JPH09236475A - Water level measurement device - Google Patents

Water level measurement device

Info

Publication number
JPH09236475A
JPH09236475A JP4572196A JP4572196A JPH09236475A JP H09236475 A JPH09236475 A JP H09236475A JP 4572196 A JP4572196 A JP 4572196A JP 4572196 A JP4572196 A JP 4572196A JP H09236475 A JPH09236475 A JP H09236475A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water level
rod
measuring device
vibrator
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4572196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiki Soramoto
誠喜 空本
Michio Sato
道雄 佐藤
Hideki Kasai
英城 河西
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4572196A priority Critical patent/JPH09236475A/en
Publication of JPH09236475A publication Critical patent/JPH09236475A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which measures water level stably without affected by environment change in gas phase or liquid phase. SOLUTION: A water level measurement device 10, together with a super sonic wave vibratar 11 and a wave guide rod 12 connected to the vibrator 11, constitutes a transducer. To the vibrator 11, a resonance characteristics measurement device 14 is connected through a signal cable 17, and, to the lower stream side of the resonance characteristics measurement device 14, a signal processor 15 and a water level display 16 are connected. A part of wave guide rod 12 is submerged in a liquid phase 7, and at the vibrator 11 fixed to a water vessel 1 with a support fix device 13, longitudinal wave, distortional wave, transverse wave or flex vibration is generated, and the wave motion from the vibrator is propagated to the wave guide rod 12. The transducer resonates when a.c. signal of specific frequency zone is applied. Since resonance characteristics changes when a part of the wave guide rod 12 is submerged, water level is decided by measuring the resonance change.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力容器やタンク
などの水槽内の水位を計測するための水位計測装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water level measuring device for measuring the water level in a water tank such as a pressure vessel or a tank.

【0002】[0002]

【従来の技術】水槽内の水位を計測するための水位計測
装置としては従来から、超音波水位計,差圧式水位計な
どが広く使用されている。超音波水位計は、パルスエコ
ー法と呼ばれる方法を利用したもので、測定原理を図13
に(a),(b)により説明する。すなわち、図13
(a)に示したように水槽1内の上端部に超音波トラン
スジューサ2を設け、この超音波トランスジューサ2か
ら超音波を水面3に照射して入射パルス4と反射パルス
5の強度と時間とを測定すると、図13(b)に示すよう
にこれらの関係から水位を測定することができる。つま
り、気相6から液相7に向けて超音波トランスジューサ
2から入射パルス4を発信し、水面3からの反射パルス
5の往復時間を測定し、水面3までの高さを測るもので
ある。
2. Description of the Related Art As a water level measuring device for measuring the water level in a water tank, an ultrasonic water level meter, a differential pressure type water level meter, etc. have been widely used. The ultrasonic level gauge uses a method called the pulse echo method, and the measurement principle is shown in Fig. 13.
Will be described with reference to (a) and (b). That is, FIG.
As shown in (a), the ultrasonic transducer 2 is provided at the upper end of the water tank 1, and the ultrasonic wave is radiated from the ultrasonic transducer 2 onto the water surface 3 to determine the intensity and time of the incident pulse 4 and the reflected pulse 5. Upon measurement, the water level can be measured from these relationships as shown in FIG. 13 (b). That is, the incident pulse 4 is emitted from the ultrasonic transducer 2 from the gas phase 6 to the liquid phase 7, the round trip time of the reflected pulse 5 from the water surface 3 is measured, and the height to the water surface 3 is measured.

【0003】一方、差圧式水位計は原子力プラント内の
水位レベル測定に使用されている。この水位計の原理を
図14により説明する。すなわち、図14に示したように水
槽1内の水面3を境とし、気相6と液相7を連通する案
内管8を水槽1の外側に設け、この案内管8に差圧計9
を取り付け、気相6と液相7部の圧力差を差圧計9で測
定し、水位に換算するものである。
On the other hand, the differential pressure type water level gauge is used for measuring the water level in a nuclear power plant. The principle of this water level gauge will be explained with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 14, a guide pipe 8 for connecting the gas phase 6 and the liquid phase 7 is provided outside the water tank 1 with the water surface 3 in the water tank 1 as a boundary.
Is attached, and the pressure difference between the gas phase 6 and the liquid phase 7 is measured with a differential pressure gauge 9 and converted into a water level.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
原子炉等で利用されている差圧式水位計は、原子炉容器
の底部、ホットレグまたは頂部から案内管8を外部に引
き出して差圧計9に導いているため、原子炉過渡時に
は、炉心内の複雑な流れや炉心内外の温度差の影響など
を受け、測定水位に誤差が生じる課題がある。
However, in the conventional differential pressure type water level gauge used in a nuclear reactor or the like, the guide pipe 8 is drawn out from the bottom, hot leg or top of the reactor vessel and led to the differential pressure gauge 9. Therefore, during a transient reactor, there is a problem that an error occurs in the measured water level due to the influence of the complicated flow inside the core and the temperature difference inside and outside the core.

【0005】一方、パルスエコー法を利用した超音波水
位計は気相6中の温度ゆらぎの影響を受け、測定誤差を
生じ易く、また液面の波立ちや泡立ちにより反射パルス
が戻らなくなり、測定不能となる課題がある。
On the other hand, an ultrasonic water level meter using the pulse echo method is susceptible to measurement fluctuations due to the temperature fluctuations in the gas phase 6, and the reflected pulse does not return due to ripples or bubbles on the liquid surface, making measurement impossible. There is a problem that becomes.

【0006】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、気相中または液相中に温度分布、流動分布等
の環境の変化があっても安定に水位を測定でき、S/N
特性の優れた水位計測装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and can stably measure the water level even if the environment such as temperature distribution and flow distribution changes in the gas phase or the liquid phase, and the S / N ratio is improved.
It is to provide a water level measuring device having excellent characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、縦波,ねじれ波,横波,表面波または屈曲振動等の
波動を発生する振動子と、この振動子と接合され、前記
波動を伝播させる導波棒と、この導波棒、振動子、また
は導波棒と振動子を水槽に支持または固定する支持固定
装置と、振動子に電気信号を与える信号ケーブルにより
接続された共振特性測定装置,信号処理装置および水位
表示装置とを具備したことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, a vibrator that generates a wave such as a longitudinal wave, a torsion wave, a transverse wave, a surface wave or a bending vibration is joined to the vibrator, and the wave is generated. Resonance characteristic measurement connected by a waveguide rod to be propagated, a supporting and fixing device for supporting or fixing the waveguide rod, the oscillator, or the waveguide rod and the oscillator in an aquarium, and a signal cable that gives an electrical signal to the oscillator It is characterized by including a device, a signal processing device, and a water level display device.

【0008】請求項1記載の発明によれば、縦波,ねじ
れ波,横波または屈曲振動を発生する振動子と、振動子
からの波動を伝播させる導波棒とによりトランスジュー
サが構成される。このトランスジューサに対して、信号
ケーブルからトランスジューサ固有の周波数帯の交流電
気信号を与えると、トランスジューサが共振する。
According to the first aspect of the present invention, a transducer is constituted by a vibrator that generates a longitudinal wave, a torsional wave, a transverse wave, or a bending vibration, and a waveguide rod that propagates the wave from the vibrator. When an AC electric signal in a frequency band peculiar to the transducer is applied to the transducer from the signal cable, the transducer resonates.

【0009】その共振しているトランスジューサの導波
棒部分を浸水させると共振特性が変化する。さらに浸水
部の大小によっても共振特性が変化する。その変化を測
定することにより水位を同定することができる。
When the waveguide rod portion of the resonating transducer is submerged, the resonance characteristic changes. Further, the resonance characteristic changes depending on the size of the water immersion part. The water level can be identified by measuring the change.

【0010】ここで、縦波の振動子を使用する場合には
測定パラメータとして共振点または反共振点の機械的イ
ンピーダンスまたはアドミッタンスが利用できる。ま
た、水位測定だけではなく、水位の有無に関するリミッ
トスイッチ機能を有するので、リミットスイッチにも使
用できる利点がある。
When a longitudinal wave oscillator is used, the mechanical impedance or admittance at the resonance point or antiresonance point can be used as a measurement parameter. Further, not only the water level measurement but also the limit switch function relating to the presence or absence of the water level is provided, so that there is an advantage that the limit switch can be used.

【0011】一方、ねじれ波または横波の振動子を使用
する場合には、測定対象の水位ばかりでなく、測定対象
の粘性抵抗により振動が減衰し、この原理を利用するこ
とで粘度を測定することができ、屈曲振動を使用する場
合には、感度およびS/Nが向上する。
On the other hand, when a torsional wave or transverse wave oscillator is used, the vibration is damped not only by the water level of the measurement object but also by the viscous resistance of the measurement object, and this principle can be used to measure the viscosity. When the bending vibration is used, the sensitivity and S / N are improved.

【0012】また導波棒や振動子を支持固定装置より支
持または固定すると、特定の振動モードを強く励振する
ことができ、不要なモードを抑制できる。例えば屈曲振
動が強く励振する場合、同一周波数帯で発生する縦波等
の測定対象外の振動モードーを抑制することができ、共
振特性におけるS/Nを向上させることができる。
Further, when the waveguide rod or the vibrator is supported or fixed by the supporting and fixing device, a specific vibration mode can be strongly excited and unnecessary modes can be suppressed. For example, when flexural vibration is strongly excited, it is possible to suppress vibration modes other than the measurement target, such as longitudinal waves generated in the same frequency band, and improve S / N in resonance characteristics.

【0013】請求項2記載の発明では、導波棒の断面形
状が一様な棒状であって、丸棒,円筒棒,中空楕円棒,
角棒,または中空角棒から選択された棒状体からなるこ
とを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the waveguide rod has a uniform cross-sectional shape and is a round rod, a cylindrical rod, a hollow elliptic rod,
It is characterized by comprising a rod-shaped body selected from a square rod or a hollow square rod.

【0014】請求項2記載の発明によれば、導波棒とし
て丸棒または円筒棒を用いることにより縦波やねじれ波
を均一的かつ効率的に発生されることができる。さらに
角棒または中空の各棒を利用することにより屈曲振動を
効率よく発生させることができる。
According to the second aspect of the present invention, by using a round rod or a cylindrical rod as the waveguide rod, it is possible to uniformly and efficiently generate a longitudinal wave and a torsional wave. Furthermore, bending vibration can be efficiently generated by using square rods or hollow rods.

【0015】請求項3記載の発明では、振動子の構造が
(2n−1)枚の圧電体を2n枚の電極板でサンドイッ
チ状に交互に挟み、その片端側に絶縁体を設け、さらに
その両端を固定用装置で挟んだランジュバン型構造であ
ることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, a piezoelectric element having a vibrator structure of (2n-1) sheets is sandwiched alternately with 2n electrode plates in a sandwich shape, and an insulator is provided on one end side thereof. It is characterized by a Langevin type structure in which both ends are sandwiched by fixing devices.

【0016】この発明によれば、振動子の構造によりと
特定の振動モードのみを強く励振することができ、振動
モードを選択することができる。例えば、振動子の構造
を(2n+1)枚の圧電体を2n枚の電極板でサンドイ
ッチ状に挟み、その片端側に絶縁体を設け、さらにその
両端を固定用装置で挟んだランジュバン型構造とするこ
とにより、縦振動またはねじれ波を強く励振することが
できる。
According to the present invention, only the specific vibration mode can be strongly excited due to the structure of the vibrator, and the vibration mode can be selected. For example, the structure of the vibrator is a Langevin type structure in which (2n + 1) piezoelectric bodies are sandwiched between 2n electrode plates, an insulator is provided on one end side, and both ends are sandwiched by a fixing device. This makes it possible to strongly excite longitudinal vibration or torsional waves.

【0017】請求項4記載の発明では、振動子の構造
が、2n枚の圧電体を(2n+1)枚の電極板でサンド
イッチ状に挟み、さらにその両端を固定装置で挟んだラ
ンジュバン型構造であることを特徴としている。請求項
4記載の発明によれば、縦振動またはねじれ波もをより
強く励振することができ、感度およびS/Nが向上す
る。
According to a fourth aspect of the invention, the structure of the vibrator is a Langevin type structure in which 2n piezoelectric bodies are sandwiched between (2n + 1) electrode plates and both ends are sandwiched by a fixing device. It is characterized by that. According to the invention described in claim 4, longitudinal vibration or torsional wave can be excited more strongly, and the sensitivity and S / N are improved.

【0018】請求項5記載の発明では、振動子と導波棒
の間にねじり結合子を介していることを特徴としてい
る。この、発明によれば、振動子と導波棒の間にねじり
結合子を介在させることにより、ねじれ波をより強く励
振することができる。
The invention according to claim 5 is characterized in that a torsional coupler is interposed between the vibrator and the waveguide rod. According to this invention, the torsional wave can be more strongly excited by interposing the torsion coupler between the vibrator and the waveguide rod.

【0019】請求項6記載の発明では、振動子の代替と
して、棒の片端に棒の軸方向に対して水平または垂直に
振動する加振装置を利用することを特徴としている。請
求項6記載の発明によれば、振動子の代替として、棒の
片端に棒の軸方向に対して水平または垂直に振動する加
振装置を利用することにより、縦振動、屈曲振動を強く
励振することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, as an alternative to the vibrator, a vibrating device that vibrates horizontally or vertically with respect to the axial direction of the rod is used at one end of the rod. According to the invention of claim 6, as an alternative to the vibrator, by using a vibrating device which vibrates at one end of the rod horizontally or vertically with respect to the axial direction of the rod, longitudinal vibration and bending vibration are strongly excited. can do.

【0020】請求項7記載の発明では、振動子と導波棒
とからなる超音波トランスジューサの接合は接着剤接
合,溶接接合またはボルト締め接続、または導波棒と振
動子が一体成形であることを特徴としている。
According to the invention of claim 7, the ultrasonic transducer consisting of the vibrator and the waveguide rod is bonded by adhesive bonding, welding or bolt connection, or the waveguide rod and the vibrator are integrally molded. Is characterized by.

【0021】請求項7記載の発明によれば、導波棒と振
動子の接合方法の違いにより振動の伝搬が異なってく
る。接着剤接合の場合、密着接続であることより、振動
子の振動が効率よく伝わる。一方、溶接接合は、施工性
に優れている。また、ボルト締め接続では、振動子また
は導波棒の保守の際、容易に取り外しができ、保守性に
優れたものであり、取付の際、再現性も良好である。導
波棒と振動子が一体成形の場合、最も振動が効率よく伝
播させることができる。
According to the invention described in claim 7, the propagation of vibration is different due to the difference in the joining method between the waveguide rod and the vibrator. In the case of adhesive bonding, the vibration of the vibrator is efficiently transmitted due to the close connection. On the other hand, welded joints have excellent workability. In addition, the bolted connection allows easy removal during maintenance of the vibrator or the waveguide rod, has excellent maintainability, and has good reproducibility during mounting. When the waveguide rod and the vibrator are integrally molded, the vibration can be propagated most efficiently.

【0022】請求項8記載の発明では、トランスジュー
サの両端,片端,導波棒部分、または振動子の端部と導
波棒部分を支持または固定することを特徴としている。
請求項8記載の発明によれば、トランスジューサの片
端,導波棒部分、または振動子の端部と導波棒部分を支
持または固定することにより、不要振動モードを抑制で
き、また定在波の波長を均一にすることにより感度の均
一化が図れる。
The invention according to claim 8 is characterized in that both ends of the transducer, one end, the waveguide rod portion, or the end portion of the transducer and the waveguide rod portion are supported or fixed.
According to the invention described in claim 8, by supporting or fixing one end of the transducer, the waveguide rod portion, or the end portion of the transducer and the waveguide rod portion, the unnecessary vibration mode can be suppressed, and the standing wave The sensitivity can be made uniform by making the wavelength uniform.

【0023】請求項9記載の発明では、導波棒部分の支
持または固定位置が、導波棒中に発生する定在波の節部
分であることを特徴としている。請求項9記載の発明に
よれば、導波棒部分の支持または固定位置が、導波棒中
に発生する定在波の節部分であることであるから、伝搬
している超音波の定在波に影響を与えることなく支持で
きる。
The invention according to claim 9 is characterized in that the supporting or fixing position of the waveguide rod portion is a node portion of a standing wave generated in the waveguide rod. According to the invention described in claim 9, since the supporting or fixing position of the waveguide rod portion is the node portion of the standing wave generated in the waveguide rod, the standing of the propagating ultrasonic wave Support without affecting the waves.

【0024】請求項10記載の発明では、共振特性測定装
置はトランスジューサに正弦波信号を周波数掃引して周
波数応答特性を測定し、ピークサーチすることにより共
振点または反共振点を求めることを特徴としている。請
求項10記載の発明によれば、共振点または反共振点をピ
ークサーチして求めることにより高速応答を実現でき
る。
According to a tenth aspect of the present invention, the resonance characteristic measuring device is characterized in that the transducer is frequency-swept with a sine wave signal to measure the frequency response characteristic, and the resonance point or anti-resonance point is obtained by performing a peak search. There is. According to the invention described in claim 10, a high-speed response can be realized by performing a peak search to find a resonance point or an anti-resonance point.

【0025】請求項11記載の発明では、信号処理装置は
共振特性測定装置からの各々の測定データを統合的に演
算する機能を有することを特徴としている。請求項11記
載の発明によれば、トランスジューサが有する複数の共
振点または反共振点における共振特性または周波数応答
特性を同時測定し、複数の水位と共振特性の関係から統
合的に演算し水位を求めることにより水位情報の信頼性
が向上する。
According to the eleventh aspect of the present invention, the signal processing device has a function of integrally calculating each measurement data from the resonance characteristic measuring device. According to the invention described in claim 11, the resonance characteristic or the frequency response characteristic at a plurality of resonance points or anti-resonance points of the transducer is simultaneously measured, and the water level is obtained by performing an integrated calculation from the relationship between the plurality of water levels and the resonance characteristic. This improves the reliability of water level information.

【0026】請求項12記載の発明では、水位表示装置は
測定対象の粘度を測定、演算および表示する機能を備え
ることを特徴としている。請求項12記載の発明によれ
ば、共振特性または周波数応答特性を測定する共振特性
測定装置および信号処理装置からの信号を受けて測定対
象の粘度または密度および水位を表示することができ
る。
The invention according to claim 12 is characterized in that the water level display device has a function of measuring, calculating and displaying the viscosity of the object to be measured. According to the twelfth aspect of the present invention, the viscosity or density and the water level of the measurement target can be displayed by receiving signals from the resonance characteristic measuring device that measures the resonance characteristic or the frequency response characteristic and the signal processing device.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1から図5により本発明に係る
水位計測装置の実施の形態を説明する。図1において、
本実施の形態に係る水位計測装置10はまず、超音波振動
子11と、この振動子11に接続した導波棒12によりトラン
スジューサを構成する。導波棒12の中央部から下端部は
水槽1内の液相7中に浸漬される。導波棒12は導波棒12
の支持固定装置13により水槽1に固定されている。振動
子11は信号ケーブル17により共振特性測定装置14に接続
し、この共振特性測定装置14の下流側には信号処理装置
15および水位表示装置16が接続している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a water level measuring device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG.
The water level measuring device 10 according to the present embodiment first forms a transducer by the ultrasonic transducer 11 and the waveguide rod 12 connected to the transducer 11. The waveguide bar 12 is immersed in the liquid phase 7 in the water tank 1 from the center to the lower end. Waveguide rod 12 is waveguide rod 12
It is fixed to the water tank 1 by the supporting and fixing device 13 of. The oscillator 11 is connected to the resonance characteristic measuring device 14 by a signal cable 17, and a signal processing device is provided on the downstream side of the resonance characteristic measuring device 14.
15 and the water level indicator 16 are connected.

【0028】この水位計測装置10において、超音波を発
生する振動子11は導波棒12に接着剤、溶接またはボルト
締め等により隙間なく接触して一体的に接続されてい
る。導波棒は断面形状が一様で、丸棒,円筒棒,楕円
棒,中空楕円棒,角棒または中空角棒から選択された棒
状体からなっている。
In this water level measuring device 10, an oscillator 11 for generating an ultrasonic wave is integrally connected to the waveguide rod 12 by contacting them without a gap by an adhesive, welding, bolting or the like. The waveguide rod has a uniform cross-sectional shape and is composed of a rod-shaped body selected from a round rod, a cylindrical rod, an elliptic rod, a hollow elliptic rod, a square rod, or a hollow square rod.

【0029】共振特性測定装置14で振動子11からの電気
信号を受信して共振特性を測定し、信号処理装置15で水
位換算を行い、水位表示装置16により水位を表示するこ
とができる。
The resonance characteristic measuring device 14 can receive the electric signal from the vibrator 11 to measure the resonance characteristic, the signal processing device 15 can convert the water level, and the water level display device 16 can display the water level.

【0030】まず測定原理について説明する。振動子11
では、縦波,ねじれ波,横波または屈曲振動を発生し、
振動子11からの波動を導波棒12に伝搬させる。振動子11
と導波棒12で構成されるトランスジューサは固有の周波
数帯の交流電気信号を与えると、トランスジューサが共
振する。
First, the measurement principle will be described. Oscillator 11
Then, longitudinal wave, torsional wave, transverse wave or bending vibration is generated,
Waves from the oscillator 11 are propagated to the waveguide rod 12. Oscillator 11
The transducer constituted by the waveguide rod 12 and the waveguide rod 12 resonates when an AC electric signal in a specific frequency band is applied.

【0031】その共振しているトランスジューサの導波
棒12の一部分を浸水させると共振特性が変化し、さらに
浸水部の大小によっても共振特性が変化する。その変化
を測定することにより水位を同定することができる。
When a part of the waveguide rod 12 of the resonating transducer is submerged, the resonance characteristic changes, and the resonance characteristic also changes depending on the size of the submerged portion. The water level can be identified by measuring the change.

【0032】図2に共振波形の一例を信号強度と周波数
との関係で示す。水位低18の場合には共振波形、水位高
19であれば共振波形が変化し、共振点20や反共振点21の
周波数または信号強度が大きく変化する。
FIG. 2 shows an example of the resonance waveform in the relationship between the signal strength and the frequency. Resonance waveform when the water level is low 18, high water level
If it is 19, the resonance waveform changes, and the frequency or signal strength at the resonance point 20 and the anti-resonance point 21 changes greatly.

【0033】ここで、測定パラメータとしては、共振点
19または反共振点21の機械的インピーダンス,アドミッ
タンス,または周波数が利用できる。共振点20および反
共振点21の周波数と水位の関係を図3に示す。
Here, the measurement point is the resonance point.
The mechanical impedance, admittance, or frequency at 19 or anti-resonance point 21 is available. The relationship between the frequency at the resonance point 20 and the anti-resonance point 21 and the water level is shown in FIG.

【0034】また、共振特性の測定に関しては、時間と
ともに周波数の変化する正弦波信号の電気信号を発生
し、信号ケーブル17を介して振動子11に伝送し、前記電
気信号が超音波に変換され、導波棒12に伝搬される。こ
のとき、導波棒12には導波棒12の材質、長さおよび直径
で決まる固有の共振周波数が存在する。
Regarding the measurement of the resonance characteristic, an electric signal of a sine wave signal whose frequency changes with time is generated and transmitted to the vibrator 11 via the signal cable 17, and the electric signal is converted into ultrasonic waves. , Propagated to the waveguide rod 12. At this time, the waveguide rod 12 has an inherent resonance frequency determined by the material, length and diameter of the waveguide rod 12.

【0035】ある所定の値の周波数で導波棒12は共振
し、導波棒12が共振状態となると導波棒12から振動子11
へ反作用として応力が伝搬され、振動子11の電圧を測定
すると図2に示したような共振波形が観測される。
The waveguide rod 12 resonates at a frequency of a predetermined value, and when the waveguide rod 12 is in a resonance state, the waveguide rod 12 causes the oscillator 11 to move.
As a reaction to the stress, the stress is propagated, and when the voltage of the vibrator 11 is measured, the resonance waveform as shown in FIG. 2 is observed.

【0036】なお、共振特性測定装置14は、図4に示す
電気回路に基づき、水位計測装置10のトランスジューサ
のインピーダンスまたはアドミッタンスを測定してお
り、可変周波数電源22から正弦波を周波数掃引し、電流
値および電圧値を電圧・電流測定器23により測定してい
る。
The resonance characteristic measuring device 14 measures the impedance or admittance of the transducer of the water level measuring device 10 on the basis of the electric circuit shown in FIG. The value and the voltage value are measured by the voltage / current measuring device 23.

【0037】図4中、符号24は高抵抗で、可変周波数電
源22と電流センサ25との間に接続し、電圧信号ライン26
と電流信号ライン27はそれぞれ電圧・電流測定器23に接
続している。
In FIG. 4, reference numeral 24 is a high resistance, which is connected between the variable frequency power source 22 and the current sensor 25, and is connected to the voltage signal line 26.
The current signal line 27 and the current signal line 27 are connected to the voltage / current measuring device 23, respectively.

【0038】図5(a),(b)は図1における振動子
11の第1の例を示しており、(a)は上面図、(b)は
(a)の縦断面図である。図5に示すように(2n−
1)枚の圧電体28を2n枚の電極板29でサンドイッチ状
に挟み、その片端側に絶縁体を設け、さらにその両端を
固定装置30で挟んで構成する。電極板29には負電位ライ
ン25と正電位ライン26が接続される。符号27は分極方向
を示している。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show the vibrator shown in FIG.
The 1st example of 11 is shown, (a) is a top view, (b) is a longitudinal cross-sectional view of (a). As shown in FIG. 5, (2n−
1) A piezoelectric body 28 is sandwiched between 2n electrode plates 29 in a sandwich shape, an insulator is provided on one end side thereof, and both ends thereof are sandwiched by a fixing device 30. The negative potential line 25 and the positive potential line 26 are connected to the electrode plate 29. Reference numeral 27 indicates the polarization direction.

【0039】また、2n枚の圧電体28を(2n+1)枚
の電極板29でサンドイッチ状に挟み、その両端を固定装
置30で挟んだランジュバン形振動子を利用することによ
り超音波を発生させることができる。
In addition, 2n piezoelectric bodies 28 are sandwiched between (2n + 1) electrode plates 29 in a sandwich shape, and ultrasonic waves are generated by using a Langevin type oscillator in which both ends thereof are sandwiched by a fixing device 30. You can

【0040】図6(a),(b)は図5と同様に振動子
11の第2の例を示したもので、この振動子11は圧電体28
と電極29をボルト34で締め付けたものである。圧電体28
の分極方向33は交流電圧を図5に示したように負電位ラ
イン31と正電位ライン32とで負荷する場合、逆方向とな
り、電極ラインを調節することによりパラレルとするこ
ともできる。
6 (a) and 6 (b) are the same as in FIG.
11 shows a second example of the vibrator 11, in which the vibrator 11 is a piezoelectric body 28.
The electrode 29 is tightened with the bolt 34. Piezoelectric body 28
When the alternating voltage is loaded on the negative potential line 31 and the positive potential line 32 as shown in FIG. 5, the polarization direction 33 is opposite to the polarization direction 33, and it can be made parallel by adjusting the electrode lines.

【0041】なお、図1において振動子11を一般的なラ
ンジュバン型振動子とした場合の振動状況(定在波41)
を図7(a)に、その構造を図7(b)に示す。すなわ
ち、図7(b)において、一対の超音波導波棒12,12間
に3枚の電極板29を挟み込んで、これらの電極板29を可
変周波数電源22に接続したもので、図7(a)は縦軸に
振幅を、横軸に超音波導波棒12に対応する波長λ/2を
とっている。
In FIG. 1, the vibration condition when the vibrator 11 is a general Langevin type vibrator (standing wave 41)
Is shown in FIG. 7 (a), and its structure is shown in FIG. 7 (b). That is, in FIG. 7B, three electrode plates 29 are sandwiched between a pair of ultrasonic waveguide rods 12 and 12, and these electrode plates 29 are connected to the variable frequency power source 22. In a), the vertical axis represents the amplitude, and the horizontal axis represents the wavelength λ / 2 corresponding to the ultrasonic waveguide rod 12.

【0042】図8は図5から図7における超音波振動子
11の部品の配置例を分解図として示している。すなわ
ち、固定装置30にはボルト34が接続しており、このボル
ト34に圧電体28,リード線35付き電極板29,圧電体28,
リード線35付き電極板29,テーパディスク36を順次挿入
し、ねじり結合子37のめねじ38をボルト34にねじ込んで
一体化して超音波振動子11を組み立てる。図8のように
振動子11と導波棒となるテーパディスク36の間にねじり
結合子37を挟み、ねじれ波を効率よく発生させることも
できる。
FIG. 8 is an ultrasonic transducer shown in FIGS. 5 to 7.
An example of arrangement of 11 parts is shown as an exploded view. That is, the bolt 34 is connected to the fixing device 30, and the piezoelectric body 28, the electrode plate 29 with the lead wire 35, the piezoelectric body 28,
The electrode plate 29 with the lead wire 35 and the taper disk 36 are sequentially inserted, and the internal thread 38 of the torsion connector 37 is screwed into the bolt 34 to be integrated to assemble the ultrasonic transducer 11. As shown in FIG. 8, a torsional coupler 37 can be sandwiched between the vibrator 11 and the tapered disk 36 serving as a waveguide rod to efficiently generate a torsional wave.

【0043】図9は本発明に係る水位測定装置の第2の
実施の形態を示している。本実施の形態は第1の実施の
形態の振動子11の代りに加振装置39を使用したことにあ
り、導波棒12の上端部を固定壁40に固定装置30を介して
取り付け、導波棒12に伝達部41を介して振動を伝搬させ
るものである。
FIG. 9 shows a second embodiment of the water level measuring device according to the present invention. In this embodiment, a vibrating device 39 is used in place of the vibrator 11 of the first embodiment, and the upper end of the waveguide rod 12 is attached to the fixed wall 40 via the fixing device 30 and guided. The vibration is propagated to the corrugated rod 12 via the transmission portion 41.

【0044】導波棒12の材質としてはステンレス鋼,ア
ルミニウム,ジュラルミン等の金属および合金のような
弾性体やアクリル棒のような合成樹脂が使用できる。導
波棒12の形状は丸棒,角棒,中空等が使用でき、また伝
達部41と導波棒12の接続はボルト締め、溶接,接着剤に
よることもできる。
As the material of the waveguide rod 12, an elastic body such as metal and alloy such as stainless steel, aluminum and duralumin, or a synthetic resin such as acrylic rod can be used. The shape of the waveguide rod 12 may be a round rod, a square rod, a hollow, or the like, and the transmission part 41 and the waveguide rod 12 may be connected by bolting, welding, or an adhesive.

【0045】つぎに、図1に示した振動子11と導波棒12
の支持または固定方法について図10から図12により説明
する。図10(a)は振動子11と導波棒12の接続部と導波
棒12の下端部を支持固定装置13により二点支持した例で
あり、図10(b)は振動子11の上端と導波棒12の下端と
を同じく二点支持した例である。
Next, the oscillator 11 and the waveguide rod 12 shown in FIG.
A method of supporting or fixing the above will be described with reference to FIGS. 10 to 12. FIG. 10A shows an example in which the connecting portion between the oscillator 11 and the waveguide rod 12 and the lower end portion of the waveguide rod 12 are supported at two points by the support fixing device 13, and FIG. 10B is the upper end of the oscillator 11. And the lower end of the waveguide rod 12 is also supported at two points.

【0046】図11(a)は振動子11と導波棒12の接続部
のみを支持固定装置13により一点支持した例であり、図
11(b)は振動子11の上端部のみを同じく一点支持した
例である。図12は長尺の導波棒12の場合で、中間部分に
も支持点を設けて三点支持した例である。この中間支持
点は導電棒12中に発生する超音波の定在波41の節の部分
に当たる点と上下両端を支持固定装置13により三点支持
する。
FIG. 11A shows an example in which only the connecting portion between the vibrator 11 and the waveguide rod 12 is supported by the supporting and fixing device 13 at one point.
11 (b) is an example in which only the upper end of the vibrator 11 is also supported at one point. FIG. 12 shows a case of a long waveguide rod 12 and an example in which a supporting point is provided also in an intermediate portion and three-point supporting is performed. This intermediate support point supports a point corresponding to a node portion of the standing wave 41 of the ultrasonic wave generated in the conductive rod 12 and three upper and lower ends by the support fixing device 13.

【0047】これにより振動子11と導波棒12とで構成さ
れるトランスジューサは一次,二次,三次…と云った複
数の共振点を有しており、これらの複数の共振点または
反共振点の特性を利用し、補完することにより測定精度
が向上する。
As a result, the transducer constituted by the oscillator 11 and the waveguide rod 12 has a plurality of resonance points such as primary, secondary, tertiary ... and these resonance points or anti-resonance points. The measurement accuracy is improved by utilizing and complementing the characteristics of.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、導電棒中の定在波超音
波を利用するので、周囲の水の温度分布,流動分布等の
環境影響を受けることなく、精度良く水位を測定でき
る。また、従来のパルスエコー法では超音波パルス間の
時間の測定に当たってはパルスの波高値のしきい値を決
める必要があり、しきい値の設定方法によって測定誤差
を生じていたが、本発明によれば水位の測定値として共
振周波数,反共振周波数を利用するので、しきい値を設
定する必要がなくパルス計測に比較してS/N特性が優
れる効果がある。
According to the present invention, since the standing wave ultrasonic wave in the conductive rod is utilized, the water level can be accurately measured without being affected by the environment such as the temperature distribution and the flow distribution of the surrounding water. Further, in the conventional pulse echo method, in measuring the time between ultrasonic pulses, it is necessary to determine the threshold value of the crest value of the pulse, and a measurement error occurs depending on the threshold setting method. According to this, since the resonance frequency and the anti-resonance frequency are used as the measured value of the water level, there is no need to set a threshold value, and there is an effect that the S / N characteristic is superior to that in pulse measurement.

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

【図1】本発明に係る水位計測装置の第1の実施の形態
を説明するための系統図。
FIG. 1 is a system diagram for explaining a first embodiment of a water level measuring device according to the present invention.

【図2】図1における信号強度と周波数との関係を示す
特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between signal strength and frequency in FIG.

【図3】図1における水位と共振または反共振周波数と
の関係を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the water level and the resonance or anti-resonance frequency in FIG.

【図4】図1における共振特性の測定原理を説明するた
めの電気回路図。
FIG. 4 is an electric circuit diagram for explaining the principle of measuring the resonance characteristic in FIG.

【図5】(a)は図1における振動子の第1の例を示す
上面図、(b)は(a)の縦断面図。
5A is a top view showing a first example of the vibrator in FIG. 1, and FIG. 5B is a vertical sectional view of FIG.

【図6】(a)は図1における振動子の第2の例を示す
上面図、(b)は(a)の縦断面図。
6A is a top view showing a second example of the vibrator in FIG. 1, and FIG. 6B is a vertical sectional view of FIG.

【図7】(a)は図1における振動子の振幅と波長との
関係を示す特性図、(b)は(a)の振動子を電源に接
続した状態を概略的に示す斜視図。
7A is a characteristic diagram showing the relationship between the amplitude and wavelength of the oscillator in FIG. 1, and FIG. 7B is a perspective view schematically showing a state in which the oscillator of FIG.

【図8】図1における振動子の部品の一例を示す分解
図。
8 is an exploded view showing an example of components of the vibrator shown in FIG.

【図9】本発明に係る水位計測装置の第2の実施の形態
を示す概略図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a second embodiment of a water level measuring device according to the present invention.

【図10】(a)は本発明におけるトランスジューサを
両端支持した第1の例を示す概略図、(b)は(a)の
第2の例を示す概略図。
10A is a schematic diagram showing a first example in which a transducer according to the present invention is supported at both ends, and FIG. 10B is a schematic diagram showing a second example in FIG. 10A.

【図11】(a)は本発明におけるトランスジューサを
片端支持した第一の例を示す概略図、(b)は(a)の
第2の例を示す概略図。
11A is a schematic view showing a first example in which the transducer of the present invention is supported at one end, and FIG. 11B is a schematic view showing a second example in FIG. 11A.

【図12】本発明におけるトランスジューサを中間支持
した例を示す概略図。
FIG. 12 is a schematic view showing an example in which the transducer of the present invention is intermediately supported.

【図13】(a)は従来の水位計の第1の例を概略的に
示す縦断面図、(b)は(a)におけるパルスの強度と
時間との関係を示す波形図。
13A is a vertical cross-sectional view schematically showing a first example of a conventional water level gauge, and FIG. 13B is a waveform diagram showing a relationship between pulse intensity and time in FIG. 13A.

【図14】従来の水位計の第2の例を概略的に示す縦断
面図。
FIG. 14 is a vertical sectional view schematically showing a second example of a conventional water level gauge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…水槽、2…超音波トランスジューサ、3…水面、4
…入射パルス、5…反射パルス、6…気相、7…液相、
8…案内管、9…差圧計、10…水位計測装置、11…振動
子、12…導波棒、13…支持固定装置、14…共振特性測定
装置、15…信号処理装置、16…水位表示装置、17…信号
ケーブル、18…水位低、19…水位高、20…共振点、21…
反共振点、22…可変周波数電源、23…電圧・電流測定
器、24…高抵抗、25…電流センサ、26…電圧信号ライ
ン、27…電流信号ライン、28…圧電体、29…電極板、30
…固定装置、31…負電位ライン、32…正電位ライン、33
…分極方向、34…ボルト、35…リード線、36…テーパデ
ィスク、37…ねじり結合子、38…めねじ、39…加振装
置、40…固定壁、41…定在波。
1 ... Water tank, 2 ... Ultrasonic transducer, 3 ... Water surface, 4
... incident pulse, 5 ... reflected pulse, 6 ... gas phase, 7 ... liquid phase,
8 ... Guide tube, 9 ... Differential pressure gauge, 10 ... Water level measuring device, 11 ... Oscillator, 12 ... Waveguide rod, 13 ... Support fixing device, 14 ... Resonance characteristic measuring device, 15 ... Signal processing device, 16 ... Water level display Equipment, 17 ... Signal cable, 18 ... Low water level, 19 ... High water level, 20 ... Resonance point, 21 ...
Anti-resonance point, 22 ... Variable frequency power supply, 23 ... Voltage / current measuring device, 24 ... High resistance, 25 ... Current sensor, 26 ... Voltage signal line, 27 ... Current signal line, 28 ... Piezoelectric body, 29 ... Electrode plate, 30
… Fixing device, 31… Negative potential line, 32… Positive potential line, 33
... Polarization direction, 34 ... Bolt, 35 ... Lead wire, 36 ... Taper disk, 37 ... Torsion connector, 38 ... Female thread, 39 ... Vibration device, 40 ... Fixed wall, 41 ... Standing wave.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 縦波,ねじれ波,横波,表面波または屈
曲振動等の波動を発生する振動子と、この振動子と接合
され前記波動を伝播させる導波棒と、この導波棒と前記
振動子の少なくとも一方を支持する支持固定装置と、前
記振動子に信号ケーブルを介して接続した共振特性測定
装置,信号処理装置および水位表示装置とを具備したこ
とを特徴とする水位計測装置。
1. A vibrator that generates a wave such as a longitudinal wave, a torsional wave, a transverse wave, a surface wave, or a bending vibration, a waveguide rod that is joined to the vibrator and propagates the wave, the waveguide rod, and the waveguide bar. A water level measuring device comprising: a supporting and fixing device that supports at least one of the vibrators; a resonance characteristic measuring device connected to the vibrator via a signal cable; a signal processing device; and a water level display device.
【請求項2】 前記導波棒は断面形状が一様で、丸棒,
円筒棒,楕円棒,中空楕円棒,角棒,または中空角棒か
ら選択された棒状体からなることを特徴とする請求項1
記載の水位計測装置。
2. The waveguide rod has a uniform cross-sectional shape,
2. A rod-shaped body selected from a cylindrical rod, an elliptic rod, a hollow elliptic rod, a rectangular rod, or a hollow rectangular rod.
The described water level measuring device.
【請求項3】 前記振動子は(2n−1)枚の圧電体を
2n枚の電極板で交互に挟み、その片端側に絶縁体を設
け、さらにその両端を固定装置で挟んでなることを特徴
とする請求項1記載の水位計測装置。
3. The vibrator comprises (2n-1) piezoelectric bodies alternately sandwiched by 2n electrode plates, an insulator provided on one end side, and both ends sandwiched by a fixing device. The water level measuring device according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項4】 前記振動子は2n枚の圧電体を(2n+
1)枚の電極板でサンドイッチ状に挟み、さらにこの両
端を固定装置で挟んでなることを特徴とする請求項1記
載の水位計測装置。
4. The vibrator comprises 2n piezoelectric bodies (2n +
1) The water level measuring device according to claim 1, wherein the electrode is sandwiched between the electrode plates, and both ends thereof are sandwiched by fixing devices.
【請求項5】 前記振動子と前記導波棒の間にねじり結
合子を介在してなることを特徴とする請求項1記載の水
位計測装置。
5. The water level measuring device according to claim 1, wherein a torsional connector is interposed between the vibrator and the waveguide rod.
【請求項6】 前記振動子の代りに棒の片端に棒の軸方
向に対して水平方向または垂直方向に振動する加振装置
を使用してなることを特徴とする請求項1記載の水位計
測装置。
6. The water level measuring device according to claim 1, wherein a vibrating device that vibrates horizontally or vertically with respect to the axial direction of the rod is used at one end of the rod instead of the vibrator. apparatus.
【請求項7】 前記振動子と前記導波棒は接着剤,溶接
またはボルト締めにより一体的に接続してトランスジュ
ーサが構成されてなることを特徴とする請求項1記載の
水位計測装置。
7. The water level measuring device according to claim 1, wherein the transducer and the waveguide rod are integrally connected by an adhesive, welding, or bolting to form a transducer.
【請求項8】 前記トランスジューサは両端,片端,前
記導波棒部分、または前記振動子の端部と前記導波棒部
分を支持固定装置により支持してなることを特徴とする
請求項1記載の水位計測装置。
8. The transducer according to claim 1, wherein both ends, one end, the waveguide rod portion, or the end portion of the vibrator and the waveguide rod portion are supported by a supporting and fixing device. Water level measuring device.
【請求項9】 前記導波棒部分の支持部位は前記導波棒
中に発生する定在波の節部分であることを特徴とする請
求項1記載の水位計測装置。
9. The water level measuring device according to claim 1, wherein the supporting portion of the waveguide rod portion is a node portion of a standing wave generated in the waveguide rod.
【請求項10】 前記共振特性測定装置は前記トランス
ジューサに正弦波を周波数掃引して周波数応答特性を測
定し、ピークサーチすることにより共振点または反共振
点を求める機能を有することを特徴とする請求項1記載
の水位計測装置。
10. The resonance characteristic measuring device has a function of obtaining a resonance point or an anti-resonance point by performing frequency sweep of a sine wave on the transducer to measure a frequency response characteristic and performing a peak search. Item 1. A water level measuring device according to item 1.
【請求項11】 前記信号処理装置は前記共振特性測定
装置からの、各々の測定データを統合的に演算する機能
を有することを特徴とする請求項1記載の水位計測装
置。
11. The water level measuring device according to claim 1, wherein the signal processing device has a function of integrally calculating each measurement data from the resonance characteristic measuring device.
【請求項12】 前記水位表示装置は測定対象の粘度を
測定、演算および表示する機能を備えることを特徴とす
る請求項1記載の水位計測装置。
12. The water level measuring device according to claim 1, wherein the water level display device has a function of measuring, calculating and displaying the viscosity of a measurement target.
JP4572196A 1996-03-04 1996-03-04 Water level measurement device Pending JPH09236475A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4572196A JPH09236475A (en) 1996-03-04 1996-03-04 Water level measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4572196A JPH09236475A (en) 1996-03-04 1996-03-04 Water level measurement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09236475A true JPH09236475A (en) 1997-09-09

Family

ID=12727218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4572196A Pending JPH09236475A (en) 1996-03-04 1996-03-04 Water level measurement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09236475A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002090900A1 (en) * 2001-05-08 2002-11-14 Nohken Inc. Coil impedance detection method and object detection method and apparatus using the same
CN108257727A (en) * 2018-01-26 2018-07-06 王筱卿 Superhigh temperature resistant, radiation-resistant Liquid level cable

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002090900A1 (en) * 2001-05-08 2002-11-14 Nohken Inc. Coil impedance detection method and object detection method and apparatus using the same
US6922065B2 (en) 2001-05-08 2005-07-26 Nohken Inc. Coil impendance detection method and object detection method and apparatus using the same
CN108257727A (en) * 2018-01-26 2018-07-06 王筱卿 Superhigh temperature resistant, radiation-resistant Liquid level cable

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6907792B2 (en) Method for measuring flow of fluid moving in pipe or groove-like flow passage
US4193291A (en) Slow torsional wave densitometer
US4524610A (en) In-line vibratory viscometer-densitometer
US4679430A (en) Ultrasonic liquid interface detector
US6912918B1 (en) Mass flow sensor and methods of determining mass flow of a fluid
EP2338047B1 (en) Method and device for determining characteristics of a medium
US2998723A (en) Sonic wave conductor
JP2960726B2 (en) Device for measuring and / or monitoring the filling level
JP4686378B2 (en) Pipe inspection device
US3229523A (en) Apparatus employing vibratory energy
JPS6238355A (en) Method and device for measuring fluid characteristic by using capacity search signal of surface generation
US3381525A (en) Method for detection of the imminence or incidence or cavitation in a liquid
US3246516A (en) Apparatus using vibratory energy to detect the presence of substances
US3113456A (en) Liquid volume sensing system
RU2580907C1 (en) Ultrasonic waveguide level meter for liquid
JPH09236475A (en) Water level measurement device
WO2013114752A1 (en) Apparatus and method for measuring liquid surface level
Swamy et al. Ultrasonic power measurements in the milliwatt region by the radiation force float method
RU2222786C1 (en) Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge
CN108802195B (en) Test device and method for measuring transverse wave velocity of core sample
RU2298155C1 (en) Magnetostrictive level meter-indicator
JP6001576B2 (en) Ultrasonic probe
JPH0798240A (en) Ultrasonic water level measurement method and device
CN2413273Y (en) Ultrasonic oil-water interface detector
RU2045029C1 (en) Liquid density metering device