JPH0498122A - 音響式体積計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は容器の中に入れた複雑な形状の物体の体積を測
定する体積針、特に容器内の気体の音響的な圧力変化を
利用する方式の体積針に係る。

（従来の技術） 容器の中に入れられた複雑な形状の物体の体積を測定す
る一つの方法として、従来から、いわゆるポイルーシャ
ールの法則に基づく測定法が知られている。これはピス
トンなどにより既知の体積の気体を容器に圧入したとき
に生ずる圧力増加分から容器とそのなかに入れられた物
体との間のすきまの体積、すなわち余積、を求め、容器
の容積から余積を引き去ることにより物体の体積をその
形状にかかわりなく知るものである。しかしながら、こ
の方法は気体の等温変化を前提にしているので、気体を
圧入してから容器内が熱的平衡状態になるまで圧力の測
定を待たねばならず、測定に時間がかかるという欠点が
ある。また、容器に外部に通ずるベント孔等による漏れ
がある場合には適用できない。この種の体積計としては
、たとえばＷ、　Ｎ、　Ｐｅ１ｌｅｔｉｅｒの米国特許
４１５４０９８　（１９７９）などが挙げられる。

これらの欠点を改良するために、スピーカを用いて交番
的な体積変化を与えて気体を断熱変化させる体積測定法
がＮ、　Ｗ、　Ｐａｒｋｅｒの米国特許４４７４０６１
（１９８４）において提示されている。しかしこの方法
は、気体の種類や静圧力の変化に対する補償が行われて
いない。

これらに対して、本出願人らは、特許願５８−３９１５
２（以下、前願と称する）において、測定容器のほかに
基準容器を設けその双方に交番的体積変化を差動的に与
え、そのときに生ずる気体の圧力変化を利用することに
よって容器内の気体のｆｊｌｉ　類や静圧力などに影響
されないで体積を測定する方法を示した。この方法でも
気体は断熱的に膨張、圧縮されるので、等温変化を前提
としたＰｅ１ｌｅｔｉｅｒなどの方法に比べて、測定を
迅速に行いつる。また容器に漏れがあってもこの方法は
適用できる。

なお、この前願と全く同等の方法がＪ、Ｂ、Ｐａｎｄの
米国特；’、’「４５１ｉ　１２ワ８（Ｉ！ＩＦ１５１
　においても提示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 前願の発明は気体を利用するそれまでの体積測定法の欠
点を解消するものである。しかし、前ＩＱ−Ｒ・の体積
計を燃料計として使用する場合には、燃料残量が０にな
ったときが容器内の余積が最も大きく、したがって測定
誤差もこのときが最も大きい。一方、燃料計として要求
されるのはこれとは逆の特性で、燃料がほとんど０にな
ったときに最も高精度で体積が測定されることが望まし
い。

本発明の目的は、上記のように燃料計などとして使用す
る場合に、燃料が少ないときに高精度となるように、任
意の体積のところに安定な測定ゼロ点かえられるような
体積計を実現することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、測定容器と基準容器を用い、それらの中での
気体の圧力変化を利用するものであるが、特に上記の目
的を達成するために、っぎのような（１／Ｉ成を採る。

すなわち、測定容器と基準容器を少なくとも一つの検出
ダクトで結合することによって音響ブリッジを構成し、
音源の振動板によってこれら二つの容器に差動的に交番
的体積変化を与えてこのブリッジな行響的に駆動する。

そして検出グク１〜に接続した圧力検出器のマイクロホ
ンによって検出ダクト内部のある点における音圧を検出
し、その振幅によって測定容器内の余積を求め、そこか
らさらに測定容器に入れた被測定物体の体積を知る。あ
るいは上記の検出ダクトに接続したマイクロホン出力が
Ｏになるように基準容器の容積等を変えて音響ブリッジ
の平衡をとり、そのときの基準容器の容積等から測定容
器内の余積を求め、そこからさらに被測定物体の体積を
知る。

（第１実施例） 第１図の本発明の実施例において、２は空のときの容積
がＶ。の測定容器で、その中に■３なる体積の被測定物
体３が入れられており、その余積ｖ２は Ｖ２　＝ＶＯ−Ｖ３（１１ である。４は蓋であって、その上に容積■１の基準容器
ｌがとりつけられている。蓋４の上面の容器１と２との
間の隔壁をなす部分には長さ氾の検出ダクト５がとりつ
けられていて、容器１と２の内部を音響的に結合してい
る。またこの隔壁の部分には音源のスピーカ６もとりつ
けられている。

検出ダクト５の外壁には圧力検出器のマイクロホン７が
つけられており、それは小孔を通して検出ダクト５内部
の下端から２゜なる距離の点における音圧を検出する。

基準容器ｌの外壁には圧力柱１１器のマイクロホン８が
つけられており、それは小孔を通して容器１内部の音圧
を検出する。９は調整用プラグであって、そのねじ込み
量を加減することにより、基準容器１の容積■１を調整
するものである。

マイクロホン７と８の出力はそれぞれ増幅器１３と１５
によって増幅されたのち同！！＋１　ｑ：＝流目路１４
および整流回路１６によってそれぞれの出力の振幅に比
例した大きさの信号Ｅ。およびＥｌになる。ただし１４
に供給される位相基準信号は増幅器１５で増幅されたマ
イクロホン８の出力であって、マイクロホン７と８の出
力が同相のときにはＥ。は負の値をとり、７と８の出力
が互いに１８０°の位相差のときにはＥ。は正の値をと
る。これに対して１６は通常の整流回路で、その出力Ｅ
１は常に負の値をとる。

１０は演算回路であって、同期整流された信号Ｅｏをと
り入れ、それを用いて余積ｖ２の値を算出する。１１は
発振器、１２はパワー増幅器で、その出力は音源のスピ
ーカ６の入力端子に接続され、スピーカ６の振動板のコ
ーンは１１の発生する信号にしたがって振動し、基準容
器１と測定容器２の内部の空間に差動的に体積変化を与
えて音響的に駆動する。１９は減算増幅器で、前記の整
流された信号Ｅ。とＥ、の差の信号Ｅ。−Ｅｌを作り、
この差の信号でパワー増幅器１２のゲインを調節してＥ
ｏ−Ｅ、の大きさが一定となるように制御する。後述す
るように、この制御は、検出タクト５の両端の間に作用
する音圧の大きさを一定に保つことに等価である。なお
、１７および１８は導線を基準容器１の内部に導入する
端子である。

（作用） 第１図の装置の音響系は二つの容器ｌ、２がダクト５で
連結された構造で、全体として一つの音響的なブリッジ
を構成している。すなわち、音圧を電圧に、気体の体積
速度を電流に対応させたときのこの音響系の等価回路は
、第２図に示すようなブリッジ回路になる。ここでＬは
ダクト５の音響イナータンスを表わし、ρを容器ｌおよ
び２内部の気体、この場合は空気、の密度、Ｓをダクト
５の内部断面積とすると Ｌ＝ｐＩ２／Ｓ　　　　　　　　　　　　　（２）であ
る。ＣＩおよびＣ２はそれぞれ容器１および２の音響コ
ンプライアンスで、γ（ガンマ）を容器内の気体の比熱
比、Ｐ５を容器内の気体の静圧力とすると Ｃ，＝Ｖ、／γＰ、、　　　　　　　　　　　（３）Ｃ
２＝Ｖ２　／γＰ、、（４） である。音源のスピーカ６は交流電圧源ＳＰＫとその出
力インピーダンスに相当するコンプライアンスＣ′　と
で表わされ、ブリッジ回路を差動的に駆動する。このＣ
′はスピーカ６の振動板のコーン部が音圧を受けてたわ
む度合いを表わしている。

音源のスピーカ６を駆動する信号は矩形波や三角波など
任意の波形のものを使用しつるが、ここではスピーカ６
は周波数ｆの正弦波によって駆動されるとして説明する
。

いま、基準容器１内部の音圧ｐ＋（ｔｌおよび測定容器
２内部の音圧ｐ２ｆｔ）を ｐ　＋（ｔｌ　＝　Ｐ　１ｓｉｎ　２ｎｆｔ　　　　　
　　　　　　ｆ５１１）　２　（ｔｌ　＝　Ｐ　２　ｓ
ｉｎ　２ｎｆ　ｔ　　　　　　　　　　　（６）とおく
。ここでｔは時間を表わす。第２図の等価回路から明ら
かなように、音圧の振幅Ｐ１とＰ２の間には Ｐ、、Ｖ２＝−Ｐ、Ｖ、　　　　　　　　　　（７）な
る関係がある。すなわちｐ　＋　［ｔｌとｐ２（ｔ）は
互いに逆相である。（７）式より、さらに なる関係が導きだされる。したがって と表わされる。

検出ダクト５内部の音圧の振幅は、ダクトの下端から上
端に行くにしたがってＰ２からＰｌに直線的に変化する
。したがって下端から℃。なる距離につけられたマイク
ロホン７の出力を増幅整流してえられる信１号Ｅ。は、
マイクロホン７の感度を含む電子回路のゲインをＫ。と
するととなる。同様に音圧ｐｒｆｔ）を検出するマイク
ロホン８の出力を増幅整流してえられる信号Ｅ１は、マ
イクロホン８の感度を含む電子回路のゲインをに、とす
ると となる。ここで説明を簡単化するためにＫｏ−に＋　　
　　　　　　　　　　　　　　（ｔ３）とすると、減算
増幅器１９の出カド：。−１九はとなる。前述したよう
に、上記のＥ。−Ｅｌは、パワー増幅器１２のゲインを
調節することにより一定の大きさに保たれるが、これは
ｐ２−ｐ、を定の大きさに保つことにほかならない。

第３図はＰ２−ｐ、を一定としたときの（１１）式の関
係を示すもので、この関係を用いてＥ。から余積ｖ２さ
らには被測定物体の体積ｖ３の値が算出される。すなわ
ち、（１１）式と（１４）式とからＶ２＝Ｖｏ−Ｖ３ となり、この式を用いてＥ。からｖ３が算出される。上
式において、ρ、／（ρ−氾。）、（Ｅｏ−Ｅ、）、Ｖ
、、Ｖｏは定数であるが、体積が既知の４つの物体を一
つずつ測定容器２の中に入れ、その４つの■３について
のＥ。の値を演算装置ｌＯにとりこんで較正することに
より、上記４つの定数の値が決定される。あるいは、（
１５）式のような計算式を用いるのではなく、較正によ
ってえられた■３とＥｏの関係を表の形式で演算装置１
０の内部に記憶し、測定においては、えられたＥ。の値
からその表を用いてｖ３の値を求めるようにしてもよい
。

（効果） （１１）式および第３図かられかるように、Ｅｏはなる
ときに０となるが、これは音響ブリッジが平衡状態にな
っているときである。この平衡条件は気体のｆ！ｌｌ！
頚や、その圧力、温度等の物理的状態、あるいはマイク
ロホン感度などには無関係で、マイクロホン７の取付位
置と基準容器１の容積Ｖのみによって定まるものであっ
て、測定上きわめて安定なゼロ点である。

この平衡点は、プラグ９によって容積ｖ１を調整するな
どの方法により、第３図の横座標軸上の任意のところに
設定することができ、たとえば測定容器２が空のとき、
すなわち■２＝ｖｏのときにＥ。が０となるように設定
すると、被測定物体３が小さいときにその体積ｖ３を高
精度で測定することができる。

一上記のように安定なゼロ点かえられるのは、Ｅｏと■
２の関係を示す（１１）式目体が気体の種類やその物理
的状態によらないためであるが、ここで特筆すべきは、
音源のコンプライアンスＣ°がｆｌｕ）式に全く無関係
なことで、このことは、安定なゼロ点かえられるという
こととともに、音響ブＪツジの構造に由来する本発明の
特徴的効果である。

以上においては、検出ダクト５の音響インビダンスは（
２）式で示した音響イナータンスによる虚数成分２ｎｊ
ｒＬ　（ｊ　＝　ｆ：Ｔ）のみから成るとして説明され
ているが、検出ダクト５か細い場合には、このほかに、
気体の粘性による実数成分の音響抵抗Ｒが加わる。しか
しながら、検出ダクト５の断面がその長さ方向に関して
一様であれば、ＬもＲも長さ方向に関して一様であるか
ら、検出ダクト５の内部の音圧の振幅が、ダクトの下端
から一ト端に行くにしたがってＰ２からＰｌに直線的に
変化することには変りなく、したがって（１１）式から
（１６）式までの式には何の変更もない。すなわち、本
発明の本質は、このように細い検出ダクトを使用する場
合においても何等損なわれることはない。なお検出ダク
ト５が非一様断面の場合についても本発明を適用できる
が、これについては第４実施例において詳述する。

（第２実施例） 第１図の装置においては、減算増幅器１９の出力Ｅｏ−
Ｅ、によってパワー増幅器１２のゲインをＥ　ｏ　　Ｅ
　１の大きさが一定となるように調節し、これによって
検出ダクト５の両端に作用する音圧の差の大きさｐ２−
ｐ、が一定の値に保たれるようになっているが、この制
御は本発明に必要というものではない。音源のスピーカ
の出力インピーダンスが小さく、かつパワー増幅器１２
から供給されるスピーカ駆動電流の振幅が安定している
ならば、それだけでｐ２−ｐ、は一定で、容器１内部の
音圧を検出する補助的なマイクロホン８はいらなくなる
。この場合、マイクロホン７の出力を同期整流するため
の位相基準信号としては、第９図に示すように、発振器
１１の出力を用いることができる。

また、マイクロホン８を使用するとしても、第１図の装
置のようにパワー増幅器１２のゲインを調節するのでは
なく、第４図に示すように、整流された信号Ｅ。とＥｌ
の両方を演算回路１０にとり入れるようにしても、余積
ｖ２を知ることができる。すなわち（１５）式を書き直
すと となり、この式によってＥ。とＥｌの値から余積ｖ２が
求められ、さらに体積■３が求められる。

ここでＥ。は余積ｖ２によって変化する主たる信号であ
り、一方、Ｅ、はｖ２によってはあまり変化せず、主と
して駆動音圧の大きさによって変化する補助的な信号で
、この両者が演算回路にとり入れられて上記の演算が行
われる。

（第３実施例） 第５図は検出ダクトに複数個のマイクロホンをつけた実
施例で、検出ダクト５には４個のマイクロホン７ａ、７
ｂ、７ｃ、７ｄがつけられており、それぞれ小孔を通し
て検出ダクト５内部の下端から１２ａ、Ｉ２Ｉ、、氾。

、Ｑ６なる距離の点における音圧を検出する。これらの
マイクロホンの出力は増幅器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、
　＋３ｄによって増幅され、同期整流回路１４ａ、　１
４ｂ、　１４ｃ、１４ｄによって整流されて、それぞれ
マイクロホンの出力の振幅に比例した大きさの信号Ｅａ
、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅ、になる。これらの信号は演算回路ｌ
Ｏにとり込まれ、そこで余積ｖ２の値が算出され、さら
に体積ｖ３の値が算出される。１９°は減算増幅器で増
幅器１３ａと１３ｄの出力の差を作り、これを位相基準
信号として同期整流回路１４ａ、１４ｂ、　１４ｃ、　
１４ｄに供給する。上記以外の部分は第１図の装置と同
様であるが、ただし、本実施例では基準容器１内部の音
圧な検出するマイクロホン８は使用しない。また、パワ
ー増幅器１２のゲインの調節も不要である。

余積ｖ２と整流された信号Ｅ８、Ｅゎ、ＥＣ，Ｅ、との
関係は第６図の４本の曲線のようになるが、これらのう
ち、いずれの関係を用いても余積Ｖ２の値を知ることが
できる。しかしながら、これらの曲線は横座標軸をよぎ
るゼロ点付近が最も安定であり、このゼロ点から離れる
に従ってマイクロホン感度の変化などによる誤差が大き
くなっていく。したがって余積■２の算出は、これらの
曲線の安定な部分をつなぎあわせて用いるのが得策であ
る。

上記のことを行う具体的方法としては、たとえば演算回
路１０において、整流された信号の絶対値Ｅ、１、ＩＥ
、１．１Ｅｃｌ、ｌＥ、ｌを比較し、それらのうち最も
小さいものを選択しそれを主たる信号とし、他の一つを
補助的信号として用いて余積ｖ２の算出を行う。すなわ
ち、第６図において、ｖ２がＡの範囲にあるときはＥ８
の曲線によってｖ２の値を算出し、同様にＢの範囲はＥ
ゎの曲線により、Ｃの範囲はＥＣの曲線により、Ｄの範
囲はＥ、、の曲線によってｖ２の値を算出する。いま仮
に、ｖ２がＡの範囲にあるとすると、Ｅ、を主たる信号
として使用し、さらに、たとえばＥ６を補助的信号とし
て使用して なる式によってｖ２の値が算出される。

また、別の方法として、第６図に示すように、Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄの各範囲を、それぞれ対応する信号の正負によっ
てＡ３、Ａ−、Ｂや、Ｂ−１Ｃ１、Ｃ−１Ｄ４、Ｄ−の
範囲に細分し、上記のようにして絶対値の最も小さい信
号を選択したのち、大の信号の正負を検出して、余積■
２の値がこれら８つの範囲の何れにあるかを検知してバ
ーグラフなどにより■２または被測定物体の体積■３の
大きさを表示するようにしてもよい。

検出ダクトにつけた複数個のマイクロホンの出力から余
積ｖ２を求める方法は、上記の他にも種々の方式が可能
であるが、それらに共通ずる本質的な点は、検出ダクト
につけたマイクロホンの出力が余積■２によって変化し
、さらにその出力が０となる■２の値が存在し、そのゼ
ロ点が気体の物理的状態などには無関係で安定している
ということである。

（第４実施例） いままでに説明した実施例においては、検出ダクト５は
一様断面を有するものとされていたが、第７図（ａ）は
−様でない断面を有する検出ダクトである。この検出ダ
クトは第１図の装置の５に相当するものであるが、それ
は扁平断面で断面積の大きい管５０１の上部に円形断面
で断面積の小さい管５０２が継ぎ合わされてできている
。その全長はｌであり、また下端から２゜なる距離のと
ころにマイクロホン７がつけられている。

いま、−８９に下端からＸなる距離における検出ダクト
の断面積をＸの関数としてＳ　（ｘ）とすると、（２）
式で明らかなように、管の音響イナータン又は断面積に
反比例するので によって表わされるＣｏおよび氾。′なる量は、それら
の物理的次元は長さではないが、それぞれＣおよびρ。

の実効長とみなすことができる。すなわちｆｉｌ）、（
１４）、（１５）、（１６）、（１７）式における氾お
よびρ。をそれぞれＣ”および！！、ｏ’で替えれば、
これらの式は、−様でない断面の検出ダクトを用いる場
合にもそのまま適用できる。また（１８）式における！
２．ｌｌｌ！、を、同様に定義される実効長ρ８′、Ｉ
２．’に替えることにより、断面が一様でない検出ダク
トに複数個のマイクロホンをつける場合の余積■２の計
算式が与えられる。

以上から明らかなように、断面積が小さい管は、同じ長
さで断面積が大きい管に比べて実効長が長い。第７図ｔ
ａ＋のように、太い管に細い管を接続して検出ダクトを
構成すると、−様断面の太い管だけを使用する場合にく
らべて、検出ダクトの全長℃を短縮することができる。

これが、このように断面が一様でない検出ダクトを使用
する一つの理由である。なお、５０４は細い管５０２の
途中に開けられた小孔で、ふだんはゴム栓５０５によっ
てふさがれているが、ゴム栓５０５をとると、小孔５０
４の位置が管５０２の開口部になるので、この小孔の開
閉によって検出ダクトの全長！を変えることができる。

前記のように、管の音響インピーダンスは、その管が太
い場合には（２）式で示したようなイナータンスによる
虚数成分２ｎｊｆＬのみであり、その大きさは断面積に
反比例するが、管が細くなると、実数成分の音響抵抗Ｒ
が無視しえない大きさになる。これは、管が細くなった
とき、気体の粘性による音響抵抗ＲがイナータンスＬよ
りも速い速度で太き（なるためである。一方、音響抵抗
Ｒは、イナータンスＩ、とは異なり、管の断面積だけで
なく、その断面の形状にも太き（影響される。

上記のように、断面積の異なった管を継ぎ合わせて検出
ダクトを構成する場合、断面積の違いにかかわらず、そ
れぞれの管のイナータンスＩ、と音響抵抗Ｒの比が一定
になることが望ましい。第７図ｆａｌ　において管５０
１を扁平な断面にしたのは、１１ｊ１ヨ断面の場合にく
らベーＣ？゛？響＋１Ｌ抗を大きくして、上記の比Ｌ　
／　Ｈの値を細い管５０２のそれに整合させるためであ
る。同様の目的で、管５旧の下端にグラスウールなどの
音響抵抗材料でできたイコライザ５０３をつけることも
ある。

管の断面積を変えずに音響抵抗だけを大きくする方法は
上記のほかにも種々あり、たとえば、管５０１の、内部
に仕切機を挿入してその断面を仕切ると、管内の気体が
接する壁の面積が増加して音響抵抗が大きくなる。この
方法をさらに延長する２　］ と、第７図ｔｂ＋　に示すように、検出ダクトを、その
上部は１本の管５０８で、下部はそれと同一断面形の２
木の分岐管５０６と５０７によって構成するという方法
に至る。この場合、マイクロホン７がつけられていると
ころの検出ダクトの断面積は上部の管５０８の断面積の
２倍であるが、５０６．５０７．５０８の３木の管は同
一断面形なので、それぞれにおけるＬ／Ｈの値は互いに
等しい。

（第５実施例） 第８図は本発明を容器に入れられた燃料の残量計に適用
した実施例である。この場合、基準容器ｌと測定容器２
は一体に作られており、２の中に入れられている体積Ｖ
、の被測定物体３は液体燃料である。本実施例において
は容器１と２の中を充たしている作動気体は燃料蒸気で
あるから、防爆上の理由から、電気的な駆動部分を容器
外部に設けた音源を採用している。すなわち、基準容器
ｌの中央部のへこみには鉄心２０、コイル２１からなる
電圃石がはめ込まれ、接着剤２２によって固着されてい
る。基準容器ｌと測定容器２との間の隔壁４″の中央部
は可撓性のダイアフラムの振動板２６になっており、そ
れには鉄板２６°が貼りつけられている。発振器３１の
出力信号に対応した電流をパワー増幅器３２を介してコ
イル２１に流すと、容器１の中央部の壁２７を隅でて鉄
板２６゛　に磁力が作用して振動板２６が振動し、容器
１および２内部の気体に差動的に体積変化が与えられて
音響的に駆動される。

容器１と２の内部を音響的に結合する検出ダクトは、本
実施例の場合は、これらの容器の外に設けられており、
細い管５°　と太い管５°゛が継ぎ合わされて成ってい
る。２４は電磁切換弁であって、導圧管２３′　によっ
て導かれる容器１内部の音圧ｐ＋（ｔ）と、５°　と５
−の継ぎ目から導圧管２３を通して導かれる検出ダクト
内の音圧な、制御信号発信器３７から供給される切換信
号に応じて、導圧管２５を通して圧力検出器３０に交互
に導入する。３０の出力は増幅器３３、雑音を除去する
ためのフィルタ３４を通ったのち整流回路３５によって
上記の出力の振幅に比例した大きさの信号になり、演算
回路３６にとり込まれる。同時に、３７からの切換信号
も３６に与えられ、いまとり込んだ信号の値が容器１内
部の音圧ｐ　ｒ　（ｔｌの大きさを表わすものか、ある
いは検出ダクト内部の音圧の大きさを表わすものかの区
別がなされる。

演算回路３６において燃料の体積■３を算出する方法は
、第４図によって説明した第２実施例と全く同様である
。しかしながら、第１図のように、容器１内部の音圧ｐ
　＋　（ｔ）と検出ダクト内部の音圧をそれぞれ別個の
圧力検出器８と７で検出すると、前記の測定ゼロ点以外
のところではこれら二つの圧力検出器の感度のドリフト
によって体積の測定値に誤差を生ずる。本実施例のよう
に一つの圧力検出器によって上記二つの音圧を交互に切
り替えて検出することにより、このような圧力検出器の
感度のドリフトによる誤差は避けられる。

なお、第８図において、２８はひさしで、液体燃料がス
ロッシングによって管５′　、５１を通して基準容器ｌ
の内部に入ることを防止するものである。２９は小径の
ドレン孔で、万一１の内部に燃料が入ったとき、それを
下部の容器２に排出するものであるが、２９の径が小さ
いのでその音響インビダンスは管５“、５パからなる検
出ダクトのそれにくらべて十分に大きい。３８と３９は
外気に通ずる小孔で、容器ｌおよび２の内部の静圧を外
部の大気圧と平衡させるとともに、その小孔の音響抵抗
によって容器ｌ内部の？１圧ｐｌ（Ｌ）および容器２内
部の音圧１１）２（１；）の位相を調整し、（１６）式
で示した測定ゼロ点が明確にえられるようにする働きを
する。

（第６実施例） 以上に説明した実施例は、いずれも検出ダクトにつけた
マイクロホンによって検知されるタクト内の音圧の振幅
によって測定容器内の余積な知るものであったが、第９
図は、検出ダクトにつけた圧力検出器のマイクロホンの
出力がＯとなるように基準容器の容積Ｖ、を変えて音響
ブリッジの平衡をとる方式の、いわゆる零位法による実
施例である。

第９図において、被測定物体３を入れた測定容器２の蓋
４０の上に基準容器であるベローズ４１がつけられてい
るが、その容積Ｖ１はベローズの底板４６を上下に変位
させることにより変えられる。すなわち、蓋４０の上に
は基板４７が支柱４２．４２′によって支えられており
、その上にモータ４８がつけられていて、上記の底板４
６はこのモータの出力軸４５の回転によって」１臼こ変
位するようになっている。。

方、蓋４０の容器２とベローズ４１との間の隔壁をなす
部分には、長さＣの検出ダクト５および音源のスピーカ
６か−〕けられており、またダクト５の下端からｅ。な
る距離の位置には５内部の音圧を検出するマイクロホン
７がつけられている。マイクロホン７の出力は端子１７
を経て増幅器Ｉ３に至り、そこで増幅されたのち同期整
流回路１４によって整流され上記出力の振幅に比例した
大きさの直流信号になる。この直流信号はさらに増幅器
４９で増幅されてモータ４８の回転を制御する。１１は
発振器、１２はパワー増幅器であり、その出力は端子１
８を経て音源のスピーカ６の入力端子に接続され、スピ
ーカ６の振動板のコーンは１１の発生する信号にしたが
って振動し、この装置を音響的に駆動する。なお、発振
器１１の出力は同期整流回路１４にも位相基準信号とし
て与えられる。

前記のモータ４８は、マイクロホン７の出力が０となる
方向に動作するようになっており、ベローズ４１の容積
■１が（１６）式で表わされる平衡条件を満足したとき
にマイクロホン７の出力はＯとなりモータ４８は停止す
る。ベローズの底板４６の変位はそれにつけた指針４４
と支柱４２につけた目盛板４３によって読みとられるが
、この目盛板に被測定物体の体積ｖ３の値を目盛ってお
けば、■３の値を直読できる。あるいは、モータの出力
軸４５の回転を電気的信号に変換し、この信号を外部の
演算装置に送ってｖ３の値を演算表示することなども容
易である。

このように、本実施例では、マイクロホン７は容器２、
ベローズ４］、検出ダクト５からなる音響ブリッジの平
衡を検知するだけであるから、その感度の変化によって
体積の測定値に誤差を生ずることはない。

（第７実施例） 第１Ｏ図は検出ダクトの長さβを変えて音響ブリッジの
平衡をとる方式の実施例である。基準容器１と測定容器
２が一体に形成され、２の中に液体燃料などの被測定物
体３が入れられているが、これらの容器や音源の構造は
、検出タクトの部分を除いて、第８図の装置と全く同一
である。第１θ図の装置においては、検出ダクトは容器
ｌおよび２の外部に設けられており、直管５７．５７°
とこれらに可動的にはめられたＵ字管５８からなってい
て、容器ｌと２の内部を音響的に結合している。直管５
７の側壁には検出ダクト内の音圧を検出するマイクロホ
ン５０がつけられており、その出力は増幅器５３、フィ
ルタ５４、整流回路５５によって振幅に比例した大きさ
の信号となり、メータ５６によって表示される。

いま、Ｕ字管５８を点線で示すように直管５？、　５７
から手動により抜き差しして検出ダクトの長さβを変え
、メータ５６の表示が最小になるようにして音響ブリリ
ジの平衡をとると、そのときには（１６）式の平衡条件
が成り立っている。したがって、Ｕ字管５８の変位をそ
れにつけた指針５２と支柱５９の先につけられた目盛板
５１ニよって読みとれば、被測定物体の体積Ｖ３を知る
ことができる。

（第８実ｈｕ例） 第１１図は検出ダクト内でマイクロホンの位置を変えて
音響ブリッジの平衡をとる方式の実施例である。すなわ
ち、本実施例は検出ダクト内で音圧を検出する点の下端
からの距離β。を変えて（１６）式の平衡条件を満たす
ようにするものである。基準容器′ｌと測定容器２が一
体に形成され、２の中に液体燃料などの被測定物体３が
入れられているが、これらの容器や音源の構造は、ひさ
し２８がないことと検出ダクトの部分を除いて、第１０
図の装置と全く同一である。

第１１図の装置においては、容器１と２の間の隔壁４″
につけられた検出ダクト５の中に１−下にしゅう動じな
がら変位するしゆう動管６３が入れられており、その先
端に圧力検出器のマイクロホン６０が一つけられている
。マイクロホン６０の出力は増幅器５３、フィルタ５４
、整流回路５５によって振幅に比例した大きさの信号と
なりメータ５６によって表示される。

ここてしゅう勤管６３を手動により上下させてマイクロ
ホン１）０の検出ダクト下端からの距離！。を変え、メ
ータ５６の表示が最小となるようにしてブリッジの平衡
をとると、そのときには（１６）式の平衡条件が成り立
っている。したがってしゆう動管６３の変位をそれにつ
けた指針６２とＬ−１盛板６１によって読みとれば、被
測定物体の体積■３を知ることができる。

なお、マイクロホンを検出ダクトの中に入れるかわりに
、マイクロホンの先端に細い管をつけた、いわゆるプロ
ーブマイクロホンを用いて、そのプローブの先端を検出
ダクト５の内部に挿入してしゅう動するようにしてもよ
い。要は、検出タクト内部の音圧を検出する点の位置を
変位させることである。また、第６実施例と同様にして
、上記のブリッジの平衡をとる動作を自動化することも
容易にできる。

（第９実施例） 第１２図は本発明を人体の体積測定に適用した実施例を
示すものである。人体の体積がわかれば、それと体重か
ら人体の比重を算出することができ、そこからさらに人
体の脂肪率を知ることができる。従来は、人体の比重測
定は被験者を完全に水中に沈めて測った水中体重から算
出されているが１本発明によれば乾燥状態で同等の測定
ができる。

第１２図において、１０１は被測定物体である被験者３
を入れる箱で、その中には縦ｆｉ１０４と横機１０５で
てきた椅子があり、被験者をこの椅子に座らせて透明な
強化ガラスの蓋１０２を閉じる。蓋１０２の周囲は蓋自
身の重量によってバッキング１０３．１０３′と密着し
気密性が保たれるようになっている。上記の椅子の下の
空間は容積Ｖ＋の基準容器１となり、かつ、その中に、
音源のスピーカ６、検出ダクト５、その検出ダクトにつ
けたマイクロホン７および増幅器や整流回路などからな
る電子回路１０９が組込まれている。また基準容器１内
部の音圧を検出するマイクロホンは上記の電子回路１０
９の中に含まれている。電子回路１０９の出力信号はさ
らにコネクタ１０８を経て外部の演算回路（図示せず）
に至り、そこで被験者の体積ｖ３の算出や表示が行われ
る。１０７は裏蓋で、基準容器内部の部品の点検などは
この善をあＬＪで行われるが、測定時にはこの裏蓋は密
閉される。１０６゜１０６′は充填部材であって、測定
に関係ない無駄な空間に木材など音響的に密な材料でで
きた部材を充填することにより余積ｖ２を小さくして、
人体の体格測定の精度を向上させるものである。

第１２図の装置では、第１図によって示した第１実施例
の体積測定方式が用いられているが、第２実施例から第
８実施例までに示したいずれの測定方式もこの人体の体
積測定装置に適用ずろことができる。なお、−ｅに音声
信号は１００ヘルツ以」−の周波数成分よりなり、一方
、この人体の体積測定装置の音源の駆動には数十ヘルツ
以下の周波数の信号が用いられ、この両者の信号の周波
数帯域は完全しこ分離しているから、音源のスピーカ６
を外部の測定者から装置内部の被験者に対して口頭で指
示を与えるためのモニタスピーカとして兼用することが
できる。すなわち、体積測定のための低周波の駆動信号
に、装置外部のマイクロホンからの音声信号を重畳して
スピーカ６に与えるようにしても、測定にはなんら支障
ない。また、第１２図の装置全体を電子台秤１こ載ぜ、
被験者の体重も体積と同時に測定して演算回路に送るよ
うにすれば、単に人体の体積を測定表示するだけでなく
、その比重や脂肪率も同時に演算して表示することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例、第２図は第１図の装置の
音響系の等価回路、第３区はマイクロホン出力の振幅の
大きさと余積■２との関係、第４図は本発明の第２実施
例における電子回路、第５図は本発明の第３実施例にお
ける複数個のマイクロホンをつけた検出ダクトと電子回
路、第６図は第５図の装置における各マイクロホンの出
力の振幅の大きさと余積Ｖ２との関係、第７図は本発明
の第４実施例における一様でない断面を有する検出ダク
ト、第８図は一つの圧力検出器を切替えて使用する方式
の本発明の第５実施例、第９図は基準容器の容積ｖ１を
変えて音響ブリッジの平衡をとる方式の本発明の第６実
施例、第１０図は検出ダクトの長さ２を変えて音響ブリ
ッジの平衡をとる方式の本発明の第７実施例、第１１図
は検出ダクト下端からマイクロホンまでの距離Ｃ６を変
えて音響ブリッジの平衡をとる方式の本発明の第８実施
例、第１２図は本発明を人体の体積測定に適用した第９
実施例である。 １・・基準容器、２　・・・測定容器、３・・・被測定
物体、４・・・・着、４′　・・・・隔壁、５．５’、
５”・・・検出ダクト、６・・・・音源のスピーカ、７
．８・・・・圧力検出器のマイクロホン、９・・・・調
整プラグ、１０・・・・演算回路、１１・・・発振器、
１２・・・・パワー増幅器、１３．１５・・・・増幅器
、１４・・・・同期整流回路、１６・・・整流回路、１
７．１８・・・端子、１９・・・・減算増幅器、２０・
・・・鉄心、２１　　　コイル、２２・・・接着剤、２
３．２３’　、　２５・・・・導圧管、２４・・・・電
磁切替弁、２６・・・・音源の振動板、２６°　・・・
・鉄板、２７・・・容器の壁、２８・・・・ひさし、２
９・・　ドレン孔、３０・・圧力検出器、３１・・・発
振器、３２・・・パワー増幅器、３３・・・増幅器、３
４・・・・フィルタ、３５・・・整流回路、３６・・・
・演算回路、３７・・・・制御信号発信器。 ３８．３９・・・・小孔、４０・・・・蓋、４１・・・
・基準容器のベローズ、４２．４２′　　・支柱、４３
　　・目盛板、４４・・・指針、４５・・・・モータの
出力軸、４６・・・・ベローズの底板、４７・・基板、
４８・・・・モータ、４９・・・増幅器、５０・・圧力
検出器のマイクロホン、５１・・・・目盛板、５２・　
・指針、５３・−・増幅器、５４・・フィルタ、５５・
　整流回路、５６・・メータ、５７．５７′　・・・・
直管、５８・・・・Ｕ字管、５９・・・支柱、６０−・
・・圧力検出器のマイクロホン、６１・・・・目盛板、
６２・・・・指針、６３・・・・しゅう動管、１０１・
・・・被験者を入れる箱、１０２・・・・蓋、１０３．
１０３′・・・・バッキング、１．０４・・・縦板、１
０５　　・・・横板、１０６．１０６′　・・充填部材
、１０７・・・・裏蓋、１０８・・・・コネクタ、１０
９・・・電子回路、５０１　・・・・太い管、５０２・
・・・細い管、５０３・・イコライザ、５０４　　・　
孔、５０５・・・・ゴム栓、５０６，５０７・・・・分
岐管、５０８−・・・管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定容器と、基準容器と、上記測定容器と上記基準
   容器を結合する少なくとも一つの検出ダクトと、上記測
   定容器と上記基準容器に差動的に交番的体積変化を与え
   て内部の気体を音響的に駆動する音源と、上記検出ダク
   ト内部の点における音圧を検出する少なくとも一つの圧
   力検出器とからなり、上記圧力検出器の出力の振幅によ
   り測定容器の中に入れた被測定物体の体積を知ることを
   特徴とする音響式体積計。 ２、測定容器と、基準容器と、上記測定容器と上記基準
   容器を結合する少なくとも一つの検出ダクトと、上記測
   定容器と上記基準容器に差動的に交番的体積変化を与え
   て内部の気体を音響的に駆動する音源と、上記検出ダク
   ト内部の点における音圧を検出する圧力検出器とからな
   り、上記圧力検出器の出力が最小となるように上記基準
   容器の容積を変えてそのときの容積により上記測定容器
   に入れた被測定物体の体積を知るか、あるいは上記圧力
   検出器の出力が最小となるように上記検出ダクトの長さ
   を変えてそのときの長さにより上記被測定物体の体積を
   知るか、あるいは上記圧力検出器の出力が最小となるよ
   うに上記検出ダクト内部の音圧を検出する点を変位させ
   てそのときの変位量により上記被測定物体の体積を知る
   ことを特徴とする音響式体積計。