JP2783684B2 - 充填状態測定装置 - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
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- B06B1/0674—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a low impedance backing, e.g. air
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、ケーシングによって囲繞された、交互に、
送信パルスを送信するための送信変換器および充填物の
表面で反射されたエコーパルスの受信変換器として作動
される超音波変換器および該変換器の励振のための電気
回路を備えた、容器内の充填状態または貯溜場所での充
填物の貯溜高さを測定するための充填状態測定装置に関
する。
送信パルスを送信するための送信変換器および充填物の
表面で反射されたエコーパルスの受信変換器として作動
される超音波変換器および該変換器の励振のための電気
回路を備えた、容器内の充填状態または貯溜場所での充
填物の貯溜高さを測定するための充填状態測定装置に関
する。
この形式の充填状態測定装置は、プロセスの監視、例
えば容器または貯溜場所の充填高さまたはプロセスのシ
ーケンス上必要な類似の測定値の検出の際にしばしば使
用される。その際、充填高さ、すなわち容器の内容また
は貯溜場所の貯溜高さは、音波パルスが超音波変換器の
振動板から、反射面として作用する、充填物の表面に至
りかつ変換器に戻るまでの走行時間から求められる。
えば容器または貯溜場所の充填高さまたはプロセスのシ
ーケンス上必要な類似の測定値の検出の際にしばしば使
用される。その際、充填高さ、すなわち容器の内容また
は貯溜場所の貯溜高さは、音波パルスが超音波変換器の
振動板から、反射面として作用する、充填物の表面に至
りかつ変換器に戻るまでの走行時間から求められる。
送信パルスを発生するために、ケーシングによって囲
繞されている超音波変換器は、圧電結晶を有しており、
この圧電結晶が、電気回路から形成されている送信パル
ス発生器によって超音波の周波数を有する振動を発生す
るように励振される。この従来の技術によれば、変換器
の振動板の方を向いている側において、圧電結晶の端面
および套面（周面）の短い部分が、合成樹脂層によって
被覆されている。この合成樹脂層は、結晶のセラミック
材料の音波インピーダンスの、音波パルスを放射すべき
媒体の音響インピーダンスに対する整合のために用いら
れる。
繞されている超音波変換器は、圧電結晶を有しており、
この圧電結晶が、電気回路から形成されている送信パル
ス発生器によって超音波の周波数を有する振動を発生す
るように励振される。この従来の技術によれば、変換器
の振動板の方を向いている側において、圧電結晶の端面
および套面（周面）の短い部分が、合成樹脂層によって
被覆されている。この合成樹脂層は、結晶のセラミック
材料の音波インピーダンスの、音波パルスを放射すべき
媒体の音響インピーダンスに対する整合のために用いら
れる。
振動板とは反対の方の側において、合成樹脂から成る
減衰層が、ケーシング内室の残りの部分を充填してい
る。その際この合成樹脂は圧電結晶の他方の端面および
周面の大部分を囲繞している。この減衰層は、振動方向
が実質的に振動板に配向されかついずれの別の方向にお
ける振動エネルギーの放射も減衰されるように、結晶の
振動特性に作用する役割を果たす。
減衰層が、ケーシング内室の残りの部分を充填してい
る。その際この合成樹脂は圧電結晶の他方の端面および
周面の大部分を囲繞している。この減衰層は、振動方向
が実質的に振動板に配向されかついずれの別の方向にお
ける振動エネルギーの放射も減衰されるように、結晶の
振動特性に作用する役割を果たす。
西独国特許出願第4230773.2号明細書の思想によれ
ば、この減衰層は大部分が金属酸化物であるシリコーン
エラストマーから形成することができる。この種の減衰
層は、結晶の減衰（立下り）振動特性に作用しかつ振動
エネルギーの、半径方向および振動板とは反対側の軸線
方向における所望しない放射を低減する。
ば、この減衰層は大部分が金属酸化物であるシリコーン
エラストマーから形成することができる。この種の減衰
層は、結晶の減衰（立下り）振動特性に作用しかつ振動
エネルギーの、半径方向および振動板とは反対側の軸線
方向における所望しない放射を低減する。
しかし内部ケーシングが合成樹脂層によって充填され
ているセンサでは、このことは、合成樹脂層を介する音
波伝搬のために完全には成功せず、いつでもなお、音波
エネルギーの残量がとりわけ、結晶の周面から半径方向
に放射されかつそれらは充填物に指向される音波エネル
ギーとして使用することができない。容器内の充填状態
を測定するために使用する際に殊に、この半径方向に放
射される音波エネルギーは容器壁、または組立て個所、
または音波案内管の内壁において反射されかつ測定室に
指向され、このことは結果的に、測定が障害となる２次
エコーによって妨害を受けることになる。
ているセンサでは、このことは、合成樹脂層を介する音
波伝搬のために完全には成功せず、いつでもなお、音波
エネルギーの残量がとりわけ、結晶の周面から半径方向
に放射されかつそれらは充填物に指向される音波エネル
ギーとして使用することができない。容器内の充填状態
を測定するために使用する際に殊に、この半径方向に放
射される音波エネルギーは容器壁、または組立て個所、
または音波案内管の内壁において反射されかつ測定室に
指向され、このことは結果的に、測定が障害となる２次
エコーによって妨害を受けることになる。
通例、この欠点を次のようにして取り除いている。す
なわち、圧電結晶の周面を囲繞する合成樹脂層の周面の
壁厚を増強して、音波走行経路を拡張しかつ音波吸収を
高めるようにする。圧電結晶を環状に取り囲む発泡プラ
スチックを間に挿入することも同じ目的のために用いら
れる。
なわち、圧電結晶の周面を囲繞する合成樹脂層の周面の
壁厚を増強して、音波走行経路を拡張しかつ音波吸収を
高めるようにする。圧電結晶を環状に取り囲む発泡プラ
スチックを間に挿入することも同じ目的のために用いら
れる。
しかし他方において、測定装置をそれを通して容器内
に導入しなければならない容器の開口または音波案内管
の直径を同様に小さく保持することができるように、こ
の種の測定装置において、ケーシングの全直径を出来る
だけ小さな直径したいという要求がある。
に導入しなければならない容器の開口または音波案内管
の直径を同様に小さく保持することができるように、こ
の種の測定装置において、ケーシングの全直径を出来る
だけ小さな直径したいという要求がある。
この形式の電気音響変換器は、西独国特許出願第4027
949号明細書から公知である。この出願明細書におい
て、音響ヘッドの軸方向に平行に延在する所望しない音
波放射を、音響ヘッドを中間室を形成して取り囲む、ガ
ラス繊維強化された合成樹脂から成る充填リングによっ
て減衰することが提案される。この明細書には、半径方
向に放射される音波を低減するまたは妨げる措置は示さ
れていない。
949号明細書から公知である。この出願明細書におい
て、音響ヘッドの軸方向に平行に延在する所望しない音
波放射を、音響ヘッドを中間室を形成して取り囲む、ガ
ラス繊維強化された合成樹脂から成る充填リングによっ
て減衰することが提案される。この明細書には、半径方
向に放射される音波を低減するまたは妨げる措置は示さ
れていない。
したがって、本発明の課題は、測定を妨害する、圧電
結晶の周面によって惹き起こされる、音波エネルギーの
放射が低減されるかまたは少なくとも一層制限されかつ
その際に測定装置の外径を拡大しないですむ充填状態測
定装置を提供することである。
結晶の周面によって惹き起こされる、音波エネルギーの
放射が低減されるかまたは少なくとも一層制限されかつ
その際に測定装置の外径を拡大しないですむ充填状態測
定装置を提供することである。
このことを実現するために、本発明は、減衰区間の延
長により音波吸収を低減するのではなく、材料境界面に
おいて惹き起こされて音響インピーダンスの急激な変化
によって発生する音響パルスのマルチ反射を利用する。
長により音波吸収を低減するのではなく、材料境界面に
おいて惹き起こされて音響インピーダンスの急激な変化
によって発生する音響パルスのマルチ反射を利用する。
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成によっ
て解決される。
て解決される。
本発明の有利な実施例はその他の請求項に記載されて
いる。
いる。
別の特徴および利点は実施例に図示されている。
その際、 第１図は、超音波変換器の断面図であり、 第２図は、個別部品としての、超音波変換器のケーシン
グの断面図であり、 第３図は、圧電結晶および整合並びに減衰層を囲繞する
変換器ケーシングの正面図である。
グの断面図であり、 第３図は、圧電結晶および整合並びに減衰層を囲繞する
変換器ケーシングの正面図である。
第１図には、１で、容器内の充填状態の測定ないし貯
溜所における充填高さの測定に用いられる超音波変換器
が示されている。超音波変換器は、ケーシング２、変換
器ケーシング３および接続部分４並びに送信パルス発生
器５から成っている。
溜所における充填高さの測定に用いられる超音波変換器
が示されている。超音波変換器は、ケーシング２、変換
器ケーシング３および接続部分４並びに送信パルス発生
器５から成っている。
超音波発生器１は、図示されていない容器の内空に開
口６を通って導入されている。容器はカバー７によって
封鎖されており、その内の僅かな部分しか図示されてい
ない。超音波変換器１の固定のために、接続部分４のね
じ軸部41が接続フランジ72の中央孔71を貫通している。
ねじ軸部41は、フランジ72とともに解離可能な連結部を
形成し、この連結部によって超音波変換器１は接続フラ
ンジ72に固定されている。
口６を通って導入されている。容器はカバー７によって
封鎖されており、その内の僅かな部分しか図示されてい
ない。超音波変換器１の固定のために、接続部分４のね
じ軸部41が接続フランジ72の中央孔71を貫通している。
ねじ軸部41は、フランジ72とともに解離可能な連結部を
形成し、この連結部によって超音波変換器１は接続フラ
ンジ72に固定されている。
壺形状の変換器ケーシング３の内室に、圧電結晶31が
配設されている。変換器ケーシング３の底部は、超音波
変換器の振動板32を形成している。振動板32の方の側に
おいて、圧電結晶31の端面および周面の一部が整合層33
によって囲繞されている。このことを実現するために、
圧電結晶31は短い支え34を用いて振動板32から正確に定
義された間隔のところに保持される。
配設されている。変換器ケーシング３の底部は、超音波
変換器の振動板32を形成している。振動板32の方の側に
おいて、圧電結晶31の端面および周面の一部が整合層33
によって囲繞されている。このことを実現するために、
圧電結晶31は短い支え34を用いて振動板32から正確に定
義された間隔のところに保持される。
変換器ケーシング３の、振動板32とは反対側の内室
は、減衰層35で完全に満たされている。これにより、圧
電結晶31は、その周面においても、振動板32とは反対側
の端面においても、減衰層35によって囲繞されている。
電気的な接続導線51が、圧電結晶31を、電気回路51によ
って形成される送信パルス発生器５に接続する。送信パ
ルス発生器は、別の導線53を介して、測定室から離れた
ところに配置されている評価装置に電気的に接続されて
いる。
は、減衰層35で完全に満たされている。これにより、圧
電結晶31は、その周面においても、振動板32とは反対側
の端面においても、減衰層35によって囲繞されている。
電気的な接続導線51が、圧電結晶31を、電気回路51によ
って形成される送信パルス発生器５に接続する。送信パ
ルス発生器は、別の導線53を介して、測定室から離れた
ところに配置されている評価装置に電気的に接続されて
いる。
図３から明らかであるように、壺形状の変換器ケーシ
ング３は、振動板32と反対側の端部において複数の位置
決めばね36を有している。これらは変換器ケーシング３
の周囲に均一に分布している。これら位置決めばね36の
機能については、後でより詳しく説明する。壺形状の変
換器ケーシング３は有利には、射出成形品としてポリプ
ロピレンから製造されている。
ング３は、振動板32と反対側の端部において複数の位置
決めばね36を有している。これらは変換器ケーシング３
の周囲に均一に分布している。これら位置決めばね36の
機能については、後でより詳しく説明する。壺形状の変
換器ケーシング３は有利には、射出成形品としてポリプ
ロピレンから製造されている。
送信パルス発生器５は、電気的な送信パルスを発生し
かつ接続導線51を介して圧電結晶31を超音波の周波数に
おいて励振する。音波エネルギーの放射は実質的に、結
晶31の端面から軸線方向に行われる。しかしエネルギー
の一部は、結晶31の周面から半径方向にも放射される。
振動板32の方を向いておりかつ振動板32と結晶31との間
の中間室を充填する合成樹脂層33は、圧電結晶31のセラ
ミック材料の音響インピーダンスを、音波パルスが放射
されるべき媒体のインピーダンスに整合する作用をす
る。
かつ接続導線51を介して圧電結晶31を超音波の周波数に
おいて励振する。音波エネルギーの放射は実質的に、結
晶31の端面から軸線方向に行われる。しかしエネルギー
の一部は、結晶31の周面から半径方向にも放射される。
振動板32の方を向いておりかつ振動板32と結晶31との間
の中間室を充填する合成樹脂層33は、圧電結晶31のセラ
ミック材料の音響インピーダンスを、音波パルスが放射
されるべき媒体のインピーダンスに整合する作用をす
る。
壺形状の変換器ケーシング３の残りの内室を充填して
いる減衰層35は、振動板32とは反対側の軸線方向並びに
半径方向におけるエネルギーの放射を減衰する。しかし
この合成樹脂層は、放射されるエネルギーの減衰のみな
らず、インピーダンス整合にも作用するので、所望しな
いエネルギー放射を完全に妨げることはできない。振動
板32とは反対側の軸線方向における放射の低減が差し当
たりもはや問題にならないとしても、半径方向の放射の
満足できる解決法はこれまでまだ見つかっていない。確
かに、減衰層を介する音波走行経路の拡張を用いて音波
吸収を高めることにより半径方向の振動エネルギーの放
射を低減することが行われているが、このためには必ず
ケーシング直径を拡大することが必要でありしかもこの
ことは理想的な仕方では実現されない。
いる減衰層35は、振動板32とは反対側の軸線方向並びに
半径方向におけるエネルギーの放射を減衰する。しかし
この合成樹脂層は、放射されるエネルギーの減衰のみな
らず、インピーダンス整合にも作用するので、所望しな
いエネルギー放射を完全に妨げることはできない。振動
板32とは反対側の軸線方向における放射の低減が差し当
たりもはや問題にならないとしても、半径方向の放射の
満足できる解決法はこれまでまだ見つかっていない。確
かに、減衰層を介する音波走行経路の拡張を用いて音波
吸収を高めることにより半径方向の振動エネルギーの放
射を低減することが行われているが、このためには必ず
ケーシング直径を拡大することが必要でありしかもこの
ことは理想的な仕方では実現されない。
ある材料から別の材料への音波エネルギーの移行の
際、材料境界面で音響インピーダンスの急激な変化が生
じ、そのために圧力音波の部分反射が生じる。このこと
は、合成樹脂から空気への移行に対しても当て嵌まる。
材料境界面における音波エネルギーのこの移行は、２つ
の材料の音響インピーダンスZ1およびZ2の比に非常に緊
密に関連している。圧力音波に対する反射率ｒは、次の
式から計算される ｒ＝（Z1−Z2）／（Z1＋Z2）。
際、材料境界面で音響インピーダンスの急激な変化が生
じ、そのために圧力音波の部分反射が生じる。このこと
は、合成樹脂から空気への移行に対しても当て嵌まる。
材料境界面における音波エネルギーのこの移行は、２つ
の材料の音響インピーダンスZ1およびZ2の比に非常に緊
密に関連している。圧力音波に対する反射率ｒは、次の
式から計算される ｒ＝（Z1−Z2）／（Z1＋Z2）。
音響特性インピーダンスが例えば係数５だけ異なって
いる材料では、0.67の反射率が生じる。このことは、材
料境界面を透過した後の圧力音波はその本来の大きさの
33％に低減されることを意味する。さらに２つの材料境
界面を透過した後にはその本来の大きさの11％に低減さ
れる。圧力音波の、合成樹脂から空気への移行の際に、
非常に高い反射率が生じ、すなわち圧力音波の大部分が
後方反射される。この効果は材料の厚さに無関係である
ので、例えばケーシング壁を非常に薄くまたはケーシン
グ壁に対する間隔を非常に小さく選定することができ
る。
いる材料では、0.67の反射率が生じる。このことは、材
料境界面を透過した後の圧力音波はその本来の大きさの
33％に低減されることを意味する。さらに２つの材料境
界面を透過した後にはその本来の大きさの11％に低減さ
れる。圧力音波の、合成樹脂から空気への移行の際に、
非常に高い反射率が生じ、すなわち圧力音波の大部分が
後方反射される。この効果は材料の厚さに無関係である
ので、例えばケーシング壁を非常に薄くまたはケーシン
グ壁に対する間隔を非常に小さく選定することができ
る。
そこで本発明はこの効果を次のようにして利用する。
すなわち、変換器ケーシング３がケーシング２の開口21
を同軸的に貫通しかつその際ケーシング２から、正確に
規定された薄いリング状であってかつ半径方向に延在す
る空隙38によって隔離されておりかつ圧電結晶31の周面
の領域において付加的に固体伝搬音が減結合されてい
る。第２図および第３図に詳細に示されているように、
このことは、比較的大きな直径の３つの短い円筒部分が
ケーシング２の開口21を取り囲むようにして実現され
る。接続部分４とは反対側の第１の部分の直径および幅
は、それが、円い横断面を有するフレキシブルなリング
状のシール部材を収容するための溝を形成するように、
選定されている。第２の、真中の部分は同様に、同様、
リング状のシール部材を収容するように定められている
溝24を形成している。リング状のパッキンリング23,25
は市販のＯリングから形成することができる。
すなわち、変換器ケーシング３がケーシング２の開口21
を同軸的に貫通しかつその際ケーシング２から、正確に
規定された薄いリング状であってかつ半径方向に延在す
る空隙38によって隔離されておりかつ圧電結晶31の周面
の領域において付加的に固体伝搬音が減結合されてい
る。第２図および第３図に詳細に示されているように、
このことは、比較的大きな直径の３つの短い円筒部分が
ケーシング２の開口21を取り囲むようにして実現され
る。接続部分４とは反対側の第１の部分の直径および幅
は、それが、円い横断面を有するフレキシブルなリング
状のシール部材を収容するための溝を形成するように、
選定されている。第２の、真中の部分は同様に、同様、
リング状のシール部材を収容するように定められている
溝24を形成している。リング状のパッキンリング23,25
は市販のＯリングから形成することができる。
第３の部分26は多少幅広になされかつその横断面は、
溝24の側のリング面が肩状部27を形成するように選定さ
れている。肩状部は、変換器ケーシング３が開口21に挿
入された状態において、位置決めばね36を支持するため
に用いられる。
溝24の側のリング面が肩状部27を形成するように選定さ
れている。肩状部は、変換器ケーシング３が開口21に挿
入された状態において、位置決めばね36を支持するため
に用いられる。
溝22と溝24との間に、比較的長い部分28が延在してお
り、その直径は、溝24と部分26との間に延在している部
分29の直径より約2mm大きい。部分29は、シール部材23
および25と協働して、変換器ケーシング３の周面37をケ
ーシング２の開口21に正確にガイドするのに役立つ。そ
の際ケーシング２の部分28の内壁および変換器ケーシン
グ３の周面37によって、約1mmまたはそれ以下の厚さで
あってかつ約25mmの長さの正確に規定されたリング円筒
状の空隙38が形成されている。空隙38は、圧電結晶31の
周面を取り囲む。空隙38によって、材料境界面におい
て、合成樹脂から空気、かつ再び空気から合成樹脂およ
びケーシング２の外周面においてもう一度合成樹脂から
空気への移行が生じる。これら移行部のそれぞれによっ
て、音響インピーダンスの急激な変化によって惹き起こ
されて、音波の部分反射が生じる。
り、その直径は、溝24と部分26との間に延在している部
分29の直径より約2mm大きい。部分29は、シール部材23
および25と協働して、変換器ケーシング３の周面37をケ
ーシング２の開口21に正確にガイドするのに役立つ。そ
の際ケーシング２の部分28の内壁および変換器ケーシン
グ３の周面37によって、約1mmまたはそれ以下の厚さで
あってかつ約25mmの長さの正確に規定されたリング円筒
状の空隙38が形成されている。空隙38は、圧電結晶31の
周面を取り囲む。空隙38によって、材料境界面におい
て、合成樹脂から空気、かつ再び空気から合成樹脂およ
びケーシング２の外周面においてもう一度合成樹脂から
空気への移行が生じる。これら移行部のそれぞれによっ
て、音響インピーダンスの急激な変化によって惹き起こ
されて、音波の部分反射が生じる。
変換器ケーシング３の振動板32は半径方向において周
面37を越えて延在しており、その結果その周囲がケーシ
ング２の周囲と一致するようになっている。挿入されか
つ位置決めされた状態において、ケーシング２の端面の
方の側の、振動板32のリング面55はケーシング２の端面
に直接当接しておらず、これら部分の間には、半径方向
に延在する約0.2mmの第２の空隙39が形成されている。
面37を越えて延在しており、その結果その周囲がケーシ
ング２の周囲と一致するようになっている。挿入されか
つ位置決めされた状態において、ケーシング２の端面の
方の側の、振動板32のリング面55はケーシング２の端面
に直接当接しておらず、これら部分の間には、半径方向
に延在する約0.2mmの第２の空隙39が形成されている。
ケーシング２は同様に、射出成形品としてポリプロピ
レンから製造することができる。
レンから製造することができる。
図１から明らかであるように、部材２および３の結合
は、まず、接続導体53を電気回路52に電気的に接続しか
つケーシング２の開口21に挿入するようにして行われ
る。その際送信パルス発生器５は、第１図に図示の位置
をとる。リング状のシール部材23および25の挿入後、予
め完成されている変換器ケーシング３は、それが第１図
の図示の位置をとりかつ位置決めばね36がケーシング２
の肩状部27に係止されるまで、開口21に挿入される。ケ
ーシング２内の部材３および５のこの位置において、ま
だ残っている空いた空間に適当な充填材を充填すること
ができる。
は、まず、接続導体53を電気回路52に電気的に接続しか
つケーシング２の開口21に挿入するようにして行われ
る。その際送信パルス発生器５は、第１図に図示の位置
をとる。リング状のシール部材23および25の挿入後、予
め完成されている変換器ケーシング３は、それが第１図
の図示の位置をとりかつ位置決めばね36がケーシング２
の肩状部27に係止されるまで、開口21に挿入される。ケ
ーシング２内の部材３および５のこの位置において、ま
だ残っている空いた空間に適当な充填材を充填すること
ができる。
それから変換器ケーシング３は、厳密に規定されかつ
正確に円筒状であってさらに半径方向に延在するリング
状の空隙を介してケーシング２から隔離されている。２
つのパッキンリング23および25は、円筒状の空隙を、困
難な使用条件下でも、持続的にシールしかつ周面に対向
する、変換器ケーシング２の領域の固体伝搬音をケーシ
ング２から減結合する作用をする。
正確に円筒状であってさらに半径方向に延在するリング
状の空隙を介してケーシング２から隔離されている。２
つのパッキンリング23および25は、円筒状の空隙を、困
難な使用条件下でも、持続的にシールしかつ周面に対向
する、変換器ケーシング２の領域の固体伝搬音をケーシ
ング２から減結合する作用をする。
全部で３つの材料移行、すなわち変換器ケーシング３
−空隙、空隙−ケーシング２、ケーシング２−振動板に
よって、例えば材料合成樹脂ZK≒２・106Ns／m3およびZ
L≒400Ns／m3に対する音響インピーダンスとして、圧電
結晶31の周面において半径方向に放射される圧力音波
が、空気に直接放射される場所に比べて45ないし50dBだ
け低減される。
−空隙、空隙−ケーシング２、ケーシング２−振動板に
よって、例えば材料合成樹脂ZK≒２・106Ns／m3およびZ
L≒400Ns／m3に対する音響インピーダンスとして、圧電
結晶31の周面において半径方向に放射される圧力音波
が、空気に直接放射される場所に比べて45ないし50dBだ
け低減される。
勿論、境界面を介する音響インピーダンスの急激な変
化は別の材料によっても形成することができる。
化は別の材料によっても形成することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エッケルト，マンフレート ドイツ連邦共和国 Ｄ―79674 トート ナウ シュトゥールシュトラーセ 12 (56)参考文献 実開 昭52−78457（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 23/28
Claims (14)
- 【請求項１】ケーシングによって囲繞された、交互に、
送信パルスを送信するための送信変換器および充填物の
表面で反射されたエコーパルスの受信変換器として作動
される超音波変換器を備えた、容器内の充填状態または
貯溜場所での充填物の貯溜高さを測定するための充填状
態測定装置において、 変換器ケーシング（３）によって囲繞されている送信お
よび受信変換器（31,33,35）は、該変換器（31,33,35）
の周面に沿って延在している、リング円筒形状の、同軸
的な空隙（38）を介在させつつ、前記充填状態測定装置
（１）の前記ケーシング（２）によって同軸的に包囲さ
れておりかつこれにより材料境界面が形成されており、
該境界面で、前記空隙（38）による音響インピーダンス
の変化によって、前記圧電結晶（31）の套面から半径方
向に放射される音波エネルギーが反射されるようにした ことを特徴とする充填状態測定装置。 - 【請求項２】前記送信および受信変換器（31,33,35）を
囲繞する変換器ケーシング（３）は、前記装置ケーシン
グ（２）の開口（21）を貫通しかつフレキシブルなパッ
キンリング（23,25）によって前記装置ケーシング
（２）の前記開口（21）の壁（28）から所定の間隔をお
いて保持されている 請求項１記載の充填状態測定装置。 - 【請求項３】前記空隙（38）は、1mmまたはそれ以下の
ギャップ幅を有する 請求項１記載の充填状態測定装置。 - 【請求項４】前記空隙（38）は、軸線方向において、少
なくとも、前記圧電結晶（31）の套面および前記整合層
（33）並びに前記減衰層（35）の部分に沿って延在して
いる 請求項１および３記載の充填状態測定装置。 - 【請求項５】前記装置ケーシング（２）は、所定の直径
の軸線方向に延在する部分（28）を有し、該部分によっ
て、前記変換器ケーシング（３）の套面（37）とともに
前記空隙（38）が形成されている 請求項1,3および４記載の充填状態測定装置。 - 【請求項６】前記装置ケーシング（２）に、前記開口
（21）を取り囲んでいる、前記フレキシブルなパッキン
リング（23,25）を収容するための溝（22,24）が成形さ
れている 請求項２記載の充填状態測定装置。 - 【請求項７】前記変換器ケーシング（３）の套面（37）
の、前記振動板（32）とは反対側に、環状的に配置され
た位置決めばね（36）が成形されている 請求項２記載の充填状態測定装置。 - 【請求項８】前記ケーシング（２）は、位置決め溝（2
6）を有しており、該位置決め溝に前記変換器ケーシン
グ（３）の位置決めばね（36）が係合され、かつ該位置
決めばねは前記位置決め溝（26）の肩状部（27）に支持
される 請求項２および７記載の充填状態測定装置。 - 【請求項９】前記装置ケーシング（２）の前記肩状部
（27）と前記変換器ケーシング（３）の前記振動板（3
2）との間の軸線方向の間隔が、半径方向に延在する、
リング状の空隙（39）を形成する 請求項２記載の充填状態測定装置。 - 【請求項１０】前記変換器ケーシング（３）の前記振動
板（32）は、半径方向において部分的に前記套面（37）
を介して延在しておりかつ音波放射とは反対側におい
て、半径方向に延在する空隙（39）のリング状の壁（5
5）を形成している 請求項９記載の充填状態測定装置。 - 【請求項１１】前記半径方向に延在する空隙（39）は、
前記装置ケーシング（２）の端面および前記振動板（3
2）のリング状の裏面（55）によって形成されている 請求項９記載の充填状態測定装置。 - 【請求項１２】前記空隙（39）は、0.2mmまたはそれ以
下の厚さを有している 請求項10記載の充填状態測定装置。 - 【請求項１３】前記変換器ケーシング（３）は、前記空
隙（38,39）によって、少なくとも、前記圧電結晶（3
1）の套面の領域において、前記装置ケーシング（２）
から固体伝搬音が減結合されている 請求項１から12までのいずれか１項記載の充填状態測定
装置。 - 【請求項１４】前記装置ケーシング（２）並びに前記変
換器ケーシング（３）は、射出成形部品としてポリプロ
ピレンから製造されている 請求項１記載の充填状態測定装置。
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| DE4311963.8 | 1993-04-10 | ||
| DE4311963A DE4311963C2 (de) | 1993-04-10 | 1993-04-10 | Füllstandsmeßgerät |
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|---|---|
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| JP2783684B2 true JP2783684B2 (ja) | 1998-08-06 |
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| DE19538678C2 (de) * | 1995-10-17 | 1998-12-10 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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