JPH0666620A - 超音波レベル計 - Google Patents

超音波レベル計

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JPH0666620A
JPH0666620A JP4245778A JP24577892A JPH0666620A JP H0666620 A JPH0666620 A JP H0666620A JP 4245778 A JP4245778 A JP 4245778A JP 24577892 A JP24577892 A JP 24577892A JP H0666620 A JPH0666620 A JP H0666620A
Authority
JP
Japan
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ultrasonic
wave
time
distance
measured
Prior art date
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Pending
Application number
JP4245778A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiko Morikawa
明彦 森川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP4245778A priority Critical patent/JPH0666620A/ja
Publication of JPH0666620A publication Critical patent/JPH0666620A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波伝搬気体の温度や種類、気圧、湿度な
どによって音速が変化しても、特別な部品や温度補正回
路などを用いずに、その音速の変化を正確に補正して、
所定のレベル計測を非常に正確に行なえるようにする。 【構成】 超音波送波器3Aから送出された超音波パル
スがタンク2内に収納された被測定物質Mの表面Fで反
射される第1反射波が受波器3Bにより受信されるまで
の時間を計測する第1反射波の時間計測回路52と、多
重反射される第2反射波が受波器3Bにより受信される
までの時間を計測する第2反射波の時間計測回路53
と、これら両時間計測回路52,53による計測結果を
もとに被測定物質Mの表面Fまでの距離を算出する時間
・距離算出回路54とを備え、ここで算出された距離か
ら被測定物質Mのレベルを計測するように構成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、タンクやホッパーな
どの容器内に収納されている液体や粉粒体などの各種物
質の表面レベルを、容器の上方に取り付けられた超音波
送・受波器から上記物質の表面に向けて発射した超音波
パルスが反射して再び送・受波器に戻ってくる時間か
ら、距離およびレベルを計測する超音波レベル計に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】この種の超音波レベル計は、測定対象物
に触れることなく、非接触で衛生的に計測可能であると
ともに、可動部分がなくて信頼性が高く、また、メンテ
ナンスもほとんど必要としないことから、各種の食品の
レベル計測に多用されている。図4は、従来一般の超音
波レベル計をタンク内の物質のレベルの計測に適用した
例を示す概略構成図であり、同図において、1は超音波
レベル計で、タンク2内の上方の所定位置に取り付けら
れている。3は超音波パルスの送・受波器で、タンク2
内に収納の被測定物質Mの表面Fに正対させて上記超音
波レベル計1の下面に取り付けられている。
【0003】上記構成の超音波レベル計においては、上
記送・受波器3から被測定物質Mの表面Fに向けて超音
波パルスを発射し、その超音波パルスが被測定物質Mの
表面Fに当たって反射されて、再び上記送・受波器3に
受信されるまでの時間tと音波伝播速度(音速)cによ
り、レベル計1から被測定物質Mの表面Fまでの距離d
を、 d=(t/2)c で算出し、ついで、その算出距離値dから被測定物質M
のレベルhを、 h=L−d ここで、Lは既知値計測する。
【0004】ところで、上記のような従来一般の超音波
レベル計においては、音速が超音波の伝播気体の温度や
種類、気圧、湿度などにより変化し、その変化がそのま
ま測定誤差となるために、正確なレベル計測を行なうた
めには、音速を補正する必要がある。その音速補正の手
段として、従来では、サーミスタなどの感温素子を用い
て温度を測定して、音速温度補正のみが行なわれてい
た。
【0005】図5は、上記音速温度補正手段が組み込ま
れた従来の超音波レベル計における信号処理系回路の構
成および動作を示すブロック図である。同図において、
3Aは超音波送波器で、送波ゲートパルス発生回路41
および超音波発振回路42を介して、一定の振動数をも
つ超音波パルスを送出する。3Bは超音波受波器で、図
4における被測定物質Mの表面Fからの反射波を受信し
て電気信号に変換する。45は増幅回路、46は2値化
回路で、上記の電気信号を増幅するとともに、2値化、
すなわち、検波する。47は第1反射波ゲート回路で、
第1反射波による信号のみを抽出する。48は時間計測
回路で、上記第1反射波ゲート回路で抽出された信号を
もとに時間tを計測する。49は時間・距離変換回路
で、サーミスタなどの感温素子による温度補正値δが入
力されて、上記の時間tと温度補正値δをもとに距離d
を算出し、これを出力回路50を介して出力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような音速温度補正手段が組み込まれた従来の超音波レ
ベル計においては、サーミスタなどの感温素子を超音波
送・受波器の真近に設置しなければならず、それの防水
性の保証が困難であって、補正値の変動による測定誤差
の発生を避けることができないばかりでなく、コストア
ップの原因にもなり、さらに、補正できるのは気体の温
度だけであるために、気体の種類や気圧などの他の測定
誤差要因となる音速補正は不可能で、測定誤差が依然と
して大きいという問題があった。
【0007】この発明は上記のような実情に鑑みてなさ
れたもので、音速補正のための特別な部品や温度補正回
路を省略しながら、音速の変化にかかわらず、所定のレ
ベル計測を非常に正確に行なうことができる超音波レベ
ル計を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る超音波レベル計は、超音波パルスを
送出する超音波送波器と、被測定物の表面からの反射波
を受信する超音波受波器と、上記超音波送波器から超音
波パルスを送出するタイミングを決める送波ゲート信号
発生手段と、上記超音波パルスの送出から受信までの時
間を計測する第1反射波計測手段と、上記被測定物を収
納する容器内で多重反射される同一の超音波パルスの送
出から2回目の受信までの時間を計測する第2反射波計
測手段と、上記第1反射波計測手段および第2反射波計
測手段による計測結果をもとに上記容器内の所定位置か
ら被測定物の表面までの距離を算出する距離算出手段と
を備えたものである。
【0009】
【作用】この発明によれば、超音波送波器から送出され
る超音波パルスが被測定物の表面で反射されて戻ってく
る第1反射波が超音波受波器に受信されるまでの時間と
容器内で多重反射されて再び戻ってくる第2反射波が上
記超音波受波器に受信されるまでの時間をそれぞれ計測
するとともに、これら計測結果と上記容器内の上面から
容器内の所定位置までの既知の距離とにより、上記容器
内の所定位置から被測定物の表面までの距離を算出し、
この距離から被測定物のレベルを計測することが可能と
なる。したがって、音速補正のための感温素子などの特
別な部品や温度補正回路が不要となるとともに、温度の
みならず、気体の種類や気圧、湿度などによる音速の変
化も補正して、所定のレベル計測を正確に行なうことが
できる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て説明する。図1は、この発明の一実施例を示すもの
で、超音波レベル計をタンク内の物質のレベルの計測に
適用した例を示す概略構成図であり、同図において、1
は超音波レベル計で、タンク2内の上方の所定位置に取
り付けられている。3は超音波パルスの送・受波器で、
タンク2内に収納の被測定物質Mの表面Fに正対させて
上記超音波レベル計1の下面に取り付けられている。
【0011】図2は、図1に示す超音波レベル計におけ
る信号処理系回路の構成を示すブロック図であり、同図
において、図5に示すものと同一箇所には同一の符号を
付して、それらの詳しい説明を省略する。図2におい
て、52は超音波パルスが送出されて被測定物質Mの表
面Fで反射される第1反射波4が超音波受波器3Bによ
り受信されるまでの時間taを計測する第1反射波計測
手段としての第1の時間計測回路、51はタンク2内に
おいて、タンク2の上面2Aに衝突して反射した後、再
び被測定物質Mの表面Fで多重反射される第2反射波5
による信号のみを抽出する第2反射波ゲート回路、53
は上記第2反射波5が超音波受波器3Bにより受信され
るまでの時間tbを計測する第2反射波計測手段として
の第2の時間計測回路である。54は時間・距離算出回
路で、上記第1および第2の時間計測回路52,53に
より計測された時間ta,tbをもとにレベル計1から
被測定物質Mの表面Fまでの距離dを算出するものであ
る。
【0012】つぎに、上記構成の動作について、図3に
示す信号処理のタイムチャートを参照して説明する。な
お、図3において、(A)は送波ゲート信号、(B)は
受波信号であり、この(B)の破線は2値化のしきい値
レベル、6は残響波、4,5は第1および第2反射波で
ある。また、(C)は受波信号を所定のしきい値レベル
で2値化した受波2値化パルス信号をそれぞれ示す。
【0013】図1の超音波送・受波器3における超音波
送波器3Aから発射された超音波パルスは被測定物質M
の表面Fで反射される。そのうち、第1反射波4は超音
波受波器3Bで受信されて電気信号に変換されたのち、
増幅回路45で増幅され、2値化回路46で2値化され
る。ここで、上記送波ゲート信号(A)の立上がりか
ら、第1反射波4を2値化したパルス信号plの立上が
りまでの時間をta、同じく第2反射波6を2値化した
パルス信号p2の立上がりまでの時間をtbとすると、
taは図1の4で示す経路を伝わる超音波の伝達時間で
あるから、超音波の速度、即ち、音速をcとすると、 2d=c・ta…… となる。
【0014】同様に、tbは図1の5で示す経路を伝わ
る超音波の伝達時間であるから、 2d1+4d=c・tb…… となる。この式より、c={(2d1+4d)/t
b}となるので、これを式に代入し変形すると、 d={(ta/tb−2ta)・d1}…… となる。この式において、d1は既知であるため、t
aおよびtbを測定することにより、求める測定量(距
離)dが算出される。そして、その算出距離値dから被
測定物質Mのレベルhを、 h=L−d ここで、Lは既知値計測する。
【0015】上記のように、式は超音波の音速cを含
んでいないので、タンク2内の気体の温度や種類、気
圧、湿度などにより音速cがいかに変化しても、上記距
離dおよび被測定物質Mのレベルhを正確に計測するこ
とができる。したがって、温度補正のためにサーミスタ
などの感温素子および温度補正回路が不要となり、レベ
ル計全体のコストアップを招くことなく、容易に音速を
補正し正確なレベル計測を行なうことができる。
【0016】なお、上記実施例では、タンク2内に収納
した物質のレベルの計測に適用したが、ホッパーやその
他のいかなる容器内に収納した物質のレベルの計測に適
用しても、上記実施例と同様な効果を奏する。
【0017】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、超音
波送波器から送出される超音波パルスが被測定物の表面
で反射されて戻ってくる第1反射波が超音波受波器に受
信されるまでの時間と容器内で多重反射されて再び戻っ
てくる第2反射波が上記超音波受波器に受信されるまで
の時間をそれぞれ計測し、これら計測結果と上記容器内
の上面から容器内の所定位置までの既知の距離とによ
り、上記容器内の所定位置から被測定物の表面までの距
離を算出し、この距離から被測定物のレベルを計測する
ことができるので、音速補正のための感温素子などの特
別な部品や温度補正回路を不要にして、全体を低コスト
に構成できるとともに、温度のみならず、気体の種類や
気圧、湿度などによる音速の変化も補正することができ
る。したがって、音速の変化にかかわらず、所定のレベ
ルを非常に正確に計測することができるという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による超音波レベル計の概
略構成図である。
【図2】図1に示す超音波レベル計における信号処理系
回路の構成を示すブロック図である。
【図3】信号処理のタイムチャートである。
【図4】従来の超音波レベル計の概略構成図である。
【図5】図4に示す超音波レベル計における信号処理系
回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】 1 超音波レベル計 2 タンク(容器) 3 超音波送・受波器 3A 超音波送波器 3B 超音波受波器 4 第1反射波 5 第2反射波 41 送波ゲートパルス発生回路 47 第1反射波ゲート回路 51 第2反射波ゲート回路 52 第1の時間計測回路 53 第2の時間計測回路 54 時間・距離算出回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年4月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波パルスを送出する超音波送波器
    と、被測定物の表面からの反射波を受信する超音波受波
    器と、上記超音波送波器から超音波パルスを送出するタ
    イミングを決める送波ゲート信号発生手段と、上記超音
    波パルスの送出から受信までの時間を計測する第1反射
    波計測手段と、上記被測定物を収納する容器内で多重反
    射される同一の超音波パルスの送出から2回目の受信ま
    での時間を計測する第2反射波計測手段と、上記第1反
    射波計測手段および第2反射波計測手段による計測結果
    をもとに上記容器内の所定位置から被測定物の表面まで
    の距離を算出する距離算出手段とを備えていることを特
    徴とする超音波レベル計。
JP4245778A 1992-08-20 1992-08-20 超音波レベル計 Pending JPH0666620A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4245778A JPH0666620A (ja) 1992-08-20 1992-08-20 超音波レベル計

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JP4245778A JPH0666620A (ja) 1992-08-20 1992-08-20 超音波レベル計

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0666620A true JPH0666620A (ja) 1994-03-11

Family

ID=17138683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4245778A Pending JPH0666620A (ja) 1992-08-20 1992-08-20 超音波レベル計

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JP (1) JPH0666620A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04103011U (ja) * 1991-02-07 1992-09-04 テイーオーエー株式会社 雑音制御型放送装置
US8274860B2 (en) 2007-04-28 2012-09-25 Pulsar Process Measurement Ltd. Distance measurement apparatus and related methods
US8931339B2 (en) 2001-07-27 2015-01-13 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for evaluating the measurement signals of a propagation-time based measurement device
CN114509374A (zh) * 2020-11-17 2022-05-17 中国石油天然气股份有限公司 气液计量装置及方法

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US8274860B2 (en) 2007-04-28 2012-09-25 Pulsar Process Measurement Ltd. Distance measurement apparatus and related methods
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