JP2918126B2 - 流体レベル測定方法及び装置 - Google Patents
流体レベル測定方法及び装置Info
- Publication number
- JP2918126B2 JP2918126B2 JP2402747A JP40274790A JP2918126B2 JP 2918126 B2 JP2918126 B2 JP 2918126B2 JP 2402747 A JP2402747 A JP 2402747A JP 40274790 A JP40274790 A JP 40274790A JP 2918126 B2 JP2918126 B2 JP 2918126B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- waveguide
- height
- container
- density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2962—Measuring transit time of reflected waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、一般に測定システムに関し、
特に、超音波信号を用いる測定システムに関するもので
ある。
特に、超音波信号を用いる測定システムに関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術の説明】タンク、圧力容器、ボイラ等（以
下、単に容器とも称する）における液体もしくは流体の
レベルの測定は、制御もしくは管理の目的、在庫量の維
持、安全の確保にとって本質的に重要である。流体レベ
ルの測定には、覗き窓、フロートスイッチ及び差圧モニ
タを含め多くの技術が利用可能である。写真のような分
野において或る程度受け入れられている音響測距システ
ムも、容器内の流体レベルを測定するのに採用されてい
る。現在用いられているシステムにおいては、典型的に
は、液面の上方に設置されているトランスジューサから
の音波が、空気或は他のガス中を伝搬される。長い媒質
内を伝搬する音波は、音源からの距離の二乗に逆比例す
る割合で減衰する。この減衰は、有効測定範囲を大きく
制限するので、大きい容器内の流体レベルを測定するの
にかかる技術を適用する上に大きな欠点となっている。
下、単に容器とも称する）における液体もしくは流体の
レベルの測定は、制御もしくは管理の目的、在庫量の維
持、安全の確保にとって本質的に重要である。流体レベ
ルの測定には、覗き窓、フロートスイッチ及び差圧モニ
タを含め多くの技術が利用可能である。写真のような分
野において或る程度受け入れられている音響測距システ
ムも、容器内の流体レベルを測定するのに採用されてい
る。現在用いられているシステムにおいては、典型的に
は、液面の上方に設置されているトランスジューサから
の音波が、空気或は他のガス中を伝搬される。長い媒質
内を伝搬する音波は、音源からの距離の二乗に逆比例す
る割合で減衰する。この減衰は、有効測定範囲を大きく
制限するので、大きい容器内の流体レベルを測定するの
にかかる技術を適用する上に大きな欠点となっている。
【０００３】容器に支持されているタップを介して該容
器と流体連通関係にある直立管内の流体レベルの測定
で、容器内の流体のレベルの表示を得ることが可能な事
例も多い。しかし、直立管内の流体の高さHSが、容器内
の流体の高さHVより小さくなり得るという問題が生じて
いる。この問題は、容器に対し熱を加える場合、周囲環
境に対する熱の損失が原因で、直立管が容器と同じ温度
に維持されない時に起こり得る。容器と直立管との間に
おける温度差の結果として、容器内の流体と直立管内の
流体との間に密度の差が生ずる。直立管内の流体は、容
器内の流体とは異なった密度を有するので、直立管内の
流体レベルHSは、容器内の流体レベルHVと同じではなく
なる。
器と流体連通関係にある直立管内の流体レベルの測定
で、容器内の流体のレベルの表示を得ることが可能な事
例も多い。しかし、直立管内の流体の高さHSが、容器内
の流体の高さHVより小さくなり得るという問題が生じて
いる。この問題は、容器に対し熱を加える場合、周囲環
境に対する熱の損失が原因で、直立管が容器と同じ温度
に維持されない時に起こり得る。容器と直立管との間に
おける温度差の結果として、容器内の流体と直立管内の
流体との間に密度の差が生ずる。直立管内の流体は、容
器内の流体とは異なった密度を有するので、直立管内の
流体レベルHSは、容器内の流体レベルHVと同じではなく
なる。
【０００４】添付図面の図１には、ボイラ内の流体レベ
ルと、ボイラ直立管内の流体レベルとの間の差HV−H
Sが、タップ間の高さＨの関数として示されている。図
示の３つの曲線は、３つの異なった作動温度及び圧力を
表している。この図から明らかなように、ボイラ内の流
体の容積が増加し、作動温度及び圧力が増加するに伴
い、上記２つのレベル間の差が増大する。
ルと、ボイラ直立管内の流体レベルとの間の差HV−H
Sが、タップ間の高さＨの関数として示されている。図
示の３つの曲線は、３つの異なった作動温度及び圧力を
表している。この図から明らかなように、ボイラ内の流
体の容積が増加し、作動温度及び圧力が増加するに伴
い、上記２つのレベル間の差が増大する。
【０００５】このようなレベル差を補償するために、オ
ペレータが、流体レベルを観察するばかりでなく流体の
温度をも読み取ることができるように、温度計が装備さ
れている覗き窓がある。温度の読み量及びオペレータの
経験に基づいて、オペレータは容器内の流体レベルが、
どの程度高くなければならないかを決定する。従って、
明らかなように、このシステムはオペレータの経験の度
合に大きく依存し、結果的に費用の掛かる誤った判断が
行われ易い。従って、容器内の流体の高さを表示し且つ
オペレータに容易に理解される温度補償された測定量を
得ることができるシステムに対する必要性が存在する。
ペレータが、流体レベルを観察するばかりでなく流体の
温度をも読み取ることができるように、温度計が装備さ
れている覗き窓がある。温度の読み量及びオペレータの
経験に基づいて、オペレータは容器内の流体レベルが、
どの程度高くなければならないかを決定する。従って、
明らかなように、このシステムはオペレータの経験の度
合に大きく依存し、結果的に費用の掛かる誤った判断が
行われ易い。従って、容器内の流体の高さを表示し且つ
オペレータに容易に理解される温度補償された測定量を
得ることができるシステムに対する必要性が存在する。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、容器と流体連通関係にある音
響導波管を備える容器内の流体の高さを表す温度補償さ
れた測定量を得るためのシステムに関するものである。
基準ターゲットが導波管内に配置される。超音波信号が
発生され、計時手段もしくはタイマーにより、該超音波
信号が基準ターゲットに向かって進行し且つ該基準ター
ゲットから戻るのに要する時間を表す第１のトランシッ
ト時間と、超音波信号が導波管内の流体の表面に向かっ
て進行し該表面から戻るのに要する時間を表す第２のト
ランシット時間とを測定する。第１の回路で、上記第１
及び第２のトランシット時間に基づき、導波管内の流体
の高さを計算で求める。第２の回路は、第１のトランシ
ット時間から導波管内の流体の密度を決定して、流体の
密度に基づき流体の算出された高さを標準化し、この標
準化された高さで、容器内の流体の高さレベルを表示す
る。
響導波管を備える容器内の流体の高さを表す温度補償さ
れた測定量を得るためのシステムに関するものである。
基準ターゲットが導波管内に配置される。超音波信号が
発生され、計時手段もしくはタイマーにより、該超音波
信号が基準ターゲットに向かって進行し且つ該基準ター
ゲットから戻るのに要する時間を表す第１のトランシッ
ト時間と、超音波信号が導波管内の流体の表面に向かっ
て進行し該表面から戻るのに要する時間を表す第２のト
ランシット時間とを測定する。第１の回路で、上記第１
及び第２のトランシット時間に基づき、導波管内の流体
の高さを計算で求める。第２の回路は、第１のトランシ
ット時間から導波管内の流体の密度を決定して、流体の
密度に基づき流体の算出された高さを標準化し、この標
準化された高さで、容器内の流体の高さレベルを表示す
る。
【０００７】本発明の一実施例によれば、導波管は、容
器の外部に配設された直立管から構成されて、容器によ
り支持されるタップを介して該容器と流体連通関係に置
かれる。本発明の他の実施例によれば、導波管は、容器
内部に配設される。
器の外部に配設された直立管から構成されて、容器によ
り支持されるタップを介して該容器と流体連通関係に置
かれる。本発明の他の実施例によれば、導波管は、容器
内部に配設される。
【０００８】本発明の１つの実施例によれば、流体の高
さは、上記第１及び第２のトランシット時間の比から導
出される。
さは、上記第１及び第２のトランシット時間の比から導
出される。
【０００９】本発明の他の実施例によれば、超音波信号
の速度が第１のトランシット時間から導出される。この
速度は、表を使用することにより或は流体内の伝搬速度
の関数として密度を表す方程式を評価することにより、
流体の密度を決定するのに用いることができる。
の速度が第１のトランシット時間から導出される。この
速度は、表を使用することにより或は流体内の伝搬速度
の関数として密度を表す方程式を評価することにより、
流体の密度を決定するのに用いることができる。
【００１０】本発明の他の実施例によれば、第２の回路
は、計算で求められた高さを、高さレベル（位置水頭）
の標準化された工学単位で表すことにより標準化する。
は、計算で求められた高さを、高さレベル（位置水頭）
の標準化された工学単位で表すことにより標準化する。
【００１１】本発明の他の実施例によれば、導波管内の
流体の温度を一定に維持するために、凝縮フィン、絶縁
及び貯蔵容器が用いられる。
流体の温度を一定に維持するために、凝縮フィン、絶縁
及び貯蔵容器が用いられる。
【００１２】本発明においては、超音波送信器及び受信
器として動作することができる超音波トランスジューサ
を使用することも可能であるし、また、送信用及び受信
用に別個のトランスジューサを使用することも可能であ
る。本発明はまた、幾つかの送信器／受信器取付配位を
開示する。
器として動作することができる超音波トランスジューサ
を使用することも可能であるし、また、送信用及び受信
用に別個のトランスジューサを使用することも可能であ
る。本発明はまた、幾つかの送信器／受信器取付配位を
開示する。
【００１３】また、本発明は、容器内の流体の高さを測
定するための方法であって、容器内と流体連通関係で導
波管を設け、該導波管内部に基準ターゲットを配置し、
超音波信号を発生し、該超音波信号が基準ターゲットに
向かって進むと共に該基準ターゲットから戻る時間を表
す第１のトランシット時間を測定し、超音波信号が導波
管内の流体の表面にまで進行し該表面から戻る時間を表
す第２のトランシット時間を測定し、上記第１及び第２
のトランシット時間から導波管内の流体の高さを算出
し、第１のトランシット時間から導波管内の流体の密度
を求め、そして流体の密度に基づき流体の算出高さを標
準化し、該標準化された高さで容器内の流体の高さを表
すようにする諸ステップを含む流体レベル測定方法にも
向けられている。
定するための方法であって、容器内と流体連通関係で導
波管を設け、該導波管内部に基準ターゲットを配置し、
超音波信号を発生し、該超音波信号が基準ターゲットに
向かって進むと共に該基準ターゲットから戻る時間を表
す第１のトランシット時間を測定し、超音波信号が導波
管内の流体の表面にまで進行し該表面から戻る時間を表
す第２のトランシット時間を測定し、上記第１及び第２
のトランシット時間から導波管内の流体の高さを算出
し、第１のトランシット時間から導波管内の流体の密度
を求め、そして流体の密度に基づき流体の算出高さを標
準化し、該標準化された高さで容器内の流体の高さを表
すようにする諸ステップを含む流体レベル測定方法にも
向けられている。
【００１４】本発明は音響導波管を使用しているため、
減衰は相当に減少される。実験の結果、数百分の１ft(3
0.3cm)まで水位を測定する能力が例証された。本発明の
１つの利点は、音響エネルギーが閉じ込められるため
に、大きな距離もしくは間隔を測定するのに低信号エネ
ルギーを使用することが可能なことである。従って、測
定は、高い精度で、非常に大きいタンク、容器、貯蔵槽
等で行うことができる。導波管を用いることによる別の
利点は、導波管の軸が完全に垂直でない場合でも、有用
な表面反射を得ることができる点にある。本発明の以上
に述べた利点や有益性並びに他の利点や有益性は、以下
に述べる好適な実施例の説明から明らかとなるであろ
う。
減衰は相当に減少される。実験の結果、数百分の１ft(3
0.3cm)まで水位を測定する能力が例証された。本発明の
１つの利点は、音響エネルギーが閉じ込められるため
に、大きな距離もしくは間隔を測定するのに低信号エネ
ルギーを使用することが可能なことである。従って、測
定は、高い精度で、非常に大きいタンク、容器、貯蔵槽
等で行うことができる。導波管を用いることによる別の
利点は、導波管の軸が完全に垂直でない場合でも、有用
な表面反射を得ることができる点にある。本発明の以上
に述べた利点や有益性並びに他の利点や有益性は、以下
に述べる好適な実施例の説明から明らかとなるであろ
う。
【００１５】
【好適な実施例の説明】本発明の構造及び動作を、図２
に示すボイラ10（容器）と関連して説明する。しかし、
本発明の原理は、多様なタンク、反応容器等に広汎にわ
たり適用可能であり、そして、貯蔵容器、河川、ダム、
導管等における流体の測定にも適用することができ、本
発明は、ボイラに限定されるものではないことを理解さ
れたい。従って、ボイラ10は、高さレベルもしくは位置
水頭測定の対象となる流体に関し或る程度制約があるも
のの、一般的術語として容器とも称し得るであろう。
に示すボイラ10（容器）と関連して説明する。しかし、
本発明の原理は、多様なタンク、反応容器等に広汎にわ
たり適用可能であり、そして、貯蔵容器、河川、ダム、
導管等における流体の測定にも適用することができ、本
発明は、ボイラに限定されるものではないことを理解さ
れたい。従って、ボイラ10は、高さレベルもしくは位置
水頭測定の対象となる流体に関し或る程度制約があるも
のの、一般的術語として容器とも称し得るであろう。
【００１６】ボイラ10は、下側のタップ14から距離Ｈだ
け離間して設けられている上側のタップ12を有する。ボ
イラ10には、直立管16が設けられており、同直立管16
は、弁18を介して上側タップ12と流体連通関係にあると
共に、弁20を介して下側タップ14と流体連通関係にあ
る。
け離間して設けられている上側のタップ12を有する。ボ
イラ10には、直立管16が設けられており、同直立管16
は、弁18を介して上側タップ12と流体連通関係にあると
共に、弁20を介して下側タップ14と流体連通関係にあ
る。
【００１７】ボイラ10においては、特に、該ボイラに熱
を加えつつある場合、流体レベルHVを常時知ることが望
ましい。ここで、流体レベルHVとは、ボイラもしくは容
器に熱を加えなかったとした場合に存在するレベルHVを
越えるレベル22まで液面を更に膨張するボイラ内の気泡
を工学的に考慮して、該気泡が崩壊したと想定した場合
のレベルを表す点に注意されるべきである。
を加えつつある場合、流体レベルHVを常時知ることが望
ましい。ここで、流体レベルHVとは、ボイラもしくは容
器に熱を加えなかったとした場合に存在するレベルHVを
越えるレベル22まで液面を更に膨張するボイラ内の気泡
を工学的に考慮して、該気泡が崩壊したと想定した場合
のレベルを表す点に注意されるべきである。
【００１８】直立管16には、超音波変換器もしくはトラ
ンスジューサ24が装備されている。直立管16内にはトラ
ンスジューサ24により超音波信号が発生され、そして直
立管16は導波管としての働きをする。超音波信号は、Ｔ
形接続部により導波管内部に形成される導波管径の段部
又は孔のような反射性不連続部により形成される基準タ
ーゲット26から反射される。この基準ターゲットは、ト
ランスジューサ24から既知の間隔で離間している。超音
波信号はまた、直立管内の流体の表面28からも反射され
る。
ンスジューサ24が装備されている。直立管16内にはトラ
ンスジューサ24により超音波信号が発生され、そして直
立管16は導波管としての働きをする。超音波信号は、Ｔ
形接続部により導波管内部に形成される導波管径の段部
又は孔のような反射性不連続部により形成される基準タ
ーゲット26から反射される。この基準ターゲットは、ト
ランスジューサ24から既知の間隔で離間している。超音
波信号はまた、直立管内の流体の表面28からも反射され
る。
【００１９】トランスジューサ24によって発生される信
号にプロセッサ回路29が応答して、超音波信号がトラン
スジューサ24からターゲット26に進行し且つ反射されて
トランスジューサ24に戻るまでの時間を表す第１のトラ
ンシット時間t1並びに超音波信号がトランスジューサ24
から流体表面28まで進行して該トランスジューサ24に戻
ってくるまでの時間を表す第２のトランシット時間t2を
測定する。追って図３を参照し詳細に説明するように、
流体の高さHSは、上記２つのトランシット時間の比から
計算することができる。直立管16内の流体の密度ρ
Ｓは、算出された流体の高さHSを標準化することができ
るように、即ち、水柱in、水柱ft、p.s.i.差圧等の標準
化された工学単位で表現することができるように、第１
のトランシット時間t1から求めることができる。
号にプロセッサ回路29が応答して、超音波信号がトラン
スジューサ24からターゲット26に進行し且つ反射されて
トランスジューサ24に戻るまでの時間を表す第１のトラ
ンシット時間t1並びに超音波信号がトランスジューサ24
から流体表面28まで進行して該トランスジューサ24に戻
ってくるまでの時間を表す第２のトランシット時間t2を
測定する。追って図３を参照し詳細に説明するように、
流体の高さHSは、上記２つのトランシット時間の比から
計算することができる。直立管16内の流体の密度ρ
Ｓは、算出された流体の高さHSを標準化することができ
るように、即ち、水柱in、水柱ft、p.s.i.差圧等の標準
化された工学単位で表現することができるように、第１
のトランシット時間t1から求めることができる。
【００２０】図３には、信号演算処理手段、即ちプロセ
ッサ回路29が非常に詳細に示してある。トランスジュー
サ24は、送信増幅器(又はパルス発生器)３０及び信号受
信調整回路32と電気的に連絡している。増幅器30は、超
音波信号の発生を規制すクロック／マスタ・タイミング
装置(MTU) 34に応答する。信号受信調整回路32により受
信された信号であって、反射された超音波信号を表す信
号は検出器35に入力される。
ッサ回路29が非常に詳細に示してある。トランスジュー
サ24は、送信増幅器(又はパルス発生器)３０及び信号受
信調整回路32と電気的に連絡している。増幅器30は、超
音波信号の発生を規制すクロック／マスタ・タイミング
装置(MTU) 34に応答する。信号受信調整回路32により受
信された信号であって、反射された超音波信号を表す信
号は検出器35に入力される。
【００２１】該検出器35は、MTU 34により超音波信号が
発生されたことを報知されると、第１の時間レジスタ
(計数器)36及び第２の時間レジスタ(計数器)38を起動す
る。これ等のレジスタもしくは計数器(計時手段)は、MT
U 34によって発生されるクロックパルスを計数する。検
出器35が図２に示すターゲット26により反射された超音
波信号を表す信号を受信すると、第１の計数器36は、計
数動作を停止するように指令される。検出器35が図２に
示す直立管内の流体の表面28により反射された超音波式
号を表す信号を受信すると、第２の計数器38が計数動作
を停止するように指令される。このようにして、第１の
計数器36は、トランスジューサ24とターゲット26との間
で一巡するトランシット時間を表す値t1を格納し、他
方、第２の計数器38は、トランスジューサ24と流体の表
面28との間における往復トランシット時間を表す値t2を
格納することになる。MTU 34は、検出器35から、計数器
36及び38が所要のトランシット時間を格納していること
を示す信号を受ける。
発生されたことを報知されると、第１の時間レジスタ
(計数器)36及び第２の時間レジスタ(計数器)38を起動す
る。これ等のレジスタもしくは計数器(計時手段)は、MT
U 34によって発生されるクロックパルスを計数する。検
出器35が図２に示すターゲット26により反射された超音
波信号を表す信号を受信すると、第１の計数器36は、計
数動作を停止するように指令される。検出器35が図２に
示す直立管内の流体の表面28により反射された超音波式
号を表す信号を受信すると、第２の計数器38が計数動作
を停止するように指令される。このようにして、第１の
計数器36は、トランスジューサ24とターゲット26との間
で一巡するトランシット時間を表す値t1を格納し、他
方、第２の計数器38は、トランスジューサ24と流体の表
面28との間における往復トランシット時間を表す値t2を
格納することになる。MTU 34は、検出器35から、計数器
36及び38が所要のトランシット時間を格納していること
を示す信号を受ける。
【００２２】MTU 34は、第１の回路40(算出手段)に対
し、第１のトランシット時間t1及び第２のトランシット
時間t2を受けるように指令する。しかる後、MTU 34は計
数器36及び38をリセットする。第２のトランシット時間
t2はまた、受信信号調整回路32のゲインを制御する自動
ゲイン制御回路44にも入力される。検出器35は、送信増
幅器30のゲインを制御する自動ゲイン制御回路46に入力
される信号を発生する。このような用途の自動ゲイン制
御回路は、周知である。
し、第１のトランシット時間t1及び第２のトランシット
時間t2を受けるように指令する。しかる後、MTU 34は計
数器36及び38をリセットする。第２のトランシット時間
t2はまた、受信信号調整回路32のゲインを制御する自動
ゲイン制御回路44にも入力される。検出器35は、送信増
幅器30のゲインを制御する自動ゲイン制御回路46に入力
される信号を発生する。このような用途の自動ゲイン制
御回路は、周知である。
【００２３】第１の回路40は、次式に従い高さHSを計算
する。
する。
【００２４】 HS＝（t2/t1）Hr 上式中、Hrはトランスジューサ24から基準ターゲット26
までの既知の距離を表す。算出された値HS及び第１のト
ランシット時間は第２の回路42に入力される。
までの既知の距離を表す。算出された値HS及び第１のト
ランシット時間は第２の回路42に入力される。
【００２５】第２の回路42(密度決定・標準化手段)の１
つの機能は、第１のトランシット時間t1から直立管内の
流体の密度を求めることにある。密度及び音速は、共に
温度に関係することは知られている。図４には、室温で
の速度（例えば、1500m／s）により測定速度を除したも
のに対応する標準化された速度c/c0と、常温での密度
（例えば1000kg／m3)で除した測定密度である標準化さ
れた密度ρ/ρ0との関係を、水の場合について、温度の
関数として示す図である。因に、第２の回路42は、図４
において曲線で表したものと同じ情報を格納するテーブ
ル(表)を記憶するための記憶装置を備えることができ
る。従って、第２の回路42は、量(Hr／t1)をc0で除し、
その結果を用いて、標準化速度に対応する標準化密度値
ρ/ρ0を参照し求める。標準化密度にρｏを乗じて、直
立管内の水の密度を得る。勿論、第２の回路42に格納さ
れるテーブルは、直立管内の流体の種類に応じて適切な
テーブルでなければならない。
つの機能は、第１のトランシット時間t1から直立管内の
流体の密度を求めることにある。密度及び音速は、共に
温度に関係することは知られている。図４には、室温で
の速度（例えば、1500m／s）により測定速度を除したも
のに対応する標準化された速度c/c0と、常温での密度
（例えば1000kg／m3)で除した測定密度である標準化さ
れた密度ρ/ρ0との関係を、水の場合について、温度の
関数として示す図である。因に、第２の回路42は、図４
において曲線で表したものと同じ情報を格納するテーブ
ル(表)を記憶するための記憶装置を備えることができ
る。従って、第２の回路42は、量(Hr／t1)をc0で除し、
その結果を用いて、標準化速度に対応する標準化密度値
ρ/ρ0を参照し求める。標準化密度にρｏを乗じて、直
立管内の水の密度を得る。勿論、第２の回路42に格納さ
れるテーブルは、直立管内の流体の種類に応じて適切な
テーブルでなければならない。
【００２６】流体が水である場合には、該流体の密度を
決定する際に１つの仮定を立てる必要がある。図４から
明らかなように、標準化された速度曲線は166°F（74.4
°C)でピークに達する。しかる後、曲線は非対称的に下
がる。従って、密度を決定するためには、ピークのどち
ら側で動作しているか、即ち、166°F（74.4°C)より上
で動作しているか或は下で動作しているか知る必要があ
る。プロセス技術者にとっては、被監視下の容器に関す
る知識に基づいて適切な仮説を立てることが可能であ
る。例えば、容器がボイラである場合には、温度は沸点
よりも高いと仮定することができ、従って、密度は、ピ
ーク値の右側の曲線部分、即ち、温度が166°Ｆ(74.4°
C)に等しいか又はそれよりも高い曲線部分に基づいて算
出することができる。このような高温においても動作も
しくは運転を保証するためめのフィンや絶縁の使用に関
しては追って説明する。
決定する際に１つの仮定を立てる必要がある。図４から
明らかなように、標準化された速度曲線は166°F（74.4
°C)でピークに達する。しかる後、曲線は非対称的に下
がる。従って、密度を決定するためには、ピークのどち
ら側で動作しているか、即ち、166°F（74.4°C)より上
で動作しているか或は下で動作しているか知る必要があ
る。プロセス技術者にとっては、被監視下の容器に関す
る知識に基づいて適切な仮説を立てることが可能であ
る。例えば、容器がボイラである場合には、温度は沸点
よりも高いと仮定することができ、従って、密度は、ピ
ーク値の右側の曲線部分、即ち、温度が166°Ｆ(74.4°
C)に等しいか又はそれよりも高い曲線部分に基づいて算
出することができる。このような高温においても動作も
しくは運転を保証するためめのフィンや絶縁の使用に関
しては追って説明する。
【００２７】曲線のどの部分が適切であるかを決定する
別の方法は、MTU 34が、運転停止又は運転中に適切な曲
線部分が用いられるように、MTU 34を、運転停止及び起
動日付のような情報を記憶するカレンダ(暦)クロックと
して働らかせることである。
別の方法は、MTU 34が、運転停止又は運転中に適切な曲
線部分が用いられるように、MTU 34を、運転停止及び起
動日付のような情報を記憶するカレンダ(暦)クロックと
して働らかせることである。
【００２８】標準化された密度は、標準化された音速の
関数としてプロットすることができ、それにより図５に
示す曲線が得られる。尚、図５の曲線は、実尺では描か
れていない。第２の回路42は、図５に示してある情報
を、テーブルの形態で格納する記憶装置を備えることが
でき、それにより、標準化された密度を、標準化された
音速に基づいて上記テーブルから選択できようにするこ
とが可能である。密度は、上述のように標準化された密
度から求めることができる。
関数としてプロットすることができ、それにより図５に
示す曲線が得られる。尚、図５の曲線は、実尺では描か
れていない。第２の回路42は、図５に示してある情報
を、テーブルの形態で格納する記憶装置を備えることが
でき、それにより、標準化された密度を、標準化された
音速に基づいて上記テーブルから選択できようにするこ
とが可能である。密度は、上述のように標準化された密
度から求めることができる。
【００２９】当業者には、図４及び図５に示した曲線
を、密度を音速の関数として表す方程式により表現でき
ることは理解されるであろう。従って、第２の回路42
は、この方程式を記憶する記憶装置を備えることもでき
る。その場合、第２の回路42は、該方程式を評価して、
直立管内の流体の密度を決定する。
を、密度を音速の関数として表す方程式により表現でき
ることは理解されるであろう。従って、第２の回路42
は、この方程式を記憶する記憶装置を備えることもでき
る。その場合、第２の回路42は、該方程式を評価して、
直立管内の流体の密度を決定する。
【００３０】直立管内の流体の密度を決定した後、算出
された高さHSは、標準の基準速度、即ち、69°F(20.6°
C)で上記高さを水柱inで表すことにより標準化される。
これは、HSにρ/ρ0を乗ずることにより実現することが
できる。尚、ρｏは、基準温度における密度を表す。そ
の結果得られた値、即ち高さレベルは、公知の換算係数
を用いて他の単位で表すことができる。
された高さHSは、標準の基準速度、即ち、69°F(20.6°
C)で上記高さを水柱inで表すことにより標準化される。
これは、HSにρ/ρ0を乗ずることにより実現することが
できる。尚、ρｏは、基準温度における密度を表す。そ
の結果得られた値、即ち高さレベルは、公知の換算係数
を用いて他の単位で表すことができる。
【００３１】第２の回路42による標準化された高さ出力
は、容器内の流体の高さを表す。また標準化された高さ
は、オペレータに対して、下側タップ14の上方に存在す
る流体の重量の表示もしくは情報をも与える。
は、容器内の流体の高さを表す。また標準化された高さ
は、オペレータに対して、下側タップ14の上方に存在す
る流体の重量の表示もしくは情報をも与える。
【００３２】当業者には分かるように、図２のプロセッ
サ回路29の機能は、送信及び受信機能を除き、周知のプ
ログラミング技術に従いマイクロプロセッサをプログラ
ミングすることにより容易に実施することができる。
サ回路29の機能は、送信及び受信機能を除き、周知のプ
ログラミング技術に従いマイクロプロセッサをプログラ
ミングすることにより容易に実施することができる。
【００３３】図２を参照するに、液体領域における対流
或は伝導とは対照的に、蒸気領域において凝縮する蒸気
の熱交換は数桁台も増加するので、直立管内の流体の密
度及び容器10内の流体の密度との間に所望の関係を維持
するのを容易にするように直立管16を設計上調整するこ
とが可能であろう（別法として、ボイラ10の上側のタッ
プ12を、結果的に生ずる密度偏差が許容し得るように所
望の測定間隔よりも相当に高い位置に配置することも可
能であろう)。このような調整として、上部フィン48を
設けて高い容器レベルで凝縮を高め、それにより直立管
内の流体の温度を増加し、また、低い容器レベルでは下
部フィン49により許容し得る過冷を確保し、更に、絶縁
を施したり、容器内流体レベルの過渡的増加中、直立管
の過冷状態を確保するために過冷流体の貯蔵容器52を設
ける等の手段を講ずることができよう。直立管16は、非
凝縮性ガスを容器に浮上して逃がすように容器10から傾
きをもって突出している上側部分54並びに下側タップ14
内にフラッシング清浄流を供給するために容器に向かっ
て傾斜している下側部分56を有することができる。
或は伝導とは対照的に、蒸気領域において凝縮する蒸気
の熱交換は数桁台も増加するので、直立管内の流体の密
度及び容器10内の流体の密度との間に所望の関係を維持
するのを容易にするように直立管16を設計上調整するこ
とが可能であろう（別法として、ボイラ10の上側のタッ
プ12を、結果的に生ずる密度偏差が許容し得るように所
望の測定間隔よりも相当に高い位置に配置することも可
能であろう)。このような調整として、上部フィン48を
設けて高い容器レベルで凝縮を高め、それにより直立管
内の流体の温度を増加し、また、低い容器レベルでは下
部フィン49により許容し得る過冷を確保し、更に、絶縁
を施したり、容器内流体レベルの過渡的増加中、直立管
の過冷状態を確保するために過冷流体の貯蔵容器52を設
ける等の手段を講ずることができよう。直立管16は、非
凝縮性ガスを容器に浮上して逃がすように容器10から傾
きをもって突出している上側部分54並びに下側タップ14
内にフラッシング清浄流を供給するために容器に向かっ
て傾斜している下側部分56を有することができる。
【００３４】上述のような直立管16の調整で次のような
結果が得られる。即ち、直立管流体に対する所望の高い
温度、レベル変動による所望の温度均一性、過渡的レベ
ル変動条件下での温度の迅速な変動に対する相対的鈍感
性、並びに高い流体レベルにおける直立管レベルと容器
レベルとの間の大きな差の回避という結果が得られる。
結果が得られる。即ち、直立管流体に対する所望の高い
温度、レベル変動による所望の温度均一性、過渡的レベ
ル変動条件下での温度の迅速な変動に対する相対的鈍感
性、並びに高い流体レベルにおける直立管レベルと容器
レベルとの間の大きな差の回避という結果が得られる。
【００３５】本発明の装置は、広汎な多様の容器と関連
して用いることができる。例えば、本発明は、図６に示
すような内部導波管60を有するボイラ58で使用すること
ができる。
して用いることができる。例えば、本発明は、図６に示
すような内部導波管60を有するボイラ58で使用すること
ができる。
【００３６】直立管16の底部にトランスジューサ24を設
置する場合、下記のような問題が置こり得る。即ち、 １．直立管16の底部に集積する沈澱物が、音の伝搬に干
渉する。
置する場合、下記のような問題が置こり得る。即ち、 １．直立管16の底部に集積する沈澱物が、音の伝搬に干
渉する。
【００３７】２．トランスジューサ24における残響（リ
ンギング）及び（音響ウインドウとして作用する）導波
管16の底板が過大な時間に亙り反射信号の受信に干渉す
る可能性があり、従って、測定することができる最小レ
ベルが制限され得る。
ンギング）及び（音響ウインドウとして作用する）導波
管16の底板が過大な時間に亙り反射信号の受信に干渉す
る可能性があり、従って、測定することができる最小レ
ベルが制限され得る。
【００３８】３．残響効果を軽減するために２個のトラ
ンスジューサ（１つは送信用、１つは受信用）を使用す
る場合には、これ等の２つのトランスジューサを直立管
16の端に取り付けるのが困難となる。また、２つのトラ
ンスジューサに対し共通に或る程度のウインドウ残響が
生ずる。
ンスジューサ（１つは送信用、１つは受信用）を使用す
る場合には、これ等の２つのトランスジューサを直立管
16の端に取り付けるのが困難となる。また、２つのトラ
ンスジューサに対し共通に或る程度のウインドウ残響が
生ずる。
【００３９】図７に示した反射路構成によれば、沈澱の
問題を回避することもできる。直立管16の対向側部に、
受信用トランスジューサ64と反対側で、直立管16を横切
って取り付けられた送信用トランスジューサ62を使用す
ることにより、上述の第２及び第３の問題を回避するこ
とができる。上記２つのトランスジューサ間には、破線
で示す単一の路が与えられるように、二重の45度偏向器
もしくは反射器66が配置される。また、側部に設けられ
た単一のトランスジューサと、単一の45度反射器とを用
いて、該トランスジューサを送信及び受信兼用トランス
ジューサとして作動させることも可能である。
問題を回避することもできる。直立管16の対向側部に、
受信用トランスジューサ64と反対側で、直立管16を横切
って取り付けられた送信用トランスジューサ62を使用す
ることにより、上述の第２及び第３の問題を回避するこ
とができる。上記２つのトランスジューサ間には、破線
で示す単一の路が与えられるように、二重の45度偏向器
もしくは反射器66が配置される。また、側部に設けられ
た単一のトランスジューサと、単一の45度反射器とを用
いて、該トランスジューサを送信及び受信兼用トランス
ジューサとして作動させることも可能である。
【００４０】(液体中を通らない)金属製の直立管壁内で
の音響エネルギー伝搬は、管を横切る超音波伝搬を利用
する用途において問題となるように、問題になり得る。
しかし、液体内での反射信号の到達の遅れは大きく、従
って、壁を介して伝搬する小さい音響の存在下でも容易
に検出可能である。更に、壁を伝わる音響という問題を
回避するために、トランスジューサを、図８に示すよう
に軸方向に変位して設けることも可能である。図８にお
いて、送信用トランスジューサ62と受信用トランスジュ
ーサ64との間における交差結合を減少する二重の変位し
た45度の反射面を有する反射器68が用いられている。
の音響エネルギー伝搬は、管を横切る超音波伝搬を利用
する用途において問題となるように、問題になり得る。
しかし、液体内での反射信号の到達の遅れは大きく、従
って、壁を介して伝搬する小さい音響の存在下でも容易
に検出可能である。更に、壁を伝わる音響という問題を
回避するために、トランスジューサを、図８に示すよう
に軸方向に変位して設けることも可能である。図８にお
いて、送信用トランスジューサ62と受信用トランスジュ
ーサ64との間における交差結合を減少する二重の変位し
た45度の反射面を有する反射器68が用いられている。
【００４１】図９は、トランスジューサ24を下端部に取
り付けて軸方向に照準した場合における、沈澱物の累積
という問題を回避する方法を示す。図９に示す構造は、
（熱電対容器に類似した）ウェル形のハウジング70を有
し、このウェル形ハウジング70は、直立管内に突出し
て、トランスジューサの周囲に、沈澱物が累積する環状
の領域を形成している。この構成の別の特徴は、トラン
スジューサのためのスペースを確保するのに必要である
ように、下側の部分の直径を直立管の主要部分よりも大
きく形成できることにある。その結果生ずる内径の段差
は、音速の変化を補償するのに必要とされる基準ターゲ
ットとして利用することができる。下側タップの２つの
代替的配置が示されており、上側の位置によれば、トラ
ンスジューサは流体により覆われた状態に留どまり、そ
れにより冷却され、他方、下側の位置では、完全なドレ
ン及び沈澱物除去が行われる。後者の効果はまた、既述
の傾斜した部分56（図２）により助成される。
り付けて軸方向に照準した場合における、沈澱物の累積
という問題を回避する方法を示す。図９に示す構造は、
（熱電対容器に類似した）ウェル形のハウジング70を有
し、このウェル形ハウジング70は、直立管内に突出し
て、トランスジューサの周囲に、沈澱物が累積する環状
の領域を形成している。この構成の別の特徴は、トラン
スジューサのためのスペースを確保するのに必要である
ように、下側の部分の直径を直立管の主要部分よりも大
きく形成できることにある。その結果生ずる内径の段差
は、音速の変化を補償するのに必要とされる基準ターゲ
ットとして利用することができる。下側タップの２つの
代替的配置が示されており、上側の位置によれば、トラ
ンスジューサは流体により覆われた状態に留どまり、そ
れにより冷却され、他方、下側の位置では、完全なドレ
ン及び沈澱物除去が行われる。後者の効果はまた、既述
の傾斜した部分56（図２）により助成される。
【００４２】高温度使用に意図されている全ての構成に
おいて、好適なトランスジューサ設計は、係合する部分
における極めて平坦な表面及び適度な結合力により良好
な音響結合が行われる乾式結合設計である。平坦度に関
する要件は、低周波数及び音響バースト信号の場合と比
較して、高周波数及び衝撃励起パルス伝搬に対して一層
厳しくなる。液位測定には上記いずれの型の信号をも使
用することができる。温度が極端でない場合において
も、上記の設計は、結合剤や液体カプラが使用されない
ため、交換が容易に可能であるという利点を有する。
おいて、好適なトランスジューサ設計は、係合する部分
における極めて平坦な表面及び適度な結合力により良好
な音響結合が行われる乾式結合設計である。平坦度に関
する要件は、低周波数及び音響バースト信号の場合と比
較して、高周波数及び衝撃励起パルス伝搬に対して一層
厳しくなる。液位測定には上記いずれの型の信号をも使
用することができる。温度が極端でない場合において
も、上記の設計は、結合剤や液体カプラが使用されない
ため、交換が容易に可能であるという利点を有する。
【００４３】液体が充填されている管内部での音の伝搬
は、１つの方向における流体レベルの変動に伴い信号を
循環的に増加又は減少せしめ得る導波管モードをもたら
す。このような変動を平滑化するためには、非円形断面
を用いるのが有用であり得る。例えば、平坦化された管
は、１つの横方向寸法に基づく強いモードを分割する２
つの主たる横方向寸法を有する。これと関連して、管を
先細にするのも有利であろう。
は、１つの方向における流体レベルの変動に伴い信号を
循環的に増加又は減少せしめ得る導波管モードをもたら
す。このような変動を平滑化するためには、非円形断面
を用いるのが有用であり得る。例えば、平坦化された管
は、１つの横方向寸法に基づく強いモードを分割する２
つの主たる横方向寸法を有する。これと関連して、管を
先細にするのも有利であろう。
【００４４】図10に示すような多重基準ターゲット72及
び74は、それぞれ、異なった反射パターンを発生する。
基準ターゲット74は２つの異なったエコーを発生し、基
準ターゲット72は３つの異なったエコーを発生する。多
重ターゲットは、直立管の長さに沿う音速の勾配を補償
するのに用いることができる。
び74は、それぞれ、異なった反射パターンを発生する。
基準ターゲット74は２つの異なったエコーを発生し、基
準ターゲット72は３つの異なったエコーを発生する。多
重ターゲットは、直立管の長さに沿う音速の勾配を補償
するのに用いることができる。
【００４５】図11に示すような多段連続レベル測定も、
特に、大きい範囲のレベルを測定しなければならない場
合に利点を有する配列の別の例である。この配列によれ
ば、レベルが下側管部分の頂部に達するまで、レベルは
第１のトランスジューサ62により下側管部分内で測定さ
れる。レベルが更に高くなると、液体は、第２のトラン
スジューサ64により第２の管部分内で測定される。第２
のトランスジューサ64が液体を検知するという事実は、
レベルが当該点に達したことの明確な表示となる。言い
換えるならば、この構成は、システムをチェックするた
めの点レベル検出器として働くことができる。下側の管
部分の頂部からの反射は、レベルが上側の管部分内にあ
る時に、下側の管部分に亙り平均化された温度の正確な
測定値を与える。多段構成は、２個以上のトランスジュ
ーサを必要とするが、所望の範囲を包含するために所要
数の管部分を組み合わせたモジュール構造が可能である
という利点を有する。要素63及び65は、所与の管部分の
頂部に流体レベルが達したことの明確な表示を与えるよ
うに再帰反射器或はトランスポンダモードで動作する能
動トランスジューサとすることができる。
特に、大きい範囲のレベルを測定しなければならない場
合に利点を有する配列の別の例である。この配列によれ
ば、レベルが下側管部分の頂部に達するまで、レベルは
第１のトランスジューサ62により下側管部分内で測定さ
れる。レベルが更に高くなると、液体は、第２のトラン
スジューサ64により第２の管部分内で測定される。第２
のトランスジューサ64が液体を検知するという事実は、
レベルが当該点に達したことの明確な表示となる。言い
換えるならば、この構成は、システムをチェックするた
めの点レベル検出器として働くことができる。下側の管
部分の頂部からの反射は、レベルが上側の管部分内にあ
る時に、下側の管部分に亙り平均化された温度の正確な
測定値を与える。多段構成は、２個以上のトランスジュ
ーサを必要とするが、所望の範囲を包含するために所要
数の管部分を組み合わせたモジュール構造が可能である
という利点を有する。要素63及び65は、所与の管部分の
頂部に流体レベルが達したことの明確な表示を与えるよ
うに再帰反射器或はトランスポンダモードで動作する能
動トランスジューサとすることができる。
【００４６】図29は、１つのユニットとして挿入するこ
とができる底部フランジに取り付けられた反射器76とタ
ーゲット78及び80とからなる組立体を示す。
とができる底部フランジに取り付けられた反射器76とタ
ーゲット78及び80とからなる組立体を示す。
【００４７】図13に示してある本発明の別の実施例にお
いては、中央の管82が、環状領域84により囲繞されお
り、この環状領域84内に、レベルが測定される液体が存
在する。中央領域は、一定量の液体を収容しており、既
知の温度範囲に亙り液体の膨張に対し充分な空間を有す
る。この構造によれば、測定液体から中央管内部の液体
に対し良好な熱結合が得られる。一連の点レベル測定
は、反射組立体86を中央の管82内部に、個々の反射面
が、外側の管の外面に取り付けられている受信トランス
ジューサ88と対向するように設けることによって実施す
ることが可能である。環状領域84内のレベルが、所定の
反射表面の高さに達すると、音波は、環状領域を経て進
行して対応の外部トランスジューサに達し、それにより
レベルの明確な表示を与え、連続測定でのチェック及び
音速の測定を可能にする。
いては、中央の管82が、環状領域84により囲繞されお
り、この環状領域84内に、レベルが測定される液体が存
在する。中央領域は、一定量の液体を収容しており、既
知の温度範囲に亙り液体の膨張に対し充分な空間を有す
る。この構造によれば、測定液体から中央管内部の液体
に対し良好な熱結合が得られる。一連の点レベル測定
は、反射組立体86を中央の管82内部に、個々の反射面
が、外側の管の外面に取り付けられている受信トランス
ジューサ88と対向するように設けることによって実施す
ることが可能である。環状領域84内のレベルが、所定の
反射表面の高さに達すると、音波は、環状領域を経て進
行して対応の外部トランスジューサに達し、それにより
レベルの明確な表示を与え、連続測定でのチェック及び
音速の測定を可能にする。
【００４８】また、本発明は、容器内の流体の高さを測
定するための方法であって、容器内と流体連通関係で導
波管を設け、該導波管内部に基準ターゲットを位置付
け、超音波信号を発生し、該超音波信号がターゲットに
向かって進行すると共に該ターゲットから戻る時間を表
す第１のトランシット時間を測定し、超音波信号が導波
管内の流体の表面にまで進行し該表面から戻る時間を表
す第２のトランシット時間を測定し、上記第１及び第２
のトランシット時間から導波管内の流体の高さを計算
し、第１のトランシット時間から導波管内の流体の密度
を求め、そして流体の密度に基づき流体の計算高さを標
準化し、該標準化された高さが容器内の流体の高さを表
すようにする諸ステップを含む方法も提案している。
定するための方法であって、容器内と流体連通関係で導
波管を設け、該導波管内部に基準ターゲットを位置付
け、超音波信号を発生し、該超音波信号がターゲットに
向かって進行すると共に該ターゲットから戻る時間を表
す第１のトランシット時間を測定し、超音波信号が導波
管内の流体の表面にまで進行し該表面から戻る時間を表
す第２のトランシット時間を測定し、上記第１及び第２
のトランシット時間から導波管内の流体の高さを計算
し、第１のトランシット時間から導波管内の流体の密度
を求め、そして流体の密度に基づき流体の計算高さを標
準化し、該標準化された高さが容器内の流体の高さを表
すようにする諸ステップを含む方法も提案している。
【００４９】以上、本発明の好適な実施例と関連して本
発明を説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する
者には多くの変更及び変形が明らかであろう。従って、
本発明は、このような変更及び変形を全て包含すること
を意図するものであると理解されたい。
発明を説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する
者には多くの変更及び変形が明らかであろう。従って、
本発明は、このような変更及び変形を全て包含すること
を意図するものであると理解されたい。
【図１】直立管のタップ間の高さＨの関数として、容器
内の流体のレベルHVと直立管内の流体のレベルHSとの間
における差をグラフで示す図。
内の流体のレベルHVと直立管内の流体のレベルHSとの間
における差をグラフで示す図。
【図２】本発明の教示に従って構成された温度補償液体
レベル測定装置を有するボイラを示す図。
レベル測定装置を有するボイラを示す図。
【図３】本発明の教示に従って構成された温度補償液体
レベル測定装置のブロック図。
レベル測定装置のブロック図。
【図４】温度の関数として密度及び音速をグラフで示す
図。
図。
【図５】音速の関数として密度をグラフで示す図。
【図６】内部直立管を有するボイラの構造を示す図。
【図７】トランスジューサ、反射器及び直立管の構造形
態を示す図。
態を示す図。
【図８】トランスジューサ、反射器及び直立管の別の構
造形態を示す図。
造形態を示す図。
【図９】トランスジューサ、反射器及び直立管の更に別
の構造形態を示す図。
の構造形態を示す図。
【図１０】トランスジューサ、反射器及び直立管のもう
一つ構造形態を示す図。
一つ構造形態を示す図。
【図１１】トランスジューサ、反射器及び直立管の別の
もう一つ構造形態を示す図。
もう一つ構造形態を示す図。
【図１２】トランスジューサ、反射器及び直立管の別の
もう一つ構造形態を示す図。
もう一つ構造形態を示す図。
【図１３】トランスジューサ、反射器及び直立管の更に
別のもう一つ構造形態を示す図。
別のもう一つ構造形態を示す図。
10、58 容器（ボイラ） 16、60 音響導波管（直立管） 24、62、63、64、65、88 超音波トランスジューサ
手段 26、72、74、78、80 基準ターゲット 28 導波管内の流体の表面 29 信号演算処理手段 36 計時手段（第１の計数
器） 38 計時手段（第２の計数
器） 40 算出手段（第１の回路） 42 密度決定・標準化手段
（第２の回路）
手段 26、72、74、78、80 基準ターゲット 28 導波管内の流体の表面 29 信号演算処理手段 36 計時手段（第１の計数
器） 38 計時手段（第２の計数
器） 40 算出手段（第１の回路） 42 密度決定・標準化手段
（第２の回路）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・レオ・マックシェイン アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピ ッツバーグ、ソーンベリー・ドライブ 101 (56)参考文献 実開 昭61−137214（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−109828（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 23/28
Claims (2)
- 【請求項１】 容器内の流体の高さレベルを表す温度補
償された測定量を得るための方法であって、 前記容器と流体連通関係で音響導波管を設け、 該導波管内部に基準ターゲットを配置し、 前記流体内に超音波信号を発生し、 前記超音波信号が前記基準ターゲットに向かって進行し
該基準ターゲットから戻る時間を表す第１のトランシッ
ト時間を測定し、 前記超音波信号が前記導波管内の流体の表面まで進行し
該表面から戻る時間を表す第２のトランシット時間を測
定し、 前記第１及び第２のトランシット時間から前記導波管内
の流体の高さを算出し、 前記第１のトランシット時間から前記導波管内の流体の
密度を求め、 前記流体の密度に基づき前記流体の算出高さを標準化し
て、該標準化された高さが前記容器内の流体の高さレベ
ルを表すようにする、 諸ステップを含む流体レベル測定方法。 - 【請求項２】 容器内の液体の高さレベルを表す温度補
償された測定量を得るための装置であって、 前記容器と流体連通関係にある音響導波管と、 前記導波管内に配置された基準ターゲットと、 前記流体内に超音波信号を発生するための超音波トラン
スジューサ手段と、 前記超音波信号が前記基準ターゲットに向かって進行し
該基準ターゲットから戻る時間を表す第１のトランシッ
ト時間を測定し且つ前記超音波信号が前記導波管内の流
体の表面に向かって進行し該表面から戻る時間を表す第
２のトランシット時間を測定するための計時手段と、 前記第１及び第２のトランシット時間から前記導波管内
の流体の高さを算出するための算出手段と、 前記第１のトランシット時間から前記導波管内の流体の
密度を決定し、該流体の密度に基づいて前記流体の算出
高さを標準化して、該標準化された高さで前記容器内の
流体の高さレベルを表す密度決定・標準化手段と、 を含む流体レベル測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/453,736 US5038611A (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Apparatus and method for providing a temperature compensated liquid level measurement |
| US453736 | 1989-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289520A JPH03289520A (ja) | 1991-12-19 |
| JP2918126B2 true JP2918126B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=23801854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2402747A Expired - Fee Related JP2918126B2 (ja) | 1989-12-20 | 1990-12-17 | 流体レベル測定方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5038611A (ja) |
| EP (1) | EP0435488A1 (ja) |
| JP (1) | JP2918126B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9212943B2 (en) | 2012-01-05 | 2015-12-15 | Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. | Ultrasonic reactor water level measuring device and evaluation method |
Families Citing this family (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2260235B (en) * | 1991-09-26 | 1995-07-12 | Schlumberger Ind Ltd | Measurement of liquid level |
| FR2719899B1 (fr) * | 1993-11-29 | 1996-11-22 | Pierre Ribes | Dispositif pour mesurer le niveau du liquide contenu dans plusieurs cuves non reliées entre elles. |
| FR2713336B1 (fr) * | 1993-11-29 | 1996-03-01 | Ribes Pierre | Dispositif pour mesurer le niveau du liquide contenu dans plusieurs cuves non reliées entre elles. |
| US5471872A (en) * | 1994-01-07 | 1995-12-05 | Semitool, Inc. | Acoustic liquid level measuring apparatus |
| GB9601535D0 (en) * | 1996-01-26 | 1996-03-27 | Smiths Industries Plc | Fluid quantity measurement |
| GB9606151D0 (en) * | 1996-03-23 | 1996-05-29 | Smiths Industries Plc | Fluid-gauging systems and probes |
| IL121413A (en) * | 1997-07-28 | 2000-10-31 | Green Cloud Ltd | Method for reducing the accumulation of precipitates and impurities on ultrasonic transducers |
| DE19942377A1 (de) * | 1999-09-04 | 2001-03-08 | Mannesmann Vdo Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter |
| FR2834062B1 (fr) | 2001-12-21 | 2004-07-09 | Marwal Systems | Jauge de niveau |
| FR2834061B1 (fr) * | 2001-12-21 | 2004-07-09 | Marwal Systems | Jauge de niveau |
| DE10312102B4 (de) * | 2003-03-19 | 2015-10-08 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter |
| US6932028B1 (en) | 2004-10-06 | 2005-08-23 | Vogt Power International Inc. | Apparatus and method for determining a liquid level in a steam drum |
| US7356427B2 (en) * | 2005-01-04 | 2008-04-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods and systems for estimating a nominal height or quantity of a fluid in a mixing tank while reducing noise |
| US7353874B2 (en) * | 2005-04-14 | 2008-04-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method for servicing a well bore using a mixing control system |
| US7308379B2 (en) * | 2005-04-14 | 2007-12-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods and systems for estimating density of a material in a mixing process |
| US7494263B2 (en) * | 2005-04-14 | 2009-02-24 | Halliburton Energy Services, Inc. | Control system design for a mixing system with multiple inputs |
| EP1850098B1 (en) * | 2006-04-27 | 2013-01-30 | Hugh Corum Sintes | Ultrasonic liquid level sensor |
| SE529551C2 (sv) * | 2006-07-12 | 2007-09-11 | Axsensor Ab | Vätskenivåmätanordning |
| KR100825226B1 (ko) * | 2006-09-11 | 2008-04-25 | 서울산업대학교 산학협력단 | 정밀 고도 측정 방법 및 장치 |
| US8850881B2 (en) * | 2008-05-13 | 2014-10-07 | Exxonmobil Research & Engineering Company | Method for measuring reactor bed level from active acoustic measurement and analysis |
| US8177411B2 (en) * | 2009-01-08 | 2012-05-15 | Halliburton Energy Services Inc. | Mixer system controlled based on density inferred from sensed mixing tub weight |
| CA2819754C (en) * | 2010-12-16 | 2016-03-29 | Vega Grieshaber Kg | Measuring apparatus, control apparatus and measuring device for measuring of levels |
| US9228866B2 (en) * | 2012-06-06 | 2016-01-05 | Dieterich Standard, Inc. | Process fluid flow transmitter with finned coplanar process fluid flange |
| DE102013109606B4 (de) * | 2013-09-03 | 2022-05-12 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Füllstands in einem Sammelbehälter |
| US10197456B2 (en) | 2015-02-02 | 2019-02-05 | General Electric Company | Systems and methods for measuring temperature in a gas turbine using acoustic interference |
| US9989423B2 (en) | 2015-02-02 | 2018-06-05 | General Electric Company | Systems and methods for measuring temperature in a gas turbine using acoustic interference |
| AU2020283140B2 (en) | 2019-05-31 | 2022-04-14 | Perceptive Sensor Technologies Llc | Non-linear ultrasound method and apparatus for quantitative detection of materials (liquids, gas, plasma) |
| US11231311B2 (en) | 2019-05-31 | 2022-01-25 | Perceptive Sensor Technologies Llc | Non-linear ultrasound method and apparatus for quantitative detection of materials |
| DE102020200720A1 (de) | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Thyssenkrupp Ag | Anordnung umfassend einen Dampfsättiger sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung |
| US11729537B2 (en) | 2020-12-02 | 2023-08-15 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Variable angle transducer interface block |
| CN116829915A (zh) | 2020-12-04 | 2023-09-29 | 感知传感器技术股份有限公司 | 在分层环境中的声学温度测量 |
| US11788904B2 (en) | 2020-12-04 | 2023-10-17 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Acoustic temperature measurement in layered environments |
| US11604294B2 (en) | 2020-12-04 | 2023-03-14 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Determining layer characteristics in multi-layered environments |
| WO2022120259A1 (en) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Apparatus, system, and method for the detection of objects and activity within a container |
| WO2022120257A1 (en) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Systems and methods for determining floating roof level tilt and characterizing runoff |
| CN116917729A (zh) | 2020-12-04 | 2023-10-20 | 感知传感器技术股份有限公司 | 多路径声学信号在材料检测方面的改进 |
| US11994494B2 (en) | 2020-12-04 | 2024-05-28 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Multi-bounce acoustic signal material detection |
| US11536696B2 (en) | 2020-12-04 | 2022-12-27 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | In-wall multi-bounce material property detection and acoustic signal amplification |
| CN116888468A (zh) | 2020-12-30 | 2023-10-13 | 感知传感器技术股份有限公司 | 用信号评估流体质量 |
| US20230083033A1 (en) * | 2021-09-13 | 2023-03-16 | Saudi Arabian Oil Company | Measuring levels of volatile fluids |
| WO2023154514A1 (en) | 2022-02-11 | 2023-08-17 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Acoustic signal detection of material composition in static and dynamic conditions |
| US11940420B2 (en) | 2022-07-19 | 2024-03-26 | Perceptive Sensor Technologies, Inc. | Acoustic signal material identification with nanotube couplant |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2960678A (en) * | 1953-10-06 | 1960-11-15 | Honeywell Regulator Co | Ultrasonic level measuring apparatus |
| US3486381A (en) * | 1966-10-25 | 1969-12-30 | Wallace & Tiernan Inc | Supersonic-energy measuring devices and systems |
| US3845288A (en) * | 1971-06-28 | 1974-10-29 | Trw Inc | Data normalizing method and system |
| US4303984A (en) * | 1979-12-14 | 1981-12-01 | Honeywell Inc. | Sensor output correction circuit |
| US4359902A (en) * | 1980-07-31 | 1982-11-23 | Lawless James C | Liquid level gauge |
| EP0138541A1 (en) * | 1983-10-06 | 1985-04-24 | Lucas Kienzle Instruments Limited | Liquid level measurement |
| US4815323A (en) * | 1985-06-28 | 1989-03-28 | Simmonds Precision Products, Inc. | Ultrasonic fuel quantity gauging system |
-
1989
- 1989-12-20 US US07/453,736 patent/US5038611A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-12-06 EP EP90313259A patent/EP0435488A1/en not_active Withdrawn
- 1990-12-17 JP JP2402747A patent/JP2918126B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9212943B2 (en) | 2012-01-05 | 2015-12-15 | Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. | Ultrasonic reactor water level measuring device and evaluation method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5038611A (en) | 1991-08-13 |
| EP0435488A1 (en) | 1991-07-03 |
| JPH03289520A (ja) | 1991-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2918126B2 (ja) | 流体レベル測定方法及び装置 | |
| US4805453A (en) | Tank sonic gauging system and methods | |
| US4397194A (en) | Ultrasonic flowmeter including means to measure pipe geometry | |
| US2874568A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
| US5728948A (en) | Fluid meter construction | |
| JP3216769B2 (ja) | クランプオン型超音波流量計における温度圧力補償方法 | |
| US4938066A (en) | Ultrasonic apparatus for measuring the speed of sound in a gaseous medium | |
| CA2091021C (en) | Liquid-level gauging | |
| US5568449A (en) | Methods and apparatus for use in ultrasonic ranging | |
| US5824915A (en) | Volumetric flow meter | |
| US4610167A (en) | Apparatus for measuring flow velocity of fluids | |
| EP3167256B1 (en) | Flow rate measurement in a volume | |
| CA1224868A (en) | Tank gauging system and methods | |
| US5271267A (en) | Method and apparatus for determining fluid properties from sonic/temperature fluid signature | |
| US5062295A (en) | Dual tube sonic level gage | |
| EP1435511A2 (en) | Ultrasound flow meter with orthogonal transit-time sensing | |
| US20040129088A1 (en) | Single-body dual-chip orthogonal sensing transit-time flow device using a parabolic reflecting surface | |
| JPH0447770B2 (ja) | ||
| GB2164151A (en) | Acoustic liquid level measuring apparatus | |
| GB2153999A (en) | Remote temperature measurement | |
| JPH05273033A (ja) | 原子炉水位計測装置 | |
| CN211783978U (zh) | 一种w型超声波热量表 | |
| US6854339B2 (en) | Single-body dual-chip orthogonal sensing transit-time flow device using a parabolic reflecting surface | |
| JP2007178244A (ja) | 超音波流量計および超音波流量計に用いるくさび | |
| JPH0749334A (ja) | 液体金属中の気泡測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |