JPH0339697Y2

JPH0339697Y2 -

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Publication number: JPH0339697Y2
Application number: JP1990013371U
Authority: JP
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1991-08-21
Also published as: JPH02105124U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、自動車、動力耕耘機等の車両に搭載
されているタンク内に収納されている液体の液面
レベルが所定値以上にあるか否かを超音波を利用
して検出する車両用超音波式液面レベルセンサに
関する。

〔従来の技術〕

この種の超音波を利用して液面レベルを検出す
る装置として第１図に概略的に示したように、タ
ンクｔ内に収納された液体の液面₁の上方外
部に、超音波送波器Ｔと超音波受波器Ｒを並設
し、超音波送波器Ｔより液面₁に向けて超音波
パルスを放射し、これが液面₁に当たり反射パ
ルスとして超音波受波器Ｒに到達するまでの往復
時間を測定することによつて液面レベルを検出す
るものが知られている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、かかる装置は液面が常に水平で安定し
ている場合には有効であるが、液面が波立つてい
る場合には超音波パルスが波面により乱反射され
て超音波受波器Ｒに正確に受信されない。従つて
自動車や動力耕耘機等のように傾斜路面、凹凸路
面の走行によりオイル、ガソリン等の液体が揺動
し易い液面の検出には不適であつた。

一方、原子炉の分野において炉容器内の冷却水
の液位を検出するために、特開昭56−46429号に
開示されているような超音波式液位検出装置が知
られている。この検出装置は、超音波送波器及び
これを保持する第１の保持体と、超音波受波器と
これを保持する第２の保持体とより構成されてい
る。そして、この装置において、炉容器内の側壁
に前記一対の保持体を、超音波送波器と超音波受
波器とが所定の距離を隔てて上下に対向するよう
に取付け、送波器と受波器が冷却水中にあるとき
の受波器より出力される信号レベルと、液位が低
下して送波器のみが液面より解放されているとき
の受波器より出力される信号レベルの高低により
冷却水の液位を検出するものである。従つて、こ
の装置においは、液面からの超音波反射を利用し
て液位を検出する装置に比し、液面が波立つてい
る場合でも正確に液位を検出することができる利
点ある。

然るに、前記原子炉用液位検出装置を車両用に
適用することが考えられるが、車両用の場合、タ
ンク内の液体を最大限消費し、底に残る液量が少
なくなつた時点で液位を検出するため、タンクの
底部に液密に取付けることができ、しかも補修、
点検等が容易になし得るよう脱着自在に取りつけ
る必要がある。このため超音波送波器と超音波受
波器とが第１、第２の保持体により別体に保持さ
れているような前記原子炉用液位検出装置にあつ
ては、タンクの底部に液密かつ脱着自在に取り付
け得るようにすることは、取付け構造を複雑、大
型にする等の問題を生じるので、実際上困難であ
つた。

本考案はかかる問題に鑑みてなされたもので、
車両の傾斜等によりタンク内の液体が揺動して液
面が波立つている場合でも、液面レベルを精度よ
く検出でき、液密にかつ脱着自在に取付けがで
き、且つ取扱いが容易な車両用超音波式液面レベ
ルセンサを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、超音波送波器と超音波受波器とを上
下対向配置し、送波器と受波器とが液中にあると
きと、液面が低下して上位の送波器（又は受波
器）が露出したときの受波器より出力される信号
レベルの高低により液位を検出する方式を採用す
ると共に、タンクの底部に液密かつ脱着自在に取
付け得る構成とするものである。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に従つて説明する。

第２図は、液体を収納したタンクｔの底壁面
の要所に明けた透孔ｇに予め液密に挿設した雌栓
よりなるセンサ取付け用部材ｓに、本考案の一実
施例に係る超音波式レベルセンサPSを取付けた
態様を示す。

前記超音波レベルセンサPSにおいて、１は前
記雌栓ｓの内面に圧入により液密に嵌合された雄
栓よりなる栓体で、タンクｔ内に突出する内端面
中央に凹部１ａと、該凹部１ａの内底面と前記内
端面の外周からそれぞれ栓体１の外端面に貫通す
る一対の縦孔１ｂ，１b′を有する。

２は前記栓体１の凹部１ａに送波面を上向きに
して収納保持された超音波送波器である。この送
波器２は、金属又はプラスチツクよりキヤツプ状
に成形したケース２１の底面２１ａを送波面とし
てその内面に圧電素子２２を粘着し、ケース２１
の開口面に前記圧電素子２２の表裏電極２２ａ，
２２ｂと金属細線２５ａ，２５ｂを介して電気的
に導通する一対の端子２４ａ，２４ｂを植設した
蓋板２３を液密的に封着し、更に前記端子２４
ａ，２４ｂに外部引出し用ケーブル２６の一端か
ら露出した一対の導線２６ａ，２６ｂを接続する
と共に、この接続部分を防水塗料２７で被覆した
ものである。

この送波器２の外部引出し用ケーブル２６の他
端は、前記栓体の一方の縦孔１ｂを通して導出さ
れ外部に設置した送信回路S₁に接続される。これ
より発振信号を受けてケース底面２１ａ（送波面）
より超音波パルスを連続的又は一定周期の間欠的
に放射する。

３は、前記超音波送波器２の送波面２１ａの上
方にて受波面が送波面と所定の距離を隔てて互い
に対向するよう、前記栓体１の内端面に立設した
Ｌ字形の支柱４に設けた支柱孔４ａに嵌挿保持さ
れた超音波受波器である。この受波器３は、前記
超音波送波器２と略同一構成をなし、３１はキヤ
ツプ状ケース、３１ａは受波面となるケース底
面、３２は圧電素子、３２ａ，３２ｂ、はその表
裏面電極、３３は蓋板、３４ａ，３４ｂは端子、
３５ａ，３５ｂは金属細線、３６は外部引出し用
ケーブル、３６ａ，３６ｂは導線、３７は防水塗
料である。前記ケーブル３６の他端は、前記栓体
の他方の縦孔１b′より導出され外部に設置した受
信回路S₂に接続され、ケース底面３１ａ（受波面）
より受けた超音波パルスを電気信号に変換しこれ
を受信回路S₂に給電する。

このように超音波送波器２及び受波器３を防水
構造に構成したのは、これらをタンクｔ内の液体
中に浸漬させる処にある。このとき、超音波送
波器２と超音波受波器３のいずれか一方を液体中
にある検知すべき液面レベルライン₂の上位に、
他方を同ラインの下位に臨むように配置し、本例
では送波器２を下位、受波器３を上位に配置し
た。また、これら両者の対向間隔寸法は、送波器
２からの放射パルスに対して受波器３が高感度に
応答するように、液体の音波における半波長整数
倍長さに相等しく設定される。

５は、前記栓体１の凹部１ａの内面と超音波送
波器２のケース２１の外周面との間に配した環状
の第１弾性部材としてのダンパーである。６は、
前記支柱４の支柱孔４ａとこれに嵌挿された超音
波受波器３のケース３１の外周面との間に配され
た環状の第２弾性部材としてのダンパーである。
そして、このダンパー５内に設けられた第１孔内
には、超音波送波器２が保持され、ダンパー６内
に設けられた第２孔内には、超音波受波器３が保
持される。これらダンパー５，６はゴム等の弾性
材よりなり、超音波送波器２の振動が、栓体１お
よび支柱４を通してタンクｔ側及び超音波受波器
３側に漏れ出て送受波特性を劣化したり、逆にタ
ンクｔに加えられた機械的振動が超音波送波器２
及び受波器３に伝播して断線、素子割れ等の故障
を生じないよう振動を吸収する。

７は、前記超音波送波器２及び受波器３を外周
より囲繞すると共に、開口端を栓体１の内端面側
の外側面に嵌着した有底筒状の金属保護筒で、外
側面に複数の液流通孔７ａ…を有する。この保護
筒７は、センサの取扱いの際に超音波送波器及び
受波器が周囲の器物と接触したり、落下衝撃によ
り破損しないよう保護する。

次に第３図はいずれも超音波送波器２と受波器
３を防水構造に構成する他の例を示す。

第３図は、栓体１を中空状とし、その内部に送
波面２１ａが内端面より露出するよう超音波送波
器２を環状のダンパー（第１弾性部材）５を介し
て保持すると共に、送波器２及び受波器３のケー
ブル２６及び３６の他端を導出した後、栓体内部
を防水塗料２７で埋め、他方、保護筒７の閉端面
に孔７ｂを明け、その孔より防水塗料３７を充填
して超音波受波器３の背部に形成される空所を埋
めた場合である。

〔作用〕

次に本考案の動作について説明するが、理解を
容易にするため、本考案のレベルセンサと液体を
収納するタンクとを第４図Ａ及び第４図Ｂのよう
に概略的に図示して説明する。

いま、第４図Ａのように、タンクｔ内の液体
が十分満たされ液面₁が検知すべき液面レベル
ライン₂以上にあつて、超音波送波器２及び受
波器３が液体で覆われているとき、タンクｔの
外部に設置された送信回路S₁に接続された外部引
出し用ケーブル２６を通して所定共振周波数の交
番電圧が圧電素子２２に印加されると、圧電素子
２２はケース底面（送波面）２１ａと一体になつ
て振動し、送波面２１ａより超音波パルスが放射
される。この放射された超音波パルスは、液体
を透過して、上方にある超音波受波器３のケース
底面３１ａ（受波面）に当たり、受波面３１ａを
共振させ、圧電素子３２より大きな信号レベルの
出力を生じる。

逆に、液体の消費により液面₁が低下し、
遂に、検知すべき液面レベルライン₂以下にな
つて超音波受波器３が空気中に開放されたとき
は、同図Ｂのように、超音波送波器２からの超音
波放射パルスは、液体を一旦、透過して液面
_１に達する。しかし、液体、例えばオイルの音響
インピーダンス（ρ₁с₁＝40μbar／cm・sec）に比
し、空気の音響インピーダンス（ρ₂с₂＝1.2×
10⁵μbar／cm・sec）が極めて大きいため、大部分
が液面と空気との境界面により反射され、空気
中に開放されている超音波受波器３の受波面３１
ａを十分共振しない。そのため、信号レベルの小
さい出力が発生する。

このように超音波受波器３からの信号レベルの
大小によつて受信回路S₂に含まれる電磁開閉器や
警報器を作動し、例えば、本考案を内燃機関のオ
イル検知に適用した場合は、オイルが規定の液面
レベル以下になつているにも係わらず機関を始動
するときその始動を停止したり、稼働中オイルが
減つて規定レベル以下になつたとき直ちに機関を
停止する処の電磁開閉器を作動して機関の焼付け
等の自己を未然に防止することができるのであ
る。

〔考案の効果〕

以上の通り、本考案の車両用超音波式レベルセ
ンサは、液体を収納したタンクの底壁面に設けら
れたセンサ取付け用部材に液密に嵌合する栓体
に、超音波パルスを放射する防水構造の超音波送
波器と、放射された超音波パルスに応動して電気
信号を生じる同じく防水構造の超音波受波器と
を、これらの送波面と受波面が所定の距離を隔て
て互いに対向するように、前記超音送波器及び超
音波受波器の一方を第１弾性部材の第１孔内に、
その他方を前記栓体に取付けられたＬ字形の支柱
に設けられた支柱孔内に配置される第２弾性部材
の第２孔内に保持し、前記栓体をタンクのセンサ
取付け部材に嵌合したとき、超音波器送波器と受
波器が液体中にある検知すべき液面レベルライン
の上下に位置する如く構成してなる。

従つて、本レベルセンサによれば、液面がレベ
ルライン以下になると、上位に配置された超音波
送波器又は受波器を空気中に解放し、送波器と受
波器の対向面間に音響インピーダンスを異にする
液体と空気層を形成せしめ、この液体と空気との
境界面によりこれまで液体内を透過して受波器に
受信されていた超音波放射パルスを反射して受波
器への到達を妨げる。

そのため、本レベルセンサは、かかる超音波放
射パルスの透過又は反射により超音波送受器に生
じる電気信号の変化によつて、液面が所定のレベ
ル以上に有るか否かを検出するものであるから、
自動車や動力耕耘機等の車両のガソリン、オイル
等のように液面が揺動や波立ち易い場合でも、こ
れらの影響を全く受けることなく、高精度に液面
レベルを検知できるという効果をもたらす。

また、本レベルセンサでは、液密に嵌合する栓
体を備えるので、センサをタンクの底壁面に取付
けても液の漏洩が全くないし、センサの取外し、
取付けが容易であり、更に送波器及び受波器は弾
性部材の各孔内に取付けられるので、振動吸収性
に優れかつ送受波特性を劣化させることもない。

更に、本レベルセンサは、Ｌ字形の支柱及び栓
体を介して送受波器が結合された一体構造のた
め、取り換えが容易でかつ送波器と受波器の外周
及びこれらを一体に結合する支柱の外周を、金属
筒により囲繞するようにしたので、取扱いに際
し、万一、誤つて落下したり、周辺器物と衝接し
ても送波器、受波器、支柱が破損や変形をするよ
うなことがなく、取扱いを容易にすることがで
き、更に、支柱が安定的に保持されるので、この
支柱に結合される受波器（又は送波器）も安定的
に保持される等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波を利用して液面レベルを検出す
る従来装置を説明するために挙げた概略図、第２
図は本考案の一実施例による液面レベルセンサを
タンクに取り付けた態様を示し、Ａはその縦断正
面図、ＢはＡ図イ−イ線に沿つて断面とした平面
図、第３図は本考案の他の実施例を示すものであ
り、栓体内部を防水塗料で埋めた防水構造型の液
面レベルセンサの縦断正面図、第４図は本考案の
動作を説明するために挙げた概略図で、Ａは液面
が所定レベルライン以上にある状態、Ｂは液面が
所定レベルライン以下にある状態を示す。１……栓体、２……超音波送波器、２１ａ……
送波面、３……超音波受波器、３１ａ……受波
面、４……支柱、５……第１（又は第２）弾性部
材、６……第２（又は第１）弾性部材、……液
体、₁……液面、₂……レベルライン、ｔ……
タンク、ｓ……センサ取付け用部材、SP……レ
ベルセンサ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】液体を収納したタンクの底壁面に設けられたセ
ンサ取付け用部材に液密に嵌合する栓体に、超音
波パルスを放射する防水構造の超音波送波器と、
放射された超音波パルスに応動して電気信号を生
じる同じく防水構造の超音波受波器とを、これら
の送波面と受波面が所定の距離を隔てて互いに対
向するように、前記超音波送波器及び超音波受波
器の一方を第１弾性部材の第１孔内に、その他方
を前記栓体に取付けられたＬ字形の支柱に設けら
れた支柱孔内に配置される第２弾性部材の第２孔
内に保持し、前記栓体には、前記超音波送波器と前記超音波
受波器及び前記支柱の外周を囲繞する金属保護筒
を取り付け、前記栓体をタンクのセンサ取付け部材に嵌合し
たとき、超音波送波器と受波器が液体中にある検
知すべき液面レベルラインの上下に位置する如く
構成したことを特徴とする車両用超音波式液面レ
ベルセンサ。