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Dichtemessung mittels Ultraschall


Project Details
Project duration: 01/199501/1999


Abstract
Modellierung, Simulation und Charakterisierung einer Flüssigkeits-Meßstrecke mit piezoelektrischen Ultraschallwandlern, damit Erfassung der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit im Zeit- und Frequenz-Bereich; Bestimmung der Dichte von Fluiden.

Dispersions- und Transmissionsspektrum eines fluidbeladenen plattenförmigen elastischen Wellenleiters erfahren für steigende Werte der Massendichte der Flüssigkeitslast komplexe Modifikationen. Dabei werden die Spektren einer freien Platte in die Spektren einer Platte mit unendlich dichter Flüssigkeitslast transformiert.
Die meisten dieser Transformationen vollziehen sich in einem sehr kleinen Intervall der Fluiddichte und setzen in der Regel erst dann ein, wenn das Dichteverhältnis zwischen Flüssigkeitslast und Festkörper größer als Eins wird. Eine bemerkenswerte Ausnahme zeigt das Verhalten der Nullstellenzweige der Fundamentalmoden, die für einen endlichen Wert der Fluiddichte einen gemeinsamen Zweig bilden, der seine Lage kontinuierlich in Abhängigkeit der physikalischen Eigenschaften des den Wellenleiter umgebenden Mediums ändert. Diese fluidinduzierte Deformation des Transmissionsspektrums wird in der vorliegenden Arbeit hinsichtlich ihrer Eignung zur Messung der Massendichte der Flüssigkeitslast untersucht.
Dazu wird einerseits das Reflexionsverhalten einer asymmetrisch viskos belasteten homogenen isotropen elastischen Schicht bei Einfall ebener Wellen theoretisch betrachtet. Andererseits wird durch eine Modellierung der Reflexion gebündelter Wellen die im Experiment immer auftretende räumliche Begrenzung der einfallenden und von der Platte reflektierten akustischen Wellenfelder berücksichtigt. Aus der Simulation des Ausgangssignals einer geeigneten Meßstrecke werden wichtige Strategien für die experimentelle Vorgehensweise abgeleitet.
An einem Laboraufbau gewonnene experimentelle Ergebnisse verifizieren die theoretischen Überlegungen und dokumentieren darüber hinaus die praktische Verwendbarkeit des untersuchten physikalischen Effektes. Ein mögliches Auswerteverfahren wird, insbesondere im Hinblick auf den möglichen praktischen Einsatz als Betriebsmeßgerät, angegeben. Es wird gezeigt, daß die sensorische Verwendung des untersuchten Effektes im Vergleich zu bekannten ultraschallbasierten Dichtemeßverfahren sehr attraktive Eigenschaften besitzt.



Principal Investigator


Publications
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