zender wordt gebruikt, en ook de zendkarakteristiek mede bepaald wordt door de vorm van het, dan stralende, oppervlak. In de praktijk blijkt dat gunstige resultaten j 5 bereikt worden met— tussen 0,3 en 0,7.

·¥ N.B. In plaats van de in de figuren getekende verhogingen 2 kunnen met hetzelfde effect ook verdiepingen in het trans-ducentoppervlak worden gebruikt. Verder kunnen de verhogingen resp. verdiepingen ook andere omtreksvormen hebben, bijv.

10 ringvormig, terwijl de verhogingen resp. verdiepingen niet over het gehele oppervlak dezelfde maat h behoeven te hebben. Nu is het zo, dat de totale hoeveelheid teruggekaatste ge-luidsenergie niet door bovenstaande maatregelen beïnvloed wordt. De verminderde teruggekaatste geluidsintensiteit in 15 de hartlijn van de transducent heeft dan ook tot gevolg, dat de intensiteit aan de rand ervan toeneemt: er ontstaan zij-lobben. Het gevaar ontstaat nu, dat de relatief energierijke zij lobben tegen de meetbuiswand reflecteren en zo het meetsignaal verstoren.

20 Een tweede doel van de uitvinding is nu te voorkomen dat hinderlijke reflecties van de zijlobben tegen de meetbuiswand optreden. De buiswand is daartoe inwendig bekleed met een laag van een materiaal waarin de voortplantingssnelheid van het geluid ongeveer gelijk is aan of kleiner is dan die 25 in de te bemeten vloeistof en dat een relatief hoge inwendige demping bezit. Bestaat het te bemeten medium uit water, dan is zo'n materiaal bijv. de kunststof polysulfon.

Enkele uitvoeringsvoorbeelden van een stroomsnelheidsmeter volgens de uitvinding zijn gegeven in de figuren 5, 6, 7 en 8, 30 alle gebaseerd op, maar niet beperkt tot, een eerdere oc-trooi-aanvrage van dezelfde uitvinder.

De uitvoering volgens fig. 5 bestaat uit een mantel 5 waarbinnen zich in verwijde gedeelten, de transducenten 5 bevinden. Deze transducenten hebben actieve oppervlakken, 35 welke volgens het eerste deel van de uitvinding voorzien zijn van, in dit voorbeeld, verhoogde delen om ongewenste echo's in de asrichting van de meetbuis 7 tegen te gaan.

3403222 « * - 4 -

De meetbuis 7 wordt gevormd door een binnenbekleding van mantel 6 en bestaat uit een materiaal met een voortplantingssnelheid van geluid, welke ongeveer gelijk is aan, of kleiner is dan die van water en met een zo hoog mogelijke 5 demping voor geluid. Dit materiaal kan bijv. de kunststof polysulfon zijn, waarin de geluidssnelheid ca. 1880m/sec. bedraagt, terwijl die in water ca. 1480m/sec. is. De grens-hoek voor invallend geluid water/polysulfon is dus zeer klein, zodat vrijwel alle onder een hoek invallend geluid 10 de kunststof indringt en daar grotendeels geabsorbeerd wordt. Dit schuin invallende, van de zij lobben afkomstige, weerkaatsingsgeluid bereikt daardoor de overliggende trans-ducent niet of vrijwel niet en verstoort dus het meetproces niet of in verwaarloosbare mate.

15 Een ander uitvoeringsvoorbeeld is getekend in fig. 6.

De afstand tussen de transducenten en de einden van de bij fig. 5 genoemde binnenbekleding 7 is nu zo groot gekozen, dat het zijlobgeluid 8 buiten de binnenbekleding valt en in de ruimtes 9 uitsterft.

20 Een volgend uitvoeringsvoorbeeld geeft fig. 7. De binnenbekleding of meetbuis 7 is nu los aangebracht binnen mantel 6 en daarin gecentreerd door de centreerranden 10 van de transducenten 5. Hierdoor wordt een perfecte concentrische instraling van het geluid binnen de meetbuis 7 gewaarborgd, 25 hetgeen de meetnauwkeurigheid ook bij zeer lage stroomsnelheden vergroot. In de uitvoeringsvoorbeelden 5 en 6 spelen meerdere toleranties een rol bij deze concentriciteit.

De meetbuis 7 is aan weerszijden voorzien van gaten 11, waardoor het te bemeten medium in- resp. uitstroomt. Een afdich-30 ting 12, bijv. gevormd door een O-ring, verzorgt de scheiding tussen in- en uitgang van de meter.

Uitvoeringsvoorbeeld 8 tenslotte, stelt een ultrasone stroomsnelheidsmeter voor, die geheel is gemaakt van een stof met de acoustische eigenschappen als nodig 35 voor meetbuis 7 de fig. 5 t/m 7. De mogelijkheid doet zich voor in die gevallen, waarin een sterke, bijv. metalen mantel 6 niet nodig is. Uiteraard zijn ook tussenvormen 340 3222 τ ν - 5 - tussen de figuren 5 t/m 8 mogelijk, met bijv. metalen aan-sluitstukken.

3403222

Claims (13)

1. Transducent voor ultrasone stroomsnelheidsmeters werkend volgens het fase- of looptijdverschilmeetprincipe, met het kenmerk, dat het bi’j weerkaatsing werkzame transducentoppervlak hogere en/of lagere delen bezit 5 van zodanige vorm en afmetingen, dat de er op weerkaatste geluidsgolven een uitdovingspatroon verkrijgen, dat gunstig is voor het geheel of vrijwel geheel voorkomen van hinderlijke echo's op de overstaande transducent.

2. Transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 10 hoogteverschil tussen de hogere en/of lagere delen van het bij weerkaatsing werkzame transducentoppervlak 1/4 \tot 1 /8 \ bedraagt, waarbij X de golflengte is van het geluid in het op stroomsnelheid te bemeten medium.

3. Transducent volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, 15 dat het werkzame oppervlak van de transducent cirkel vormig is en concentrisch een verhoogd of verlaagd gedeelte bezit.

4. Transducent volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat het concentrische cirkelvormige verhoogde of verlaagde ge- 20 deelte een diameter heeft, welke tussen 0,3 en 0,7 maal die van de diameter van het totale bij weerkaatsing werkzame oppervlak bedraagt.

5. Ultrasone stroomsnelheidsmeter werkend volgens het fase-of looptijdverschilmeetprincipe, voorzien van trans- 25 dueenten volgens conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn om de bij de interferentie van het teruggekaatste ultrasone geluidssignaal ontstane zijlobben de meetnauwkeurigheid niet negatief te laten beïnvloeden. 840 32 22 - 7 -

6. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de energie in de zij lobben wordt ingevangen en geabsorbeerd in een binnenbekleding van de meetbuis van de meter, bestaande uit een stof met een 5 geluidssnelheid ongeveer gelijk aan of kleiner dan die van de te bemeten vloeistof en met een relatief hoge inwendige acoustische demping.

7. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat de binnenbekledingseinden zich op een 10 zodanige afstand van de transducenten bevinden, dat de zij lobben buiten de binnenbekledingsomtrek terecht komen, alwaar zij kunnen uitsterven in daartoe aangebrachte acoustische ruimtes.

8. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 6 met 15 het kenmerk, dat de binnenbekleding als losse buis is uitgevoerd, welke gecentreerd wordt door centreerranden op de transducenten en waarbij deze buis bij de transducenten van gaten in de wand is voorzien om het te bemeten medium toe- resp. af te voeren, terwijl deze buis 20 uitwendig van een afdichtingsmiddel, bijv. een 0-ring, is voorzien, welke de meter in twee compartimenten verdeelt teneinde kortsluiting van de mediumstroom buiten % de buis te voorkomen.

9. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 5 met 25 het kenmerk, dat deze geheel bestaat uit een materiaal met een geluidssnelheid ongeveer gelijk aan of kleiner dan die van de te bemeten vloeistof en met een relatief hoge inwendige acoustische demping.

10. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 9 met 30 het kenmerk, dat de aansluitstukken naar de buiten de meter liggende mediumvoerende circuitdelen uit een ander, sterk materiaal, bijv. metaal, bestaan. 8403222 - 8 - 1 *. · 4

11. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusies 5 t/m 10 met het kenmerk, dat de bedoelde stof voor de binnen-bekleding of de totale meter polysulfon is.

12. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusies 5 t/m 5 10 met het kenmerk, dat de bedoelde stof voor de binnen- bekleding of de totale meter PTFE is.

13. Ultrasone stroomsnelheidsmeter volgens conclusies 5 t/m 10 met het kenmerk, dat de bedoelde stof voor de binnen-bekleding of de totale meter polyamide is. 8403222