JPS6219695B2 - - Google Patents
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- JPS6219695B2 JPS6219695B2 JP55060757A JP6075780A JPS6219695B2 JP S6219695 B2 JPS6219695 B2 JP S6219695B2 JP 55060757 A JP55060757 A JP 55060757A JP 6075780 A JP6075780 A JP 6075780A JP S6219695 B2 JPS6219695 B2 JP S6219695B2
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02818—Density, viscosity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電気回路と、当該の液体内に超音波
パルスを送信できるトランスジユーサ１とが設け
られており、前記電気回路を用いて液体の音響イ
ンピーダンスと音波の液体内での伝播速度とを検
出する、液体の密度を音響的に測定する際に使用
する測定装置に関する。
パルスを送信できるトランスジユーサ１とが設け
られており、前記電気回路を用いて液体の音響イ
ンピーダンスと音波の液体内での伝播速度とを検
出する、液体の密度を音響的に測定する際に使用
する測定装置に関する。
液体の音響インピーダンスは、液体の密度と液
体内の音波の伝播速度との積である。この関係は
装置内の密度を検出するために利用される。その
際装置においてトランスジユーサ、例えば圧電セ
ラミツク板を用いて所定の区間を介して液体中に
超音波パルスが送出される。
体内の音波の伝播速度との積である。この関係は
装置内の密度を検出するために利用される。その
際装置においてトランスジユーサ、例えば圧電セ
ラミツク板を用いて所定の区間を介して液体中に
超音波パルスが送出される。
公知の測定装置においてこの区間は測定室の２
つの壁の間の距離または、超音波パルスの送波器
および受波器として同じトランスジユーサが使用
されるときは前記の距離の２倍から成る。例えば
米国特許第3028749号および第2926522号明細書か
ら公知であるこの種の装置は、比較的複雑で強固
な据え付けを必要とする。
つの壁の間の距離または、超音波パルスの送波器
および受波器として同じトランスジユーサが使用
されるときは前記の距離の２倍から成る。例えば
米国特許第3028749号および第2926522号明細書か
ら公知であるこの種の装置は、比較的複雑で強固
な据え付けを必要とする。
本発明により、トランスジユーサが測定ゾンデ
内に取付けられており、該測定ゾンデは、固体材
料から成る、既知の音響インピーダンスを有する
基準体が変換器に当接して設けられている管状の
支持体と、前記基準体の、前記トランスジユーサ
とは反対の方の側に、該基準体とは多少の間隔を
置いて前記トランスジユーサに平行に取付けられ
ている反射板とを具備し、かつ前記支持体は基準
体と反射板との間において管壁に少なくとも１つ
の開口を有し、かつ基準体に少なくとも１つのリ
ング状の切込みを形成し、トランスジユーサの方
を向いている切込み形成面が、トランスジユーサ
と基準体との間の境界面と平行に延在するように
し、かつ前記切込みは、音響インピーダンスが基
準体の音響インピーダンスより著しく僅かである
材料から成るようにすることが提案される。
内に取付けられており、該測定ゾンデは、固体材
料から成る、既知の音響インピーダンスを有する
基準体が変換器に当接して設けられている管状の
支持体と、前記基準体の、前記トランスジユーサ
とは反対の方の側に、該基準体とは多少の間隔を
置いて前記トランスジユーサに平行に取付けられ
ている反射板とを具備し、かつ前記支持体は基準
体と反射板との間において管壁に少なくとも１つ
の開口を有し、かつ基準体に少なくとも１つのリ
ング状の切込みを形成し、トランスジユーサの方
を向いている切込み形成面が、トランスジユーサ
と基準体との間の境界面と平行に延在するように
し、かつ前記切込みは、音響インピーダンスが基
準体の音響インピーダンスより著しく僅かである
材料から成るようにすることが提案される。
このように構成することによつて簡単かつ機械
的に安定した測定装置が得られる。この装置は、
測定ゾンデを例えば通常のボールペンの大きさに
形成することができるので、容易に持ち運び可能
である。電気回路を用いて基準体と反射板との間
の室内の液体の密度を、基準体と液体との間の移
行部からの反射波の振幅値および液体内における
音波の伝播時間を測定することによつて検出でき
る。
的に安定した測定装置が得られる。この装置は、
測定ゾンデを例えば通常のボールペンの大きさに
形成することができるので、容易に持ち運び可能
である。電気回路を用いて基準体と反射板との間
の室内の液体の密度を、基準体と液体との間の移
行部からの反射波の振幅値および液体内における
音波の伝播時間を測定することによつて検出でき
る。
次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図示のゾンデは、管状の支持体４内に取付けら
れている、圧電セラミツク板１と、基準体２と、
反射板３とを有する。基準体２と反射板３との間
において管状の支持体４は、管壁に少なくとも１
つの開口５が形成されるように切込まれている。
れている、圧電セラミツク板１と、基準体２と、
反射板３とを有する。基準体２と反射板３との間
において管状の支持体４は、管壁に少なくとも１
つの開口５が形成されるように切込まれている。
セラミツク板１は、この板に電気的な衝撃を加
えることができる図示しない電気回路に接続され
ている。パルスが加えられると隣接する基準体２
を介して超音波が送出され、超音波は基準体２と
反射板３との間の開放室を通過し、反射板で反射
され、再びセラミツク板に戻る。反射された音響
信号はここで電気信号に変換され、電気回路に加
えられる。
えることができる図示しない電気回路に接続され
ている。パルスが加えられると隣接する基準体２
を介して超音波が送出され、超音波は基準体２と
反射板３との間の開放室を通過し、反射板で反射
され、再びセラミツク板に戻る。反射された音響
信号はここで電気信号に変換され、電気回路に加
えられる。
セラミツク板１は換言すれば音響パルスの送波
器、および受波器として用いられる。
器、および受波器として用いられる。
基準体２にはリング状の切込みが設けられてい
る。この切込みの、セラミツク板１の方を向いて
いる形成面６は、板１と基準体２との間の境界面
と平行に延在している。即ち基準体２における音
波の伝播方向に対して直角に位置している。
る。この切込みの、セラミツク板１の方を向いて
いる形成面６は、板１と基準体２との間の境界面
と平行に延在している。即ち基準体２における音
波の伝播方向に対して直角に位置している。
セラミツク板１に短い電気パルスが加えられる
と、超音波が送出され、超音波は基準材料を介し
て伝播される。次のことを前提とすれば、音波の
１部は形成面６で全反射される。即ち形成面６の
反対側には、音響インピーダンスが、例えばガラ
ス、アルミニウムまたはステンレス等から成る基
準材料の音響インピーダンスより著しく僅かな例
えば空気のような物質が存在している。この形成
面で反射されるエコーの振幅Ａpは、送出される
音波の振幅に比例する。送出された音波の残りは
（形成面で反射されなかつた音波）、基準材料を通
過し、基準体２と、この基準体２と反射板３との
間の開口５を介して侵入してきた媒体との間の移
行部に達する。測定ゾンデは液体の中に配置して
あるので、基準体２の境界面に隣接するのはゾン
デを浸しているその液体である。
と、超音波が送出され、超音波は基準材料を介し
て伝播される。次のことを前提とすれば、音波の
１部は形成面６で全反射される。即ち形成面６の
反対側には、音響インピーダンスが、例えばガラ
ス、アルミニウムまたはステンレス等から成る基
準材料の音響インピーダンスより著しく僅かな例
えば空気のような物質が存在している。この形成
面で反射されるエコーの振幅Ａpは、送出される
音波の振幅に比例する。送出された音波の残りは
（形成面で反射されなかつた音波）、基準材料を通
過し、基準体２と、この基準体２と反射板３との
間の開口５を介して侵入してきた媒体との間の移
行部に達する。測定ゾンデは液体の中に配置して
あるので、基準体２の境界面に隣接するのはゾン
デを浸しているその液体である。
この境界面によつて反射される音波の振幅Ａl
は、 Ａl＝Ａi（ρｒｃｒ−ρｖｃｖ）／（ρｒｃｒ＋ρｖ
ｃｖ）(1) で表わすことができる。その際Ａiは入つてくる
音波の振幅であり、ρrおよびρvはそれぞれ基準
体および液体の密度であり、ｃrおよびｃvは基準
体および液体中の音速である。
は、 Ａl＝Ａi（ρｒｃｒ−ρｖｃｖ）／（ρｒｃｒ＋ρｖ
ｃｖ）(1) で表わすことができる。その際Ａiは入つてくる
音波の振幅であり、ρrおよびρvはそれぞれ基準
体および液体の密度であり、ｃrおよびｃvは基準
体および液体中の音速である。
ρv＝Ｚr（Ａｉ−Ａｌ）／（Ａｉ＋Ａｌ）・Ｃｖ (2)
によつて上記の式(1)から液体の密度ρvが計算さ
れる。その際Ｚrは基準体２の、予めわかつてい
る音響インピーダンスρrｃrである。
れる。その際Ｚrは基準体２の、予めわかつてい
る音響インピーダンスρrｃrである。
基準体２と液体との間の接合部で反射されなか
つた音波部分は、更に液体内を伝播し、反射板に
よつてセラミツク板１に反射される。液体中での
伝播速度ｃvは、 ｃv＝２・ｌ／Ｔｖ (3) によつて求められる。その際ｌは、基準体２と反
射板３との間の間隔であり、Ｔvは音波が反射し
て帰つてくるまでの時間間隔として表わされる伝
播時間である。
つた音波部分は、更に液体内を伝播し、反射板に
よつてセラミツク板１に反射される。液体中での
伝播速度ｃvは、 ｃv＝２・ｌ／Ｔｖ (3) によつて求められる。その際ｌは、基準体２と反
射板３との間の間隔であり、Ｔvは音波が反射し
て帰つてくるまでの時間間隔として表わされる伝
播時間である。
形成面６によつて反射される音波の振幅Ａpを
用いて電気回路は送出パルスの振幅を、Ａiが圧
電セラミツク板１の温度に関連したデータが変化
した場合にも影響を受けずに一定に保持されるよ
うに調整する。式(2)および(3)から液体の密度は、
振幅値Ａlまたはこの振幅値に比例する電圧Ｅlお
よび伝播時間Ｔvを測定し、次式 ρv＝ＺｒＴｖ（Ｅｉ−Ｅｌ）／２・ｌ（Ｅｉ＋Ｅｌ
）（ただしＥi＝定数・Ａi） (4) を用いて求められる。
用いて電気回路は送出パルスの振幅を、Ａiが圧
電セラミツク板１の温度に関連したデータが変化
した場合にも影響を受けずに一定に保持されるよ
うに調整する。式(2)および(3)から液体の密度は、
振幅値Ａlまたはこの振幅値に比例する電圧Ｅlお
よび伝播時間Ｔvを測定し、次式 ρv＝ＺｒＴｖ（Ｅｉ−Ｅｌ）／２・ｌ（Ｅｉ＋Ｅｌ
）（ただしＥi＝定数・Ａi） (4) を用いて求められる。
電圧をアナログに掛算および割算する際に大き
な精度を得ることは電気技術的に難しいので、上
式(4)は、 と書き換えられる。その際Ｚoprは基準液体、有
利には20℃の水の音響インピーダンスである。ゾ
ンデが水に取付けられればこの式(5)の第２項は０
であり、密度は時間測定によつて求められる。大
抵の液体の音響インピーダンスは水の音響インピ
ーダンスと同じオーダにあるので、式のこの項は
密度検出のほんの僅かな部分しか成さない。従つ
てこの項の計算に関連した不確さはほとんど問題
にならない。
な精度を得ることは電気技術的に難しいので、上
式(4)は、 と書き換えられる。その際Ｚoprは基準液体、有
利には20℃の水の音響インピーダンスである。ゾ
ンデが水に取付けられればこの式(5)の第２項は０
であり、密度は時間測定によつて求められる。大
抵の液体の音響インピーダンスは水の音響インピ
ーダンスと同じオーダにあるので、式のこの項は
密度検出のほんの僅かな部分しか成さない。従つ
てこの項の計算に関連した不確さはほとんど問題
にならない。
図は本発明の測定ゾンデの実施例の電気回路を
除いた部分の断面略図である。 １……セラミツク板、２……基準体、３……反
射板、４……支持体、５……開口、６……切込
み。
除いた部分の断面略図である。 １……セラミツク板、２……基準体、３……反
射板、４……支持体、５……開口、６……切込
み。
Claims (1)
- １ 電気回路と、当該の液体内に超音波パルスを
送信できるトランスジユーサ１とが設けられてお
り、前記電気回路を用いて液体の音響インピーダ
ンスと音波の液体内での伝播速度とを検出する、
液体の密度を音響的に測定する際に使用する測定
装置において、トランスジユーサが測定ゾンデ内
に取付けられており、該測定ゾンデは、固定材料
から成る、既知の音響インピーダンスを有する基
準体２が変換器に当接して設けられている管状の
支持体と、前記基準体２の、前記トランスジユー
サ１とは反対の方の側に、該基準体とは多少の間
隔を置いて前記トランスジユーサに平行に取付け
られている反射板３とを具備し、かつ前記支持体
４は基準体２と反射板３との間において管壁に少
なくとも１つの開口５を有し、かつ基準体２に少
なくとも１つのリング状の切込みを形成し、トラ
ンスジユーサ１の方を向いている切込み形成面６
が、トランスジユーサ１と基準体２との間の境界
面と平行に延在するようにし、かつ前記切込み
は、音響インピーダンスが基準体の音響インピー
ダンスより著しく僅かである材料から成ることを
特徴とする、液体の密度を音響的に測定する際に
使用する測定装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK192479A DK144044C (da) | 1979-05-10 | 1979-05-10 | Ultralydmaaleprobe til brug ved akustisk maaling af vaeskers massefylde |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55152437A JPS55152437A (en) | 1980-11-27 |
| JPS6219695B2 true JPS6219695B2 (ja) | 1987-04-30 |
Family
ID=8108996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6075780A Granted JPS55152437A (en) | 1979-05-10 | 1980-05-09 | Measuring apparatus to be used in acoustic measurement of liquid density |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4297608A (ja) |
| JP (1) | JPS55152437A (ja) |
| DE (1) | DE3016323C3 (ja) |
| DK (1) | DK144044C (ja) |
| FR (1) | FR2456315B1 (ja) |
| GB (1) | GB2050605B (ja) |
Families Citing this family (25)
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| DE29916826U1 (de) * | 1999-09-23 | 2000-11-02 | Siemens AG, 80333 München | Vorrichtung zum Messen der spezifischen Dichte eines gasförmigen oder flüssigen Mediums |
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- 1980-04-28 DE DE3016323A patent/DE3016323C3/de not_active Expired
- 1980-05-01 US US06/145,620 patent/US4297608A/en not_active Expired - Lifetime
- 1980-05-06 FR FR8010102A patent/FR2456315B1/fr not_active Expired
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Patent Citations (2)
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