JP3121740B2 - プランジャ付き液位センサ - Google Patents
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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
- G01F23/0023—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 with a probe suspended by a wire or thread
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプランジャによって液体
の水位検知用センサに関する。このセンサは、液体の存
在を検出するための手段を備えたプランジャと、水位検
出の対象となる液体を収容するための受容体の外側に配
置された支持体に巻き付けられる目盛りテープか目盛り
ケーブルとで構成される。目盛りテープか目盛りケーブ
ルの自由端はプランジャのハウジングに固着される。ハ
ウジングには、自給式電源と電子処理回路と液体の存在
を検出するための探触子とが組み込まれる。
の水位検知用センサに関する。このセンサは、液体の存
在を検出するための手段を備えたプランジャと、水位検
出の対象となる液体を収容するための受容体の外側に配
置された支持体に巻き付けられる目盛りテープか目盛り
ケーブルとで構成される。目盛りテープか目盛りケーブ
ルの自由端はプランジャのハウジングに固着される。ハ
ウジングには、自給式電源と電子処理回路と液体の存在
を検出するための探触子とが組み込まれる。
【０００２】
【従来の技術】タンクの外側の密封式貯蔵器に巻き付け
られる目盛り付きたわみ金属テープを外の環境から隔絶
し密封するための手段が設けられた通路に通してタンク
を貫通させるようにしたプランジャ付き液位センサは周
知である。金属テープの自由端は、液体の存在を検出す
るための検出感知器とタンクの外側に位置する受信器に
情報信号を送るための手段とを備えたプランジャに固定
され、例えば、検出感知器が液体に接触したときに点灯
する表示灯を備えている。オペレータは、表示灯がオン
状態とオフ状態との境界にあることを検出するまで目盛
りテープを繰り出す。表示灯によって検出感知器が検出
対象の界面にまで達したことが示されると、オペレータ
は観察窓に形成された基準マークに隣接したテープ上の
目盛りを読み取る。目盛りから当該の界面の位置すなわ
ちタンク内の液体の水位が分かる。
られる目盛り付きたわみ金属テープを外の環境から隔絶
し密封するための手段が設けられた通路に通してタンク
を貫通させるようにしたプランジャ付き液位センサは周
知である。金属テープの自由端は、液体の存在を検出す
るための検出感知器とタンクの外側に位置する受信器に
情報信号を送るための手段とを備えたプランジャに固定
され、例えば、検出感知器が液体に接触したときに点灯
する表示灯を備えている。オペレータは、表示灯がオン
状態とオフ状態との境界にあることを検出するまで目盛
りテープを繰り出す。表示灯によって検出感知器が検出
対象の界面にまで達したことが示されると、オペレータ
は観察窓に形成された基準マークに隣接したテープ上の
目盛りを読み取る。目盛りから当該の界面の位置すなわ
ちタンク内の液体の水位が分かる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】実際に業界では、化学
的反応の激しい種類を始めとする様々な種類の液体の検
出にプランジャを用いた液位センサを使用している。現
在のところ、液体の種類毎に各センサが適応され、汎用
センサというものはない。ある種類の液体に対しては導
電性変動に反応する検出感知器を用い、別の種類の液体
に対しては容量性の検出感知器を用い、更に別の種類の
液体に対しては光学式の検出感知器を用いている。ま
た、光学式検出器や容量性検出器は幾分壊れ易くそのた
め使い勝手が悪い。
的反応の激しい種類を始めとする様々な種類の液体の検
出にプランジャを用いた液位センサを使用している。現
在のところ、液体の種類毎に各センサが適応され、汎用
センサというものはない。ある種類の液体に対しては導
電性変動に反応する検出感知器を用い、別の種類の液体
に対しては容量性の検出感知器を用い、更に別の種類の
液体に対しては光学式の検出感知器を用いている。ま
た、光学式検出器や容量性検出器は幾分壊れ易くそのた
め使い勝手が悪い。
【０００４】また、弾性波（あるいは音波）用の導波管
を用いた種類の液体検出器もよく知られている。しか
し、この種類の検出器はややかさばり、又感度に劣り液
体を収容するタンクの壁面の固定台に装着されるのが普
通である。
を用いた種類の液体検出器もよく知られている。しか
し、この種類の検出器はややかさばり、又感度に劣り液
体を収容するタンクの壁面の固定台に装着されるのが普
通である。
【０００５】従って、設置場所を取らず信頼性と感度と
に優れ動作素子全部がプランジャに内蔵されたプランジ
ャ型液位センサが求められている。
に優れ動作素子全部がプランジャに内蔵されたプランジ
ャ型液位センサが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】本発明によれば、
プランジャによって液体の水位検知用センサで上記の目
的を達成できる。水位検出用センサは、液体の存在を検
出するための手段を備えたプランジャと水位検出の対象
となる液体を収容するための受容体の外側に配置された
支持体に巻き付けられる目盛りテープあるいは目盛りケ
ーブルとで構成される。テープあるいはケーブルの自由
端はプランジャのハウジングに固着される。ハウジング
には、電源と電子処理回路と液体の存在を検出するため
の探触子とが内蔵される。この水位検出用センサは、液
体の存在を検出するための探触子が、順に、固定型円筒
形上部の第一部と機械式増幅器を構成する断面積が小さ
い第二部と面積の大きい基部が下端として形成された円
錐形の第三部と探触子の高感度部を構成する円筒形下端
の第四部とから成る金属性導波管で構成されている点
と、金属性導波管が支持フランジによって密封状態でプ
ランジャのハウジングに連結され、支持フランジが円錐
形の第三部と同じ高さに位置する線形環状領域内の金属
性導波管に固定されているため、導波管の線形環状領域
の下方に位置する部分のみがプランジャのハウジングか
ら突出し液体に接触する点と、電子処理回路によって電
気的に付勢される振動子が上部の第一部の自由端に装着
されている点と、電子処理回路が、導波管内で入射弾性
波を誘発するために振動子に定期的に印加される所定の
周波数fiをもつ励起パルスを発生させるための回路と、
導波管の高感度円筒形の端部に接触する液体が存在しな
い場合に振動子によって配信されるパルスを入射弾性波
のエコーとして検出するための回路とから成る点とによ
って特徴づけられる。
プランジャによって液体の水位検知用センサで上記の目
的を達成できる。水位検出用センサは、液体の存在を検
出するための手段を備えたプランジャと水位検出の対象
となる液体を収容するための受容体の外側に配置された
支持体に巻き付けられる目盛りテープあるいは目盛りケ
ーブルとで構成される。テープあるいはケーブルの自由
端はプランジャのハウジングに固着される。ハウジング
には、電源と電子処理回路と液体の存在を検出するため
の探触子とが内蔵される。この水位検出用センサは、液
体の存在を検出するための探触子が、順に、固定型円筒
形上部の第一部と機械式増幅器を構成する断面積が小さ
い第二部と面積の大きい基部が下端として形成された円
錐形の第三部と探触子の高感度部を構成する円筒形下端
の第四部とから成る金属性導波管で構成されている点
と、金属性導波管が支持フランジによって密封状態でプ
ランジャのハウジングに連結され、支持フランジが円錐
形の第三部と同じ高さに位置する線形環状領域内の金属
性導波管に固定されているため、導波管の線形環状領域
の下方に位置する部分のみがプランジャのハウジングか
ら突出し液体に接触する点と、電子処理回路によって電
気的に付勢される振動子が上部の第一部の自由端に装着
されている点と、電子処理回路が、導波管内で入射弾性
波を誘発するために振動子に定期的に印加される所定の
周波数fiをもつ励起パルスを発生させるための回路と、
導波管の高感度円筒形の端部に接触する液体が存在しな
い場合に振動子によって配信されるパルスを入射弾性波
のエコーとして検出するための回路とから成る点とによ
って特徴づけられる。
【０００７】具体的実施例においては、導波管の円筒形
の端部は管状形に形成され、その自由端が円筒形の端部
に液体が浸透するのを防止するためのプラグによって閉
塞される。
の端部は管状形に形成され、その自由端が円筒形の端部
に液体が浸透するのを防止するためのプラグによって閉
塞される。
【０００８】具体的な特徴によれば、支持フランジは、
レーザ溶接あるいは電子線溶接によって線形環状領域内
の金属性導波管に固定される。
レーザ溶接あるいは電子線溶接によって線形環状領域内
の金属性導波管に固定される。
【０００９】本発明の水位検出用センサは、群速度が低
く遅延時間が長い弾性波列導波管の高感度部に伝搬させ
る分散高感度部を備えている。
く遅延時間が長い弾性波列導波管の高感度部に伝搬させ
る分散高感度部を備えている。
【００１０】本発明によれば、特に、普通の大きさの圧
電磁気製振動子の使用を可能にしながらも長さが1mm以
下という非常に短い高感度探触子を実現できる。
電磁気製振動子の使用を可能にしながらも長さが1mm以
下という非常に短い高感度探触子を実現できる。
【００１１】具体的実施例においては、機械適増幅器を
構成する断面積の小さい第二部は、面積の大きい基部が
固定型円筒形上部の第一部に結合された固定型長尺円錐
形の第一長手部と円錐形の第三部の面積の小さい基部に
結合された直径の小さい円筒形の第二長手部とで構成さ
れる。
構成する断面積の小さい第二部は、面積の大きい基部が
固定型円筒形上部の第一部に結合された固定型長尺円錐
形の第一長手部と円錐形の第三部の面積の小さい基部に
結合された直径の小さい円筒形の第二長手部とで構成さ
れる。
【００１２】製造を容易にするための更なる具体的実施
例においては、直径の小さい円筒形の第二長手部は、固
定型上部の第一部と長尺円錐形の第一長手部とから一体
的に形成された第一部分と、円錐形の第三部と円錐形の
下端部とから一体的に形成させた第二部分とで構成され
る。
例においては、直径の小さい円筒形の第二長手部は、固
定型上部の第一部と長尺円錐形の第一長手部とから一体
的に形成された第一部分と、円錐形の第三部と円錐形の
下端部とから一体的に形成させた第二部分とで構成され
る。
【００１３】具体的実施例においては、金属製導波管の
支持フランジは管状に形成されO-リングを受け止めるた
めの外溝を備えている。
支持フランジは管状に形成されO-リングを受け止めるた
めの外溝を備えている。
【００１４】固定型円筒形上部の第一部と円筒形下端の
第四部とは外径が同じであることが好適である。
第四部とは外径が同じであることが好適である。
【００１５】更に、所定の周波数fi（単位はヘルツ）の
値は、円筒形管状の下端部の外径Φextと内径Φint（単
位はメートル）と物質内の横波の速度VT （単位はm/s）
との関数として次の等式に基づいて設定される。
値は、円筒形管状の下端部の外径Φextと内径Φint（単
位はメートル）と物質内の横波の速度VT （単位はm/s）
との関数として次の等式に基づいて設定される。
【００１６】
【数３】fi＝VT ×｛（Φext−0.6Φint）÷Φext2｝ 所定の周波数fiは約100kHz〜約600kHzである。金属製導
波管の全長は60mm〜120mmである。円筒形管状の下端部
の長さは5mm〜30mmである。円筒形管状の下端部の外径
Φextは5mm〜15mmである。円筒形管状の下端部の内径Φ
intは2mm〜12mmである。円筒形管状の下端部は壁の厚み
が1mmの2/10〜1mmの20/10である。断面積の小さい円筒
形の第二長手部は直径が0.5mm〜5mmである。本発明の水
位検出用センサは更にプランジャのハウジング内に配置
された温度センサで構成することも可能である。
波管の全長は60mm〜120mmである。円筒形管状の下端部
の長さは5mm〜30mmである。円筒形管状の下端部の外径
Φextは5mm〜15mmである。円筒形管状の下端部の内径Φ
intは2mm〜12mmである。円筒形管状の下端部は壁の厚み
が1mmの2/10〜1mmの20/10である。断面積の小さい円筒
形の第二長手部は直径が0.5mm〜5mmである。本発明の水
位検出用センサは更にプランジャのハウジング内に配置
された温度センサで構成することも可能である。
【００１７】
【実施例】本発明の他の特徴と優位性とは、非限定的な
例を示し添付の図面を参照して述べる次の具体的実施例
の説明から明らかにされる。
例を示し添付の図面を参照して述べる次の具体的実施例
の説明から明らかにされる。
【００１８】図1は本発明が適用されるプランジャ付き
液位センサの一例を示す。この水位センサは、水位判定
の対象となる液体12を収容するタンク10へ開口15から挿
入されるプランジャ1で構成される。液体12の上は気体
環境11になっている。例えば、液体12は水や石油製品な
ど非常に化学反応の激しい種類を含む液体である。
液位センサの一例を示す。この水位センサは、水位判定
の対象となる液体12を収容するタンク10へ開口15から挿
入されるプランジャ1で構成される。液体12の上は気体
環境11になっている。例えば、液体12は水や石油製品な
ど非常に化学反応の激しい種類を含む液体である。
【００１９】プランジャ1の下端は高感度素子として構
成される。プランジャ1は上端がタンク10の外側のハウ
ジング4内に螺旋状に巻き付けられる目盛りテープある
いは目盛りケーブル2に結合される。ハウジング4によっ
て、タンク10内に形成された開口15に導管15を介して連
通する漏れない構造の内容積が画定される。目盛りテー
プあるいは目盛りケーブル2は自由端でプランジャ1を保
持し、目盛りテープあるいは目盛りケーブル2を誘導す
るための手段6と8が目盛りテープあるいは目盛りケーブ
ル2ハウジング4内を貫通する前にそれを洗浄するための
手段9と供に設けられた導管5内を開口15から縦断する。
基準マークの付いた測定窓7からは、いつでもテープ2上
の目盛りを読み取ることができる。目盛りによって、窓
7とタンク10内に設置されたプランジャ1との間に位置す
るテープあるいはケーブル2の長さを判定して、タンク1
0内の液体13の水位を判断することができる。
成される。プランジャ1は上端がタンク10の外側のハウ
ジング4内に螺旋状に巻き付けられる目盛りテープある
いは目盛りケーブル2に結合される。ハウジング4によっ
て、タンク10内に形成された開口15に導管15を介して連
通する漏れない構造の内容積が画定される。目盛りテー
プあるいは目盛りケーブル2は自由端でプランジャ1を保
持し、目盛りテープあるいは目盛りケーブル2を誘導す
るための手段6と8が目盛りテープあるいは目盛りケーブ
ル2ハウジング4内を貫通する前にそれを洗浄するための
手段9と供に設けられた導管5内を開口15から縦断する。
基準マークの付いた測定窓7からは、いつでもテープ2上
の目盛りを読み取ることができる。目盛りによって、窓
7とタンク10内に設置されたプランジャ1との間に位置す
るテープあるいはケーブル2の長さを判定して、タンク1
0内の液体13の水位を判断することができる。
【００２０】タンク内の液体12の水位を判断できるよう
にするために、タンク10の外側に位置しハウジング14の
一方の側面に設置された受信器へ情報信号を送るための
手段をプランジャ1内に搭載する。信号送信手段自体は
周知のものであり、例えば電磁波送信装置で構成され
る。受信器14は、例えば、プランジャ1の下端に設置さ
れた高感度感知器が液体12に接触する度に作動される表
示灯140を備えた信号手段で構成される。受信器14には
更に画面141などの表示部材が設けられる。
にするために、タンク10の外側に位置しハウジング14の
一方の側面に設置された受信器へ情報信号を送るための
手段をプランジャ1内に搭載する。信号送信手段自体は
周知のものであり、例えば電磁波送信装置で構成され
る。受信器14は、例えば、プランジャ1の下端に設置さ
れた高感度感知器が液体12に接触する度に作動される表
示灯140を備えた信号手段で構成される。受信器14には
更に画面141などの表示部材が設けられる。
【００２１】次に本発明の具体的実施例について図2〜6
を参照して詳細に述べる。
を参照して詳細に述べる。
【００２２】図2はプランジャ1を示す。プランジャ1
は、上端をハウジング本体102に連結させ目盛りテープ2
の端部に結合された蓋101を備えたハウジング100で構成
される。蓋101には密封用ガスケット111が設けられる。
蓋101は特にプランジャ1の上部の小室に電池104（充電
式など）を挿入するために用いられる。
は、上端をハウジング本体102に連結させ目盛りテープ2
の端部に結合された蓋101を備えたハウジング100で構成
される。蓋101には密封用ガスケット111が設けられる。
蓋101は特にプランジャ1の上部の小室に電池104（充電
式など）を挿入するために用いられる。
【００２３】プランジャ1は更に接続線106を介して電池
104から付勢される電子回路105を実装した基板あるいは
小室を備えている。電子回路105は、プランジャ1のハウ
ジング100の下部に配置された液体検出探触子200の励起
素子201に接続線107を介して接続される。
104から付勢される電子回路105を実装した基板あるいは
小室を備えている。電子回路105は、プランジャ1のハウ
ジング100の下部に配置された液体検出探触子200の励起
素子201に接続線107を介して接続される。
【００２４】本発明によれば、液体の存在を検出するた
めの探触子200は弾性波用の導波管を備えた型のもので
あり、圧電磁気型振動子などの振動子を上端に備えてい
る。振動子は電子回路105に接続される励起素子を構成
する。金属性導波管は端部207としてハウジング100の底
部から突出している。端部207は、液体12に接触させる
のに適した高感度部を構成する。
めの探触子200は弾性波用の導波管を備えた型のもので
あり、圧電磁気型振動子などの振動子を上端に備えてい
る。振動子は電子回路105に接続される励起素子を構成
する。金属性導波管は端部207としてハウジング100の底
部から突出している。端部207は、液体12に接触させる
のに適した高感度部を構成する。
【００２５】探触子200の金属性導波管は非対称形をし
ていて、固定型円筒形の通常の大きさの振動子201を受
け止めるのに充分な大きさの直径をもった上部202で構
成される。円筒形の上部202の直径Dは7mm〜15mmである
が、一般的には10mmに設定される。
ていて、固定型円筒形の通常の大きさの振動子201を受
け止めるのに充分な大きさの直径をもった上部202で構
成される。円筒形の上部202の直径Dは7mm〜15mmである
が、一般的には10mmに設定される。
【００２６】通常の大きさの振動子201に連動させしか
も挿入エネルギーを増大させるために、金属性導波管を
機械的増幅器203、204および205で構成する。増幅器は
固定型円筒形上部202から下方へ伸びている。更に具体
的には、増幅器は、面積の大きい基部を円筒形の上部20
2に連結させた固定型長尺円錐形長手部203と、円錐形長
手部203から下方に伸び断面積の小さい円筒形長手部204
と205とから成る。増幅器から下方には底部に位置する
基部面積の大きい円錐部206が伸びている。
も挿入エネルギーを増大させるために、金属性導波管を
機械的増幅器203、204および205で構成する。増幅器は
固定型円筒形上部202から下方へ伸びている。更に具体
的には、増幅器は、面積の大きい基部を円筒形の上部20
2に連結させた固定型長尺円錐形長手部203と、円錐形長
手部203から下方に伸び断面積の小さい円筒形長手部204
と205とから成る。増幅器から下方には底部に位置する
基部面積の大きい円錐部206が伸びている。
【００２７】探触子の高感度部を構成する円筒形下端部
207は、円錐部206の面積の大きい基部から下方に伸びて
いる。円筒形下端部207は極めて分散率の高い部分でな
ければならないため、管状に形成されている。円筒形下
端部207の自由端は、液体が下端部207内に浸透するのを
防止するためのプラグ208によって閉塞されている。こ
れによって、液体に浮遊している粒子やごみによる詰ま
りが回避される。
207は、円錐部206の面積の大きい基部から下方に伸びて
いる。円筒形下端部207は極めて分散率の高い部分でな
ければならないため、管状に形成されている。円筒形下
端部207の自由端は、液体が下端部207内に浸透するのを
防止するためのプラグ208によって閉塞されている。こ
れによって、液体に浮遊している粒子やごみによる詰ま
りが回避される。
【００２８】図2と4から分かるように、金属性導波管
は、優位には、円筒形上部202と長尺円錐形長手部203と
円筒形長手部の断面積の小さい上部204とを一体化して
機械加工して構成された固定型上部第一部分を、底部が
管状端部207を形成し上部が先細ににして円錐部206と断
面積の小さい円筒形長手部の底部205とを形成している
管状第二部分に連結させたものである。上部204と底部2
05とは、弾性波の送信を妨害することのないように溶接
で互いに連結されている。連結は、円錐部203と206とか
ら離れた小断面積部において実施される。
は、優位には、円筒形上部202と長尺円錐形長手部203と
円筒形長手部の断面積の小さい上部204とを一体化して
機械加工して構成された固定型上部第一部分を、底部が
管状端部207を形成し上部が先細ににして円錐部206と断
面積の小さい円筒形長手部の底部205とを形成している
管状第二部分に連結させたものである。上部204と底部2
05とは、弾性波の送信を妨害することのないように溶接
で互いに連結されている。連結は、円錐部203と206とか
ら離れた小断面積部において実施される。
【００２９】断面積の小さい円筒形長手部204と205は直
径dが約0.5mm〜5mmである。
径dが約0.5mm〜5mmである。
【００３０】金属性導波管の全長Lは非常に短く約60mm
〜約120mmである。従って、全高が約200mm以下という寸
法の小さいプランジャ1内に金属性導波管を組み込むこ
とができる。
〜約120mmである。従って、全高が約200mm以下という寸
法の小さいプランジャ1内に金属性導波管を組み込むこ
とができる。
【００３１】ハウジング100の液体に接触する突出高感
度部を構成する管状端部207は、長さlが約5mm〜30mmで
外径Φextが約5mm〜約15mmで内径Φintが約2mm〜約12mm
である。管状端部207の壁は厚みが0.2mm〜2mmである。
度部を構成する管状端部207は、長さlが約5mm〜30mmで
外径Φextが約5mm〜約15mmで内径Φintが約2mm〜約12mm
である。管状端部207の壁は厚みが0.2mm〜2mmである。
【００３２】例えば、全長Lが110mmの金属性導波管の場
合、円筒形管状端部207は長さlが19mmで外径Φextが8mm
で内径Φintが6.5mmである。
合、円筒形管状端部207は長さlが19mmで外径Φextが8mm
で内径Φintが6.5mmである。
【００３３】管状端部207の外径Φextは、図示の通り固
定型円筒形上部の外径Dに等しくてもよいが等しくなく
てもよい。
定型円筒形上部の外径Dに等しくてもよいが等しくなく
てもよい。
【００３４】金属性導波管は、真ちゅうなどの様々な異
なる金属あるいは合金で作成される。たいていの場合は
ステンレス鋼が用いられる。
なる金属あるいは合金で作成される。たいていの場合は
ステンレス鋼が用いられる。
【００３５】本発明の重要な特徴によれば、金属性導波
管は、環状領域209内の金属性導波管に固定される支持
フランジ210を介してハウジング100に接続される。そし
て、弾性波を誘導する導波管のための従来の取付け法と
は異なり、上部202や機械的増幅器203、204および205に
は配置されず、図5に示すように、中心部内か高感度円
筒形底部207との境界面部分かに円錐形連結部206と同じ
高さに配置される。
管は、環状領域209内の金属性導波管に固定される支持
フランジ210を介してハウジング100に接続される。そし
て、弾性波を誘導する導波管のための従来の取付け法と
は異なり、上部202や機械的増幅器203、204および205に
は配置されず、図5に示すように、中心部内か高感度円
筒形底部207との境界面部分かに円錐形連結部206と同じ
高さに配置される。
【００３６】支持フランジ210は優位にはレーザ溶接や
電子線溶接によって円錐部206上に固定される。これに
よって、気密性が確保され線形が保持される。従って、
端部207の高感度を維持でき、導波管によって送信され
た弾性波に悪影響を与えることなく支持することができ
る。ひいては、信号の反復性が向上される。
電子線溶接によって円錐部206上に固定される。これに
よって、気密性が確保され線形が保持される。従って、
端部207の高感度を維持でき、導波管によって送信され
た弾性波に悪影響を与えることなく支持することができ
る。ひいては、信号の反復性が向上される。
【００３７】支持フランジ210は管状形に形成され環状
外溝211でOリング212を受け止めるようになっている。
支持フランジ210はハウジング100内の定置に固着され
る。すなわち、密封用リング112を備えハウジング100の
側壁102の下端で結合された端部プラグ113と110の内側
に固着される。
外溝211でOリング212を受け止めるようになっている。
支持フランジ210はハウジング100内の定置に固着され
る。すなわち、密封用リング112を備えハウジング100の
側壁102の下端で結合された端部プラグ113と110の内側
に固着される。
【００３８】電源14によって付勢される電子処理回路10
5は、図6のブロック図に示すように、振動子201を励起
するためのもので従来型のものである。
5は、図6のブロック図に示すように、振動子201を励起
するためのもので従来型のものである。
【００３９】回路105は基本的に論理ゲート152と線107
とを介して振動子201へ波列を印加するための波列発生
器151で構成される。従って、弾性波が発射されると、
自由端部207と自由下端208へと導波管に沿って送信され
る。
とを介して振動子201へ波列を印加するための波列発生
器151で構成される。従って、弾性波が発射されると、
自由端部207と自由下端208へと導波管に沿って送信され
る。
【００４０】自由端部207が液体に接触していないと
き、発生器151からの波列は導波管の下端208によって反
射され、上部202の端部にエコーを発生させる。エコー
は振動子に印加され電気信号として論理ゲート152を介
して処理回路へ供給される。処理回路は、増幅器152
と、表示灯140が設けられた図1の受信器14のような受信
器へ情報信号を送るための手段を備えた閾値検出部材15
4とで構成される。
き、発生器151からの波列は導波管の下端208によって反
射され、上部202の端部にエコーを発生させる。エコー
は振動子に印加され電気信号として論理ゲート152を介
して処理回路へ供給される。処理回路は、増幅器152
と、表示灯140が設けられた図1の受信器14のような受信
器へ情報信号を送るための手段を備えた閾値検出部材15
4とで構成される。
【００４１】また、自由端部207が液体に接触すると、
導波管の自由下端208からのエコーは消滅し減衰され
る。その結果、閾値検出回路154は、エコーが消滅した
ことを検出して表示灯140が設けられた受信器14に送ら
れる信号を立上げる。導波管の端部207と208が液体12と
接触すると、表示灯140は接続されてオン状態になる。
また、導波管の端部207と208が気体環境に入ると、表示
灯140はオフ状態になる。逆に、プランジャ1が気体環境
に入ったときに、表示灯140が接続されてオン状態にな
り、導波管の端部207と208が液体に接触したときに、表
示灯140がオフ状態になるようにしてもよい。
導波管の自由下端208からのエコーは消滅し減衰され
る。その結果、閾値検出回路154は、エコーが消滅した
ことを検出して表示灯140が設けられた受信器14に送ら
れる信号を立上げる。導波管の端部207と208が液体12と
接触すると、表示灯140は接続されてオン状態になる。
また、導波管の端部207と208が気体環境に入ると、表示
灯140はオフ状態になる。逆に、プランジャ1が気体環境
に入ったときに、表示灯140が接続されてオン状態にな
り、導波管の端部207と208が液体に接触したときに、表
示灯140がオフ状態になるようにしてもよい。
【００４２】本発明によれば、探触子200には断面積の
小さい高感度部207と208が設けられているので、液体の
水位を例えば1mm単位に検出できるくらいの高い感度を
提供できる。
小さい高感度部207と208が設けられているので、液体の
水位を例えば1mm単位に検出できるくらいの高い感度を
提供できる。
【００４３】端部207の寸法については、分散率を向上
でき、エコーを判別して約1mmという高い感度を実現で
きるような値に設定する。すなわち、弾性波の群速度を
非常に低くし遅延時間を長くする。
でき、エコーを判別して約1mmという高い感度を実現で
きるような値に設定する。すなわち、弾性波の群速度を
非常に低くし遅延時間を長くする。
【００４４】一般的に、回路151と152によって振動子20
1に定期的に印加される励起波列の周波数fiは、弾性波
列が、低周波の群速度で導波管の機械的増幅器内を伝搬
し周波数の関数を示す位相速度曲線上の屈曲点に対応す
る最低群速度で管状端部207を伝搬するような値に設定
される。
1に定期的に印加される励起波列の周波数fiは、弾性波
列が、低周波の群速度で導波管の機械的増幅器内を伝搬
し周波数の関数を示す位相速度曲線上の屈曲点に対応す
る最低群速度で管状端部207を伝搬するような値に設定
される。
【００４５】周波数fiは100kHz〜600kHzである。
【００４６】周波数fi（単位はヘルツ）の値は、円筒形
管状端部207の外径Φextと内径Φint（単位はメート
ル）および物質内の横波の速度VT （単位は1秒当りのメ
ートル数(m/s)）の関数として次の等式に基づき求めら
れる。
管状端部207の外径Φextと内径Φint（単位はメート
ル）および物質内の横波の速度VT （単位は1秒当りのメ
ートル数(m/s)）の関数として次の等式に基づき求めら
れる。
【００４７】
【数４】fi＝VT ×｛（Φext−0.6Φint）÷Φext2 ｝ 管状端部207の壁厚の半径の中間値aに対する比率が0.3
以下である場合、周波数fi（ヘルツ）の値は、管状部の
半径の中間値a（メートル）と管状部の物質内の横波の
速度VT（m/s）とから次の等式に基づき求められる。
以下である場合、周波数fi（ヘルツ）の値は、管状部の
半径の中間値a（メートル）と管状部の物質内の横波の
速度VT（m/s）とから次の等式に基づき求められる。
【００４８】
【数５】fi＝｛（1.7×VT ）÷2π）｝×（1÷a） ここでaは（Φext＋Φint）÷4の解に等しい。
【００４９】ステンレス鋼製の管状端部207の場合、物
質内の横波の速度VTは3150m/sとなる。
質内の横波の速度VTは3150m/sとなる。
【００５０】本発明のセンサのプランジャ1について
は、電池104と電子回路105とをハウジング100内に組み
込みハウジング100からは弾性波用の導波管の高感度部2
07のみを突出させた状態で漏れない構造に作成できる。
電子回路105から線108と109を介して送られる情報は、
電波などの手段や目盛りテープあるいはケーブル2に固
着された密封式電気ケーブルを介してタンク10の外側に
設置された受信器14に伝送される。
は、電池104と電子回路105とをハウジング100内に組み
込みハウジング100からは弾性波用の導波管の高感度部2
07のみを突出させた状態で漏れない構造に作成できる。
電子回路105から線108と109を介して送られる情報は、
電波などの手段や目盛りテープあるいはケーブル2に固
着された密封式電気ケーブルを介してタンク10の外側に
設置された受信器14に伝送される。
【００５１】液体12に完全に浸水するように設計された
プランジャ1には周知の型のセンサを組み込んでもよ
い。プランジャ1には、連結部301を介して処理回路155
に接続された温度探触子300を組み込んでもよい。処理
回路155は電子回路105（図2と6）に内蔵され、プランジ
ャをタンク10内の異なる地点に設置する度に線108と109
を介して温度情報を提供する。受信器14の画面141など
を用いて温度情報を表示してもよい。
プランジャ1には周知の型のセンサを組み込んでもよ
い。プランジャ1には、連結部301を介して処理回路155
に接続された温度探触子300を組み込んでもよい。処理
回路155は電子回路105（図2と6）に内蔵され、プランジ
ャをタンク10内の異なる地点に設置する度に線108と109
を介して温度情報を提供する。受信器14の画面141など
を用いて温度情報を表示してもよい。
【００５２】プランジャ1には、導電性の差異に基づき
様々な異なる種類の液体の存在を検出できる周知の型の
導電性検出器（図示せず）を組み込んでもよい。導電性
検出器を備えたプランジャ1を使えば、例えば、炭化水
素を収容するタンク10の底部における水の存在を検出す
ることができる。
様々な異なる種類の液体の存在を検出できる周知の型の
導電性検出器（図示せず）を組み込んでもよい。導電性
検出器を備えたプランジャ1を使えば、例えば、炭化水
素を収容するタンク10の底部における水の存在を検出す
ることができる。
【００５３】堅牢さと高感度と高信頼性と小型の浸水可
能密封型プランジャを備えたこととによって、本発明の
水位センサはタンク内の液体の水位を高い正確さで検出
できる。しかも汎用性がある。すなわち、温度測定や導
電性測定など様々な従来の測定を可能にしながらも、種
々多様な液体に対して用いることができるのである。
能密封型プランジャを備えたこととによって、本発明の
水位センサはタンク内の液体の水位を高い正確さで検出
できる。しかも汎用性がある。すなわち、温度測定や導
電性測定など様々な従来の測定を可能にしながらも、種
々多様な液体に対して用いることができるのである。
【図１】本発明が適用されるプランジャ付き液位センサ
全体を示す縦断面図。
全体を示す縦断面図。
【図２】本発明に係わる液位センサのプランジャの一例
を示す軸方向断面図。
を示す軸方向断面図。
【図３】本発明のプランジャに内蔵される金属性導波管
と支持フランジとを示す立面図。
と支持フランジとを示す立面図。
【図４】本発明のプランジャに内装される金属性導波管
と支持フランジとを示す軸方向断面図。
と支持フランジとを示す軸方向断面図。
【図５】金属性導波管と支持フランジとの間の連結部を
示す軸方向断面図。
示す軸方向断面図。
【図６】本発明のセンサのプランジャに内装された電子
回路の基本構成素子を示すブロック図。
回路の基本構成素子を示すブロック図。
１ プランジャ ２ 目盛りテープあるいは目盛りケーブル ４ ハウジング １０ タンク １２ 液体 １４ 受信器 １００ ハウジング １０１ 蓋 １０４ 電源 １０５ 電子処理回路 ２００ 探触子 ２０１ 振動子 ２１０ 支持フランジ
Claims (19)
- 【請求項１】 液体の存在を検出するための手段を備え
たプランジャ(1)と、水位検出の対象となる液体を収容
するための受容体の外側に配置された支持体(4)に巻き
付けられる目盛りテープあるいは目盛りケーブル(2)
と、 を有し、 前記テープあるいはケーブルの自由端は前記プランジャ
(1)のハウジング(100)に固着され前記ハウジング(100)
には電源(104)と電子処理回路(105)と液体の存在を検出
するための探触子(200)とが内蔵され、たプランジャに
より液位を検出するセンサにおいて、 前記液体の存在を検出するための探触子(200)は、順
に、固定型円筒形上部の第一部(202)と、機械的増幅器
を構成する断面積の小さい第二部(203、204、205)と、
面積の大きい基部が下端として設けられた円錐形の第三
部(206)と、探触子の高感度部を構成する円筒形下端の
第四部(207)とから成る金属製導波管で構成され、 前記金属性導波管は密封状態で支持フランジ(210)によ
ってプランジャ(1)のハウジング(100)に結合され、前記
支持フランジ(210)は前記円錐形の第三部(206)と同じ高
さに位置する線形環状領域(209)内の金属性導波管に固
定されるため、前記導波管の前記線形環状領域の下方の
部分のみがプランジャ1のハウジング(100)から突出し液
体に接触し、 電子処理回路(105)によって電気的に付勢される振動子
(201)は上部の第一部(202)の自由端に装着され、前記電
子回路は、導波管内に入射弾性波を誘発するために振動
子(201)に定期的に印加される所定の周波数fiをもつ励
起パルスを発生させるための回路と、導波管の高感度円
筒形端部(207)に接触する液体が存在しないときに振動
子(201)によって配信されたパルスを入射弾性波のエコ
ーとして検出するための回路(153)と(154)とで構成され
る、ことを特徴とするセンサ。 - 【請求項２】 前記導波管の円筒形端部(207)は管状に
形成され、自由端が前記円筒形端部(207)内を液体が浸
透するのを防止するためのプラグ(208)によって閉塞さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のプ
ランジャ付き液位センサ。 - 【請求項３】 前記支持フランジ(210)はレーザ溶接や
電子線溶接によって線形管状領域(209)内の金属性導波
管に固定されることを特徴とする特許請求の範囲第1あ
るいは2項に記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項４】 前記機械的増幅器を構成する断面積の小
さい第二部は、面積の大きい基部が前記固定型円筒形上
部の第一部(202)に結合された固定型長尺円錐形の第一
長手部(203)と、前記円錐形の第三部(206)の面積の小さ
い基部に結合された直径の小さい円筒形の第二長手部(2
04、205)とで構成されることを特徴とする特許請求の範
囲第1〜3項のいずれかに記載のプランジャ付き液位セン
サ。 - 【請求項５】 前記直径の小さい円筒形の第二長手部(2
04、205)は、前記固定型上部の第一部(202)と長尺円錐
形の第一長手部(203)とから一体的に形成される第一部
分(204)と、前記円錐形の第三部(206)と円筒形の端部(2
07)とから一体的に形成される第二部分(205)とで構成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載のプ
ランジャ付き液位センサ。 - 【請求項６】 前記金属性導波管の支持フランジ(210)
は管状に形成されO-リングを受け止めるための外溝(21
1)を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第1〜5
項のどれかに記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項７】 前記固定型円筒形上部の第一部(202)と
円筒形下端の第四部(207)とは外径が同じであることを
特徴とする特許請求の範囲第1〜6項のいずれかに記載の
プランジャ付き液位センサ。 - 【請求項８】 前記金属性導波管はステンレス鋼製であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1〜7項のいずれか
に記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項９】 前記所定の周波数fiの値（単位はヘル
ツ）は、前記円筒形管状の下端部(207)の外径Φextと内
径Φint（単位はメートル）と物質内の横波の速度VT
（単位はm/s）との関数として次の等式に基づき求めら
れる、 【数１】fi=VT×｛（Φext−0.6Φint）÷Φext2｝ ことを特徴とする特許請求の範囲第1〜8項のいずれかに
記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項１０】 前記所定の周波数fiは約100kHz〜約60
0kHzであることを特徴とする特許請求の範囲第1〜9項の
いずれかに記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項１１】 前記金属製導波管の全長は60mm〜120m
mであることを特徴とする特許請求の範囲第1〜10項のい
ずれかに記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項１２】 前記円筒形管状の端部(207)の長さは5
mm〜30mmであることを特徴とする特許請求の範囲第1〜1
1項のいずれかに記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項１３】 前記円筒形管状の端部(207)の外径Φe
xtは5mm〜15mmであることを特徴とする特許請求の範囲
第1〜12項のいずれかに記載のプランジャ付き液位セン
サ。 - 【請求項１４】 前記円筒形管状の端部(207)の内径Φi
ntは2mm〜12mmであることを特徴とする特許請求の範囲
第1〜13項のいずれかに記載のプランジャ付き液位セン
サ。 - 【請求項１５】 前記円筒形管状の端部(207)は壁の厚
みが1mmの2/10〜1mmの20/10であることを特徴とする特
許請求の範囲第1〜14項のいずれかに記載のプランジャ
付き液位センサ。 - 【請求項１６】 前記断面積の小さい円筒形の第二部(2
04、205)は直径が0.5mm〜5mmであることを特徴とする特
許請求の範囲第4又は5項に記載のプランジャ付き液位セ
ンサ。 - 【請求項１７】 前記円筒形管状の端部(207)は長さが1
9mmで外径Φextが8mmで内径Φintが6mmであり、前記金
属製導波管の全長は約110mmであることを特徴とする特
許請求の範囲第1〜16項のいずれかに記載のプランジャ
付き液位センサ。 - 【請求項１８】 更に、前記プランジャ(1)のハウジン
グ(100)内に配置された温度センサ(300)で構成されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1〜17項のいずれかに
記載のプランジャ付き液位センサ。 - 【請求項１９】 前記管状の端部(207)は壁の厚みの半
径の中間値aに対する比率が0.3以下である場合、所定の
周波数fiの値（単位はヘルツ）は、前記管状部の半径の
中間値a（単位はメートル）と前記管状部の物質内での
横波の速度VT（単位はm/s）との関数として次の等式に
基づき求められる、 【数２】fi＝｛（1.7×VT）÷2π｝×（1÷a） ことを特徴とする特許請求の範囲第1〜18項のいずれか
に記載のプランジャ付き液位センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9404993A FR2719113B1 (fr) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Capteur de niveau de liquide à noyau plongeur. |
| FR9404993 | 1994-04-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843175A JPH0843175A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3121740B2 true JP3121740B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=9462500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07099083A Expired - Fee Related JP3121740B2 (ja) | 1994-04-26 | 1995-04-25 | プランジャ付き液位センサ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
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