JP2507655Y2 - Volume measuring device - Google Patents

Volume measuring device

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JP2507655Y2
JP2507655Y2 JP1989028948U JP2894889U JP2507655Y2 JP 2507655 Y2 JP2507655 Y2 JP 2507655Y2 JP 1989028948 U JP1989028948 U JP 1989028948U JP 2894889 U JP2894889 U JP 2894889U JP 2507655 Y2 JP2507655 Y2 JP 2507655Y2
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克司 大根田
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株式会社カンセイ
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この考案は、タンク内に収納された液体、粉体、粒
体、異形状物体等の体積(容積)を測定する体積測定装
置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial field of application] The present invention relates to a volume measuring device for measuring the volume (volume) of a liquid, powder, granules, irregularly-shaped objects, etc. stored in a tank. is there.

[従来の技術] 従来のこの種の体積測定装置としては第9図乃至第13
図に示す如きものがある。以下、この従来例について具
体的に述べる。
[Prior Art] As a conventional volume measuring apparatus of this type, Figs.
There are some as shown in the figure. Hereinafter, this conventional example will be specifically described.

第9図は液面位測定開始の初期状態を示し、また第10
図は液面位の測定過程における状態を示す図であって、
ピストン(体積変化手段)7がシリンダ(体積変化量)
8の最深部まで移動させられたとき、すなわち最大スト
ローク移動したときの状態を示す。
Fig. 9 shows the initial state of the measurement of the liquid level,
The figure is a diagram showing the state in the process of measuring the liquid level,
The piston (volume change means) 7 is a cylinder (volume change amount)
8 shows a state in which it has been moved to the deepest part of 8, that is, when it has moved by the maximum stroke.

第9図においてタンク3の体積をVT、その空洞部分す
なわち液体4が満たされていない部分の体積V2、シリン
ダ8の最大体積変化量に対応する体積をv0(≪V1,
V2)、補正室9の体積をV1、タンク3内の圧力をP0
し、かつバルブ10が解放されているものとすると、ポア
ッソン(Poisson)の法則に基づいて P0(V2+v0+V1)γ=nRT が成立する。なお、nはシリンダ8、補正室9及びタン
ク3の空洞部の気体のモル数、Rはガス定数、T0は気体
の絶対温度、γは定圧比熱と定積比熱の比を示す。
In FIG. 9, the volume of the tank 3 is V T , the volume V 2 of its hollow portion, that is, the portion not filled with the liquid 4, and the volume corresponding to the maximum volume change amount of the cylinder 8 are v 0 (<< V 1 ,
V 2 ), the volume of the correction chamber 9 is V 1 , the pressure in the tank 3 is P 0 , and the valve 10 is open, P 0 (V 2 + v 0 + V 1 ) γ = nRT holds. Note that n is the number of moles of the gas in the cavity of the cylinder 8, the correction chamber 9 and the tank 3, R is the gas constant, T 0 is the absolute temperature of the gas, and γ is the ratio of the constant pressure specific heat and the constant volume specific heat.

ここでピストン7が、断熱を保持した状態で最大スト
ローク移動させられると、第10図の如くv0=0となると
共にタンク3内圧力がΔP0だけ増加し、 (P0+ΔP0)(V2+V1)γ=nRT0が成立する。これによ
り、 P0(V2+v0+V1)γ=(P0+ΔP0)(V2+V1)γ…… (1) 式(1)は、近似的に となり、タンク3の空洞部分の体積V2は、 となる。
When the piston 7 is moved by the maximum stroke while keeping the heat insulation, v 0 = 0 as shown in FIG. 10 and the pressure in the tank 3 increases by ΔP 0 , and (P 0 + ΔP 0 ) (V 2 + V 1 ) γ = nRT 0 holds. Therefore, P 0 (V 2 + v 0 + V 1 ) γ = (P 0 + ΔP 0 ) (V 2 + V 1 ) γ (1) Equation (1) is approximately And the volume V 2 of the cavity of tank 3 is Becomes

次に第9図及び第10図においてバルブ10を閉成する
と、補正室9とタンク3との通気性は完全に遮断され、
上記の如く第9図においては、 P0(v0+V1)γ=nRT0 が成立し、また第10図においてはv0=0となり、タンク
3内圧力がΔP0′だけ増加するので、 (P0+ΔP0′)V1γ=nRT0 が成立する。これにより、 P0(v0+V1)γ=(P0+ΔP0′)V1γ…… (3) 式(3)は、近似的に となり、これより となる。ここでシリンダ8の最大体積変化量に対応する
体積v0及び補正室9の体積V1は既知で、かつΔP0′は測
定することができるので、γP0の値を求めることができ
る。これによって、式(2)におけるタンク3の空洞部
分の体積V2は、算出可能となり液体4の体積VLは、VT-V
2によって求めることができる。なお、第9図および第1
0図における3aはエンジンにガソリン等の液体4を供給
するパイプである。
Next, when the valve 10 is closed in FIGS. 9 and 10, the air permeability between the correction chamber 9 and the tank 3 is completely cut off,
As described above, in FIG. 9, P 0 (v 0 + V 1 ) γ = nRT 0 holds, and in FIG. 10, v 0 = 0, and the pressure in the tank 3 increases by ΔP 0 ′. , (P 0 + ΔP 0 ′) V 1 γ = nRT 0 holds. Therefore, P 0 (v 0 + V 1 ) γ = (P 0 + ΔP 0 ′) V 1 γ (3) Equation (3) is approximately And from this Becomes Since the volume v 0 corresponding to the maximum volume change amount of the cylinder 8 and the volume V 1 of the correction chamber 9 are known and ΔP 0 ′ can be measured, the value of γP 0 can be obtained. As a result, the volume V 2 of the hollow portion of the tank 3 in the equation (2) can be calculated, and the volume V L of the liquid 4 can be calculated as V T -V
Can be determined by 2 . Incidentally, FIG. 9 and FIG.
Reference numeral 3a in FIG. 0 is a pipe for supplying a liquid 4 such as gasoline to the engine.

次に、上記の如く説明した考案の原理に基づく具体的
装置の例の構成を第11図及び第12図を参照して説明す
る。なお、第11図において第9図と同一構成の部分には
同一符号を付してその説明を省略する。
Next, the structure of an example of a concrete device based on the principle of the invention described above will be described with reference to FIGS. 11 and 12. In FIG. 11, the same components as those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

7はピストンで、周面に磁極を有する円盤状の永久磁
石からなると共にその周面には磁性流体7aが吸着され、
後述のシリンダ8との隙間を塞ぎ、通気を防止し、かつ
シリンダ8内をピストン7が摺動するときの摩擦を小さ
くしている。なお、ピストン7の周面にOリングを取り
付けることによって通気を防止してもよい。8はシリン
ダで、その一端開口部8aは補正室9に連通されると共
に、他端を開口している。9は補正室で、その体積V1
タンク3の全体積VTに対して十分に小さく設定されてい
ると共に、シリンダ8の最大体積変化量すなわちピスト
ン7の摺動によって変化する最大体積v0に対して、例え
ば10倍の体積に設定されて、ピストン7の一往復によっ
て、内部の圧力変化は、正弦波状に変化する(これは後
述のモータ16の定速回転による)。また補正室9は、電
磁バルブ10及び第1のパイプ11を直列に介してタンク3
の液体注入口5の開口縁の近くに接続され、気体がタン
ク3内と補正室9との間を流通できるように設定されて
いる。なお第1のパイプ11の液体注入口5、電磁バルブ
10間の一部は、該液体注入口の開口縁より高く位置せし
められており、液体4が液体注入口5の開口縁まで注入
されても補正室9内に流体4が流れ込まないように設定
されている。12は圧力センサで、基準圧力室12a、検出
圧力室12b、その双方の圧力室12a,12bを仕切り、かつそ
の双方の圧力室の圧力の差に比例して歪む歪板12c及び
該歪板に貼付けられているストレインゲージ等の圧力セ
ンサ本体12dからなり、その基準圧力室12aは空洞室13及
び微細管の第2のパイプ14に直列に第1のパイプ11に連
通され、その空洞室13及び第2のパイプ14は、タンク3
内の圧力変動を吸収し空気圧フィルタを構成している。
また検出圧力室12bは補正室9に連通され、圧力センサ
本体12dは歪板12cが受ける双方の圧力室12a,12bの圧力
差を検出して電気信号に変換する。15は円板で、透孔15
aが設けられていると共に、ピストン7を往復直線運動
させるためのクランク15bの一端が連結させられてい
る。また円板15は、後述のモータ16の回転軸に図示され
ない減速ギアを介して連結されている。
Reference numeral 7 denotes a piston, which is composed of a disk-shaped permanent magnet having magnetic poles on its peripheral surface, and the magnetic fluid 7a is adsorbed on its peripheral surface.
A gap with a cylinder 8, which will be described later, is closed, ventilation is prevented, and friction when the piston 7 slides in the cylinder 8 is reduced. Note that ventilation may be prevented by attaching an O-ring to the peripheral surface of the piston 7. Reference numeral 8 denotes a cylinder, one end of which has an opening 8a communicating with the correction chamber 9 and having the other end opened. Reference numeral 9 denotes a correction chamber, the volume V 1 of which is set to be sufficiently smaller than the total volume V T of the tank 3, and the maximum volume change amount of the cylinder 8, that is, the maximum volume v 0 that changes by sliding of the piston 7. On the other hand, if the volume is set to, for example, 10 times, and one reciprocation of the piston 7, the internal pressure change changes in a sine wave shape (this is due to the constant speed rotation of the motor 16 described later). Further, the correction chamber 9 includes the tank 3 through the electromagnetic valve 10 and the first pipe 11 in series.
It is connected near the opening edge of the liquid injection port 5 and is set so that gas can flow between the tank 3 and the correction chamber 9. The liquid inlet 5 of the first pipe 11 and the electromagnetic valve
A part of the space 10 is located higher than the opening edge of the liquid injection port, and is set so that the fluid 4 does not flow into the correction chamber 9 even if the liquid 4 is injected up to the opening edge of the liquid injection port 5. Has been done. Reference numeral 12 denotes a pressure sensor, which divides the reference pressure chamber 12a, the detection pressure chamber 12b, and both pressure chambers 12a and 12b, and distorts the strain plate 12c and the strain plate in proportion to the pressure difference between the pressure chambers. It is composed of a pressure sensor body 12d such as a strain gauge attached, and its reference pressure chamber 12a is communicated with the first pipe 11 in series with the cavity chamber 13 and the second pipe 14 of the fine tube, and the cavity chamber 13 and The second pipe 14 is the tank 3
It absorbs pressure fluctuations inside and constitutes an air pressure filter.
The detection pressure chamber 12b is communicated with the correction chamber 9, and the pressure sensor body 12d detects the pressure difference between the pressure chambers 12a and 12b received by the strain plate 12c and converts it into an electric signal. 15 is a disk, through hole 15
A is provided and one end of a crank 15b for reciprocating linear movement of the piston 7 is connected. The disk 15 is connected to a rotating shaft of a motor 16 described later via a reduction gear (not shown).

17は光センサで、ピストン7が最大に後退した位置で
透孔15aに対面するように設けられており、円板15の透
孔15aを検出する。18はモータ駆動制御回路で、電源投
入直後にモータ16を回転せしめるための信号の供給を後
述の演算処理回路21から受け、光センサ17の位置に円板
15の透孔15aを一致させる為の信号をモータ16に供給す
る。またモータ駆動制御回路18は後述の演算処理回路21
から前記信号とは別の信号を受けて、モータ16を一定角
速度ω0で回転駆動せしめるための駆動信号をモータ16
に供給する。19はバンドパスフィルタで、モータ16の角
速度ω0に対応する周波数成分のみを抽出して出力する
ように設定されており、圧力センサ12で発生するノイズ
成分、タンク3内の温度上昇に対応して圧力センサ12で
発生するドリフト成分等を除去する。20は振幅検出回路
で、バンドパスフィルタ19の出力を入力し、その波高値
を検出する。21は演算処理回路で、CPU(CENTRAL PROCE
SSOR UNIT)、ROM(READ ONLY MEMORY)等からなり、振
幅検出回路20の出力を入力して、次のごとき演算処理を
実行することによってタンク3内の液面位を算出し、算
出結果を表示部22に供給して表示せしめる。
An optical sensor 17 is provided so as to face the through hole 15a at a position where the piston 7 is retracted to the maximum, and detects the through hole 15a of the disc 15. Reference numeral 18 denotes a motor drive control circuit, which receives a signal for rotating the motor 16 immediately after turning on the power from an arithmetic processing circuit 21 described later, and a disc at the position of the optical sensor 17.
A signal for matching the 15 through holes 15a is supplied to the motor 16. Further, the motor drive control circuit 18 is an arithmetic processing circuit 21 described later.
A signal different from the above signal is received from the motor 16 to drive the motor 16 at a constant angular velocity ω 0.
Supply to. Reference numeral 19 denotes a bandpass filter, which is set to extract and output only the frequency component corresponding to the angular velocity ω 0 of the motor 16, and corresponds to the noise component generated in the pressure sensor 12 and the temperature rise in the tank 3. The drift component and the like generated in the pressure sensor 12 are removed. An amplitude detection circuit 20 receives the output of the bandpass filter 19 and detects its peak value. Reference numeral 21 denotes an arithmetic processing circuit, which is a CPU (CENTRAL PROCE
SSOR UNIT), ROM (READ ONLY MEMORY), etc., and inputs the output of the amplitude detection circuit 20 and executes the following arithmetic processing to calculate the liquid level in the tank 3 and display the calculation result. It is supplied to the part 22 and displayed.

次に演算処理回路21の作動を第13図に示すフローチャ
ートに基づいて説明する。
Next, the operation of the arithmetic processing circuit 21 will be described based on the flowchart shown in FIG.

第13図に於て、電源を投入すると、スタートステップ
100から初期設定ステップ101に進み、演算処理回路21を
構成するCPU等が初期設定され、かつその初期設定後所
定時間が経過するとバルブ閉成信号の出力開始ステップ
102では、バルブ10を閉成するための信号を演算処理回
路21から図示されない駆動回路を介してバルブ10に供給
する。次に係数推定ステップ103に進み、ピストン7を
複数回往復運動させることによって式(4)における係
数γP0値を推定する。すなわち、ROMに記憶された補正
室9の体積V1及びシリンダ8の最大体積変化量に対応す
る体積v0並びに圧力センサ12によって測定された補正室
9内の圧力変化幅ΔP0′(前記ピストン7の複数回の往
復運動の圧力変化幅の平均値)によってγP0を式(4)
のγP0=ΔP0′V1/v0に基づいて求める。求めた後、バ
ルブ閉成信号の出力停止ステップ104に進み、バルブ10
を開放するためにバルブ10へのバルブ閉成信号の供給が
停止され、次のタンク内空洞体積の算出ステップ105に
進み、前記係数推定ステップ103でのピストン7の往復
運動の回数よりも多い回数ピストン7を往復運動させる
ことによって、ステップ105では、前のステップ103で求
めた係数γP0、ROMに記憶されたシリンダ8の最大体積
変化量に対応する体積v0、該体積v0と同様にROMに記憶
された補正室9の体積V1及び圧力センサ12によって検出
された圧力ΔP0(前記ピストン7の複数回の往復運動の
圧力変化幅の平均値)に基づいてタンク3内空洞部分の
体積V2を求め、次の液面位算出ステップ106に進み、直
前のステップ105で求めたタンク3内空洞部分の体積V2
をROMに記憶されたタンク3の全体積VTから減算するこ
とによって液体4の体積VLを算出する。更に次の液面位
信号発生ステップ107に進み、このステップ107で表示部
22に対して液面位を表示させるための信号を演算処理回
路21から供給し、その後バルブ閉成信号の出力開始ステ
ッツプ102に戻る。その後は、上記の動作が周期的又は
非周期的に繰り返される。なおタンク内空洞体積の算出
ステップ105と液面位算出ステップ106との間には、タン
ク3内の空洞部分の体積が大きく変化した場合のキャン
セルステップ(図示せず)が設けられている。
In Fig. 13, when the power is turned on, the start step
The procedure proceeds from 100 to the initial setting step 101, and when the CPU and the like which form the arithmetic processing circuit 21 are initialized, and a predetermined time has elapsed after the initial setting, the step of outputting the valve closing signal is started.
At 102, a signal for closing the valve 10 is supplied from the arithmetic processing circuit 21 to the valve 10 via a drive circuit (not shown). Next, in the coefficient estimation step 103, the coefficient γP 0 value in the equation (4) is estimated by reciprocating the piston 7 a plurality of times. That is, the volume V 1 of the correction chamber 9 stored in the ROM and the volume v 0 corresponding to the maximum volume change amount of the cylinder 8 and the pressure change width ΔP 0 ′ in the correction chamber 9 measured by the pressure sensor 12 (the piston Γ P 0 is calculated by the equation (4) by the average value of the pressure change width of the reciprocating motions of 7 times)
ΓP 0 = ΔP 0 ′ V 1 / v 0 . After determining, proceed to step 104 of stopping output of valve closing signal, and
Supply of the valve closing signal to the valve 10 is stopped to open the valve 10, and the process proceeds to the next step 105 for calculating the cavity volume in the tank, and the number of reciprocating motions of the piston 7 in the coefficient estimating step 103 is larger than the number of reciprocating motions. by the piston 7 reciprocates, in step 105, the volume v 0 corresponding to the maximum volume change in the cylinder 8 which is stored before a coefficient GanmaP 0 determined in step 103, ROM, similarly to the said volume v 0 Based on the volume V 1 of the correction chamber 9 stored in the ROM and the pressure ΔP 0 detected by the pressure sensor 12 (the average value of the pressure change width of the reciprocating motion of the piston 7 a plurality of times), The volume V 2 is obtained, and the process proceeds to the next liquid level calculation step 106, and the volume V 2 of the hollow portion inside the tank 3 obtained in the immediately preceding step 105.
Is calculated from the total volume V T of the tank 3 stored in the ROM to calculate the volume V L of the liquid 4. Further, the process proceeds to the next liquid level signal generation step 107, in which the display unit
A signal for displaying the liquid level on 22 is supplied from the arithmetic processing circuit 21, and then the process returns to step 102 for starting the output of the valve closing signal. After that, the above operation is repeated periodically or aperiodically. A cancel step (not shown) is provided between the in-tank cavity volume calculation step 105 and the liquid level calculation step 106 when the volume of the cavity portion in the tank 3 changes significantly.

[作用] 次に、上記構成の作動を説明する。電源が投入される
と光センサ17からモータ駆動制御回路18に透孔15aを光
センサ17の位置に一致させるための信号が供給され、モ
ータ16が回転されて光センサ17の位置に円板15の透孔15
aが一致せしめられる。なおこの作動は電源投入直後か
ら所定時間内に終了させられる。その後、演算処理回路
21からバルブ10にバルブ閉成信号が供給されることによ
ってバルブ10が閉成され、更に演算処理回路21からモー
タ駆動制御回路18にモータ16の複数回の回転開始を指示
する信号が供給される。該信号が供給されるとモータ駆
動制御回路18は、モータ16を一定角速度ω0で一方向に
指示された回転数だけ回転せしめ、モータ16の回転軸に
連結された円板15が回転させられることによってクラン
ク15bを介してピストン7がシリンダ8内を往復運動
し、シリンダ8の最大体積変化量に相当する体積V1の部
分の空気を補正室9に送り込んだり、補正室9の空気を
吸い込んだりし、補正室9内の圧力を正弦波状に変化せ
しめると、圧力センサ12の検出圧力室12bの圧力は、補
正室9の圧力が伝わることによって正弦波状に変化し、
タンク3内圧力と等しい基準圧力室12aの圧力との差
が、圧力センサ本体12cによって検出され、正弦波状の
電気信号に変換される。その信号はバンドパスフィルタ
19を介して振幅検出回路20に供給され、その波高値が検
出される。検出された波高値は、演算処理回路21に供給
され平均化されることによって、係数γP0が算出され、
CPU内のレジスタ等に記憶される。その後、演算処理回
路21からバルブ10にバルブ閉成信号の供給が停止され
て、バルブ10は開放され、さらにモータ16は係数γP0
算出するときよりも多くの回数回転させられることによ
って式(2)の演算がなされ、タンク3内の液体4の体
積が算出され、その算出結果は表示部22に表示される。
以後、上記動作が繰り返され、バルブ10が閉成される毎
に係数γP0が更新されて記憶され、再度新たに液面位が
算出される。
[Operation] Next, the operation of the above configuration will be described. When the power is turned on, a signal for matching the through hole 15a with the position of the optical sensor 17 is supplied from the optical sensor 17 to the motor drive control circuit 18, the motor 16 is rotated and the disc 15 is placed at the position of the optical sensor 17. Through hole 15
a is matched. This operation is completed within a predetermined time immediately after the power is turned on. Then the arithmetic processing circuit
The valve 10 is closed by supplying a valve closing signal from the valve 21 to the valve 10. Further, the arithmetic processing circuit 21 supplies a signal for instructing the motor drive control circuit 18 to start rotating the motor 16 a plurality of times. . When the signal is supplied, the motor drive control circuit 18 causes the motor 16 to rotate at a constant angular velocity ω 0 in one direction by a designated number of rotations, and the disc 15 connected to the rotation shaft of the motor 16 is rotated. As a result, the piston 7 reciprocates in the cylinder 8 via the crank 15b, and sends the air in the volume V 1 corresponding to the maximum volume change amount of the cylinder 8 to the correction chamber 9 or sucks the air in the correction chamber 9. However, when the pressure in the correction chamber 9 is changed in a sine wave shape, the pressure in the detection pressure chamber 12b of the pressure sensor 12 changes in a sine wave shape due to the transmission of the pressure in the correction chamber 9,
The difference between the pressure in the tank 3 and the pressure in the reference pressure chamber 12a, which is equal to the pressure in the tank 3, is detected by the pressure sensor main body 12c and converted into a sinusoidal electric signal. The signal is a bandpass filter
It is supplied to the amplitude detection circuit 20 via 19 and the peak value thereof is detected. The detected peak value is supplied to the arithmetic processing circuit 21 and averaged to calculate the coefficient γP 0 ,
It is stored in a register in the CPU. After that, the supply of the valve closing signal from the arithmetic processing circuit 21 to the valve 10 is stopped, the valve 10 is opened, and the motor 16 is rotated more times than when the coefficient γ P 0 is calculated. The calculation of 2) is performed, the volume of the liquid 4 in the tank 3 is calculated, and the calculation result is displayed on the display unit 22.
Thereafter, the above operation is repeated, and the coefficient γ P 0 is updated and stored every time the valve 10 is closed, and the liquid level is newly calculated again.

[考案が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来の体積測定装置にあっ
ては、係数γP0を推定するために、タンク3と補正室9
とをバルブ10を介して連結する構成となり装置全体の形
状が大型化するという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in such a conventional volume measuring device, in order to estimate the coefficient γ P 0 , the tank 3 and the correction chamber 9
There is a problem in that the configuration is connected via the valve 10 and the overall shape of the device becomes large.

また、バルブ10に開口断面積の小さなものを用いると
流量抵抗が大きくなり、バルブ10を開口し、加圧した場
合に、補正室9とタンク3内の空洞部分とが連通した1
つの空間として見做されず、別個の空間となってしま
い、測定誤差を生じさせる原因となる問題点があり、こ
れを避けるために、ピストン7の駆動角周波数ω0を非
常に小さくすると測定時間が長くなるという問題点があ
った。そこで開口断面積の大きなバルブを用いることが
考えられるが、そうするとコストアップになるという問
題点があった。
Further, if a valve having a small opening cross-sectional area is used as the valve 10, the flow resistance becomes large, and when the valve 10 is opened and pressurized, the correction chamber 9 and the hollow portion in the tank 3 communicate with each other.
There is a problem that it is not regarded as one space and becomes a separate space, which causes a measurement error. To avoid this, if the drive angular frequency ω 0 of the piston 7 is made extremely small, the measurement time becomes longer. There was a problem that it becomes longer. Therefore, it is conceivable to use a valve having a large opening cross-sectional area, but there is a problem in that cost increases.

[課題を解決するための手段] この考案は、このような従来の問題点に着目して成さ
れたもので、例えばスピーカ、ベローズ等による体積変
化手段で仕切られるメインタンク及び補正タンクの体積
を、体積変化手段で駆動して変化せしめ、その体積変化
による圧力変動を、前記メインタンクに設けられた第1
のマイクロホンと該第1のマイクロホンより感度が低く
かつ前記補正タンクに設けられた第2のマイクロホンで
検出し、夫々の検出値のうち一方の振幅値で、他方の振
幅値を除算し、その演算結果に基づいて前記メインタン
クに収納された被測定体の体積を算出するようにした体
積測定装置を提供することにある。
[Means for Solving the Problem] The present invention has been made in view of such conventional problems. For example, the volumes of the main tank and the correction tank that are partitioned by the volume changing means such as a speaker and a bellows are controlled. The volume change means is driven to change the pressure, and the pressure fluctuation due to the change in volume is provided in the first tank provided in the main tank.
And a second microphone having a lower sensitivity than the first microphone and provided in the correction tank, and one of the detected values is divided by the other amplitude value, and the calculation is performed. It is an object of the present invention to provide a volume measuring device configured to calculate the volume of an object to be measured stored in the main tank based on the result.

[実施例] 以下に本考案の原理を第1図乃至第4図において、説
明を行なうと、30は例えば液体、粉体、粒体、異形状物
体等を収納する異形状のメインタンクであって、このメ
インタンク30には連結パイプ32を介して補正用タンク31
が連結されている。また上記異形状メインタンク30の上
部には小径の通気孔35が穿設されている。上記補正用タ
ンク31の上部には例えばピストン、スピーカー形状(以
下これをスピーカと云う)等の体積変化手段(機構)33
が設けられていて、この体積変化機構33の動作によって
補正用タンク31内の体積を変化させることができるよう
になっている。
[Embodiment] The principle of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4. Reference numeral 30 denotes a main tank having a different shape for storing liquids, powders, particles, irregularly shaped objects and the like. The correction tank 31 is connected to the main tank 30 via a connecting pipe 32.
Are connected. Further, a small-diameter vent hole 35 is formed in the upper portion of the irregularly shaped main tank 30. Above the correction tank 31, there is a volume changing means (mechanism) 33 such as a piston, a speaker shape (hereinafter referred to as a speaker), or the like.
Is provided, and the volume of the correction tank 31 can be changed by the operation of the volume changing mechanism 33.

測定原理 (1) 第1図のような連結タンクシステムを考える。
これは体積V1,V2の2種類のタンク30,31によって構成さ
れる。タンク31,30は流量抵抗r1のパイプ32によって接
続されており、タンク30の通気孔35は流量抵抗r2であ
る。双方のタンク30,31内の気体の比熱比をγ、気体定
数をR、タンク31の熱時定数をτとする。タンク31に、
ピストン、ダイヤフラム、ベローズ、スピーカ形状等を
用いた体積変化機構33を取り付け、この体積変化機構33
によって実際に発生する体積変化量をv(t)とする。
Measurement Principle (1) Consider a connected tank system as shown in FIG.
This is composed of two types of tanks 30 and 31 having volumes V 1 and V 2 . The tanks 31 and 30 are connected by a pipe 32 having a flow resistance r 1 , and the vent hole 35 of the tank 30 has a flow resistance r 2 . The specific heat ratio of the gas in both tanks 30 and 31 is γ, the gas constant is R, and the thermal time constant of the tank 31 is τ. In tank 31,
A volume changing mechanism 33 using a piston, a diaphragm, a bellows, a speaker shape, etc. is attached.
Let v (t) be the amount of volume change that actually occurs.

タンク30,31が剛体の場合、タンク30,31内気圧の加圧
又は減圧時にタンク30,31が歪まないので、ピストン、
ダイヤフラム、ベローズ等による体積変化量v0(t)と
実際に発生する体積変化量v(t)は等しい。もしタン
ク30がフレキシブルな場合、タンク30,31内気圧の加圧
又は減圧時にタンク30が歪むので、その拡張又は収縮に
よる体積変化量に応じた分だけv(t)はv0(t)より
大きく又は小さくなる。
When the tanks 30 and 31 are rigid, the tanks 30 and 31 do not distort when the internal pressure of the tanks 30 and 31 is increased or decreased.
The volume change v 0 (t) due to the diaphragm, the bellows, etc. is equal to the volume change v (t) actually generated. If the tank 30 is flexible, the tank 30 is distorted when the internal pressure of the tank 30 or 31 is increased or decreased. Therefore, v (t) is smaller than v 0 (t) by the amount corresponding to the volume change due to the expansion or contraction. Larger or smaller.

v(t)=0のとき、タンク31の中の気体の絶対圧
力、温度、モル数をそれぞれP0、T1、n1、またタンク30の
中の気体の絶対圧力、温度、モル数をそれぞれp0、T2、n2
とする。測定環境が著しく変化しない場合、通気孔35を
介してタンク31,30内外に気体が流通するのでタンク31,
30内の絶対圧力p0は外気圧と等しく、その変化は非常に
遅く、外気圧と等しく変化する。
When v (t) = 0, the absolute pressure, temperature and number of moles of the gas in the tank 31 are P 0 , T 1 and n 1 , respectively, and the absolute pressure, temperature and number of moles of the gas in the tank 30 are respectively P 0 , T 2 and n 2 respectively
And When the measurement environment does not change significantly, the gas flows in and out of the tanks 31, 30 via the ventilation holes 35, so that the tank 31,
The absolute pressure p 0 in 30 is equal to the atmospheric pressure, its change is very slow and it changes equal to the atmospheric pressure.

v(t)≠0のとき、圧力、温度、モル数も体積変化
機構33の状況に応じて変化し、 タンク31において、 圧力はp0+Δp1(t), 温度はT1+ΔT1(t), モル数はn1−Δn12(t)と変化する。
When v (t) ≠ 0, the pressure, temperature, and number of moles also change according to the situation of the volume changing mechanism 33. In the tank 31, the pressure is p 0 + Δp 1 (t), and the temperature is T 1 + ΔT 1 (t ), And the number of moles changes to n 1 −Δn 12 (t).

タンク30においては、 圧力はp0+Δp2(t), 温度はT2+ΔT2(t), モル数はn2+Δn12(t)−Δn12(t)と変化する。Δ
n12(t)はタンク31からタンク30に流れた空気のモル
数、Δn2(t)はタンク30から通気孔35を介して外部に
漏れた空気のモル数である。
In the tank 30, the pressure changes to p 0 + Δp 2 (t), the temperature changes to T 2 + ΔT 2 (t), and the number of moles changes to n 2 + Δn 12 (t) -Δn 12 (t). Δ
n 12 (t) is the number of moles of air flowing from the tank 31 to the tank 30, and Δn 2 (t) is the number of moles of air leaking from the tank 30 to the outside through the vent holes 35.

ここでこのシステムについて次の仮定を設定する。 We now set the following assumptions for this system.

1) タンク30,31内気体は理想気体である。1) The gas inside the tanks 30 and 31 is an ideal gas.

2) v(t)≪{V1,V2} 3) タンク30の熱容量は大きく、圧力変化ΔP2(t)
に伴なうタンク内温度変化は体積変化量v(t)の変化
の速さに比べ非常に遅く無視できる。
2) v (t) << {V 1 , V 2 } 3) The heat capacity of the tank 30 is large and the pressure change ΔP 2 (t)
The temperature change in the tank due to is much slower than the change speed of the volume change amount v (t) and can be ignored.

4) 体積変化量v(t)の変化の速さは、それに伴い
変化する圧力がタンク30,31内の至るところで等しい程
度とする。
4) The rate of change of the volume change amount v (t) is such that the pressure that changes with it is equal throughout the tanks 30 and 31.

5) タンク30内に被計測物体を入れても、この物体に
よりタンク30内に2つ以上の閉じたガス空間、すなわち
空洞部分が構成されない。
5) Even if an object to be measured is put in the tank 30, the object does not form two or more closed gas spaces, that is, hollow portions in the tank 30.

以上の仮定は、大きな制約となるものではない。体積
変化量v(t)に対するΔp1(t)、Δp2(t)、ΔT1
(t)、ΔT2(t)、Δn12(t)、Δn2(t)の変化
は本来、非線形方程式で表されるが、仮定2)よりその
大きさはp0、T1、T2、n1、n2に対して非常に小さく、そのた
め線形方程式で近似できる。静的状態においてタンク3
0,31内の気体の圧力、温度、モル数の関係は次の代数方
程式で表される。
The above assumptions are not a major constraint. Δp 1 (t), Δp 2 (t), ΔT 1 with respect to the volume change amount v (t)
The changes in (t), ΔT 2 (t), Δn 12 (t), and Δn 2 (t) are originally represented by a non-linear equation, but their magnitudes are p 0 , T 1 , T 2 according to Assumption 2). , N 1 and n 2 are very small, so they can be approximated by linear equations. Tank 3 in static state
The relationship among the pressure, temperature, and number of moles of the gas in 0,31 is expressed by the following algebraic equation.

p0V1=n1RT1,p0V2=n2RT2 (1a) また仮定1),3),4),5)より、動的状態においては
タンク30,31内の気体の圧力、温度、モル数の関係は、
次の線形常微分方程式で表される。
p 0 V 1 = n 1 RT 1 , p 0 V 2 = n 2 RT 2 (1a) Moreover, from the assumptions 1), 3), 4) and 5), the gas in the tanks 30 and 31 in the dynamic state is The relationship between pressure, temperature and number of moles is
It is expressed by the following linear ordinary differential equation.

流量抵抗r、上式においてはr1,r2はパイプ32の長さ
lと直径dより次の式のように求められる。
The flow rate resistance r, r 1 and r 2 in the above equation, is calculated from the length 1 and the diameter d of the pipe 32 by the following equation.

この式は長さlが50〜650[mm]、直径dが2.0〜9.0[m
m]のアルミ製パイプを用いて実験的に求めたものであ
る。
This formula has a length 1 of 50 to 650 [mm] and a diameter d of 2.0 to 9.0 [m
m] was obtained experimentally using an aluminum pipe.

また、体積変化v(t)は次のように表される。 The volume change v (t) is expressed as follows.

v(t)=vo(t)−Δv(t) (1h) ΔVはタンクの材質、形状、容積等から定まるタンク固
有の定数であり、Δv(t)は体積変化機構33の体積変
化量v0(t)の変化に伴うタンク30の拡張又は収縮によ
る体積変化量である。
v (t) = vo (t) -Δv (t) (1h) ΔV is a constant peculiar to the tank determined by the material, shape, volume, etc. of the tank, and Δv (t) is the volume change due to expansion or contraction of the tank 30 accompanying the change in the volume change amount v 0 (t) of the volume change mechanism 33. Is the amount.

式(1a)〜(1i)にラプラス変換を施し、入力v
(t)から出力Δp1(t)までの伝達関数を求めると次
のようになる。
Laplace transform is applied to equations (1a) to (1i) and input v
The transfer function from (t) to the output Δp 1 (t) is calculated as follows.

となる。係数r2V2/RT2,r1V2/RT2,r1V1/RT1,r1V2/RT
1は、圧力変化の時定数である。例えばr2V2/RT2はタン
ク30における空洞部分の絶対温度T2の気体が流量抵抗r2
の通気孔35を介してタンク30外に流れるときの圧力減衰
の時定数である。補正係数k2(s,r1,r2,V1,V2)は、メイ
ンタンク30の容積V2により変化するが、第2図に示され
るk2(s,r1,r2,V1,V2)の周波数特性において、適当な周
波数、例えば区間Aの4×10-4〜10-3Hzの周波数を選ぶ
ことにより近似的に定数と見做せる。
Becomes Coefficient r 2 V 2 / RT 2 , r 1 V 2 / RT 2 , r 1 V 1 / RT 1 , r 1 V 2 / RT
1 is the time constant of pressure change. For example r 2 V 2 / RT 2 is flow gas absolute temperature T 2 of the hollow portion in the tank 30 the resistance r 2
Is a time constant of pressure decay when flowing out of the tank 30 through the vent hole 35 of the. The correction coefficient k 2 (s, r 1 , r 2 , V 1 , V 2 ) varies depending on the volume V 2 of the main tank 30, but k 2 (s, r 1 , r 2 , In the frequency characteristics of V 1 and V 2 ), it can be approximately regarded as a constant by selecting an appropriate frequency, for example, a frequency of 4 × 10 -4 to 10 -3 Hz in the section A.

r1<<<r2(r2は空気等の通気孔35の流量抵抗)で熱
時定数τとr2{V1+MinV2}/RT2が同程度の値なら次の
ような角周波数が存在する。
If r 1 <<< r 2 (r 2 is the flow resistance of air vent 35) and thermal time constant τ and r 2 {V 1 + MinV 2 } / RT 2 are similar, the angle There is a frequency.

この条件において補正係数k2(s,r1,r2,V1,V2)は次の
ように近似される。
Under this condition, the correction coefficient k 2 (s, r 1 , r 2 , V 1 , V 2 ) is approximated as follows.

|k2(iω,r1,r2,V1,V2)|≒1 ∠k2(iω,r1,r2,V1,V2)=0 (2d) ゆえに、式(2c)の条件を満たす場合、入力v(t)か
ら出力Δp1(t)までの伝達関数は γp0/(V1+V2+ΔV)となる。
| K 2 (iω, r 1 , r 2 , V 1 , V 2 ) | ≈1 ∠k 2 (iω, r 1 , r 2 , V 1 , V 2 ) = 0 (2d) Therefore, the formula (2c) When the condition of is satisfied, the transfer function from the input v (t) to the output Δp 1 (t) is γp 0 / (V 1 + V 2 + ΔV).

なお、体積変化機構33が角周波数ω0で正弦波状に駆
動される場合、 が満たされていれば、パイプ32が閉塞されている状態と
同等と考えられる。
When the volume changing mechanism 33 is driven in a sine wave shape at the angular frequency ω 0 , Is satisfied, it is considered to be equivalent to the state where the pipe 32 is closed.

即ち であればよい。That is Should be fine.

(2) 次に第3図のような単一タンクシステムを考え
る。これは第1図のタンク31,30の間を結合するパイプ3
2の断面積を非常に大きくしたもので、これによりパイ
プ32の流量抵抗r1の値が非常に小さくなる場合に相当す
る。これより、第3図のv(t)からΔP2(t)までの
伝達関数は式(2a)においてr1→0、T2=T1、Δp2=Δ
P1、V2′=V1+V2としたものであり、次のようになる。
(2) Next, consider a single tank system as shown in FIG. This is a pipe 3 that connects the tanks 31 and 30 in FIG.
The cross-sectional area of 2 is made very large, which corresponds to the case where the value of the flow resistance r 1 of the pipe 32 becomes very small. From this, the transfer function from v (t) to ΔP 2 (t) in FIG. 3 is r 1 → 0, T 2 = T 1 , Δp 2 = Δ in the equation (2a).
P 1 and V 2 ′ = V 1 + V 2 are set as follows.

ここで、 となる。次のような角周波数ωを考える。 here, Becomes Consider the following angular frequency ω.

例えば第4図の周波数特性においてAに示す10-3Hz以上
の周波数である。このような周波数に設定することによ
り補正係数k1(iω,r2,V3′)は次のように近似され
る。
For example, it is a frequency of 10 −3 Hz or more shown by A in the frequency characteristic of FIG. By setting such a frequency, the correction coefficient k 1 (iω, r 2 , V 3 ′) is approximated as follows.

|k1(iω,r2,V1,V3′)|≒1, k1(iω,r2,V3′)=0 (2i) このとき、伝達関数はγp0/(V2′+ΔV)となる。│k 1 (iω, r 2 , V 1 , V 3 ′) │≈ 1, k 1 (iω, r 2 , V 3 ′) = 0 (2i) At this time, the transfer function is γp 0 / (V 2 ′) + ΔV).

次に本考案の実施例を第5図(A)に基づいて説明す
る。同図において33はスピーカ(体積変化手段)であ
り、この体積変化手段によりメインタンク30と補正タン
ク31が仕切られるように構成されている。さらにそのメ
インタンク30側にはコンデンサマイクロホン(第1のマ
イクロホン)34bが設けられ、また補正タンク31側には
上記第1のマイクロホンより感度が低いダイナミックマ
イクロホン(第2のマイクロホン)34aが設けられてい
る。すなわちメインタンク30内の圧力を検出するマイク
ロホンの感度と、補正タンク31内の圧力を検出するため
のマイクロホンの感度を等しくすると、双方タンク内の
圧力検出時において、補正タンク内の圧力が、メインタ
ンク内の圧力よりも大きくなるので、補正タンク31側の
マイクロホンによる検出信号が飽和したりして検出不能
となることがあるので、本願実施例では上記のように、
第2のマイクロホンの感度を第1のマイクロホンの感度
よりも低下させている。(なお第2のマイクロホンはコ
ンデンサマイクロホンの受信面にテープ等を貼着して、
ダイナミックマイクロホンと同等の感度を持たせて構成
してもよい。)またスピーカ33は、ケース50内にコーン
53を上向きに取付けられ、そのコーン53の下側のケース
50内空間で補正用タンク31を形成し、コーン53の上側の
ケース50内空間はメインタンク30の空洞部の一部を形成
し、該空洞部は大径の連結パイプ51及び金網52を直列に
介してメインタンク30内の空洞部に結合されており、ス
ピーカ33が駆動された場合に、該連結パイプ51と金網52
との流量抵抗の影響がないようにそのパイプ51径、目の
粗さ等が選択されている。またスピーカ33のケース50へ
の取付基部には、メインタンク30内の静圧と補正用タン
ク31内の静圧とを一致せしめるための貫通孔47(流量抵
抗r1)が設けられている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 33 is a speaker (volume changing means), and the volume changing means partitions the main tank 30 and the correction tank 31. Further, a condenser microphone (first microphone) 34b is provided on the main tank 30 side, and a dynamic microphone (second microphone) 34a having a lower sensitivity than the first microphone is provided on the correction tank 31 side. There is. That is, if the sensitivity of the microphone for detecting the pressure in the main tank 30 and the sensitivity of the microphone for detecting the pressure in the correction tank 31 are made equal, the pressure in the correction tank is Since it becomes larger than the pressure in the tank, the detection signal by the microphone on the correction tank 31 side may become saturated or undetectable, so in the present embodiment, as described above,
The sensitivity of the second microphone is lower than that of the first microphone. (For the second microphone, attach tape etc. to the receiving surface of the condenser microphone,
The sensitivity may be the same as that of the dynamic microphone. ) Also, the speaker 33 has a cone inside the case 50.
53 mounted upwards, case below cone 53
The correction tank 31 is formed in the inner space of 50, and the inner space of the case 50 above the cone 53 forms a part of the hollow portion of the main tank 30, and the hollow portion connects the large-diameter connecting pipe 51 and the wire mesh 52 in series. Is connected to the cavity in the main tank 30 via the connecting pipe 51 and the wire mesh 52 when the speaker 33 is driven.
The diameter of the pipe 51, the roughness of the mesh, etc. are selected so as not to be affected by the flow resistance of the pipe. A through hole 47 (flow rate resistance r 1 ) for matching the static pressure in the main tank 30 with the static pressure in the correction tank 31 is provided in the base of the speaker 33 attached to the case 50.

なお、上記金網52を設けている理由は液体のシュロッ
シングによる液体のしぶきがケース50内に連結パイプ51
を介して入り込むのを防止するためのものである。
The reason why the wire net 52 is provided is that liquid splash due to liquid shattering causes the connecting pipe 51 in the case 50.
It is for preventing the entry through the.

また前記スピーカ33は、所定の角周波数ω0で駆動す
る。この場合第3図に示す単一タンクシステムの理論が
適用される。
Further, the speaker 33 is driven at a predetermined angular frequency ω 0 . In this case, the theory of the single tank system shown in FIG. 3 is applied.

ここで補正タンク31の容積をV1(V2はケース50内のス
ピーカ33のコーン上側の空間の容積も含む)、メインタ
ンク30内の気体の体積をV2、メインタンク30内の液体の
体積をVL、補正タンク31とメインタンク30の容積の和を
VTとする。
Here, the volume of the correction tank 31 is V 1 (V 2 also includes the volume of the space above the cone of the speaker 33 in the case 50), the volume of gas in the main tank 30 is V 2 , and the volume of the liquid in the main tank 30 is The volume is V L , and the sum of the volumes of the correction tank 31 and the main tank 30 is
Let V T.

補正タンク31の圧力変化Δp1(t)は式(2h)を満た
す角周波数ωHを用いると、 となる。また、メインタンク30を剛体、すなわちΔV=
0とし、角周波数ωLが式(2c)を満たすとき、Δp
1(t)は次のようになる。
For the pressure change Δp 1 (t) of the correction tank 31, if the angular frequency ω H that satisfies the equation (2h) is used, Becomes In addition, the main tank 30 is a rigid body, that is, ΔV =
0 and the angular frequency ω L satisfies equation (2c), Δp
1 (t) is as follows.

またv(t)を角周波数ωLで駆動したときの補正タ
ンク側のΔp1′(t)の振幅を測定すると、 ここで体積変化機構33を、圧力変化が正弦波になるよ
うに駆動した場合の補正タンク31の圧力変化の振幅値を
A1,メインタンク30の圧力変化の振幅値をA2とすると、
これらの振幅値の比は式(3a),(3b)より となる。
Further, when the amplitude of Δp 1 ′ (t) on the correction tank side when v (t) is driven at the angular frequency ω L is measured, Here, the amplitude value of the pressure change of the correction tank 31 when the volume change mechanism 33 is driven so that the pressure change becomes a sine wave,
If A 1 and the amplitude value of the pressure change of the main tank 30 are A 2 ,
The ratio of these amplitude values is calculated from equations (3a) and (3b) Becomes

これより となり、メインタンク30内に収納された液体の体積VLとなる。Than this And the volume V L of the liquid stored in the main tank 30 is Becomes

なお、 ΔVは予め実験により求めておくものとする。In addition, ΔV is to be obtained in advance by an experiment.

次に上記原理に基づいて本発明による具体的実施例の
説明をする。
Next, a specific embodiment according to the present invention will be described based on the above principle.

第5図(A)は、補正タンク31とメインタンク30との
間にスピーカ(体積変化機構)33を置いたもので、ま
た、メインタンク30と補正タンク31の静圧を等しくする
ため、両タンク31,30間が貫通孔47で連通されている。
FIG. 5 (A) shows a speaker (volume change mechanism) 33 placed between the correction tank 31 and the main tank 30, and in order to make the static pressures of the main tank 30 and the correction tank 31 equal, The tanks 31 and 30 are connected by a through hole 47.

ここでこの貫通孔47の圧力伝達の時定数は、スピーカ
33による補正タンク31の圧力変化の時定数よりも十分大
きいので、スピーカ33を駆動し、v0sinω0tの関数で示
されるような体積変化を補正タンク31及びメインタンク
30に与えると、すなわちメインタンク30及び補正タンク
31の双方に単一タンクシステムの原理が適応される。
(なお、連通管51及び金網52による圧力損失は無視でき
るものとする。)そこで V(t)=v0sinω0t (4a) とすると、補正タンク31の圧力変化ΔP1(t)は、 となり、上式において角の周波数ω0が(2c)を満たす
場合、 となる。ΔP2(t)は次のようになる。
Here, the time constant of pressure transmission of this through hole 47 is
Since the time constant of the pressure change of the correction tank 31 due to 33 is sufficiently larger, the speaker 33 is driven and the volume change as shown by the function of v 0 sin ω 0 t is corrected by the correction tank 31 and the main tank.
Given to 30, namely the main tank 30 and the correction tank
The principle of the single tank system is applied to both 31.
(Note that the pressure loss due to the communication pipe 51 and the wire net 52 can be ignored.) Therefore, if V (t) = v 0 sinω 0 t (4a), the pressure change ΔP 1 (t) in the correction tank 31 is If the angular frequency ω 0 satisfies (2c) in the above equation, Becomes ΔP 2 (t) is as follows.

ここで上式において、メインタンク30が剛体の場合、
補正タンク31と同様に角周波数ω0が式(2c)を満たす
場合、 となる。
Here, in the above formula, when the main tank 30 is a rigid body,
Similar to the correction tank 31, when the angular frequency ω 0 satisfies the formula (2c), Becomes

すなわち、スピーカ33によって、イメンタンク30と補
正タンク31の夫々の体積がv0sinω0tだけ角周波数ω0
で規則的に変動すると、メインタンク30内と補正タンク
31内の夫々の圧力変動は夫々のタンク30,31に取付けら
れたダイナミックマイクロホン34a,コンデンサマイクロ
ホン34bによって検出され、メインタンク30の圧力変動
を検出したコンデンサマイクロホン34bの出力は、ゲイ
ン1(dB)、中心角周波数ω0のバンドパスフィルタ37b
によって角周波数ω0の信号成分を抽出され、その後、
第2の振幅検出器39bに供給され、 が検出され出力される。また補正タンク31の圧力変動を
検出したダイナミックマイクロホン34aの出力は、ゲイ
ンV1、中心角周波数ω0のバンドパスフィルタ37aによっ
て角周波数ω0の信号成分のみがV1倍されて抽出され、
その後第1の振幅検出器39aに供給され、γP0v0が検出
され出力される。その後、第1の振幅検出器39aからの
出力γP0v0は、第2の振幅検出器39bからの出力 で割算器40によって除算され、メインタンク30の空洞部
分の体積V2が算出され、その演算結果は、引算器41に供
給され、設定されたメインタンク30の全容積VTから引算
され、その結果、メインタンク30内に収納された液体等
の体積VLが算出される。
In other words, the volume of each of the image tank 30 and the correction tank 31 is increased by the speaker 33 by the angular frequency ω 0 by v 0 sinω 0 t.
If it fluctuates regularly in the main tank 30 and the correction tank
The respective pressure fluctuations in 31 are detected by the dynamic microphone 34a and the condenser microphone 34b attached to the respective tanks 30, 31, and the output of the condenser microphone 34b, which detects the pressure fluctuations in the main tank 30, has a gain of 1 (dB). , Bandpass filter 37b with central angular frequency ω 0
The signal component of angular frequency ω 0 is extracted by
Is supplied to the second amplitude detector 39b, Is detected and output. Further, the output of the dynamic microphone 34a that has detected the pressure fluctuation of the correction tank 31 is extracted by multiplying V 1 by only the signal component of the angular frequency ω 0 by the bandpass filter 37a having the gain V 1 and the central angular frequency ω 0 ,
After that, it is supplied to the first amplitude detector 39a, and γP 0 v 0 is detected and output. After that, the output γP 0 v 0 from the first amplitude detector 39a is output from the second amplitude detector 39b. The volume V 2 of the hollow portion of the main tank 30 is calculated by dividing by the divider 40, and the calculation result is supplied to the subtractor 41 and subtracted from the set total volume V T of the main tank 30. As a result, the volume VL of the liquid or the like stored in the main tank 30 is calculated.

第5図(c)に示す実施例は、メインタンク30が大幅
に傾斜したとき、そのメインタンク30内の液が連通パイ
プ51を経てケース50内方へ流動することを防止するため
に、金網52の内側で受け止められるボール弁54を設けた
ものである。従って、この実施例によればメインタンク
30が大幅に傾斜すればボール弁54が連通パイプ51の開口
部を閉塞するのでケース50内への液流通が有効に阻止で
きる。
In the embodiment shown in FIG. 5 (c), in order to prevent the liquid in the main tank 30 from flowing into the case 50 through the communication pipe 51 when the main tank 30 is largely inclined, A ball valve 54 that can be received inside 52 is provided. Therefore, according to this embodiment, the main tank
If 30 is significantly inclined, the ball valve 54 closes the opening of the communication pipe 51, so that the liquid flow into the case 50 can be effectively prevented.

次にその作用を説明する。 Next, the operation will be described.

スピーカ33がv0sinω0tで駆動されるとダイナミック
マイクロホン34aによって補正タンク31内の圧力変動が
検出され、それに対応する電気信号の実効値が第1の振
幅検出回路38からγP0v0として出力され、またコンデン
サマイクロホン34bによってメインタンク30内の圧力変
動が検出され、それに対応する電気信号の実効値が第2
の振幅検出回路39から として出力され、それら2つの出力信号が割算器40に供
給され、メインタンク30内の空洞部分が算出され、さら
に引算器41でメインタンク30の全容積に対応する基準値
VTから引いて、その値をメインタンク30内の収容物の体
積VLとして算出する。
When the speaker 33 is driven by v 0 sin ω 0 t, the dynamic microphone 34a detects the pressure fluctuation in the correction tank 31, and the effective value of the electric signal corresponding thereto is output from the first amplitude detection circuit 38 as γP 0 v 0. The pressure fluctuation in the main tank 30 is detected by the condenser microphone 34b, and the effective value of the electric signal corresponding thereto is detected by the second value.
From the amplitude detection circuit 39 of , The two output signals are supplied to the divider 40, the cavity inside the main tank 30 is calculated, and the subtracter 41 further calculates the reference value corresponding to the total volume of the main tank 30.
Subtracting from V T , the value is calculated as the volume V L of the contents in the main tank 30.

また、メインタンク30内の空洞部分の体積V2を変動せ
しめる周波数は第6図に示されるように自動車の運転時
に伴う振動によってもたらされる圧力ノイズの周波数ス
ペクトルの分布の状況から1〜15Hz及び20Hz以上を選択
範囲として設定できる。
Further, the frequency for varying the volume V 2 of the hollow portion in the main tank 30 is 1 to 15 Hz and 20 Hz depending on the distribution of the frequency spectrum of the pressure noise caused by the vibration accompanying the driving of the vehicle as shown in FIG. The above can be set as a selection range.

また第7図には、エンジンからメインタンク30にリタ
ーンされるガソリンの熱による圧力変動が細線(イ)で
示され、タンク壁面の振動及びガソリンのスロッシュイ
ングによる圧力変動が太線(ロ)で示されているので、
例えばメインタンク30の一定周波数での体積変動による
スペクトルの大きさがAの場合を考えると、前記メイン
タンク30内の空洞部分の体積V2を変動せしめる周波数
は、1〜25Hz及び30Hz以上を選択範囲として設定でき
る。
Further, in FIG. 7, the pressure fluctuation due to the heat of the gasoline returned from the engine to the main tank 30 is shown by the thin line (a), and the pressure fluctuation due to the vibration of the tank wall and the gasoline sloshing is shown by the thick line (b). As shown,
For example, considering the case where the magnitude of the spectrum due to the volume variation at a constant frequency of the main tank 30 is A, the frequencies for varying the volume V 2 of the hollow portion in the main tank 30 are selected to be 1 to 25 Hz and 30 Hz or more. Can be set as a range.

以上からメインタンク30内の空洞部分の体積V2を変動
せしめる周波数は、1〜15Hz及び30Hz以上の範囲に設定
すれば、よいS/N比の信号を得ることができる。
From the above, if the frequency for varying the volume V 2 of the hollow portion in the main tank 30 is set in the range of 1 to 15 Hz and 30 Hz or higher, a signal with a good S / N ratio can be obtained.

上記本考案の角実施例において、メインタンク30内に
燃料を注入したときのタンク内体積を測定した結果、第
8図に示す如く、測定原器で測定した液体量と略一致
し、精度の高い体積測定がなされた。
In the above-described embodiment of the present invention, as a result of measuring the tank internal volume when the fuel was injected into the main tank 30, as shown in FIG. High volumetric measurements were made.

[考案の効果] 以上説明したように、この考案は、その構成を一端部
に開口部49が形成され、メインタンク30内に収納される
ケース50と、該ケース内50に収納されて該ケース内空洞
部を前記開口部を有する空洞部と開口部を有しない空洞
部とに2分割し、開口部を有しない空洞部を補正用タン
ク31とする体積変化手段33と、該体積変化手段33によっ
て隔設された2つの空洞部の静的圧力を常時一致せしめ
るための貫通孔47と、前記ケースに形成された開口部49
と前記メインタンク30の上壁面との間に形成されて、該
開口部49に連通する側の前記ケース内空洞部の静的及び
動的圧力を、前記メインタンク30内空洞部の圧力に一致
せしめる連通手段51と、前記メインタンク30内の圧力変
動を検出する第1のマイクロホン34bと、該第1のマイ
クロホンより感度が低くかつ前記補正タンク31内の圧力
変動を検出する第2のマイクロホン34aと、前記第1の
マイクロホンの検出信号の振幅値を検出する第1の振幅
検出回路39aと、前記第2のマイクロホンの検出信号を
検出する第2の振幅検出回路39bと、該第2の振幅検出
回路の出力を前記第1の振幅検出回路39bの出力で除算
する割算器40とを備え、該割算器の出力に基づいて前記
メインタンクに収納された被測定体の体積を測定するこ
とができるようにしたものであるから、この考案によれ
ば、補正タンクとメインタンクの静圧が等しく、タンク
内外の気圧差による影響は全く受けない。従って、タン
ク内外の気圧差が大きく変動する航空機、自動車燃料
計、高圧プロセスタンク等に適し、連続計測(同時計
測)が可能となると共に、タンク内外の気圧差に抗した
力で体積変化機構を駆動する必要がない。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the configuration is such that the opening 49 is formed at one end and the case 50 is housed in the main tank 30, and the case 50 is housed in the case 50. Volume changing means 33, which divides the inner hollow portion into a hollow portion having the opening portion and a hollow portion having no opening portion, and uses the hollow portion having no opening portion as a correction tank 31, and the volume changing means 33. Through-hole 47 for always matching the static pressures of the two cavities separated by the space, and the opening 49 formed in the case.
And the upper wall surface of the main tank 30, the static and dynamic pressure of the cavity in the case on the side communicating with the opening 49 is matched with the pressure of the cavity in the main tank 30. Communication means 51, a first microphone 34b for detecting a pressure fluctuation in the main tank 30, and a second microphone 34a having a lower sensitivity than the first microphone and detecting a pressure fluctuation in the correction tank 31. A first amplitude detection circuit 39a for detecting the amplitude value of the detection signal of the first microphone, a second amplitude detection circuit 39b for detecting the detection signal of the second microphone, and the second amplitude And a divider 40 that divides the output of the detection circuit by the output of the first amplitude detection circuit 39b, and measures the volume of the measured object stored in the main tank based on the output of the divider. Is something that can Et al., According to this invention, equal static pressure compensation tank and the main tank, receives no affected by pressure difference between the tank and out. Therefore, it is suitable for aircraft, automobile fuel gauges, high-pressure process tanks, etc. where the pressure difference between the inside and outside of the tank fluctuates greatly, and continuous measurement (simultaneous measurement) is possible. No need to drive.

また本考案では、メインタンク内部で補正タンクを一
体構造とすることができるので、タンク外部の温度(気
温)に対する環境条件、測定条件を同一に保たせること
ができ、これによって精度の高い体積測定を行なうこと
が可能である。また本考案では、補正タンク31内の圧力
変動を検出する第2のマイクロホン34aの感度を、メイ
ンタンク30内の圧力変動を検出する第1のマイクロホン
34bの感度よりも低い感度となっていることから、メイ
ンタンク30内及び補正タンク31内の圧力変動を適格に検
出することができるという作用効果を有する。さらには
メインタンクの外側に補正タンクによる凸部が生じない
のでこの体積測定装置の取付作業性が高められる。さら
には本願考案では、圧力変動を検出するための手段とし
て、マイクロホンを用いているのできわめて経済的(安
価)な体積測定装置を提供することができる効果があ
る。
Further, in the present invention, since the correction tank can be integrally formed inside the main tank, it is possible to maintain the same environmental conditions and measurement conditions with respect to the temperature (temperature) outside the tank, which enables highly accurate volume measurement. It is possible to Further, in the present invention, the sensitivity of the second microphone 34a for detecting the pressure fluctuation in the correction tank 31 is set to the sensitivity of the first microphone 34a for detecting the pressure fluctuation in the main tank 30.
Since the sensitivity is lower than that of 34b, the pressure fluctuations in the main tank 30 and the correction tank 31 can be properly detected. Furthermore, since the convex portion due to the correction tank does not occur outside the main tank, the workability of mounting the volume measuring device is improved. Further, in the present invention, since the microphone is used as the means for detecting the pressure fluctuation, there is an effect that it is possible to provide a very economical (inexpensive) volume measuring device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の原理説明図、第2図は第1図において
体積変化機構の駆動周波数とタンク内の収納物体積とを
変化させたときの伝達関数の係数k2の変化状態を示す特
性図、第3図は本考案を説明するための原理説明図、第
4図は、第3図において体積変化機構の駆動周波数とタ
ンク30内の収納物体積とを変化させたときの伝達関数の
係数k1の変化状態を示す特性図、第5図(A)は本考案
の第1実施例を示した構造説明図、第5図(B)は同上
実施例によるシステム説明図、第5図(C)は本考案の
第2実施例を示した構造説明図、第6図は車両運転時の
リターン燃料熱による圧力変動の周波数スペクトル図、
第7図は運転時におけるリターン燃料の熱変動による圧
力変動と、液体揺動とタンク壁面の振動とによる圧力変
動の周波数スペクトル図、第8図は第5図による実施例
の体積測定値、第9図乃至第13図は従来例の説明図であ
る。 30……メインタンク、31……補正用タンク 32……連結パイプ 33……スピーカ(体積変化機構) 34a……第2のマイクロホン 34b……第1のマイクロホン 35……通気孔 36,37a,37b……バンドパスフィルタ 38,39……振幅検出器 40……割算器、41……引算器 42……増幅器、43……微分回路 44……増幅器、45……ローパスフィタ 46……増幅器、47……パイプ 47a……オリフィス、48……防波板 49……開口部、50……ケース 51……連結パイプ、52……金網 53……コーン、54……ボール弁
FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the present invention, and FIG. 2 shows a changing state of the coefficient k 2 of the transfer function when the drive frequency of the volume changing mechanism and the volume of the stored items in the tank are changed in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram, FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle for explaining the present invention, and FIG. 4 is a transfer function when the drive frequency of the volume changing mechanism and the volume of the contents stored in the tank 30 are changed in FIG. characteristic diagram showing a change in state of the coefficient k 1 of FIG. 5 (a) is structural schematic diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 5 (B) is a system diagram according to according to the exemplary embodiment, the fifth FIG. 6C is a structural explanatory view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a frequency spectrum diagram of pressure fluctuation due to return fuel heat during vehicle operation,
FIG. 7 is a frequency spectrum diagram of pressure fluctuation due to heat fluctuation of return fuel during operation, and pressure fluctuation due to liquid fluctuation and vibration of tank wall surface. FIG. 8 is a volume measurement value of the embodiment according to FIG. 9 to 13 are explanatory views of a conventional example. 30 …… Main tank, 31 …… Compensation tank 32 …… Connection pipe 33 …… Speaker (volume change mechanism) 34a …… Second microphone 34b …… First microphone 35 …… Vent holes 36,37a, 37b ...... Band pass filter 38,39 …… Amplitude detector 40 …… Divider, 41 …… Subtractor 42 …… Amplifier, 43 …… Differentiation circuit 44 …… Amplifier, 45 …… Low pass filter 46 …… Amplifier , 47 ... Pipe 47a ... Orifice, 48 ... Wave plate 49 ... Opening, 50 ... Case 51 ... Connecting pipe, 52 ... Wire mesh 53 ... Cone, 54 ... Ball valve

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of utility model registration request] 【請求項1】一端部に開口部(49)が形成され、メイン
タンク(30)内に収納されるケース(50)と、該ケース
内(50)に収納されて該ケース内空洞部を前記開口部を
有する空洞部と開口部を有しない空洞部とに2分割し、
開口部を有しない空洞部を補正用タンク(31)とする体
積変化手段(33)と、該体積変化手段(33)によって隔
設された2つの空洞部の静的圧力を常時一致せしめるた
めの貫通孔(47)と、前記ケースに形成された開口部
(49)と前記メインタンク(30)の上壁面との間に形成
されて、該開口部(49)に連通する側の前記ケース内空
洞部の静的及び動的圧力を、前記メインタンク(30)内
空洞部の圧力に一致せしめる連通手段(51)と、前記空
洞部内に対応して設けられて、前記メインタンク(30)
内の圧力変動を検出する第1のマイクロホン(34b)
と、第1のマイクロホンより感度が低く、かつ前記補正
タンク内部に対応して設けられて前記補正タンク(31)
内の圧力変動を検出する第2のマイクロホン(34a)
と、前記第1のマイクロホンの検出信号の振幅値を検出
する第1の振幅検出回路(39a)と、前記第2のマイク
ロホンの検出信号を検出する第2の振幅検出回路(39
b)と、該第2の振幅検出回路の出力を前記第1の振幅
検出回路(39b)の出力で除算する割算器(40)とを備
え、該割算器の出力に基づいて前記メインタンクに収納
された被測定体の体積を測定することを特徴とする体積
測定装置。
1. A case (50) having an opening (49) formed at one end and housed in a main tank (30), and a cavity (50) housed in the case (50). Divide into a cavity having an opening and a cavity not having an opening,
A volume changing means (33) having a cavity having no opening as a correction tank (31) and a static pressure of two cavities separated by the volume changing means (33) are always made to coincide with each other. In the case, which is formed between the through hole (47) and the opening (49) formed in the case and the upper wall surface of the main tank (30) and communicates with the opening (49). A communication means (51) for matching the static and dynamic pressures of the cavity with the pressure of the cavity in the main tank (30) and the main tank (30) provided in correspondence with the cavity.
First microphone (34b) for detecting internal pressure fluctuations
The sensitivity of the correction tank is lower than that of the first microphone, and the correction tank (31) is provided inside the correction tank.
Second microphone (34a) for detecting internal pressure fluctuations
A first amplitude detection circuit (39a) for detecting the amplitude value of the detection signal of the first microphone, and a second amplitude detection circuit (39a) for detecting the detection signal of the second microphone.
b) and a divider (40) for dividing the output of the second amplitude detection circuit by the output of the first amplitude detection circuit (39b), and the main circuit based on the output of the divider. A volume measuring device for measuring the volume of an object to be measured stored in a tank.
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