JPH11132831A - 超音波式液面センサ及びその取付方法 - Google Patents
超音波式液面センサ及びその取付方法Info
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- JPH11132831A JPH11132831A JP9309467A JP30946797A JPH11132831A JP H11132831 A JPH11132831 A JP H11132831A JP 9309467 A JP9309467 A JP 9309467A JP 30946797 A JP30946797 A JP 30946797A JP H11132831 A JPH11132831 A JP H11132831A
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Abstract
播効率を従来のものより向上させると共に、安定した超
音波パルスの伝播を可能とする。 【解決手段】一部が検出対象である液体と接触するよう
に配設される超音波良導体3と、該超音波良導体3に付
設され、超音波良導体3に対して超音波パルスを供給す
る超音波振動子4とを有する超音波式液面センサ1であ
って、該超音波振動子4が付設されている超音波良導体
3の所定部位及び該超音波振動子4と液体との接触を回
避するため、装填される取付孔に対し外周部が液密に接
触するように配設されるシール手段として、金属環5
1,61と、該金属環51,61の内周縁から内方に突
出するゴムからなるリップ52a,62aとを有するシ
ール部材5,6を用いる。このシール部材5,6は、超
音波振動子4の付設位置よりも下方であって、リップ5
2a,62aの内周部が超音波良導体3の外面に接触す
るように配設する。
Description
タンクに設置されて液面検出を行う液面センサ及びその
取付方法に関し、特に、一部が液体に接触するように配
設される超音波良導体に超音波パルスを供給して貯留液
体の液面高さ(レベル)を検出して出力する接触式の超
音波式液面センサ及びその取付方法に関する。
て、例えば、特開平4−86525号公報に開示にされ
た技術が知られている。この超音波式液面センサは、所
定の長さを有する棒状、筒状又は板状等の超音波良導体
の上部に超音波振動子を接着して構成され、超音波良導
体の一部を液体と接触するように配設したものである。
このようにして配設した超音波振動子から超音波パルス
を発信すると、超音波良導体に沿って超音波が伝播する
が、超音波良導体と液体との接触面積(すなわち、液面
高さ)が変動すると伝播する超音波の受ける液体抵抗が
変化する。このため、それに伴って超音波振動子に戻っ
てきて受波される超音波(反射波)の伝播時間(速度)
も変動する。超音波式液面センサは、この原理を利用
し、超音波の伝播時間を計測して演算し、液体の水位
(液面高さ)を算出するものである。
音波式液面センサを実際に用いる場合には、検出液体の
貯留されているタンクの上壁に孔部を形成し、この孔部
に超音波良導体を挿通して超音波振動子を孔部よりも上
方位置に取り付けたり、あるいは、タンク上壁に形成し
た孔部に、筒状の保護ケースを挿通し、その保護ケース
内部に超音波良導体の一部を挿入してその部位に超音波
振動子を取り付けたりしている。しかも、いずれの場合
も、超音波振動子が液体と接触することによる劣化や誤
動作防止のため、前者の場合にはタンクの上壁の孔部と
超音波良導体との間に、後者の場合には保護ケース内面
と超音波良導体との間にシール手段を設ける必要があ
る。そして、かかるシール手段としては、超音波良導体
の振動をできるだけ阻害しないように、可撓性のある材
料、例えば、合成ゴム等を筒状に加工したものを装填し
ている。
等を使用した場合には、超音波良導体に、筒状の合成ゴ
ム等の内面全体が接触しているため、超音波良導体の振
動、すなわち、超音波振動子からの超音波の伝播が阻害
され易いという欠点があった。また、合成ゴム等は、温
度変化により硬度が変化し易く、特に、使用環境温度が
10℃以下となると、ゴム硬度の上昇が著しい。その結
果、超音波振動子からの超音波パルスの伝播は、使用環
境温度によっては大きく左右され、ゴム硬度の上昇具合
によっては超音波パルスが伝播されずに超音波振動子に
よる反射波の受波がなされないこともあるという問題が
生じていた。このため、上記した公報に示されているよ
うな、超音波良導体の一部を検出液体に接触させて液面
高さを検出する超音波式液面センサは、厳密に管理され
た使用環境下でならともかく、種々の使用環境が予想さ
れる実用レベルでの使用が非常に困難であった。
のであり、超音波振動子から供給される超音波パルスの
伝播効率を従来のものより向上させることができ、しか
も使用環境に左右されることなく安定した超音波パルス
の伝播を可能とすることができる超音波式液面センサ及
びその取付方法を提供することを課題とする。
ため本発明の超音波式液面センサは、一部が検出対象で
ある液体と接触するように配設される超音波良導体と、
該超音波良導体に付設され、超音波良導体に対して超音
波パルスを供給する超音波振動子と、該超音波振動子が
付設されている超音波良導体の所定部位及び該超音波振
動子と液体との接触を回避するため、装填される取付孔
に対し外周部が液密に接触するように配設されるシール
手段と、を有して構成される超音波式液面センサにおい
て、前記シール手段が、金属環と、該金属環の内周縁か
ら内方に突出するゴムからなるリップとを有してなり、
超音波振動子の付設位置よりも下方であって、リップの
内周部が超音波良導体の外面に接触するシール部材であ
ることを特徴とする。
せて2個一組として配設することが好ましい。また、前
記超音波良導体における超音波振動子の付設位置よりも
上部であって、超音波良導体の振動方向に対して略直交
する方向に略水平に設けられ、超音波良導体を振動可能
に支持し得ると共に、任意の保持手段により所定高さで
保持される支軸を有する構造とすることが好ましい。
出対象となる液体の貯留タンクの上壁に形成した孔部に
挿通される筒状の保護ケースの内面であることが好まし
いが、検出対象となる液体の貯留タンクの上壁に形成さ
れる孔部自体とすることもできる。
方法は、一部が検出対象である液体と接触するように配
設される超音波良導体と、該超音波良導体に付設され、
超音波良導体に対して超音波パルスを供給する超音波振
動子と、を有する超音波式液面センサを、該超音波振動
子が付設されている超音波良導体の所定部位及び該超音
波振動子と液体との接触を回避するよう、シール手段を
介して取付孔に装填する取付方法において、前記シール
手段が、金属環と、該金属環の内周縁から内方に突出す
るゴムからなるリップとを有するシール部材からなり、
超音波振動子の付設位置よりも下方であって、外周部を
取付孔に液密に接触させ、リップの内周部を超音波良導
体の外面に接触させて取り付けることを特徴とする。
部を対向させて2個一組として用いることが好ましい。
さらに、前記超音波良導体における超音波振動子の付設
位置よりも上部であって、超音波良導体の振動方向に対
して略直交する方向に略水平に、超音波良導体を振動可
能に支持し得る支軸を設け、該支軸を任意の保持手段に
より所定高さで保持させて取り付けることが好ましい。
基づき本発明をさらに詳細に説明する。図において、1
は本発明の一の実施の形態にかかる超音波式液面センサ
であり、保護ケース2、超音波良導体3、超音波振動子
4、シール手段であるシール部材5,6、支軸7等を有
して構成される。
共に、外面の所定部位にフランジ部2aが突設されてい
る。このフランジ部2aは、図3に示したように、検出
対象となる液体が貯留されている貯留タンク10の上壁
10aに形成された孔部10bから、該フランジ部2a
よりも下方部位の下側筒部2bを挿通した後、上壁10
a上に位置させて、ネジ挿通孔2cを介してネジ部材
(図示せず)により固定される。また、この保護ケース
2の上端開口部には、後述の超音波良導体3や超音波振
動子4等を配設した後に装着されるキャップ部材2dが
装填されている。
易い材料、通常、ステンレス鋼等の金属から形成されて
いるが、石英ガラスのようなガラス材を用いることもで
きる。形状は、所定の長さを有するものであれば限定さ
れるものではないが、本実施の形態では、断面略円形の
棒状のものを用いている。もちろん、断面略円形の筒
状、あるいは、断面が円形でない角形の棒状や筒状の部
材であってもよいし、厚みの薄い板状のものであっても
よい。但し、後述するシール部材5,6のリップ52
a,62aの内周部をこの超音波良導体3の外面に液密
に密着させる必要があることを考慮すると、製作の容易
性から断面略円形の棒状又は筒状のものが好ましい。
され、本実施の形態では、超音波パルスの送信と受信を
兼用したタイプのものが用いられている。構成を簡略に
するためには、このように送受兼用のものが好ましい
が、送信用と受信用と別々のものを後述の所定の位置に
並列的に配置することもできる。
と、該金属環51,61の内周縁から内方に突出するゴ
ムからなるリップ52a,62aとを有してなる。より
具体的には、図1及び図2に示すように、それぞれ、断
面略L字状の金属環51,61と、該金属環51,61
の周壁51a,61aと底壁51b,61bの各外面に
付着されると共に、該底壁51b,61bの内周縁から
内方に突出するように、本実施の形態ではさらに隆起す
るように設けられるリップ52a,62aを有するゴム
部52,62から構成される。そして、リップ52a,
62aの内周部内に、すなわち、リップ52a,62a
の端部付近であって、さらに内方に突出するように形成
された突条部52b,62bの突端内に、超音波良導体
3が挿通され、超音波良導体3の外面に液密に当接して
いる(図1及び図2(b)参照)。すなわち、このシー
ル部材5,6は、一般にオイルシールとして用いられる
ものとほぼ同様の形状に形成され、この金属環51,6
1とゴム部52b,62bを同時に加硫して一体的に成
形したものである。シール部材5,6としては、これに
限定されるものではなく、リップ52a,62aの外周
にさらに中心方向への付勢力を有するバネ部材(図示せ
ず)を配設した構造のもの等であってもよい。
に、シール部材5,6を2つ用い、各リップ52a,6
2aの端部同士を対向させて、すなわち、互いに反対向
きにさせて配設している。これは、検出液体の貯留タン
ク10内が減圧雰囲気である場合には、超音波良導体3
が下向きに引っ張られる力が作用し、加圧雰囲気の場合
には上向きに引っ張られる力が作用するため、いずれの
条件であっても、シール性が損なわれないようにするた
めである。なお、減圧雰囲気にのみ対処すればよい場合
にはリップを本実施の形態の下側のシール部材6と同様
に設けたもののみ、加圧雰囲気にのみ対処すればよい場
合にはリップを本実施の形態の上側のシール部材5と同
様に設けたもののみを配設するだけでもよいことはもち
ろんである。
及びシール部材5,6は、次のような位置関係で保護ケ
ース2に配設される。なお、以下の説明は、これらの組
立順序とは無関係である。まず、シール部材5,6は、
取付孔として機能する保護ケース2の下側筒部2b内面
に、その外周部が液密に接触するように配設される。な
お、図1において下側に配置されるシール部材6の底壁
外面には、保護ケース2に周縁が係合される、シール部
材5,6の脱落防止のためのリング8が配設される。
のリップ52a,62aの内周部を貫通して、上端3a
側が、保護ケース2のフランジ部2aよりも上方部位の
上側筒部2e内に位置するよう配設される。この結果、
超音波良導体3中、上側に配置されたシール部材5より
も上方に位置する部位が、検出対象である液体と接触し
ない非接触部位3bとなり、下側に配置されたシール部
材6よりも下方に位置する部位が液体と接触する接触可
能部位3cとなる。
る必要があるため、超音波良導体3のうち、上記液体と
の非接触部位3bの外面に付設される。超音波振動子4
の付設方法としては、接着、溶着、はんだ付け等の接合
手段が挙げられる。
設されるが、シール部材5,6が配設されているといっ
ても、それはあくまで液密性を確保するためのものであ
り、超音波良導体3を確実に所定位置で保持するもので
はない。このため、超音波良導体3は、保護ケース2内
の所定位置で保持され、保護ケース2の下端開口部から
抜け落ちないようにすることが好ましい。しかしなが
ら、超音波良導体3を所定位置で支持するということ
は、支持方法によっては、超音波良導体3の振動を妨げ
る原因となる。従って、本実施の形態では、図1に示し
たように、超音波良導体3の上端3a付近であって超音
波良導体3の振動方向(図1上、奥行き方向)に対して
略直交する方向に、すなわち、超音波振動子4の付設面
から略90度離れた位置の外面に開口するように軸挿通
孔3dを形成し、この軸挿通孔3dに支軸7を挿通し、
この支軸7の両端部を保護ケース2の上側筒部2eの内
面で支持している。これにより、超音波良導体3は振動
方向に対しては全く自由であり、このような支持手段を
設けたとしても、超音波良導体3の振動が阻害されるこ
とはない。
の両端部を、該支軸7の保持手段として機能する保護ケ
ース2に固定し、軸挿通孔3dの径を支軸7の径より若
干大きなものとして、超音波良導体3がその振動方向に
動作自由に配設しているが、支軸7を軸挿通孔3d内に
挿通したときに空転しないような径にし、支軸7の両端
部を保護ケース2の内面に対して回転自由に支持するよ
うにしてもよい。また、超音波良導体3に軸挿通孔3d
を形成せずに、その振動方向に略直交する方向に略水平
に支軸7に相当する突起部(図示せず)を突出させて、
保護ケース2内に軸支することもできる。さらには、保
護ケース2の内面から、超音波良導体3の振動方向に略
直交する方向に略水平に本実施の形態の支軸7に相当す
る突起部(図示せず)を突出させて、該突起部に超音波
良導体3に形成した軸挿通孔3aを係合させるようにし
てもよい。また、支軸7の保持手段として、本実施の形
態では、保護ケース2を利用しているが、保護ケース2
を用いない場合には、該支軸7を所定高さで保持し得る
任意の保持手段、例えば、貯留タンク10の上壁10a
上に設置した所定高さのフレーム材等を用いることがで
きる。
内端部は、図1に示すように、支軸7の位置決めのた
め、該支軸7に当接している。また、未説明の符号9
は、図3に示した高周波発信部及び受信部を有するコン
トローラ12から超音波振動子4に超音波パルスを発生
させる電気パルスを供給し、逆に、超音波振動子4から
コントローラ12へ受波された音響エネルギーを供給す
るための外部ケーブル13を接続するためのプラグであ
る。9aは、このプラグ9と超音波振動子4とを結ぶリ
ード線である。
のように使用される。まず、上記したように、検出液体
の貯留タンク10の上壁10aに形成された孔部10b
に、保護ケース2の下側筒部2bを挿通し、フランジ部
2aを上壁10a上に当接してネジ止めして固定する。
この結果、超音波良導体3の液体との接触可能部位3c
の少なくとも一部が液体中に浸漬される。本実施の形態
の超音波式液面センサ1は、上記のように、超音波良導
体3、超音波振動子4及びシール部材5,6を保護ケー
ス2内にユニット化している。従って、このようにして
配設するだけで、超音波良導体3の非接触部位3bと超
音波振動子4とを、シール部材5,6により液体と接触
しないよう取り付けることができる。なお、本実施の形
態のように予めユニット化されておらず、保護ケース2
を用いずに貯留タンク10に直接取り付ける場合には、
まず、貯留タンク10の上壁10aに形成された孔部1
0bをシール部材5,6が装填される取付孔として利用
し、この孔部10b内にシール部材5,6を配設し、そ
のリップ内周部に超音波良導体3を挿通して取り付けれ
ばよい。
2から電気パルスを出力して、超音波振動子4を励振す
る。それにより、超音波振動子4から超音波パルスが発
射され、超音波良導体3が図1上奥行き方向に振動し、
超音波が伝播していく。
所定の伝播速度で超音波良導体3に沿ってその下端3d
方向に伝播していくが、この際、シール部材5,6が配
設されている部位を通過する。上記したように、従来の
ものでは、シール手段通過時に超音波の伝播が妨げられ
ていたが、本実施の形態によれば、シール手段としてリ
ップ52a,62aの内周部のみが超音波良導体3に接
触するシール部材5,6を用いているため、従来の円筒
状のゴム部材を用いたシール手段と異なり、シール部材
5,6と超音波良導体3とが面ではなく、いわば線で接
触しているに過ぎない。従って、シール手段を施すこと
による超音波良導体3の振動阻害がほとんどない。ま
た、使用環境温度が変化しても、シール部材5,6が超
音波良導体3に対して線接触しているに過ぎないため、
ゴム部の硬度変化に伴う悪影響も非常に少なく、安定し
ている。また、支軸7が超音波良導体3を上記のように
振動方向には動作自由に支持しているため、支軸7を設
けても超音波良導体3の振動に対する悪影響は非常に少
ない。
通過した超音波は、液面10aに到達するまでは、所定
の伝播速度で超音波良導体3に沿ってその下端3d方向
に伝播していくが、液面10cに到達した時点から液体
の抵抗を受けて、速度が遅くなって伝播していく。その
後、超音波良導体3の下端3dで反射し、超音波振動子
4に向かって伝播し、液面10cを脱すると、再び速度
を増して超音波振動子4に到達する。超音波振動子4で
反射波として超音波が受波されるとその音響エネルギー
がコントローラ12へ供給され、電気信号に変換される
と共に、さらに受信部で増幅されて演算回路で到達時間
が計測され、該到達時間に対応する液面高さが検出され
る。検出結果は、コントローラ12等に設けられている
所定の表示部(図示せず)に表示される。
付方法によれば、シール手段としてリップの内周部のみ
が超音波良導体に接触するシール部材を用いているた
め、超音波振動子から供給される超音波パルスの伝播効
率を従来のシール手段と比較して向上させることができ
る。また、超音波良導体と該シール部材との接触面積が
非常に小さいため、使用環境、特に、使用温度の変化に
左右されることなく安定した超音波パルスの伝播を可能
とすることができる。従って、超音波良導体を液体に接
触させて液面高さを検出する接触式の超音波式液面セン
サとして、実用に適している。
施の形態の要部を示す部分断面図である。
波式液面センサで用いた一方のシール部材を示す部分正
面断面図であり、図2(b)は、斜め方向からみた断面
図である。
面センサの使用方法を説明するための図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 一部が検出対象である液体と接触するよ
うに配設される超音波良導体と、該超音波良導体に付設
され、超音波良導体に対して超音波パルスを供給する超
音波振動子と、該超音波振動子が付設されている超音波
良導体の所定部位及び該超音波振動子と液体との接触を
回避するため、装填される取付孔に対し外周部が液密に
接触するように配設されるシール手段と、を有して構成
される超音波式液面センサにおいて、 前記シール手段が、金属環と、該金属環の内周縁から内
方に突出するゴムからなるリップとを有してなり、超音
波振動子の付設位置よりも下方であって、リップの内周
部が超音波良導体の外面に接触するシール部材であるこ
とを特徴とする超音波式液面センサ。 - 【請求項2】 前記シール部材が、リップの端部を対向
させて2個一組として配設されている請求項1記載の超
音波式液面センサ。 - 【請求項3】 さらに、前記超音波良導体における超音
波振動子の付設位置よりも上部であって、超音波良導体
の振動方向に対して略直交する方向に略水平に設けら
れ、超音波良導体を振動可能に支持し得ると共に、任意
の保持手段により所定高さで保持される支軸を有する請
求項1又は2に記載の超音波式液面センサ。 - 【請求項4】 前記シール手段が装填される取付孔が、
検出対象となる液体の貯留タンクの上壁に形成した孔部
に挿通される筒状の保護ケースの内面である請求項1〜
3のうちのいずれか1に記載の超音波式液面センサ。 - 【請求項5】 前記シール手段が装填される取付孔が、
検出対象となる液体の貯留タンクの上壁に形成される孔
部自体である請求項1〜3のうちのいずれか1に記載の
超音波式液面センサ。 - 【請求項6】 一部が検出対象である液体と接触するよ
うに配設される超音波良導体と、該超音波良導体に付設
され、超音波良導体に対して超音波パルスを供給する超
音波振動子と、を有する超音波式液面センサを、該超音
波振動子が付設されている超音波良導体の所定部位及び
該超音波振動子と液体との接触を回避するよう、シール
手段を介して取付孔に装填する取付方法において、 前記シール手段が、金属環と、該金属環の内周縁から内
方に突出するゴムからなるリップとを有するシール部材
からなり、超音波振動子の付設位置よりも下方であっ
て、外周部を取付孔に液密に接触させ、リップの内周部
を超音波良導体の外面に接触させて取り付けることを特
徴とする超音波式液面センサの取付方法。 - 【請求項7】 前記シール部材が、リップの端部を対向
させて2個一組として用いられる請求項6記載の超音波
式液面センサの取付方法。 - 【請求項8】 さらに、前記超音波良導体における超音
波振動子の付設位置よりも上部であって、超音波良導体
の振動方向に対して略直交する方向に略水平に、超音波
良導体を振動可能に支持し得る支軸を設け、該支軸を任
意の保持手段により所定高さで保持させて取り付ける請
求項7又は8に記載の超音波式液面センサの取付方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP30946797A JP3859329B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 超音波式液面センサ及びその取付方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30946797A JP3859329B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 超音波式液面センサ及びその取付方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11132831A true JPH11132831A (ja) | 1999-05-21 |
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ID=17993350
Family Applications (1)
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JP30946797A Expired - Lifetime JP3859329B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 超音波式液面センサ及びその取付方法 |
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JP (1) | JP3859329B2 (ja) |
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