JPH0633379Y2 - 液境界レベル検知用音響インピーダンスシステム - Google Patents
液境界レベル検知用音響インピーダンスシステムInfo
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- JPH0633379Y2 JPH0633379Y2 JP1989600002U JP60000289U JPH0633379Y2 JP H0633379 Y2 JPH0633379 Y2 JP H0633379Y2 JP 1989600002 U JP1989600002 U JP 1989600002U JP 60000289 U JP60000289 U JP 60000289U JP H0633379 Y2 JPH0633379 Y2 JP H0633379Y2
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- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2966—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
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- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
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- G01N35/1011—Control of the position or alignment of the transfer device
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Description
【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、液面と可動の導管との間の接触を検出するた
めの装置に関する。
めの装置に関する。
背景技術 ギルソンの米国特許第4,422,151号明細書には、試験管
または同様の容器のアレイに関して水平または垂直方向
へ分配または抽出するために適した自動操作液体処理チ
ューブが記載されている。
または同様の容器のアレイに関して水平または垂直方向
へ分配または抽出するために適した自動操作液体処理チ
ューブが記載されている。
サロマの米国特許第4,422,151号明細書には、固定され
た開ループ制御システムを使用する自動液体移送システ
ムにより、予め定められた連続稀釈を実行する液体試料
処理システムが記載されている。
た開ループ制御システムを使用する自動液体移送システ
ムにより、予め定められた連続稀釈を実行する液体試料
処理システムが記載されている。
上記の特許明細書に記載されているような従来の自動化
された液体処理システムにおいて、液体のレベルは、既
知であるかまたは決定可能である。たとえば、液体レベ
ルを知るために静電容量または導電性プローブを使用す
ることができる。しかし、試料が容器から移されるか
ら、液体レベルが変化し、他の理由から再測定しなけれ
ばならない。これらの状態において、液体の境界位置を
計測すなわち測定することが好ましい。
された液体処理システムにおいて、液体のレベルは、既
知であるかまたは決定可能である。たとえば、液体レベ
ルを知るために静電容量または導電性プローブを使用す
ることができる。しかし、試料が容器から移されるか
ら、液体レベルが変化し、他の理由から再測定しなけれ
ばならない。これらの状態において、液体の境界位置を
計測すなわち測定することが好ましい。
本考案の目的は、液体のレベルを確かめるように、ピペ
ットのような液体処理用の導管と液境界との間の接触を
測定するための装置を工夫することにある。
ットのような液体処理用の導管と液境界との間の接触を
測定するための装置を工夫することにある。
考案の概要 音楽において、オルガンの開放されたパイプと閉鎖され
たパイプとの間に振動的なモードの本質的な変化がある
ことが知られている。もし、パイプすなわち導管の両端
が閉鎖され、音響波が導入されると、波は波節（node）
として知られた閉鎖端から反射されねばならない。他
方、開放端は、このような制限を有さず、波腹（anti−
node）として知られている。本考案は、開放端とされた
導管部すなわち波腹を有する１つの音響振動を確立し、
かつ、導管の開放端を閉じる液境界中に入れることによ
り波腹が波節になるときの音響インピーダンスの変化を
検出することに依存する。
たパイプとの間に振動的なモードの本質的な変化がある
ことが知られている。もし、パイプすなわち導管の両端
が閉鎖され、音響波が導入されると、波は波節（node）
として知られた閉鎖端から反射されねばならない。他
方、開放端は、このような制限を有さず、波腹（anti−
node）として知られている。本考案は、開放端とされた
導管部すなわち波腹を有する１つの音響振動を確立し、
かつ、導管の開放端を閉じる液境界中に入れることによ
り波腹が波節になるときの音響インピーダンスの変化を
検出することに依存する。
圧力波は、導管の側壁に案内する中空チューブにより導
管内へ導入される。開放端とされた導管部が液境界へ移
動されると、圧力波の振幅、波長または位相が変化す
る。すなわち、音響インピーダンスの特性が変化し、こ
の変化を電気回路で検出することができる。使用する波
は、連続波であり、パルス的なエコーではない。音響イ
ンピーダンスの変化が一度生じると、液境界との接触が
確立する。液境界との接触が確立するときの導管の相対
的位置の変化を測定することにより、液境界の高さの変
化が監視される。
管内へ導入される。開放端とされた導管部が液境界へ移
動されると、圧力波の振幅、波長または位相が変化す
る。すなわち、音響インピーダンスの特性が変化し、こ
の変化を電気回路で検出することができる。使用する波
は、連続波であり、パルス的なエコーではない。音響イ
ンピーダンスの変化が一度生じると、液境界との接触が
確立する。液境界との接触が確立するときの導管の相対
的位置の変化を測定することにより、液境界の高さの変
化が監視される。
図面の簡単な説明 第１図は本考案の装置の側面図である。
第２図は第１図の装置に備えられた検出回路の変換器の
一具体例のための簡略化した電気回路図である。
一具体例のための簡略化した電気回路図である。
第3A図および第3B図は第２図の回路の２つの変換器の変
形例の詳細な電気回路図である。
形例の詳細な電気回路図である。
考案を実施するための最良の形態 第１図を参照するに、容器11は、位置が既知の面すなわ
ち基準面13に置かれている。容器11は、キューベット、
バイアル、ビーカーまたは他の液体試料用容器である。
容器11は、実験用容器である必要はなく、大工業化学プ
ロセス用のタンクであってもよい。容器11は、調合また
は処理すべき液体15を収容している。液体境界層すなわ
ち液境界17は、液体の上面すなわち液面を形成してお
り、また液体15を空気または周囲の気体から分離してい
る。
ち基準面13に置かれている。容器11は、キューベット、
バイアル、ビーカーまたは他の液体試料用容器である。
容器11は、実験用容器である必要はなく、大工業化学プ
ロセス用のタンクであってもよい。容器11は、調合また
は処理すべき液体15を収容している。液体境界層すなわ
ち液境界17は、液体の上面すなわち液面を形成してお
り、また液体15を空気または周囲の気体から分離してい
る。
本考案において用いる液体処理装置は開放端を有する導
管21を含み、該導管は上記の特許明細書に記載されたも
のと同種の自動化されたピペットであることが好まし
い。導管21は、開放された一端部23と、電気的アクチュ
エータ29により作動されるプランジャー27により閉鎖さ
れた他端部25とを有する。取り外し可能のチップ24は、
ピペットの端部にしばしば使用されるが、本考案のため
には任意である。プランジャー27は、導管21の内壁と閉
鎖関係にある可動の端部28を有する。
管21を含み、該導管は上記の特許明細書に記載されたも
のと同種の自動化されたピペットであることが好まし
い。導管21は、開放された一端部23と、電気的アクチュ
エータ29により作動されるプランジャー27により閉鎖さ
れた他端部25とを有する。取り外し可能のチップ24は、
ピペットの端部にしばしば使用されるが、本考案のため
には任意である。プランジャー27は、導管21の内壁と閉
鎖関係にある可動の端部28を有する。
プランジャー27の目的は、所望量の液体試料を他の容器
または実験容器に移すために容器21から汲み出すことま
たは容器21中へ放出することにある。プランジャー27
は、ステップモータ、リニアーモータまたは磁気歪みア
クチュエータとすることができるアクチュエータ29にロ
ッド31により連結されている。多くの場合、アクチュエ
ータ29は、電気的なライン33に供給されるコマンド信号
に応答して、プランジャー27を所望量上下に移動させ
る。非常に緻密な運動を望むときは、アクチュエータ29
をサーボ制御してもよい。
または実験容器に移すために容器21から汲み出すことま
たは容器21中へ放出することにある。プランジャー27
は、ステップモータ、リニアーモータまたは磁気歪みア
クチュエータとすることができるアクチュエータ29にロ
ッド31により連結されている。多くの場合、アクチュエ
ータ29は、電気的なライン33に供給されるコマンド信号
に応答して、プランジャー27を所望量上下に移動させ
る。非常に緻密な運動を望むときは、アクチュエータ29
をサーボ制御してもよい。
本考案にしたがって、音波のような空気変位波が導管21
に導入される。これは、導管21の側壁を貫通する中空の
第１のチューブ37に圧力波を発生する小型のスピーカ35
のような電気音響変換器により行われ、それにより圧力
波をスピーカから容器内へ伝達する。圧力波としては、
音波以外の波を使用してもよいが、音波が好ましい。
に導入される。これは、導管21の側壁を貫通する中空の
第１のチューブ37に圧力波を発生する小型のスピーカ35
のような電気音響変換器により行われ、それにより圧力
波をスピーカから容器内へ伝達する。圧力波としては、
音波以外の波を使用してもよいが、音波が好ましい。
開放されたパイプが閉鎖されたパイプに比べ２倍の自然
の周波数すなわち共鳴周波数を有することは知られてい
る。もちろん、導管21に導入された波が共鳴周波数であ
る必要はない。しかし、導管21が端部23と液面17との接
触により閉じられると、一定の振動モードを強いる導管
の対向する両端部に波節が存在するから、波の性質はパ
イプの物理的性質と同じである。この振動モードは、導
管が開口する状態と全く異なる特有の音響インピーダン
スとなる。音響インピーダンスは導管内の波の振幅の変
化、周波数および位相の変化、または、振動を生じる変
換器の係数Ｑの大きさの変化により測定することができ
る。係数Ｑは、開放導管端部または閉鎖導管端部に関す
る励起された変換器すなわち波形伝達器による導管の負
荷すなわち損失の大きさである。負荷の測定は、音響イ
ンピーダンスを直接測定することである。
の周波数すなわち共鳴周波数を有することは知られてい
る。もちろん、導管21に導入された波が共鳴周波数であ
る必要はない。しかし、導管21が端部23と液面17との接
触により閉じられると、一定の振動モードを強いる導管
の対向する両端部に波節が存在するから、波の性質はパ
イプの物理的性質と同じである。この振動モードは、導
管が開口する状態と全く異なる特有の音響インピーダン
スとなる。音響インピーダンスは導管内の波の振幅の変
化、周波数および位相の変化、または、振動を生じる変
換器の係数Ｑの大きさの変化により測定することができ
る。係数Ｑは、開放導管端部または閉鎖導管端部に関す
る励起された変換器すなわち波形伝達器による導管の負
荷すなわち損失の大きさである。負荷の測定は、音響イ
ンピーダンスを直接測定することである。
電気的なサイン波の発振器39は、圧力波変換器として作
用するスピーカ35を電気的に励起させる。圧力波の出力
周波数は制限されない。スピーカ35の負荷は、一定の出
力レベルを導管に維持する目的で、自動利得制御回路の
ような帰還特性を有する回路により測定することができ
る。導管が液境界との接触により閉じられると、導管21
内に一定の圧力波振幅レベルを維持すべく、スピーカの
出力を変更することが必要になる。これはスピーカ35で
感知され、また、帰還信号は導管内に所定のレベルを維
持すべくその波の振幅を変更させるように発振器39に供
給することができる。一方、導管が開放されると、異な
る作業がスピーカにより行なうために必要になり、発振
器への正確な帰還量が変更される。
用するスピーカ35を電気的に励起させる。圧力波の出力
周波数は制限されない。スピーカ35の負荷は、一定の出
力レベルを導管に維持する目的で、自動利得制御回路の
ような帰還特性を有する回路により測定することができ
る。導管が液境界との接触により閉じられると、導管21
内に一定の圧力波振幅レベルを維持すべく、スピーカの
出力を変更することが必要になる。これはスピーカ35で
感知され、また、帰還信号は導管内に所定のレベルを維
持すべくその波の振幅を変更させるように発振器39に供
給することができる。一方、導管が開放されると、異な
る作業がスピーカにより行なうために必要になり、発振
器への正確な帰還量が変更される。
導管21内の圧力波の状態を感知する他の手段として、好
ましくは第１のチューブ37と対向しかつ導管21の側壁を
貫通する中空の第２のチューブ45により導管21に連通さ
れたマイクロホン43がある。マイクロホン43は、導管21
内の圧力波を感知するが、好ましくは第１のチューブ37
に直通していない。換言すれば、第１および第２のチュ
ーブは、圧力波がスピーカ35からマイクロホン43に単に
直通しているのではなく空間を通して伝達されるが、導
管21内で先ず相互作用をするように、間隔をおいてい
る。マイクロホン43は検出器47に接続された信号出力部
を有しており、検出器47は信号のレベルを測定しまたラ
イン49に信号を出力する。検出器が光学的に読み取るア
ナログメータであるように示しているが、これは単に図
示のためである。検出器は、電気的に読み取られ、ま
た、アナログ回路またはデジタル回路とすることができ
る。検出器47からライン49への出力信号は信号相関回路
51へ供給され、該信号相関回路は検出された信号を位置
決めモータ55からライン53を介して供給される位置信号
に関係付ける。たとえば、モータ55がスッテップモータ
であるとき、各ステップすなわちモータ用パルスは出発
位置からの変位量を表わす。もし、基準面13に対する導
管先端部の出発位置が既知であるならば、先端部の前進
は液体境界層に当る位置まで測定することができる。こ
の測定は、信号相関回路51によりなされ、また、基準面
に対する液体のレベルすなわち高さをもたらす。しか
し、多くの場合、確実な出発点は既知ではないが、液体
のレベルを一度測定し、これに多くの他の位置を関係さ
せることができる。したがって、基準面の位置を知るこ
とは重要なことでない。
ましくは第１のチューブ37と対向しかつ導管21の側壁を
貫通する中空の第２のチューブ45により導管21に連通さ
れたマイクロホン43がある。マイクロホン43は、導管21
内の圧力波を感知するが、好ましくは第１のチューブ37
に直通していない。換言すれば、第１および第２のチュ
ーブは、圧力波がスピーカ35からマイクロホン43に単に
直通しているのではなく空間を通して伝達されるが、導
管21内で先ず相互作用をするように、間隔をおいてい
る。マイクロホン43は検出器47に接続された信号出力部
を有しており、検出器47は信号のレベルを測定しまたラ
イン49に信号を出力する。検出器が光学的に読み取るア
ナログメータであるように示しているが、これは単に図
示のためである。検出器は、電気的に読み取られ、ま
た、アナログ回路またはデジタル回路とすることができ
る。検出器47からライン49への出力信号は信号相関回路
51へ供給され、該信号相関回路は検出された信号を位置
決めモータ55からライン53を介して供給される位置信号
に関係付ける。たとえば、モータ55がスッテップモータ
であるとき、各ステップすなわちモータ用パルスは出発
位置からの変位量を表わす。もし、基準面13に対する導
管先端部の出発位置が既知であるならば、先端部の前進
は液体境界層に当る位置まで測定することができる。こ
の測定は、信号相関回路51によりなされ、また、基準面
に対する液体のレベルすなわち高さをもたらす。しか
し、多くの場合、確実な出発点は既知ではないが、液体
のレベルを一度測定し、これに多くの他の位置を関係さ
せることができる。したがって、基準面の位置を知るこ
とは重要なことでない。
導管21は、１〜3cmの直径で５〜15cmの長さのシリンダ2
2に穴として形成されている。また、チューブ37,45は、
それらを取り外し可能のチューブとすることができる
が、同じ金属体に穴として形成されている。スピーカ35
およびマイクロホン43は、それぞれ、チューブ37および
45の拡大された端部を形成するハウジング36および44内
に取り外し可能に配置される、寸法が数mmのミニチュア
コンポーネントである。前記の寸法は、単に代表例であ
る。圧力波を電気的発振器により発生する必要はなく、
導管の機械的運動により発生してもよい。たとえば、ス
テップモータで導管を液体レベルに向けて移動させるこ
とにより圧力波を発生することができる。
2に穴として形成されている。また、チューブ37,45は、
それらを取り外し可能のチューブとすることができる
が、同じ金属体に穴として形成されている。スピーカ35
およびマイクロホン43は、それぞれ、チューブ37および
45の拡大された端部を形成するハウジング36および44内
に取り外し可能に配置される、寸法が数mmのミニチュア
コンポーネントである。前記の寸法は、単に代表例であ
る。圧力波を電気的発振器により発生する必要はなく、
導管の機械的運動により発生してもよい。たとえば、ス
テップモータで導管を液体レベルに向けて移動させるこ
とにより圧力波を発生することができる。
上記の液体処理装置は、歯車59または他の位置決め機構
により、矢印ＡおよびＢで示す上下方向へ移動されるハ
ウジング57に取り付けられている。ハウジング57は、ま
た、発振器39と検出器47とを小さなカードに支持してい
る。モータ55は、所望量の上下移動をさせるようにコマ
ンド信号61により命令される。非常に緻密な位置決めの
ためには、サーボ機構を用いることができる。
により、矢印ＡおよびＢで示す上下方向へ移動されるハ
ウジング57に取り付けられている。ハウジング57は、ま
た、発振器39と検出器47とを小さなカードに支持してい
る。モータ55は、所望量の上下移動をさせるようにコマ
ンド信号61により命令される。非常に緻密な位置決めの
ためには、サーボ機構を用いることができる。
音響インピーダンスの変化が生じているとき、液体境界
層のレベルが決定される。基準液境界位置に対する導管
の運動の大きさが既知であるかぎり、導管の垂直方向位
置を測定する必要はない。
層のレベルが決定される。基準液境界位置に対する導管
の運動の大きさが既知であるかぎり、導管の垂直方向位
置を測定する必要はない。
モータ55は、先端部24を液境界17と接触させるように移
動させる。発振器39が連続的に作動されるから、検出器
により検出されるような、導管21内の音響インピーダン
スの重要な変化は、ハウジング57の垂直方向位置で信号
相関回路51で瞬時に相関される。液体レベルの測定は、
液体のレベルすなわち容量の変化を監視するために先の
測定値と関係付けられる。
動させる。発振器39が連続的に作動されるから、検出器
により検出されるような、導管21内の音響インピーダン
スの重要な変化は、ハウジング57の垂直方向位置で信号
相関回路51で瞬時に相関される。液体レベルの測定は、
液体のレベルすなわち容量の変化を監視するために先の
測定値と関係付けられる。
第２図を参照するに、出力変換器35は、矢印Ｃで示す圧
力波を発生し、また、音響インピーダンスのセンサとし
て作用する。これは矢印Ｄにより図示され、その中で出
力変換器の負荷が異なる手法で感知される。１つの帰還
方法は、出力変換器と共同する自動利得制御（AGC）回
路である。他の帰還方法も用いることができる。自動利
得制御回路61は、一定の音声レベルを維持するように試
み、また、帰還信号をライン63によって発振器へ送出す
る。第１図の導管21が開放する位置において、出力変換
器35の固有の負荷と、自動利得変換器固有の帰還量とが
ある。一方、導管の開放端が液境界と接触していると、
導管を閉じ、同じ出力レベルを維持するのに必要なエネ
ルギー量が変化し、それにより、自動利得制御回路の異
なる帰還量を発振器39へ要求する。帰還のレベルは検出
器65へ供給され、帰還の振幅は音響インピーダンスＺと
して分析される。振幅、波長または位相の変化は全て音
響インピーダンスに関係し、また、音響インピーダンス
なる用語はその最も広い意味において振幅、波長周波数
または位相の変化を包含することを意味する。ライン67
に得られる出力信号は、導管が開口しているか否かを示
す。この信号は、液体のレベルを決定する信号相関回路
へ供給される。
力波を発生し、また、音響インピーダンスのセンサとし
て作用する。これは矢印Ｄにより図示され、その中で出
力変換器の負荷が異なる手法で感知される。１つの帰還
方法は、出力変換器と共同する自動利得制御（AGC）回
路である。他の帰還方法も用いることができる。自動利
得制御回路61は、一定の音声レベルを維持するように試
み、また、帰還信号をライン63によって発振器へ送出す
る。第１図の導管21が開放する位置において、出力変換
器35の固有の負荷と、自動利得変換器固有の帰還量とが
ある。一方、導管の開放端が液境界と接触していると、
導管を閉じ、同じ出力レベルを維持するのに必要なエネ
ルギー量が変化し、それにより、自動利得制御回路の異
なる帰還量を発振器39へ要求する。帰還のレベルは検出
器65へ供給され、帰還の振幅は音響インピーダンスＺと
して分析される。振幅、波長または位相の変化は全て音
響インピーダンスに関係し、また、音響インピーダンス
なる用語はその最も広い意味において振幅、波長周波数
または位相の変化を包含することを意味する。ライン67
に得られる出力信号は、導管が開口しているか否かを示
す。この信号は、液体のレベルを決定する信号相関回路
へ供給される。
第3A図を参照するに、スピーカのような音響変換器71は
サイン波発振器73により駆動されるように示されてお
り、該サイン波発振器は出力信号をライン75によって音
声増幅器77へ供給し、該音声増幅器は出力変換器71を駆
動させる。発振器および出力変化器は、互いに、圧力波
伝送手段を形成する。発振器73は、所定の周波数（この
例ではほぼ50Hz）の連続サイン波信号を発生する既知の
発振器である。この周波数は雑音を考慮するとき好まし
いが、導管の長さより短い波長を有する他の周波数を使
用してもよい。しかし、たとえば導管の長さより非常に
小さい、非常に短い波を使用するときは、開放された導
管の端部の状態と閉鎖された導管の端部の状態とを識別
することが非常に難しくなる。この理由のために、導管
の長さが典型的には数cmであり、通常20cm以下であるか
ら、50Hzの周波数で数ｍの波長が好まれる。
サイン波発振器73により駆動されるように示されてお
り、該サイン波発振器は出力信号をライン75によって音
声増幅器77へ供給し、該音声増幅器は出力変換器71を駆
動させる。発振器および出力変化器は、互いに、圧力波
伝送手段を形成する。発振器73は、所定の周波数（この
例ではほぼ50Hz）の連続サイン波信号を発生する既知の
発振器である。この周波数は雑音を考慮するとき好まし
いが、導管の長さより短い波長を有する他の周波数を使
用してもよい。しかし、たとえば導管の長さより非常に
小さい、非常に短い波を使用するときは、開放された導
管の端部の状態と閉鎖された導管の端部の状態とを識別
することが非常に難しくなる。この理由のために、導管
の長さが典型的には数cmであり、通常20cm以下であるか
ら、50Hzの周波数で数ｍの波長が好まれる。
典型的な発振器は、複数の帰還要素76を備える演算増幅
器74で形成することができる。典型的な検出回路を、分
離検出器を用いる状態で使用する第3B図に示す。マイク
ロホン81は、圧力波が第3A図の変換器によりチューブか
ら導管へ導かれる圧力波を抽出する。マイクロホン81
は、ライン83への信号出力部を有する小型のマイクロホ
ンであり、図示の例では複数の抵抗器84と複数のコンデ
ンサ86とを含むフィルター網に接続されている。濾波さ
れた信号は、増幅器85へ伝達され、そこで信号のレベル
が増幅され、その後ライン87によりブロック89内の整流
回路網へ伝送される。整流回路網は、複数のダイオード
82、複数の抵抗器88および複数の演算増幅器89を含む。
整流回路網の機能は、サイン波を、ライン91によりレベ
ル比較器93へ伝送するDCレベルに変換することである。
ここで、基準レベル95が整流回路網89からのDCレベルに
ついて測定される。比較器93は、マイクロホン81により
受けられた信号が閾値ライン95に設定された一定のレベ
ルの上であるか下であるかを表す信号をライン97に出力
する。閾値ラインは、校正により確立され、また、導管
の開放状態または閉鎖状態の変化である上下のレベルに
符号する。出力ライン97は、第１図に記載した信号相関
回路に接続されている。前から存在する導管の開放状態
または閉鎖状態と異なる出力を整流回路に発生させる信
号をマイクロホンがピックアップしているとき、比較器
93は、状態を切り換え、また、受信信号の振幅の変化た
とえば導管の音響インピーダンスの変化を示す。整流回
路89の代りに、導管の閉鎖が受信波に位相のずれを与え
るから、波形の位相変化を測定する回路が代用される。
一般則として、振幅の変化は、位相の変化より測定が容
易であるが、周囲雑音の点においては位相変化がより正
確である。マイクロホン81と、整流回路89および比較器
93のような検出器とは、圧力波受信手段を形成する。
器74で形成することができる。典型的な検出回路を、分
離検出器を用いる状態で使用する第3B図に示す。マイク
ロホン81は、圧力波が第3A図の変換器によりチューブか
ら導管へ導かれる圧力波を抽出する。マイクロホン81
は、ライン83への信号出力部を有する小型のマイクロホ
ンであり、図示の例では複数の抵抗器84と複数のコンデ
ンサ86とを含むフィルター網に接続されている。濾波さ
れた信号は、増幅器85へ伝達され、そこで信号のレベル
が増幅され、その後ライン87によりブロック89内の整流
回路網へ伝送される。整流回路網は、複数のダイオード
82、複数の抵抗器88および複数の演算増幅器89を含む。
整流回路網の機能は、サイン波を、ライン91によりレベ
ル比較器93へ伝送するDCレベルに変換することである。
ここで、基準レベル95が整流回路網89からのDCレベルに
ついて測定される。比較器93は、マイクロホン81により
受けられた信号が閾値ライン95に設定された一定のレベ
ルの上であるか下であるかを表す信号をライン97に出力
する。閾値ラインは、校正により確立され、また、導管
の開放状態または閉鎖状態の変化である上下のレベルに
符号する。出力ライン97は、第１図に記載した信号相関
回路に接続されている。前から存在する導管の開放状態
または閉鎖状態と異なる出力を整流回路に発生させる信
号をマイクロホンがピックアップしているとき、比較器
93は、状態を切り換え、また、受信信号の振幅の変化た
とえば導管の音響インピーダンスの変化を示す。整流回
路89の代りに、導管の閉鎖が受信波に位相のずれを与え
るから、波形の位相変化を測定する回路が代用される。
一般則として、振幅の変化は、位相の変化より測定が容
易であるが、周囲雑音の点においては位相変化がより正
確である。マイクロホン81と、整流回路89および比較器
93のような検出器とは、圧力波受信手段を形成する。
出力変換器は、スピーカとして記載したが、圧電気鉱石
またはピストン変位手段のような他の音響変換器を使用
することができる。駆動信号を提供すべく、バイリムチ
タナイトまたはピエゾエレクトリックカイナーのような
圧電気材料から導管端部を形成することができる。駆動
信号を提供する他の手段は、ニッケルまたは磁気歪み的
に駆動される他の適宜な強磁性材料で第１図の変位プラ
ンジャー27を製作することである。このような装置は、
小型のスピーカから得られる１つと同じ圧力波を発生す
る。本考案においては、導管がピペットであるから、導
管の開放端を形成するピペット先端部は、汚染を回避す
るように、液体処理操作の後、容易に使捨てにできる。
この目的のために、圧力波の発振器および受信器とし
て、小型のスピーカおよびマイクロホンを使用すること
が望ましい。
またはピストン変位手段のような他の音響変換器を使用
することができる。駆動信号を提供すべく、バイリムチ
タナイトまたはピエゾエレクトリックカイナーのような
圧電気材料から導管端部を形成することができる。駆動
信号を提供する他の手段は、ニッケルまたは磁気歪み的
に駆動される他の適宜な強磁性材料で第１図の変位プラ
ンジャー27を製作することである。このような装置は、
小型のスピーカから得られる１つと同じ圧力波を発生す
る。本考案においては、導管がピペットであるから、導
管の開放端を形成するピペット先端部は、汚染を回避す
るように、液体処理操作の後、容易に使捨てにできる。
この目的のために、圧力波の発振器および受信器とし
て、小型のスピーカおよびマイクロホンを使用すること
が望ましい。
前に、液体レベルの相対的な高さが測定に重要であると
して説明した。しかし、液境界高さは、第１図の基準面
13のような基準面上に液体の容器を置くことにより、確
認することができる。液境界層17が未既知の位置である
かぎり、基準面は既知の垂直位置を有する。先端部出発
位置が既知である導管が液境界に向けて既知の量ゆっく
りと移動される間、圧力波は移動可能の開放端に終る導
管21を下方へ向けられる。圧力波は圧力波伝送器により
導管に発生され、その結果導管内の音響インピーダンス
の変化を測定することができる。音響インピーダンス
は、導管が液体境界層に向けて移動されるので、監視さ
れる。音響インピーダンスに液体境界層と接触を示す変
化があるとき、基準位置に対する先端部の位置が記録さ
れる。液体境界層の正確な位置は、単純な引算により計
算することができる。
して説明した。しかし、液境界高さは、第１図の基準面
13のような基準面上に液体の容器を置くことにより、確
認することができる。液境界層17が未既知の位置である
かぎり、基準面は既知の垂直位置を有する。先端部出発
位置が既知である導管が液境界に向けて既知の量ゆっく
りと移動される間、圧力波は移動可能の開放端に終る導
管21を下方へ向けられる。圧力波は圧力波伝送器により
導管に発生され、その結果導管内の音響インピーダンス
の変化を測定することができる。音響インピーダンス
は、導管が液体境界層に向けて移動されるので、監視さ
れる。音響インピーダンスに液体境界層と接触を示す変
化があるとき、基準位置に対する先端部の位置が記録さ
れる。液体境界層の正確な位置は、単純な引算により計
算することができる。
本考案に関し、自動化されたピペットについて記載した
が、大スケールに製作された同じ装置は化学処理用のタ
ンクまたは容器の液体レベルの監視に使用することがで
きる。
が、大スケールに製作された同じ装置は化学処理用のタ
ンクまたは容器の液体レベルの監視に使用することがで
きる。
考案の効果 以上のように、本考案によれば、導管の開放端が液境界
にしていないときの第１の音響インピーダンスから接触
したときの第２の音響インピーダンスへの音響インピー
ダンスの変化を検出し、その検出信号と液境界の位置を
表す導管位置信号とを用いるから、液体を導管内に吸引
することなく、導管の開放端が液境界に接したことを正
確にかつ能率的に感知することができる。
にしていないときの第１の音響インピーダンスから接触
したときの第２の音響インピーダンスへの音響インピー
ダンスの変化を検出し、その検出信号と液境界の位置を
表す導管位置信号とを用いるから、液体を導管内に吸引
することなく、導管の開放端が液境界に接したことを正
確にかつ能率的に感知することができる。
フロントページの続き (72)考案者 ラッチェンマイヤー、エリック ダブリュ アメリカ合衆国 95127 カリフォルニア 州 サン ノゼ ナンバー 265Ｂ―20 ノース キャピトル アベニュー 259 (56)参考文献 特開 昭56−164958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−38623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭66−25221（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−12760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226021（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−163120（ＪＰ，Ｕ)
Claims (21)
- 【請求項１】導管と液境界との間の接触を測定する装置
であって、液体の液境界に挿入するように適合された開
放端とされた導管であって液体に対し接近しかつ離れる
方向へ移動可能の導管と、第１の音響インピーダンスを
確立するために前記導管に圧力波を指向させる圧力波発
生手段と、前記導管の開放端を前記液境界に挿入し、そ
れにより前記開放端を閉鎖して第２の音響インピーダン
スを確立し、導管位置信号を発生する挿入手段と、前記
開放端を前記液境界に挿入する間、前記第１の音響イン
ピーダンスから前記第２の音響インピーダンスまでの音
響インピーダンスの変化を検出し、それに応答する電気
出力信号を発生する検出手段と、液境界位置を表す前記
位置信号と前記電気出力信号とを受ける信号相関手段と
を含む、測定装置。 - 【請求項２】さらに、前記導管の内部と連通する中空の
第１のチューブを含み、前記圧力波は前記第１のチュー
ブを経て前記導管に供給される、請求の範囲第１項に記
載の測定装置。 - 【請求項３】さらに、前記第１のチューブから間隔をお
きかつ前記導管の内部と連通する中空の第２のチューブ
であってこれと連通する前記検出手段を有する第２の中
空チューブを含む、請求の範囲第２項に記載の測定装
置。 - 【請求項４】前記音響インピーダンスを検出する検出手
段は、前記圧力波発生手段の負荷を監視するための回路
手段を含む、請求の範囲第１項に記載の測定装置。 - 【請求項５】前記圧力波発生手段は、スピーカに接続さ
れた発振器を含む、請求の範囲第１項に記載の測定装
置。 - 【請求項６】前記検出手段は、比較手段に接続された信
号出力部を有するマイクロホンを含み、前記比較手段は
これに接続された基準レベルを有しかつ前記マイクロホ
ンの出力信号を前記基準レベルと比較し、前記基準レベ
ルは液境界への前記導管の挿入状態または非挿入状態と
共同する、請求の範囲第３項に記載の測定装置。 - 【請求項７】前記開放端とされた導管はピペットであ
り、前記開放端とされた導管はピペット先端部で終了
し、前記ピペット先端部と反対の前記導管の端部はその
中に配置されたプランジャーを有する、請求の範囲第１
項に記載の測定装置。 - 【請求項８】前記開放端とされた導管を前記液境界に挿
入する手段は可動のハウジングを含み、前記開放端とさ
れた導管は前記ハウジングに関して固定された位置を有
し、前記挿入手段は前記液境界に関して前記ハウジング
を上げ下げする、請求の範囲第１項に記載の測定装置。 - 【請求項９】前記挿入手段は、前記導管を前進させるモ
ータを含む、請求の範囲第８項に記載の測定装置。 - 【請求項１０】前記信号相関手段は、前記出力信号と、
前記液境界レベルを監視するために前記液境界中へ前記
液体処理手段を挿入するための前記手段からの信号とを
受ける、請求の範囲第１項に記載の測定装置。 - 【請求項１１】前記第１および第２のチューブは互いに
対面する、請求の範囲第３項に記載の測定装置。 - 【請求項１２】前記圧力波発生手段は出力変換器に接続
された発振器を含み、前記音響インピーダンスの変化を
検出する手段は、変換器出力の偏差を示す信号を発生す
るための発振器と前記出力変換器との間の帰還ループ手
段と、前記偏差信号を受けかつ予め設定されたレベルを
超過した偏差を示す検出手段とを含む、請求の範囲第４
項に記載の測定装置。 - 【請求項１３】垂直方向に支持されたピペットと容器内
の液体との接触を測定する装置であって、一端部に開放
先端部を有するピペットと、液体を収容する容器に接近
する方向への垂直運動を前記ピペットに与えて位置信号
を発生する手段と、前記ピペットの内部に連通する中空
の第１のチューブと、第１の音響インピーダンスを前記
開放端に確立する前記ピペットに前記第１のチューブを
通して圧力波を指向させる圧力波伝送手段と、第２の音
響インピーダンスを検出して前記先端部の閉鎖を示す電
気出力信号を発生する手段と、液体境界を示すための前
記導管位置信号と前記電気出力信号とを受ける信号相関
手段とを含む、測定装置。 - 【請求項１４】さらに、前記第１のチューブから間隔を
おきかつ前記ピペット内に連通された中空の第２のチュ
ーブを含み、前記第２のチューブはこれに連通する圧力
波受信手段を有し、該圧力波受信手段は前記音響インピ
ーダンスの変化を検出するための手段を含む、請求の範
囲第13項に記載の測定装置。 - 【請求項１５】前記音響インピーダンスの変化を検出す
る手段は、前記音響波伝送手段の負荷を監視する回路手
段を含む、請求の範囲第13項に記載の測定装置。 - 【請求項１６】前記圧力波伝送手段は、スピーカに接続
された発振器を含む、請求の範囲第13項に記載の測定装
置。 - 【請求項１７】前記圧力波受信手段は比較手段に接続さ
れた信号出力部を有するマイクロホンを含み、前記比較
手段は前記マイクロホンの信号出力を比較するために該
比較手段に接続された基準レベルを含み、該基準レベル
はピペット先端部と液体との接触状態または非接触状態
と共同する、請求の範囲第14項に記載の測定装置。 - 【請求項１８】前記ピペットは、該ピペット内にあって
前記先端部からの液体を汲み出すために前記先端部の反
対の端部に配置されたプランジャー手段を有する、請求
の範囲第13項に記載の測定装置。 - 【請求項１９】前記ピペットに垂直運動を伝えるために
前記ピペットに接続された前記手段は可動のハウジング
を含み、前記先端部は前記ハウジングに関して固定され
た部位を有し、前記垂直運動手段は前記ハウジングを既
知の位置の液体容器に関して上げ下げしかつ前記液体の
位置を示す電気信号を発生する電気的出力部を有する、
請求の範囲第13項に記載の測定装置。 - 【請求項２０】前記信号相関回路は、前記液体容器内の
液体高さを算出するために、前記先端部の閉鎖を表す信
号とハウジング位置信号とを受ける、請求の範囲第19項
に記載の測定装置。 - 【請求項２１】前記圧力波伝送手段は出力変換器に接続
された発振器を含み、前記伝送手段の負荷を監視する手
段は、変換器出力の偏差を示す信号を発生しそれにより
音響インピーダンスの変化を示すために、前記出力変換
器と前記発振器との間の帰還ループ手段と、前記偏差信
号を受けかつ予め設定されたレベルを越える偏差を示す
ための検出器とを含む、請求の範囲第15項に記載の測定
装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/047,043 US4790183A (en) | 1987-05-05 | 1987-05-05 | Acoustic impedance system for liquid boundary level detection |
| US47043 | 1987-05-05 | ||
| PCT/US1988/001507 WO1988008985A1 (en) | 1987-05-05 | 1988-05-05 | Sonic system for measuring liquid height or level |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02500011U JPH02500011U (ja) | 1990-03-29 |
| JPH0633379Y2 true JPH0633379Y2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=21946767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1989600002U Expired - Lifetime JPH0633379Y2 (ja) | 1987-05-05 | 1988-05-05 | 液境界レベル検知用音響インピーダンスシステム |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4790183A (ja) |
| EP (1) | EP0318545B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0633379Y2 (ja) |
| DE (1) | DE3870589D1 (ja) |
| FI (1) | FI890032A0 (ja) |
| WO (1) | WO1988008985A1 (ja) |
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