JP2003254812A - 容器内の媒体の充填高さの測定のための方法及び充填高さ測定装置 - Google Patents
容器内の媒体の充填高さの測定のための方法及び充填高さ測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 容器５内の媒体の充填高さの測定のため
の方法において、次のステップを行い：Ａ）容器内に一
定の磁場を形成し、Ｂ）容器内内の磁気ひずみ性の材料
を含む片持ち式のセンサ部材に縦振動を励起し、Ｃ）セ
ンサ部材の共鳴振動数若しくは縦振動の減衰を前記一定
の磁場内でのセンサ部材の周期的に変化する磁化に基づ
き測定し、かつＤ）共鳴振動数若しくは縦振動の減衰か
ら充填高さを求める。 【効果】 従来技術の欠点を排除して、種々の容器の充
填高さを容易に検出することができる。
の方法において、次のステップを行い：Ａ）容器内に一
定の磁場を形成し、Ｂ）容器内内の磁気ひずみ性の材料
を含む片持ち式のセンサ部材に縦振動を励起し、Ｃ）セ
ンサ部材の共鳴振動数若しくは縦振動の減衰を前記一定
の磁場内でのセンサ部材の周期的に変化する磁化に基づ
き測定し、かつＤ）共鳴振動数若しくは縦振動の減衰か
ら充填高さを求める。 【効果】 従来技術の欠点を排除して、種々の容器の充
填高さを容易に検出することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の媒体の充
填高さの測定（検出若しくは決定）のための方法、並び
に該方法を実施するための充填高さ測定装置に関する。
充填高さ測定装置は、容器内の充填物質の充填高さを監
視するために用いられる。充填高さ測定装置は、例えば
自動車内若しくは化学的な製造工程で使用される。例え
ば、充填高さ測定装置は自動車の燃料タンク内の燃料・
充填高さの測定、若しくは自動車のブレーキ媒体・充填
高さの測定、或いは冷却液体・充填高さの測定のために
役立っている。
填高さの測定（検出若しくは決定）のための方法、並び
に該方法を実施するための充填高さ測定装置に関する。
充填高さ測定装置は、容器内の充填物質の充填高さを監
視するために用いられる。充填高さ測定装置は、例えば
自動車内若しくは化学的な製造工程で使用される。例え
ば、充填高さ測定装置は自動車の燃料タンク内の燃料・
充填高さの測定、若しくは自動車のブレーキ媒体・充填
高さの測定、或いは冷却液体・充填高さの測定のために
役立っている。
【０００２】
【従来の技術】液体を受容するタンクのための従来公知
の充填高さ測定装置は、タンク内の液体の液面に浮かぶ
浮子を備えていて旋回可能に支承されたフロートによっ
て形成されている。該充填高さ測定装置においてはフロ
ートの、液体の充填高さに依存した角度位置が、例えば
レバーを介してマグネットに伝達されるようになってお
り、従ってマグネットの角度位置が充填高さの尺度をな
している。このようなフロート式の充填高さ測定装置
は、例えばドイツ連邦共和国特許出願第２８３０５１８
号明細書若しくはドイツ連邦共和国特許出願第１９９２
５１８５号明細書により公知である。
の充填高さ測定装置は、タンク内の液体の液面に浮かぶ
浮子を備えていて旋回可能に支承されたフロートによっ
て形成されている。該充填高さ測定装置においてはフロ
ートの、液体の充填高さに依存した角度位置が、例えば
レバーを介してマグネットに伝達されるようになってお
り、従ってマグネットの角度位置が充填高さの尺度をな
している。このようなフロート式の充填高さ測定装置
は、例えばドイツ連邦共和国特許出願第２８３０５１８
号明細書若しくはドイツ連邦共和国特許出願第１９９２
５１８５号明細書により公知である。
【０００３】さらに、公知の充填高さ測定センサは、走
査プレートを用いて若しくは、容量変化、若しくは抵抗
変化に基づき、若しくは熱的、放射線式、光学式、若し
くは音響的な測定、若しくは電波測定に基づき、若しく
は力測定又は圧力測定に基づき、或いは圧電式の振動受
信部による測定に基づき作動するものである。
査プレートを用いて若しくは、容量変化、若しくは抵抗
変化に基づき、若しくは熱的、放射線式、光学式、若し
くは音響的な測定、若しくは電波測定に基づき、若しく
は力測定又は圧力測定に基づき、或いは圧電式の振動受
信部による測定に基づき作動するものである。
【０００４】前記公知の測定センサにおいては欠点とし
て、センサ部材と評価電子装置との間に電気的、若しく
は機械的、或いは光学的な接続部を設けなければならな
い。これによって構成費用が高くなり、接続部が充填物
質で汚されることになり、また容器の液密性が接続部に
よって損なわれる。
て、センサ部材と評価電子装置との間に電気的、若しく
は機械的、或いは光学的な接続部を設けなければならな
い。これによって構成費用が高くなり、接続部が充填物
質で汚されることになり、また容器の液密性が接続部に
よって損なわれる。
【０００５】電気的、機械的、若しくは光学的な接続部
を設けない場合には、公知の技術では少なくともセンサ
部材のためにエネルギー源（例えばバッテリー）を設け
るようになっており、該エネルギー源が短い時間間隔で
交換されねばならない。このことは、センサ部材へのア
クセスが困難であるような使用例では特に不都合であ
る。
を設けない場合には、公知の技術では少なくともセンサ
部材のためにエネルギー源（例えばバッテリー）を設け
るようになっており、該エネルギー源が短い時間間隔で
交換されねばならない。このことは、センサ部材へのア
クセスが困難であるような使用例では特に不都合であ
る。
【０００６】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願第２８３０５
１８号明細書
１８号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願第１９９２５
１８５号明細書
１８５号明細書
【０００７】
【発明の効果】容器内の媒体の充填高さの測定のための
方法において本願発明では次のようなステップで行わ
れ： Ａ）容器内に一定の磁場を形成し、 Ｂ）容器内に片持ち式に固定されていて磁気ひずみ性の
材料を含むセンサ部材に縦振動を励起し、 Ｃ）センサ部材の共鳴振動数若しくは前記縦振動の減衰
定数を前記一定の磁場内でのセンサ部材の周期的に変化
する磁化に基づき測定し、かつ Ｄ）前記共鳴振動数若しくは前記縦振動の減衰定数から
充填高さを求めるようになっており、これによって利点
として、センサ部材と評価電子装置との間の電気的、機
械的、若しくは光学的な接続部を必要とせず、かつエネ
ルギー源を直接にセンサ部材に設ける必要がない。
方法において本願発明では次のようなステップで行わ
れ： Ａ）容器内に一定の磁場を形成し、 Ｂ）容器内に片持ち式に固定されていて磁気ひずみ性の
材料を含むセンサ部材に縦振動を励起し、 Ｃ）センサ部材の共鳴振動数若しくは前記縦振動の減衰
定数を前記一定の磁場内でのセンサ部材の周期的に変化
する磁化に基づき測定し、かつ Ｄ）前記共鳴振動数若しくは前記縦振動の減衰定数から
充填高さを求めるようになっており、これによって利点
として、センサ部材と評価電子装置との間の電気的、機
械的、若しくは光学的な接続部を必要とせず、かつエネ
ルギー源を直接にセンサ部材に設ける必要がない。
【０００８】磁気ひずみは、強磁性の材料、例えば鉄、
ニッケル、コバルト及びこれらの合金に認められる特性
である。強磁性体を磁場の領域内に入れると、強磁性体
の分子構造の微小変形を生ぜしめ、該微小変形が強磁性
体の寸法を変化させる。例えば強磁性の材料から成るロ
ッドを磁場内に入れると、磁場はロッドの縦方向に対し
て平行に延び、その結果、ロッドが機械的な長さ変化を
生ぜしめる。ジュール効果、即ち磁気ひずみ効果によっ
て生じる相対的な長さ変化（ΔＬ／Ｌ）は、一般的に１
０- ５の大きさ（オーダー）である。例えば希土類・鉄
合金から成る高磁気ひずみ性の材料では、１０- ３まで
の値が得られる。磁気ひずみ性の材料は磁気弾性でもあ
る。磁気弾性効果からビラーリ効果が測定法に用いられ
る。ビラーリ効果は、強磁性のロッドの縦方向の磁気特
性、例えば透磁率の変化を意味しており、ロッドの縦方
向の磁気特性がロッドの縦方向の機械的な変形に依存し
ている。
ニッケル、コバルト及びこれらの合金に認められる特性
である。強磁性体を磁場の領域内に入れると、強磁性体
の分子構造の微小変形を生ぜしめ、該微小変形が強磁性
体の寸法を変化させる。例えば強磁性の材料から成るロ
ッドを磁場内に入れると、磁場はロッドの縦方向に対し
て平行に延び、その結果、ロッドが機械的な長さ変化を
生ぜしめる。ジュール効果、即ち磁気ひずみ効果によっ
て生じる相対的な長さ変化（ΔＬ／Ｌ）は、一般的に１
０- ５の大きさ（オーダー）である。例えば希土類・鉄
合金から成る高磁気ひずみ性の材料では、１０- ３まで
の値が得られる。磁気ひずみ性の材料は磁気弾性でもあ
る。磁気弾性効果からビラーリ効果が測定法に用いられ
る。ビラーリ効果は、強磁性のロッドの縦方向の磁気特
性、例えば透磁率の変化を意味しており、ロッドの縦方
向の磁気特性がロッドの縦方向の機械的な変形に依存し
ている。
【０００９】本発明に基づく方法においては、ステップ
Ｃ）で磁気弾性効果を用い、かつ必要に応じてステップ
Ｂ）で磁気ひずみ効果を用いる。これによって、容器内
の媒体の充填高さの測定が行われる。媒体は流体若しく
は微粒子のばら荷であってよい。センサ部材を不動態
化、例えば被覆してある場合に、水、水溶液、油、燃
料、アルコール、溶剤、粉末、並びに砂などが、本発明
に基づく方法によって充填高さを測定できる媒体の例で
ある。容器が、例えば自動車のタンク若しくは化学工程
の反応器である。本発明に基づく方法においては、容器
内に片持ち式に固定されていて磁気ひずみ性の材料を含
むセンサ部材に、共鳴振動数の縦振動が励起される
（Ｂ）。センサ部材が例えばストリップ(strip[英語]，
Streifen[独語])若しくはロッド(rod，Stab)であり、ス
トリップ若しくはロッドは長さ、配置位置、緊定位置、
磁気ひずみ材料の材料パラメータ、及びストリップ若し
くはロッドに作用する磁場の強さ及び方向に依存した固
有の共鳴振動数を有している。センサ部材の縦振動が、
周期的に変化する機械的な応力を生ぜしめ、該応力の変
化がビラーリ効果に基づきセンサ部材の縦方向の磁気特
性の周期的な変化を生ぜしめる。センサ部材が低い強度
（有利にはＨＢ＜１ｋＡ／ｍ）の静的な磁場ＨＢ内にあ
り（ステップＡ）、従ってセンサ部材の磁化変化が所定
の間隔で検出される。センサ部材が容器内の媒体の液面
に対して垂直に配置されている場合には、センサ部材の
振動にとって重要な長さは、センサ部材に対する液面の
位置に依存する。該位置が容器内の媒体の充填高さであ
る。即ち、センサ部材の共鳴振動数も振動の減衰定数も
充填高さによって規定される。本発明に基づく方法のス
テップＣ）で、共鳴振動数の測定及び／又は縦振動の減
衰定数の測定が、一定な磁場内でのセンサ部材の周期的
に変化する磁化に基づき行われる。センサ部材によって
形成されてセンサ部材を取り囲む磁場の振動が、センサ
部材の共鳴振動数で生じて、同じ減衰定数を有してい
る。共鳴振動数若しくは減衰定数が間接的に容器の外側
で測定され（ステップＣ）、これによって充填高さが求
められる（ステップＤ）。
Ｃ）で磁気弾性効果を用い、かつ必要に応じてステップ
Ｂ）で磁気ひずみ効果を用いる。これによって、容器内
の媒体の充填高さの測定が行われる。媒体は流体若しく
は微粒子のばら荷であってよい。センサ部材を不動態
化、例えば被覆してある場合に、水、水溶液、油、燃
料、アルコール、溶剤、粉末、並びに砂などが、本発明
に基づく方法によって充填高さを測定できる媒体の例で
ある。容器が、例えば自動車のタンク若しくは化学工程
の反応器である。本発明に基づく方法においては、容器
内に片持ち式に固定されていて磁気ひずみ性の材料を含
むセンサ部材に、共鳴振動数の縦振動が励起される
（Ｂ）。センサ部材が例えばストリップ(strip[英語]，
Streifen[独語])若しくはロッド(rod，Stab)であり、ス
トリップ若しくはロッドは長さ、配置位置、緊定位置、
磁気ひずみ材料の材料パラメータ、及びストリップ若し
くはロッドに作用する磁場の強さ及び方向に依存した固
有の共鳴振動数を有している。センサ部材の縦振動が、
周期的に変化する機械的な応力を生ぜしめ、該応力の変
化がビラーリ効果に基づきセンサ部材の縦方向の磁気特
性の周期的な変化を生ぜしめる。センサ部材が低い強度
（有利にはＨＢ＜１ｋＡ／ｍ）の静的な磁場ＨＢ内にあ
り（ステップＡ）、従ってセンサ部材の磁化変化が所定
の間隔で検出される。センサ部材が容器内の媒体の液面
に対して垂直に配置されている場合には、センサ部材の
振動にとって重要な長さは、センサ部材に対する液面の
位置に依存する。該位置が容器内の媒体の充填高さであ
る。即ち、センサ部材の共鳴振動数も振動の減衰定数も
充填高さによって規定される。本発明に基づく方法のス
テップＣ）で、共鳴振動数の測定及び／又は縦振動の減
衰定数の測定が、一定な磁場内でのセンサ部材の周期的
に変化する磁化に基づき行われる。センサ部材によって
形成されてセンサ部材を取り囲む磁場の振動が、センサ
部材の共鳴振動数で生じて、同じ減衰定数を有してい
る。共鳴振動数若しくは減衰定数が間接的に容器の外側
で測定され（ステップＣ）、これによって充填高さが求
められる（ステップＤ）。
【００１０】本発明の有利な実施態様では、センサ部材
の縦振動の励起が、有利には周波数の変化可能な交番磁
場によって行われる。別の有利な実施態様では、センサ
部材の縦振動の励起が磁気パルスによって行われる。両
方の実施態様は磁気ひずみ効果に効果的である。センサ
部材の縦振動の励起を、閉じられた容器の外側から行う
と有利である。
の縦振動の励起が、有利には周波数の変化可能な交番磁
場によって行われる。別の有利な実施態様では、センサ
部材の縦振動の励起が磁気パルスによって行われる。両
方の実施態様は磁気ひずみ効果に効果的である。センサ
部材の縦振動の励起を、閉じられた容器の外側から行う
と有利である。
【００１１】さらに本発明は、媒体を受容する容器のた
めの充填高さ測定装置にも関し、充填高さ測定装置が、
磁気ひずみ性の材料を含むセンサ部材、一定の磁場の形
成のための少なくとも１つのマグネット、変化可能な磁
場の形成のための少なくとも１つのマグネット及び、周
期的に変化する磁場の特性値の測定のための少なくとも
１つの測定装置から成っている。
めの充填高さ測定装置にも関し、充填高さ測定装置が、
磁気ひずみ性の材料を含むセンサ部材、一定の磁場の形
成のための少なくとも１つのマグネット、変化可能な磁
場の形成のための少なくとも１つのマグネット及び、周
期的に変化する磁場の特性値の測定のための少なくとも
１つの測定装置から成っている。
【００１２】変化可能な磁場の形成のための少なくとも
１つのマグネットが、例えば交番磁場若しくは磁気パル
スを形成し、これによってセンサ部材が変化可能な磁場
を用いて共鳴振動数の振動を励起される。周期的に変化
する磁場の、測定装置によって測定される特性値が共鳴
振動数若しくは減衰量であり、該共鳴振動数若しくは減
衰量がセンサ部材の共鳴振動数若しくはセンサ部材の機
械的な振動の減衰量に相当している。この場合、センサ
部材が所定の磁場内に位置しており、該磁場が一定の磁
場の形成のための少なくとも１つのマグネットによって
形成される。本発明に基づく充填高さ測定装置を用い
て、容器内の媒体の充填高さを本発明の方法に基づき測
定することができる。
１つのマグネットが、例えば交番磁場若しくは磁気パル
スを形成し、これによってセンサ部材が変化可能な磁場
を用いて共鳴振動数の振動を励起される。周期的に変化
する磁場の、測定装置によって測定される特性値が共鳴
振動数若しくは減衰量であり、該共鳴振動数若しくは減
衰量がセンサ部材の共鳴振動数若しくはセンサ部材の機
械的な振動の減衰量に相当している。この場合、センサ
部材が所定の磁場内に位置しており、該磁場が一定の磁
場の形成のための少なくとも１つのマグネットによって
形成される。本発明に基づく充填高さ測定装置を用い
て、容器内の媒体の充填高さを本発明の方法に基づき測
定することができる。
【００１３】本発明の有利な実施態様では、センサ部材
を形成する磁気ひずみ性の材料が、鉄、コバルト若しく
はニッケル含有の非晶質合金である。著しく良好な磁気
弾性特性を有する有利な材料は、例えば独国のバキュー
ムシュメルツエ社(Vaccumschmelze in Hanau, Deutschl
and)製の「Vitrovac（Ｒ）」若しくは米国のハニーウェ
ル・エレクトロニック・マテリアル社(Honeywell Eledt
ronic Materials in Suunyvale, Californien, USA)製
の「Metglas（Ｒ）」である。Metglas（Ｒ）は、例えば
82.17％Co, 8.6%Si, 4.45%Fe, 3.15%B, 1.63%Niの組成
を有している。「Vitrovac（Ｒ）」が、例えばFe６２Ni
２０Si２B１の組成で本発明のための材料として適して
いる。さらに本発明にとって適した非晶質金属は、例え
ばＴ７０ - ８５Ｍ３０ - １５の組成のものであり、この場
合、ＴがFe,Co,Ni,Mの内の単数若しくは複数の物質を意
味し、かつＭがB,C,Siの内の単数若しくは複数の物質を
意味する。
を形成する磁気ひずみ性の材料が、鉄、コバルト若しく
はニッケル含有の非晶質合金である。著しく良好な磁気
弾性特性を有する有利な材料は、例えば独国のバキュー
ムシュメルツエ社(Vaccumschmelze in Hanau, Deutschl
and)製の「Vitrovac（Ｒ）」若しくは米国のハニーウェ
ル・エレクトロニック・マテリアル社(Honeywell Eledt
ronic Materials in Suunyvale, Californien, USA)製
の「Metglas（Ｒ）」である。Metglas（Ｒ）は、例えば
82.17％Co, 8.6%Si, 4.45%Fe, 3.15%B, 1.63%Niの組成
を有している。「Vitrovac（Ｒ）」が、例えばFe６２Ni
２０Si２B１の組成で本発明のための材料として適して
いる。さらに本発明にとって適した非晶質金属は、例え
ばＴ７０ - ８５Ｍ３０ - １５の組成のものであり、この場
合、ＴがFe,Co,Ni,Mの内の単数若しくは複数の物質を意
味し、かつＭがB,C,Siの内の単数若しくは複数の物質を
意味する。
【００１４】さらに本発明は、本発明に基づく前記充填
高さ測定装置の使用法に関し、該充填高さ測定装置が自
動車の容器内の液体の充填高さ測定に用いられる。自動
車において有利には、種々の容器の充填高さ、例えば燃
料タンクの燃料・充填高さ若しくは冷却媒体容器或いは
ブレーキ媒体容器の充填高さが検出（測定）される。も
ちろん、本発明に基づく充填高さ測定方法及び充填高さ
測定装置は、自動車の容器のためにだけではなく、様々
な、即ち任意の容器の充填高さ測定のために適するもの
である。
高さ測定装置の使用法に関し、該充填高さ測定装置が自
動車の容器内の液体の充填高さ測定に用いられる。自動
車において有利には、種々の容器の充填高さ、例えば燃
料タンクの燃料・充填高さ若しくは冷却媒体容器或いは
ブレーキ媒体容器の充填高さが検出（測定）される。も
ちろん、本発明に基づく充填高さ測定方法及び充填高さ
測定装置は、自動車の容器のためにだけではなく、様々
な、即ち任意の容器の充填高さ測定のために適するもの
である。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１に、緊定されたストリップ、
例えば磁気ひずみ性の材料から成るストリップ（条片）
を示してあり、該ストリップが励起されて振動する、即
ち励振されるようになっている。
例えば磁気ひずみ性の材料から成るストリップ（条片）
を示してあり、該ストリップが励起されて振動する、即
ち励振されるようになっている。
【００１６】磁気ひずみ性のストリップ１が、一方の側
２で緊定されていて、かつ他方の側３で自由に振動でき
るようになっている。ストリップは長さＬ、機械的な弾
性係数ＥＨ（周囲の磁場に依存する）、及び密度ρを有
している。片持ち式の、即ち片側で緊定されたストリッ
プの共鳴振動数ｆｒは、
２で緊定されていて、かつ他方の側３で自由に振動でき
るようになっている。ストリップは長さＬ、機械的な弾
性係数ＥＨ（周囲の磁場に依存する）、及び密度ρを有
している。片持ち式の、即ち片側で緊定されたストリッ
プの共鳴振動数ｆｒは、
【００１７】
【数１】
【００１８】で求められる。
【００１９】アモルファスのメタルストリップ１は磁気
弾性特性に基づき、交番磁場若しくは磁気パルスによっ
て励振されて固有の共鳴振動数ｆｒの縦振動を生ぜしめ
る。
弾性特性に基づき、交番磁場若しくは磁気パルスによっ
て励振されて固有の共鳴振動数ｆｒの縦振動を生ぜしめ
る。
【００２０】図２に本発明に基づく充填高さ測定装置を
示してある。該充填高さ測定装置が、閉じられた容器５
内の媒体４の充填高さ測定のために用いられる。このた
めに、磁気ひずみ性のストリップ１が片側で緊定部材６
内に緊定されて、媒体４の表面７に対して垂直に向けら
れている。本発明の別の実施例では、磁気ひずみ性のス
トリップ若しくはロッドが媒体内を斜めに延びて、媒体
の表面（液面）から斜めに突出するようになっていても
よい。図２の実施例において垂直に延びるストリップの
全長Ｌは２つの部分長さＬＦ，Ｌｅｆｆに分けられる。
この場合、部分長さＬＦは磁気ひずみ性のストリップ１
の、媒体４に取り囲まれ、即ち媒体の表面７の下側に位
置している部分の長さであり（測定しようとする充填高
さ）、部分長さＬｅｆｆはストリップ１の、表面７から
突出する部分の長さである（振動にとって重要な長
さ）。本発明の図２に示す実施例では、緊定部材６が容
器５の底部、即ち下側の端部に配置されている。緊定部
材は別の実施例として容器の別の箇所、例えば天井部
分、即ち上側の端部に配置されてよく、この場合には、
磁気ひずみ性のストリップ１が上方から媒体４内に突入
する。
示してある。該充填高さ測定装置が、閉じられた容器５
内の媒体４の充填高さ測定のために用いられる。このた
めに、磁気ひずみ性のストリップ１が片側で緊定部材６
内に緊定されて、媒体４の表面７に対して垂直に向けら
れている。本発明の別の実施例では、磁気ひずみ性のス
トリップ若しくはロッドが媒体内を斜めに延びて、媒体
の表面（液面）から斜めに突出するようになっていても
よい。図２の実施例において垂直に延びるストリップの
全長Ｌは２つの部分長さＬＦ，Ｌｅｆｆに分けられる。
この場合、部分長さＬＦは磁気ひずみ性のストリップ１
の、媒体４に取り囲まれ、即ち媒体の表面７の下側に位
置している部分の長さであり（測定しようとする充填高
さ）、部分長さＬｅｆｆはストリップ１の、表面７から
突出する部分の長さである（振動にとって重要な長
さ）。本発明の図２に示す実施例では、緊定部材６が容
器５の底部、即ち下側の端部に配置されている。緊定部
材は別の実施例として容器の別の箇所、例えば天井部
分、即ち上側の端部に配置されてよく、この場合には、
磁気ひずみ性のストリップ１が上方から媒体４内に突入
する。
【００２１】容器５の外側に３つのコイル８，９，１０
を取り付けてある。バイアス・コイル８が弱い一定の磁
場の形成のために用いられる。励起コイル９を用いて形
成される磁場が、磁気ひずみ性のストリップ１を図示の
矢印で示す振動方向１１で振動励起するために役立つ。
測定コイル１０が信号の検出のために用いられ、検出さ
れた信号から充填高さＬＦが求められる。
を取り付けてある。バイアス・コイル８が弱い一定の磁
場の形成のために用いられる。励起コイル９を用いて形
成される磁場が、磁気ひずみ性のストリップ１を図示の
矢印で示す振動方向１１で振動励起するために役立つ。
測定コイル１０が信号の検出のために用いられ、検出さ
れた信号から充填高さＬＦが求められる。
【００２２】本発明の図示の実施例では、マグネット及
び測定装置がコイル８，９，１０によって形成されてい
る。コイルは、ヘルムホルツコイル若しくは個別のコイ
ルリングであってよい。一定の磁場の形成のためのマグ
ネットは、コイルによって形成されるのではなく、永久
磁石であってもよい。磁気ひずみ性のストリップ１の共
鳴振動数及び振動の減衰定数は、測定コイル１０によっ
て測定された信号の周波数及び減衰定数に相当してい
る。磁気ひずみ性のストリップ１の共鳴振動数は、容器
５内の充填高さに関連して次の式で求められ：
び測定装置がコイル８，９，１０によって形成されてい
る。コイルは、ヘルムホルツコイル若しくは個別のコイ
ルリングであってよい。一定の磁場の形成のためのマグ
ネットは、コイルによって形成されるのではなく、永久
磁石であってもよい。磁気ひずみ性のストリップ１の共
鳴振動数及び振動の減衰定数は、測定コイル１０によっ
て測定された信号の周波数及び減衰定数に相当してい
る。磁気ひずみ性のストリップ１の共鳴振動数は、容器
５内の充填高さに関連して次の式で求められ：
【００２３】
【数２】
【００２４】求められた充填高さにおける共鳴振動数ｆ
ｒ，１は、媒体のない状態での共鳴振動数ｆｒ，０（Ｌ
Ｆ＝０）に比例している：
ｒ，１は、媒体のない状態での共鳴振動数ｆｒ，０（Ｌ
Ｆ＝０）に比例している：
【００２５】
【数３】
【００２６】従って、各時点での充填高さ（瞬時の充填
高さ）が各時点での共鳴振動数から求められる：
高さ）が各時点での共鳴振動数から求められる：
【００２７】
【数４】
【００２８】磁気ひずみ性のストリップ１の減衰定数が
類似の数式によって求められる。減衰定数は媒体の粘性
に依存していて、かつ媒体内に浸かっている部分の長
さ、即ち媒体の充填高さの増大に伴って大きくなる。
類似の数式によって求められる。減衰定数は媒体の粘性
に依存していて、かつ媒体内に浸かっている部分の長
さ、即ち媒体の充填高さの増大に伴って大きくなる。
【００２９】図３に示してある長さＬ、弾性係数ＥＨ、
及び密度ρを有し片持ち支持された磁気ひずみ性のスト
リップ１は、横方向に円弧（湾曲）を成している。円弧
高さｈが有利には０．１ｍｍ乃至５ｍｍである。ストリ
ップは別の実施例（図示せず）では管として湾曲され、
即ちまるめられていてよい。湾曲、即ち円弧の目的は、
磁気ひずみ性のストリップ１が容器内への媒体、特にば
ら荷の充填に持ちこたえるように、ストリップの機械的
な安定性の増大にある。
及び密度ρを有し片持ち支持された磁気ひずみ性のスト
リップ１は、横方向に円弧（湾曲）を成している。円弧
高さｈが有利には０．１ｍｍ乃至５ｍｍである。ストリ
ップは別の実施例（図示せず）では管として湾曲され、
即ちまるめられていてよい。湾曲、即ち円弧の目的は、
磁気ひずみ性のストリップ１が容器内への媒体、特にば
ら荷の充填に持ちこたえるように、ストリップの機械的
な安定性の増大にある。
【００３０】図４に、湾曲された磁気ひずみ性のストリ
ップ１を備える本発明に基づく充填高さ測定装置の平面
及び断面が示してある。図４の上側部分の断面図は、図
４の下側部分の平面図に描き込まれた線Ａ−Ｂに沿った
ものである。該充填高さ測定装置の構造は、図２に示す
実施例の構造にほぼ相応している。図４に示す方形の容
器５は、緊定部材６によって固定された磁気ひずみ性の
ストリップ１及び、外側に取り付けられた３つのコイル
８，９，１０を備えている。容器内に付加的に保護管１
２を配置してあり、該保護管が磁気ひずみ性のストリッ
プ１を取り囲んでいる。保護管１２が、容器５内の媒体
（図４には示さず）の流れによるストリップ１の折れ曲
がりを防止している。ストリップ１に安定性が付加的に
湾曲によって与えられており、該湾曲が図４の下側部分
の平面図に表れている。保護管１２内の媒体４の充填高
さと全容器５内の媒体の充填高さとを確実に一致させる
ために、保護管１２が下側の端部に開口１３を備えてお
り、該開口が保護管１２内への媒体の容易な流入及び保
護管からの媒体の容易な流出を可能にしている。これに
よって、保護管１２と該保護管を取り囲む容器５との間
の充填高さ補償が常に保証される。
ップ１を備える本発明に基づく充填高さ測定装置の平面
及び断面が示してある。図４の上側部分の断面図は、図
４の下側部分の平面図に描き込まれた線Ａ−Ｂに沿った
ものである。該充填高さ測定装置の構造は、図２に示す
実施例の構造にほぼ相応している。図４に示す方形の容
器５は、緊定部材６によって固定された磁気ひずみ性の
ストリップ１及び、外側に取り付けられた３つのコイル
８，９，１０を備えている。容器内に付加的に保護管１
２を配置してあり、該保護管が磁気ひずみ性のストリッ
プ１を取り囲んでいる。保護管１２が、容器５内の媒体
（図４には示さず）の流れによるストリップ１の折れ曲
がりを防止している。ストリップ１に安定性が付加的に
湾曲によって与えられており、該湾曲が図４の下側部分
の平面図に表れている。保護管１２内の媒体４の充填高
さと全容器５内の媒体の充填高さとを確実に一致させる
ために、保護管１２が下側の端部に開口１３を備えてお
り、該開口が保護管１２内への媒体の容易な流入及び保
護管からの媒体の容易な流出を可能にしている。これに
よって、保護管１２と該保護管を取り囲む容器５との間
の充填高さ補償が常に保証される。
【００３１】一定の磁場の形成が、本発明の図４に示す
実施例ではバイアス・コイル８を用いて行われる。これ
と異なって、一定の磁場の形成のための少なくとも１つ
のマグネットが、保護管１２に固定された永久磁石スト
リップとして形成されていてよい。
実施例ではバイアス・コイル８を用いて行われる。これ
と異なって、一定の磁場の形成のための少なくとも１つ
のマグネットが、保護管１２に固定された永久磁石スト
リップとして形成されていてよい。
【００３２】図５に、磁気ひずみ性のストリップの振動
特性が示してある。Ｙ軸に、ストリップの振動の振幅Ａ
がプロットしてあり、Ｘ軸に、形成された磁場の周波数
がプロットしてある。２つの共鳴曲線１４，１５が、１
つの容器内の異なる２つの充填高さで磁気ひずみ性のス
トリップ１を周波数の変化する磁場によって連続的に励
起した際の振動特性を表している。振幅は、形成された
磁場がストリップの共鳴振動数に達した場合に最大にな
る。第１の共鳴曲線１４は、共鳴振動数ｆｒ， ０の際に
最大の振幅Ａ０を有している。第１の共鳴曲線が、媒体
のない状態（充填高さ＝０）の容器にとって生じる。第
２の共鳴曲線１５は、媒体の入った状態（充填高さＬＦ
≠０）の容器にとって得られる。第２の共鳴曲線が、共
鳴振動数ｆｒ，１の際に振幅Ａ１を示している。媒体の
入っている場合の共鳴振動数ｆｒ ，１は、共鳴振動数ｆ
ｒ，０と著しく異なっている。本発明に基づく充填高さ
測定方法では、媒体のない状態の共鳴振動数ｆｒ，０が
分かるので、前述のように任意に測定された共鳴振動数
ｆｒ，１から、瞬時の充填高さが振幅Ａ０と振幅Ａ １と
の比によって求められる。
特性が示してある。Ｙ軸に、ストリップの振動の振幅Ａ
がプロットしてあり、Ｘ軸に、形成された磁場の周波数
がプロットしてある。２つの共鳴曲線１４，１５が、１
つの容器内の異なる２つの充填高さで磁気ひずみ性のス
トリップ１を周波数の変化する磁場によって連続的に励
起した際の振動特性を表している。振幅は、形成された
磁場がストリップの共鳴振動数に達した場合に最大にな
る。第１の共鳴曲線１４は、共鳴振動数ｆｒ， ０の際に
最大の振幅Ａ０を有している。第１の共鳴曲線が、媒体
のない状態（充填高さ＝０）の容器にとって生じる。第
２の共鳴曲線１５は、媒体の入った状態（充填高さＬＦ
≠０）の容器にとって得られる。第２の共鳴曲線が、共
鳴振動数ｆｒ，１の際に振幅Ａ１を示している。媒体の
入っている場合の共鳴振動数ｆｒ ，１は、共鳴振動数ｆ
ｒ，０と著しく異なっている。本発明に基づく充填高さ
測定方法では、媒体のない状態の共鳴振動数ｆｒ，０が
分かるので、前述のように任意に測定された共鳴振動数
ｆｒ，１から、瞬時の充填高さが振幅Ａ０と振幅Ａ １と
の比によって求められる。
【図１】機械的な振動を生ぜしめるための片側で緊定さ
れたストリップの斜視図。
れたストリップの斜視図。
【図２】本発明に基づく充填高さ測定装置の実施例の縦
断面図。
断面図。
【図３】横断面で見て湾曲されて成るストリップの斜視
図。
図。
【図４】本発明に基づく充填高さ測定装置の実施例の縦
断面図及び平面図。
断面図及び平面図。
【図５】ストリップの振動特性の特性線図。
１ ストリップ、 ４ 媒体、 ５ 容器、 ６ 緊定
部材、 ８，９，１０コイル、 １２ 保護管、 １３
開口、 １４，１５ 共鳴曲線、 ＬＦ充填高さ
部材、 ８，９，１０コイル、 １２ 保護管、 １３
開口、 １４，１５ 共鳴曲線、 ＬＦ充填高さ
Claims (16)
- 【請求項１】 容器（５）内の媒体（４）の充填高さの
測定のための方法において、 Ａ）容器（５）内に一定の磁場を形成し、 Ｂ）容器（５）内に片持ち式に固定されていて磁気ひず
み性の材料を含むセンサ部材に縦振動を励起し、 Ｃ）前記センサ部材の共鳴振動数若しくは前記縦振動の
減衰定数を前記一定の磁場内での該センサ部材の周期的
に変化する磁化に基づき測定し、かつ Ｄ）前記共鳴振動数若しくは前記縦振動の減衰定数から
充填高さを求めることを特徴とする、容器内の媒体の充
填高さの測定のための方法。 - 【請求項２】 センサ部材の縦振動の励起を交番磁場に
よって行う請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 交番磁場の周波数を変化させる請求項２
記載の方法。 - 【請求項４】 センサ部材の縦振動の励起を磁気パルス
によって行う請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 媒体（４）を受容する容器（５）のため
の充填高さ測定装置において、該充填高さ測定装置が、
磁気ひずみ性の材料を含むセンサ部材、一定の磁場の形
成のための少なくとも１つのマグネット（８）、変化可
能な磁場の形成のための少なくとも１つのマグネット
（９）及び、周期的に変化する磁場の特性値の測定のた
めの少なくとも１つの測定装置（１０）から成っている
ことを特徴とする、容器内の媒体の充填高さの測定のた
めの充填高さ測定装置。 - 【請求項６】 磁気ひずみ性の材料が、鉄含有、コバル
ト含有、若しくはニッケル含有の非晶質合金である請求
項５の記載の充填高さ測定装置。 - 【請求項７】 センサ部材が容器（５）内に片持ち式に
固定されている請求項５の記載の充填高さ測定装置。 - 【請求項８】 センサ部材が容器（５）内に、媒体
（４）の表面（７）に対して垂直に配置されている請求
項５の記載の充填高さ測定装置。 - 【請求項９】 センサ部材が、横断面で見て湾曲された
ストリップ（１）である請求項５の記載の充填高さ測定
装置。 - 【請求項１０】 マグネット及び測定装置が、コイル
（８，９，１０）によって形成されている請求項５の記
載の充填高さ測定装置。 - 【請求項１１】 コイル（８，９，１０）がヘルムホル
ツコイル若しくは個別のコイルリングから成っている請
求項１０の記載の充填高さ測定装置。 - 【請求項１２】 一定の磁場の形成のための少なくとも
１つのマグネットが、永久磁石から成っている請求項５
の記載の充填高さ測定装置。 - 【請求項１３】 マグネット及び測定装置が、容器
（５）の外側に配置されている請求項５の記載の充填高
さ測定装置。 - 【請求項１４】 センサ部材が容器（５）内で、保護管
（１２）内に配置されており、保護管が開口（１３）を
備えている請求項５の記載の充填高さ測定装置。 - 【請求項１５】 一定の磁場の形成のための少なくとも
１つのマグネットが、保護管（１２）に取り付けられた
永久磁石ストリップから成っている請求項１４の記載の
充填高さ測定装置。 - 【請求項１６】 充填高さ測定装置の使用方法におい
て、請求項５から１５のいずれか１項記載の充填高さ測
定装置を自動車の容器（５）内の液体の充填高さの測定
のために用いることを特徴とする、充填高さ測定装置の
使用方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10207278.7 | 2002-02-21 | ||
| DE10207278A DE10207278B4 (de) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Verfahren zur Füllstandsbestimmung und Füllstandsmessvorrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003254812A true JP2003254812A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=27635216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003044681A Pending JP2003254812A (ja) | 2002-02-21 | 2003-02-21 | 容器内の媒体の充填高さの測定のための方法及び充填高さ測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6910378B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003254812A (ja) |
| DE (1) | DE10207278B4 (ja) |
| FR (1) | FR2836216B1 (ja) |
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| JP2016114476A (ja) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 株式会社リコー | 粉体検知装置、顕色剤残量検知装置及び画像形成装置 |
| JP2016153869A (ja) * | 2015-02-18 | 2016-08-25 | 株式会社リコー | 粉体検知装置、顕色剤残量検知装置及び粉体検知方法 |
| JP2016170377A (ja) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 株式会社リコー | 顕色剤残量検知装置、現像装置、画像形成装置及び顕色剤残量検知方法 |
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| US20070001671A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | Park Rudolph V | Magnetostrictive MEMS based magnetometer |
| US20070169549A1 (en) * | 2006-01-23 | 2007-07-26 | Southwest Research Institute | Method and apparatus for sensing fuel levels in tanks |
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| DE102011052352A1 (de) | 2011-08-02 | 2013-02-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Kraftstofffüllstandsmessvorrichtung |
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