JP3036172B2 - 圧力容器内の液面レベル検出装置 - Google Patents
圧力容器内の液面レベル検出装置Info
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- JP3036172B2 JP3036172B2 JP3293496A JP29349691A JP3036172B2 JP 3036172 B2 JP3036172 B2 JP 3036172B2 JP 3293496 A JP3293496 A JP 3293496A JP 29349691 A JP29349691 A JP 29349691A JP 3036172 B2 JP3036172 B2 JP 3036172B2
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧力容器内に封入された
プロパンなど封入液体の液面レベル検出装置に関する。
プロパンなど封入液体の液面レベル検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は圧力容器内に封入されたプロパン
など封入液体の液面レベル検出装置の一例を示す一部モ
デルを含む系統図である。図５において圧力容器１の底
部の一側面にこの圧力容器１の側面に対し斜め上方向に
音波を送信するよう構成された斜角楔２と超音波探触子
３とからなる超音波送信子４が、前記一側面に対面する
圧力容器１の他側面にこの圧力容器１の側面に対し斜め
上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角楔５
と超音波探触子６とからなる超音波受信子７が設けられ
ている。そして、超音波送信子４の超音波探触子３は送
信器１０に接続され、超音波受信子７の超音波探触子６
は受信器１１に接続される。送信器１０はタイミング発
生器９を介し、受信器１１はコンパレータ１２を介しそ
れぞれ液面レベル演算器１４に接続される。
など封入液体の液面レベル検出装置の一例を示す一部モ
デルを含む系統図である。図５において圧力容器１の底
部の一側面にこの圧力容器１の側面に対し斜め上方向に
音波を送信するよう構成された斜角楔２と超音波探触子
３とからなる超音波送信子４が、前記一側面に対面する
圧力容器１の他側面にこの圧力容器１の側面に対し斜め
上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角楔５
と超音波探触子６とからなる超音波受信子７が設けられ
ている。そして、超音波送信子４の超音波探触子３は送
信器１０に接続され、超音波受信子７の超音波探触子６
は受信器１１に接続される。送信器１０はタイミング発
生器９を介し、受信器１１はコンパレータ１２を介しそ
れぞれ液面レベル演算器１４に接続される。
【０００３】タイミング発生器９は送信タイミング信号
を送信器１０に出力し、送信器１０はこの送信タイミン
グ信号に応じ超音波送信子４の超音波探触子３にパルス
を出力し、超音波探触子３はこのパルスに応じ斜角楔２
を通して圧力容器１の側面に対し斜め上方向に超音波を
送信する。斜め上方向に送信された超音波は封入液体８
の液面、例えば液面Ａで全反射され、対面に設けられた
超音波受信子７で受信される。超音波受信子７からの信
号は受信器１１で増巾され、コンパレータ１２により圧
力容器１の壁を通るノイズが除去されて液面レベル演算
器１４に入力される。
を送信器１０に出力し、送信器１０はこの送信タイミン
グ信号に応じ超音波送信子４の超音波探触子３にパルス
を出力し、超音波探触子３はこのパルスに応じ斜角楔２
を通して圧力容器１の側面に対し斜め上方向に超音波を
送信する。斜め上方向に送信された超音波は封入液体８
の液面、例えば液面Ａで全反射され、対面に設けられた
超音波受信子７で受信される。超音波受信子７からの信
号は受信器１１で増巾され、コンパレータ１２により圧
力容器１の壁を通るノイズが除去されて液面レベル演算
器１４に入力される。
【０００４】ここで液面レベル演算器１４の機能につい
て説明する。液面レベル演算器１４には、コンパレータ
１２からの信号とタイミング発生器９からの信号が入力
され、タイミング発生器９からの信号は超音波送信子４
から超音波が送信された時刻を示し、コンパレータ１２
からの信号は超音波受信子７が超音波を受信した時刻を
示す。この時刻の差は超音波が封入液体８の中を伝播し
た時間であり、この伝播時間Ｔと封入液体中における超
音波の伝播速度Ｓとから超音波が封入液体８中を伝播し
た距離ＬはＬ＝Ｔ・Ｓとして求められる。ここで超音波
の伝播距離Ｌと圧力容器１の内半径Ｒと封入液体の液面
レベルＨとの間には｛（１／２）・Ｌ｝ 2 ＝Ｒ2 ＋Ｈ2
の関係式があるので、液面レベルＨはこの関係式より求
めることができる。液面レベル演算器１４は前記の関係
式より液面レベルＨを演算する。なお、圧力容器の壁お
よび斜角楔を貫通して超音波が伝播するのにも、同様に
伝播時間を要するが、これらの厚みはそれ程大きくな
く、かつ金属中における超音波の伝播速度は早いので、
これを無視してもそれ程大きな誤差にはならない。しか
しこれら厚みは構造的に定まっているので、これらを貫
通する伝播時間はほぼ一定であり、その分を補正するこ
とはより望ましい。
て説明する。液面レベル演算器１４には、コンパレータ
１２からの信号とタイミング発生器９からの信号が入力
され、タイミング発生器９からの信号は超音波送信子４
から超音波が送信された時刻を示し、コンパレータ１２
からの信号は超音波受信子７が超音波を受信した時刻を
示す。この時刻の差は超音波が封入液体８の中を伝播し
た時間であり、この伝播時間Ｔと封入液体中における超
音波の伝播速度Ｓとから超音波が封入液体８中を伝播し
た距離ＬはＬ＝Ｔ・Ｓとして求められる。ここで超音波
の伝播距離Ｌと圧力容器１の内半径Ｒと封入液体の液面
レベルＨとの間には｛（１／２）・Ｌ｝ 2 ＝Ｒ2 ＋Ｈ2
の関係式があるので、液面レベルＨはこの関係式より求
めることができる。液面レベル演算器１４は前記の関係
式より液面レベルＨを演算する。なお、圧力容器の壁お
よび斜角楔を貫通して超音波が伝播するのにも、同様に
伝播時間を要するが、これらの厚みはそれ程大きくな
く、かつ金属中における超音波の伝播速度は早いので、
これを無視してもそれ程大きな誤差にはならない。しか
しこれら厚みは構造的に定まっているので、これらを貫
通する伝播時間はほぼ一定であり、その分を補正するこ
とはより望ましい。
【０００５】なお、この液面レベル検出装置の超音波探
触子は図４に示す指向特性のように、送受信される超音
波の強度Ｕは送受信軸（図４でｚ軸）に対してブロード
な指向特性を有するものを用いるようにしてあるので、
図５に示す液面Ａの他に、液面ＢあるいはＣのような広
範囲の液面レベルの検出が可能となっている。
触子は図４に示す指向特性のように、送受信される超音
波の強度Ｕは送受信軸（図４でｚ軸）に対してブロード
な指向特性を有するものを用いるようにしてあるので、
図５に示す液面Ａの他に、液面ＢあるいはＣのような広
範囲の液面レベルの検出が可能となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述の圧力容器内の液
面レベル検出装置においては、一対の超音波送信子およ
び超音波受信子を用いており、これら送信子の送信軸と
受信子の受信軸は正しく合致させる必要がある。このた
めに取り付けに工数がかかる問題がある。また、液面レ
ベルの演算に封入液体の超音波の伝播速度を用いるた
め、伝播速度の不明な封入液体の液面レベルは検出でき
ない問題がある。更にまた、伝播速度が分っていても、
伝播速度は通常温度によって変化するので温度変化によ
り検出精度が低下する問題がある。
面レベル検出装置においては、一対の超音波送信子およ
び超音波受信子を用いており、これら送信子の送信軸と
受信子の受信軸は正しく合致させる必要がある。このた
めに取り付けに工数がかかる問題がある。また、液面レ
ベルの演算に封入液体の超音波の伝播速度を用いるた
め、伝播速度の不明な封入液体の液面レベルは検出でき
ない問題がある。更にまた、伝播速度が分っていても、
伝播速度は通常温度によって変化するので温度変化によ
り検出精度が低下する問題がある。
【０００７】本発明の目的は、超音波送信子および超音
波受信子の取り付けを容易にし、更に伝播速度の不明な
封入液体に対しても液面レベルの検出を可能とし、更に
また、封入液体の温度変化による検出精度の低下を防止
した圧力容器内の液面レベル検出装置を提供することに
ある。
波受信子の取り付けを容易にし、更に伝播速度の不明な
封入液体に対しても液面レベルの検出を可能とし、更に
また、封入液体の温度変化による検出精度の低下を防止
した圧力容器内の液面レベル検出装置を提供することに
ある。
【０００８】
【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、本発明の圧力容器内の液面レベル検出装置は圧力
容器の底部の一側面に設けられ、この圧力容器側面に対
し斜め上方向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの
超音波を受信するよう構成された斜角楔と超音波探触子
とからなる超音波送受信子と、この超音波送受信子が斜
め上方向に超音波を送信した時刻とこの超音波送受信子
が前記超音波の反射波を受信した時刻との差と、別途与
えられるこの圧力容器に封入された液体の超音波の伝播
速度とからこの封入液体の液面レベルを演算する液面レ
ベル演算器とからなるようにする。更に圧力容器の底部
の一側面に設けられ、この圧力容器側面に対し斜め上方
向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの超音波を受
信するよう構成された斜角楔と超音波探触子とからなる
超音波送受信子（以下第１の超音波送受信子と称する）
と、圧力容器の底部の一側面に設けられ、この圧力容器
側面に対し水平方向に超音波を送信し、かつ水平方向か
らの超音波を受信するよう構成された平行楔と超音波探
触子とからなる超音波送受信子（以下第２の超音波送受
信子と称する）と、前記第１の超音波送受信子と前記第
２の超音波送受信子とを交互に動作させる切換装置と、
前記第１の超音波送受信子が斜め上方向に超音波を送信
した時刻と、この超音波送受信子が前記超音波の反射波
を受信した時刻との差と、前記第２の超音波送受信子か
ら水平方向に超音波を送信した時刻とこの超音波送受信
子が前記超音波の反射波を受信した時刻との差と、別途
与えられる前記圧力容器の内径とからこの圧力容器に封
入された液体の液面レベルを演算する液面レベル演算器
とからなるようにする。更にこれら液面レベル検出装置
において、斜め上方向に超音波を送信し、かつ斜め上方
向からの超音波を受信する超音波送受信子の超音波探触
子は送受信される超音波の強度が送受信軸に対しブロー
ドな指向特性を有するようにする。
めに、本発明の圧力容器内の液面レベル検出装置は圧力
容器の底部の一側面に設けられ、この圧力容器側面に対
し斜め上方向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの
超音波を受信するよう構成された斜角楔と超音波探触子
とからなる超音波送受信子と、この超音波送受信子が斜
め上方向に超音波を送信した時刻とこの超音波送受信子
が前記超音波の反射波を受信した時刻との差と、別途与
えられるこの圧力容器に封入された液体の超音波の伝播
速度とからこの封入液体の液面レベルを演算する液面レ
ベル演算器とからなるようにする。更に圧力容器の底部
の一側面に設けられ、この圧力容器側面に対し斜め上方
向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの超音波を受
信するよう構成された斜角楔と超音波探触子とからなる
超音波送受信子（以下第１の超音波送受信子と称する）
と、圧力容器の底部の一側面に設けられ、この圧力容器
側面に対し水平方向に超音波を送信し、かつ水平方向か
らの超音波を受信するよう構成された平行楔と超音波探
触子とからなる超音波送受信子（以下第２の超音波送受
信子と称する）と、前記第１の超音波送受信子と前記第
２の超音波送受信子とを交互に動作させる切換装置と、
前記第１の超音波送受信子が斜め上方向に超音波を送信
した時刻と、この超音波送受信子が前記超音波の反射波
を受信した時刻との差と、前記第２の超音波送受信子か
ら水平方向に超音波を送信した時刻とこの超音波送受信
子が前記超音波の反射波を受信した時刻との差と、別途
与えられる前記圧力容器の内径とからこの圧力容器に封
入された液体の液面レベルを演算する液面レベル演算器
とからなるようにする。更にこれら液面レベル検出装置
において、斜め上方向に超音波を送信し、かつ斜め上方
向からの超音波を受信する超音波送受信子の超音波探触
子は送受信される超音波の強度が送受信軸に対しブロー
ドな指向特性を有するようにする。
【０００９】
【作用】本発明の請求項１における圧力容器内の液面レ
ベル検出装置では、圧力容器の底部の一側面にこの圧力
容器の側面に対し斜め上方向に超音波を送信し、かつ斜
め上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角楔
と超音波探触子とからなる超音波送受信子を設けたの
で、超音波送受信子から斜め上方向に送信された超音波
は、圧力容器内壁と封入液体の液面が接するコーナ部で
反射されもときた方向に戻った超音波だけが同じ超音波
送受信子で受信されるようになる。ここで超音波送受信
子から超音波を送信した時刻とこの超音波の反射波を受
信した時刻の差は、超音波が封入液体中を圧力容器の底
部から液面まで斜めに往復伝播する時間であり、この伝
播時間と別途与えられる封入液体の超音波の伝播速度と
から超音波が封入液体中を伝播した距離が求められ、こ
の距離から封入液体の液面レベルを求めることができ
る。
ベル検出装置では、圧力容器の底部の一側面にこの圧力
容器の側面に対し斜め上方向に超音波を送信し、かつ斜
め上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角楔
と超音波探触子とからなる超音波送受信子を設けたの
で、超音波送受信子から斜め上方向に送信された超音波
は、圧力容器内壁と封入液体の液面が接するコーナ部で
反射されもときた方向に戻った超音波だけが同じ超音波
送受信子で受信されるようになる。ここで超音波送受信
子から超音波を送信した時刻とこの超音波の反射波を受
信した時刻の差は、超音波が封入液体中を圧力容器の底
部から液面まで斜めに往復伝播する時間であり、この伝
播時間と別途与えられる封入液体の超音波の伝播速度と
から超音波が封入液体中を伝播した距離が求められ、こ
の距離から封入液体の液面レベルを求めることができ
る。
【００１０】本発明の請求項２における圧力容器内の液
面レベル検出装置では、第１の実施例と同様な、圧力容
器の底部の一側面にこの圧力容器の側面に対し斜め上方
向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの超音波を受
信するよう構成された斜角楔と超音波探触子とからなる
超音波送受信子（以下第１の超音波送受信子と称する）
の他に、圧力容器の底部一側面にこの圧力容器側面に対
し水平方向に超音波を送信し、かつ水平方向からの超音
波を受信するよう構成された平行楔と超音波探触子とか
らなる超音波送受信子（以下第２の超音波送受信子と称
する）が設けられる。ここで第１の超音波送受信子によ
り、前述の第１の実施例と同様、超音波を送信した時刻
とこの超音波の反射波を受信した時刻の差と、別途与え
られる封入液体の超音波の伝播速度とから液面レベルが
求められる。そして第２の超音波送受信子では、超音波
は水平方向に送信され、封入液体中を伝播して対面する
圧力容器の内壁で反射され同じ超音波送受信子で受信さ
れるので、超音波を送信した時刻とこの超音波の反射波
を受信した時刻の差は超音波が封入液体中を圧力容器の
内径方向に往復伝播した時間であり、この伝播時間と別
途与えられる圧力容器の内径とから封入液体の超音波の
伝播速度が求められる。第１の超音波送受信子と第２の
超音波送受信子を交互に動作させ、第２の超音波送受信
子によって得られた封入液体の超音波の伝播速度と第１
の超音波送受信子における超音波の送信時刻と受信時刻
の差とから伝播速度が不明の封入液体の液面レベルが検
出できる。この際、圧力容器の内径が必要となるが、圧
力容器の内径は容易に測定することが可能である。
面レベル検出装置では、第１の実施例と同様な、圧力容
器の底部の一側面にこの圧力容器の側面に対し斜め上方
向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの超音波を受
信するよう構成された斜角楔と超音波探触子とからなる
超音波送受信子（以下第１の超音波送受信子と称する）
の他に、圧力容器の底部一側面にこの圧力容器側面に対
し水平方向に超音波を送信し、かつ水平方向からの超音
波を受信するよう構成された平行楔と超音波探触子とか
らなる超音波送受信子（以下第２の超音波送受信子と称
する）が設けられる。ここで第１の超音波送受信子によ
り、前述の第１の実施例と同様、超音波を送信した時刻
とこの超音波の反射波を受信した時刻の差と、別途与え
られる封入液体の超音波の伝播速度とから液面レベルが
求められる。そして第２の超音波送受信子では、超音波
は水平方向に送信され、封入液体中を伝播して対面する
圧力容器の内壁で反射され同じ超音波送受信子で受信さ
れるので、超音波を送信した時刻とこの超音波の反射波
を受信した時刻の差は超音波が封入液体中を圧力容器の
内径方向に往復伝播した時間であり、この伝播時間と別
途与えられる圧力容器の内径とから封入液体の超音波の
伝播速度が求められる。第１の超音波送受信子と第２の
超音波送受信子を交互に動作させ、第２の超音波送受信
子によって得られた封入液体の超音波の伝播速度と第１
の超音波送受信子における超音波の送信時刻と受信時刻
の差とから伝播速度が不明の封入液体の液面レベルが検
出できる。この際、圧力容器の内径が必要となるが、圧
力容器の内径は容易に測定することが可能である。
【００１１】以上述べたことをまとめると、本発明の圧
力容器内の液面レベル検出装置では、超音波の送信と受
信はすべて同一の超音波送受信子で行なっているので別
体の超音波送信子と超音波受信子を用いる場合に必要と
される送信子と受信子の軸合せが不要となり取り付けが
極めて簡単になる。また、第２の超音波送受信子によっ
て求められる超音波の伝播速度はその時点における液温
の伝播速度であり、温度変化による検出精度の低下は防
止される。更にまた、請求項１あるいは請求項２で斜め
上方向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの超音波
を受信する超音波送受信子の超音波探触子は送受信され
る超音波の強度が送受信軸に対しブロードな指向特性を
有するようにしたので、広範囲の液面レベルに対し超音
波が送受信され、広範囲の液面レベルの検出が可能とな
る。
力容器内の液面レベル検出装置では、超音波の送信と受
信はすべて同一の超音波送受信子で行なっているので別
体の超音波送信子と超音波受信子を用いる場合に必要と
される送信子と受信子の軸合せが不要となり取り付けが
極めて簡単になる。また、第２の超音波送受信子によっ
て求められる超音波の伝播速度はその時点における液温
の伝播速度であり、温度変化による検出精度の低下は防
止される。更にまた、請求項１あるいは請求項２で斜め
上方向に超音波を送信し、かつ斜め上方向からの超音波
を受信する超音波送受信子の超音波探触子は送受信され
る超音波の強度が送受信軸に対しブロードな指向特性を
有するようにしたので、広範囲の液面レベルに対し超音
波が送受信され、広範囲の液面レベルの検出が可能とな
る。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の圧力容器内の液面レベル検出
装置の第１の実施例を示す一部モデルを含む系統図であ
る。図１において圧力容器１の底部の一側面にこの圧力
容器１の側面に対し斜め上方向に超音波を送信し、かつ
斜め上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角
楔２と超音波探触子３とからなる超音波送受信子４が設
けられ、超音波送受信子４の超音波探触子３は送信器１
０と受信器１１とに接続される。送信器１０はタイミン
グ発生器９を介し、受信器１１はコンパレータ１２を介
しそれぞれ液面レベル演算器１４に接続される。
装置の第１の実施例を示す一部モデルを含む系統図であ
る。図１において圧力容器１の底部の一側面にこの圧力
容器１の側面に対し斜め上方向に超音波を送信し、かつ
斜め上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角
楔２と超音波探触子３とからなる超音波送受信子４が設
けられ、超音波送受信子４の超音波探触子３は送信器１
０と受信器１１とに接続される。送信器１０はタイミン
グ発生器９を介し、受信器１１はコンパレータ１２を介
しそれぞれ液面レベル演算器１４に接続される。
【００１３】タイミング発生器９は送信タイミング信号
を送信器１０に出力し、送信器１０はこの送信タイミン
グ信号に応じ超音波送受信子４の超音波探触子３にパル
スを出力し、超音波探触子３はこのパルスに応じ斜角楔
２を通して圧力容器１の側面に対し斜め上方向に超音波
を送信する。斜め上方向に送信された超音波は圧力容器
１の内壁と封入液体８の液面、例えば液面Ａが接するコ
ーナ部Ｐで反射された超音波だけがもときた方向に戻り
同じ超音波送受信子４で受信される。
を送信器１０に出力し、送信器１０はこの送信タイミン
グ信号に応じ超音波送受信子４の超音波探触子３にパル
スを出力し、超音波探触子３はこのパルスに応じ斜角楔
２を通して圧力容器１の側面に対し斜め上方向に超音波
を送信する。斜め上方向に送信された超音波は圧力容器
１の内壁と封入液体８の液面、例えば液面Ａが接するコ
ーナ部Ｐで反射された超音波だけがもときた方向に戻り
同じ超音波送受信子４で受信される。
【００１４】ここで、図３により斜め上方向に送信され
た超音波のうち圧力容器１の内壁と封入液体８の液面が
接するコーナ部Ｐで反射された超音波だけがもときた方
向に戻る原理について説明する。図３において超音波探
触子３から斜角楔２を通して斜め上方向に送信された超
音波は液面Ａと圧力容器１の内壁で２度反射を繰り返し
て逆方向に反射されるが、液面Ａと圧力容器１の内壁の
接するコーナ部Ｐに送信された超音波Ｕ１はコーナ部Ｐ
に近いためほぼもときた方向に反射される。しかしコー
ナ部Ｐから離れた個所に送信された超音波、例えば超音
波Ｕ２あるいはＵ３はコーナ部Ｐから離れた分、離れて
反射される。このようにして、コーナ部Ｐに送信された
超音波だけがもときた方向に戻される。
た超音波のうち圧力容器１の内壁と封入液体８の液面が
接するコーナ部Ｐで反射された超音波だけがもときた方
向に戻る原理について説明する。図３において超音波探
触子３から斜角楔２を通して斜め上方向に送信された超
音波は液面Ａと圧力容器１の内壁で２度反射を繰り返し
て逆方向に反射されるが、液面Ａと圧力容器１の内壁の
接するコーナ部Ｐに送信された超音波Ｕ１はコーナ部Ｐ
に近いためほぼもときた方向に反射される。しかしコー
ナ部Ｐから離れた個所に送信された超音波、例えば超音
波Ｕ２あるいはＵ３はコーナ部Ｐから離れた分、離れて
反射される。このようにして、コーナ部Ｐに送信された
超音波だけがもときた方向に戻される。
【００１５】コーナ部Ｐで反射された超音波が超音波送
受信子４で受信されるとその受信信号は受信器１１で増
巾されコンパレータ１２により圧力容器１の壁を通るノ
イズが除去されて液面レベル演算器１４に入力される。
受信子４で受信されるとその受信信号は受信器１１で増
巾されコンパレータ１２により圧力容器１の壁を通るノ
イズが除去されて液面レベル演算器１４に入力される。
【００１６】ここで液面レベル演算器１４の機能につい
て説明する。液面レベル演算器１４には、コンパレータ
１２からの信号とタイミング発生器９からの信号が入力
され、タイミング発生器９からの信号は超音波送受信子
４が超音波を送信した時刻を示し、コンパレータ１２か
らの信号は同じ超音波送受信子４が超音波を受信した時
刻を示す。この時刻の差は超音波が封入液体８の中を伝
播した時間であり、この伝播時間Ｔと封入液体の超音波
の伝播速度Ｓとから超音波が封入液体８の中を伝播した
距離ＬはＬ＝Ｔ・Ｓとして求められる。ここで超音波の
伝播距離Ｌと圧力容器の内径Ｄとの間には｛（１／２）
・Ｌ｝2 ＝Ｄ2 ＋Ｈ2 の関係式があるので、液面レベル
Ｈはこの関係式より求めることができる。液面レベル演
算器１４は前記の関係式より液面レベルＨを演算する。
なお、超音波が圧力容器の壁および斜角楔を貫通して伝
播するのにも同様に伝播時間を要するが、これらの厚み
はそれ程大きくなく、かつ金属中における超音波の伝播
速度は早いので、これを無視してもそれ程大きな誤差に
はならない。しかしこれら厚みは構造的に定まっている
ので、これらを貫通する伝播時間はほぼ一定であり、そ
の分を補正することはより望ましい。
て説明する。液面レベル演算器１４には、コンパレータ
１２からの信号とタイミング発生器９からの信号が入力
され、タイミング発生器９からの信号は超音波送受信子
４が超音波を送信した時刻を示し、コンパレータ１２か
らの信号は同じ超音波送受信子４が超音波を受信した時
刻を示す。この時刻の差は超音波が封入液体８の中を伝
播した時間であり、この伝播時間Ｔと封入液体の超音波
の伝播速度Ｓとから超音波が封入液体８の中を伝播した
距離ＬはＬ＝Ｔ・Ｓとして求められる。ここで超音波の
伝播距離Ｌと圧力容器の内径Ｄとの間には｛（１／２）
・Ｌ｝2 ＝Ｄ2 ＋Ｈ2 の関係式があるので、液面レベル
Ｈはこの関係式より求めることができる。液面レベル演
算器１４は前記の関係式より液面レベルＨを演算する。
なお、超音波が圧力容器の壁および斜角楔を貫通して伝
播するのにも同様に伝播時間を要するが、これらの厚み
はそれ程大きくなく、かつ金属中における超音波の伝播
速度は早いので、これを無視してもそれ程大きな誤差に
はならない。しかしこれら厚みは構造的に定まっている
ので、これらを貫通する伝播時間はほぼ一定であり、そ
の分を補正することはより望ましい。
【００１７】なお、超音波送受信子４の超音波探触子３
は図４に示す指向特性のように、送受信される超音波の
強度Ｕは送受信軸（図４でｚ軸）に対してブロードな指
向特性を有するものを用いるようにしてあるので、図１
に示す液面Ａの他に、液面ＢあるいはＣのような広範囲
の液面レベルの検出が可能となっている。
は図４に示す指向特性のように、送受信される超音波の
強度Ｕは送受信軸（図４でｚ軸）に対してブロードな指
向特性を有するものを用いるようにしてあるので、図１
に示す液面Ａの他に、液面ＢあるいはＣのような広範囲
の液面レベルの検出が可能となっている。
【００１８】図２は本発明の圧力容器内の液面レベル検
出装置の第２の実施例を示す一部モデルを含む系統図で
ある。図２に示す本発明の第２の実施例における圧力容
器内の液面レベル検出装置が図１に示す第１の実施例に
おける圧力容器内の液面レベル検出装置と異なるところ
は、第１の実施例と同様な圧力容器１の底部の一側面に
この圧力容器１の側面に対し斜め上方向に超音波を送信
し、かつ斜め上方向からの超音波を受信するよう構成さ
れた斜角楔２と超音波探触子３とからなる超音波送受信
子（以下第１の送受信子と称する）４の他に、圧力容器
１の底部の一側面にこの圧力容器１の側面に対し水平方
向に超音波を送信し、かつ水平方向からの超音波を受信
するよう構成された平行楔１７と超音波探触子１８とか
らなる超音波送受信子（以下第２の超音波送受信子と称
する）１９が設けられ、これら第１および第２の超音波
送受信子はそれぞれ切換器２０を介し送信器１０および
受信器１１に接続され、液面レベル演算器１４は前記切
換器２０にも接続されより機能が付加されたものとなっ
ている。
出装置の第２の実施例を示す一部モデルを含む系統図で
ある。図２に示す本発明の第２の実施例における圧力容
器内の液面レベル検出装置が図１に示す第１の実施例に
おける圧力容器内の液面レベル検出装置と異なるところ
は、第１の実施例と同様な圧力容器１の底部の一側面に
この圧力容器１の側面に対し斜め上方向に超音波を送信
し、かつ斜め上方向からの超音波を受信するよう構成さ
れた斜角楔２と超音波探触子３とからなる超音波送受信
子（以下第１の送受信子と称する）４の他に、圧力容器
１の底部の一側面にこの圧力容器１の側面に対し水平方
向に超音波を送信し、かつ水平方向からの超音波を受信
するよう構成された平行楔１７と超音波探触子１８とか
らなる超音波送受信子（以下第２の超音波送受信子と称
する）１９が設けられ、これら第１および第２の超音波
送受信子はそれぞれ切換器２０を介し送信器１０および
受信器１１に接続され、液面レベル演算器１４は前記切
換器２０にも接続されより機能が付加されたものとなっ
ている。
【００１９】第１の超音波送受信子４により、前述の第
１の実施例と同様、超音波を送信した時刻とこの超音波
の反射波を受信した時刻の差と、封入液体８の超音波の
伝播速度Ｓとから液面レベルが求められる。第２の超音
波送受信子１９からは超音波は水平方向に送信され、封
入液体中を伝播して対面する圧力容器の内壁で反射され
て同じ超音波送受信子１９で受信される。従って、超音
波を送信した時刻とこの超音波の反射波を受信した時刻
の差は超音波が封入液体８の中を圧力容器１の内径方向
に往復伝播する時間であり、この伝播時間Ｔ0 と圧力容
器１の内径Ｄとから超音波の伝播速度ＳはＳ＝２Ｄ／Ｔ
0 として求められる。
１の実施例と同様、超音波を送信した時刻とこの超音波
の反射波を受信した時刻の差と、封入液体８の超音波の
伝播速度Ｓとから液面レベルが求められる。第２の超音
波送受信子１９からは超音波は水平方向に送信され、封
入液体中を伝播して対面する圧力容器の内壁で反射され
て同じ超音波送受信子１９で受信される。従って、超音
波を送信した時刻とこの超音波の反射波を受信した時刻
の差は超音波が封入液体８の中を圧力容器１の内径方向
に往復伝播する時間であり、この伝播時間Ｔ0 と圧力容
器１の内径Ｄとから超音波の伝播速度ＳはＳ＝２Ｄ／Ｔ
0 として求められる。
【００２０】第１の超音波送受信子４と第２の超音波送
受信子１９を切換器２０により交互に動作させ、液面レ
ベル演算器１４ではまず第２の超音波送受信子１９から
の超音波の送信時刻と受信時刻の差と別途与えられる圧
力容器１の内径Ｄとから封入液体８の超音波の伝播速度
Ｓを演算する。次に第１の超音波送受信子４からの超音
波の送信時刻と受信時刻との差と、前述の第２の超音波
送受信子１９で求めた封入液体８の伝播速度Ｓを用いて
第１の実施例と同様に液面レベルを演算する。なお、圧
力容器１の内径Ｄは圧力容器の外径から壁厚の２倍を差
し引いて求める。一般に壁厚は外部から測定できない
が、通常壁厚は外径寸法に比し小さいので、内径Ｄのか
わりに外径を用いても大きな誤差はない。
受信子１９を切換器２０により交互に動作させ、液面レ
ベル演算器１４ではまず第２の超音波送受信子１９から
の超音波の送信時刻と受信時刻の差と別途与えられる圧
力容器１の内径Ｄとから封入液体８の超音波の伝播速度
Ｓを演算する。次に第１の超音波送受信子４からの超音
波の送信時刻と受信時刻との差と、前述の第２の超音波
送受信子１９で求めた封入液体８の伝播速度Ｓを用いて
第１の実施例と同様に液面レベルを演算する。なお、圧
力容器１の内径Ｄは圧力容器の外径から壁厚の２倍を差
し引いて求める。一般に壁厚は外部から測定できない
が、通常壁厚は外径寸法に比し小さいので、内径Ｄのか
わりに外径を用いても大きな誤差はない。
【００２１】ここで、第２の超音波送受信子１９によっ
て求められた封入液体８の超音波の伝播速度Ｓはその時
点における液温の伝播速度であり、液温に対する補償が
行われたものとする。
て求められた封入液体８の超音波の伝播速度Ｓはその時
点における液温の伝播速度であり、液温に対する補償が
行われたものとする。
【００２２】また、前述の第１および第２の実施例に示
すように、超音波の送信と受信はすべて同一の超音波送
受信子で行なっているので、別体の超音波送信子と超音
波受信子を用いる場合に必要とされる送信子と受信子の
軸合せが不要となり取り付けが極めて簡単になる。
すように、超音波の送信と受信はすべて同一の超音波送
受信子で行なっているので、別体の超音波送信子と超音
波受信子を用いる場合に必要とされる送信子と受信子の
軸合せが不要となり取り付けが極めて簡単になる。
【００２３】なお、図２に示す第２の実施例において
も、斜め上方向に超音波を送信しかつ斜め上方向からの
超音波を受信する第１の超音波送受信子４の超音波探触
子３は、図１に示す第１の実施例における超音波送受信
子４の超音波探触子３と同様、図４に示す指向特性のよ
うに送受信軸に対してブロードな指向特性を有するもの
を用い、図２に示す液面Ａの他に、液面ＢあるいはＣの
ような広範囲の液面レベルの検出が可能となっている。
も、斜め上方向に超音波を送信しかつ斜め上方向からの
超音波を受信する第１の超音波送受信子４の超音波探触
子３は、図１に示す第１の実施例における超音波送受信
子４の超音波探触子３と同様、図４に示す指向特性のよ
うに送受信軸に対してブロードな指向特性を有するもの
を用い、図２に示す液面Ａの他に、液面ＢあるいはＣの
ような広範囲の液面レベルの検出が可能となっている。
【００２４】
【発明の効果】本発明の圧力容器内の液面レベル検出装
置では、超音波の送信と受信はすべて同一の超音波送受
信子で行うよう構成されているので、別体の超音波送信
子と超音波受信子を用いる場合に必要とされる送信子と
受信子の軸合せが不要となり取り付けが極めて簡単にな
る。更に前記液面レベル検出用の超音波送受信子の他
に、封入液体の超音波伝播速度を計測する伝播速度計測
用の第２の超音波送受信子を設けたので、超音波の伝播
速度が不明な封入液体の液面レベルの検出が可能とな
る。更にまた前記第２の超音波送受信子による超音波の
伝播速度の計測はその時点の液温における超音波の伝播
速度の計測であり、液温に対する補償が行われたものと
なるので温度変化による検出精度の低下が防止される。
これらを総合して適用範囲が広く、高精度で、かつ取り
付けの容易な圧力容器内の液面レベル検出装置が得られ
る。
置では、超音波の送信と受信はすべて同一の超音波送受
信子で行うよう構成されているので、別体の超音波送信
子と超音波受信子を用いる場合に必要とされる送信子と
受信子の軸合せが不要となり取り付けが極めて簡単にな
る。更に前記液面レベル検出用の超音波送受信子の他
に、封入液体の超音波伝播速度を計測する伝播速度計測
用の第２の超音波送受信子を設けたので、超音波の伝播
速度が不明な封入液体の液面レベルの検出が可能とな
る。更にまた前記第２の超音波送受信子による超音波の
伝播速度の計測はその時点の液温における超音波の伝播
速度の計測であり、液温に対する補償が行われたものと
なるので温度変化による検出精度の低下が防止される。
これらを総合して適用範囲が広く、高精度で、かつ取り
付けの容易な圧力容器内の液面レベル検出装置が得られ
る。
【図１】本発明の圧力容器内の液面レベル検出装置の第
１の実施例を示す一部モデルを含む系統図
１の実施例を示す一部モデルを含む系統図
【図２】本発明の圧力容器内の液面レベル検出装置の第
２の実施例を示す一部モデルを含む系統図
２の実施例を示す一部モデルを含む系統図
【図３】図１，図２に示す本発明の液面レベル検出装置
の各実施例において、斜め上方向に送信された超音波の
うち圧力容器の内壁と封入液体の液面が接するコーナ部
で反射された超音波だけがもときた方向に戻る原理を説
明するモデル図
の各実施例において、斜め上方向に送信された超音波の
うち圧力容器の内壁と封入液体の液面が接するコーナ部
で反射された超音波だけがもときた方向に戻る原理を説
明するモデル図
【図４】図１に示す本発明の液面レベル検出装置の第１
の実施例あるいは図２に示す本発明の液面レベル検出装
置の第２の実施例における斜め上方向に超音波を送信
し、かつ斜め上方向からの超音波を受信する超音波送受
信子の超音波探触子の指向特性図、あるいは図５に示す
従来の液面レベル検出装置における斜め上方向に超音波
を送信する超音波送信子あるいは斜め上方向からの超音
波を受信する超音波受信子の超音波探触子の指向特性図
の実施例あるいは図２に示す本発明の液面レベル検出装
置の第２の実施例における斜め上方向に超音波を送信
し、かつ斜め上方向からの超音波を受信する超音波送受
信子の超音波探触子の指向特性図、あるいは図５に示す
従来の液面レベル検出装置における斜め上方向に超音波
を送信する超音波送信子あるいは斜め上方向からの超音
波を受信する超音波受信子の超音波探触子の指向特性図
【図５】従来の液面レベル検出装置の一例を示す一部モ
デルを含む系統図
デルを含む系統図
１ 圧力容器 ２ 斜角楔 ３ 超音波探触子 ４ 超音波送受信子，超音波送受信子（第１の） １４ 液面レベル演算器 １７ 平行楔 １８ 超音波探触子 １９ 超音波送受信子（第２の）
Claims (3)
- 【請求項１】圧力容器の底部の一側面に設けられ、この
圧力容器側面に対し斜め上方向に超音波を送信し、かつ
斜め上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角
楔と超音波探触子とからなる超音波送受信子と、この超
音波送受信子が斜め上方向に超音波を送信した時刻とこ
の超音波送受信子が前記超音波の反射波を受信した時刻
との差と、別途与えられるこの圧力容器に封入された液
体の超音波の伝播速度とからこの封入液体の液面レベル
を演算する液面レベル演算器とからなることを特徴とす
る圧力容器内の液面レベル検出装置。 - 【請求項２】圧力容器の底部の一側面に設けられ、この
圧力容器側面に対し斜め上方向に超音波を送信し、かつ
斜め上方向からの超音波を受信するよう構成された斜角
楔と超音波探触子とからなる超音波送受信子（以下第１
の超音波送受信子と称する）と、圧力容器の底部の一側
面に設けられ、この圧力容器側面に対し水平方向に超音
波を送信し、かつ水平方向からの超音波を受信するよう
構成された平行楔と超音波探触子とからなる超音波送受
信子（以下第２の超音波送受信子と称する）と、前記第
１の超音波送受信子と前記第２の超音波送受信子とを交
互に動作させる切換装置と、前記第１の超音波送受信子
が斜め上方向に超音波を送信した時刻とこの超音波送受
信子が前記超音波の反射波を受信した時刻との差と、前
記第２の超音波送受信子から水平方向に超音波を送信し
た時刻とこの超音波送受信子が前記超音波の反射波を受
信した時刻との差と、別途与えられる前記圧力容器の内
径とからこの圧力容器に封入された液体の液面レベルを
演算する液面レベル演算器とからなることを特徴とする
圧力容器内の液面レベル検出装置。 - 【請求項３】請求項１あるいは２記載の圧力容器内の液
面レベル検出装置において、斜め上方向に超音波を送信
し、かつ斜め上方向からの超音波を受信する超音波送受
信子の超音波探触子は送受信される超音波の強度が送受
信軸に対しブロードな指向特性を有することを特徴とす
る圧力容器内の液面レベル検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293496A JP3036172B2 (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 圧力容器内の液面レベル検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293496A JP3036172B2 (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 圧力容器内の液面レベル検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05133792A JPH05133792A (ja) | 1993-05-28 |
| JP3036172B2 true JP3036172B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=17795493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3293496A Expired - Lifetime JP3036172B2 (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 圧力容器内の液面レベル検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3036172B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001317694A (ja) * | 2000-05-11 | 2001-11-16 | Ricoh Elemex Corp | 液化ガス軒先充填用アタッチメント及び液化ガス軒先充填システム |
| DE102004059964A1 (de) | 2004-12-13 | 2006-06-14 | Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG | Ultraschall-Messvorrichtung für ein Behältnis |
| JP2008070387A (ja) * | 2007-12-03 | 2008-03-27 | Hitachi Ltd | 音響による液位検出方法及び装置 |
-
1991
- 1991-11-11 JP JP3293496A patent/JP3036172B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05133792A (ja) | 1993-05-28 |
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