JP2002090210A - 超音波液面計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波パルスを送出して液面からの反射時間を
計測することにより、タンク等の液体の量を測定できる
液面計で、タンクの底にたまった水等の不純物液体を検
出できる超音波液面計を提供することを課題とする。 【解決手段】測定液体中にパルス状の超音波を送出し液
面で反射してくる超音波信号の幅がタンク等の底にたま
った水等の不純物層中を通過するとき広くなることよ
り、この超音波パルス信号の幅を監視することで、水等
の不純物層の存在を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス状の超音波
信号を送出し、送出された超音波信号の液面での反射信
号を受信して、液面までの距離を算出する超音波液面計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波液面計はパルス状の超音波
信号を送出し、送出された超音波信号の液面での反射信
号を受信して、反射してくる時間のみに注目し、液面ま
での距離を算出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波液面計で
は液面の測定のみで、水等の不純物層を検出することが
できなかった。しかし不純物がたまるとタンク内の液体
を供給して利用している機器に不純物が回り悪影響を与
えるため、定期的にドレインで水等の不純物を抜いてや
る必要があるが、その時期を知らせる手段が無く、求め
られていた。

【０００４】本発明は、上記した実情に鑑みてなされた
ものであり、タンク内に水等の不純物がたまったことを
知らせることができる超音波液面計を提供することを課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、パルス状の超音波信号である送
信信号を液面に向けて送信し、当該送信信号の反射信号
を受信するまでの時間により前記液面までの距離を計測
する超音波液面計であって、さらに、受信した信号のパ
ルス幅を受信パルス幅として検出する受信パルス幅検出
手段と、検出された受信パルス幅を所定の不純物検出パ
ルス幅と比較して不純物層を検出する不純物検出手段
と、を備える。また、請求項２の発明は、請求項１に記
載の超音波液面計であって、前記不純物検出手段が、液
体中の不純物層を検出すべき前記液面までの所定距離で
ある不純物検出距離を記憶する距離記憶手段と、不純物
層がない状態における前記液面までの距離が前記不純物
検出距離であるときの受信パルス幅を前記不純物検出パ
ルス幅として記憶するパルス幅記憶手段と、計測された
液面までの距離が前記不純物検出距離とほぼ等しい場合
に、前記検出された受信パルス幅と前記不純物検出パル
ス幅との差が所定以上ある場合に不純物層があると判定
するパルス幅比較手段と、を備える。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わる超音波液
面計の実施形態について、図に基づいて詳細に説明す
る。

【０００７】図１は、本発明の一実施形態に係わる超音
波液面計の装置構成を表した図であり、図２は本発明を
具体的に説明するために、タンク内の測定液体を灯油と
し、タンク内にたまった不純物を水とした場合の超音波
信号波形を模擬的に図示したものである。

【０００８】図１で、タンク底面に不純物が溜まってい
ない時、本発明の受信パルス幅記憶手段及び不純物検出
手段に相当するＣＰＵ５より出力された超音波送出タイ
ミング信号は、送信回路２へと送られ、送信回路２は一
定のパルス幅で超音波振動子１を駆動する為の駆動信号
を出力する。この信号はタンク１０２の底面に貼り付け
られた超音波振動子１により超音波振動に変換されタン
ク１０２の底面より液体１０３中へ放出される。そして
液面１０１により反射され、反射波は超音波振動子１に
より受信され、受信された超音波振動は超音波振動子１
により電気信号に変換され、受信回路３により、増幅、
検波され、この信号がコンパレータ４の閾値を超えた信
号の幅と等しい幅のパルスがコンパレータ４より、ＣＰ
Ｕ５に入力される。ＣＰＵ５は超音波送出から、コンパ
レータ４のパルス出力が入力されるまでの時間と、パル
スの幅の時間を計測することにより、まずタンク底面か
ら液面までの距離を算出することができ、次にＣＰＵ５
はこのときの距離とパルスの幅をそれぞれ不純物検出距
離、および不純物検出パルス幅として記憶しておく。
次に、タンク１０２の底に水等の不純物がたまってきた
場合、超音波振動子１から送出された超音波信号はまず
水等の不純物１０４の層を通過し当然密度の違う測定液
体１０３との境界で一部が反射し一部が測定液体１０３
中へ通過する。このとき不純物１０４の層は測定液体１
０３の層に比較して非常に薄い層である為、反射した超
音波は短時間でタンク１０２の底面より再び反射して境
界面１０５に達し、このとき反射しないで通過した一部
の超音波は最初に通過した超音波に少し遅れて重なり、
測定液体１０３の液面１０１へ達する。測定液体１０３
の液面１０１に達した超音波は液体と空気の密度の差で
ほとんど反射して再び不純物１０４との境界面１０５に
達する。ここでもまた反射する成分と通過する成分に分
かれ、反射した成分は通過してタンク１０２の底で再び
反射した２次反射成分より少し時間が早く重なり、液面
１０１へと向かっていく。このようなことをくりかえ
し、１次反射、２次反射、３次反射となるにつれて超音
波パルスの幅も広がっていく。また、当然不純物の層が
厚くなれば、超音波パルスの幅の広がりも厚さに比例し
て大きくなっていく。そこで、その後の液面１０１まで
の距離の計測時には、ＣＰＵ５は、常にその距離の計測
結果を記憶していた不純物検出距離と比較し、両者がほ
ぼ等しいと判定された場合、具体的にはそれら距離の差
が所定の閾値内である場合には、さらに以下の判定を行
う。すなわち、受信パルスの幅を検出し、記憶していた
不純物パルス幅とを比較し、その差が設定した閾値を超
えたとき、不純物層があると判定し、警報出力６により
ドレインを抜くべき旨の警報を出力させる。

【０００９】具体例として、タンク１０２内の液体１０
３を灯油、タンク１０２内に溜まる不純物１０４を水と
し、灯油のタンク１０２の底から液面１０１までの距離
が１０ｃｍ、不純物１０４の水が１ｃｍ溜まったとき上
記超音波送出波形がどのように変化するか図２に基づき
説明する。このとき灯油内の音速は１３００ｍ／ｓｅ
ｃ、水内の音速は１５５０ｍ／ｓｅｃとし、超音波受信
パルスの幅は、５０μｓｅｃとする。

【００１０】不純物水が溜まっていない時、超音波パル
ス送出から約１５４μｓｅｃ後にパルス幅５０μｓｅｃ
で灯油液面からの1次反射２０１が得られ、再度タンク
底面で反射し、灯油液面で再度反射した2次反射が観測
される図２（ａ）。この時のパルスの幅５０μｓｅｃを
ＣＰＵ５は記憶しておく。この状態で不純物である水が
１ｃｍタンク底面に溜まると、送出された超音波信号の
１部は、最初に水と灯油の境界面１０５で反射し、次に
タンク底面で再度反射し、再度境界面で反射する成分と
通過する成分２０５に分かれるが、境界面で反射する成
分は無視できるほど微弱となる。結果通過した成分２０
５はさきほど水面で反射しないで通過した成分２０３よ
り１３μｓｅｃ遅れて灯油液面で反射し超音波素子で合
成波２０８として受信される。灯油液面１０１で反射し
た１次反射波２０３の１部は超音波素子で受信される前
に水と灯油の境界面１０５で再度灯油液面１０１方向に
２０６として反射され、タンク底面で再度反射した２次
反射２０４より１３μｓｅｃ早く灯油液面１０１方向に
向かう。この時灯油と水の境界面で反射した超音波の２
次反射成分は微弱で無視することができる。同様に２次
反射２０４が水面を通過するときも１３μｓｅｃ遅れた
水からの反射波２０７が発生する。結果図２（ｄ）で示
すように、図２（ｂ）と図２（ｃ）との合成されパルス
幅の広がった信号が超音波素子１で受信される。

【００１１】上記よりＣＰＵ５は超音波送出から１次反
射受信までの時間１５１μｓｅｃを、不純物水の影響で
３μｓｅｃ早くなるが、ほぼ正確に測定することが出
来、受信したパルス幅２０１と２０８を比較し１３μｓ
ｅｃ以上の差が発生したとき警報出力６が警報を出力す
るよう設定しておけば、不純物水が１ｃｍ以上存在する
ことを検知することが出来る。また今回は１次反射の比
較を示したが２次反射２０２、２０９の比較でも可能で
ある。又図３に実際の測定波形を示す。以上、この実施
の形態では、予め不純物層の無い状態における受信パル
ス幅を不純物パルス幅として記憶し、不純物検出距離に
おいて、受信パルス幅と不純物パルス幅とを比較して不
純物層を検出するものとしたが、この発明はこれに限ら
れず、例えば、不純物層検出の精度がさほど要求されな
い場合には、予め設定されている送信パルス幅を不純物
パルス幅として用いてもよい。その場合には不純物検出
距離以外の距離においても不純物層の検出が行える。

【００１２】

【発明の効果】請求項１および請求項２に記載の超音波
液面計は、液面までの距離を計測するだけでなく、不純
物の存在も検知することが出来、タンクの液体を利用す
る機器へ不純物が入り機器に重大なダメージを与えるの
を回避することができるようになる。また、請求項２に
記載の超音波液面計は、不純物検出パルス幅を記憶する
時の液面までの距離を同時に不純物検出距離として記憶
し、ほぼ同じ距離の条件での受信パルス幅を比較するこ
とで、距離による超音波信号の減衰によるパルス幅の変
動をキャンセルし、より正確に不純物層の厚さを測定す
ることができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる超音波液面計の装置
構成図である。

【図２】本発明の実施形態に係わる超音波液面計での超
音波受信信号の模擬図である。

【図３】本発明の実施形態に係わる超音波液面計での超
音波受信信号の測定波形を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波振動子 ２ 送信回路 ３ 受信回路 ４ コンパレータ ５ ＣＰＵ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス状の超音波信号である送信信号を
   液面に向けて送信し、当該送信信号の反射信号を受信す
   るまでの時間により前記液面までの距離を計測する超音
   波液面計において、さらに、 受信した信号のパルス幅を受信パルス幅として検出する
   受信パルス幅検出手段と、 検出された受信パルス幅を所定の不純物検出パルス幅と
   比較して不純物層を検出する不純物検出手段と、を備え
   ることを特徴とする超音波液面計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波液面計であっ
   て、 前記不純物検出手段が、 液体中の不純物層を検出すべき前記液面までの所定距離
   である不純物検出距離を記憶する距離記憶手段と、 不純物層がない状態における前記液面までの距離が前記
   不純物検出距離であるときの受信パルス幅を前記不純物
   検出パルス幅として記憶するパルス幅記憶手段と、 計測された液面までの距離が前記不純物検出距離とほぼ
   等しい場合に、前記検出された受信パルス幅と前記不純
   物検出パルス幅との差が所定以上ある場合に不純物層が
   あると判定するパルス幅比較手段と、を備えることを特
   徴とする超音波液面計。