JP4248078B2

JP4248078B2 - 液面レベル検出方法および装置

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Publication number: JP4248078B2
Application number: JP12400099A
Authority: JP
Inventors: 良浩関根; 聖一国武
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000314651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タンク内に貯留されている液体の液面レベルの絶対値を検出する液面レベル検出方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液面レベル検出方法の一例を図１６（原理図）に示す。同図において、１はタンク、２はこのタンク１内に貯留されている液化ガス、３−１，３−２はタンク１の外部側面に上下方向に所定の間隔を隔てて取り付けられた圧電素子である。
この場合、圧電素子３−１，３−２を厚み方向（図示左右方向）に縦振動させて超音波をタンク１内に発射し、タンク１内の対向する内壁面で反射して戻ってくる超音波を圧電素子３−１，３−２で受信する。
液化ガス２の液面（空気層との境界面）が下がって、圧電素子３−１が自己の発射した超音波を受信できなくなると（空気によって全反射するために自己の超音波を受信できなくなる）、液化ガス２の液面が第１のレベルＨ１以下となったと判断する。
液化ガス２の液面がさらに下がって、圧電素子３−２が自己の発射した超音波を受信できなくなると、液化ガス２の液面が第２のレベルＨ２以下となったと判断する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような液面レベル検出方法によると、液化ガス２の液面が第１のレベルＨ１以上であるのか、第１のレベルＨ１と第２のレベルＨ２との間にあるのか、第２のレベルＨ２以下であるのかしか分からず、液化ガス２の液面レベルの絶対値は分からない。また、圧電素子を２個必要とし、コストアップとなる。
【０００４】
なお、液面にフロートを浮かべ、このフロートの位置によって機械的に液面レベルの絶対値を検出することが一般的に行われているが、機械的可動部があるのでメンテナンスが必要であり、また気密シール構造等によりコストアップとなる。
また、タンク１内の天井に圧電素子を取り付け、この圧電素子を屈曲振動させて超音波を発射し、液化ガス２の液面で反射して戻ってくる超音波を受信し、このときの超音波の発射されてから受信されるまでの時間に基づいて液面レベルの絶対値を検出することが考えられるが、圧電素子をタンク１内に入れなければならない。この場合、既存のタンクでは圧力容器であるので後加工等ができず、また新設のタンクでもネジ止め加工などの取付部の気密シールの確保、内部ガスに対応した材料対応等によりコストアップとなる。また、空中超音波の周波数帯の数十ｋHzであるので、レベル検出分解能を高めることができないし、外来ノイズの帯域に近いため周囲の音に影響し誤動作も多い。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするとこは、液面レベルの絶対値をタンクの外部より低コストかつ高精度で検出することのできる液面レベル検出方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、タンクの外部底面に整合層を介して圧電素子を取り付け、この圧電素子を厚み方向に当該圧電素子の固有の共振点周波数で縦振動させて整合層を介してタンク内に超音波を発射し、タンク内に貯留されている液体の液面で反射して戻ってくる超音波を受信し、このときの超音波が発射されてから受信されるまでの時間を計測し、この計測した時間に基づいてタンク内に貯留されている液体の液面レベルの絶対値を検出するようにする一方、前記圧電素子固有の反共振点周波数の波長をλとしたとき、前記整合層の厚みをλ／２の整数倍としたものである。
この発明によれば、タンクの外部底面に取り付けた圧電素子が固有の共振点周波数（ｆｔ）で駆動され、この共振点周波数で駆動される圧電素子より整合層を介してタンク内に超音波が発射され、タンク内の液体の液面で反射して戻ってくる超音波が受信されるまでの時間に基づいて、タンク内の液体の液面レベルの絶対値が検出される。この場合、整合層の厚みはλ／２の整数倍（λ：圧電素子固有の反共振点周波数（ｆｐ）の波長）とされているので、圧電素子の反共振点周波数の変動が防止され、タンク内に発射される超音波の電気音響変換の能率およびＳ／Ｎが高まる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。図１はこの発明に係る液面レベル検出方法の原理を説明する図である。同図において、図１６と同一符号は同一構成要素を示し、その説明は省略する。
この発明では、圧電素子３を整合層４を介してタンク２の外部底面に取り付ける。整合層４としては安価で加工性に優れたアルミニウムを使用する。また、整合層４の厚みｄは、圧電素子３の固有の反共振点周波数ｆｐの波長をλとしたとき、ｄ＝λ／２とする。
【０００８】
この場合、圧電素子３を厚み方向（図示上下方向）に縦振動させて超音波をタンク１内に発射し、タンク１内の液化ガス２の液面で全反射して戻ってくる超音波を圧電素子３で受信する。このときの超音波が発射されてから受信されるまでの時間を計測し、この計測した時間に基づいてタンク１内の液化ガス２の液面レベルの絶対値を検出する。
【０００９】
タンク１内の底面からの液化ガス２の液面の高さをＬとした場合の演算式を下記（１）式に示す。
Ｌ＝Ｖｔ・〔｛（ｔ１＋ｔ２）｝／２−２ｄ０／Ｖ０〕・・・・（１）
ここで、Ｖｔは液化ガス２内での音速、ｔ１は超音波が発射されてから液面で反射されるまでの時間、ｔ２は超音波が液面で反射されてから受信されるまでの時間、ｄ０はタンク１の厚さ、Ｖ０はタンク１の材質内での音速である。
【００１０】
図２に圧電素子３から超音波が発射されてからの残響波および反射波の推移を示す。圧電素子３が駆動され、ｔａ点で超音波が発射されると、その残響波は徐々になくなる。超音波が発射されてからｔ１＋ｔ２が経過すると、液化ガス２の液面で反射された超音波が圧電素子３に達し（ｔｂ点）、第２反射波がｔｃ点、第３反射波がｔｄ点に現れる。この場合、ノイズレベルと区別できるしきい値を定め、このしきい値以上の強さの超音波が受信されたときを受信タイミングとする。これにより、超音波が発射されてからｔ１＋ｔ２時間経過した時点が受信タイミングとされ、超音波が発射されてから受信されるまでの時間を計測することができる。
【００１１】
ここで、有限の大きさとエネルギーを持つ圧電素子３の振動を効率よく使用するには、圧電素子３を固有の共振点周波数ｆｔで駆動し、電気音響変換の能率を効果的に利用することが望ましい。圧電素子３をタンク２の外部底面にλ／２の整合層４を介さずに接着固定した場合、例えばλ／４以下の保護膜を介して接着固定した場合、圧電素子３の反共振点周波数が周期的に大幅に変化してしまう。
【００１２】
図３および図４にλ／４の保護膜を圧電素子３に接着した時の反共振点周波数のずれ（周波数方程式の解）を示す。この場合、圧電素子３の反共振点周波数は固有の反共振点周波数ｆｐの近傍で反共振点に対して大小２つ（ｆ１，ｆ２）に変動し、ｆｐ＝８１５ｋHzとした場合、ｆ１＝５９５ｋHz、ｆ２＝１０３６ｋHzとして算出される。
【００１３】
この変動した周波数ｆ１およびｆ２により、個々の共振エネルギーが分散し、センサ駆動パルスにより誘発された個々の変動した共振点が電気音響変換の能率およびＳ／Ｎを低下させる。これを解決するために、圧電素子３に対して設けられる受信回路（図示せず）におけるフィルタに大きな選択性を持たせたり、回路ゲインを高めることが考えられるが、元のＳ／Ｎが低いため、回路ゲインの幅も制約を受けてしまう。このため、回路の複雑化が余儀なくされ、コストがアップする。
【００１４】
そこで、本願の発明者は、圧電素子３の反共振点周波数が変動しない条件を波動方程式と圧電方程式より計算することにより、保護膜の材料に無関係にその厚みｄをλ／２の整数倍〔ｄ＝（ｍ＋１）・λ／２、ｍは整数（ｍ≧０）〕とすればよいことを見出した。そして、このλ／２の整数倍の厚みを持つ保護膜を整合層と名付け、図１の例ではｄ＝λ／２の整合層４を圧電素子３とタンク２の外部底面との間に設けることによって音響整合をとるようにした。
【００１５】
本実施の形態では、整合層４によって音響整合がとられているので、圧電素子３の反共振点周波数が変動することがなく、電気音響変換の能率を効果的に利用することができ、Ｓ／Ｎが低下することがない。これにより、精度よく、広範囲にわたって安定して、液面レベルを検出することができる。また、電気音響変換の能率が高いので、すなわち発射される超音波のパワーが大きいので、液面が揺れているような場合であってもこれに追従して強い反射波を得ることができ、液面レベルの検出が可能となる。参考として、図５に、使用周波数帯と検出距離との関係を示す。実際は、使用周波数として１．８ＭHz〜４００ｋHzを使用し、１ｍ〜４０ｍをその検出距離とする。
【００１６】
なお、図１の例では、整合層４の厚さｄをλ／２としたが、λ／２に限られるものではなく、上述したように整合層４の厚さｄはλ／２の整数倍であればよい。また、整合層４の厚さｄはλ／２の整数倍に対し、±１０％程度はその公差として認められる。すなわち、ｄ＝（ｍ＋１）・λ／２±１０％程度であれば、電気音響変換の能率およびＳ／Ｎの低下は少なく、整合層４の厚さｄは圧電素子３の反共振点周波数の変動防止範囲内にあると言え、実用上支障なく液面レベルを検出することができる。整合層４の厚さｄの（ｍ＋１）・λ／２に対する公差を絞り込めば、それだけ電気音響変換の能率およびＳ／Ｎが向上し、受信回路の回路構成も簡単化できる。なお、上述においては、反共振点周波数の変動防止範囲を±１０％程度としたが、この数値はあくまでも一例であり、それ以上であってもそれ以下であってもよい。
【００１７】
また、図１の例では、整合層４の材質としてアルミニウムを用いたが、アルミニウムに限られるものではなく、種々の材料を利用することができる。圧電素子３を取り付ける環境によって整合層４の材質を選ぶようにするとよい。例えば、屋外および産業機器用として耐環境性（酸化防止等）を必要とする環境ではアルミニウムやアルマイト処理材を用いる。食品加工場などの耐腐食性を考慮した環境ではステンレスを用いる。携帯用およびデモ用のレベルセンサでの使用で整合層の接触面が被測定タンクに機械的に触れる頻度が高い用途（機械的強度を要する箇所）ではタングステンを用いる。耐候性が必要な環境（近距離検知用としても）ではＡＢＳ樹脂を用いる。耐溶剤性環境、耐熱性等（エンプラ）の用途ではＰＰＯを用いる。耐熱環境、耐候性、耐衝撃性等（スーパエンプラ）の用途ではＰＰＳＰＰＥを用いることも可能である。
【００１８】
図６は上述した圧電素子３および整合層４を組み込んだ超音波センサ１００を示す縦断面図である。同図において、５−１はホルダ、５−２はホルダキャップ、６−１はセンサケース、６−２はセンサケースキャップ、７は押しバネ、８はリング状のマグネット、９は端子板、１０はケーブルクランプ、１１は同軸ケーブルである。ホルダ５−１およびホルダキャップ５−２は強磁性材とされており、ホルダハウジング５を構成している。センサケース６−１およびセンサケースキャップ６−２は樹脂とされており、センサハウジング６を構成している。
【００１９】
センサハウジング６には、その開口部に整合層４が固定されており、この整合層４の裏面側（センサハウジング６の内面側）に圧電素子３が取り付けられている。また、ホルダハウジング５には、その開口部にリング状のマグネット８が固定されている。なお、ホルダハウジング５としては強磁性材で安価な材料である鉄を防錆処理して用いており、マグネット８とホルダハウジング５とで磁気回路を構成し、吸引力の確保と低コスト化を実現している。この超音波センサ１００のタンク１の外部底面への取り付け、すなわち圧電素子３の整合層４を介するタンク１の外部底面への取り付けは、次のようにして行う。
【００２０】
その内部に押しバネ７がセットされたホルダハウジング５内にセンサハウジング６を落とし込む。この時、センサハウジング６に取り付けられた整合層４は、ホルダハウジング５の開口面よりも上方に位置する。そして、このセンサハウジング６が落とし込まれたホルダハウジング５をタンク１の外部底面に、マグネット８の磁力によって吸引固定させる。
【００２１】
この時、センサハウジング６は、押しバネ７の弾性復帰力によって、整合層４をタンク１の外部底面に圧接させた状態で、タンク１の外部底面とホルダハウジング５との間に挾持される。これにより、圧電素子３が整合層４を介してタンク１の外部底面へ取り付けられた状態となり、上述した液面レベルの検出が可能となる。なお、この実施の形態では、整合層４とタンク１の外部底面との間に音響カップリング材として、シリコングリースや酢酸ビニル、シリコンパテなどの半固形物１２を介在させ、超音波の伝搬効率を向上させている。
【００２２】
このような取付構造とすることによって例えば次のような利点が生じる。
▲１▼任意のポイントに超音波センサ１００を取り付けることができるので自由度が高い。
▲２▼タンク１に加工を施す必要がないので、既存タンクへの設置が可能となる。
▲３▼マグネット８の磁力によって超音波センサ１００を吸引固定しているので、その取り付け、取り外しが簡単であり、作業コストを削減することができる。また、接着材を使用する場合と比較し、フェールセーフである。
▲４▼押しバネ７による冗長性が得られ、長期信頼性、耐振動性（車両の燃料タンクなどへの取付時に効果的）が得られる。
【００２３】
なお、ホルダハウジング６についても、整合層４と同様、周囲の環境によってその材質を選ぶようにするとよい。
また、整合層４のタンク１の外部底面との圧接面をタンク形状に合わせた形状とすることにより（図７参照）、タンク１との密着性を向上させ、超音波の伝達効率の低下を防止することができる。
【００２４】
〔音速Ｖｔの補正〕
上述した実施の形態では、液化ガス２の液面の高さＬを求める際、液化ガス２内での音速Ｖｔを固定値として用いている。しかし、タンク１内部の温度、圧力など様々な環境条件やガスの成分含有率などにより液化ガス２内での音速Ｖｔは刻々と変化しており、この音速Ｖｔを固定値として用いると誤差が生じる。この誤差については次のような方法で補正することができる。これにより、目標とする精度・コストにて、システムを構成することができる。
【００２５】
〔音速Ｖｔの補正方法１〕
図８に示すように、タンク１内に反射板１３を設け、またタンク１内に第２の超音波センサ２００を設け、反射板１３へ向けて超音波を発射し、受信されるまでの時間ｔ１＋ｔ２を定期的に測定する。反射板１３までの距離Ｌ１は一定距離であり、計測した時間ｔ１＋ｔ２を下記（２）式に代入することより、液化ガス２内での刻々の音速Ｖｔを算出することができる。超音波センサ１００を使用しての液面レベルの検出に際してこの刻々の音速Ｖｔをフィードバックする。
Ｖｔ＝２Ｖ０・Ｌ１／｛Ｖ０（ｔ１＋ｔ２）−４ｄ０｝・・・・（２）
【００２６】
〔音速Ｖｔの補正方法２〕
図９に示すように、タンク１の外部側面に第２の超音波センサ２００を設け、タンク１の対向する内壁面へ向けて超音波を発射し、受信されるまでの時間ｔ１＋ｔ２を定期的に測定する。タンク１の内壁面間の距離Ｌ２は一定距離であり、計測した時間ｔ１＋ｔ２を下記（３）式に代入することより、液化ガス２内での刻々の音速Ｖｔを算出することができる。超音波センサ１００を使用しての液面レベルの検出に際してこの刻々の音速Ｖｔをフィードバックする。
Ｖｔ＝２Ｖ０・Ｌ２／｛Ｖ０（ｔ１＋ｔ２）−４ｄ０｝・・・・（３）
【００２７】
図１０は超音波センサ１００を使用した液面レベル検出装置のブロック図である。同図において、１０１はＣＰＵ、１０２は発振器、１０３はゲート回路、１０４は駆動回路、１０５はハイパスフィルタ、１０６はアンプ、１０７はコンパレータ、１０８は信号出力回路である。
【００２８】
ＣＰＵ１０１は、ゲート回路１０３のゲートをＯＮ／ＯＦＦし、発振器１０２からの周波数ｆ０の連続信号から周波数ｆａの駆動信号（駆動バースト信号）を生成する。この駆動信号ｆａが駆動回路１０４を介して超音波センサ１００へ与えられ、超音波センサ１００（圧電素子３）が共振点周波数ｆｔで駆動され、超音波が発射される。超音波センサ１００から発射された超音波は液化ガス２の液面で全反射して超音波センサ１００に戻ってくる。このとき、超音波センサ１００は、次の超音波の発射に備えた自由振動状態にある。なお、超音波センサ１００の要求する周波数および周波数精度がＣＰＵ１０１のソフトウェアタイミングにて合成できる場合は、発振器１０２とゲート回路１０３を省略して更なるコストダウン・小型化を実現することができる。
【００２９】
超音波センサ１００で受信された超音波は電気信号（受信信号）に変換されてハイパスフィルタ１０５へ与えられる。ハイパスフィルタ１０５においてフィルタリングされた受信信号はアンプ１０６を介してコンパレータ１０７へ与えられる。コンパレータ１０７は、アンプ１０６を介する受信信号が予め定められたしきい値以上であるか否かをチェックし、そのチェック結果をＣＰＵ１０１へ送る。ＣＰＵ１０１は、コンパレータ１０７からのチェック結果に基づき、超音波センサ１００から超音波を発射してから超音波センサ１００で受信されるまでの時間ｔ１＋ｔ２を計測し、この計測した時間ｔ１＋ｔ２に基づいてタンク１内の液化ガス２の液面レベルの絶対値を算出する。そして、この算出したタンク１内の液化ガス２の液面レベルの絶対値を信号出力回路１０８へ送り、ディスプレイ上に表示したりする。
【００３０】
図１１は超音波センサ１００に対する駆動回路１０４，ハイパスフィルタ１０５およびアンプ１０６の接続構成を示した図である。同図に示されるように、駆動回路１０４は、インダクタンスＬ０とパワーＭＯＳＦＥＴ・Ｑ１を用いた簡単な回路構成とされており、ＦＥＴ・Ｑ１のゲートに１パルスの矩形波（図１２（ａ）参照）あるいはバースト波（図１２（ｂ）参照）を加えて、圧電素子３の端子間に高圧を発生させ、超音波を発射させる。圧電素子３はＯＦＦ時に自由振動を行うため、入力パルスとしてバースト波を使用する時にＯＮ／ＯＦＦのパルス幅のタイミングを変えてやることにより、すなわちデューティ比を適当に変化させてやることにより、高感度な検出が期待できる。
【００３１】
ハイパスフィルタ１０５は、２次のバイパス型帯域フィルタとし、図１３に示すようにインダクタンスＬ１，Ｌ２，コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３により構成する。この場合、圧電素子３が入力にＬＣＲの負荷として接続されていることにより、圧電素子３が超音波を受信する際に、共振点近傍におけるフィルタの入力インピーダンスＺｉによって圧電素子３のインピーダンス特性が変化し、伝達感度が低下してしまう虞れがある。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、圧電素子３の共振点近傍での等価回路を図１４（ａ）とし、その近似回路を図１４（ｂ）とし、この近似回路とハイパスフィルタ１０５とを組み合わせての考察により、Ｌ１をＬ１＝１／（４π²Ｃ０）として定めている。すなわち、圧電素子３の制動容量をＣｂとし、この制動容量Ｃｂと直列関係にあるフィルタ入力のＣ１そしてこれらの合成容量をＣ０とし、このＣ０と並列関係にあるインダクタンスＬ１を圧電素子３の共振点周波数ｆｔで並列共振する値、すなわち１／（４π²Ｃ０）をＬ１の値としている。このフィルタ構成により、圧電素子３が超音波を受信する際、簡単な受動素子のみで共振時における入力の高インピーダンス化が実現でき、ハイパスフィルタ１０５と圧電素子３のインピーダンスとの整合が計られ、更に回路設計の簡単化が可能となってくる。更に、ＬＣ負荷の選定によっては、自由振動による残響波を低減させる効果も期待できる。
【００３３】
また、本実施の形態では、回路設計が簡単となるため、ハイパスフィルタ１０５を超音波センサ１００に内蔵することも可能である。さらに、図１０におけるＣＰＵ１０１や発振器１０２，ゲート回路１０３，駆動回路１０４，ハイパスフィルタ１０５，アンプ１０６，コンパレータ１０７，信号出力回路１０８などの回路全体を超音波センサ１００に内蔵することも可能である。これにより、ノイズマージンが高められ、センサシールド線長によるキャパシタンスの影響を考慮しなくても良く、低コストで小型化が可能となる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、図６を用いて説明したように、圧電素子３および整合層４を組み込んだ超音波センサ１００をマグネット８を使用してタンク１の外部底面に吸着固定するようにしたが、整合層４を直にタンク１の外部底面に接着固定（例えば、エポキシ系の接着剤で接着）するようにしてもよい。このようにすれば、取り付けの自由度は低下してしまうが、ホルダハウジング５やマグネット８，押しバネ７を省略してコストダウンを図ることができる。また、タンク１が鉄以外の材料（例えば、樹脂）であったり、取り付け箇所が限定されている場合でも対応することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、タンク１の外部底面に超音波センサ１００を１つしか設置しなかったが、複数設置するようにしてもよい。例えば、タンク１が横長のタンクであった場合、液面が平坦とならず、傾斜することがある。このような場合、複数設置した超音波センサによって個々に液面レベルの絶対値を検出し、その平均値を求めるようにすることによって、より正確な液面レベルの検出が可能となる。また、タンク１が縦長のタンクであった場合、検出距離が広範囲となることがある。このような場合、検出距離の異なる超音波センサを複数配置し、現在の液面レベルの属する範囲に応じて、超音波センサを切り換えて使用することによって、より正確な液面レベルの検出が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、圧電素子を固有の共振点周波数ｆｔで駆動する一方、整合層の厚みをλ／２（λ：圧電素子固有の反共振点周波数ｆｐの波長）の整数倍としたので、圧電素子の反共振点周波数の変動を防止することができ、タンク内に発射される超音波の電気音響変換の能率およびＳ／Ｎが高まり、液面レベルの絶対値をタンクの外部より低コストかつ高精度で検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液面レベル検出方法の原理を説明する図である。
【図２】圧電素子から超音波が発射されてからの残響波および反射波の推移を示す図である。
【図３】 λ／４の保護膜を圧電素子に接着した時の反共振点周波数のずれ（周波数方程式の解）ｆ１を示す図である。
【図４】 λ／４の保護膜を圧電素子に接着した時の反共振点周波数のずれ（周波数方程式の解）ｆ２を示す図である。
【図５】使用周波数帯と検出距離との関係を示す図である。
【図６】圧電素子および整合層を組み込んだ超音波センサを示す縦断面図である。
【図７】整合層のタンクの外部底面との圧接面をタンク形状に合わせた形状とした例を示す図である。
【図８】音速Ｖｔの補正方法１を説明する図である。
【図９】音速Ｖｔの補正方法２を説明する図である。
【図１０】本発明に係る超音波センサを使用した液面レベル検出装置のブロック図である。
【図１１】図１０における超音波センサに対する駆動回路，ハイパスフィルタおよびアンプの接続構成を示した図である。
【図１２】ＦＥＴのゲートに加える矩形波およびバースト波を示す図である。
【図１３】ハイパスフィルタの内部回路構成を示す図である。
【図１４】圧電素子の共振点近傍での等価回路図である。
【図１５】圧電素子の共振点近傍での等価回路に対する近似回路図である。
【図１６】従来の液面レベル検出方法の一例を示す原理図である。
【符号の説明】
１…タンク、２…液化ガス、３…圧電素子、４…整合層、５…ホルダハウジング、５−１…ホルダ、５−２…ホルダキャップ、６…センサハウジング、６−１…センサケース、６−２…センサケースキャップ、７…押しバネ、８…マグネット、９…端子板、１０…ケーブルクランプ、１１…同軸ケーブル、１２…半固形物、１３…反射板、１００，２００…超音波センサ、１０１…ＣＰＵ、１０２…発振器、１０３…ゲート回路、１０４…駆動回路、１０５…ハイパスフィルタ、１０６…アンプ、１０７…コンパレータ、１０８…信号出力回路。

Claims

タンクの外部底面に整合層を介して圧電素子を取り付け、
この圧電素子を厚み方向に当該圧電素子の固有の共振点周波数で縦振動させて前記整合層を介して前記タンク内に超音波を発射し、
前記タンク内に貯留されている液体の液面で反射して戻ってくる超音波を受信し、
このときの超音波の発射されてから受信されるまでの時間を計測し、
この計測した時間に基づいて前記タンク内に貯留されている液体の液面レベルの絶対値を検出する液面レベル検出方法であって、
前記圧電素子固有の反共振点周波数の波長をλとしたとき、前記整合層の厚みがλ／２の整数倍とされている
ことを特徴とする液面レベル検出方法。
タンクの外部底面に整合層を介して取り付けられる圧電素子と、
この圧電素子を厚み方向に当該圧電素子の固有の共振点周波数で振動させて前記整合層を介して前記タンク内に超音波を発射させる超音波発射手段と、
前記圧電素子から発射され前記タンク内に貯留されている液体の液面で反射して戻ってくる超音波を受信する超音波受信手段と、
前記圧電素子から超音波が発射されてからこの超音波が受信されるまでの時間を計測し、この計測した時間に基づいて前記タンク内に貯留されている液体の液面レベルの絶対値を検出する液面レベル検出手段とを備え、
前記圧電素子固有の反共振点周波数の波長をλとしたとき、前記整合層の厚みがλ／２の整数倍とされている
ことを特徴とする液面レベル検出装置。
請求項２において、前記圧電素子は前記超音波受信手段を兼ねていることを特徴とする液面レベル検出装置。
請求項２において、超音波を受信する際の入力インピーダンスを高インピーダンスとし、前記圧電素子のインピーダンスとの整合を図る手段を備えたことを特徴とする液面レベル検出装置。