JPH0552635A - Ultrasonic type liquid level gauge - Google Patents

Ultrasonic type liquid level gauge

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JPH0552635A
JPH0552635A JP3279988A JP27998891A JPH0552635A JP H0552635 A JPH0552635 A JP H0552635A JP 3279988 A JP3279988 A JP 3279988A JP 27998891 A JP27998891 A JP 27998891A JP H0552635 A JPH0552635 A JP H0552635A
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ultrasonic
ultrasonic element
liquid level
tube
pulse
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Shigeki Ogawa
茂樹 小川
Hiroki Kuwano
博喜 桑野
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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an ultrasonic type liquid level gauge capable of measuring a distance without being influenced by sound speed change, of reducing an installation area, and also of securing a measurement range sufficiently. CONSTITUTION:An ultrasonic type liquid level gauge is constituted in such a way that a transmitting ultrasonic element 1 and a receiving ultrasonic element 2 are inserted into one edge inside of a pipe 5, and the other edge is dipped into a liquid level 3. Furthermore, a microscopic reflecting plate 7 is arranged in a part of cross section inside of the pipe 5 away by a constant distance from the ultrasonic elements 1 and 2, and ratio of a reflected wave receiving time at the reflecting plate 7 and a reflected wave receiving time at the liquid level 3 is measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、容器等に収容されてい
る液体の液面の位置を超音波の反射波を用いて検出する
超音波式液面レベル計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic type liquid level meter for detecting the position of the liquid level of a liquid contained in a container or the like using reflected waves of ultrasonic waves.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超音波式液面レベル計としては、
図8に示すようなものがある。これは送信用超音波素子
1と受信用超音波素子2を平面的に配置し、送信用超音
波素子1より放射された超音波が液面3で反射されて戻
ってきたものを受信用超音波素子2で受け、その間の時
間Tを計測することにより、超音波素子から液面までの
距離Xを次式 X=CT/2(C:音速)より求めるも
のである。
2. Description of the Related Art As a conventional ultrasonic type liquid level meter,
There is one as shown in FIG. This is because the transmitting ultrasonic element 1 and the receiving ultrasonic element 2 are arranged in a plane, and the ultrasonic waves emitted from the transmitting ultrasonic element 1 are reflected by the liquid surface 3 and returned to the receiving ultrasonic element. The distance X from the ultrasonic element to the liquid surface is obtained by the following equation: X = CT / 2 (C: sound velocity) by measuring the time T received by the acoustic element 2.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】音速Cは媒質の密度に
よって変わるため、温度や気圧の変化の影響を受け、特
に、周囲温度tに対しては、C=331.5+0.60
7t(m/s)のように変化する。従って、これを補正
するためには、別に温度検出手段を設ける必要があっ
た。さらに別の問題として、従来の構成では、放射され
た超音波が拡散するため、測定距離が長くなると受信レ
ベルが急激に低下し、測定不能となる。これを避けるた
めには、超音波素子を大形化せざるを得ず、このために
限られた取り付け面積に収容できない場合も生ずる。
Since the speed of sound C changes depending on the density of the medium, it is affected by changes in temperature and atmospheric pressure. Especially, for ambient temperature t, C = 331.5 + 0.60.
It changes like 7t (m / s). Therefore, in order to correct this, it is necessary to provide a temperature detecting means separately. As yet another problem, in the conventional configuration, the radiated ultrasonic waves are diffused, so that the reception level sharply decreases when the measurement distance becomes long, and the measurement becomes impossible. In order to avoid this, the ultrasonic element has to be made large in size, which may cause a case where it cannot be accommodated in a limited mounting area.

【0004】本発明は上記の実情に鑑みてなされたもの
で、音速の変化に影響されない距離測定が可能で、かつ
取り付け面積も小さくでき、測定範囲も十分確保できる
超音波式液面レベル計を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an ultrasonic liquid level meter capable of measuring a distance that is not affected by changes in sound velocity, reducing the mounting area, and ensuring a sufficient measurement range. The purpose is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、超音波素子を、管の内部の一端に挿入し、
他端を液面に浸すように構成するとともに、該超音波素
子から、一定距離だけ隔てた管内部の断面の一部に微小
な反射板を設け、該反射板での反射波の受信時間と液面
での反射波の受信時間との比を計測するようにしたもの
である。
In order to solve the above problems, the present invention inserts an ultrasonic element into one end inside a tube,
The other end is soaked in the liquid surface, and a minute reflector is provided in a part of the cross section inside the tube that is separated from the ultrasonic element by a certain distance, and the reception time of the reflected wave at the reflector is The ratio of the reflected wave on the liquid surface to the reception time is measured.

【0006】[0006]

【作用】本発明は、既知の距離に対する反射波の受信時
間と、未知の距離に対する反射波の受信時間との比を測
定して、未知の距離を算出するようにしたものであるか
ら、音速を直接求める必要がなく、これが変化しても測
定に影響しない。
According to the present invention, the unknown distance is calculated by measuring the ratio of the reception time of the reflected wave to the known distance and the reception time of the reflected wave to the unknown distance. Does not need to be calculated directly and changes in this will not affect the measurement.

【0007】また、超音波素子を管の内部に挿入し、超
音波を液面まで管内に封じ込めた状態で送信させる構成
のため、超音波の拡散が少なく、効率よく反射波を受け
ることができる。この結果、小形の超音波素子で十分な
測定範囲を確保できる。
Further, since the ultrasonic element is inserted inside the tube and the ultrasonic wave is transmitted while the liquid level is enclosed in the tube, the ultrasonic wave is less diffused and the reflected wave can be received efficiently. .. As a result, a small ultrasonic element can secure a sufficient measurement range.

【0008】[0008]

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0009】図1は本発明の第一の実施例を示す断面図
である。送信用超音波素子1と受信用超音波素子2は超
音波素子ホルダ4の内部に挿入されている。さらに超音
波素子ホルダ4は管5の一端に挿入されており、管6の
他端は、液面3に浸っている。また、これらの超音波素
子1,2から一定距離dだけ隔てた管5内部の断面の一
部に微小な反射板7が設置されている。また、6は液面
3のレベルが変化したときに管5内部の空気が出入りす
るための通気孔であり、管5の一部、あるいは超音波素
子ホルダ4の一部に設けられている。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention. The transmitting ultrasonic element 1 and the receiving ultrasonic element 2 are inserted inside the ultrasonic element holder 4. Further, the ultrasonic element holder 4 is inserted into one end of the tube 5, and the other end of the tube 6 is immersed in the liquid surface 3. Further, a minute reflector 7 is installed on a part of the cross section inside the tube 5 separated from the ultrasonic elements 1 and 2 by a constant distance d. Further, 6 is a ventilation hole for allowing air inside the tube 5 to flow in and out when the level of the liquid surface 3 changes, and is provided in a part of the tube 5 or a part of the ultrasonic element holder 4.

【0010】いま、送信用超音波素子1から放射された
超音波が反射板7で反射されて、受信用超音波素子2に
到達するまでの時間をT1 、送信用超音波素子1から放
射された超音波が液面3で反射されて、受信用超音波素
子2に到達するまでの時間をT2 、これらの超音波素子
1,2から液面3までの距離をX、音速をCとすると、
2d=CT1 、2x=CT2の関係があるから、液面ま
での距離Xは、 X=d×(T2 /T1 ) 上式において、dは既知であるから、T1 とT2 との比
(T2 /T1 )を計測することにより、Xが求まる。同
式には音速Cが含まれないから、温度、気圧などの変動
により、音速Cが変化しても計測の精度には影響しな
い。
Now, the ultrasonic wave radiated from the transmitting ultrasonic element 1 is reflected by the reflection plate 7 and reaches the receiving ultrasonic element 2 in time T 1 , and is radiated from the transmitting ultrasonic element 1. The time required for the reflected ultrasonic waves to be reflected by the liquid surface 3 and reach the receiving ultrasonic element 2 is T 2 , the distance from the ultrasonic elements 1 and 2 to the liquid surface 3 is X, and the sound velocity is C. Then,
Since there is a relationship of 2d = CT 1 and 2x = CT 2 , the distance X to the liquid surface is X = d × (T 2 / T 1 ) In the above equation, d is known, so T 1 and T 2 X is obtained by measuring the ratio (T 2 / T 1 ) with Since the sound velocity C is not included in the equation, even if the sound velocity C changes due to fluctuations in temperature, atmospheric pressure, etc., it does not affect the measurement accuracy.

【0011】一方、超音波素子を管の内部に挿入し、超
音波を液面まで管内に封じ込めた状態で送信する構成の
ため、超音波の拡散が少なく、効率よく反射波を受ける
ことができる。この結果、小形の超音波素子で十分な測
定範囲を確保できる。
On the other hand, since the ultrasonic element is inserted inside the tube and the ultrasonic wave is transmitted while the liquid level is confined in the tube, the ultrasonic wave is less diffused and the reflected wave can be received efficiently. .. As a result, a small ultrasonic element can secure a sufficient measurement range.

【0012】図2は、本発明の第二の実施例を示す断面
図である。本実施例は、送信用超音波素子1から直接、
受信用超音波素子2に入り込んでくる、いわゆる廻り込
み波を減らすために、送信用超音波素子1と受信用超音
波素子2とを超音波を送信する方向に一定の距離d2
けずらして超音波素子ホルダ4に挿入したものである。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, directly from the transmitting ultrasonic element 1,
In order to reduce the so-called wraparound wave that enters the receiving ultrasonic element 2, the transmitting ultrasonic element 1 and the receiving ultrasonic element 2 are displaced by a certain distance d 2 in the ultrasonic wave transmitting direction. It is inserted in the ultrasonic element holder 4.

【0013】送信用超音波素子1から液面3までの距離
をX、送信用超音波素子1から反射板7までの距離をd
1 とすると、2d1 +d2 =CT1 、2X+d2 =CT
2 の関係があるから、液面までの距離Xは X=(d
1 +d2 /2)(T2 /T1 )−d2 上式において、d1 ,d2 は既知であるから、前記の実
施例と同様にT1 とT2 の比(T2 /T1 )を計測する
ことにより、Xが求まる。
The distance from the transmitting ultrasonic element 1 to the liquid surface 3 is X, and the distance from the transmitting ultrasonic element 1 to the reflector 7 is d.
If it is 1 , 2d 1 + d 2 = CT 1 , 2X + d 2 = CT
Since there is a relationship of 2 , the distance X to the liquid surface is X = (d
In 1 + d 2/2) ( T 2 / T 1) -d 2 above equation, d 1, from d 2 are known, the embodiment similarly to T 1 and the ratio of T 2 of the (T 2 / T X can be obtained by measuring 1 ).

【0014】図3は(T2 /T1 )を計測するための測
定回路の一実施例であり、また図4は該測定回路の各部
の波形を説明する図である。図3において、8は低周波
発振器であり、図4(a)に示すようにパルス幅Δt、
周期tc のパルスを出力する。9は高周波発振器であ
り、送信用超音波素子1の共振周波数で発振する。10
はNANDゲートであり、8と9の出力を合成して図4
(b)に示すような変調信号を送信用超音波素子1の端
子に与える。従って、Δtの間、超音波が送信され、こ
れがtc 秒毎に繰り返される。ここで、tc は最長距離
測定時のT2 よりも多少、長くなるように設定する。ま
た、11は受信用超音波素子2で検出される信号を増幅
する増幅回路である。12は検波・平滑回路であり、受
信波形の包絡線の正の部分を出力する。13は微分回路
であり、入力波形を微分し、その正の部分を出力する。
14aはT1 を求めるためのしきい値設定回路であり、
低周波発振器8のパルス出力の立ち上がりをトリガーと
して、パルス幅t1 、ロー(low)レベルがvl、ハ
イ(high)レベルがvhのパルス波を出力する。1
4bはT2 を求めるためのしきい値設定回路であり、し
きい値設定回路14aと同様に、パルス幅t2 、ローレ
ベルがv1,ハイレベルがvhのパルス波を出力する。
15a,15bは電圧比較器、16a,16bはRSフ
リップフロップ、17a,17bはパルス幅に比例した
電圧を出力するパルス幅/電圧変換回路、18は割り算
器である。
FIG. 3 shows an embodiment of a measuring circuit for measuring (T 2 / T 1 ), and FIG. 4 is a diagram for explaining the waveform of each part of the measuring circuit. In FIG. 3, reference numeral 8 denotes a low frequency oscillator, which has a pulse width Δt, as shown in FIG.
It outputs a pulse of period t c . A high frequency oscillator 9 oscillates at the resonance frequency of the transmitting ultrasonic element 1. 10
Is a NAND gate, which combines the outputs of 8 and 9 and
A modulated signal as shown in (b) is applied to the terminal of the transmitting ultrasonic element 1. Therefore, during Δt, ultrasonic waves are transmitted and this is repeated every t c seconds. Here, t c is set to be slightly longer than T 2 at the time of measuring the longest distance. Reference numeral 11 is an amplifier circuit that amplifies a signal detected by the receiving ultrasonic element 2. Reference numeral 12 is a detection / smoothing circuit, which outputs the positive portion of the envelope of the received waveform. Reference numeral 13 is a differentiating circuit, which differentiates the input waveform and outputs the positive part thereof.
14a is a threshold value setting circuit for obtaining T 1 .
The rising of the pulse output of the low frequency oscillator 8 is used as a trigger to output a pulse wave having a pulse width t 1 , a low level of vl, and a high level of vh. 1
4b is a threshold setting circuit for obtaining a T 2, like the threshold setting circuit 14a, the pulse width t 2, low level v1, the high level and outputs a pulse wave of vh.
Reference numerals 15a and 15b are voltage comparators, 16a and 16b are RS flip-flops, 17a and 17b are pulse width / voltage conversion circuits for outputting a voltage proportional to the pulse width, and 18 is a divider.

【0015】次に、(T2 /T1 )の測定動作を説明す
る。受信用超音波素子2で受信した波形を増幅回路11
で増幅すると、例えば図4(c)のような波形が得られ
る。ここで、F0 の部分は廻り込み波、F1 の部分は反
射波からの反射波、F2 の部分は液面からの反射波によ
るものであり、F1 の部分までの時間がT1 、F2 の部
分までの時間がT2 である。この波形は検波・平滑回路
12を通ると図4(d)のようになる。さらに微分回路
13を通ると図4(e)のような微分波形が得られ、微
分波形P0 ,P1 ,P2 はそれぞれ、F0 ,F1 ,F2
の立ち上がり部分に対応する。ここで、しきい値設定回
路14aの出力を図4(f)のように設定し、これと微
分波形のレベルを電圧比較器15aを用いて比較すると
図4(g)のようなパルス(リセットパルス1)が得ら
れる。従って、低周波発振器8の出力パルスの立ち上が
りでRSフリップフロップ16aをセットし、リセット
パルス1でリセットすると、RSフリップフロップ16
aの出力は、図4(h)に示すようにパルス幅がT1
周期がtc のパルスとなる。これをパルス幅/電圧変換
回路17aに入力するとT1 に比例した電圧が得られ
る。なお、しきい値設定回路14aのパルス幅t1 は、
0 が発生する時間よりも長く、またP1 が発生する時
間より短くなるように設定する。P1 の発生する時間は
温度によって変動するので、想定される温度範囲を考慮
して、上記の条件を満たすようにすればよい。また、し
きい値設定回路14aのローレベルvlは、微分波形の
ノイズレベルより大きく、微分波形のピークよりは小さ
い値に設定し、ハイレベルvhは、微分波形のピークよ
り十分大きい値に設定する。
Next, the measurement operation of (T 2 / T 1 ) will be described. The waveform received by the receiving ultrasonic element 2 is amplified by the amplifier circuit 11
When amplified by, a waveform as shown in, for example, FIG. 4C is obtained. Here, the F 0 part is due to the wraparound wave, the F 1 part is due to the reflected wave from the reflected wave, and the F 2 part is due to the reflected wave from the liquid surface, and the time to the F 1 part is T 1 , F 2 is T 2 . This waveform is as shown in FIG. 4D when passing through the detection / smoothing circuit 12. Further, when passing through the differentiating circuit 13, a differential waveform as shown in FIG. 4E is obtained, and the differential waveforms P 0 , P 1 and P 2 are F 0 , F 1 and F 2 respectively.
Corresponds to the rising part of. Here, when the output of the threshold value setting circuit 14a is set as shown in FIG. 4 (f) and the level of the differential waveform is compared using the voltage comparator 15a, a pulse (reset) as shown in FIG. 4 (g) is obtained. Pulse 1) is obtained. Therefore, when the RS flip-flop 16a is set at the rising edge of the output pulse of the low frequency oscillator 8 and reset by the reset pulse 1, the RS flip-flop 16a
The output of a has a pulse width T 1 as shown in FIG.
The pulse has a period of t c . When this is input to the pulse width / voltage conversion circuit 17a, a voltage proportional to T 1 is obtained. The pulse width t 1 of the threshold value setting circuit 14a is
It is set to be longer than the time when P 0 occurs and shorter than the time when P 1 occurs. Since the time for which P 1 occurs varies depending on the temperature, it is only necessary to consider the assumed temperature range and satisfy the above conditions. Further, the low level vl of the threshold setting circuit 14a is set to a value higher than the noise level of the differential waveform and smaller than the peak of the differential waveform, and the high level vh is set to a value sufficiently higher than the peak of the differential waveform. ..

【0016】同様にして、T2 に比例した電圧も以下の
ように得られる。しきい値設定回路14bの出力を図4
(i)のように設定し、これと微分波形のレベルを電圧
比較器15bを用いて比較すると、図4(j)のような
パルス(リセットパルス2)が得られる。従って、低周
波発振器8の出力パルスの立ち上がりでRSフリップフ
ロップ16bをセットし、リセットパルス2でリセット
すると、RSフリップフロップ16bの出力は、図4
(k)に示すようにパルス幅がT2 、周期がtc のパル
スとなる。これをパルス幅/電圧変換回路17bに入力
するとT2 に比例した電圧が得られる。なお、しきい値
設定回路14bのパルス幅t2 は、P1 が発生する時間
より僅か長くなるように設定する。またローレベルv
l、およびハイレベルvhは、しきい値設定回路14a
と同様に設定する。
Similarly, a voltage proportional to T 2 can be obtained as follows. The output of the threshold setting circuit 14b is shown in FIG.
By setting as shown in (i) and comparing this with the level of the differential waveform using the voltage comparator 15b, a pulse (reset pulse 2) as shown in FIG. 4 (j) is obtained. Therefore, when the RS flip-flop 16b is set at the rising edge of the output pulse of the low frequency oscillator 8 and reset by the reset pulse 2, the output of the RS flip-flop 16b is
As shown in (k), the pulse has a pulse width of T 2 and a period of t c . When this is input to the pulse width / voltage conversion circuit 17b, a voltage proportional to T 2 is obtained. The pulse width t 2 of the threshold value setting circuit 14b is set to be slightly longer than the time when P 1 is generated. Also low level v
l and the high level vh are the threshold setting circuit 14a.
Set in the same way as.

【0017】ここで、測定可能は範囲は、 t1 <T2
<tc を満たす領域である。
Here, the measurable range is t 1 <T 2
It is a region that satisfies <t c .

【0018】以上のようにして得られたT1 ,T2 に比
例した電圧を割り算器18に入力すると(T2 /T1
が得られる。
When the voltage proportional to T 1 and T 2 obtained as described above is input to the divider 18, (T 2 / T 1 )
Is obtained.

【0019】図5(a)は本発明の第三の実施例を示す
断面図であり、図5(b)は反射板の斜視図である。送
信と受信を共用する超音波素子19は超音波素子ホーン
21の内部に挿入され、さらに超音波素子ホーン21は
管22の一端に挿入されており、管22の他端は、液面
25に浸っている。超音波素子ホーン21は送信と受信
の効率を高めると共に、超音波素子19を管22の断面
の中心に保持する。また、超音波素子19から一定距離
dだけ隔てた管22内部の断面の一部に微小な反射板2
3が設置されている。反射板23の形状は、一例とし
て、リング状のものが用いられる。また、24は液面2
5のレベルが変化したときに管22内部の空気が出入り
するための通気孔であり、管22の一部、あるいは超音
波素子ホーン21の一部に設けられている。
FIG. 5A is a sectional view showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view of a reflector. The ultrasonic element 19 sharing both transmission and reception is inserted inside the ultrasonic element horn 21, and the ultrasonic element horn 21 is inserted at one end of the tube 22, and the other end of the tube 22 is at the liquid level 25. Soaking The ultrasonic element horn 21 enhances the efficiency of transmission and reception, and holds the ultrasonic element 19 at the center of the cross section of the tube 22. In addition, a small reflection plate 2 is formed on a part of the cross section inside the tube 22 separated from the ultrasonic element 19 by a constant distance d.
3 are installed. The shape of the reflection plate 23 is, for example, a ring shape. Further, 24 is the liquid level 2
5 is a ventilation hole for allowing air inside the tube 22 to flow in and out when the level changes, and is provided in a part of the tube 22 or a part of the ultrasonic element horn 21.

【0020】いま、超音波素子19から放射された超音
波が反射板23で反射されて戻ってくるまでの時間をT
1 、超音波素子19から放射された超音波が液面25で
反射されて戻ってくるまでの時間をT2 、超音波素子1
9から液面25までの距離をX、音速をCとすると、2
d=CT1 、2x=CT2 の関係があるから、液面25
までの距離Xは、 X=d×(T2 /T1 ) 上式において、dは既知であるから、T1 とT2 との比
(T2 /T1 )を計測することにより、Xが求まる。同
式には音速Cが含まれないから、温度、気圧などの変動
により、音速Cが変化しても計測の精度には影響しな
い。
Now, the time until the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic element 19 is reflected by the reflecting plate 23 and returns is T
1 , the time until the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic element 19 is reflected by the liquid surface 25 and returns, T 2 , the ultrasonic element 1
If the distance from 9 to the liquid surface 25 is X and the speed of sound is C, then 2
Since there is a relationship of d = CT 1 and 2x = CT 2 , the liquid level 25
The distance X to is: X = d × (T 2 / T 1 ) In the above equation, d is known, so by measuring the ratio (T 2 / T 1 ) of T 1 and T 2 , X Is required. Since the sound velocity C is not included in the equation, even if the sound velocity C changes due to fluctuations in temperature, atmospheric pressure, etc., it does not affect the measurement accuracy.

【0021】一方、超音波素子19を管22の内部に挿
入し、超音波を液面25まで管22内に封じ込めた状態
で送信する構成のため、超音波の拡散が少なく、効率よ
く反射波を受けることができる。この結果、小形の超音
波素子で十分な測定範囲を確保できる。また、送信、受
信を1個の超音波素子19で共用するため、取り付け面
積を小さくできる。
On the other hand, since the ultrasonic element 19 is inserted into the tube 22 and the ultrasonic wave is transmitted while being confined in the tube 22 up to the liquid level 25, the ultrasonic wave is less diffused and the reflected wave is efficiently reflected. Can be received. As a result, a small ultrasonic element can secure a sufficient measurement range. Moreover, since the transmission and reception are shared by one ultrasonic element 19, the mounting area can be reduced.

【0022】図6は(T2 /T1 )を計測するための測
定回路の図5に対応した実施例を示すブロック図、また
図7は図6の測定回路の各部の信号を説明する波形図で
ある。図6において、8は低周波発振器であり、図7
(a)に示すようにパルス幅Δt、周期tc のパルスを
出力する。9は高周波発振器であり、超音波素子19の
共振周波数で発振する。10はNANDゲートであり、
8と9の出力を合成して図7(b)に示すような変調信
号を超音波素子19の端子に与える。従って、Δtの
間、超音波が送信され、これがtc 秒毎に繰り返され
る。ここで、tc は最長距離測定時のT2 よりも多少、
長くなるように設定する。また、11は超音波素子19
で検出される信号を増幅する増幅回路である。12は検
波・平滑回路であり、受信波形の包絡線の正の部分を出
力する。13は微分回路であり、入力波形を微分し、そ
の正の部分を出力する。14aはT1 を求めるためのし
きい値設定回路であり、低周波発振器8のパルス出力の
立ち上がりをトリガーとして、パルス幅t1 、ロー(l
ow)レベルがvl、ハイ(high)レベルがvhの
パルス波を出力する。14bはT2 を求めるためのしき
い値設定回路であり、しきい値設定回路14aと同様
に、パルス幅t2、ローレベルがv1,ハイレベルがv
hのパルス波を出力する。15a,15bは電圧比較
器、16a,16bはRSフリップフロップ、17a,
17bはパルス幅に比例した電圧を出力するパルス幅/
電圧変換回路、18は割り算器である。また、20は超
音波素子19を送信用と受信用に切り替えるためのアナ
ログスイッチであり、低周波発振器8の出力がハイレベ
ルのときは端子201と202が導通して送信状態とな
り、ローレベルのときは端子201と203が導通して
受信状態となるように動作する。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment corresponding to FIG. 5 of a measuring circuit for measuring (T 2 / T 1 ), and FIG. 7 is a waveform explaining a signal of each part of the measuring circuit of FIG. It is a figure. In FIG. 6, 8 is a low frequency oscillator, and FIG.
As shown in (a), a pulse having a pulse width Δt and a cycle t c is output. A high frequency oscillator 9 oscillates at the resonance frequency of the ultrasonic element 19. 10 is a NAND gate,
The outputs of 8 and 9 are combined and a modulated signal as shown in FIG. 7B is given to the terminal of the ultrasonic element 19. Therefore, during Δt, ultrasonic waves are transmitted and this is repeated every t c seconds. Here, t c is a little more than T 2 when measuring the longest distance,
Set it to be long. Further, 11 is an ultrasonic element 19
It is an amplifier circuit that amplifies the signal detected by. Reference numeral 12 is a detection / smoothing circuit, which outputs the positive portion of the envelope of the received waveform. Reference numeral 13 is a differentiating circuit, which differentiates the input waveform and outputs the positive part thereof. Reference numeral 14a is a threshold value setting circuit for obtaining T 1 , which is triggered by the rising edge of the pulse output of the low frequency oscillator 8 and has a pulse width t 1 and a low (l
It outputs a pulse wave whose ow level is vl and whose high level is vh. 14b is the threshold setting circuit for obtaining a T 2, like the threshold setting circuit 14a, the pulse width t 2, low level v1, the high level is v
The pulse wave of h is output. 15a and 15b are voltage comparators, 16a and 16b are RS flip-flops, 17a,
17b is a pulse width that outputs a voltage proportional to the pulse width /
The voltage conversion circuit, 18 is a divider. Reference numeral 20 denotes an analog switch for switching the ultrasonic element 19 between transmission and reception. When the output of the low-frequency oscillator 8 is at a high level, the terminals 201 and 202 are electrically connected to each other to be in a transmission state and set to a low level. At this time, the terminals 201 and 203 are electrically connected to operate in a receiving state.

【0023】次に、(T2 /T1 )の測定動作を説明す
る。超音波素子19で受信した波形を増幅回路11で増
幅すると、例えば図7(c)のような波形が得られる。
ここで、F0 の部分は送信時の残留振動による出力、F
1 の部分は反射波からの反射波による出力、F2の部分
は液面からの反射波による出力であり、F1 の部分まで
の時間がT1 、F2 の部分までの時間がT2 である。こ
の波形は検波・平滑回路12を通ると図7(d)のよう
になる。さらに微分回路13を通ると図7(e)のよう
な微分波形が得られ、微分波形P0 ,P1 ,P2 はそれ
ぞれ、F0 ,F1 ,F2 の立ち上がり部分に対応する。
ここで、しきい値設定回路14aの出力を図7(f)の
ように設定し、これと微分波形のレベルを電圧比較器1
5aを用いて比較すると図7(g)のようなパルス(リ
セットパルス1)が得られる。従って、低周波発振器8
の出力パルスの立ち上がりでRSフリップフロップ16
aをセットし、リセットパルス1でリセットすると、R
Sフリップフロップ16aの出力は、図7(h)に示す
ようにパルス幅がT1 、周期がtc のパルスとなる。こ
れをパルス幅/電圧変換回路17aに入力するとT1
比例した電圧が得られる。なお、しきい値設定回路14
aのパルス幅t1 は、P0 が発生する時間よりも長く、
またP1 が発生する時間より短くなるように設定する。
1 の発生する時間は温度によって変動するので、想定
される温度範囲を考慮して、上記の条件を満たすように
すればよい。また、しきい値設定回路14aのローレベ
ルvlは、微分波形のノイズレベルより大きく、微分波
形のピークよりは小さい値に設定し、ハイレベルvh
は、微分波形のピークより十分大きい値に設定する。
Next, the measurement operation of (T 2 / T 1 ) will be described. When the waveform received by the ultrasonic element 19 is amplified by the amplifier circuit 11, for example, a waveform as shown in FIG. 7C is obtained.
Where F 0 is the output due to residual vibration during transmission, and
The part 1 is the output from the reflected wave from the reflected wave, the part F 2 is the output from the reflected wave from the liquid surface, and the time to the part F 1 is T 1 and the time to the part F 2 is T 2 Is. This waveform is as shown in FIG. 7D when passing through the detection / smoothing circuit 12. Further, when passing through the differentiating circuit 13, a differential waveform as shown in FIG. 7E is obtained, and the differential waveforms P 0 , P 1 and P 2 correspond to the rising portions of F 0 , F 1 and F 2 , respectively.
Here, the output of the threshold value setting circuit 14a is set as shown in FIG.
A pulse (reset pulse 1) as shown in FIG. 7 (g) is obtained by comparison using 5a. Therefore, the low frequency oscillator 8
RS flip-flop 16 at the rising edge of the output pulse of
When a is set and reset with reset pulse 1, R
The output of the S flip-flop 16a becomes a pulse having a pulse width T 1 and a cycle t c , as shown in FIG. 7 (h). When this is input to the pulse width / voltage conversion circuit 17a, a voltage proportional to T 1 is obtained. The threshold setting circuit 14
The pulse width t 1 of a is longer than the time when P 0 occurs,
Further, it is set so as to be shorter than the time when P 1 occurs.
Since the time for which P 1 occurs varies depending on the temperature, it is only necessary to consider the assumed temperature range and satisfy the above conditions. Further, the low level vl of the threshold value setting circuit 14a is set to a value higher than the noise level of the differential waveform and smaller than the peak of the differential waveform, and the high level vh is set.
Is set to a value sufficiently larger than the peak of the differential waveform.

【0024】同様にして、T2 に比例した電圧も以下の
ように得られる。しきい値設定回路14bの出力を図7
(i)のように設定し、これと微分波形のレベルを電圧
比較器15bを用いて比較すると、図7(j)のような
パルス(リセットパルス2)が得られる。従って、低周
波発振器8の出力パルスの立ち上がりでRSフリップフ
ロップ16bをセットし、リセットパルス2でリセット
すると、RSフリップフロップ16bの出力は、図7
(k)に示すようにパルス幅がT2 、周期がtc のパル
スとなる。これをパルス幅/電圧変換回路17bに入力
するとT2 に比例した電圧が得られる。なお、しきい値
設定回路14bのパルス幅t2 は、P1 が発生する時間
より僅か長くなるように設定する。またローレベルv
l、およびハイレベルvhは、しきい値設定回路14a
と同様に設定する。
Similarly, a voltage proportional to T 2 can be obtained as follows. The output of the threshold value setting circuit 14b is shown in FIG.
When the voltage is set as shown in (i) and the differential waveform level is compared with the voltage comparator 15b, a pulse (reset pulse 2) as shown in FIG. 7 (j) is obtained. Therefore, when the RS flip-flop 16b is set at the rising edge of the output pulse of the low-frequency oscillator 8 and reset by the reset pulse 2, the output of the RS flip-flop 16b is as shown in FIG.
As shown in (k), the pulse has a pulse width of T 2 and a period of t c . When this is input to the pulse width / voltage conversion circuit 17b, a voltage proportional to T 2 is obtained. The pulse width t 2 of the threshold value setting circuit 14b is set to be slightly longer than the time when P 1 is generated. Also low level v
l and the high level vh are the threshold setting circuit 14a.
Set in the same way as.

【0025】ここで、測定可能は範囲は、 t1 <T2
<tc を満たす領域である。
The measurable range is t 1 <T 2
It is a region that satisfies <t c .

【0026】以上のようにして得られたT1 ,T2 に比
例した電圧を割り算器18に入力すると(T2 /T1
が得られる。
When the voltage proportional to T 1 and T 2 obtained as described above is input to the divider 18, (T 2 / T 1 )
Is obtained.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように本発明では、超音波素
子を管の内部の一端に挿入し、該超音波素子から一定距
離だけ隔てた管内部の断面の一部に微小な反射板を設
け、該反射板での反射波の受信時間と液面での反射波の
受信時間との比を計測するようにしたので、音速が変化
しても常に正しく測定ができる。また、超音波素子を管
の内部に挿入し、超音波を液面まで管内に封じ込めた状
態で送信させるため、超音波の拡散が少なく、効率よく
反射波を受けることができる。この結果、小形の超音波
素子で十分な測定範囲を確保できる。
As described above, in the present invention, an ultrasonic element is inserted into one end inside the tube, and a minute reflector is provided on a part of the cross section inside the tube that is separated from the ultrasonic element by a certain distance. Since it is provided and the ratio of the reception time of the reflected wave at the reflecting plate to the reception time of the reflected wave at the liquid surface is measured, accurate measurement can always be performed even if the sound velocity changes. Further, since the ultrasonic element is inserted inside the tube and the ultrasonic wave is transmitted while being confined in the tube up to the liquid surface, the ultrasonic wave is less diffused and the reflected wave can be efficiently received. As a result, a small ultrasonic element can secure a sufficient measurement range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係る測定回路の図1及び図2に対応し
た実施例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment corresponding to FIGS. 1 and 2 of a measuring circuit according to the present invention.

【図4】図3の測定回路の各部の信号を説明する波形図
である。
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating signals of various parts of the measurement circuit of FIG.

【図5】本発明の第三の実施例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明に係る測定回路の図5に対応した実施例
を示すブロック図である。
6 is a block diagram showing an embodiment corresponding to FIG. 5 of the measuring circuit according to the present invention.

【図7】図6の測定回路の各部の信号を説明する波形図
である。
FIG. 7 is a waveform diagram illustrating signals of various parts of the measurement circuit of FIG.

【図8】従来の技術を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…送信用超音波素子、2…受信用超音波素子、3,2
5…液面、4…超音波素子ホルダ、5,22…管、6,
24…通気孔、7,23…反射板、8…低周波発振器、
9…高周波発振器、10…NANDゲート、11…増幅
回路、12…検波・平滑回路、13…微分回路、14
a,14b…しきい値設定回路、15a,15b…電圧
比較器、16a,16b…RSフリップフロップ、17
a,17b…パルス幅/電圧変換回路、18…割り算
器、19…送信と受信を共用する超音波素子、20…ア
ナログスイッチ、21…超音波素子ホーン。
1 ... Transmission ultrasonic element, 2 ... Reception ultrasonic element, 3, 2
5 ... Liquid level, 4 ... Ultrasonic element holder, 5, 22 ... Tube, 6,
24 ... Vents, 7, 23 ... Reflector, 8 ... Low frequency oscillator,
9 ... High-frequency oscillator, 10 ... NAND gate, 11 ... Amplification circuit, 12 ... Detection / smoothing circuit, 13 ... Differentiation circuit, 14
a, 14b ... Threshold setting circuit, 15a, 15b ... Voltage comparator, 16a, 16b ... RS flip-flop, 17
a, 17b ... Pulse width / voltage conversion circuit, 18 ... Divider, 19 ... Ultrasonic element sharing transmission and reception, 20 ... Analog switch, 21 ... Ultrasonic element horn.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波を液面に放射して、その反射波を
受信し、その間の時間を計測することにより、液面まで
の距離を検出する超音波式液面レベル計において、 超音波素子を管の内部の一端に挿入し、管の他端を液面
に浸すように構成すると共に、該超音波素子から一定の
距離を隔てた管内部の断面の一部に微小な反射板を設
け、該反射板で反射された超音波の受信時間T1 と、液
面で反射された超音波の受信時間T2 との比(T2 /T
1 )を計測することにより、液面までの距離を検出する
ことを特徴とする超音波式液面レベル計。
1. An ultrasonic liquid level meter for detecting a distance to a liquid surface by radiating ultrasonic waves to the liquid surface, receiving a reflected wave of the ultrasonic wave, and measuring a time between the reflected waves. The element is inserted into one end inside the tube, the other end of the tube is immersed in the liquid surface, and a minute reflection plate is provided on a part of the cross section inside the tube at a certain distance from the ultrasonic element. The ratio (T 2 / T) of the reception time T 1 of the ultrasonic waves reflected by the reflector and the reception time T 2 of the ultrasonic waves reflected by the liquid surface is provided.
An ultrasonic liquid level meter, which is characterized by detecting the distance to the liquid surface by measuring 1 ).
【請求項2】 超音波素子として、送信用超音波素子と
受信用超音波素子を用いることを特徴とする請求項1記
載の超音波式液面レベル計。
2. The ultrasonic liquid level meter according to claim 1, wherein a transmitting ultrasonic element and a receiving ultrasonic element are used as the ultrasonic element.
【請求項3】 超音波素子として、送信と受信を共用す
る1個の超音波素子を用いることを特徴とする請求項1
記載の超音波式液面レベル計。
3. A single ultrasonic element that shares transmission and reception is used as the ultrasonic element.
The ultrasonic type liquid level meter described.
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