Ultrasonic density measurement of liquids using resonance anti-reflection

Rabl, M. (Speaker)

Activity: Talk or presentationOral presentation

Description

Zur Dichtemessung von Flüssigkeiten mit industrieller Anwendung wird ein kombinierter Ultraschall-Volumenströmungs- und Ultraschall-Dichte-Sensor vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit der Dichtemessung durch die Ultraschallreflexion mit einem festen Pufferkörper und durch die Resonanz-Antireflexion wird miteinander verglichen. Bei dem ersten Verfahren wird ein Zylinder aus Al oder Polymethylmethacrylat verwendet, der an der einen Seite an die Testflüssigkeit und auf der anderen Seite an eine Pb-Zirkonattitanat-Keramik gekoppelt ist, welche die Ultraschallwellen erzeugt. Die Schallübertragung und die Messung des reflektierten Ultraschalls werden von einem einzigen Meßwandler ausgeführt. Die Untersuchung dieses Meßverfahrens mit Hilfe einer Finiten-Element-Simulation zeigt das Auftreten von Längs-, Rayleigh- und Scherwellen in den Zylindern, deren Wechselwirkung komplex ist. Ein zusätzliches Problem ist die geringe Empfindlichkeit dieser Sensorkonfiguration, für die der große Unterschied in der akustischen Impedanz zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit ursächlich ist. Bei der zweiten Methode wird eine Halbwellenschicht zwischen einer Referenz-und der Testflüssigkeit verwendet. Mit der gleichen Konfiguration wird in einem Vorlauf das Referenzsignal ermittelt. Der geringere Unterschied in den akustischen Impedanzen zwischen der Referenz- und der Testflüssigkeit bei dieser Meßanordnung im Vergleich zur ersten gewährleistet eine größere Meßempfindlichkeit. Auch bei dieser Konfiguration kann nicht von einer ungestörten Wellenausbreitung ausgegangen werden. Für die Messungen nach dem zweiten Verfahren wird die Signalfrequenz auf 1 MHz mit einer Anregungsamplitude von 10 Vpp eingestellt. Das Anregungssignal umfaßt etwa 30 Zyklen; die Referenzflüssigkeit ist Wasser. Die Halbwellenschicht besteht als Quarzglas und hat eine Dicke von 4 mm. Die Testflüssigkeiten sind Wasser und Ethanol. Die Meß-Referenz-Kurven für die Reflexionskoeffizienten und die Dichten zeigen Abweichungen von der Linearität. Der Fehler für die Dichtemessungen beträgt 2 %.
Period18 May 1999
Event titleSensor 99, Sensors, Transducers & Systems. 9. International Trade Fair and Conference: null
Event typeConference
LocationNürnberg, Germany