PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69831393T2 29.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000940658
Titel Ultraschall-Flüssigkeitsspiegeldetektor
Anmelder Balin, Nikolai Ivanovich, St. Petersburg, RU;
Demchenko, Alexandr Petrovich, St. Petersburg, RU;
Syrkov, Vladimir Afanasievich, St. Petersburg, RU
Erfinder Balin, Nikolai Ivanovich, St. Petersburg, RU;
Demchenko, Alexandr Petrovich, St. Petersburg, RU;
Syrkov, Vladimir Afanasievich, St. Petersburg, RU
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69831393
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.06.1998
EP-Aktenzeichen 989367719
WO-Anmeldetag 22.06.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/RU98/00210
WO-Veröffentlichungsnummer 0099014562
WO-Veröffentlichungsdatum 25.03.1999
EP-Offenlegungsdatum 08.09.1999
EP date of grant 31.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse G01F 23/296(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsspiegelindikatoren, die eine Messung von Schallwellenparametern benutzen.

Hintergrund der Erfindung

Es sind Konstruktionen von Ultraschall-Flüssigkeitsspiegeldetektoren bekannt, bei denen Resonatoren und Abstimmgabeln mit Hilfe von Schallwellen aktiviert werden. Die akustischen Parameter der Resonatoren und der Abstimmgabeln ändern sich bei Kontakt mit einer Flüssigkeit – einem Medium mit höherer Dichte als Luft -, und diese Änderungen werden erfasst.

Als Beispiel kann die Konstruktion nach dem DE-Patent 4201360 dienen. Die Vorrichtung weist zwei oder mehrere in dem zu kontrollierenden Behälter angeordnete Schwingstäbe auf, die mit sendenden und empfangenden Wandlern verbunden sind. Das gleiche Prinzip wird bei der "Vorrichtung zum Erfassen und/oder Einstellen des Spiegels eines gefüllten Speichers" nach dem DE-Patent 4118793 oder bei der "Vorrichtung zum Messen und/oder zum Halten eines vorgegebenen Spiegels in einem Speicherbehälter" nach der internationalen Anmeldung WO 92/21945 verwendet.

Die angegebenen Konstruktionen von Flüssigkeitsspiegeldetektoren hängen von den Betriebsbedingungen ab. Flüssigkeit und Schmutz, die in den Räumen der Abstimmgabel zurückbleiben, können die Messgenauigkeit der erwähnten Vorrichtungen beeinflussen.

Eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsspiegelmessung ist aus dem DE-Patent 3011603, Priorität 26.03.80, Int. Kl. G 01 F 23/28 bekannt. Die Vorrichtung enthält koaxial angeordnete Schwingelemente. Der Raum zwischen den Schwingelementen ist von dem Medium getrennt und ist über der gesamten Stablänge vorhanden. An mit einem der Vibratoren verbundenen Membraneinlagen sind Piezoelemente befestigt. Das Gehäuse der Vorrichtung ist an der Membraneinlage befestigt. Die Befestigungsverbindung des Vorrichtungsgehäuses mit dem externen Unterbau erfolgt in Form einer Gewindeverbindung. Die Vorrichtung unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung im Betriebsprinzip und der Konstruktion.

Eine weitere Vorrichtung für die Flüssigkeitsspiegelkontrolle ist aus der deutschen Anmeldung 2949162, Priorität 06.12.79, Int. Kl. G 01 F 23/28, bekannt. Die Vorrichtung weist einen Hohlraum über der gesamten Länge eines Wellenleiters auf, an dem ein Sender und ein Empfänger an unterschiedlichen Stellen befestigt sind. Das Gehäuse ist nicht starr an dem Wellenleiter befestigt und weist eine Gewindeverbindung für die Festlegung an einer externen Basis auf.

Darüber hinaus ist ein akustischer Flüssigkeitsspiegeldetektor aus der FR-Anmeldung 2596515, Priorität 28.03.86, Int. Kl. G 01 F 23/28, bekannt. Der Detektor enthält einen Stab, der über der gesamten Länge hohl ist und in das Umgebungsmedium mündet. Innerhalb des Stabs ist ein weiterer, über der gesamten Länge hohler Wellenleiter installiert, an dem Wandler angeordnet sind. Die Wellenleiterbefestigungspunkte an der externen Basis sind bei dieser Konstruktion nicht in Betracht gezogen.

Aus dem SU-Urheberschein 231151 ist ein Ultraschall-Flüssigkeitsspiegelindikator bekannt, bei welchem der Detektor aus zwei getrennten Wellenleitern besteht. Die Wellenleiter sind in den Wänden des zu kontrollierenden Behälters in den Schwingungsknoten befestigt.

Die Konstruktion aller vorstehend erwähnten Ultraschalldetektoren unterscheidet sich von der vorliegenden. Bei den vorstehenden Konstruktionen ist kein Schutz gegenüber dem Einfluss von Kondensat, Flüssigkeits- und Schmutzresten auf die Messgenauigkeit vorgesehen.

Das nächstgelegene technische Prinzip ist der "Detektor für das Vorhandensein einer Flüssigkeit" nach dem EP-Patent 409732, Priorität 18.07.90, Int. Kl. G 01 F 23/28. Zum Aufbau des Detektors gehören ein Gehäuse, ein mit einem Impulsgenerator verbundenes Messelement und eine Empfangsvorrichtung. Das Messelement der Vorrichtung hat einen akustischen-elektrischen Wandler und einen akustischen Verbundwellenleiter, der mit dem Wandler verbunden ist. Der erste Teil des akustischen Verbundwellenleiters besteht aus einem massiven Zylinder, der zweite Teil aus einem Hohlzylinder. Der erste Teil des Wellenleiters hat einen kleineren Durchmesser als der zweite Teil.

Die Leistungsgenauigkeit der angegebenen Detektorkonstruktion hängt von Bedingungen des Umgebungsmediums ab. In dem offenen Raum können sich Flüssigkeitsreste und andere Verunreinigungen ansammeln. Flüssigkeit und Schmutz können sich auch auf dem Wandler und auf dem Wellenleitergehäuse an der Verbindungsstelle (Übergang) zum größeren Durchmesser ansammeln. All diese können die Genauigkeit der Detektorleistung beeinflussen.

Beschreibung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Detektorleistungsabhängigkeit von dem Umgebungsmedium und den Betriebsbedingungen zu verringern und dadurch eine hohe Genauigkeit und Empfindlichkeit bereitzustellen.

Der Ultraschall-Flüssigkeitsspiegeldetektor nach der Erfindung weist ein Detektorgehäuse und einen akustischen Stabwellenleiter auf, an dessen einem Ende sich ein akustischer-elektrischer Wandler und an dessen anderem Ende sich ein Hohlraumresonator befindet. Der akustische-elektrische Wandler dient zur Erregung des akustischen Stabwellenleiters, der bei einer Betriebsfrequenz schwingt, die von dem Resonator abhängt. Die Schwingungsdauer des erregten Resonators hängt davon ab, ob er in dem gasförmigen Medium angeordnet ist oder mit einer Flüssigkeit in Kontakt steht.

Die Neuheit besteht aus Folgendem.

Der Resonatorhohlraum ist von dem Außenmedium abgetrennt. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, eine Ansammlung von Flüssigkeit und Fremdstoffen und somit Messfehler zu vermeiden. Der Resonatorraum ist gegenüber dem akustischen-elektrischen Wandlerende des Wellenleiters angeordnet. Der Raum ist dort, wo es erforderlich ist, so angeordnet, dass der Flüssigkeitsspiegel kontrolliert wird. Dies ermöglicht eine Verringerung des Einflusses von Schmutz und Kondensat, da Fremdstoffe, die auf dem Wellenleiterteil ablagern, das nicht hohl ist, die Messgenauigkeit in der Praxis nicht beeinflussen.

Das Detektorgehäuse ist starr und hermetisch an der Oberfläche des akustischen Stabwellenleiters in dem Bereich minimaler Stabschwingungen des akustischen Stabwellenleiters bei der Detektorbetriebsfrequenz festgelegt. Eine solche Gehäusebefestigung an dem akustischen Stabwellenleiter ermöglicht es, das Vordringen von Feuchte und Fremdstoffen zu dem akustischen-elektrischen Wandler und auf den oberen Wellenleiterteil zu vermeiden. In diesem Fall werden aufgrund der starren Gehäusebefestigung an dem akustischen Stabwellenleiter wegen der Befestigung in der Zone mit minimalen Schwingungen des Wellenleiterstabs die Betriebsgenauigkeit und -empfindlichkeit des Detektors nicht verringert.

Das Detektorgehäuse weist eine Befestigungseinrichtung zum Festlegen des Gehäuses an der externen Basis auf. Die Position der Detektorbefestigungseinrichtung an dem Gehäuse dient auch zur Lösung der gestellten Aufgabe. Da das Gehäuse, auch wenn es starr und hermetisch an dem akustischen Wellenleiter befestigt ist, durch seine Masse die Detektorparameter nur in äußerst geringem Ausmaß beeinflusst, beeinflusst die Gehäusebefestigung an der externen Basis mit Hilfe der Befestigungseinrichtung die Detektorparameter unabhängig vom Basistyp praktisch nicht.

Bei einer solchen Konstruktion gibt es keine Stelle auf dem akustischen Stabwellenleiter, wo sich Flüssigkeit, Kondensat und Schmutz ansammeln können. Das Gehäuse trennt den akustischen-elektrischen Wandler und den Wellenleiterteil vollständig von der Außenumgebung ab. Seinerseits beeinflusst das Gehäuse, auf welcher Basis es auch immer installiert sein mag, die Detektorparameter praktisch nicht.

Bei einer speziellen Ausgestaltung ist der Resonatorraum von der Außenumgebung durch eine Platte abgetrennt, die starr und hermetisch an dem akustischen Stabwellenleiter befestigt ist. Die Plattendicke ist kleiner als W/12, wenn W die Schallwellenlänge in dem akustischen Wellenleiter bei Betriebsfrequenz ist. Eine solche Plattendicke beeinflusst die Detektorempfindlichkeit praktisch nicht.

Außerdem sollte die Gehäusebefestigungszone auf der Oberfläche des akustischen Stabwellenleiters in den Knoten der Wellenleiterlängsschwingungen angeordnet werden.

Eine solche Zonenposition ergibt bei konkreten Detektorbetriebsfrequenzwerten einen minimalen Gehäuseeinfluss auf die Detektorparameter. Für diesen Zweck sollte die Entfernung zwischen der Befestigungsstelle und dem Wandler gleich einer ungeraden Zahl von Viertelwellenlängen sein, damit unter Berücksichtigung akzeptabler Erstreckungen dieser Entfernung (gleich W/12) dies zu der Bedingung führt: W/4 × [(2 × k + 1) + 1/3] > L > W/4 × [(2 × k + 1) – 1/3], wenn W die Schallwellenlänge in dem akustischen Stabwellenleiter bei der Betriebsfrequenz und k eine natürliche Zahl ist.

Außerdem ist die Dicke des Detektorgehäuses an der Stelle der Befestigung des akustischen Stabwellenleiters kleiner als W/12, wenn W die Schallwellenlänge in dem akustischen Stabwellenleiter bei der Betriebsfrequenz ist. Es ist nötig, für einen minimalen Gehäuseeinfluss auf die Detektorempfindlichkeit zu sorgen.

Zusätzlich ist die Befestigungseinrichtung des Detektorgehäuses zum Festlegen des Gehäuses an der externen Basis in Form einer Gewindeverbindung ausgeführt. Diese Art der Befestigung hat einen zusätzlichen Effekt. Störschwingungen der externen Basis werden beim Durchgang zum Detektorgehäuse in großem Ausmaß durch die Gewindeverbindung absorbiert und dann in Form von Wärmeenergie abgegeben. Dies führt zu einer größeren Unabhängigkeit der Detektorleistung von Außenbedingungen.

Alle Merkmale der vorliegenden Erfindung begünstigen eine geringere Abhängigkeit der Detektorleistung von der Umgebung und den Betriebsbedingungen, ohne seine Messgenauigkeit und Empfindlichkeit zu verringern.

Die Hauptmerkmale der gegebenen Konstruktion führen auch zu zusätzlichen Effekten.

Die starre und hermetische Festlegung des Detektorgehäuses an dem akustischen Stabwellenleiter ermöglicht es, eine Detektorfeuersicherheit bereitzustellen, da es den akustischen-elektrischen Wandler von dem Arbeitsmedium trennt, dessen Spiegel von dem Detektor gemessen wird. Ein solches Medium kann von feuergefährlichen Flüssigkeiten gebildet werden.

Ein weiterer zusätzlicher Effekt ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass die starre Festlegung des Detektorgehäuses an dem akustischen Stabwellenleiter die Detektorleistung nur bei der Betriebsfrequenz nicht beeinflusst. Für akustische Schwingungen anderer Frequenzen, welche die Detektorgenauigkeit beeinflussen könnten, wirkt das Gehäuse als akustischer Filter. Deshalb nimmt bei der angegebenen Konstruktion die Detektorrauschimmunität zu. Die Platte, die den Resonatorraum des akustischen Stabwellenleiters trennt, spielt die gleiche Rolle, jedoch in einem geringeren Ausmaß.

Da der Wellenleiter an dem Gehäuse in der Zone der Schwingungsknoten befestigt ist, d.h. in der Zone, die sich durch eine hohe akustische Impedanz auszeichnet, führen äußere Einwirkungen zu geringen Schwingungen in dem Wellenleiter bei der Betriebsfrequenz, da die akustische Impedanz von der Frequenz abhängt. Eine solche Befestigung kann als akustischer Sperrfilter angesehen werden.

Die Positionierung der empfindlichen Zone, also des Hohlraumresonators, am Ende des akustischen Stabwellenleiters macht es möglich, den Detektor beliebig an der Installationsstelle anzuordnen. Der akustische Stabwellenleiter kann mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommen, und die räumliche Anordnung des Detektors beeinflusst die Detektoreigenschaften zur Bestimmung des Flüssigkeitsspiegels praktisch nicht. Der Flüssigkeitskontakt der Zone des akustischen Stabwellenleiters, wo sich der Hohlraumresonator befindet, ist für die Messung wesentlich. Deshalb kann der Detektor beliebig ausgerichtet sein. Wesentlich ist, dass der Resonator sich auf dem Flüssigkeitsanzeigepegel befindet.

Wenn Flüssigkeiten mit hoher Temperatur und niedriger Temperatur angezeigt werden, ermöglicht es die Erstreckung des akustischen Stabwellenleiters, den akustischen-elektrischen Wandler außerhalb der Zone mit extremer Temperatur und extremem Druck anzuordnen.

Diese neuen Merkmale der Detektorkonstruktion erlauben die Feststellung, dass der Detektor die Anforderungen an die Patentierbarkeit erfüllt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung wird durch die folgenden Figuren veranschaulicht:

1 zeigt den Detektoraufbau.

2 zeigt die Befestigung des Detektorgehäuses an dem akustischen Stabwellenleiter.

3 zeigt eine Variante der Detektorbefestigung an der Basis.

4 zeigt Zeitdiagramme, die die Detektorleistung erläutern.

Ausführungsform der Erfindung

Der Detektoraufbau (1) hat einen akustischen Stabwellenleiter 2, an dessen einem Ende sich ein akustischer-elektrischer Wandler 3 und an dessen anderem Ende sich ein Hohlraumresonator 4 befindet. An der Oberfläche des akustischen Stabwellenleiters 2 im Bereich 6 minimaler Schwingungen des akustischen Stabwellenleiters 2 bei der Detektorbetriebsfrequenz ist ein Detektorgehäuse 1 starr und hermetisch befestigt. Der Raum 5 des Resonators 4 ist von dem Außenmedium durch eine Platte 8 getrennt. Das Gehäuse 1 hat eine Befestigungseinrichtung 7 für die Festlegung des Gehäuses 1 an einer externen Basis. In dem Detektorgehäuse 1 sind das Ende des akustischen Stabwellenleiters 2 mit dem akustischen-elektrischen Wandler 3 sowie eine elektrische Leiterplatte mit einer Impulsgeneratorschaltung und einer Schaltung zur Verarbeitung zur Detektorsignalen angeordnet. Der akustische-elektrische Wandler 3 ist mit der Platte 9 durch Leiter 10 verbunden. Die Detektorplatte ist mit einer äußeren elektrischen Schaltung durch ein Kabel 11 verbunden, das in das Detektorgehäuse 1 durch eine hermetische Stoffbüchse 12 eingeführt ist. Ein hermetisch dichtender Deckel 13 trennt den Detektorgehäuseraum mit der Platte 9 von dem Außenmedium ab.

Das Detektorgehäuse 1 (2) hat eine Dicke Lk, wobei Lk < W/12 an der Stelle der Befestigung an dem akustischen Wellenleiter 2 beträgt. Diese Verbindung (Befestigung) 14 kann eine Schweißverbindung sein.

Die Befestigungseinrichtung 7 zum Befestigen des Gehäuses 1 an einer externen Basis 5 ist in Form einer Gewindeverbindung (3) ausgeführt.

Der Detektor arbeitet wie folgt.

Der akustische-elektrische Wandler 3, der sich an einem Ende des akustischen Stabwellenleiters 2 befindet, erzeugt periodisch Schwingungen in dem Wellenleiter, die die Form von Impulssignalen mit sinusförmiger Gestalt haben. Die Impulssignale werden von einem elektronischen Generator erzeugt, der sich auf der Platte 9 befindet. Die Signale pflanzen sich längs des akustischen Stabwellenleiters 2 fort und erregen, wenn sie den Hohlraumresonator 4 erreichen, der sich auf dem dem akustischen-elektrischen Wandler 3 gegenüberliegenden Ende des Wellenleiters befindet, in ihm Schwingungen. Die Schwingungen des Resonators 4 sind gedämpfte Schwingungen, wobei der Dämpfungsfaktor in großem Ausmaß von den Eigenschaften des Mediums abhängt, in dem der Resonator angeordnet ist. Wenn das Medium einen geringen Wellenwiderstand bei der Betriebsfrequenz hat, ist der Dämpfungsfaktor klein und die Schwingungen klingen langsam ab. Wenn das Medium, in dem der Resonator angeordnet ist, einen Widerstand hat, der mit dem Resonatorausgangswiderstand als akustischer Sender vergleichbar ist, treten in dem Medium Schallschwingungen auf, und, es ergibt sich eine Energieemission aus dem Resonator in das Medium, was zu einer ausreichenden Zunahme des Resonatordämpfungsfaktors äquivalent ist. In diesem Fall klingen die Schwingungen des Resonators 4 schnell ab.

Die Schwingungen des Resonators 4 pflanzen sich in dem akustischen Stabwellenleiter 2 zu dem akustischen-elektrischen Wandler 3 hin fort und sind, wenn sie ihn erreichen, in ein elektrisches Signal (4) umgewandelt. Dieses Signal wiederholt sich in Form von Schwingungen in dem Wellenleiter, die ihrerseits den Resonatorschwingungen ähnlich sind. Somit hat das elektrische Signal die Form von langsam abklingenden Schwingungen, d.h. von Schwingungen mit geringem Dämpfungsfaktor, wenn sich der Resonator in dem Medium mit geringem Widerstand, beispielsweise in einem gasförmigen Medium, befindet (oberes Oszillogramm in 4). Wenn sich umgekehrt der Resonator in dem Medium mit einem Widerstand befindet, der größer als der Widerstand des gasförmigen Mediums ist, beispielsweise in einer Flüssigkeit, hat das elektrische Signal die Form von schnell abklingenden Schwingungen, d.h. Schwingungen mit größerem Dämpfungsfaktor (unteres Oszillogramm in 4).

Die Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung formt entsprechend dem Dämpfungsfaktor das Detektorausgangssignal. Dieses Signal hat einen Relais-Charakter und transportiert Informationen über die Art des Mediums, in dem der Resonator 4 angeordnet ist, nämlich dahingehend, ob das Medium flüssig oder gasförmig ist. Das Signal wird zu der externen Schaltung über das Kabel 11 übertragen.

Der Detektorraum mit dem akustischen-elektrischen Wandler 3 und der Platte 9 ist von dem Außenmedium mit Hilfe der Schweißverbindung des akustischen Wellenleiters 2 und des Gehäuses 1, der Stoffbuchse 12 des Kabels 11 und des hermetisch abdichtenden Deckels 13 abgetrennt. Somit beeinflusst das Medium, in welchem das Detektorgehäuse angeordnet ist, die Funktion der elektronischen Schaltung und des Wandlers nicht.

Die Schwingungen der Basis, an welcher der Detektor befestigt ist, erreichen den akustischenelektrischen Wandler praktisch nicht und beeinflussen deshalb den Detektorbetrieb nicht. Dies tritt aufgrund der Gewindeverbindung der Befestigungseinrichtung 7 ein, die Gehäuseschwingungen auf das Detektorgehäuse 1 schlecht überträgt (aufgrund der Schwingungsenergieabsorption durch Reibungsflächen der Gewindeverbindung), sowie aufgrund der Position der Verbindung 14 in der Zone minimaler Schwingungen des akustischen Stabwellenleiters 2. Diese Zone zeichnet sich durch einen großen Widerstand aus, aufgrund dessen es im Wesentlichen kein Eindringen von Schwingungen sowohl aus dem Wellenleiter als auch in den Wellenleiter gibt.

Der Flüssigkeitsspiegeldetektor hat einen Schwingungssystem-Q-Faktor, der durch die Eigenschaften des Mediums bestimmt wird, in welchem das empfindliche Detektorelement, der Hohlraumresonator, angeordnet ist.

Daneben ist es erforderlich, dass sich das Minimum der Stabschwingungen an der Stelle der Befestigung des Detektorgehäuses an dem Wellenleiter unabhängig von den Eigenschaften des Mediums befindet, wo der Detektor angeordnet ist.

Für diesen Zweck sollten die Abmessungen der drei Hauptteile des Detektors, der Wellenleiter, der Resonator und die Platte, bestimmte wellenbezogene Abmessungen haben.

Es ist technologisch zweckmäßig, wenn die Hauptteile des Indikatorschwingsystems (der Wellenleiter, der Resonator und die Platte) aus dem gleichen Material hergestellt sind und die gleichen Außendurchmesser haben.

Die Plattenbreite Lp wird so gewählt, dass sie den Resonator-Q-Faktor wenig beeinflusst. Aus diesem Grund sollte die Plattendicke der folgenden Bedingung genügen: Lp < W/2&pgr; × arctg(&agr;)(1) wobei &agr; das Verhältnis der Wandquerschnittsquadrate des Resonators und des Wellenleiters ist.

Die Länge Lr des Hohlraumresonators und die Länge Lw des Wellenleiters werden so gewählt, dass das gesamte mechanische Schwingungssystem eine Resonanzfrequenz hat, die gleich der Betriebsfrequenz ist und nicht von dem Wellenwiderstand des Mediums abhängt, das den Resonator berührt. In diesem Fall hängt die Stelle der minimalen Wellenleiteroszillationen nicht von dem Wellenwiderstand des Mediums ab. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die Abmessungen Lr und Lw den folgenden Gleichungen genügen: Lw = (2 × k + 1) × W/4 + Lp(2) Lr = W/2{n + 1/&pgr; × arctg[2 * &agr;(1 + &agr;2) * tg(4&pgr;Lp/W)]}(3) wobei k, n natürliche Zahlen sind.

Wenn das mechanische System diesen Bedingungen genügt, befinden sich die Stellen der minimalen Wellenleiterschwingungen in Entfernungen, die gleich ungeraden Zahlen von W/4 von dem Wellenleiterende aus sind, an dem der akustische-elektrische Wandler befestigt ist.

Wenn beispielsweise der Außendurchmesser 12 mm beträgt, betragen der Durchmesser des Resonatorhohlraumteils 10 mm und die Plattendicke Lp = 1 mm, was ausreicht, um einen festen Aufbau zu erhalten. Aus (1) folgt, dass die Betriebsfrequenz-Wellenlänge in dem Material größer als 21,2 mm sein soll. Wählt man die Wellenlänge zu 36 mm, entspricht dies bei legiertem Stahl der Betriebsfrequenz von etwa 140 kHz. Die Resonatorlänge nach (3) entspricht 26,65 mm, wenn n = 1. Die Wellenleiterlänge Lw aus (2) ergibt 100 mm, wenn k = 5. Da die Entfernung zwischen dem Bereich der Wellenleiterbefestigung an dem Gehäuse und dem Wandler eine ungerade Zahl von Wellenlängenvierteln sein soll, ist die Entfernung L in diesem Fall gleich 9 mm, 27 mm, 45 mm, usw.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Der Ultraschall-Flüssigkeitspegeldetektor nach der Erfindung kann zur Spiegelüberwachung unterschiedlicher Flüssigkeiten, einschließlich feuergefährlicher Flüssigkeiten, verwendet werden. Der Detektor kann an irgendeiner Basis installiert werden, ist in seiner Konstruktion einfach und an eine Massenfertigung anpassbar. Er hat eine hohe Empfindlichkeit und eine geringe Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, insbesondere einer Wellenleiterverunreinigung.

Eine hohe mechanische Festigkeit und eine absolute Leckdichtigkeit der Konstruktion ermöglicht es, den Ultraschall-Flüssigkeitsspiegeldetektor in extremen Bedingungen zu verwenden, wozu eine Spiegelanzeige solcher Produkte gehört, wie verflüssigte Gase, beispielsweise verflüssigte Luft.

Da der akustische Stabwellenleiter des Detektors ziemlich lang (mehrere zehn Zentimeter) gemacht werden kann, besteht die Gelegenheit, die empfindliche Zone, d.h. den Resonator von dem akustischen-elektrischen Wandler und der elektrischen Schaltung abzutrennen. Eine solche Abtrennmöglichkeit ermöglicht die Verwendung des Detektors zum Messen von Flüssigkeiten mit hoher Temperatur.


Anspruch[de]
  1. Ultraschall-Flüssigkeitsspiegeldetektor mit einem Detektorgehäuse (1) und mit einem akustischen Stabwellenleiter (2), an dessen einem Ende sich ein akustischer-elektrischer Wandler und an dessen anderem Ende sich ein Hohlraumresonator (4) befindet,

    dadurch gekennzeichnet,

    – dass der Resonatorraum (4) von einem Außenmedium abgetrennt ist und

    – dass das Detektorgehäuse (1) starr und hermetisch abgedichtet an der Oberfläche des akustischen Stabwellenleiters (2) in einem Bereich minimaler Stabschwingungen des akustischen Stabwellenleiters (2) bei einer Detektorbetriebsfrequenz befestigt ist und eine Befestigungseinrichtung (7) zum Befestigen des Detektorgehäuses (1) an einer externen Basis enthält.
  2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorraum (5) von dem Außenmedium durch eine Platte getrennt ist, die starr und hermetisch dicht an dem akustischen Stabwellenleiter (2) befestigt ist, wobei die Plattendicke weniger als W/12 beträgt, wenn W die Schallwellenlänge in dem akustischen Stabwellenleiter bei der Betriebsfrequenz ist.
  3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone der Gehäusebefestigung an der Oberfläche des akustischen Stabwellenleiters (2) in einer Entfernung L von dem akustischen-elektrischen Wandler angeordnet ist, wobei W/4 × [(2 × k + 1) + 1/3] > L > W/4 × [(2 × k + 1) – 1/3], wenn W die Schallwellenlänge in dem akustischen Stabwellenleiter bei der Betriebsfrequenz und k eine natürliche Zahl sind.
  4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Detektorgehäuses an der Befestigungsstelle an dem akustischen Stabwellenleiter (2) kleiner als W/12 ist, wobei W die Schallwellenlänge in dem akustischen Stabwellenleiter bei der Betriebsfrequenz ist.
  5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtungen (7) zum Befestigen des Detektors an der externen Basis in Form einer Gewindeverbindung ausgeführt ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com