JP4188169B2 - 液体レベルセンサ - Google Patents

Description

この発明は一般的には液体レベルセンサに関し、より詳しくは、自動車燃料タンクに使用される液体レベルセンサに関する。

液体レベルを計測するために、液体容器の底に液体レベルセンサを設けることが知られている。この種のセンサは、超音波送受波器を概して有し、その送受波器は、超音波をその容器の底から上向きに液体を通って液体の表面に送る。液体表面では、超音波パルスの一部が下側に反射されて送受波器に戻る。送受波器はその反射パルスを受けると、それに応じて、電子コントローラに対応する信号を送る。電子コントローラは、その液体中における、超音波信号の反射往復時間と超音波信号速度とにより、液体の深さを算出可能である。しかし、液体中の超音波信号は、液体の成分と温度等の多くの変数により影響を受ける。

また、前述センサの精度は、送受波器から所定距離に基準反射体を設けることにより向上することが知られている。この配置では、超音波信号のある部分は、液体表面ではなく、その基準反射体で反射されて送受波器に戻る。そのセンサは、この反射信号の反射往復時間を表す信号を電子コントローラに送る。基準反射体までの距離は正確に既知あるので、その電子コントローラは超音波信号の正確な信号速度値を得ることができる。この較正された信号速度値により、液体表面でから反射される超音波信号の反射時間と共に使用されて、より正確な液体レベル値を得ることができる。置換的に、ある装置では、一つ又は複数の温度センアが液体容器内に設置されることにより、信号速度の変化を補正する。その温度センサは液体温度を測定して、対応する信号を電子コントローラに送り、電子コントローラは、その液体の既知の温度と速度の関係特性に基づいて、速度変化を補正する。

そのような液体レベルセンサの例が１９９３年７月１３日発行日のダゲス氏等による米国特許第5,226,320号（特許文献１）に記載されている。この特許は、底に設置された液体レベルセンサを開示し、そのセンサは主音波パルス送受波器（Ｓ１）を有し、その送受波器は音波ガイド内に超音波信号を伝送して、その信号がタンク底から液体表面に至るようにしている。主音波パルス送受波器（Ｓ１）はまた、電子コントローラに電子信号を伝送し、その信号は超音波信号の反射往復時間に対応している。また、そのダゲス氏等による液体レベルセンサは、第一・第二基準音波パルス送受波器（Ｓ２，Ｓ３）を使用して、正確な信号速度値とタンク底からの距離をそれぞれ計測している。第一基準音波パルス送受波器（Ｓ２）は、既知長さの基準路に沿って超音波基準信号を発信して、その信号は固定反射面で反射して、送受波器に戻る。送受波器Ｓ２は、その固定反射面で反射する超音波信号の反射往復時間を示す信号を電子コントローラに送り、正確な信号速度値が得られるようにする。一方、第二送受波器S3は、容器床からの超音波信号を反射して、溜まり部分境界面、即ち、タンク底に沈殿している水やごみ等の混入物のレベルを測定する。この液体レベルセンサはまた、数個の温度センサを有し、それらのセンサは、その容器のいろいろな高さに渡って配置されて、平均液体温度を知るために使用される。電子コントローラは、基準送受波器と温度センサの両方からの信号に基づいて、音速を補正するようにプログラムされていて、それにより温度補正した液体高さを提供できる。しかし、そのダゲス氏等による液体レベルセンサは、単一の送受波器を使用して、基準・測定信号の両方を送受信する機能を有しない。

超音波と基準反射体とを使用した液体レベルセンサの他の例が、例えば、２００２年８月６日発行日のケラー氏による米国特許第6,427,532号（特許文献２）；１９９９年１月５日発行日のデューキー氏による米国特許第5,856,953号（特許文献３）；１９９４年５月１０日発行日のシンクレアー氏による米国特許第5,309,763号（特許文献４）；１９９２年６月９日発行日のキャンプベル氏等による米国特許第5,121,340号（特許文献５）；１９９２年３月１７日発行日のグレゴリー氏等による米国特許第5,095,748号（特許文献６）；１９５６年７月３日発行日のロッド氏等による米国特許第2,753,542号（特許文献７）に記載されている。
米国特許第5,226,320号明細書 米国特許第6,427,532号明細書 米国特許第5,856,953号明細書 米国特許第5,309,763号明細書 米国特許第5,121,340号明細書 米国特許第5,095,748号明細書 米国特許第2,753,542号明細書 前述のそれらの特許に教示された液体レベルセンサは、大抵の場合、十分な液体レベル値を提供できるが、未だ改良の余地がある。例えば、これらセンサの寸法とコストを減少すること、それらの精度を増すことであり、特に、燃料が低レベルの場合、燃料がスロッシング状態の時、又は、測定が困難であるが挑戦を継続すべき場合である。

それら先行技術の前述の課題は、この発明の液体レベルセンサにより解決される。そのセンサは、一実施例では、単一超音波送受波器とハウジング体を有する。超音波送受波器は測定部と基準部とを有し、それらは絶縁部により分けられている。一方、ハウジング体は、基準体と軸方向端に設けられた孔とを有する。その測定部は超音波測定信号を発信し、その信号はその孔を通過して液体表面で反射する。その基準部は超音波基準信号を発信し、その信号は基準体で反射する。

別の実施例では、この発明の液体レベルセンサは、超音波送受波器と、インピーダンス層とハウジングとを有する。超音波送受波器は、略円盤状測定部と略リング状基準部とを有する。インピーダンス層は超音波送受波器に隣接して位置し、超音波がインピーダンス層を通過するようにする。そのハウジング体は、基準体と軸方向端に設けられた孔とを有し、その測定部は超音波測定信号を発信し、その信号はそのインピーダンス層とその孔を通過して液体表面で反射する。その基準部は超音波基準信号を発信し、その信号はインピーダンス層を通過し、基準体で反射する。

更に別の実施例では、自動車燃料タンク内の燃料レベルを計測する方法を提供し、その方法以下の工程からなる。即ち、超音波測定及び基準部を有する燃料レベルセンサを提供すること；基準体を設けること；超音波基準部に超音波基準信号を発信させて、基準体で反射させること：超音波基準信号の反射往復時間を得ること；超音波測定部に超音波測定信号を発信させて燃料表面で反射させること：超音波測定信号の反射往復時間を得ること；燃料表面が基準体以下であるか判定すること；燃料表面が基準体より上にあれば、超音波基準及び測定信号の両方に反射往復時間に基づいて燃料レベルを算出し、燃料表面が準体以下であれば、超音波測定信号の反射往復時間と標準の超音波信号速度とに基づいて燃料レベルを算出する工程を含む。

更に別の実施例では、液体容器に使用される液体レベルセンサを提供し、そのシステムは液体レベルセンサと電子コントローラとを有する。

この発明の目的・特徴・優位性には、液体容器に使用される液体レベルセンサを提供し、そのセンサはデザインとその作用で改善され、低燃料レベル又は著しいスロッシングのある自動車燃料タンクに使用でき、液体の温度又は成分にかかわらず液体燃料レベルを計測でき、比較的簡明で経済的に製作が可能であり、使用有効寿命が著しく増加する。

この発明のこれら及び他の目的・特徴・優位性は、以下の好適実施例及び最適様態の詳細な説明と、請求項の記載と、添付図とにより明らかになる。

図１、２を説明すると、これらの図は、この発明による液体レベルセンサ１０の第一実施例を、二つ異なった方向から見た図である。典型的には、液体レベルセンサ１０は、液体容器の、好ましくは自動車燃料タンクの底に配置され、超音波信号を周囲液体に発信する送受波器を有する。発信した信号のある部分は測定信号として呼ばれ、液体表面で反射して、送受波器に戻り、この信号の反射往復時間が液レベルを測定するために使用される。そのセンサの精度を更に向上させるために、発信した信号のある部分は基準信号として呼ばれ、基準体に意図されて向けられてそこで反射される。その基準体は送受波器から所定距離に配置される。その距離と基準信号の反射往復時間が分かり、正確な信号速度値が算出される。その速度値は、測定信号と共に使用されて、更に液体レベル測定精度を向上させる。

この発明の液体レベルセンサ１０は、超音波送受波器１４と、インピーダンス層１６と、ハウジング体１８とを有し、液体容器内にカップ形取付ブラケット２０により固定される。超音波送受波器１４は略円盤状要素であり、好ましくは、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料は、その要素の前後に電圧を印加すると、それが沈んでいる液体内に超音波を発信する現象が生じる。逆に、液体内に伝達する送受波器信号が圧電セラミック要素に当ると、その要素の前後に電圧を生じる。このように、単一圧電セラミック要素がこの技術で知られているように、超音波信号の送信器と受信器との両方（送受波器）として使用される。超音波送受波器１４は、単一圧電セラミックウェハーから成り、二つの区別した部分である円盤上測定部３０とリング形基準部３２とを有する。それらの二つの部分は、絶縁リング３４で分離される。絶縁リング３４は、測定部３０を基準部３２から電気的に絶縁して、それらは個別に分離して励起される。

送受波器の上側・下側面は金属処理されている。即ち、それらは銀やニッケル等の導電部材の薄い層で被覆されていて、一つ又は複数のリード線に接続している。送受波器の下側の全面は、図３に図示されているように、単一完全な金属層３６で被覆され、共通接地導線３８が送受波器の下に延びていて、測定部及び基準部を含む送受波器の全ての場所と電気的に接続可能である。一方、送受波器の上側頂面は、二つの金属層を有する。その一つは、内側円盤状金属層４４であり、測定部３０に対応し、プラス導線４０と接続している。もう一つはリング状の金属層４６であり、基準部３２に対応して、プラス導線４２と接続している。これら二つの金属層は狭い非金属絶縁リング３４により電気的に互いに隔離される。好適実施例では、絶縁リング３４は単に送受波器の円形部であり金属層ではない。しかし、絶縁リング３４の面を非導電材で被覆して、測定部と基準部を隔離することも可能である。好ましくは、金属層４４、４６と絶縁リング３４は、同軸又は同心である。プラス導線４０、４２は、内側・外側金属層に、送受波器の外周に形成された切欠を介して接続される。圧電セラミック材をプラス導線４０（又は４２）により励起すると、送受波器は超音波信号を上方に発信し、その信号はインピーダンス層１６を通過する。

インピーダンス層１６は薄い円盤形要素であり、送受波器とその周囲の液体との間に位置して、インピーダンス層として機能して超音波伝達を改善する。二つの媒体における超音波信号速度の差の大きさに応じて、その境界での信号反射量が大きくなる。従って、超音波送受波器１４が周囲液体に直接超音波信号を発信すると、それらの媒体における信号速度が著しく違うために、その境界面における反射量が極めて大きくなる。これは明らかに不都合である。それ故、出来るだけ反射を小さくするように送受波器からの信号を液体に発信可能とするために、インピーダンス層１６がそれらの間に設けられる。インピーダンス層は、超音波信号を、送受波器内伝導速度と液体内伝導速度と間の速度で伝導する。従って、送受波器とインピーダンス層の境界と、そして、インピーダンス層と液体との境界の両方で、超音波信号の速度変化が、信号が送受波器から液体に直接伝達されるよりも緩和される。インピーダンス層１６の下面は、接着剤により超音波送受波器１４の上側金属面に接着される。その接着剤は例えばＥＣ−Ａ３１６接着剤であり、薄い接着層４８を形成するように使用される。好ましくは、インピーダンス層１６は超音波波長の約１／４の厚さである。しかし、他のインピーダンス適合材及び他の厚さの物も使用可能である。

ハウジング体１８は概して中空円筒体であり、上側・下側軸端６０、６２が開放され、主円筒体６４と、取付機構６６と、リング状基準体６８とを有する。好ましくは、ハウジング体は硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）製であり、約２０ｍｍの厚さの壁を有する。他の実施例では、それは他の適切な材料製でも良く、厚さは変わっても良い。下側軸方向端６２は完全に開いていて、超音波送受波器１４とインピーダンス層１６との両方を滑入可能であり、これらの要素の保護と信号の隔離を行なう。一方、上側軸方向端６０は、リング状基準体６８を保持し、それ故部分的にだけ開いている。基準体６８は上側軸方向端６０に孔を形成し、送受波器の基準部３２により発進される信号を反射するように設計されている。より詳しくは、基準体６８はリング形であり、基準部３２の形と同様である（基準体６８は基準部３２より幾らか大きいが）。基準体６８は基準部３２の鉛直上側に配置される。従って、基準部３２により発信される超音波信号の大部分は、基準体６８の下側に突き当たり、反射して基準部に戻る。基準体６８の正確な幾何学的形状、寸法、外面形状は、勿論、ここに示した好適実施例から変わっても良い。図面に見られるように、円筒体６４はそのボディの環状位置の数箇所に設けられた取付機構６６を有する。取付機構６６は、フック形要素を有し、その要素は取付ブラケット２０の対応する開口に連結するように偏倚する。そのような取付部材は容易に理解される。更に、取付機構６６はその円筒体６４に切欠又は開口を有して、それはリード線３８〜４２を通して組み立てられると、液体レベルセンサ１０は小さくコンパクトな組立体となり、液体容器内に容易に設置される。液体レベルセンサ１０は、取付ブラケット２０によりその容器に取付けられる。

取付ブラケット２０は液体レベルセンサ１０を堅固に取付けて、液体レベルセンサ１０を液体容器の内部壁又は燃料送給ユニットのような他の内部部材に取付ける。取付ブラケットは、好ましくはアセタル化合物であり、カップ状保持体８０と、リンク部材８２と、取付部材８４とを有する。図２に明瞭に図示したように、ハウジング体１８の外形は、保持体８０の内径よりも少しだけ小さくて、ハウジング体１８は保持部材にぴったりと収まる。液体レベルセンサが保持体８０内に挿入されると、超音波送受波器の下面金属層３６と、保持体８０の床板又は閉じた下側軸端との間に、小間隙がある。好ましくは、この間隙は、ニトリル発泡減衰パッド８６を充填して、超音波送受波器の下面を液体から離す。これは送受波器の上面からの信号の伝達を促進し、下側金属層３６から下側に伝送されるエコーを減らす。保持体８０はリンク部材８２と一体に形成され、好ましくは支持アームセットとして、平行四辺形を形成するように配置される。そのリンク部材は、液体レベルセンサ１０を、より詳しくは超音波送受波器１４を支持するように設計され、液面と平行に配置され（液面が傾斜していない時に）、その容器の側面また床から離間している。更に、リンク部材８２は好ましくは下向きに偏倚出来て、カップ状保持体８０は液体容器の底面に相対したままである。この特別な実施例では、その下向きプラスチック偏倚部材は、プラスチックリンク部材８２のセットにより形成される。しかし、他の実施例では、そのリンクは金属製でも良く、分離したばね又は他の偏倚部材を有することもある。更に別の実施例では、液体レベルセンサ１０及び／又は取付ブラケット２０は、液体容器又はタンクの底面に、溶接または他の公知の手段により、直接固定される構成でも良い。

図４を特に言及して、液体レベルセンサ１０の作用の概要を説明する。電子コントローラ５０は、超音波信号を周囲の液体に発進するように超音波送受波器１４に指示する。これら信号の一部は液面で反射し（超音波測定信号９０）、これら信号の他の一部は、基準体６８の下面で反射する（超音波基準信号９２）。液体レベルセンサ１０は、次に、信号を電子コントローラ５０に送って、測定信号及び基準信号の反射往復時間を使用して、信号速度を較正して液面を測るようにする。先ず、電子コントローラは送受波器の測定部３０と基準部３２とを励起する。好ましくは、これらの部分は同時に励起しないで、順次励起される。最初に基準部が励起される場合に、プラス導線４２に電圧信号が供給される。この電圧信号は、ここでは基準送信信号と呼ばれ、リング状の金属層４６に印加される。基準送信信号は電子コントローラから液体レベルセンサへの、より詳しくは超音波送受波器１４への電子信号であり、基準部を励起させて、超音波基準信号９２を発信する。基準送信信号は、基準部３２から上向きに超音波基準信号９２を液体内に発信し、その信号は接着層４８、インピーダンス層１６を通過して、ハウジング体１８の略軸方向長さだけ進行して、その端で、基準体６８の下面で反射される。この反射により超音波基準信号９２は接着層４８、インピーダンス層１６を介して基準部３２に戻って、そこに突き当って、送受波器に電子信号を生じる。この電子信号を以後、基準受信信号と呼ぶ。基準受信信号は、液体レベルセンサから、より詳しくは超音波送受波器１４からの電子信号であり、プラス導線４２を介して電子コントローラに送られて、基準信号９２が基準部３２に到達した時を示す。以下により詳しく説明するように、電子コントローラは基準信号９２の反射往復時間を使用することができる。その時間は、単に、基準送信信号が発信された時と、基準受信信号が受信された時の間の時間であり、基準部３２から基準体６８の下面までの所定距離と共に使用されて、その液体内の超音波信号の正確な速度を算定する。

最初に測定部３０が励起される場合には、プラス導線４０に電圧信号が供給される。この電圧信号は以後、測定送信信号と呼ばれ、円盤状金属層４４に印加される。測定送信信号は電子コントローラから液体レベルセンサへの、より詳しくは超音波送受波器１４への電子信号であり、測定部を励起させて、測定信号９０を発信する。前述のように、この基準部または測定部の励起は、互いに他の部分を励起することはない。何故ならば、それらは絶縁リング３４により互いに隔離されているからである。これにより測定部３０と基準部３２を独立に励起できる。基準送信信号は測定部３０に上向きに基準信号９２を液体内に発信させ、その基準信号は、接着層４８、インピーダンス層１６を通過して、ハウジング体１８の略軸方向長さだけ進行して、その端で上側軸方向端６０の孔を通って液体レベルセンサを出る。測定信号９０は上向きに進行し続けて、液面に到達する。その液面は、自動車の燃料タンクの場合には、燃料と、その上方のタンク内蒸気との、境界面である。その境界面は測定信号９０の大部分を反射して、その信号は下向きに液体レベルセンサに戻る。反射した測定信号９０の少なくとも幾らかは、上側軸方向端６０の孔と、インピーダンス層１６と、接着層４８とを再度通って、測定部３０に突き当って、送受波器に電子信号を生じる。この電子信号を以後、測定受信信号と呼ぶ。この測定受信信号は、液体レベルセンサから、より詳しくは超音波送受波器１４からの電子信号であり、電子コントローラに送られて、液面で反射した超音波信号が測定部３０に到達した時を示す。測定受信信号はそのセンサからプラス導線４０のような導線を介して電子コントローラに送られる。以下により詳しく説明するように、電子コントローラ５０は、測定信号９０の反射往復時間を使用することができる。その時間は、測定送信信号が発信された時と、測定受信信号が受信された時との間の時間であり、基準信号９２から算出された超音波信号速度と、基準体６８のまでの所定距離と共に使用されて、その容器内の液体レベルを正確に算定する。

この発明による液体レベルセンサの前述の説明は、単に好適実施例についてであり、多くの置換実施例が可能である。例えば、インピーダンス層１６はハウジング体１８に組み込まれて、一体に出来る。そのような配置では、インピーダンス層とハウジング体とは同じ材料製であり、ハウジング体の内面に互いに一体に連結される。他の置換実施例では、円盤状測定部３０とリング状基準部３２とは分離した送受波器要素として形成され得る。言い換えれば、測定・基準部は単一圧電セラミック材からなる二つの部分ではなく、二つの独立圧電セラミック要素として形成される。更に別の置換実施例では、ハウジング体１８、及び／又は、保持体８０は、断面が四角または矩形であり、筒状で互いに相対している。更に別の実施例では、液体レベルセンサ１０の作動に関して、基準部３２が励起される前に、測定部３０が先ず励起される。これらは前述好適実施例の置換例の数個だけである。図５を説明すると、電子コントローラ５０により実行される信号処理の説明がより分かり易く提供されている。

電子コントローラは回路を有し、その回路は自動車燃料タンク等の液体容器内の液レベルを算定するものあり、超音波測定・基準信号の反射往復時間に基づいて、液体の温度及び成分等の信号速度に影響する要因を補正する。電子コントローラ５０は、その用途特有の集積回路（ＡＳＩＣ）を有し、その回路は、電子コントローラ論理ドライブ要素を有し、マイクロチップ１６Ｆ８７３等の主マイクロコントローラと接続している。そのよう構成は、電子コントローラ５０が、より大きい全体システム部分である既存のコントローラに容易に接続可能である。図５は、好ましい一連のステップ概要を示していて、それは一つの有効な液面レベル値を算出する。しばしば、この発明のような液体レベルセンサは、液レベル値の４０％以上が有効で、安定して正確な値を得ることが必要である。従って、図５に示す好適な一連のステップは、毎秒５０回等の特別な測定頻度で多回数繰り返される。

好適な順次処理はステップ１００から始まり、そこでは基準信号９２の反射往復時間を演算する。先ず、電子コントローラが基準送信信号を、前述のように、プラス導線４２を介して超音波送受波器の基準部３２に送る。これにより、基準部３２が基準信号９２を上向きに周囲液体内に発信する。基準信号９２が基準体６８の下面で反射されると、基準部３２に戻ってそこに当って、ここから基準受信信号が、前述のように電子コントローラに送られる。電子コントローラは、基準送信信号を送り出す時と基準受信信号を受けるときの時間経過量を算出して、基準信号のための反射往復時間（ｔ_r）を得ることができる。同様に、電子コントローラはステップ１０２を実行して、測定信号９０の反射往復時間を算出する。電子コントローラが、プラス導線４０を介して測定送信信号を超音波送受波器の測定部３０に送ると、これにより測定部３０が測定信号９０を上向きに周囲液体内の発信する。この超音波測定信号が液面で反射されると、測定部３０に戻る。そこに戻ると同時に、測定部は測定受信信号を電子コントローラに送る。電子コントローラは、測定送信信号を送り出す時と測定受信信号を受けるときの時間経過量を算出して、測定信号９０の反射往復時間（ｔ_m）を得る。超音波基準信号と測定信号を順次発信して、同時に発信しないようにして、一方の伝送部からの超音波信号が、他方のものとの干渉するのを減らす。しかし、ステップ１００とステップ１０２の順序は逆でも良くて、超音波測定信号の反射往復時間（ｔ_m）が先ず算定されても良い。これらの反射時間が算定されると、ステップ１０４によりｔ_rが有効値であることを検査する。

ステップ１０４では、液体レベルが基準体６８以下であるか判定する。その以下の場合には、ｔ_rからの信号速度（Ｖｓ）の算定は無効となる。これは基準信号９２が低液面で反射して、反射面が所定距離離れた基準体６８ではないからである。先ず、ステップ１０４は、ｔ_rがｔ_m以上であるか否かを判定する。ハウジング体１８内の液体レベルが、基準体６８より下にある時の低レベルの間は、ｔ_rとｔ_mは略等しい。ステップ１０４の答えが“ｙｅｓ”であれば、液体レベルはｔ_rを使用するには低すぎるので、標準信号速度がステップ１０６で供給される。標準信号速度は、予め定めた標準値で、普通の燃料タンク内の液体温度における燃料内超音波信号の速度でも良く、又は、その標準信号速度は算定された最新の速度値でも良い。これらは、標準信号速度Ｖｓの二つの求め方であり、他の求め方もある。ステップ１０４の回答が“ｎｏ”であれば、液面は基準体６８の上にあり、信号速度Ｖｓはステップ１０８で算定できる。この分野の技術で知られているように、超音波信号速度は次式で算出される。

信号速度Ｖｓ＝基準距離ｄ／基準時間ｔ
基準距離ｄは送受波器の基準部３２と基準体６８との間の往復距離であり、基準時間ｔは基準信号９２の反射往復時間である。基準部３２から基準体６８迄の距離は所定の一定距離なので、電子コントローラは液体の温度及び成分等の変数が液体内超音波信号速度に与える影響程度を考慮・補正可能である。電子コントローラは、ステップ１０６又はステップ１０８から信号速度値Ｖｓを得られるので、電子コントローラは容器内の液体レベルを算定できる。

ステップ１１０は信号速度Ｖｓと測定時間ｔを使用して、液面レベルを算出すし、次式で可能である。

ｈ＝（信号速度Ｖｓ＊測定時間ｔ）／２
ｈは液体容器内の液体レベル（高さ）である。

典型的には、電子コントローラ５０は、液体レベル値をディスレイに表示する。自動車の用途では、ディスプレイは通常インスツルメントパネル上等の車内に配置される。しかし、電子コントローラは、液体レベル値が許容値領域外にあり無効と見なされる場合は、レベル値を表示しない。

ステップ１１２は、算出液面レベルが、特定の液体容器について、許容範囲内にあることを検証して、有効な値だけ報告する。有効値とは、その容器の可能な値に関して定めた所定範囲内にある値である。例えば、液体レベルセンサ１０が２００ｍｍの高さのタンク内に搭載された場合に、電子コントローラは現在の液面レベル（ｈ）が超音波トタンシーバから２５０ｍｍの高さあるとは報告しない。電子コントローラが無効値を受信すると、その値は単に無視されて、処理はステップ１００に戻る。それにより、最新の有効値を保持するようにする。したがって、電子コントローラは新しい有効値を受信するまでは、最新の有効値を報告する。無論、その実行では、基準信号値を再度得る必要がなければ、ステップ１００ではなくステップ１０２に戻ることもできる。

液体のスロッシンング等の動きについて補正するために、ステップ１１４は報告された液面レベル（ｈ）をある程度変えることができる。これにより、液体レベル読み値がより徐々に滑らかに変化するようにする。電子コントローラはこのフィルター作用を、新液面レベル算出値（又は最新値）を液面レベルの記憶値と比較して行なう。最新値が記憶値より大きければ、ステップ１１６は所定増分値だけ報告値を増加する。最新値が記憶値と等しければ、報告液体レベル値は同じままとし、最新値が記憶値より小さければ、ステップ１２０は報告液面レベル値を所定減分値だけ減らす。無論、所定増分値は所定減分値と同じである必要はない。これは、特に、運転者が、運転中（減分値に関係する）に、液面レベルが減る速度よりも早い速度で、燃料タンクに給油（増分値に関係する）する場合に生じる。更に、ステップ１１４からステップ１２０に使用される特別のパラメータは液体レベルセンサ１０が使用される用途の要求にあわせて調整される。

図５に戻ると、その図は単に好適な一連ステップを示していて、説明したこれらのステップの順序と詳細な内容は変えることが可能である。他の特徴を有するステップが容易に付加できる。例えば、電子コントローラは信号速度Ｖｓの計算の場合に、記憶した参考表を使用することもできる。その表はいろいろな温度の液体内の信号速度に関連するデータを含んでいて、流体の実際の温度を近似算出できる。この近似では、測定される液体の種類が仮定される必要がある。自動車燃料タンクの用途では、電子コントローラはガソリン使用自動車の無鉛ガソリンと、ディーゼル車のディーゼル油とを仮定して、計画され。

又、電源入れ、電源切れ、及び予期しない状況を考慮して、付加機能が設けられ得る。例えば、電子コントローラは連続的に有効液面レベル値を記憶するように設計され得る。例えば、最初の電源入れに続いて、図５の一連のステップを最初に実施する時に、液体レベルセンサ１０が有効液面レベル値を測定できなければ、電子コントローラは最新の記憶有効値を使用する。不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）が、これを実行するメモリデバイスとして使用され得る。多くの別の置換方法がこの測定データを記憶するために使用でき、例えば、以下の３つの方法があり、これらはＮＶＲＡＭの書き込み回数を減らす。それらは、（i）より少ない正確なデータを記憶すること；（ii）電源がある特定値以下に落ちた時だけ最新データを記憶すること；（iii）ＮＶＲＡＭの分けた領域にデータを記憶することである。

第一の方法は、最新の測定値が最新の記憶値からある所定量だけ変わったときにだけ、新液面レベル値を記憶することを含む。この技法によりＮＶＲＡＭへの書き込み回数を制限する。これは、ＮＶＲＡＭ部品が限られた書き込み回数の場合に重要である。第二の方法は、電子コントローラが電源オフの直前に正確に最新液面レベル値を記憶することを含む。この方法を実行するために、自動車の電源を切った後に、超音波送受波器は十分に局部的にエネルギーを蓄積して、測定値をＮＶＲＡＭに記憶することを含む。第三の方法は、パリティビットを使用して、ＮＶＲＡＭ内の分離した領域に、液面レベル値を記憶することを含む。データは二つの領域に書き込まれ、それは１箇所が不良と判明するまで続く。１ヶ所が不良だと判明すると、その箇所は不良と印を付けて、二度と使用しないように、ＮＶＲＡＭの別の領域が次のデータを記憶するのに使用される。この様に、ＮＶＲＡＭは、最大記憶回数の間有効に機能する。典型的なＮＶＲＡＭデバイスは６４箇所領域を有するので、この方法は、各領域の書き込み制限を約６０回まで伸ばすことができる。

前述の記載は、この発明のあるある実施例を説明することを意図していて、この発明を限定するものではない。それ故、特別な用語ではなく、説明的な用語を使用している。しかし、この発明をここで開示したものから変形させることは可能である。例えば、ステップ１０４では、基準信号の反射往復時間が測定信号の反射往復時間のある値以内にあれば、標準信号速度が使用されるように変えても良い。これは、超音波送受波器部の小さい誤差を考慮している。また、この発明の液体レベルセンサを液体の上に搭載して、測定・基準信号を下向きに液面に発信することも可能である。その場合には、超音波基準信号は、それが液体上の媒体、通常は混合蒸気中を通過する時の超音波信号の速度を計測して得る。液体容器の全体高さと、液面までの測定距離が分かると、その容器内の液体の高さが算出できる。勿論、別の特徴がこの実施例に付加されて、液体が基準体の上まで満たされている場合等の状況を考慮できる。種々の変化例及び置換例が可能であることは、この技術の熟練者には明らかであり、それら変化例及び置換例は、この発明の範囲内あると見なされるべきである。

この発明による液体レベルセンサの一実施例の分解斜視図である。 図１に示す液体レベルセンサの破断斜視図である。 図１に示す液体レベルセンサの超音波送受波器の下側を見た斜視図である。 図１に示す液体レベルセンサの破断断面図であり、作動中のセンサを示している。 この発明による液体レベルセンサの作用概要を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 液体レベルセンサ
１４ 超音波送受波器
１６ インピーダンス層
１８ ハウジング体
２０ 取付ブラケット
３０ 測定部
３２ 基準部
３４ 絶縁リング
３６ 金属層
３８ 接地導線
４０ プラス導線
４２ プラス導線
４４ 金属層
４６ 金属層
４８ 接着層
５０ 電子コントローラ
６０ 上側軸方向端
６２ 下側軸方向端
６４ 円筒体
６６ 取付機構
６８ 基準体
８０ 保持体
８２ リンク部材
９０ 超音波測定信号
９２ 超音波基準信号

Claims (19)

1. 液体容器の液体内に配置されるカップ状保持体内に収容された液体レベルセンサにおいて、
   （ａ）主円筒体及びこの主円筒体の一端から内周側に突出したリング状基準体を有するハウジングと、前記基準体に向かって超音波信号を送信して当該基準体から反射された超音波信号を受信可能に設けられた基準部及び前記基準体から絶縁部により分離されて前記基準体の内縁で囲まれた孔を通して前記液体の表面に向かって超音波信号を送信して当該液体の表面から反射された超音波信号を受信可能に設けられた測定部を有する単一の超音波送受信器と、が設けられ、
   （ｂ）前記ハウジングが前記カップ状保持体の床板と間隔をあけた状態で当該カップ状保持体内に収容され、そして、
   （ｃ）前記単一の超音波送受信器が、前記カップ状保持体内に収容されて、床板に重ねられている
   ことを特徴とする液体レベルセンサ。
2. 前記測定部と前記孔が円形とされ、前記基準部と前記基準体がリング状とされ、そして、それらが全て略同心に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
3. 前記測定部が、前記超音波測定信号の一部が前記孔を通過するように、前記孔の下に配置され、
   前記基準部が、前記超音波基準信号の一部が前記基準体の下面で反射するように、前記基準体の下に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液体レベルセンサ。
4. 前記液体レベルセンサが、前記超音波送受波器と周囲液体との間に位置するインピーダンス層を有していることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
5. 前記液体レベルセンサが、前記超音波送受波器の下に配置された減衰パッドを有していることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
6. 前記液体レベルセンサが、前記液体容器内に取付けられたブラケットに搭載され、そして、前記ブラケットが保持部材とリンク部材とを有していることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
7. 前記液体レベルセンサが自動車燃料タンク内に使用されるセンサとされることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
8. 前記液体レベルセンサが電子コントローラに接続され、
   前記電子コントローラでは、前記液体レベルセンサに基準送信信号と測定送信信号とが供給されて、前記液体レベルセンサに前記超音波準信号と前記超音波測定信号との各々が発信され、そして、
   前記液体レベルセンサでは、前記超音波基準信号と前記超音波測定信号との各々が受信されると同時に、基準受信信号と測定受信信号とが、該電子コントローラに供給されることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
9. 前記電子コントローラでは、前記基準送信信号が送られた時と前記基準受信信号を受信した時との時間差を使用することによって、前記超音波基準信号の速度が算出されることを特徴とする請求項８に記載の液体レベルセンサ。
10. 前記電子コントローラでは、算出した前記超音波基準信号の速度、及び、前記測定送信信号が送られた時と前記測定受信信号を受信した時の時間差を使用することによって、速度補正した液面レベル値が算出されることを特徴とする請求項９に記載の液体レベルセンサ。
11. 液体容器の液体内に配置されるカップ状保持体内に収容された液体レベルセンサにおいて、
    （ａ）主円筒体及びこの主円筒体の一端から内周側に突出したリング状基準体を有するハウジングと、
    前記基準体に向かって超音波信号を送信して当該基準体から反射された超音波信号を受信可能に設けられた基準部及び前記基準体から絶縁部により分離されて前記基準体の内縁で囲まれた孔を通して前記液体の表面に向かって超音波信号を送信して当該液体の表面から反射された超音波信号を受信可能に設けられた測定部を有する単一の超音波送受信器と、
    前記超音波送受波器に隣接して位置し、前記測定部と前記基準部とから発信された超音波が通過するように配置されたインピーダンス層とが設けられ、
    （ｂ）前記ハウジングが前記カップ状保持体の床板と間隔をあけた状態で当該カップ状保持体内に収容され、そして、
    （ｃ）前記単一の超音波送受信器が、前記カップ状保持体内に収容されて、床板に重ねられている
    ことを特徴とする液体レベルセンサ。
12. 前記測定部と前記基準部と前記基準体と前記孔とが、全て略同心に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体レベルセンサ。
13. 前記超音波送受波器の上面には、第一金属層と第二金属層とが形成され、前記第一金属層が前記測定部に電気的に通じ、前記第二金属層は前記基準部に電気的に通じ、そして、
    前記超音波送受波器の下面には、前記測定部と前記基準部に電気的通じる金属層が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体レベルセンサ。
14. 前記液体レベルセンサが電子コントローラに接続され、
    前記電子コントローラでは、前記液体レベルセンサに基準送信信号と測定送信信号とが供給されて、前記液体レベルセンサに前記超音波準信号と前記超音波測定信号の各々が発信され、
    前記液体レベルセンサでは、前記超音波基準信号と前記超音波測定信号とが各々について受信されると同時に、基準受信信号と測定受信信号とが該電子コントローラに供給されることを特徴とする請求項１１に記載の液体レベルセンサ。
15. 前記電子コントローラでは、前記基準送信信号が送られた時と前記基準受信信号を受信した時の時間差を使用することによって、前記超音波基準信号の速度が算出されることを特徴とする請求項１４に記載の液体レベルセンサ。
16. 前記電子コントローラでは、算出された前記超音波基準信号の速度と、前記測定送信信号が送られた時と前記測定受信信号を受信した時の時間差と、を使用することによって、速度補正した液面レベル値が算出されることを特徴とする請求項１５に記載の液体レベルセンサ。
17. 前記インピーダンス層が、前記ハウジング体と一体に形成され手いることを特徴とする請求項１１に記載の液体レベルセンサ。
18. 前記液体レベルセンサが自動車燃料タンク内に使用されるセンサとされることを特徴とする請求項１１に記載の液体レベルセンサ。
19. 液体容器の底に搭載された液体レベルセンサと電子コントローラとを有する液体レベル計測システムであって、
    前記液体レベルセンサが、請求項１に記載の液体レベルセンサであり、
    前記電子コントローラが、前記液体レベルセンサの測定部と基準部から供給される超音波信号に基づいて、超音波信号速度を較正することによって前記液体容器内の液体レベルを算出することを特徴とする液体容器に使用される液体レベル計測システム。

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