JPH069330Y2

JPH069330Y2 - 液体容器の水位検出装置

Info

Publication number: JPH069330Y2
Application number: JP1988057541U
Authority: JP
Inventors: 寛八木; 棟一郎楠本
Original assignee: Zojirushi Corp
Current assignee: Zojirushi Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2003-04-28
Also published as: JPH01162632U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、電気ポットのように、液体を収容する容器の
水位検出装置に関するものである。

（従来の技術及びその課題）従来、電気ポットなどの液体容器では、収容されている
液体の量又は水位を報知するために、いわゆる水位管方
式、静電容量方式、光センサ方式の水位検出装置を備え
ている。

前記水位管方式は、容器本体の側部に透明の水位管を設
け、該水位管の中で上下する液面を観察できるようにし
たものである。

この方式は、液面を直接目視できるため信頼性に優る
が、水位管を必要とするほか、水位管を観察できるよう
にするために外装カバーの形状や組立が繁雑になる、と
いう問題点を有している。

また、静電容量方式は、複数の電極を多段に設け、電極
間の静電容量を測定することにより、それらの間に液面
があるか否かを判定するものである。しかし、この方式
は、液面の位置を正確に検出することができず、極めて
おおざっぱな判断しかできないうえ、各段の電極に配線
するために組立が面倒になるという問題点を有してい
る。

さらに、光センサ方式は、例えば液中、液上に夫々発光
素子、受光素子を設け、発光素子から投射されて受光素
子で検出される光量が水位に応じて異なる性質を利用し
たものである。しかし、この方式は、液体が色を有する
ときは使用できないうえ、例えば、お茶と真水とでは同
一の水位が違って検出されるという問題点を有してい
る。

（課題を解決するための手段）本考案は、前記問題点を解決するためになされたもの
で、容器本体の水位検出装置を、容器本体２と、該容器
本体２の側部に上下方向に配置された水管４と、上端開
口部、下端開口部、および側部開口部を互いに連通し、
前記上端開口部を前記水管４の下端部に接続し、前記側
部開口部を前記容器本体２の底部に接続した弾性材から
なる接続管６と、前記接続管６の下端開口部に取り付け
られた電気音響受換器８と、該電気音響受換器８から水
管内の液面Ｗ_sに向かって発射された超音波信号が前記
液面Ｗ_sで反射して戻ってくるまでの時間をもとに、液
面Ｗ_sの高さを演算する演算手段１３とを備え、前記電
気音響受換器８が、容器本体２の底部２ａよりも低く設
定され、超音波の発射に伴う残響（Ｐ_R′）の中に液面
Ｗ_sからの反射波（Ｐ_R1，Ｐ_R2）が入らないようにして
あるものである。

（作用）前記構成を備えた液体容器の水位検出装置では、電気音
響受換器８から発射された超音波は液面Ｗ_sで反射し、
その反射波が前記電気音響受換器８で検出される。

そして、演算手段１３では、電気音響受換器８から発射
した超音波が液面Ｗ_sで反射して戻ってくるまでの時間
ｔを測定して、容器本体２における水位を演算する。

また、電気音響受換器８を容器本体２の底部２ａよりも
低く設定し、超音波の発射に伴って生じる残響Ｐ_R′の
中に反射波Ｐ_R1，Ｐ_R2が入らないようになっているの
で、常に、第１反射波Ｐ_R1が検出された時を基準として
水位が演算されることになり、正確な水位検出が可能と
なる。

（実施例）以下、添付図面を参照して本考案を説明する。

第１図は、例えば電気ポットなどに内蔵されている液体
容器１を示し、この液体容器１は、概略、ガラス、ステ
ンレス、又は樹脂からなる容器本体２と揚水管４で構成
されており、揚水管４は略Ｊ字状のパイプを逆さにした
もので、容器本体２の側部に配置されている。

揚水管４と容器本体２は、容器本体２の底面２ａに設け
たパイプ３をエルボ５、接続パイプ７を介してティー６
の側部開口部に接続し、揚水管４の下端部をティー６の
上部開口部に接続して連結されている。また、前記ティ
ー６の下部開口部には、超音波センサ８が、そのセンサ
面８ａが液面Ｗ_sを臨むように、容器本体２の底面２ａ
よりも距離Ｄほど低い所に位置させて取り付けてある。
なお、エルボ５とティー６はゴムで形成されている。

前記超音波センサ８は、電気信号を超音波振動に、ま
た、超音波振動を電気信号に変換する電気音響受換器
で、送波器と受波器を一体的に備えており、マイクロコ
ンピュータ１０によって駆動され、駆動回路１１と波形
検出回路１２に接続されている。

以上の構成を有する液体容器１では、第１図に示すよう
に液体Ｗが収容されている状態で、容器本体２の液面上
の空間Ｓを加圧することにより、液体Ｗはパイプ３，７
を介して揚水管４を上昇し、注ぎ口４ａから抽出され
る。

また、液体容器１では、マイクロコンピュータ１０によ
って超音波センサ８が駆動されて液体Ｗの水位Ｌが検出
され、その結果が報知される。

以下、前記水位検出について、第２図の回路図、第３図
のタイムチャートを参照して説明する。

なお、第２図に示す回路図において、Ｒ₁，〜，Ｒ₁₅は
抵抗、Ｃ₁，〜，Ｃ₅はコンデンサ、Ａ₁，〜，Ａ₇はアン
プ、Ｄ₁，Ｄ₂はダイオード、Ｃｏはコンパレータであ
る。

マイクロコンピュータ１０の駆動回路１１では、水晶発
振器２３を備えた発振回路２２から数１０ｋHz〜数ＭHz
のパルスが発振され、これを増幅した送波パルスＰ
_Tが、ＡＮＤ回路２１の入力端子ｉ₁に常時入力されてい
る。一方、ＡＮＤ回路２１の入力端子ｉ₂には、電源Ｖ
_DDから電圧が印加されており、第３図(a)で示すよう
に、パルス入力端子２４を介してタイミングパルスＰ_s
を入力すると、その時間Δｔだけ電圧が零になり、第３
図(b)に示すように、前記送波パルスＰ_TがＡＮＤ回路２
１から出力され、バッファ２５を介して超音波センサ８
に電圧が印加される。

超音波センサ８では、前記送波パルスＰ_Tを超音波振動
に変換し、液面Ｗ_sに向かって超音波を発射する。

前記超音波は、揚水管４の液中を伝播し、液面Ｗ_sで反
射されてセンサ面８ａに到達した第１反射波、第２反射
波、…等の振動が超音波センサ８で電気信号に変換さ
れ、この変換された受波パルスＰ_R1，Ｐ_R2，…が波形検
出回路１２に出力される〔第３図(c)参照〕。なお、送
波パルスＰ_Tの振動も同時に受波パルスＰ_Rとして検出さ
れる。

次に、波形検出回路１２では、超音波センサ８から出力
された受波パルスＰ_R，Ｐ_R1，Ｐ_R2，…が増幅回路３１
で増幅される。

また、増幅された受波パルスＰ_R1，Ｐ_R2，…は検波平滑
回路３２で平滑化されたのち、波形成形回路３３で所定
レベルの矩形波として成形され、受波パルスＰ_R，
Ｐ_R1，Ｐ_R2，…に対応する矩形パルスＰ_RF，Ｐ_RF1，Ｐ
_RF2，…が夫々演算回路１３に出力される〔第３図(d)参
照〕。

そして、演算回路１３では、タイミングパルスＰ_sの立
ち上がりから、第１反射波Ｐ_R1に対応する矩形パルスＰ
_RF1の立ち上がりまでの時間ｔをカウントし、その値に
基づいてセンサ面８ａから液面Ｗ_sまでの距離Ｈ、及び
容器本体底面２ａから液面Ｗ_sまでの距離Ｌ（水位）を
演算する。

ところで、時間ｔと、超音波センサ８のセンサ面８ａか
ら液面Ｗ_sまでの距離Ｘとの関係は、第４図に示す直線
的な比例関係にある。

従って、超音波の水中における音速をＣとすると、水位
Ｌは次式によって演算される。なお、底面２ａとセンサ
面８ａとの距離は、既知である。

ここで、水位は時間ｔをもとに演算されるため、電圧の
変動などによって測定誤差を生じることは無く、信頼性
が高い。

以上のようにして検出された水位は、液体容器１を備え
た電気ポット等の表示パネルに表示される。

ところで、第３図(c)に示すように、送波パルスＰ_Tは同
時に受波パルスＰ_Rとして超音波センサ８で検出され、
その残響Ｐ_R′がしばらく残る。

従って、残響Ｐ_R′がほぼ消えるまでの時間内に、液面
Ｗ_sからの第１反射波が超音波センサ８に戻ってきて、
残響Ｐ_R′の中に受波パルスＰ_R1が入ると、それらの区
別がつかなくなる。つまり、センサ面８ａから液面Ｗ_s
までの距離がある一定以上無いとき、前記残響Ｐ_R′の
中に液面Ｗ_sからの第１受波パルスＰ_R1が入り、次に、
第２受波パルスＰ_R2を検出して水位が演算されることに
なり、容器本体２の中には水が殆ど無いのに、水が十分
有るように誤った値が報知される。

しかし、本考案では、前述のように、センサ面８ａが容
器底面２ａから距離Ｌだけ低くしてあり、その距離は、
超音波センサ８から発射された送波パルスＰ_Tの第１反
射波である受波パルスＰ_R1が、残響Ｐ_R′の中に入らな
い距離としてある。

従って、残響Ｐ_Rと第１の受波パルスＰ_R1とを明瞭に区
別することができ、正確に水位を検出することができ
る。

また、超音波センサ８を保持しているティー６はゴムで
構成されているので、このティー６に超音波センサ８の
振動が吸収され、残響が緩和される効果がある。さら
に、超音波センサ８の周囲にゴムが密着して、シール性
が向上する。

なお、前記実施例では、超音波センサ８は揚水管４の底
部に設け、液中より超音波を発射するものとしたが、超
音波センサ８を揚水管４の液面Ｗ_sを臨む天井部に設
け、液面Ｗ_sに超音波を発射し、液面からの反射波を検
出することにより水量を検出するようにしてもよい。

また、超音波センサ８は容器本体２の液面Ｗ_sを臨む底
部又は天井部に設けるようにしてもよい。ただし、容器
本体２は揚水管４に比べて著しく断面積が大きい。した
がって、超音波センサ８から発射された超音波が周囲に
拡散して著しく減衰するため、揚水管４に取り付けると
きよりも、超音波センサ８はより大きなパワーを要す
る。

さらに、前記実施例では、超音波センサ８は送波器と受
波器とを一体的に備えたものとしたが、これらを別々に
有するものでもよい。

（考案の効果）以上の説明で明らかなように、本考案にかかる液体容器
の水位検出装置によれば、電気音響受換器から発射した
超音波が液面で反射して戻ってくるまでの時間を測定す
ることにより水位を検出ようにしている。

ここで、反射波が検出されるまでの時間は、印加される
電圧の変動等によって変化することはないので、常に正
確な水位検出が可能となる。

また、電気音響受換器の接続には単純な配線で済むう
え、外観に現れる部分が無いため、外装カバーの設計、
組立が楽になる。

さらに、水位の変動を追従した連続的な測定が可能であ
る。

さらにまた、水質に関係なく正確な水位測定が可能であ
る。

そして、音波の減衰が少なく、小パワーのもので足り
る。

また、水管に設けた電気音響受換器が容器本体の底部よ
りも低く、超音波の発射に伴う残響の中に液面からの反
射波が入らないようにしてあるので、残響と第１の受波
パルスとを明瞭に区別することができ、正確に水位を検
出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる水位検出装置の概略構成を示す
断面図、第２図は制御手段の回路図、第３図はタイムチ
ャート、第４図は超音波センサの特性を示す図である。１…液体容器、２…容器本体、２ａ…底面、４…揚水
管、６…ティー、８…超音波センサ、１０…制御手段、
１１…駆動回路、１２…波形検出回路、Ｗ…液体、Ｗ_s
…液面、Ｌ…水位、Ｐ_a…タイミングパルス、Ｐ_T…送波
パルス、Ｐ_R，Ｐ_R1，Ｐ_R2…受波パルス、Ｐ_R′…残響。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】容器本体と、該容器本体の側部に上下方向に配置された水管と、上端開口部、下端開口部、および側部開口部を互いに連
通し、前記上端開口部を前記水管の下端部に接続し、前
記側部開口部を前記容器本体の底部に接続した弾性材か
らなる接続管と、前記接続管の下端開口部に取り付けられた電気音響受換
器と、該電気音響受換器から水管内の液面に向かって発射され
た超音波信号が前記液面で反射して戻ってくるまでの時
間をもとに、液面の高さを演算する演算手段とを備え、前記電気音響受換器が、液体容器の底部よりも低く設定
され、超音波の発射に伴う残響の中に液面からの反射波
が入らないようにしてあることを特徴とする液体容器の
水位検出装置。