JP2861513B2 - 超音波を利用した液化ガス容器内の液面位置測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用した液化
ガス、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）容器内の液面位置
の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を利用して液化ガス容器内の液面
位置を測定する方法として従来より図３に示す方法が知
られている。図３において液化ガス容器（以下単に容器
と称する）２１の外壁に超音波送受波器１を接触させ、
壁面に沿って上下方向に移動させながら超音波パルスを
内方向に送波する。２２は液化ガスで、その液面２２Ａ
より低い位置に超音波送受波器１があるとき（図３で実
線で示す）、超音波送受波器１から容器２１の内方向に
送波された超音波パルスは、密度の大きい液化ガス２２
（例えばＬＰＧの場合、密度は０．５グラム／立方セン
チ）に伝播しやすいので、図４で矢印Ｒで示すように、
主として液化ガス２２中を通り、対面する容器２１の内
壁で反射されて同じ超音波送受波器１で受波される。超
音波送受波器１からは超音波パルスが送波されてから液
化ガス２２の中を往復した時間後に受波信号が出力され
る。しかし、超音波送受波器１が液化ガス２２の液面２
２Ａより高い位置にあるときは（図３で点線で示す）、
超音波パルスは密度の小さい液化ガス気体２３（例えば
ＬＰＧ気体の場合、密度は０．００２グラム／立方セン
チ）には伝播しにくいので、図５で矢印Ｓで示すよう
に、主として容器２１の壁内を壁面で反射されながら周
回して同じ超音波送受波器１で受波される。超音波送受
波器１からは超音波が送波されてから容器２１の壁内を
周回した時間後に受波信号が出力される。

【０００３】超音波送受波器１から超音波パルスが送波
されてから、この超音波パルスが同じ超音波送受波器１
で受波されるまでの時間の差から、超音波送受波器１が
容器２１内の液化ガス２２の液面２２Ａより低い位置に
あるか、あるいは高い位置にあるかが検出され、この超
音波送受波器１を容器２１の壁面に沿って上下方向に移
動させることによって液面２２Ａの位置が測定できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の超音波を利用し
た液化ガス容器内の液面位置の測定方法においては、実
際に測定を行ってみると次のような問題がある。すなわ
ち、超音波送受波器は必ずしも完全な指示性を持ってい
ないので、例えば液面より低い位置にあるとき、送波さ
れた超音波パルスは液化ガス中を通り対面する容器の内
壁で反射される他、内壁の各部で反射されて超音波送受
波器で受波される。また同時に容器の壁内を周回してく
る超音波も受波される。また液面より高い位置にあると
き、送波された超音波パルスは容器の壁内をその最短経
路で周回する他、他の経路を通って周回し超音波送受波
器で受波される。また同時に液化ガス中を通り容器の内
壁で反射された超音波も受波される。このように超音波
送受波器で受波された超音波は非常に多くのノイズを含
んでおり、これらノイズにより超音波送受波器が液面よ
り低い位置にあるかあるいは高い位置にあるかの検出が
困難となる。

【０００５】本発明の目的は超音波送受波器で受波され
た超音波からノイズを除き、測定の信頼性を向上した超
音波を利用した液化ガス容器内の液面位置測定装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明の超音波を利用した液化ガス容器内の液面
位置測定装置においては、液化ガス容器の外壁に接触し
て上下方向に移動しながらこの容器の内方向に超音波パ
ルスを送波する超音波送受波器と、この超音波送受波器
にパルス電圧を印加するパルス発生回路と、前記超音波
送受波器の受波信号を増巾検波し検出信号を出力する増
巾検波回路と、この増巾検波回路から出力された検出信
号を受け付けるか否かの処理をするゲート処理回路と、
前記パルス発生回路と前記ゲート処理回路とに接続さ
れ、前記ゲート処理回路の信号受け付け期間を超音波パ
ルスの送波時刻を基準に予め設定された設定値に制御
し、かつ前記ゲート処理回路で受け付けた検出信号から
液化ガス容器内の液面位置に対し超音波送受波器が高低
いずれの位置にあるかの信号を出力する制御回路とから
なり、前記ゲート処理回路は、その信号受け付け期間が
超音波パルスが送波されて容器の壁内を周回する超音波
による検出信号が減衰し、かつ液化ガスの中を通り容器
の内壁で反射される超音波による検出信号がまだ減衰し
ていない時刻のあとの期間に設定されるようにする。あ
るいは前記ゲート処理回路は、その信号受け付け期間が
超音波パルスが送波されて液化ガスの中を通り対面する
容器の内壁で反射された第１番目の超音波が超音波送受
波器で受波される時刻を中心に所定巾の期間に設定され
るようにする。あるいは前記ゲート処理回路は、その信
号受け付け期間が超音波パルスが送波されて液化ガス容
器の壁内を最短距離で周回した第１番目の超音波が超音
波送受波器で受波される時刻を中心に所定巾の期間に設
定されるようにする。あるいは前記ゲート処理回路は、
その信号受け付け期間が超音波パルスが送波されて液化
ガスの中を通り対面する容器の内壁で反射された第１番
目の超音波が超音波送受波器で受波される時刻を中心に
所定巾の期間と、液化ガス容器の壁内を最短距離で周回
した第１番目の超音波が超音波送受波器で受波される時
刻を中心に所定巾の期間とに設定されるようにする。

【０００７】

【作用】本発明の超音波を利用した液化ガス容器内の液
面位置測定装置においては、液化ガス容器の外壁に接触
して上下方向に移動しながらこの容器の内方向に超音波
パルスを送波する超音波送受波器と、この超音波送受波
器にパルス電圧を印加するパルス発生回路と、前記超音
波送受波器の受波信号を増巾検波し検出信号を出力する
増巾検波回路と、この増巾検波回路から出力された検出
信号を受け付けるか否かの処理をするゲート処理回路
と、前記パルス発生回路と前記ゲート処理回路とに接続
され、前記ゲート処理回路の信号受け付け期間を超音波
パルスの送波時刻を基準に予め設定された設定値に制御
し、かつ前記ゲート処理回路で受け付けた検出信号から
液化ガス容器内の液面位置に対し超音波送受波器が高低
いずれの位置にあるかの信号を出力する制御回路とから
なり、前記ゲート処理回路は、その信号受け付け期間が
超音波パルスが送波されて容器の壁内を周回する超音波
による検出信号が減衰し、かつ液化ガスの中を通り容器
の内壁で反射される超音波による検出信号がまだ減衰し
ていない時刻のあとの期間に設定されるようにしたの
で、制御回路には容器の壁内を周回する減衰の早い超音
波による検出信号は除かれ、液化ガスの中を通る減衰の
遅い超音波の信号が主として印加される。これによって
超音波送受波器が液面より低い位置にあることが、低い
ノイズで検出できる。あるいは前記ゲート処理回路は、
その信号受け付け期間が超音波パルスが送波されて液化
ガスの中を通り対面する容器の内壁で反射された第１番
目の超音波が超音波送受波器で受波される時刻を中心に
所定巾の期間に設定されるようにしたので、制御回路に
は容器の壁内を最短経路で周回する超音波の検出信号が
主として印加される。これによって超音波送受波器が液
面より高い位置にあることが、低いノイズで検出でき
る。あるいはこの前記ゲート処理回路は、その信号受け
付け期間が超音波パルスが送波されて液化ガス容器の壁
内を最短距離で周回した第１番目の超音波が超音波送受
波器で受波される時刻を中心に所定巾の期間に設定され
るようにしたので、制御回路には液化ガスの中を通り対
面する容器の内面で反射される超音波の検出信号が主と
して印加される。これによって超音波送受波器が液面よ
り低い位置にあることが低ノイズで検出できる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の超音波を利用した液化ガス容
器内の液面位置測定装置の一実施例を示すブロック図で
ある。図１において、１は超音波送受波器であり、図３
に示すように容器２１の外壁に接触させ、壁面に沿って
上下方向に移動させる。この超音波送受波器１はパルス
発生回路２からのパルス電圧によって超音波パルスを容
器の内方向に送波する。このパルス発生回路２は、制御
回路５からの制御信号によってパルス電圧を発生する。
超音波送受波器１から容器内方向に送波された超音波パ
ルスは、同じ超音波送受波器１で受波され受波信号は増
巾検波回路４に入力される。増巾検波回路４でこの受波
信号は増幅検波されて検出信号Ｕとしてゲート処理回路
１０に入力される。制御回路５は、パルス発生回路２か
ら入力された超音波パルスの送波時刻を基準に、前記ゲ
ート処理回路１０を予め設定された設定期間のみ信号を
受け付けるように制御する。このゲート処理回路１０で
受け付けられた検出信号Ｕは制御回路５に入力され、制
御回路５は超音波送受波器１が液面より低い位置にある
かあるいは高い位置にあるかを検出し、その信号を端子
Ｐから出力する。

【０００９】図２は図１に示す本発明の超音波を利用し
た液化ガス容器内の液面位置測定装置の動作を示す波形
図であり、図２（１）は超音波送受波器１から容器２１
の内方向に送波された超音波パルスが液化ガス２２中を
通り容器２１の内壁で反射されて同じ超音波送受波器１
で受波され、増巾検波回路４で増巾検波された検出信号
Ｕ１を示す。検出信号Ｕ１において、時刻Ｔ１における
パルスは送波された超音波パルスが対面する容器２１の
内壁で反射された第１番目の超音波によるパルスであ
り、以下同じ時間間隔で第２，第３番目のパルスが減衰
しながら発生している。図２（２）は超音波送受波器１
から容器２１の内方向に送波された超音波パルスが容器
２１の壁内を周回して同一の超音波送受波器１で受波さ
れ、増巾検波回路４で増巾検波された検出信号Ｕ２を示
す。検出信号Ｕ２において、時刻Ｔ２におけるパルスは
送波された超音波パルスが容器２１の壁内を最短経路で
周回した第１番目の超音波によるパルスであり、以下同
じ時間間隔で第２，第３番目のパルスが減衰しながら発
生している。ここで容器の壁内を周回する超音波の速度
は、その容器の金属壁内を約６キロメートル／秒の速度
で非常に早い。この早い速度の超音波が容器の壁面で反
射を続けながら周回してするので図２（２）に示すよう
に検出信号Ｕ２の減衰は早く、これに対し液化ガス２２
の中を通る超音波の速度は液化ガスにおける約１．５キ
ロメートル／秒の速度で比較的遅く、容器内壁での時間
当りの反射回数が少なく図２（１）に示すように検出信
号Ｕ１の減衰は遅い。

【００１０】図２（３）〜図２（６）はそれぞれ図１に
示すゲート処理回路１０の信号受け付け期間を示し、図
２（３）ではゲート処理回路１０の信号受け付け期間
が、信号受け付け期間Ａとして示されるように、時刻Ｔ
３の後に設定されている。ここで、時刻Ｔ３は超音波パ
ルスが送波されてから容器２１の壁内を周回する超音波
による検出信号Ｕ２が減衰し、かつ液化ガス２２の中を
通り容器の内壁で反射される超音波による検出信号Ｕ１
がまだ減衰していない時刻である。超音波パルスが送波
されてからこの時刻Ｔ３までの時間Ｔ３Ｗは実験の結果
では約８ミリ秒が好適である。これによって制御回路５
には検出信号Ｕ１が主として入力され、制御回路５は低
ノイズで超音波送受波器１が液面より低い位置にあるこ
とを検出し、その信号を端子Ｐから出力する。

【００１１】図２（４）では、ゲート処理回路１０の信
号受け付け期間が、信号受け付け期間Ｂとして示される
ように時刻Ｔ１に中心のある所定の時間巾Ｔ４の期間に
設定されている。ここで時刻Ｔ１は、前述したように送
波された超音波パルスのうち、液化ガス２２の中を通り
対面する容器の内壁で反射された第１番目の超音波が超
音波送受波器１で受波される時刻であり、時間巾Ｔ４は
受波される第１番目の超音波のばらつきをカバーする時
間巾である。この時刻Ｔ１までの時間Ｔ１Ｗは容器の直
径をＬ（メートル）とすれば、液化ガス内での伝播速度
の音速１．５キロメートル／秒からＴ１Ｗ＝２Ｌ（メー
トル）／１．５（キロメートル／秒）＝８Ｌ／６０００
（秒）となる。制御回路５には検出信号Ｕ１のうち対面
する容器の内壁から反射される第１番目の超音波による
検出信号のパルスが主として入力され、制御回路５は低
ノイズで超音波送受波器１が液面より低い位置にあるこ
とを検出し、その信号を端子Ｐから出力する。なお容器
の直径Ｌは事前に測定し、ゲート処理回路１０の信号受
け付け期間を前式で定めるようにする。

【００１２】図２（５）では、ゲート処理回路１０の信
号受け付け期間が信号受け付け期間Ｃとして示されるよ
うに時刻Ｔ２のある所定の時間巾Ｔ５の期間に設定され
ている。ここで時刻Ｔ２は、前述したように送波された
超音波パルスのうち、容器２１の壁内を最短距離で周回
した第１番目の超音波が超音波送受波器で受波される時
刻であり、時間巾Ｔ５は、受波される第１番目の超音波
のばらつきをカバーする時間巾である。この時刻Ｔ２ま
での時間Ｔ２Ｗは容器の直径をＬ（メートル）とすれ
ば、容器壁内の伝播速度の音速６キロメートル／秒か
ら、近似的に（壁面で超音波は反射されて周回するの
で）Ｔ２Ｗ＝Ｌ（メートル）・π／６（キロメートル／
秒）≒３Ｌ／６０００（秒）となる。制御回路５には検
出信号Ｕ２のうち壁内を最短距離で周回する第１番目の
超音波による検出信号のパルスが主として入力され、制
御回路５は低ノイズで超音波送受波器が液面より高い位
置にあることを検出し、その信号を端子Ｐから出力す
る。なお、容器の直径Ｌは事前に測定し、ゲート処理回
路１０の信号受け付け期間を前式で定めるようにする。

【００１３】図２（６）では、ゲート処理回路１０の信
号受け付け期間が信号受け付け期間Ｄとして示されるよ
うに時刻Ｔ１に中心のある時間巾Ｔ４と時刻Ｔ２に中心
のある時間巾Ｔ５との期間に設定されている。これは前
述のゲート受け付け期間ＢとＣとを合せて備えたもの
で、制御回路５は低ノイズで超音波送受波器１が液面よ
り低い位置にあるかあるいは高い位置にあるかを検出
し、それぞれの信号を端子Ｐから出力する。なお、前述
したように時間Ｔ１Ｗは８Ｌ／６０００（秒）で、時間
Ｔ２Ｗは３Ｌ／６０００（秒）であり、この比Ｔ１Ｗ：
Ｔ２Ｗは８：３となる。すなわち、一方の時間、例えば
Ｔ１Ｗ設定すると他方の時間Ｔ２Ｗは時間Ｔ１Ｗの８／
３となるので、この比を用いると時刻Ｔ１およびＴ２設
定が非常に簡単になる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の超音波を利用した液化ガス容器
内の液面位置測定装置においては、液化ガス容器の外壁
に接触して上下方向に移動しながらこの容器の内方向に
超音波パルスを送波する超音波送受波器と、この超音波
送受波器にパルス電圧を印加するパルス発生回路と、前
記超音波送受波器の受波信号を増巾検波し検出信号を出
力する増巾検波回路と、この増巾検波回路から出力され
た検出信号を受け付けるか否かの処理をするゲート処理
回路と、前記パルス発生回路と前記ゲート処理回路とに
接続され、前記ゲート処理回路の信号受け付け期間を超
音波パルスの送波時刻を基準に予め設定された設定値に
制御し、かつ前記ゲート処理回路で受け付けた検出信号
から液化ガス容器内の液面位置に対し超音波送受波器が
高低いずれの位置にあるかの信号を出力する制御回路と
からなり、前記ゲート処理回路は、その信号受け付け期
間が超音波パルスが送波されて容器の壁内を周回する超
音波による検出信号が減衰し、かつ液化ガスの中を通り
容器の内壁で反射される超音波による検出信号がまだ減
衰していない時刻のあとの期間に設定されるようにす
る。あるいは前記ゲート処理回路は、その信号受け付け
期間が超音波パルスが送波されて液化ガスの中を通り対
面する容器の内壁で反射された第１番目の超音波が超音
波送受波器で受波される時刻を中心に所定巾の期間に設
定されるようにする。あるいは前記ゲート処理回路は、
その信号受け付け期間が超音波パルスが送波されて液化
ガス容器の壁内を最短距離で周回した第１番目の超音波
が超音波送受波器で受波される時刻を中心に所定巾の期
間に設定されるようにする。あるいは前記ゲート処理回
路は、その信号受け付け期間が超音波パルスが送波され
て液化ガスの中を通り対面する容器の内壁で反射された
第１番目の超音波が超音波送受波器で受波される時刻を
中心に所定巾の期間と、液化ガス容器の壁内を最短距離
で周回した第１番目の超音波が超音波送受波器で受波さ
れる時刻を中心に所定巾の期間とに設定されるようにし
たので、前記制御回路には、それぞれ液化ガスの中を通
り容器の内壁で反射される超音波による検出信号が主と
して入力される、あるいは液化ガスの中を通り対面する
容器の内壁で反射した第１番目の超音波による検出信号
が主として入力される、あるいは容器の壁内を最短経路
で周回した第１番目の超音波による検出信号が入力さ
れ、これらにより前記制御回路は低ノイズで液面に対す
る超音波送受波器の位置を検出する。これにより極めて
高い信頼性で液化ガス容器内の液面位置を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波を利用した液化ガス容器内の液
面位置測定装置の一実施例を示すブロック図

【図２】図１に示す本発明の超音波を利用した液化ガス
容器内の液面位置測定装置の動作を示す波形図

【図３】一般に行われている超音波を利用した液化ガス
容器内の液面位置測定方法を説明するための液化ガス容
器の要部縦断面図

【図４】図３のＢ−Ｂにおける横断面図

【図５】図３のＣ−Ｃにおける横断面図

【符号の説明】

１ 超音波送受波器 ２ パルス発生回路 ４ 増巾検波回路 ５ 制御回路 １０ ゲート処理回路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液化ガス容器の外壁に接触して上下方向に
   移動しながらこの容器の内方向に超音波パルスを送波す
   る超音波送受波器と、この超音波送受波器にパルス電圧
   を印加するパルス発生回路と、前記超音波送受波器の受
   波信号を増巾検波し検出信号を出力する増巾検波回路
   と、この増巾検波回路から出力された検出信号を受け付
   けるか否かの処理をするゲート処理回路と、前記パルス
   発生回路と前記ゲート処理回路とに接続され、前記ゲー
   ト処理回路の信号受け付け期間を超音波パルスの送波時
   刻を基準に予め設定された設定値に制御し、かつ前記ゲ
   ート処理回路で受け付けた検出信号から液化ガス容器内
   の液面位置に対し超音波送受波器が高低いずれの位置に
   あるかの信号を出力する制御回路とからなり、前記ゲー
   ト処理回路は、その信号受け付け期間が超音波パルスが
   送波されて容器の壁内を周回する超音波による検出信号
   が減衰し、かつ液化ガスの中を通り容器の内壁で反射さ
   れる超音波による検出信号がまだ減衰していない時刻の
   あとの期間に設定されることを特徴とする超音波を利用
   した液化ガス容器内の液面位置測定装置。
2. 【請求項２】液化ガス容器の外壁に接触して上下方向に
   移動しながらこの容器の内方向に超音波パルスを送波す
   る超音波送受波器と、この超音波送受波器にパルス電圧
   を印加するパルス発生回路と、前記超音波送受波器の受
   波信号を増巾検波し検出信号を出力する増巾検波回路
   と、この増巾検波回路から出力された検出信号を受け付
   けるか否かの処理をするゲート処理回路と、前記パルス
   発生回路と前記ゲート処理回路とに接続され、前記ゲー
   ト処理回路の信号受け付け期間を超音波パルスの送波時
   刻を基準に予め設定された設定値に制御し、かつ前記ゲ
   ート処理回路で受け付けた検出信号から液化ガス容器内
   の液面位置に対し超音波送受波器が高低いずれの位置に
   あるかの信号を出力する制御回路とからなり、前記ゲー
   ト処理回路は、その信号受け付け期間が超音波パルスが
   送波されて液化ガスの中を通り対面する容器の内壁で反
   射された第１番目の超音波が超音波送受波器で受波され
   る時刻を中心に所定巾の期間に設定されることを特徴と
   する超音波を利用した液化ガス容器内の液面位置測定装
   置。
3. 【請求項３】液化ガス容器の外壁に接触して上下方向に
   移動しながらこの容器の内方向に超音波パルスを送波す
   る超音波送受波器と、この超音波送受波器にパルス電圧
   を印加するパルス発生回路と、前記超音波送受波器の受
   波信号を増巾検波し検出信号を出力する増巾検波回路
   と、この増巾検波回路から出力された検出信号を受け付
   けるか否かの処理をするゲート処理回路と、前記パルス
   発生回路と前記ゲート処理回路とに接続され、前記ゲー
   ト処理回路の信号受け付け期間を超音波パルスの送波時
   刻を基準に予め設定された設定値に制御し、かつ前記ゲ
   ート処理回路で受け付けた検出信号から液化ガス容器内
   の液面位置に対し超音波送受波器が高低いずれの位置に
   あるかの信号を出力する制御回路とからなり、前記ゲー
   ト処理回路は、その信号受け付け期間が超音波パルスが
   送波されて液化ガス容器の壁内を最短距離で周回した第
   １番目の超音波が超音波送受波器で受波される時刻を中
   心に所定巾の期間に設定されることを特徴とする超音波
   を利用した液化ガス容器内の液面位置測定装置。
4. 【請求項４】液化ガス容器の外壁に接触して上下方向に
   移動しながらこの容器の内方向に超音波パルスを送波す
   る超音波送受波器と、この超音波送受波器にパルス電圧
   を印加するパルス発生回路と、前記超音波送受波器の受
   波信号を増巾検波し検出信号を出力する増巾検波回路
   と、この増巾検波回路から出力された検出信号を受け付
   けるか否かの処理をするゲート処理回路と、前記パルス
   発生回路と前記ゲート処理回路とに接続され、前記ゲー
   ト処理回路の信号受け付け期間を超音波パルスの送波時
   刻を基準に予め設定された設定値に制御し、かつ前記ゲ
   ート処理回路で受け付けた検出信号から液化ガス容器内
   の液面位置に対し超音波送受波器が高低いずれの位置に
   あるかの信号を出力する制御回路とからなり、前記ゲー
   ト処理回路は、その信号受け付け期間が超音波パルスが
   送波されて液化ガスの中を通り対面する容器の内壁で反
   射された第１番目の超音波が超音波送受波器で受波され
   る時刻を中心に所定巾の期間と、液化ガス容器の壁内を
   最短距離で周回した第１番目の超音波が超音波送受波器
   で受波される時刻を中心に所定巾の期間とに設定される
   ことを特徴とする超音波を利用した液化ガス容器内の液
   面位置測定装置。