JP2962535B2 - 超音波式液面レベル計 - Google Patents
超音波式液面レベル計Info
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- ultrasonic element
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、容器等に収容されてい
る液体の液面の位置を超音波の反射波を用いて検出する
超音波式液面レベル計に関する。
る液体の液面の位置を超音波の反射波を用いて検出する
超音波式液面レベル計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波式液面レベル計としては、
図８に示すようなものがある。これは送信用超音波素子
１と受信用超音波素子２を平面的に配置し、送信用超音
波素子１より放射された超音波が液面３で反射されて戻
ってきたものを受信用超音波素子２で受け、その間の時
間Ｔを計測することにより、超音波素子から液面までの
距離Ｘを次式 Ｘ＝ＣＴ／２（Ｃ：音速）より求めるも
のである。
図８に示すようなものがある。これは送信用超音波素子
１と受信用超音波素子２を平面的に配置し、送信用超音
波素子１より放射された超音波が液面３で反射されて戻
ってきたものを受信用超音波素子２で受け、その間の時
間Ｔを計測することにより、超音波素子から液面までの
距離Ｘを次式 Ｘ＝ＣＴ／２（Ｃ：音速）より求めるも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】音速Ｃは媒質の密度に
よって変わるため、温度や気圧の変化の影響を受け、特
に、周囲温度ｔに対しては、Ｃ＝３３１．５＋０．６０
７ｔ（ｍ／ｓ）のように変化する。従って、これを補正
するためには、別に温度検出手段を設ける必要があっ
た。さらに別の問題として、従来の構成では、放射され
た超音波が拡散するため、測定距離が長くなると受信レ
ベルが急激に低下し、測定不能となる。これを避けるた
めには、超音波素子を大形化せざるを得ず、このために
限られた取り付け面積に収容できない場合も生ずる。
よって変わるため、温度や気圧の変化の影響を受け、特
に、周囲温度ｔに対しては、Ｃ＝３３１．５＋０．６０
７ｔ（ｍ／ｓ）のように変化する。従って、これを補正
するためには、別に温度検出手段を設ける必要があっ
た。さらに別の問題として、従来の構成では、放射され
た超音波が拡散するため、測定距離が長くなると受信レ
ベルが急激に低下し、測定不能となる。これを避けるた
めには、超音波素子を大形化せざるを得ず、このために
限られた取り付け面積に収容できない場合も生ずる。
【０００４】本発明は上記の実情に鑑みてなされたもの
で、音速の変化に影響されない距離測定が可能で、かつ
取り付け面積も小さくでき、測定範囲も十分確保できる
超音波式液面レベル計を提供することを目的とする。
で、音速の変化に影響されない距離測定が可能で、かつ
取り付け面積も小さくでき、測定範囲も十分確保できる
超音波式液面レベル計を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、超音波素子を、管の一端に挿入した超音波
ホーンで前記管の断面の中心に保持し、該管の他端を液
面に浸すようにするとともに、該超音波素子から、一定
距離だけ隔てた管内部の壁に接して１個のリング状の微
小な反射板を設け、該反射板での反射波の受信時間と液
面での反射波の受信時間との比を計測するようにしたも
のである。
するために、超音波素子を、管の一端に挿入した超音波
ホーンで前記管の断面の中心に保持し、該管の他端を液
面に浸すようにするとともに、該超音波素子から、一定
距離だけ隔てた管内部の壁に接して１個のリング状の微
小な反射板を設け、該反射板での反射波の受信時間と液
面での反射波の受信時間との比を計測するようにしたも
のである。
【０００６】
【作用】本発明は、既知の距離に対する反射波の受信時
間と、未知の距離に対する反射波の受信時間との比を測
定して、未知の距離を算出するようにしたものであるか
ら、音速を直接求める必要がなく、これが変化しても測
定に影響しない。
間と、未知の距離に対する反射波の受信時間との比を測
定して、未知の距離を算出するようにしたものであるか
ら、音速を直接求める必要がなく、これが変化しても測
定に影響しない。
【０００７】また、超音波素子を管の内部に挿入し、超
音波を液面まで管内に封じ込めた状態で送信させる構成
のため、超音波の拡散が少なく、効率よく反射波を受け
ることができる。この結果、小形の超音波素子で十分な
測定範囲を確保できる。さらに、高精度で安価な装置を
実現できる。
音波を液面まで管内に封じ込めた状態で送信させる構成
のため、超音波の拡散が少なく、効率よく反射波を受け
ることができる。この結果、小形の超音波素子で十分な
測定範囲を確保できる。さらに、高精度で安価な装置を
実現できる。
【０００８】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【０００９】図１は本発明の第一の参考例を示す断面図
である。送信用超音波素子１と受信用超音波素子２は超
音波素子ホルダ４の内部に挿入されている。さらに超音
波素子ホルダ４は管５の一端に挿入されており、管５の
他端は、液面３に浸っている。また、これらの超音波素
子１，２から一定距離ｄだけ隔てた管５内部の断面の一
部に微小な反射板７が設置されている。また、６は液面
３のレベルが変化したときに管５内部の空気が出入りす
るための通気孔であり、管５の一部、あるいは超音波素
子ホルダ４の一部に設けられている。
である。送信用超音波素子１と受信用超音波素子２は超
音波素子ホルダ４の内部に挿入されている。さらに超音
波素子ホルダ４は管５の一端に挿入されており、管５の
他端は、液面３に浸っている。また、これらの超音波素
子１，２から一定距離ｄだけ隔てた管５内部の断面の一
部に微小な反射板７が設置されている。また、６は液面
３のレベルが変化したときに管５内部の空気が出入りす
るための通気孔であり、管５の一部、あるいは超音波素
子ホルダ４の一部に設けられている。
【００１０】いま、送信用超音波素子１から放射された
超音波が反射板７で反射されて、受信用超音波素子２に
到達するまでの時間をＴ1 、送信用超音波素子１から放
射された超音波が液面３で反射されて、受信用超音波素
子２に到達するまでの時間をＴ2 、これらの超音波素子
１，２から液面３までの距離をＸ、音速をＣとすると、
２ｄ＝ＣＴ1 、２ｘ＝ＣＴ2の関係があるから、液面ま
での距離Ｘは、 Ｘ＝ｄ×（Ｔ2 ／Ｔ1 ） 上式において、ｄは既知であるから、Ｔ1 とＴ2 との比
（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測することにより、Ｘが求まる。同
式には音速Ｃが含まれないから、温度、気圧などの変動
により、音速Ｃが変化しても計測の精度には影響しな
い。
超音波が反射板７で反射されて、受信用超音波素子２に
到達するまでの時間をＴ1 、送信用超音波素子１から放
射された超音波が液面３で反射されて、受信用超音波素
子２に到達するまでの時間をＴ2 、これらの超音波素子
１，２から液面３までの距離をＸ、音速をＣとすると、
２ｄ＝ＣＴ1 、２ｘ＝ＣＴ2の関係があるから、液面ま
での距離Ｘは、 Ｘ＝ｄ×（Ｔ2 ／Ｔ1 ） 上式において、ｄは既知であるから、Ｔ1 とＴ2 との比
（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測することにより、Ｘが求まる。同
式には音速Ｃが含まれないから、温度、気圧などの変動
により、音速Ｃが変化しても計測の精度には影響しな
い。
【００１１】一方、超音波素子を管の内部に挿入し、超
音波を液面まで管内に封じ込めた状態で送信する構成の
ため、超音波の拡散が少なく、効率よく反射波を受ける
ことができる。この結果、小形の超音波素子で十分な測
定範囲を確保できる。
音波を液面まで管内に封じ込めた状態で送信する構成の
ため、超音波の拡散が少なく、効率よく反射波を受ける
ことができる。この結果、小形の超音波素子で十分な測
定範囲を確保できる。
【００１２】図２は、第二の参考例を示す断面図であ
る。本参考例は、送信用超音波素子１から直接、受信用
超音波素子２に入り込んでくる、いわゆる廻り込み波を
減らすために、送信用超音波素子１と受信用超音波素子
２とを超音波を送信する方向に一定の距離ｄ2 だけずら
して超音波素子ホルダ４に挿入したものである。
る。本参考例は、送信用超音波素子１から直接、受信用
超音波素子２に入り込んでくる、いわゆる廻り込み波を
減らすために、送信用超音波素子１と受信用超音波素子
２とを超音波を送信する方向に一定の距離ｄ2 だけずら
して超音波素子ホルダ４に挿入したものである。
【００１３】送信用超音波素子１から液面３までの距離
をＸ、送信用超音波素子１から反射板７までの距離をｄ
1 とすると、 ２ｄ1 ＋ｄ2 ＝ＣＴ1 、２Ｘ＋ｄ2 ＝ＣＴ2 の関係があ
るから、液面までの距離Ｘは Ｘ＝（ｄ1 ＋ｄ2 ／
２）（Ｔ2 ／Ｔ1 ）−ｄ2 上式において、ｄ1 ，ｄ2 は既知であるから、前記参考
例と同様にＴ1 とＴ2 の比（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測するこ
とにより、Ｘが求まる。
をＸ、送信用超音波素子１から反射板７までの距離をｄ
1 とすると、 ２ｄ1 ＋ｄ2 ＝ＣＴ1 、２Ｘ＋ｄ2 ＝ＣＴ2 の関係があ
るから、液面までの距離Ｘは Ｘ＝（ｄ1 ＋ｄ2 ／
２）（Ｔ2 ／Ｔ1 ）−ｄ2 上式において、ｄ1 ，ｄ2 は既知であるから、前記参考
例と同様にＴ1 とＴ2 の比（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測するこ
とにより、Ｘが求まる。
【００１４】図３は（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測するための測
定回路の一参考例であり、また図４は該測定回路の各部
の波形を説明する図である。図３において、８は低周波
発振器であり、図４（ａ）に示すようにパルス幅Δｔ、
周期ｔc のパルスを出力する。９は高周波発振器であ
り、送信用超音波素子１の共振周波数で発振する。１０
はＮＡＮＤゲートであり、８と９の出力を合成して図４
（ｂ）に示すような変調信号を送信用超音波素子１の端
子に与える。従って、Δｔの間、超音波が送信され、こ
れがｔc 秒毎に繰り返される。ここで、ｔc は最長距離
測定時のＴ2 よりも多少、長くなるように設定する。ま
た、１１は受信用超音波素子２で検出される信号を増幅
する増幅回路である。１２は検波・平滑回路であり、受
信波形の包絡線の正の部分を出力する。１３は微分回路
であり、入力波形を微分し、その正の部分を出力する。
１４ａはＴ1 を求めるためのしきい値設定回路であり、
低周波発振器８のパルス出力の立ち上がりをトリガーと
して、パルス幅ｔ1 、ロー（ｌｏｗ）レベルがｖｌ、ハ
イ（ｈｉｇｈ）レベルがｖｈのパルス波を出力する。１
４ｂはＴ2 を求めるためのしきい値設定回路であり、し
きい値設定回路１４ａと同様に、パルス幅ｔ2 、ローレ
ベルがｖ１，ハイレベルがｖｈのパルス波を出力する。
１５ａ，１５ｂは電圧比較器、１６ａ，１６ｂはＲＳフ
リップフロップ、１７ａ，１７ｂはパルス幅に比例した
電圧を出力するパルス幅／電圧変換回路、１８は割り算
器である。
定回路の一参考例であり、また図４は該測定回路の各部
の波形を説明する図である。図３において、８は低周波
発振器であり、図４（ａ）に示すようにパルス幅Δｔ、
周期ｔc のパルスを出力する。９は高周波発振器であ
り、送信用超音波素子１の共振周波数で発振する。１０
はＮＡＮＤゲートであり、８と９の出力を合成して図４
（ｂ）に示すような変調信号を送信用超音波素子１の端
子に与える。従って、Δｔの間、超音波が送信され、こ
れがｔc 秒毎に繰り返される。ここで、ｔc は最長距離
測定時のＴ2 よりも多少、長くなるように設定する。ま
た、１１は受信用超音波素子２で検出される信号を増幅
する増幅回路である。１２は検波・平滑回路であり、受
信波形の包絡線の正の部分を出力する。１３は微分回路
であり、入力波形を微分し、その正の部分を出力する。
１４ａはＴ1 を求めるためのしきい値設定回路であり、
低周波発振器８のパルス出力の立ち上がりをトリガーと
して、パルス幅ｔ1 、ロー（ｌｏｗ）レベルがｖｌ、ハ
イ（ｈｉｇｈ）レベルがｖｈのパルス波を出力する。１
４ｂはＴ2 を求めるためのしきい値設定回路であり、し
きい値設定回路１４ａと同様に、パルス幅ｔ2 、ローレ
ベルがｖ１，ハイレベルがｖｈのパルス波を出力する。
１５ａ，１５ｂは電圧比較器、１６ａ，１６ｂはＲＳフ
リップフロップ、１７ａ，１７ｂはパルス幅に比例した
電圧を出力するパルス幅／電圧変換回路、１８は割り算
器である。
【００１５】次に、（Ｔ2 ／Ｔ1 ）の測定動作を説明す
る。受信用超音波素子２で受信した波形を増幅回路１１
で増幅すると、例えば図４（ｃ）のような波形が得られ
る。ここで、Ｆ0 の部分は廻り込み波、Ｆ1 の部分は反
射波からの反射波、Ｆ2 の部分は液面からの反射波によ
るものであり、Ｆ1 の部分までの時間がＴ1 、Ｆ2 の部
分までの時間がＴ2 である。この波形は検波・平滑回路
１２を通ると図４（ｄ）のようになる。さらに微分回路
１３を通ると図４（ｅ）のような微分波形が得られ、微
分波形Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 はそれぞれ、Ｆ0 ，Ｆ1 ，Ｆ2
の立ち上がり部分に対応する。ここで、しきい値設定回
路１４ａの出力を図４（ｆ）のように設定し、これと微
分波形のレベルを電圧比較器１５ａを用いて比較すると
図４（ｇ）のようなパルス（リセットパルス１）が得ら
れる。従って、低周波発振器８の出力パルスの立ち上が
りでＲＳフリップフロップ１６ａをセットし、リセット
パルス１でリセットすると、ＲＳフリップフロップ１６
ａの出力は、図４（ｈ）に示すようにパルス幅がＴ1 、
周期がｔc のパルスとなる。これをパルス幅／電圧変換
回路１７ａに入力するとＴ1 に比例した電圧が得られ
る。なお、しきい値設定回路１４ａのパルス幅ｔ1 は、
Ｐ0 が発生する時間よりも長く、またＰ1 が発生する時
間より短くなるように設定する。Ｐ1 の発生する時間は
温度によって変動するので、想定される温度範囲を考慮
して、上記の条件を満たすようにすればよい。また、し
きい値設定回路１４ａのローレベルｖｌは、微分波形の
ノイズレベルより大きく、微分波形のピークよりは小さ
い値に設定し、ハイレベルｖｈは、微分波形のピークよ
り十分大きい値に設定する。
る。受信用超音波素子２で受信した波形を増幅回路１１
で増幅すると、例えば図４（ｃ）のような波形が得られ
る。ここで、Ｆ0 の部分は廻り込み波、Ｆ1 の部分は反
射波からの反射波、Ｆ2 の部分は液面からの反射波によ
るものであり、Ｆ1 の部分までの時間がＴ1 、Ｆ2 の部
分までの時間がＴ2 である。この波形は検波・平滑回路
１２を通ると図４（ｄ）のようになる。さらに微分回路
１３を通ると図４（ｅ）のような微分波形が得られ、微
分波形Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 はそれぞれ、Ｆ0 ，Ｆ1 ，Ｆ2
の立ち上がり部分に対応する。ここで、しきい値設定回
路１４ａの出力を図４（ｆ）のように設定し、これと微
分波形のレベルを電圧比較器１５ａを用いて比較すると
図４（ｇ）のようなパルス（リセットパルス１）が得ら
れる。従って、低周波発振器８の出力パルスの立ち上が
りでＲＳフリップフロップ１６ａをセットし、リセット
パルス１でリセットすると、ＲＳフリップフロップ１６
ａの出力は、図４（ｈ）に示すようにパルス幅がＴ1 、
周期がｔc のパルスとなる。これをパルス幅／電圧変換
回路１７ａに入力するとＴ1 に比例した電圧が得られ
る。なお、しきい値設定回路１４ａのパルス幅ｔ1 は、
Ｐ0 が発生する時間よりも長く、またＰ1 が発生する時
間より短くなるように設定する。Ｐ1 の発生する時間は
温度によって変動するので、想定される温度範囲を考慮
して、上記の条件を満たすようにすればよい。また、し
きい値設定回路１４ａのローレベルｖｌは、微分波形の
ノイズレベルより大きく、微分波形のピークよりは小さ
い値に設定し、ハイレベルｖｈは、微分波形のピークよ
り十分大きい値に設定する。
【００１６】同様にして、Ｔ2 に比例した電圧も以下の
ように得られる。しきい値設定回路１４ｂの出力を図４
（ｉ）のように設定し、これと微分波形のレベルを電圧
比較器１５ｂを用いて比較すると、図４（ｊ）のような
パルス（リセットパルス２）が得られる。従って、低周
波発振器８の出力パルスの立ち上がりでＲＳフリップフ
ロップ１６ｂをセットし、リセットパルス２でリセット
すると、ＲＳフリップフロップ１６ｂの出力は、図４
（ｋ）に示すようにパルス幅がＴ2 、周期がｔc のパル
スとなる。これをパルス幅／電圧変換回路１７ｂに入力
するとＴ2 に比例した電圧が得られる。なお、しきい値
設定回路１４ｂのパルス幅ｔ2 は、Ｐ1 が発生する時間
より僅か長くなるように設定する。またローレベルｖ
ｌ、およびハイレベルｖｈは、しきい値設定回路１４ａ
と同様に設定する。
ように得られる。しきい値設定回路１４ｂの出力を図４
（ｉ）のように設定し、これと微分波形のレベルを電圧
比較器１５ｂを用いて比較すると、図４（ｊ）のような
パルス（リセットパルス２）が得られる。従って、低周
波発振器８の出力パルスの立ち上がりでＲＳフリップフ
ロップ１６ｂをセットし、リセットパルス２でリセット
すると、ＲＳフリップフロップ１６ｂの出力は、図４
（ｋ）に示すようにパルス幅がＴ2 、周期がｔc のパル
スとなる。これをパルス幅／電圧変換回路１７ｂに入力
するとＴ2 に比例した電圧が得られる。なお、しきい値
設定回路１４ｂのパルス幅ｔ2 は、Ｐ1 が発生する時間
より僅か長くなるように設定する。またローレベルｖ
ｌ、およびハイレベルｖｈは、しきい値設定回路１４ａ
と同様に設定する。
【００１７】ここで、測定可能は範囲は、 ｔ1 ＜Ｔ2
＜ｔc を満たす領域である。
＜ｔc を満たす領域である。
【００１８】以上のようにして得られたＴ1 ，Ｔ2 に比
例した電圧を割り算器１８に入力すると（Ｔ2 ／Ｔ1 ）
が得られる。
例した電圧を割り算器１８に入力すると（Ｔ2 ／Ｔ1 ）
が得られる。
【００１９】図５（ａ）は本発明の実施例を示す断面図
であり、図５（ｂ）は反射板の斜視図である。送信と受
信を共用する超音波素子１９は超音波素子ホーン２１の
内部に挿入され、さらに超音波素子ホーン２１は管２２
の一端に挿入されており、管２２の他端は、液面２５に
浸っている。超音波素子ホーン２１は送信と受信の効率
を高めると共に、超音波素子１９を管２２の断面の中心
に保持する。また、超音波素子１９から一定距離ｄだけ
隔てた管２２内部の断面の一部に微小な反射板２３が設
置されている。反射板２３の形状は、リング状のものが
用いられる。また、２４は液面２５のレベルが変化した
ときに管２２内部の空気が出入りするための通気孔であ
り、管２２の一部、あるいは超音波素子ホーン２１の一
部に設けられている。
であり、図５（ｂ）は反射板の斜視図である。送信と受
信を共用する超音波素子１９は超音波素子ホーン２１の
内部に挿入され、さらに超音波素子ホーン２１は管２２
の一端に挿入されており、管２２の他端は、液面２５に
浸っている。超音波素子ホーン２１は送信と受信の効率
を高めると共に、超音波素子１９を管２２の断面の中心
に保持する。また、超音波素子１９から一定距離ｄだけ
隔てた管２２内部の断面の一部に微小な反射板２３が設
置されている。反射板２３の形状は、リング状のものが
用いられる。また、２４は液面２５のレベルが変化した
ときに管２２内部の空気が出入りするための通気孔であ
り、管２２の一部、あるいは超音波素子ホーン２１の一
部に設けられている。
【００２０】いま、超音波素子１９から放射された超音
波が反射板２３で反射されて戻ってくるまでの時間をＴ
1 、超音波素子１９から放射された超音波が液面２５で
反射されて戻ってくるまでの時間をＴ2 、超音波素子１
９から液面２５までの距離をＸ、音速をＣとすると、２
ｄ＝ＣＴ1 、２ｘ＝ＣＴ2 の関係があるから、液面２５
までの距離Ｘは、 Ｘ＝ｄ×（Ｔ2 ／Ｔ1 ） 上式において、ｄは既知であるから、Ｔ1 とＴ2 との比
（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測することにより、Ｘが求まる。同
式には音速Ｃが含まれないから、温度、気圧などの変動
により、音速Ｃが変化しても計測の精度には影響しな
い。
波が反射板２３で反射されて戻ってくるまでの時間をＴ
1 、超音波素子１９から放射された超音波が液面２５で
反射されて戻ってくるまでの時間をＴ2 、超音波素子１
９から液面２５までの距離をＸ、音速をＣとすると、２
ｄ＝ＣＴ1 、２ｘ＝ＣＴ2 の関係があるから、液面２５
までの距離Ｘは、 Ｘ＝ｄ×（Ｔ2 ／Ｔ1 ） 上式において、ｄは既知であるから、Ｔ1 とＴ2 との比
（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測することにより、Ｘが求まる。同
式には音速Ｃが含まれないから、温度、気圧などの変動
により、音速Ｃが変化しても計測の精度には影響しな
い。
【００２１】一方、超音波素子１９を管２２の内部に挿
入し、超音波を液面２５まで管２２内に封じ込めた状態
で送信する構成のため、超音波の拡散が少なく、効率よ
く反射波を受けることができる。この結果、小形の超音
波素子で十分な測定範囲を確保できる。また、送信、受
信を１個の超音波素子１９で共用するため、取り付け面
積を小さくできる。
入し、超音波を液面２５まで管２２内に封じ込めた状態
で送信する構成のため、超音波の拡散が少なく、効率よ
く反射波を受けることができる。この結果、小形の超音
波素子で十分な測定範囲を確保できる。また、送信、受
信を１個の超音波素子１９で共用するため、取り付け面
積を小さくできる。
【００２２】図６は（Ｔ2 ／Ｔ1 ）を計測するための測
定回路の図５に対応した実施例を示すブロック図、また
図７は図６の測定回路の各部の信号を説明する波形図で
ある。図６において、８は低周波発振器であり、図７
（ａ）に示すようにパルス幅Δｔ、周期ｔc のパルスを
出力する。９は高周波発振器であり、超音波素子１９の
共振周波数で発振する。１０はＮＡＮＤゲートであり、
８と９の出力を合成して図７（ｂ）に示すような変調信
号を超音波素子１９の端子に与える。従って、Δｔの
間、超音波が送信され、これがｔc 秒毎に繰り返され
る。ここで、ｔc は最長距離測定時のＴ2 よりも多少、
長くなるように設定する。また、１１は超音波素子１９
で検出される信号を増幅する増幅回路である。１２は検
波・平滑回路であり、受信波形の包絡線の正の部分を出
力する。１３は微分回路であり、入力波形を微分し、そ
の正の部分を出力する。１４ａはＴ1 を求めるためのし
きい値設定回路であり、低周波発振器８のパルス出力の
立ち上がりをトリガーとして、パルス幅ｔ1 、ロー（ｌ
ｏｗ）レベルがｖｌ、ハイ（ｈｉｇｈ）レベルがｖｈの
パルス波を出力する。１４ｂはＴ2 を求めるためのしき
い値設定回路であり、しきい値設定回路１４ａと同様
に、パルス幅ｔ2、ローレベルがｖ１，ハイレベルがｖ
ｈのパルス波を出力する。１５ａ，１５ｂは電圧比較
器、１６ａ，１６ｂはＲＳフリップフロップ、１７ａ，
１７ｂはパルス幅に比例した電圧を出力するパルス幅／
電圧変換回路、１８は割り算器である。また、２０は超
音波素子１９を送信用と受信用に切り替えるためのアナ
ログスイッチであり、低周波発振器８の出力がハイレベ
ルのときは端子２０１と２０２が導通して送信状態とな
り、ローレベルのときは端子２０１と２０３が導通して
受信状態となるように動作する。
定回路の図５に対応した実施例を示すブロック図、また
図７は図６の測定回路の各部の信号を説明する波形図で
ある。図６において、８は低周波発振器であり、図７
（ａ）に示すようにパルス幅Δｔ、周期ｔc のパルスを
出力する。９は高周波発振器であり、超音波素子１９の
共振周波数で発振する。１０はＮＡＮＤゲートであり、
８と９の出力を合成して図７（ｂ）に示すような変調信
号を超音波素子１９の端子に与える。従って、Δｔの
間、超音波が送信され、これがｔc 秒毎に繰り返され
る。ここで、ｔc は最長距離測定時のＴ2 よりも多少、
長くなるように設定する。また、１１は超音波素子１９
で検出される信号を増幅する増幅回路である。１２は検
波・平滑回路であり、受信波形の包絡線の正の部分を出
力する。１３は微分回路であり、入力波形を微分し、そ
の正の部分を出力する。１４ａはＴ1 を求めるためのし
きい値設定回路であり、低周波発振器８のパルス出力の
立ち上がりをトリガーとして、パルス幅ｔ1 、ロー（ｌ
ｏｗ）レベルがｖｌ、ハイ（ｈｉｇｈ）レベルがｖｈの
パルス波を出力する。１４ｂはＴ2 を求めるためのしき
い値設定回路であり、しきい値設定回路１４ａと同様
に、パルス幅ｔ2、ローレベルがｖ１，ハイレベルがｖ
ｈのパルス波を出力する。１５ａ，１５ｂは電圧比較
器、１６ａ，１６ｂはＲＳフリップフロップ、１７ａ，
１７ｂはパルス幅に比例した電圧を出力するパルス幅／
電圧変換回路、１８は割り算器である。また、２０は超
音波素子１９を送信用と受信用に切り替えるためのアナ
ログスイッチであり、低周波発振器８の出力がハイレベ
ルのときは端子２０１と２０２が導通して送信状態とな
り、ローレベルのときは端子２０１と２０３が導通して
受信状態となるように動作する。
【００２３】次に、（Ｔ2 ／Ｔ1 ）の測定動作を説明す
る。超音波素子１９で受信した波形を増幅回路１１で増
幅すると、例えば図７（ｃ）のような波形が得られる。
ここで、Ｆ0 の部分は送信時の残留振動による出力、Ｆ
1 の部分は反射波からの反射波による出力、Ｆ2の部分
は液面からの反射波による出力であり、Ｆ1 の部分まで
の時間がＴ1 、Ｆ2 の部分までの時間がＴ2 である。こ
の波形は検波・平滑回路１２を通ると図７（ｄ）のよう
になる。さらに微分回路１３を通ると図７（ｅ）のよう
な微分波形が得られ、微分波形Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 はそれ
ぞれ、Ｆ0 ，Ｆ1 ，Ｆ2 の立ち上がり部分に対応する。
ここで、しきい値設定回路１４ａの出力を図７（ｆ）の
ように設定し、これと微分波形のレベルを電圧比較器１
５ａを用いて比較すると図７（ｇ）のようなパルス（リ
セットパルス１）が得られる。従って、低周波発振器８
の出力パルスの立ち上がりでＲＳフリップフロップ１６
ａをセットし、リセットパルス１でリセットすると、Ｒ
Ｓフリップフロップ１６ａの出力は、図７（ｈ）に示す
ようにパルス幅がＴ1 、周期がｔc のパルスとなる。こ
れをパルス幅／電圧変換回路１７ａに入力するとＴ1 に
比例した電圧が得られる。なお、しきい値設定回路１４
ａのパルス幅ｔ1 は、Ｐ0 が発生する時間よりも長く、
またＰ1 が発生する時間より短くなるように設定する。
Ｐ1 の発生する時間は温度によって変動するので、想定
される温度範囲を考慮して、上記の条件を満たすように
すればよい。また、しきい値設定回路１４ａのローレベ
ルｖｌは、微分波形のノイズレベルより大きく、微分波
形のピークよりは小さい値に設定し、ハイレベルｖｈ
は、微分波形のピークより十分大きい値に設定する。
る。超音波素子１９で受信した波形を増幅回路１１で増
幅すると、例えば図７（ｃ）のような波形が得られる。
ここで、Ｆ0 の部分は送信時の残留振動による出力、Ｆ
1 の部分は反射波からの反射波による出力、Ｆ2の部分
は液面からの反射波による出力であり、Ｆ1 の部分まで
の時間がＴ1 、Ｆ2 の部分までの時間がＴ2 である。こ
の波形は検波・平滑回路１２を通ると図７（ｄ）のよう
になる。さらに微分回路１３を通ると図７（ｅ）のよう
な微分波形が得られ、微分波形Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 はそれ
ぞれ、Ｆ0 ，Ｆ1 ，Ｆ2 の立ち上がり部分に対応する。
ここで、しきい値設定回路１４ａの出力を図７（ｆ）の
ように設定し、これと微分波形のレベルを電圧比較器１
５ａを用いて比較すると図７（ｇ）のようなパルス（リ
セットパルス１）が得られる。従って、低周波発振器８
の出力パルスの立ち上がりでＲＳフリップフロップ１６
ａをセットし、リセットパルス１でリセットすると、Ｒ
Ｓフリップフロップ１６ａの出力は、図７（ｈ）に示す
ようにパルス幅がＴ1 、周期がｔc のパルスとなる。こ
れをパルス幅／電圧変換回路１７ａに入力するとＴ1 に
比例した電圧が得られる。なお、しきい値設定回路１４
ａのパルス幅ｔ1 は、Ｐ0 が発生する時間よりも長く、
またＰ1 が発生する時間より短くなるように設定する。
Ｐ1 の発生する時間は温度によって変動するので、想定
される温度範囲を考慮して、上記の条件を満たすように
すればよい。また、しきい値設定回路１４ａのローレベ
ルｖｌは、微分波形のノイズレベルより大きく、微分波
形のピークよりは小さい値に設定し、ハイレベルｖｈ
は、微分波形のピークより十分大きい値に設定する。
【００２４】同様にして、Ｔ2 に比例した電圧も以下の
ように得られる。しきい値設定回路１４ｂの出力を図７
（ｉ）のように設定し、これと微分波形のレベルを電圧
比較器１５ｂを用いて比較すると、図７（ｊ）のような
パルス（リセットパルス２）が得られる。従って、低周
波発振器８の出力パルスの立ち上がりでＲＳフリップフ
ロップ１６ｂをセットし、リセットパルス２でリセット
すると、ＲＳフリップフロップ１６ｂの出力は、図７
（ｋ）に示すようにパルス幅がＴ2 、周期がｔc のパル
スとなる。これをパルス幅／電圧変換回路１７ｂに入力
するとＴ2 に比例した電圧が得られる。なお、しきい値
設定回路１４ｂのパルス幅ｔ2 は、Ｐ1 が発生する時間
より僅か長くなるように設定する。またローレベルｖ
ｌ、およびハイレベルｖｈは、しきい値設定回路１４ａ
と同様に設定する。
ように得られる。しきい値設定回路１４ｂの出力を図７
（ｉ）のように設定し、これと微分波形のレベルを電圧
比較器１５ｂを用いて比較すると、図７（ｊ）のような
パルス（リセットパルス２）が得られる。従って、低周
波発振器８の出力パルスの立ち上がりでＲＳフリップフ
ロップ１６ｂをセットし、リセットパルス２でリセット
すると、ＲＳフリップフロップ１６ｂの出力は、図７
（ｋ）に示すようにパルス幅がＴ2 、周期がｔc のパル
スとなる。これをパルス幅／電圧変換回路１７ｂに入力
するとＴ2 に比例した電圧が得られる。なお、しきい値
設定回路１４ｂのパルス幅ｔ2 は、Ｐ1 が発生する時間
より僅か長くなるように設定する。またローレベルｖ
ｌ、およびハイレベルｖｈは、しきい値設定回路１４ａ
と同様に設定する。
【００２５】ここで、測定可能は範囲は、 ｔ1 ＜Ｔ2
＜ｔc を満たす領域である。
＜ｔc を満たす領域である。
【００２６】以上のようにして得られたＴ1 ，Ｔ2 に比
例した電圧を割り算器１８に入力すると（Ｔ2 ／Ｔ1 ）
が得られる。
例した電圧を割り算器１８に入力すると（Ｔ2 ／Ｔ1 ）
が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように本発明では、超音波素
子を、管の一端に挿入した超音波ホーンで前記管の断面
の中心に保持し、該超音波素子から一定距離だけ隔てた
管内部の壁に接して１個のリング状の微小な反射板を設
け、該反射板での反射波の受信時間と液面での反射波の
受信時間との比を計測するようにしたので、音速が変化
しても常に正しく測定ができる。また、超音波素子を管
の内部に挿入し、超音波を液面まで管内に封じ込めた状
態で送信させるため、超音波の拡散が少なく、効率よく
反射波を受けることができる。この結果、小形の超音波
素子で十分な測定範囲を確保できる。
子を、管の一端に挿入した超音波ホーンで前記管の断面
の中心に保持し、該超音波素子から一定距離だけ隔てた
管内部の壁に接して１個のリング状の微小な反射板を設
け、該反射板での反射波の受信時間と液面での反射波の
受信時間との比を計測するようにしたので、音速が変化
しても常に正しく測定ができる。また、超音波素子を管
の内部に挿入し、超音波を液面まで管内に封じ込めた状
態で送信させるため、超音波の拡散が少なく、効率よく
反射波を受けることができる。この結果、小形の超音波
素子で十分な測定範囲を確保できる。
【図１】本発明の第一の参考例を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の参考例を示す断面図である。
【図３】第一および第二の参考例に係る測定回路の一参
考例を示すブロック図である。
考例を示すブロック図である。
【図４】図３の測定回路の各部の信号を説明する波形図
である。
である。
【図５】本発明の実施例を示す構成図である。
【図６】本発明に係る測定回路の図５に対応した実施例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図７】図６の測定回路の各部の信号を説明する波形図
である。
である。
【図８】従来の技術を説明する図である。
１…送信用超音波素子、２…受信用超音波素子、３，２
５…液面、４…超音波素子ホルダ、５，２２…管、６，
２４…通気孔、７，２３…反射板、８…低周波発振器、
９…高周波発振器、１０…ＮＡＮＤゲート、１１…増幅
回路、１２…検波・平滑回路、１３…微分回路、１４
ａ，１４ｂ…しきい値設定回路、１５ａ，１５ｂ…電圧
比較器、１６ａ，１６ｂ…ＲＳフリップフロップ、１７
ａ，１７ｂ…パルス幅／電圧変換回路、１８…割り算
器、１９…送信と受信を共用する超音波素子、２０…ア
ナログスイッチ、２１…超音波素子ホーン。
５…液面、４…超音波素子ホルダ、５，２２…管、６，
２４…通気孔、７，２３…反射板、８…低周波発振器、
９…高周波発振器、１０…ＮＡＮＤゲート、１１…増幅
回路、１２…検波・平滑回路、１３…微分回路、１４
ａ，１４ｂ…しきい値設定回路、１５ａ，１５ｂ…電圧
比較器、１６ａ，１６ｂ…ＲＳフリップフロップ、１７
ａ，１７ｂ…パルス幅／電圧変換回路、１８…割り算
器、１９…送信と受信を共用する超音波素子、２０…ア
ナログスイッチ、２１…超音波素子ホーン。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−66315（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−75557（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−31863（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】 超音波素子を管の一端に設け、管の他端
を液面に浸すように構成すると共に、前記超音波素子か
ら一定の距離を隔てて反射板を設け、前記超音波素子か
ら超音波を前記液面及び前記反射板に放射して、その反
射波を前記超音波素子で受信することにより、液面まで
の距離を検出する超音波式液面レベル計において、前記 超音波素子を、前記管の一端に挿入した超音波ホー
ンで前記管の断面の中心に保持し、前記超音波素子から
一定の距離を隔てた管内部の壁に接して１個のリング状
の微小な反射板を設け、前記反射板で反射された超音波
の受信時間Ｔ1と、液面で反射された超音波の受信時間
Ｔ2との比（Ｔ2／Ｔ1）を計測することにより、液面ま
での距離を検出することを特徴とする超音波式液面レベ
ル計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3279988A JP2962535B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-10-25 | 超音波式液面レベル計 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14346291 | 1991-06-14 | ||
| JP3-143462 | 1991-06-14 | ||
| JP3279988A JP2962535B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-10-25 | 超音波式液面レベル計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552635A JPH0552635A (ja) | 1993-03-02 |
| JP2962535B2 true JP2962535B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=26475185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3279988A Expired - Lifetime JP2962535B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-10-25 | 超音波式液面レベル計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2962535B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7391676B2 (en) * | 2004-12-22 | 2008-06-24 | Asml Netherlands B.V. | Ultrasonic distance sensors |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4831863A (ja) * | 1971-08-30 | 1973-04-26 |
-
1991
- 1991-10-25 JP JP3279988A patent/JP2962535B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0552635A (ja) | 1993-03-02 |
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