JPH1038658A - 音響式体積計 - Google Patents
音響式体積計Info
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- JPH1038658A JPH1038658A JP8210448A JP21044896A JPH1038658A JP H1038658 A JPH1038658 A JP H1038658A JP 8210448 A JP8210448 A JP 8210448A JP 21044896 A JP21044896 A JP 21044896A JP H1038658 A JPH1038658 A JP H1038658A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F17/00—Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑な形状の被測定物体と標準物体との体積
の差を、気体の圧力変化を利用して、物体が乾燥状態の
ままで、精度よく、かつ、簡単に測定する音響式体積計
を提供する。 【構成】 本発明の体積計は、基準槽、測定槽、これら
二つの槽に交番的体積変化を差動的に与えるスピーカ、
これら二つの槽のそれぞれの内部の圧力変化を検出する
マイクロホン、検出された二つの圧力変化の大きさの比
を測定する手段等からなり、測定槽に標準物体を入れた
ときの圧力変化の大きさの比と、測定槽に被測定物体を
入れたときの圧力変化の大きさの比とから、被測定物体
と標準物体との体積差を求める。 【効果】 本発明によれば、マイクロホン感度の経時的
変化などに起因する測定誤差に対して、体積計のキャリ
ブレーションをやり直す必要はほとんどなく、零点調整
だけで対処できる。標準物体の体積があらかじめわかっ
ていれば、測定された体積差と標準物体の体積とから、
被測定物体の体積を精密に求めることができる。
の差を、気体の圧力変化を利用して、物体が乾燥状態の
ままで、精度よく、かつ、簡単に測定する音響式体積計
を提供する。 【構成】 本発明の体積計は、基準槽、測定槽、これら
二つの槽に交番的体積変化を差動的に与えるスピーカ、
これら二つの槽のそれぞれの内部の圧力変化を検出する
マイクロホン、検出された二つの圧力変化の大きさの比
を測定する手段等からなり、測定槽に標準物体を入れた
ときの圧力変化の大きさの比と、測定槽に被測定物体を
入れたときの圧力変化の大きさの比とから、被測定物体
と標準物体との体積差を求める。 【効果】 本発明によれば、マイクロホン感度の経時的
変化などに起因する測定誤差に対して、体積計のキャリ
ブレーションをやり直す必要はほとんどなく、零点調整
だけで対処できる。標準物体の体積があらかじめわかっ
ていれば、測定された体積差と標準物体の体積とから、
被測定物体の体積を精密に求めることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複雑な形状の物体の体
積と標準物体の体積との差を、物体を入れる容器内の気
体の交番的圧力変化を利用して、物体が乾燥状態のまま
で、精度よく測定する音響式体積計にかかわる。
積と標準物体の体積との差を、物体を入れる容器内の気
体の交番的圧力変化を利用して、物体が乾燥状態のまま
で、精度よく測定する音響式体積計にかかわる。
【０００２】
【従来の技術】質量測定に用いられる精密な分銅は、た
とえばステンレス鋼製の１ｋｇ分銅の質量の公差が０．
５ｍｇである。一方、この分銅の体積は約１２５ｃｃ
で、これに働く空気浮力は約１５０ｍｇ重となる。した
がって、このような分銅を出荷する際には、較正表に、
標準分銅と比較して較正した分銅の質量値と共に、その
分銅の体積を０．１パーセント程度の精度で測定して分
銅密度を算出しその値を併記することが必要である。
とえばステンレス鋼製の１ｋｇ分銅の質量の公差が０．
５ｍｇである。一方、この分銅の体積は約１２５ｃｃ
で、これに働く空気浮力は約１５０ｍｇ重となる。した
がって、このような分銅を出荷する際には、較正表に、
標準分銅と比較して較正した分銅の質量値と共に、その
分銅の体積を０．１パーセント程度の精度で測定して分
銅密度を算出しその値を併記することが必要である。
【０００３】この種の体積測定は、従来は分銅を水中に
沈めてその浮力を測るという、いわゆるアルキメデス法
によって行なわれてきた。しかしこの方法は、純水の製
造から始まって、水中に沈めた物体の表面に付着した気
泡の除去、水の温度の管理、体積測定後の物体の清掃な
ど、煩雑な手間を要する。分銅に限らず、同種同形の多
数の物体の体積を測定したいという要求は工業的にしば
しば生ずるが、被測定物体の数が多い場合には、このア
ルキメデス法は実用的ではない。特に、被測定物体を濡
らすことができない場合には、この方法を使うことはで
きない。
沈めてその浮力を測るという、いわゆるアルキメデス法
によって行なわれてきた。しかしこの方法は、純水の製
造から始まって、水中に沈めた物体の表面に付着した気
泡の除去、水の温度の管理、体積測定後の物体の清掃な
ど、煩雑な手間を要する。分銅に限らず、同種同形の多
数の物体の体積を測定したいという要求は工業的にしば
しば生ずるが、被測定物体の数が多い場合には、このア
ルキメデス法は実用的ではない。特に、被測定物体を濡
らすことができない場合には、この方法を使うことはで
きない。
【０００４】これに対し、容器に入れた複雑な形状の物
体の体積を乾燥状態のままで測定する方法の一つとし
て、スピーカなどの音源によって容器内部の空間に交番
的な体積変化を与えて内部の気体を断熱的に圧縮膨張せ
しめ、そのときに生ずる容器内の圧力変化の大きさから
容器とその中に入れた物体との間のすきまの容積、すな
わち余積、を求め、容器の容積から余積を引き去ること
により物体の体積をその形状にかかわりなく求めるとい
う方法がある。
体の体積を乾燥状態のままで測定する方法の一つとし
て、スピーカなどの音源によって容器内部の空間に交番
的な体積変化を与えて内部の気体を断熱的に圧縮膨張せ
しめ、そのときに生ずる容器内の圧力変化の大きさから
容器とその中に入れた物体との間のすきまの容積、すな
わち余積、を求め、容器の容積から余積を引き去ること
により物体の体積をその形状にかかわりなく求めるとい
う方法がある。
【０００５】この種の測定器として、出願人らは特公平
2-33084号（以下これを前願発明と称する）において、
基準槽と測定槽の双方に交番的体積変化を差動的に与
え、そのときに生ずるこれらの槽内の気体の圧力変化の
大きさの比、すなわち音圧の大きさの比から、交番的体
積変化の大きさには無関係に、かつ、槽内の気体の静圧
力にも影響されないで、測定槽の中に入れた物体の体積
を測定する音響式体積計を示した。
2-33084号（以下これを前願発明と称する）において、
基準槽と測定槽の双方に交番的体積変化を差動的に与
え、そのときに生ずるこれらの槽内の気体の圧力変化の
大きさの比、すなわち音圧の大きさの比から、交番的体
積変化の大きさには無関係に、かつ、槽内の気体の静圧
力にも影響されないで、測定槽の中に入れた物体の体積
を測定する音響式体積計を示した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前願発明の体積計で
は、測定槽の中に入れた物体の体積と音圧の大きさの比
との関係を表わす測定式は、物体の体積が０の状態、す
なわち測定槽を空にしたときの音圧の大きさの比によっ
て体積の測定原点を設定する零点調整と、そのあとで測
定槽の中に体積既知の標準物体を入れ、そのときの音圧
の大きさの比によって測定式の勾配を設定するキャリブ
レーションとによって定められる。したがって、基準槽
と測定槽のそれぞれの内部の音圧を検出する二つのマイ
クロホンの感度の経時的変化などの影響を排除して体積
測定の精度を確保するためには、測定の合間に上記二つ
の操作をしばしば行なわなくてはならない。
は、測定槽の中に入れた物体の体積と音圧の大きさの比
との関係を表わす測定式は、物体の体積が０の状態、す
なわち測定槽を空にしたときの音圧の大きさの比によっ
て体積の測定原点を設定する零点調整と、そのあとで測
定槽の中に体積既知の標準物体を入れ、そのときの音圧
の大きさの比によって測定式の勾配を設定するキャリブ
レーションとによって定められる。したがって、基準槽
と測定槽のそれぞれの内部の音圧を検出する二つのマイ
クロホンの感度の経時的変化などの影響を排除して体積
測定の精度を確保するためには、測定の合間に上記二つ
の操作をしばしば行なわなくてはならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の分銅体積の測定で
は、被測定分銅は、これと同種の標準分銅と比較したと
きの体積の差が測定できれば、あらかじめアルキメデス
法等によって求められている標準分銅の体積と上記の体
積差から被測定分銅の体積を知ることができる。ほかの
工業製品においても同様で、多数の同種物体のうちの一
つを比較の標準とし、これと他の物体との体積差さえ求
められればよいという場合が多い。
は、被測定分銅は、これと同種の標準分銅と比較したと
きの体積の差が測定できれば、あらかじめアルキメデス
法等によって求められている標準分銅の体積と上記の体
積差から被測定分銅の体積を知ることができる。ほかの
工業製品においても同様で、多数の同種物体のうちの一
つを比較の標準とし、これと他の物体との体積差さえ求
められればよいという場合が多い。
【０００８】以上の考察に鑑み、本発明の体積計におい
ては、測定槽に標準物体を入れたときの状態を体積の測
定原点とした測定式を用いる。そして、測定槽の中に標
準物体を入れたときの基準槽と測定槽内部の音圧の大き
さの比と、この標準物体を被測定物体で置き換えたとき
の音圧の大きさの比とから、被測定物体と標準物体との
体積差を求めるようになっている。
ては、測定槽に標準物体を入れたときの状態を体積の測
定原点とした測定式を用いる。そして、測定槽の中に標
準物体を入れたときの基準槽と測定槽内部の音圧の大き
さの比と、この標準物体を被測定物体で置き換えたとき
の音圧の大きさの比とから、被測定物体と標準物体との
体積差を求めるようになっている。
【０００９】
【発明の効果】分銅の体積測定のように被測定物体と標
準物体とが同種の物体である場合には、これらの間の体
積差は被測定物体の体積のたかだか数パーセント程度で
ある。本発明の体積計でこの体積差を測定する場合に
は、その測定式の勾配の誤差は、体積差の測定値には影
響するが、体積差はもともと小さいから、標準物体の体
積と体積差とから求められる被測定物体の体積測定値に
はあまり影響しない。したがって、キャリブレーション
は測定前に１回だけ行なえばよく、あとは測定の合間に
零点調整を行なうだけでよい。
準物体とが同種の物体である場合には、これらの間の体
積差は被測定物体の体積のたかだか数パーセント程度で
ある。本発明の体積計でこの体積差を測定する場合に
は、その測定式の勾配の誤差は、体積差の測定値には影
響するが、体積差はもともと小さいから、標準物体の体
積と体積差とから求められる被測定物体の体積測定値に
はあまり影響しない。したがって、キャリブレーション
は測定前に１回だけ行なえばよく、あとは測定の合間に
零点調整を行なうだけでよい。
【００１０】以下、分銅体積測定の実施例によって本発
明の詳細を説明する。
明の詳細を説明する。
【００１１】
【第一実施例】図１において、１は内部空間の容積がＶ
1 の基準槽で、その下に測定槽２が結合されている。３
は体積がＶ3 の分銅で、ベース板８の中央部に置かれた
台座１０の上に載せられており、基準槽と一体になった
測定槽２をこの分銅３にかぶせる。このとき、測定槽２
と分銅３の間のすきまの容積、すなわち余積Ｖ2 は
1 の基準槽で、その下に測定槽２が結合されている。３
は体積がＶ3 の分銅で、ベース板８の中央部に置かれた
台座１０の上に載せられており、基準槽と一体になった
測定槽２をこの分銅３にかぶせる。このとき、測定槽２
と分銅３の間のすきまの容積、すなわち余積Ｖ2 は
【数１】
【００１２】である。ただしＶ0 は台座１０を残し分銅
３だけを除いた状態での測定槽２の内部空容積である。
３だけを除いた状態での測定槽２の内部空容積である。
【００１３】９、９’はベース板８に固定されたガイド
棒で、測定槽下部のガイド孔１７、１７’を貫通する
が、これらは測定槽を分銅にかぶせる際に、測定槽内面
が分銅に接触しないようにするためのものである。な
お、台座１０は分銅３の位置をベース板８のほぼ中央に
決めるとともに、分銅底部の窪み１６に測定槽内部の圧
力変化が十分に入っていくように分銅底部を浮かせる働
きを有する。
棒で、測定槽下部のガイド孔１７、１７’を貫通する
が、これらは測定槽を分銅にかぶせる際に、測定槽内面
が分銅に接触しないようにするためのものである。な
お、台座１０は分銅３の位置をベース板８のほぼ中央に
決めるとともに、分銅底部の窪み１６に測定槽内部の圧
力変化が十分に入っていくように分銅底部を浮かせる働
きを有する。
【００１４】基準槽１と測定槽２の内部は１の下部に固
定された隔壁４によって仕切られている。この隔壁４に
はスピーカ６と基準槽と測定槽の内部の空間を連通する
連通管５がつけられており、基準槽１と測定槽２の内部
の気体の静圧はこの連通管５を通して平衡している。ま
た連通管５は、その付随的機能として、基準槽１と測定
槽２の内部の気体の成分、たとえば空気湿度、を均一化
する働きを有する。
定された隔壁４によって仕切られている。この隔壁４に
はスピーカ６と基準槽と測定槽の内部の空間を連通する
連通管５がつけられており、基準槽１と測定槽２の内部
の気体の静圧はこの連通管５を通して平衡している。ま
た連通管５は、その付随的機能として、基準槽１と測定
槽２の内部の気体の成分、たとえば空気湿度、を均一化
する働きを有する。
【００１５】基準槽１の側壁には、圧力変化を検出する
手段としてマイクロホン１１および１２がつけられてい
る。基準槽１内部の圧力変化は１１によって検出されて
マイクロホン信号ｅ1 となる。一方、測定槽２内部の圧
力変化は、可撓性チューブ１４を通してマイクロホン１
２に導かれて検出され、マイクロホン信号ｅ2 となる。
信号ｅ1 とｅ2 は信号処理装置１５に入力され、ここで
体積測定のための信号の処理と演算が行なわれる。ま
た、信号処理装置１５は交番的なスピーカ駆動信号ｓを
発生し、この信号は端子１３を通してスピーカ６に供給
され、スピーカの振動板７を振動させる。その結果、７
の表裏の面によって基準槽１と測定槽２の内部空間には
交番的体積変化が差動的に与えられる。
手段としてマイクロホン１１および１２がつけられてい
る。基準槽１内部の圧力変化は１１によって検出されて
マイクロホン信号ｅ1 となる。一方、測定槽２内部の圧
力変化は、可撓性チューブ１４を通してマイクロホン１
２に導かれて検出され、マイクロホン信号ｅ2 となる。
信号ｅ1 とｅ2 は信号処理装置１５に入力され、ここで
体積測定のための信号の処理と演算が行なわれる。ま
た、信号処理装置１５は交番的なスピーカ駆動信号ｓを
発生し、この信号は端子１３を通してスピーカ６に供給
され、スピーカの振動板７を振動させる。その結果、７
の表裏の面によって基準槽１と測定槽２の内部空間には
交番的体積変化が差動的に与えられる。
【００１６】いま、スピーカ駆動信号ｓによってスピー
カ６が駆動され、振動板７が押し出されて測定槽２の余
積Ｖ2 がΔＶS なる微小体積だけ圧縮されるものとする
と、基準槽１の容積Ｖ1 はΔＶS だけ膨張する。また連
通管５を通して測定槽２の中にΔＶP なる微小体積の気
体が流入するものとすると、基準槽１からはΔＶP なる
体積の気体が連通管５を通して流出する。このとき基準
槽１および測定槽２の内部に生ずる圧力変化をそれぞれ
−ΔＰ1 、ΔＰ2 とし、また
カ６が駆動され、振動板７が押し出されて測定槽２の余
積Ｖ2 がΔＶS なる微小体積だけ圧縮されるものとする
と、基準槽１の容積Ｖ1 はΔＶS だけ膨張する。また連
通管５を通して測定槽２の中にΔＶP なる微小体積の気
体が流入するものとすると、基準槽１からはΔＶP なる
体積の気体が連通管５を通して流出する。このとき基準
槽１および測定槽２の内部に生ずる圧力変化をそれぞれ
−ΔＰ1 、ΔＰ2 とし、また
【数２】
【００１７】とおくと、気体の断熱圧縮の関係式より
【数３】
【数４】
【００１８】となる。ここでＰ0 は基準槽１および測定
槽２内部の気体の平均的な静圧力であり、γは槽内の気
体の比熱比で、空気では約１．４である。上記二つの式
より
槽２内部の気体の平均的な静圧力であり、γは槽内の気
体の比熱比で、空気では約１．４である。上記二つの式
より
【数５】
【００１９】あるいは
【数６】
【００２０】なる関係がえられる。上式でＶ1 は基準槽
の容積で一定値であるから、余積Ｖ2と二つの圧力変化
の大きさの比（ΔＰ1 ／ΔＰ2 ）は互いに比例する。ま
た、式（１）と式（６）より分銅３の体積Ｖ3 は
の容積で一定値であるから、余積Ｖ2と二つの圧力変化
の大きさの比（ΔＰ1 ／ΔＰ2 ）は互いに比例する。ま
た、式（１）と式（６）より分銅３の体積Ｖ3 は
【数７】
【００２１】と表わされる。上式においてＶ0 は測定槽
の空容積で、これも一定値である。
の空容積で、これも一定値である。
【００２２】図２は信号処理装置１５の内部構成の一例
を示すものである。マイクロホン１１、１２の出力信号
ｅ1 およびｅ2 は増幅器２１および２２において増幅さ
れたのち、それぞれアナログディジタル変換器２３およ
び２４によってディジタル量に変換されディジタル計算
機２５にとり込まれる。２６は信号発生器で、スピーカ
駆動信号ｓを発生してスピーカ６に供給するとともに、
同期パルスを発生し導線２７を通してアナログディジタ
ル変換器２３、２４とディジタル計算機２５に供給す
る。上記のアナログディジタル変換と計算機へのデータ
のとり込みはこの同期パルスに同期して行なわれる。
を示すものである。マイクロホン１１、１２の出力信号
ｅ1 およびｅ2 は増幅器２１および２２において増幅さ
れたのち、それぞれアナログディジタル変換器２３およ
び２４によってディジタル量に変換されディジタル計算
機２５にとり込まれる。２６は信号発生器で、スピーカ
駆動信号ｓを発生してスピーカ６に供給するとともに、
同期パルスを発生し導線２７を通してアナログディジタ
ル変換器２３、２４とディジタル計算機２５に供給す
る。上記のアナログディジタル変換と計算機へのデータ
のとり込みはこの同期パルスに同期して行なわれる。
【００２３】スピーカ６を駆動する交番的信号ｓが正弦
波の場合には、マイクロホン１１、１２の出力信号ｅ
1 、ｅ2 もまた正弦波信号となるが、ディジタル計算機
２５においては、これらの信号のサンプル値を一定数だ
けとり込み、そのとり込まれたデータをフーリエ変換し
てｅ1 およびｅ2 の振幅Ｅ1 およびＥ2 を精密に測定
し、これをもって圧力変化ΔＰ1 、ΔＰ2 の大きさを表
わす。そして、振幅比
波の場合には、マイクロホン１１、１２の出力信号ｅ
1 、ｅ2 もまた正弦波信号となるが、ディジタル計算機
２５においては、これらの信号のサンプル値を一定数だ
けとり込み、そのとり込まれたデータをフーリエ変換し
てｅ1 およびｅ2 の振幅Ｅ1 およびＥ2 を精密に測定
し、これをもって圧力変化ΔＰ1 、ΔＰ2 の大きさを表
わす。そして、振幅比
【数８】
【００２４】をもって二つの圧力変化の大きさの比を表
わす。ただし、Ｋはマイクロホン１１と１２の感度比を
表わす定数である。このＲを用いると、式（７）の関係
は次式のようになる
わす。ただし、Ｋはマイクロホン１１と１２の感度比を
表わす定数である。このＲを用いると、式（７）の関係
は次式のようになる
【数９】
【００２５】スピーカ駆動信号ｓは正弦波に限らず、矩
形波や矩形波なども使用できる。この場合にはマイクロ
ホン信号ｅ1 およびｅ2 も三角波や矩形波となるが、前
記のフーリエ変換は信号ｅ1 、ｅ2 を狭帯域のディジタ
ルフィルタに通すことに等価であり、三角波や矩形波の
場合には、それらの波形に含まれる高調波成分は除去さ
れ、Ｅ1 、Ｅ2 は基本波成分の振幅となる。なお、ｅ
1 、ｅ2 の振幅ではなく、それらの信号を整流してえら
れる信号波形の絶対値の平均なども、これらの信号の大
きさを表わす量として使用できる。
形波や矩形波なども使用できる。この場合にはマイクロ
ホン信号ｅ1 およびｅ2 も三角波や矩形波となるが、前
記のフーリエ変換は信号ｅ1 、ｅ2 を狭帯域のディジタ
ルフィルタに通すことに等価であり、三角波や矩形波の
場合には、それらの波形に含まれる高調波成分は除去さ
れ、Ｅ1 、Ｅ2 は基本波成分の振幅となる。なお、ｅ
1 、ｅ2 の振幅ではなく、それらの信号を整流してえら
れる信号波形の絶対値の平均なども、これらの信号の大
きさを表わす量として使用できる。
【００２６】いま、図１において、分銅３を体積ＶX の
被測定分銅にしたときの振幅比ＲをＲX とすると、式
（９）は
被測定分銅にしたときの振幅比ＲをＲX とすると、式
（９）は
【数１０】
【００２７】となる。同様に分銅３を体積ＶS の標準分
銅にしたときの振幅比ＲをＲS とすると、式（９）は
銅にしたときの振幅比ＲをＲS とすると、式（９）は
【数１１】
【００２８】となる。したがって被測定分銅と標準分銅
との体積差は
との体積差は
【数１２】
【００２９】と表わされる。上式は体積差ＶX −ＶS と
振幅比ＲX との関係を表わす測定式であり、ディジタル
計算機２５において、この式によってＲX からＶX −Ｖ
S が算出される。
振幅比ＲX との関係を表わす測定式であり、ディジタル
計算機２５において、この式によってＲX からＶX −Ｖ
S が算出される。
【００３０】図３は式（１２）のグラフである。このグ
ラフの勾配を表わす係数Ｖ1 ／Ｋは体積測定に先立って
行なわれるキャリブレーションによって定められる。す
なわち、まず測定槽２の中に標準分銅を入れ、そのとき
の振幅比ＲS を測定し、その値を測定原点としてディジ
タル計算機に記憶する。つぎに体積既知の較正用の小物
体を測定槽の中の標準分銅の上に置いて体積増分を与
え、前と同様に振幅比を測定する。これら二回の操作に
よってグラフの２点が定まり、式（１２）が決定され
る。
ラフの勾配を表わす係数Ｖ1 ／Ｋは体積測定に先立って
行なわれるキャリブレーションによって定められる。す
なわち、まず測定槽２の中に標準分銅を入れ、そのとき
の振幅比ＲS を測定し、その値を測定原点としてディジ
タル計算機に記憶する。つぎに体積既知の較正用の小物
体を測定槽の中の標準分銅の上に置いて体積増分を与
え、前と同様に振幅比を測定する。これら二回の操作に
よってグラフの２点が定まり、式（１２）が決定され
る。
【００３１】標準分銅の体積ＶS は、通常は前もってわ
かっているが、その場合には較正用物体は必要なく、標
準分銅だけで上記のキャリブレーションを行なうことが
できる。すなわち、まず標準分銅を測定槽２の中に入れ
て振幅比ＲS の値を測定して記憶し、つぎに標準分銅を
除いて測定槽の中の物体の体積をＶS だけ減じ、そのと
きの振幅比Ｒ0 の値を測定する。そうすると、図３から
明らかなように、式（１２）の勾配Ｖ1 ／Ｋは次式によ
って定められる。
かっているが、その場合には較正用物体は必要なく、標
準分銅だけで上記のキャリブレーションを行なうことが
できる。すなわち、まず標準分銅を測定槽２の中に入れ
て振幅比ＲS の値を測定して記憶し、つぎに標準分銅を
除いて測定槽の中の物体の体積をＶS だけ減じ、そのと
きの振幅比Ｒ0 の値を測定する。そうすると、図３から
明らかなように、式（１２）の勾配Ｖ1 ／Ｋは次式によ
って定められる。
【数１３】
【００３２】以上の手続きののち、測定槽２の中に被測
定分銅を入れて振幅比ＲX を測定し、その値を式（１
２）に入れて体積差ＶX −ＶS を求める。さらに標準分
銅の体積ＶS の値をディジタル計算機２５に記憶させて
おけば、上記の体積差から被測定分銅の体積ＶX の値を
算出できる。さらに、体積比ＶX ／ＶS なども算出でき
る。
定分銅を入れて振幅比ＲX を測定し、その値を式（１
２）に入れて体積差ＶX −ＶS を求める。さらに標準分
銅の体積ＶS の値をディジタル計算機２５に記憶させて
おけば、上記の体積差から被測定分銅の体積ＶX の値を
算出できる。さらに、体積比ＶX ／ＶS なども算出でき
る。
【００３３】前述したように、測定する体積差ＶX −Ｖ
S がＶX の数パーセント以内の場合には、図３の測定式
のグラフにおいて、測定に使用するのは原点ＲS の近傍
の実線で示した小範囲だけである。そして、マイクロホ
ン感度の経時的変化などにより、この測定式の勾配が仮
に１パーセント変化して体積差の測定値に１パーセント
の誤差を生じても、それは被測定分銅の体積に対しては
０．１パーセント以下の誤差にしかならない。したがっ
て、測定式勾配を設定するキャリブレーションは最初に
１回だけ行なえばよく、上記のマイクロホン感度の経時
的変化などに対しては、測定の合間に標準分銅を測定槽
に入れ振幅比を求め、測定原点のＲS の値を設定し直す
零点調整だけを行なえばよい。
S がＶX の数パーセント以内の場合には、図３の測定式
のグラフにおいて、測定に使用するのは原点ＲS の近傍
の実線で示した小範囲だけである。そして、マイクロホ
ン感度の経時的変化などにより、この測定式の勾配が仮
に１パーセント変化して体積差の測定値に１パーセント
の誤差を生じても、それは被測定分銅の体積に対しては
０．１パーセント以下の誤差にしかならない。したがっ
て、測定式勾配を設定するキャリブレーションは最初に
１回だけ行なえばよく、上記のマイクロホン感度の経時
的変化などに対しては、測定の合間に標準分銅を測定槽
に入れ振幅比を求め、測定原点のＲS の値を設定し直す
零点調整だけを行なえばよい。
【００３４】図１に示した本発明体積計では、基準槽１
と測定槽２の内部に互いに符号が反対の圧力変化（音
圧）−ΔＰ1 とΔＰ2 が生ずる。したがって、マイクロ
ホン信号ｅ1 とｅ2 は互いに１８０度の位相差になって
いる。すなわちｔを時間、ｆをスピーカの駆動周波数と
して
と測定槽２の内部に互いに符号が反対の圧力変化（音
圧）−ΔＰ1 とΔＰ2 が生ずる。したがって、マイクロ
ホン信号ｅ1 とｅ2 は互いに１８０度の位相差になって
いる。すなわちｔを時間、ｆをスピーカの駆動周波数と
して
【数１４】
【００３５】とすると
【数１５】
【００３６】と表わされる。しかし、測定槽２とベース
板８との間にごみなどが介在してギャップがあると、そ
のギャップを通して出入りする気体の粘性により音エネ
ルギの損失を生じ、その結果、ｅ1 を基準にしてｅ2 の
位相が少し進み
板８との間にごみなどが介在してギャップがあると、そ
のギャップを通して出入りする気体の粘性により音エネ
ルギの損失を生じ、その結果、ｅ1 を基準にしてｅ2 の
位相が少し進み
【数１６】
【００３７】となる。測定槽２が音響的に閉じていない
と、その中に入れた被測定物体の体積測定値に誤差を生
ずるが、上記の位相シフトθを測定することによりギャ
ップの大小、すなわち測定槽の音響的密閉度を検知する
ことができる。
と、その中に入れた被測定物体の体積測定値に誤差を生
ずるが、上記の位相シフトθを測定することによりギャ
ップの大小、すなわち測定槽の音響的密閉度を検知する
ことができる。
【００３８】前述したように、ディジタル計算機２５に
おいては、マイクロホン信号ｅ1 およびｅ2 の波形のフ
ーリエ変換が行なわれるが、フーリエ変換された結果は
複素数で、その絶対値が信号ｅ1 、ｅ2 の振幅Ｅ1 、Ｅ
2 であり、その偏角は信号ｅ1、ｅ2 の位相角である。
したがって、フーリエ変換によって信号ｅ1 とｅ2 の間
の位相差を知ることができ、その値を上記の測定槽の音
響的密閉度の検知に使用する。
おいては、マイクロホン信号ｅ1 およびｅ2 の波形のフ
ーリエ変換が行なわれるが、フーリエ変換された結果は
複素数で、その絶対値が信号ｅ1 、ｅ2 の振幅Ｅ1 、Ｅ
2 であり、その偏角は信号ｅ1、ｅ2 の位相角である。
したがって、フーリエ変換によって信号ｅ1 とｅ2 の間
の位相差を知ることができ、その値を上記の測定槽の音
響的密閉度の検知に使用する。
【００３９】以上において、本発明体積計の構造、原
理、作用等を分銅の体積測定に対する実施例によって説
明したが、本発明における被測定物体は分銅に限るわけ
ではなく、冒頭にも述べたように、多数の同種物体の体
積の比較測定などにおいて、本発明体積計の使用効果が
発揮される。
理、作用等を分銅の体積測定に対する実施例によって説
明したが、本発明における被測定物体は分銅に限るわけ
ではなく、冒頭にも述べたように、多数の同種物体の体
積の比較測定などにおいて、本発明体積計の使用効果が
発揮される。
【図１】第一実施例の分銅体積測定装置である。
【図２】図１における信号処理装置の内部構成の一例で
ある。
ある。
【図３】本発明体積計の測定式のグラフである。
１ 容積Ｖ1 の基準槽 ２ 容積Ｖ0 の測定槽 ３ 体積Ｖ3 の分銅 ４ 隔壁 ５ 連通管 ６ スピーカ ７ スピーカの振動板 ８ ベース板 ９、９’ ガイド棒 １０ 台座 １１、１２ 圧力変換器のマイクロホン １３ 端子 １４ 可撓性チューブ １５ 信号処理装置 １６ 分銅下部の窪み １７、１７’ ガイド孔 ２１、２２ 増幅器 ２３、２４ アナログディジタル変換器 ２５ ディジタル計算機 ２６ 信号発生器 ２７ 導線
Claims (3)
- 【請求項１】 基準槽と、測定槽と、これら二つの槽に
交番的体積変化を差動的に与える手段と、これら二つの
槽の内部の静圧を互いに平衡させる手段と、これら二つ
の槽のそれぞれの内部の圧力変化を検出する手段と、上
記検出された二つの圧力変化の大きさの比を測定する手
段とを有し、測定槽に標準物体を入れたときの上記二つ
の圧力変化の大きさの比と、測定槽に被測定物体を入れ
たときの上記二つの圧力変化の大きさの比とから被測定
物体の体積と標準物体の体積との差を求める音響式体積
計。 - 【請求項２】 上記検出された二つの圧力変化の位相差
を測定し、その値によって測定槽の音響的密閉度を検知
するようにした請求項１に記載の音響式体積計。 - 【請求項３】 ガイド孔を有する測定槽を上記ガイド孔
に適合するガイド棒を有するベース板の上に置いた標準
物体または被測定物体にかぶせるようにした請求項１ま
たは請求項２に記載の音響式体積計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21044896A JP3668860B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 音響式体積計 |
| US08/899,048 US5824892A (en) | 1996-07-23 | 1997-07-23 | Acoustic device for measuring volume difference |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21044896A JP3668860B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 音響式体積計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038658A true JPH1038658A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3668860B2 JP3668860B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=16589504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21044896A Expired - Lifetime JP3668860B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 音響式体積計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5824892A (ja) |
| JP (1) | JP3668860B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009204547A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Kumamoto Univ | 音響式容積・体積・表面積測定方法 |
| CN106248006A (zh) * | 2016-09-23 | 2016-12-21 | 清华大学 | 一种基于频谱分析的非接触式体积测量方法及装置 |
| KR20200010305A (ko) * | 2017-05-23 | 2020-01-30 | 미시간 사이언티픽 코포레이션 | 전자 음향식 체적 측정 |
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| SE517191C2 (sv) * | 1999-12-21 | 2002-05-07 | Cerealia R & D Ab | Metod för att mäta en volym i form av ett bröd och ett arrangemang för att mäta en volym av ett brödobjekt |
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| DE10323062A1 (de) * | 2003-05-20 | 2004-12-09 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Meßgerät |
| JP3595827B1 (ja) * | 2003-09-24 | 2004-12-02 | 関西ティー・エル・オー株式会社 | 微細試料の体積弾性率測定方法 |
| JP2005208016A (ja) * | 2004-01-21 | 2005-08-04 | Yasushi Ishii | エンジン燃焼室容積の測定装置 |
| WO2005100977A2 (en) * | 2004-02-03 | 2005-10-27 | University Of Denver | Method and apparatus for a acoustic sensing of structures |
| WO2005090932A1 (ja) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Kyoto University | 体積計測装置及び方法 |
| TWI244064B (en) * | 2004-04-13 | 2005-11-21 | Benq Corp | Sound effect measuring fixture and method |
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| US20160343140A1 (en) * | 2015-05-24 | 2016-11-24 | Pointivo, Inc. | Surveying and measurement methods and devices |
| EP3208577B1 (en) * | 2016-02-17 | 2022-04-27 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Method and apparatus for detecting the liquid level in a liquid reservoir |
| DE102018009800A1 (de) | 2018-12-18 | 2020-06-18 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Volumens und der Porosität von Objekten und Schüttgütern |
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| US4112738A (en) * | 1977-04-18 | 1978-09-12 | Systems, Science And Software | Method and apparatus for determining the volume of a condensed material sample |
| US4474061A (en) * | 1981-11-27 | 1984-10-02 | Motorola, Inc. | Sonic pressure volume measuring device |
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| US4640130A (en) * | 1984-10-29 | 1987-02-03 | Baylor College Of Medicine | Method and apparatus for acoustically measuring the volume of an object |
| US4888718A (en) * | 1987-02-25 | 1989-12-19 | Kubushiki Kaisha Kosumo Keiki | Volume measuring apparatus and method |
| US5105825A (en) * | 1990-07-10 | 1992-04-21 | Life Measurement Instruments | Method and apparatus for volume measurement and body composition estimation |
| US5054316A (en) * | 1990-09-04 | 1991-10-08 | Keith Pratt | Volumetric measuring apparatus |
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| JP3338941B2 (ja) * | 1993-05-24 | 2002-10-28 | 泰 石井 | 音響式リークテスタ |
-
1996
- 1996-07-23 JP JP21044896A patent/JP3668860B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-07-23 US US08/899,048 patent/US5824892A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3668860B2 (ja) | 2005-07-06 |
| US5824892A (en) | 1998-10-20 |
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