[发明专利]定量测定非均质材料混合物的组分的浓度或粒径的方法、设备及该设备的用途

说明书

本发明涉及定量测定在沿着流道流动的介质中所含的颗粒状组分的数量和尺寸的方法和设备，其中使超声波耦合进入流动介质中，其至少部分地在颗粒状组分处发生反射，其反射的部分超声波以超声时间信号的形式加以探测，基于此进行定量测定。本发明的特征在于以下工艺步骤：使超声波耦合进入流动介质中，使得耦合进入的超声波的至少一部分在界定流动介质的流道壁区域处或者在被引入流道内的反射体处发生反射，由此产生可归属于壁区域或反射体的回波‑超声时间信号；在至少考虑回波‑超声时间信号的情况下得出至少一个针对每个所探测的超声时间信号确定振幅阈值的振幅阈值函数；探测归属于单独的超声时间信号的振幅值，其各自大于针对每个超声时间信号所确定的振幅阈值；及所探测的振幅值归属于描述颗粒状组分的尺寸和数量的值。

技术领域

本发明涉及定量测定在沿着流道流动的介质中所含的颗粒状组分的数量和尺寸的方法和设备，其中使超声波耦合进入流动介质中，其至少部分地在颗粒状组分处发生反射，其反射的部分超声波以超声时间信号的形式探测，基于此进行定量测定。

背景技术

尤其是在金属加工和化学工业，经常需要定量鉴定特别是非均质的材料混合物，例如悬浮液。例子是金属熔体，其除了金属或金属混合物以外还包含污染物或期望或非期望的其他组分，例如在金属熔体中的由氧化物、氯化物、碳化物、氮化物、硼化物和/或金属间相组成的颗粒。在化学工业中，例如在生产聚合物时在聚合期间产生非均质材料混合物。在这两个例子中值得期望的是，能够关于材料混合物的组分作出精确定量的表述，即测定颗粒数量、颗粒浓度和/或粒径，以控制、调节或监视生产过程。

在例如铝熔体中基于超声的颗粒探测的领域中，由Kurban M.,SommervilleI.D.,Mountford N.D.G.,Montford P.H.,An ultrasonic sensor for the ContinuousOnline Monitoring of the Cleanliness of Liquid Aluminium,Light Metals 2005,TMS,945-949公开了所谓的“MetalVision”方法，其在铝-连续浇铸中使用。在该方法中，超声经由平行布置的钢制波导管耦合进入液态铝熔体中。不利的是测量结果的可再现性不足。

可以由文献EP 1 194 772B1和DE 600 01 951T2取得借助超声对在位于容器中的金属熔体中悬浮的夹杂物进行单独可视化、尺寸测量和计数的方法和设备。利用至少一个超声换能器，以单独的所谓的“超声射击(Ultraschallschüsse)”的形式产生超声波，并经由波导管耦合进入待检验的金属熔体中，在其中部分地在金属熔体中所含的夹杂物处发生反射。反射的超声波借助超声波探测器进行探测，并通过图像分析加以评估以对其进行计数和测量以及可视化。由探测的超声波获得的回波信号的图像分析和定量测量是基于校准曲线，其是在校准步骤的过程中获得的，其中使用至少一个具有已知的稳定尺寸的校准反射体。为此，将校准反射体在金属熔体中定位在所谓的“焦斑(Brennfleck)”的区域内，其中超声波与金属熔体相互作用，并且反射的部分超声波由此逸出，并且可以由至少一个超声探测器获取。校准曲线产生在探测的回波信号的振幅与反射回波信号的障碍物的直径之间的函数关系。

发明内容

本发明是基于以下目的，提供目的在于以高的精确度和可再现性测定在材料混合物、液体、悬浮液尤其是熔体中的颗粒数量、颗粒浓度和/或粒径的方法和设备及其用途。此外，应当减小工艺技术和设备技术方面的复杂性。

根据本发明的方法允许超声波直接传播或耦合进入流动介质中，因而至少一部分的耦合进入的超声波在界定流动介质的流道壁区域处或者在被引入流道内的反射体处发生反射，由此产生可归属于壁区域或反射体的回波-超声时间信号。优选使超声波耦合进入金属熔体中，在其中应当定量获取颗粒状组分。出于量化测定颗粒状组分的目的，还可以通过使超声波耦合进入，从而检验任意的非均质液态材料混合物，例如悬浮液。