JPS628726B2 - - Google Patents
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Description
本発明は各種の産業における種々の製造工程に
おける技術的パラメータを音響振動により自動的
に制御することに関し、更に詳しくいえば、単層
貯蔵器内の気体―液体界面または液体―液体皆面
を製造する方法および装置に関する。本発明は鉄
および非鉄金属の治金における湿式治金および選
鉱を制御する自動装置、化学工業、石油化学工
業、食品工業等において、単層貯蔵器内の各種の
媒体の界面を自動的に非接触制御するために使用
できる。
界面の制御はそのような媒体の任意の性質の違
いを基にしている。制御される製造工程は媒体の
性質を不安定にする各種の要因を特徴とし、それ
らは気体−液体界面と液体―液体界面の制御を阻
害する。これらの要因の中には液体密度の変化す
なわち低下、圧力と粘度の上昇、誘電率の変化、
気泡による液体の撹拌、液体表面上の可変密度の
かなりの泡層、液体中の各種のけん濁物質、その
他のいくつかの要因がある。
気体―液体界面と液体―液体界面を制御する方
法と装置に課せられる主な要求は、制御の信頼度
と確度に及ぼす前記不安定化要因の影響を小さく
することである。また、この制御方法は感度が高
く、取り扱い者にとつて安全であり、制御装置は
構造が簡単で安価であること、という要求も課さ
れる。
界面の制御に使用される方法と装置は、それら
の技術的特徴に従つてプローブ式と、非接触式と
の2種類に分けられる。第1の種類に属する方法
と装置においては、制御される界面についての情
報を与える検出素子が、前記媒体を含む貯蔵器の
中に入れられてそれらの媒体に接触する。第2の
種類に関する限りは、検出素子は貯蔵器の外側に
置かれて、界面を制御すべき媒体の直接的な影響
は受けない。
第1の種類に属する浮子式の界面制御方法およ
び装置が知られている(たとえばアジエイキン
(D.I.Ageikin)、コスチナ(E.N.Kostina)、クズ
ネツツオフア(N.N.Kuznetsova)著「制御およ
び調節用センサ(Da―tchiki Kontrolyai
Regulirovaniya)」1965年「Mashinost‐roenie」
発行、参照)。この公知方法は、密度が低く、上
側の媒体に対しては負の浮力を持ち、下側の媒体
に対しては正の浮力を有する閉じられた中空体ま
たは非吸湿性の物体を、それらの媒体を含む貯蔵
器内に入れてその物体の鉛直方向の変位を記録す
る。その物体の位置はそれらの媒体の間の制御さ
れる界面を示す、この公知の装置は、浮子に加え
て浮子の変位を記録する装置も含む。その変位記
録装置は誘導コイルと、この誘導コイルに対する
浮子の変位によりひき起されるコイルの電磁場の
変化を指示する指示器とを使用できる。
しかし、粘度の高い媒体間の界面を制御する場
合には浮子が一方の媒体にくつつくから制御確度
と信頼度が低く、気体―液体の界面を制御する場
合には液体表面に厚い泡ができて、液体表面から
予測できない距離の所で浮子を包み込むことがあ
るので、信頼度と確度がやはり低下する。
第1種類に属し、容量を利用して界面の制御を
行う技術も知られている(たとえば雑誌「プリボ
リ・イ・スレドストウワ・オートマチザツイ
(Pribory i Sredstva Avtomatizatsii)」1962
年第7号、439〜440ページ参照、モスクワ発
行)。
この制御技術は、2枚の板(または2本の棒)
を一定の間隔をおいて配置したものを含む検出素
子を容器の中に入れ、それらの板(棒)の間の容
量を測定するようにしたもので、この容量は板
(棒)の間の媒体の誘電率に関係し、界面の位置
はこのようにして測定した容量から決定するよう
になつている。この制御技術を用いた装置は容量
性検出素子に加えて、制御される界面が検出素子
に対して変位した時に生ずる容量の変化を記録す
る記録計も含む。
この制御技術は、媒体の誘電率が変化し、かつ
検出素子の間隙も変化することがあるため、界面
が変位しなくても容量が変化するために測定の信
頼性が低いという欠点がある。
また、第1の種類に属するものとしてインピー
ダンス法と装置も知られている(たとえば、米国
特許第3246516号参照)。この方法は容器内に置か
れている超音波発生器のインピーダンスを測定す
ることを基にしている。超音波発生器が設けられ
ているレベルを界面が通ると、超音波発生器のイ
ンピーダンスが変化するようになつている。この
制御装置は超音波発生器と、これに結合される発
振器と、超音波発生器のインピーダンスの変化を
記録する記録計とを含む。
この方法と装置は液体媒体の密度に対する気体
―液体界面の制御のダイナミツクレンジが狭く、
制御の信頼度が低いことが欠点である。制御の信
頼性が低いのは、界面が制御される液体により音
響的にダンピングされる超音波発生器のインピー
ダンスの違いが小さいのが理由である。
以上あげた方法と装置に共通の欠点は、容器の
内部に検出素子を挿入する必要があることであ
る。そのために装置の点検や修理を行う必要が生
じた時に、その装置を用いている製造装置の動作
を一時的に停止させることが必要となる。その他
に、容器の中に化学的に活性で腐食性の強い液体
が入れられている場合には、制御装置の寿命が極
めて短くなり、信頼性も非常に低くなる。
第2の種類に属する方法と装置にはこのような
欠点はない。
界面を制御するためのラジオアイソトープ法と
装置は公知である(たとえば、マカロフ(A.K.
Makarov)およびスベルドリン(U.M.
Sverdlin)著「レベル制御用自動装置
(Avtomaticheskie ustroistva kontrolya
urovnya)」エネルギヤ(Energiya)出版社1966
年参照)。
この方法は、界面を制御すべき媒質が入つてい
る容器に、その容器の縦軸に平行な方向に放射線
を照射して、容器内の媒質による放射線の吸収の
差を決定することを基にしている。この方法を実
施する装置は放射線源と放射線検出器とを含み、
これらは容器の外面の異なる側に配置し、放射線
検出器に記録計を結合したものである。
この方法と装置は制御確度が低く、構造が複雑
で、高価であり、取り扱い者に放射能が危険なこ
とであるのが欠点である。
単層容器内の気体―液体界面および液体―液体
界面を制御する他の方法も知られている(たとえ
ば、米国特許第3213438号参照)。
この方法は、単層容器の一部に接触している音
響変換器を介して容器内へ音波を送り込み、送り
込まれた音波は容器内部の媒体中を通つて容器の
壁の他方の側に接触させられている他の音響変換
器で受けられ、容器内を通過した音波の振幅から
界面を確認することを基にしている。振幅は容器
内部の媒質を通る音波の通過量の違いにより変化
させられる。
発振器に結合された電気―音響変換器と、この
変換器から発信された音波の通路上に設けられる
音波受信器とを備え、電気―音響変換器と音波受
信器とは単層容器の壁に取りつけられ、この取り
つけは音響導体を介して行われ、音波受信器の出
力端子は増幅器と、この増幅器の出力を記録する
記録計とで構成される回路に結合され、前記出力
の振幅は気体―液体界面と液体―液体界面を確認
するために用いられる。
気体―液体界面および特に液体―液体界面を制
御する上記方法と、この方法を実施する装置と
は、たとえば選鉱、湿式治金、化学工業のような
各種の産業プロセスに使用される場合には、必要
な制御確度を達成できず、装置の構造が複雑で、
価格も高いのが欠点である。
このような欠点が生ずるのは容器の横断面が8
〜10mと大きく、そのために音波が拡がつて受信
側での音波の振幅がかなり小さくなるためであ
る。音波の回折を小さくするためには電気―音響
変換器の寸法を大きくし、周波数を高くしなけれ
ばならないが、変換器を大きくすると発振器の出
力をかなり増大させなければならないが、そうす
ると装置の構造が複雑となつて価格が高くなる。
その他に、気泡と固体粒子が容器内の液体媒体
中に存在すると、その媒体中を伝わる音波がかな
り散乱させられ、容器の寸法が増大するにつれて
受信音波の振幅が指数関数的に減少することにな
る。これらのことがすべて原因となつてかなりの
誤差が生じ、ある場合にはこの方法と装置は実用
に耐えなくなることがある。
本発明の目的は媒体の広い範囲の物理―化学的
組成、状態および性質にわたつて、気体―液体界
面と気体―気体界面を単層容器内で制御する方法
と、この方法を実施する装置を提供することであ
る。
本発明の目的は界面制御の確度を高くすること
である。
本発明の更に別の目的は装置の構造を簡単にし
て、その動作コストと価格を低くすることであ
る。
これらの目的は、単層容器の壁の一部に接触し
ている音響導体を介して容器の中へ音波を送り込
み、容器の壁の他の部分に接触している音響導体
を介して容器内を通つてきた音波を受け、受けた
音波の振幅から容器内の気体―液体界面と液体―
液体界面を確認する。単層容器内の気体―液体界
面と液体―液体界面を制御する方法であつて、送
り込まれる音波は単層容器の壁に対して鋭角また
は鈍角をなすようにして第1の音響導体内へ予め
向けられ、前記音波は対応する壁の部分内で機械
的な振動を起させるために用いられ、それらの機
械的な振動(ラム波、以下機械的振動と表記す
る)は音波の伝播する向きと音波の入射角度とに
より決定される方向へ壁に沿つて伝播し、音波の
伝播速度は前記のような向きに向けられた時には
壁に沿う機械的振動の伝播速度にほぼ等しく、壁
に沿つて伝播する機械的振動から音波へ変換され
た音波の振幅から界面を確認する単層容器内の気
体―液体界面と液体―液体界面を制御する方法に
より達成される。
単層容器の壁の横断面を変えることができる場
合には、壁の一部を発散または集束する音波によ
り励振し、θ1とθ2とを音波の伝播方向と音波
が入射する容器の壁位置への法線とにより決定さ
れる音波の入射角度、C1,C2を音波により励振
される容器の壁の内部における機械的振動のそれ
ぞれ最高速度および最低速度として、音波の最大
入射角と最小入射角θ1,θ2を関係
sinθ1/sinθ2≧C1/C2
から選択するようにすると便利である。
また、第2の音波により前記容器の壁の中で機
械的振動を励振させ、この第2の機械的振動の減
衰を第1の音波で励振される機械的振動の減衰と
は異ならせ、それを2種類の機械的振動の振幅の
関係から界面を確認することを便利である。
容器の壁部分をパルス状音波で周期的に励振
し、このパルス音波のスペクトラムは容器の壁の
機械的振動の周波数範囲をこえる範囲を選択し、
インタフエースを振動壁部分に関して種々の位置
で見出し、インタフエースすなわち界面が容器の
壁の振動部分の上または下にある時に液体の種類
を確認するように、パルス状音波の充填周波数
(filling frequency)を更に決定すると有用であ
る。
パルス状音波で容器の壁部分を周期的に励振
し、そのスペクトラムの相対的な幅を壁の振動す
る部分の厚みの相対的な変化に等しいか、または
それ以上となるように選択することも可能であ
る。
前記目的は、発振器に結合される音波発生器
と、この音波発生器から発生された前記音波の伝
播路中に設けられる音波受信器とを備え、これら
の音波発生器と音波受信器は単層容器の壁に適当
な音響導体を介して取りつけられ、各音響導体の
容器壁への接触面積と、音波発生器たは音波受信
器とのそれぞれの有効面積に接触する各音響導体
の有効面積と、前記音波受信器の出力端子は、そ
の受信器の出力信号を増幅する増幅器と前記出力
信号の振幅を記録する記録器とで構成される回路
に接続され、前記振幅は容器内の気体―液体界面
または液体―液体界面の確認に使用される単層容
器内の気体―液体界面または液体―液体界面を制
御するための装置において、C3を各音響導体内
の音波の伝播速度、Cを音波により励振された機
械的振動の容器の壁に沿う伝播速度として、各音
響導体の接触面積と有効面積は式
θ=arc sinC3/C
から決定される角度を互いになし、前記音響導
体はその内部を伝わる音波の伝播速度が容器の壁
に沿つて伝わる機械的振動の伝播速度よりも低い
ような材料から作られる、単層容器内の気体―液
体界面または液体―液体界面を制御する装置によ
つても達成される。
(容器の壁の横断面が可変の場合には、音響導
体を2つの部分から作り、各部品はその内部を伝
わる音波の伝播速度が異なる物質で作り、それら
の部品は円筒形の接触面を有し、それらの接触面
の対称軸は音波発生器の軸と同じ平面内、または
その軸に垂直な音波受信器の軸と同じ平面内に含
まれ、C1とC2を音波により励振される容器の壁
部分内における機械的振動のそれぞれ最高速度お
よび最低速度とし、C4とC5を音響導体の異なる
部分における音波の伝播速度、Aを音波により励
振される容器の壁の内部における機械的振動の伝
播方向に一致する線と音響導体の有効面への法線
とを通る平面内におけるその有効面の長さとし
て、接触面の半径Rが次式で決定され、)
R≦C1+C2/C4+C5・|C4−C5/C1−
C2|Acotθ
それにより音波の集束と発散を行わせるようにす
ると便利である。
容器の壁の横断面が可変の場合には、音響導体
は円筒形の有効面を有し、その円筒の曲率半径R
は次式から決定され、
R≦C1+C2/2(C1−C2)Acotθ
音波の発散と収束を確実に行わせるように、音波
発生器と音波受信器は音響導体の有効面に類似す
る形の有効面とするように作ると便利である。
また、容器の壁の横断面が可変の場合には、音
響導体の有効面への法線と、容器の壁内部で励振
された機械的振動の伝播方向に一致する直線とを
通る平面内の音響導体の有効面の長さAは、kを
音響導体の有効面の形により決定される係数、λ
を音響導体内の音波の波長として、式
A≦k|C1+C2/C1−C2|λcotθ
から決定され、音波の集束と発散と確実に行うた
めに、有効面と接触面の間の最短距離Hminは、
式
Hmin>A2/4λcosθ
から決定するようにするとよい。
容器の壁の部分が音波により再び励振される場
合には、装置の音響導体は、C6を容器の壁内部
で再び励振される機械的振動の伝播速度として、
接触面に対して次式で定められる角度γを成す第
2の有効面を有し、
γ=arc sinC3/C6
この装置にはそれぞれの音響導体の前記第2の
有効面上にそれぞれ配置される付加的な音波発信
器と付加的な音波受信器とが設けられ、付加的な
音波発信器は主音波発信器とともに発振器に結合
され、この装置は付加的な音波受信器の出力端子
に結合される付加的な電気信号増幅器と、基準電
気信号形成器と、情報電気信号を基準信号と比較
するためのブロツクと、情報電気信号を形成する
形成器とを直列に接続して有し、この情報信号形
成器の入力端子は主増幅器の出力端子に結合さ
れ、出力端子は比較ブロツクの別の入力端子に結
合され、主増幅器と記録器との電気的接続は情報
電気信号形成器と比較ブロツクを介して行われる
ようにすることもできる。
音響導体の接触面上の音響導体の主有効面と付
加的な有効面との中央の突起との間の距離Eを、
H1とH2を主有効面および付加的な有効面と接触
面との中央の間の距離として、式
E=H1 tanθ−H2 tanθ
から決定されるようにすると有用である。
また、容器の壁が音波で再び励振される場合に
は、音響導体は式
β=π/2−(θ−arc sinC3/C1)
から決定される角度βを有効面に対して成す反
射面を持ち、装置には第1電気信号選択ブロツク
と、情報電気信号形成器と、基準信号を情報電気
信号との比較ブロツクとを直列に接続して構成さ
れる回路を設け、第1電気信号選択ブロツクの入
力端子は電気信号増幅器の出力端子に接続し、か
つ前記比較ブロツクの別の入力端子に出力端子が
接続される基準電気信号形成器と、この基準電気
信号形成器の入力端子に結合される出力端子と前
記増幅器の出力端子に接続される入力端子を有す
る第2電気信号選択ブロツクと、第1と第2の電
気信号選択ブロツクの制御入力端子に結合される
出力端子を有する選択パルス形成器と、振幅変調
パルス発生器とを備え、このパルス発生器の出力
端子は選択パルス形成器の入力端子に結合され、
増幅器と記録器の電気的接続は直列接続されてい
る第1選択ブロツクと、情報電気信号形成器と、
比較ブロツクとを介して行うようにすることも便
利である。
容器の壁がパルス状音波により励振される場合
には、発振器は広帯域スペクトラムパルス形成器
と、このパルス形成器に結合される電力増幅器と
で構成し、この電力増幅器の出力端子は音波発生
器に結合させ、かつこの装置は電気信号増幅器の
出力端子に結合される入力端子を有する情報電気
信号形成器と、この信号形成器の出力端子に結合
される入力端子を有する情報電気信号を基準電気
信号と比較するブロツクと、電力発振器に結合さ
れる入力端子と比較ブロツクの別の入力端子に結
合される出力端子を有する基準電気信号形成器
と、電気信号増幅器の別の出力端子に結合される
入力端子を有し、電気信号の周波数を測定するブ
ロツクとを含み、電気信号増幅器と記録器との電
気的接続は、直列接続された情報電気信号形成器
と比較ブロツクとにより構成される回路によつて
行うようにすることも便利である。
この装置の音波伝導体を融解石英、けい酸ガラ
ス、鉛、スズ、または鉛とスズの合金のような、
音波の発振器と受信器の音響インピーダンスの
0.3〜1.7の範囲の音響インピーダンスを有する材
料から作ると便利である。
また、アルコール、アルカリまたは酸の水溶
液、あるいは無機酸の塩の水溶液を基にして音響
導体を作ることも可能である。これらの物質は音
波の伝播速度に対してほぼ放物線関数的な温度依
存性を有し、音波伝播速度の最高値が容器の壁の
平均温度領域内に入るように、溶液の濃度を選択
する。
このような、単層容器内の気体―液体界面また
は液体―液体界面を制御する方法と装置は、従来
のものよりもいくつかの利点を有する。
本発明の方法と装置により単層容器内の界面を
制御する場合の誤差をかなり小さくでき、したが
つて制御の確度と信頼度を高くできる。
まず第1に、本発明の方法は容器内で界面を制
御すべき媒体中の音波伝播を記録する必要がない
から、媒体中での音波の回折発散によりひき起さ
れる制御誤差が全くなくなる。容器の壁の中を伝
播する機械的振動の回折効果は本発明に従つて記
録されるが、その回折効果はかなり弱く、制御確
度には影響を及ぼさない。
第2に、本発明の方法は界面を制御すべき液体
媒体中を伝播する音波のかなりの散乱によつて起
る誤差を完全に除去する。これは、本発明の方法
において、界面の確認のために採用されているパ
ラメータは、容器の壁に沿つて伝播する機械的振
動から変換される音波の振幅であり、それらの機
械的振動の伝播が容器内部の液体媒体中で散乱さ
れる音波とは独立しているために達成されるので
ある。更に、本発明の方法を実施するための装置
は、小型の音波発振器を使用していることと、小
電力の発振器とを用いているために、構造が極め
て簡単である。このように音波発振器や発振器を
小型にできるのは、音波出力を大幅に増大させる
必要がないからであるが、従来の装置では大きな
工業用容器内部を音波を通過させる必要があるた
めに、音波出力を大きくする必要があつたのであ
る。本発明の装置では、情報を担つている音波は
実用上一桁低い出力で、音波が発信される部分か
ら離れている部分に設けられている受信器により
受信されることと、容器の横断面寸法が小さいこ
とのために、音波を従来のように大幅に増大させ
る必要がなくなつたのである。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
単一層容器内の気体―液体界面または液体―液
体界面を制御する本発明の装置は音波2(第2
図)の発信器1を有する。この音波発信器1は液
体媒体6と7を含む単層容器5の壁4に、音響導
体3を介して装着される。音波発信器1は壁4の
部分9の範囲内で、送られてきた音波により機械
的振動10が励振されるように、壁4の部分9に
装着される。この機械的振動は指定された方向へ
伝播する。
本発明の装置は機械的振動10から変換された
音波の受信器12も有する。この音波受信器12
は機械的振動10の伝播路内で、音響導体11を
介して部分9に装着される。電気信号発振器14
(第3図)は音波発信器1に結合され、電気信号
増幅器15の入力端子は音波受信器12の出力端
子に結合され、この増幅器15の出力端子は電気
信号の振幅記録器17の入力端子に結合される。
前記電気信号の振幅は壁4の部分9に接触してい
る媒体16の種類に依存する。媒体16は界面8
の上または下にある。
容器5へ送り込まれて壁に沿つて伝播する音波
2の伝播速度を、壁4に沿つて伝播する機械的振
動の伝播速度にほぼ等しくするために、音波発信
器1と音波受信器12とが装着されている音響導
体3,11の有効面18と、音響導体3,11の
接触面19とは互いに角度θをなして配置され
る。これらの角度θは次式から決定される。
θ=arc sinC3/C ……(1)
ここに、C3は音響導体3,11内部の音波
2,3の伝播速度、Cは音波2により励振された
機械的振動が容器5の壁4に沿つて伝播する伝播
速度である。
音響導体3,11は壁4に沿つて伝わる機械的
振動10の伝播速度よりも低い伝播速度で音波
2,3を伝播させるような材料で作られる。音響
導体3,11は同じ材料で作ることもできれば、
異なる材料で作ることもできる。異なる材料で作
る場合には、(1)式からわかるように、音響導体
3,11内の角度θも異なる。以下に説明するす
べての実施例においては、音響導体3,11は同
じ材料で作つたと仮定している。ここで説明して
いる実施例では、音響導体3,11はプレキシガ
ラス(Plexiglass)(商品名)から作られている
が、エチルアルコールの16%溶液で作ることもで
きる。
音響導体3,11はそれらの接触面19が壁4
の面に接触した状態で、容器5の壁4の部分9に
装着される。壁4の部分9はフランジ20を介し
て励振される。このフランジ20は容器5に予め
溶接されているスタツド(図示せず)により固定
される。フランジ20は壁に接着させることもで
きる。
ここで説明している音響導体3,11の一部に
は音波吸収物質層21が被覆される。この物質は
タングステン粉末を充填剤として用いた、エポキ
シ樹脂と重合剤との混合物である。
音波発信器1としては圧電形音波発信器(たと
えば米国特許第2931223号参照)を用いる。音波
受信器12も音波発信器1と同じ構造のものであ
る。発振器14は周知の連続波水晶発振器で構成
される。電気信号の振幅記録器17は公知のアナ
ログ記録器(たとえば米国特許第3345861号参
照)。記録器17は、制御される界面が指定され
たレベルに存在することについてリレー接点によ
る信号発生の必要がある場合には、リレーブロツ
クとして作ることができる。
以上説明した装置は、容器5の壁4が一定横断
面の場合の最も簡単なものである。
媒体6と7の間の界面8の制御に及ぼされる、
容器5の壁の横断面の変化の影響は、壁4の部分
9を次式で定められる入射角で発散音波または束
音波を入射させて励振させることにより小さくで
きる。
sinθ1/sinθ2≧C1/C2 ……(2)
ここに、θ1とθ2は音波2の伝播方向と、容
器5の壁の入射領域における壁に対する法線との
間に成す音波の入射角、C1,C2は音波2により
励振された機械振動10の容器5の壁4の部分9
における最高伝播速度と最低伝播速度である。
d1〜d2の範囲の壁4の横断面の変動の各値に対
して、前記範囲内における音波2の伝播速度と機
械的振動10の伝播速度とを等しくする条件が満
される入射角が存在するから、機械的振動10の
伝播速度に対する最適条件が維持される。
入射角θ1〜θ2の範囲内で集束音波または発
散音波を導入するために、第1実施例では、各音
響導体3,11は2つの部分22,23で作られ
る(第4図)。これらの部分を通る音波2,13
の速度が異なるから、それらの部分は異なる材料
で作られる。部分22と23は円筒形接触面24
を有し、その対称軸は、音波発信器1の軸と、そ
れに垂直な音波受信器12の軸とが含まれている
平面と同じ平面内に含まれる。接触面24の半径
は次式から決定される。
R≦C1+C2/C4+C5|C4−C5/C1−C
2|Acotθ……(3)
ここに、C4,C5は音響導体3,11の部分2
2,23における音波2,13の伝播速度、Aは
壁4内で励振された機械的振動10の伝播方向に
一致する直線と、実効面18への法線とを通る平
面内における音響導体3,11の前記実効面18
の長さAである。
音波2の中央部分25(第4図)は屈折なしに
接触面24を通り、音響導体3の部分22の実効
面18の傾斜角8に等しい法線に対する角度で壁
4に入射する。音波2の横の部分26,27は接
触面24で屈折し、角度θ1,θ2で壁4に入射
する。これらの入射角は中央音波部分25の入射
角θよりもそれぞれ大きく、または小さい。
音波2,13の多重反射によりひき起される音
響導体の体積反響をなくすために、音響導体3,
11の一部は音波吸収物質層21(第3図に示す
実施例のように)で被覆される。
容器5の壁4の厚さの変動の影響は音響導体
3,11の実効面18は曲率半径R(第6図)の
円筒形に作られる。この半径Rと実効面18の長
さAとの比は次式から決定される。
A/R≧2C1−C2/C1+C2tanθ ……(4)
音波発信器1と音波受信器12は中空円筒の一
部の形として作られ、その内径は音響導体3,1
1の実効面18の半径Rに等しくする。集束音波
束はθ1〜θ2の入射角範囲で壁4に導入され、
それにより厚みがd1〜d2の範囲で変動する壁4の
部分の機械的振動10を最適に励振する。容器5
の壁4の厚みの変動の影響は、音響導体3,11
の実効面18への法線と、壁4で励振された機械
的振動の伝播方向に一致する直線とを通る平面内
に含まれる前記実効面18が、次式から決定され
るという事実によつても小さくすることもでき
る。
A≦k|C1+C2/C1−C2|λcotθ ……(5)
ここに、kは音響導体3,11の実効面18の
形で決定される係数で、円形の実効面に対しては
0.86に等しく、角形の実効面に対しては0.7に等
しい(これらの数値は上記の形の音波発信面を有
する音波発信器の指向性パターンに対する解析か
ら得られる)、λは音響導体3,11における音
波2,13の波長、θは音響導体3,11の実効
面18の傾斜角である。
音響導体3,11の実効面18と接触面19の
最短距離Hmin(第9図)は次式から決定され
る。
Hmin>A2/4λcosθ ……(6)
結果として、接触領域19を発散線の部分的な
球状前線中に進ませるとき、距離Bに亘つて音響
振動の波2の平面前線28が変換される。前記発
散線の入口における壁4中への角度は最大角θ1
から最小角θ2に選ばれる。この角度は、容器5
の壁4の前述の厚さ範囲d1乃至d2内の機械的振動
10の励起を行う。
容器5の壁4の前記部分内での機械的振動を励
起するために用いられる、音響導体3における音
響振動の波2(第10図)の励起の不安定さは、
発生器14の電気振動から基準電気信号を整形す
るための、入力端が前記発生器の出力に結合され
ている縦続接続された波形整形器29、情報電気
信号を基準電気信号と比較するためのブロツク3
0、および増幅器15の電気信号から情報電気信
号を整形するための、入力端が前記増幅器の出力
に結合されている波形整形器31によつて付加的
な回路が構成される。本発明装置の電気回路の動
作によつて除去される。比較ブロツク30の出力
は、記録器17に結合されている。記録器17
は、情報電気信号と基準電気信号との差または比
に比例し、且つ制御によつて追跡される物体に依
存する信号が与えられる。
本発明の上述の装置において、単層容器5にお
ける媒体6および7(第1図)間の気体―液体ま
たは液体―液体境界面8の制御の程度による発生
器14の電気振動の振幅の不安定さの影響は、こ
の不安定さが基準および情報電気信号の振幅を等
しく減ずるということによつて除去される。
接触領域19を介して壁4に至る音響振動の波
2(第10図)の導入状態は装置の作動中変化す
る。これは、容器5の壁4の励起部分9内の機械
的振動10の振幅の変化を含み、結果として、界
面8(第1図)の制御に誤差を生じる。
これらの誤差を除去するために、容器5の壁4
の前記部分内の機械的振動は再び音響振動の波に
よつて励起され、後者の機械的振動の減衰は1次
波によつて励起された機械的振動の減衰と異つて
いる。界面8は、1次および2次波により励起さ
れた機械的振動の振幅間の比によつて確められ
る。
音響振動によつて容器5の壁4における機械的
振動の2次励起を起すために、第11図および第
12図に2つの実施例がそれぞれ示されている。
これらの実施例中の第1のものによれば、その
装置は電気振動の発生器14に結合され、音波伝
導体3上に取付けられている音響振動の波2の前
記発信器1(第11図)、および増幅器15に結
合され音響導体11上に取付けられている音波1
3の受信器12を有する。本発明のこの実施例の
電気回路は、記録器17、基準電気信号の波形整
形器29、情報電気信号を基準電気信号と比較す
るためのブロツク30、および情報電気信号の波
形整形器31をも有する。
この実施例における音響導体3および11は、
接触領域19と角度γをなす付加的な有効領域3
2を有する。角度γは、
γ=sin-1C3/C6 ……(7)
ここで、C5は容器5の壁4の前記部分の内で
再励起された機械的振動の伝播速度から選ばれ
る。
この装置は、音響振動の波34の付加的な発信
器33および音波36の付加的な受信器35を更
に有する。これらの発信器および受信器は、対応
する音響導体3および11の付加的な有効領域3
2上に取付けられる。付加的な発信器33は、主
発信器1と共に電気振動の発生器14に結合され
る。この装置の電気回路は、更に電気信号の付加
的増幅器37を有する。この増幅器は音波36の
付加的受信器35に結合され、この波36は波3
4によつて壁4内にて再励起された機械的振動か
ら変換される。これら機械的振動38の減衰は、
1次的に励起された機械的振動10の減衰とは異
なる。増幅器37の出力は基準電気信号を整形す
るための波形整形器29の入力に結合され、この
波形整形器の出力は、情報電気信号を基準電気信
号と比較するためのブロツク30の一方の入力端
に結合される。比較ブロツク30のもう1つの入
力は、情報電気信号を整形するための波形整形器
31の出力に結合され、この波形整形器の入力は
増幅器15の出力に結合される。比較ブロツク3
0の出力は記録器17に結合される。
この実施例において、接触領域19上における
主および付加的有効領域18および32の中心の
突起間の距離Eは次のように選べばよい。すなわ
ち、
E=H1tanθ−H2tanr ……(8)
ここで、H1およびH2は、主および付加的有効
領域18および32の各中心と音波伝導体3およ
び11の接触領域19との間の距離である。
付加的音響チヤンネル(音響振動の波34の発
信器33―壁4の機械的振動―波36の受信器)
および基準信号の電気回路(増幅器37―波形整
形器29)は、音響導体3の接触領域を介して壁
4へ音響振動を導入期間中、および接触領域19
を介しての音響導体1における波13の受信期間
中の不安定さにおいて、制御精度をかなり増すこ
とを可能にする。
第12図に示した装置の実施例では、音響導体
3,11は発振器1からの音響振動波によつて壁
4の部分9の二次励起を確保するための反射面積
39をもつている。この反射面積は有効面積18
と角度βをなしている。この角度は次式から求め
られる。
β=π/2−(θ−arc sinC3/C6) ……(9)
速度C6で壁4を伝播する機械的振動38の二
次励起は音響振動波34によつて得られる。この
波34は波40が反射面積39で反射した後に発
信器1の波40から変成される。二次励起機械的
振動から変成した附加波36は、音響導体11に
おける反射面積で反射し音波41に変成した後
に、主音波13を受ける同じ受信器12で受けら
れる。この装置実施例の電気回路は、電気信号選
択の直列接続された第1のブロツク42でその入
力が電気信号の増幅器15の出力に接続されたも
のと、情報信号の成形器(シエーパ)と、情報信
号を基準信号に比較するブロツク30とで構成さ
れている。この回路は、更に、基準電気信号の成
形器29でその入力がブロツク30の入力に接続
されたものと、電気信号選択の第2のブロツク4
3でその入力が増幅器15の出力に、出力が成形
器29の入力にそれぞれ接続されたものをそなえ
ている。電気回路は選択用パルスの成形器44を
含み、その出力は選択ブロツク42,43の制御
入力に接続されている。
この実施例の電気的発振の発生器14として、
パルス振幅変調発振式発生器が用いられ、(各変
調周期が持続時間τを有する)選択パルスの成形
器44の入力は発生器の出力に接続されている。
選択ブロツク42,43は、選択パルス用の附加
制御入力をそなえた増幅器の公知の回路に従つて
形成され、選択した信号の受信に対する時間的一
致は電気信号の増幅器15から到来する。選択信
号の成形器44はゲートパルス発生器の回路に従
つて形成されている(例えば、I.N.Yermolov著
“Methods of Ultrasonic Flaw Detection”,
Russian,Moscow,MGI publishers,1966,p.
p.118〜119参照)。
物理的特性が大きく異なつた媒体間の界面8
(第1図)の制御の際に、壁4の励起部分9内の
機械的振動10(第2図)の周波数はその界面の
位置に応じて変化する。従つて音響振動波2によ
る機械的振動の励起状態が変化し、これら機械的
振動の振幅および受信器12の出力における電気
的発信の振幅は減少する。これらすべては界面
(第1図)制御の際に大きな誤差を生ずる原因と
なる。
このような逆効果を除去するために壁4(第2
図)の部分が音響振動のパルス波2によつて周期
的に励起され、この波のスペクトルは、振動部分
9に関する媒体6,7間の界面8(第1図)の異
つた位置の、壁4の機械的振動10の周波数範囲
をこえた範囲から選択される。これによつて、界
面8の位置に無関係に、従つて壁4の励起部分9
の内方面に接する媒体16(第3図)のタイプに
無関係にこれらの振動周波数で波2によつて壁4
内に機械的振動を励起することができる。パルス
音響波13の充填周波数も決定されるが、この周
波数は、界面8(第1図)が壁4(第2図)の振
動部分9の上或は下にある場合に、液のタイプを
確認するのに用いられる。
音響振動のパルス波で壁4の部分9を周期的に
励起するために、この装置実施例の電気回路の電
気的発振発生器14(第13図)は広スペクトル
電気的パルスの成形器45と、この成形器に接続
した出力増幅器46とをそなえ、この増幅器46
の出力は音響振動波2の発信器1に接続されてい
る。この電気回路は更に、情報電気信号の成形器
31で、その出力が電気信号増幅器15に接続さ
れたものと、情報電気信号を基準電気信号と比較
するブロツク30で、その入力が成形器31の出
力に接続されたものと、基準電気信号の成形器2
9で、その入力が出力増幅器46に、その出力が
比較ブロツク30の入力にそれぞれ接続されたも
のをそなえている。電気回路は、また、電気信号
の周波数を測定するブロツク47でその入力が電
気信号増幅器15の出力に接続されたものを含ん
でいる。比較ブロツク30の出力は記録器17に
接続されている。
この装置実施例の広スペクトル電気パルスの成
形器は、公知のブロツキング発振回路を用いた電
気的ビデオパルスの成形器として形成されてい
る。このビデオパルスの持続時間τ0は次式によ
つて選定される。
τ0〓0.50 -1 ……(10)
ここに0は発信器1の、従つて受信器12の
平均通過帯域周波数である。
圧電プレートを発信器および受信器の素子とし
て用いた場合は、この値0はこのプレートの同
調振動周波数である。
前述の実施例では、出力増幅器46は公知のエ
ミツタホロワ回路に従つて構成されている。
一次励起機械振動10および二次励起機械振動
38(第11,12図)の周波数は容器5の励起
部分9の壁4の断面の変化に応じて変化する。こ
れによつて、前記振動の励起の状態および続く音
波への変形の状態が変り、従つて、前記機械的振
動の振幅、および機械的振動10,38から得た
音波13,36の受信器12,35の出力におけ
る電気信号の大きさが減少する。結果として、界
面8の制御をする際に大きな誤差が発生する。
この誤差を消去するために、容器5の壁4(第
2図)の部分9は音響振動パルス波で周期的に励
起される。この波の相対スペクトル幅は、容器5
の壁4の振動部分9の厚さの相対変化に等しいか
或はそれ以上に選択される。
△/3=2(2−1)/1+2〓2(d
1−d2)/d1+d2……(11)
ここに=2+1は音響振動パルス波の絶
対スペクトル幅、2と1はそれぞれ音響振動
パルス波の上方境界、下方境界、3=0.5(
1+2)は前記スペクトルの平均周波数、d1お
よびd2はそれぞれ容器5の壁4の最大厚さ、最小
厚さである。
工学的な解決を得るために、第13図の装置の
音響導体3,11は溶融石英或はポーセリン、或
はシリカガラス、スズ、鉛、スズ鉛合金で構成さ
れ、これらの音響インピーダンスZは音波の発信
器1および受信器12の音響インピーダンスZ0の
0.3〜1.7の範囲にある。
X状石英結晶、リードメタニオベート、バリウ
ムチタネート、およびジルコネートチタネートの
圧電発信器および受信器の音響インピーダンスZ0
(ダイメンジヨナリテ106Kg/m2S)の平均値を下
の表1に示す。
The present invention relates to the automatic control by acoustic vibration of technical parameters in various manufacturing processes in various industries, more particularly in the manufacturing of gas-liquid interfaces or liquid-liquid surfaces in monolayer reservoirs. The present invention relates to a method and apparatus for doing so. The present invention can be used in automated equipment for controlling wet metallurgy and ore beneficiation in metallurgy of ferrous and non-ferrous metals, as well as in the chemical industry, petrochemical industry, food industry, etc. Can be used for touch control. Control of the interface is based on differences in any properties of such media. Controlled manufacturing processes are characterized by various factors that destabilize the properties of the media, which impede control of the gas-liquid and liquid-liquid interfaces. Among these factors are changes or decreases in liquid density, increases in pressure and viscosity, changes in dielectric constant,
There is agitation of the liquid by air bubbles, a significant foam layer of variable density on the surface of the liquid, various suspended substances in the liquid, and several other factors. The main requirement placed on methods and devices for controlling gas-liquid and liquid-liquid interfaces is to reduce the influence of said destabilizing factors on the reliability and accuracy of the control. It is also required that this control method be sensitive and safe for the operator, and that the control device be simple and inexpensive in construction. Methods and devices used to control interfaces are divided into two types according to their technical characteristics: probe type and non-contact type. In methods and devices belonging to the first type, sensing elements giving information about the interface to be controlled are placed in and in contact with reservoirs containing said media. As far as the second type is concerned, the sensing element is placed outside the reservoir and is not directly influenced by the medium whose interface is to be controlled. Float-type interface control methods and devices belonging to the first type are known (e.g. DIAgeikin, ENKostina, NNKuznetsova, "Sensors for Control and Adjustment").
1965 “Mashinost-roenie”
publication, reference). This known method allows closed hollow bodies or non-hygroscopic bodies of low density and having a negative buoyancy force with respect to the upper medium and a positive buoyancy force with respect to the lower medium to be The vertical displacement of the object is recorded when placed in a reservoir containing the medium. This known device, whose position indicates a controlled interface between their media, includes a float as well as a device for recording the displacement of the float. The displacement recording device may use an induction coil and an indicator that indicates changes in the coil's electromagnetic field caused by displacement of the float relative to the induction coil. However, when controlling the interface between highly viscous media, the float sticks to one of the media, resulting in low control accuracy and reliability, and when controlling the gas-liquid interface, thick bubbles form on the liquid surface. Reliability and accuracy are also reduced since the float may wrap around the float at an unpredictable distance from the liquid surface. Techniques that belong to the first type and use capacitance to control interfaces are also known (for example, the magazine "Pribory i Sredstva Avtomatizatsii", 1962
No. 7, pp. 439-440, published by Moscow). This control technology uses two plates (or two rods)
A detection element containing two plates arranged at regular intervals is placed in a container, and the capacitance between the plates (rods) is measured. In relation to the dielectric constant of the medium, the position of the interface is determined from the capacitance thus measured. In addition to a capacitive sensing element, a device using this control technique also includes a recorder that records the change in capacitance that occurs when the controlled interface is displaced relative to the sensing element. This control technique has the disadvantage that the measurement reliability is low because the dielectric constant of the medium changes and the gap between the sensing elements may also change, resulting in a change in capacitance even without displacement of the interface. Impedance methods and devices are also known as belonging to the first type (see, for example, US Pat. No. 3,246,516). This method is based on measuring the impedance of an ultrasound generator placed inside the container. When the interface passes through the level where the ultrasound generator is provided, the impedance of the ultrasound generator changes. The control device includes an ultrasound generator, an oscillator coupled thereto, and a recorder that records changes in impedance of the ultrasound generator. This method and apparatus have a narrow dynamic range for controlling the gas-liquid interface with respect to the density of the liquid medium.
The disadvantage is that the reliability of the control is low. The unreliable control is due to the small impedance difference of the ultrasonic generator whose interface is acoustically damped by the liquid being controlled. A common drawback of the methods and devices listed above is the need to insert the sensing element inside the container. Therefore, when it becomes necessary to inspect or repair the equipment, it is necessary to temporarily stop the operation of the manufacturing equipment that uses the equipment. Additionally, if the container contains chemically active and highly corrosive liquids, the life of the control device will be very short and its reliability will be very low. Methods and devices belonging to the second category do not suffer from such drawbacks. Radioisotopic methods and devices for controlling interfaces are known (e.g. Makarov (AK
Makarov) and suberdolin (UM
Automatic devices for level control (Avtomaticheskie ustroistva kontrolya) by Sverdlin)
Energiya Publishers 1966
(see year). The method is based on irradiating a container containing the medium whose interface is to be controlled with radiation in a direction parallel to the longitudinal axis of the container and determining the difference in the absorption of radiation by the medium within the container. ing. An apparatus for carrying out the method includes a radiation source and a radiation detector;
These are placed on different sides of the exterior of the container and have radiation detectors coupled to recorders. The disadvantages of this method and apparatus are that they have low control accuracy, are complex in construction, are expensive, and are radioactive and dangerous to the operator. Other methods of controlling gas-liquid and liquid-liquid interfaces in monolayer containers are also known (see, eg, US Pat. No. 3,213,438). This method involves sending sound waves into the container via an acoustic transducer that is in contact with a portion of the single-layer container, and the injected sound waves pass through the medium inside the container and contact the other side of the container wall. It is based on identifying the interface from the amplitude of the sound waves that are received by other acoustic transducers and passed through the container. The amplitude is varied by varying the amount of sound waves passing through the medium inside the container. It comprises an electro-acoustic transducer coupled to an oscillator and an acoustic wave receiver disposed on the path of the acoustic waves emitted from the transducer, the electro-acoustic transducer and the acoustic wave receiver being mounted on the wall of the monolayer container. the output terminal of the acoustic wave receiver is coupled to a circuit consisting of an amplifier and a recorder for recording the output of the amplifier, the amplitude of which is determined by the gas - Used to confirm liquid interfaces and liquid-liquid interfaces. The method described above for controlling the gas-liquid interface and in particular the liquid-liquid interface and the apparatus for carrying out this method, when used in various industrial processes such as mineral beneficiation, wet metallurgy, chemical industry, etc. The required control accuracy cannot be achieved, the device structure is complex,
The disadvantage is that it is expensive. This drawback occurs when the cross section of the container is 8.
This is because the distance is as large as ~10 m, which causes the sound waves to spread and the amplitude of the sound waves on the receiving side to become considerably small. In order to reduce the diffraction of sound waves, the size of the electro-acoustic transducer must be increased and the frequency must be increased, but if the transducer is made larger, the output power of the oscillator must be increased considerably, but this requires a change in the structure of the device. becomes more complex and more expensive. Additionally, the presence of air bubbles and solid particles in the liquid medium within the container causes significant scattering of sound waves traveling through that medium, leading to an exponential decrease in the amplitude of the received sound waves as the dimensions of the container increase. Become. All of these things can lead to significant errors and, in some cases, render the method and apparatus impractical. The object of the present invention is to provide a method for controlling gas-liquid and gas-gas interfaces in a monolayer container over a wide range of physical-chemical compositions, states and properties of the medium, and an apparatus for carrying out this method. It is to provide. An object of the present invention is to increase the accuracy of interface control. Yet another object of the invention is to simplify the construction of the device, thereby reducing its operating costs and price. Their purpose is to send sound waves into the container via an acoustic conductor in contact with one part of the wall of the monolayer container, and to send sound waves into the container via an acoustic conductor in contact with another part of the wall of the container. The gas-liquid interface and liquid inside the container are determined from the amplitude of the received sound waves.
Check the liquid interface. A method for controlling the gas-liquid interface and the liquid-liquid interface in a single-layer container, wherein the sound waves sent are pre-injected into the first acoustic conductor at an acute angle or an obtuse angle with respect to the wall of the single-layer container. The sound waves are used to cause mechanical vibrations within the corresponding section of the wall, and these mechanical vibrations (Lamb waves, hereinafter referred to as mechanical vibrations) are dependent on the direction of propagation of the sound waves. The sound wave propagates along the wall in a direction determined by the angle of incidence of the sound wave; This is achieved by a method of controlling the gas-liquid interface and the liquid-liquid interface in a single-layer container, which identifies the interface from the amplitude of a sound wave converted from a propagating mechanical vibration into a sound wave. When the cross section of the wall of a single-layer container can be changed, a part of the wall is excited by a diverging or converging sound wave, and θ 1 and θ 2 are defined as the propagation direction of the sound wave and the wall of the container on which the sound wave is incident. The angle of incidence of the sound wave is determined by the normal to the position, C 1 , C 2 are the maximum and minimum velocities, respectively, of the mechanical vibration inside the wall of the container excited by the sound wave, and the maximum angle of incidence of the sound wave is determined by It is convenient to select the minimum incident angles θ 1 and θ 2 from the relationship sin θ 1 /sin θ 2 ≧C 1 /C 2 . Also, a second sound wave excites mechanical vibrations in the wall of the container, the damping of the second mechanical vibrations is different from the damping of the mechanical vibrations excited by the first sound wave, and It is convenient to check the interface from the relationship between the amplitudes of two types of mechanical vibration. The wall of the container is periodically excited with pulsed sound waves, and the spectrum of the pulsed sound waves is selected in a range that exceeds the frequency range of mechanical vibration of the wall of the container.
The filling frequency of the pulsed sound wave is used to locate the interface at various positions with respect to the vibrating wall section and to identify the type of liquid when the interface or interface is above or below the vibrating section of the container wall. It would be useful to further determine . The wall section of the container may be periodically excited with pulsed sound waves, the relative width of the spectrum being selected to be equal to or greater than the relative change in the thickness of the vibrating section of the wall. It is possible. The object includes a sound wave generator coupled to an oscillator, and a sound wave receiver provided in a propagation path of the sound wave generated from the sound wave generator, and the sound wave generator and the sound wave receiver are arranged in a single layer. The effective area of each acoustic conductor attached to the container wall via a suitable acoustic conductor, the contact area of each acoustic conductor to the container wall, and the respective effective area of the sound wave generator or sound wave receiver. , the output terminal of the acoustic wave receiver is connected to a circuit consisting of an amplifier that amplifies the output signal of the receiver and a recorder that records the amplitude of the output signal, and the amplitude is determined by the amount of gas-liquid in the container. In a device for controlling a gas-liquid interface or a liquid-liquid interface in a single-layer container used to check the interface or liquid-liquid interface, C 3 is the propagation velocity of the sound wave in each acoustic conductor, and C is the sound wave. The contact area and effective area of each acoustic conductor make an angle to each other determined from the formula θ=arc sinC 3 /C, as the propagation velocity along the wall of the container of mechanical vibrations excited by by means of a device for controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface in a single-layer container made of a material such that the propagation velocity of sound waves traveling along the walls of the container is lower than the propagation velocity of mechanical vibrations traveling along the walls of the container. It will be achieved no matter what. (If the cross-section of the container wall is variable, the acoustic conductor is made of two parts, each part made of a material with a different velocity of propagation of the sound waves inside it, and the parts have a cylindrical contact surface. and the axis of symmetry of their contact surfaces is contained in the same plane as the axis of the acoustic wave generator or in the same plane as the axis of the acoustic wave receiver perpendicular to that axis, and C 1 and C 2 are excited by the acoustic wave. where C 4 and C 5 are the propagation velocities of the sound waves in different parts of the acoustic conductor, and A is the mechanical vibration inside the wall of the container excited by the sound waves. The radius R of the contact surface is determined by the following formula as the length of the effective surface of the acoustic conductor in a plane passing through a line that coincides with the direction of propagation of vibration and the normal to the effective surface of the acoustic conductor, where R≦C 1 +C 2 /C 4 +C 5・|C 4 -C 5 /C 1 -
C 2 |Acotθ It is convenient to focus and diverge the sound waves thereby. If the cross section of the wall of the container is variable, the acoustic conductor has a cylindrical effective surface whose radius of curvature R
is determined from the following equation, R≦C 1 +C 2 /2 (C 1 - C 2 )Acotθ In order to ensure the divergence and convergence of the sound waves, the sound wave generator and the sound wave receiver are placed on the effective surface of the acoustic conductor. It is convenient to make the effective surface of a similar shape. In addition, when the cross section of the wall of the container is variable, the line in the plane passing through the normal to the effective surface of the acoustic conductor and the straight line that coincides with the propagation direction of the mechanical vibration excited inside the wall of the container. The length A of the effective surface of the acoustic conductor is defined by k being a coefficient determined by the shape of the effective surface of the acoustic conductor, λ
is the wavelength of the sound wave in the acoustic conductor, determined from the formula A≦k|C 1 +C 2 /C 1 −C 2 |λcotθ, and in order to ensure the focusing and divergence of the sound waves, the distance between the effective surface and the contact surface is The shortest distance Hmin is
It is preferable to determine it from the formula Hmin>A 2 /4λcosθ. If the wall section of the container is re - excited by a sound wave, the acoustic conductor of the device will be
The device has a second effective surface forming an angle γ with respect to the contact surface defined by the following formula, γ=arc sinC 3 / C6 . an additional sound wave emitter and an additional sound wave receiver are provided, the additional sound wave emitter being coupled to the oscillator along with the main sound wave emitter, the device being connected to the output terminal of the additional sound wave receiver. an additional electrical signal amplifier coupled, a reference electrical signal former, a block for comparing the information electrical signal with the reference signal, and a former for forming the information electrical signal, connected in series; The input terminal of this information signal former is coupled to the output terminal of the main amplifier, the output terminal is coupled to another input terminal of the comparison block, and the electrical connection between the main amplifier and the recorder is connected to the information electrical signal former. It can also be done via blocks. The distance E between the central projection of the main effective surface of the acoustic conductor and the additional effective surface on the contact surface of the acoustic conductor is
It is useful to let H 1 and H 2 be the distances between the centers of the main and additional effective surfaces and the contact surface, as determined from the formula E=H 1 tanθ−H 2 tanθ. Also, if the wall of the container is excited again with a sound wave, the acoustic conductor will reflect at an angle β with respect to the effective surface determined from the equation β=π/2−(θ−arc sinC 3 /C 1 ). The apparatus is provided with a circuit configured by connecting in series a first electrical signal selection block, an information electrical signal generator, and a comparison block for comparing the reference signal with the information electrical signal, and The input terminal of the selection block is connected to the output terminal of the electrical signal amplifier, and the input terminal of the reference electrical signal former is coupled to the reference electrical signal former whose output terminal is connected to another input terminal of the comparison block. a second electrical signal selection block having an output terminal connected to the output terminal of the amplifier and an input terminal connected to the output terminal of the amplifier; and a selection pulse having an output terminal coupled to the control input terminals of the first and second electrical signal selection blocks. an amplitude modulated pulse generator, the output terminal of the pulse generator being coupled to the input terminal of the selection pulse former;
The electrical connection between the amplifier and the recorder includes a first selection block connected in series, an information electrical signal generator,
It is also convenient to do this via a comparison block. When the vessel wall is excited by a pulsed sound wave, the oscillator consists of a broadband spectrum pulse former and a power amplifier coupled to the pulse former, the output of which is connected to the sound wave generator. an information electrical signal former having an input terminal coupled to the output terminal of the electrical signal amplifier; and an information electrical signal former having an input terminal coupled to the output terminal of the signal former; a reference electrical signal former having an input terminal coupled to the power oscillator and an output terminal coupled to another input terminal of the comparison block; and an input coupled to another output terminal of the electrical signal amplifier. It has a terminal and includes a block that measures the frequency of the electrical signal, and the electrical connection between the electrical signal amplifier and the recorder is made by a circuit constituted by an information electrical signal generator and a comparison block connected in series. It is also convenient to do it while standing. The sound wave conductor of this device is made of fused silica, silicate glass, lead, tin, or a lead-tin alloy,
Acoustic impedance of sound wave oscillator and receiver
Conveniently, it is made from a material with an acoustic impedance in the range 0.3 to 1.7. It is also possible to make acoustic conductors on the basis of aqueous solutions of alcohols, alkalis or acids, or of salts of inorganic acids. These substances have an approximately parabolic temperature dependence on the speed of sound propagation, and the concentration of the solution is chosen such that the highest value of the speed of sound wave is within the average temperature range of the walls of the container. Such methods and apparatus for controlling gas-liquid or liquid-liquid interfaces in monolayer containers have several advantages over conventional ones. The method and apparatus of the present invention allow for significantly smaller errors in controlling interfaces in monolayer containers, thus increasing the accuracy and reliability of the control. First of all, since the method of the invention does not require recording the sound wave propagation in the medium whose interface is to be controlled within the container, control errors caused by diffraction divergence of the sound waves in the medium are completely eliminated. Although the diffraction effect of mechanical vibrations propagating in the walls of the container is recorded according to the invention, the diffraction effect is rather weak and does not affect the control accuracy. Secondly, the method of the invention completely eliminates errors caused by significant scattering of sound waves propagating in the liquid medium whose interface is to be controlled. This means that in the method of the invention, the parameters employed for the confirmation of the interface are the amplitude of the sound waves converted from the mechanical vibrations propagating along the walls of the container, and the propagation of those mechanical vibrations. This is achieved because this is independent of the sound waves scattered in the liquid medium inside the container. Moreover, the device for carrying out the method of the invention is extremely simple in construction, since it uses a small acoustic wave oscillator and a low power oscillator. The reason why sonic oscillators and oscillators can be made smaller in this way is because there is no need to significantly increase the sound output, whereas conventional devices require the sound waves to pass through large industrial containers. It was necessary to increase the output. In the device of the present invention, the sound waves carrying information are received by a receiver located in a part away from the part where the sound waves are emitted, with an output that is one order of magnitude lower than in practical use, and the transverse cross section of the container The small size eliminates the need for the conventional large amplification of the sound waves. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. The device of the present invention for controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface in a single-layer container uses acoustic waves 2 (second
It has a transmitter 1 as shown in the figure. This acoustic wave transmitter 1 is attached via an acoustic conductor 3 to the wall 4 of a monolayer container 5 containing liquid media 6 and 7 . The acoustic wave transmitter 1 is mounted on a section 9 of the wall 4 in such a way that mechanical vibrations 10 are excited within the section 9 of the wall 4 by the transmitted sound waves. This mechanical vibration propagates in a specified direction. The device of the invention also has a receiver 12 of the sound waves converted from the mechanical vibrations 10. This sonic receiver 12
is attached to the part 9 via an acoustic conductor 11 in the propagation path of the mechanical vibrations 10. Electric signal oscillator 14
(FIG. 3) is coupled to a sound wave transmitter 1, an input terminal of an electrical signal amplifier 15 is coupled to an output terminal of a sound wave receiver 12, and an output terminal of this amplifier 15 is coupled to an input terminal of an amplitude recorder 17 of the electrical signal. is combined with
The amplitude of said electrical signal depends on the type of medium 16 that is in contact with the portion 9 of the wall 4. The medium 16 is the interface 8
above or below. In order to make the propagation speed of the sound wave 2 sent into the container 5 and propagating along the wall approximately equal to the propagation speed of the mechanical vibration propagating along the wall 4, the sound wave transmitter 1 and the sound wave receiver 12 are arranged. The effective surfaces 18 of the mounted acoustic conductors 3, 11 and the contact surfaces 19 of the acoustic conductors 3, 11 are arranged at an angle θ with respect to each other. These angles θ are determined from the following equation. θ=arc sinC 3 /C ...(1) Here, C 3 is the propagation velocity of the sound waves 2 and 3 inside the acoustic conductors 3 and 11, and C is the propagation velocity of the sound waves 2 and 3 inside the acoustic conductors 3 and 11, and C is the propagation velocity of the mechanical vibrations excited by the sound waves 2 on the wall 4 of the container 5. is the propagation velocity along the . The acoustic conductors 3, 11 are made of a material that allows the sound waves 2, 3 to propagate with a lower propagation velocity than the propagation velocity of the mechanical vibrations 10 traveling along the wall 4. If the acoustic conductors 3 and 11 can be made of the same material,
It can also be made from different materials. When the acoustic conductors 3 and 11 are made of different materials, the angle θ within the acoustic conductors 3 and 11 is also different, as can be seen from equation (1). In all the examples described below, it is assumed that the acoustic conductors 3, 11 are made of the same material. In the embodiment described here, the acoustic conductors 3, 11 are made from Plexiglass (trade name), but they can also be made from a 16% solution of ethyl alcohol. The acoustic conductors 3 and 11 have their contact surfaces 19 connected to the wall 4.
It is attached to the part 9 of the wall 4 of the container 5, in contact with the surface of the container 5. Part 9 of wall 4 is excited via flange 20 . This flange 20 is fixed to the container 5 by studs (not shown) that are previously welded to the container 5. The flange 20 can also be glued to a wall. Parts of the acoustic conductors 3, 11 described here are coated with a layer of sound wave absorbing material 21. This material is a mixture of epoxy resin and polymerizing agent using tungsten powder as a filler. As the sound wave transmitter 1, a piezoelectric sound wave transmitter (see, for example, US Pat. No. 2,931,223) is used. The sonic receiver 12 also has the same structure as the sonic transmitter 1. Oscillator 14 is comprised of a well-known continuous wave crystal oscillator. The electrical signal amplitude recorder 17 is a known analog recorder (see, for example, US Pat. No. 3,345,861). The recorder 17 can be constructed as a relay block if it is necessary to generate a signal by means of a relay contact that the interface to be controlled is present at a specified level. The device described above is the simplest one in which the wall 4 of the container 5 has a constant cross section. exerted on the control of the interface 8 between the media 6 and 7,
The effect of a change in the cross section of the wall of the container 5 can be reduced by exciting the portion 9 of the wall 4 by injecting a divergent or bundled sound wave at an incident angle determined by the following equation. sin θ 1 /sin θ 2 ≧C 1 /C 2 ...(2) Here, θ 1 and θ 2 are the sound waves formed between the propagation direction of the sound wave 2 and the normal to the wall in the incident area of the wall of the container 5. , C 1 , C 2 are the portion 9 of the wall 4 of the container 5 of the mechanical vibration 10 excited by the sound wave 2
are the highest and lowest propagation velocities at For each value of the variation of the cross section of the wall 4 in the range d 1 to d 2 , the angle of incidence at which the condition for equalizing the propagation velocity of the sound wave 2 and the propagation velocity of the mechanical vibration 10 within said range is satisfied. , so that optimum conditions for the propagation velocity of the mechanical vibration 10 are maintained. In order to introduce focused or diverging sound waves within the range of incidence angles θ 1 to θ 2 , in the first embodiment each acoustic conductor 3, 11 is made of two parts 22, 23 (FIG. 4). Sound waves passing through these parts2,13
Because the speeds of the parts are different, those parts are made of different materials. Portions 22 and 23 form a cylindrical contact surface 24
, the axis of symmetry of which is contained in the same plane in which the axis of the acoustic wave transmitter 1 and the axis of the acoustic wave receiver 12 perpendicular thereto are included. The radius of the contact surface 24 is determined from the following equation. R≦C 1 +C 2 /C 4 +C 5 |C 4 -C 5 /C 1 -C
2 |Acotθ……(3) Here, C 4 and C 5 are the parts 2 of the acoustic conductors 3 and 11
The propagation velocity of the sound waves 2, 13 at 2, 23, A is the acoustic conductor 3 in the plane passing through the straight line that coincides with the propagation direction of the mechanical vibration 10 excited in the wall 4 and the normal to the effective surface 18. , 11 said effective surface 18
The length of is A. The central part 25 (FIG. 4) of the sound wave 2 passes through the contact surface 24 without refraction and impinges on the wall 4 at an angle to the normal equal to the inclination angle 8 of the effective surface 18 of the part 22 of the acoustic conductor 3. The lateral parts 26, 27 of the sound wave 2 are refracted at the contact surface 24 and enter the wall 4 at angles θ 1 , θ 2 . These angles of incidence are respectively larger and smaller than the angle of incidence θ of the central acoustic wave portion 25. In order to eliminate volumetric reverberation of the acoustic conductor caused by multiple reflections of the sound waves 2 and 13, the acoustic conductor 3,
A portion of 11 is coated with a layer of sound absorbing material 21 (as in the embodiment shown in FIG. 3). The effect of variations in the thickness of the wall 4 of the container 5 is that the effective surface 18 of the acoustic conductor 3, 11 is made cylindrical with a radius of curvature R (FIG. 6). The ratio of this radius R to the length A of the effective surface 18 is determined from the following equation. A/R≧2C 1 −C 2 /C 1 +C 2 tanθ (4) The sound wave transmitter 1 and the sound wave receiver 12 are made as part of a hollow cylinder, and the inner diameter of the sound wave transmitter 1 and the sound wave receiver 12 are the same as the acoustic conductors 3 and 1.
be equal to the radius R of the effective surface 18 of 1. The focused acoustic wave flux is introduced into the wall 4 with an incident angle range of θ 1 to θ 2 ,
This optimally excites the mechanical vibrations 10 in the part of the wall 4 whose thickness varies in the range d 1 to d 2 . Container 5
The effect of variations in the thickness of the wall 4 of the acoustic conductors 3, 11
Due to the fact that the effective surface 18 included in the plane passing through the normal to the effective surface 18 of It can also be made smaller. A≦k|C 1 +C 2 /C 1 −C 2 |λcotθ ...(5) Here, k is a coefficient determined in the form of the effective surface 18 of the acoustic conductors 3 and 11, and for a circular effective surface Teha
equal to 0.86 and equal to 0.7 for a rectangular effective surface (these numbers are obtained from an analysis of the directivity pattern of a sound wave emitter with a sound wave emission surface of the form described above), λ is the acoustic conductor 3, 11 The wavelength of the sound waves 2, 13 in , θ is the inclination angle of the effective surface 18 of the acoustic conductor 3, 11. The shortest distance Hmin (FIG. 9) between the effective surface 18 and the contact surface 19 of the acoustic conductors 3, 11 is determined from the following equation. Hmin>A 2 /4λcosθ (6) As a result, the plane front 28 of the acoustic vibration wave 2 is transformed over a distance B when the contact area 19 is advanced into a partially spherical front of the divergent line. . The angle into the wall 4 at the entrance of said divergent line is the maximum angle θ 1
The minimum angle θ 2 is chosen from . This angle is
Excitation of mechanical vibrations 10 within the aforementioned thickness range d 1 to d 2 of the wall 4 is carried out. The instability of the excitation of the wave 2 of acoustic vibrations (FIG. 10) in the acoustic conductor 3 used to excite the mechanical vibrations in said part of the wall 4 of the container 5 is
a cascaded waveform shaper 29 whose input is coupled to the output of said generator for shaping a reference electrical signal from the electrical oscillations of the generator 14; a cascaded waveform shaper 29 for comparing the information electrical signal with the reference electrical signal; Block 3
0 and an additional circuit is constituted by a waveform shaper 31 whose input is coupled to the output of said amplifier for shaping an information electrical signal from the electrical signal of the amplifier 15. removed by operation of the electrical circuitry of the device according to the invention. The output of comparison block 30 is coupled to recorder 17. Recorder 17
is provided with a signal that is proportional to the difference or ratio between the information electrical signal and the reference electrical signal and that is dependent on the object being tracked by the control. In the above-described device of the invention, the instability of the amplitude of the electrical oscillations of the generator 14 due to the degree of control of the gas-liquid or liquid-liquid interface 8 between the media 6 and 7 (FIG. 1) in the monolayer container 5 The effect of this instability is eliminated in that this instability equally reduces the amplitude of the reference and information electrical signals. The introduction of acoustic vibration waves 2 (FIG. 10) through the contact area 19 into the wall 4 changes during operation of the device. This involves a change in the amplitude of the mechanical vibrations 10 in the excited part 9 of the wall 4 of the container 5, resulting in errors in the control of the interface 8 (FIG. 1). In order to eliminate these errors, the wall 4 of the container 5
The mechanical oscillations in said part of the oscilloscope are again excited by waves of acoustic vibrations, the damping of the latter mechanical oscillations being different from the damping of the mechanical oscillations excited by the primary waves. The interface 8 is determined by the ratio between the amplitudes of the mechanical vibrations excited by the primary and secondary waves. In order to generate a secondary excitation of mechanical vibrations in the wall 4 of the container 5 by means of acoustic vibrations, two embodiments are shown in FIGS. 11 and 12, respectively. According to the first of these embodiments, the device is coupled to a generator 14 of electrical vibrations, said transmitter 1 (eleventh ), and a sound wave 1 coupled to an amplifier 15 and mounted on the acoustic conductor 11.
It has three receivers 12. The electrical circuit of this embodiment of the invention also includes a recorder 17, a waveform shaper 29 for the reference electrical signal, a block 30 for comparing the information electrical signal with the reference electrical signal, and a waveform shaper 31 for the information electrical signal. have The acoustic conductors 3 and 11 in this example are:
Additional effective area 3 forming an angle γ with the contact area 19
It has 2. The angle γ is chosen from the propagation velocity of the re - excited mechanical vibrations within said part of the wall 4 of the container 5. The device furthermore has an additional emitter 33 of acoustic vibration waves 34 and an additional receiver 35 of sound waves 36. These transmitters and receivers have an additional effective area 3 of the corresponding acoustic conductors 3 and 11.
Mounted on 2. An additional oscillator 33 is coupled together with the main oscillator 1 to the generator 14 of electrical vibrations. The electrical circuit of this device furthermore has an additional amplifier 37 of the electrical signal. This amplifier is coupled to an additional receiver 35 of a sound wave 36, which waves 36
4 from the mechanical vibrations re-excited in the wall 4 by 4. The damping of these mechanical vibrations 38 is
This is different from the damping of primarily excited mechanical vibrations 10. The output of the amplifier 37 is coupled to the input of a waveform shaper 29 for shaping the reference electrical signal, the output of which is coupled to one input of a block 30 for comparing the information electrical signal with the reference electrical signal. is combined with Another input of comparison block 30 is coupled to the output of a waveform shaper 31 for shaping the information electrical signal, the input of which is coupled to the output of amplifier 15. Comparison block 3
The zero output is coupled to recorder 17. In this embodiment, the distance E between the central protrusions of the main and additional effective areas 18 and 32 on the contact area 19 may be chosen as follows. That is, E=H 1 tan θ−H 2 tanr (8) where H 1 and H 2 are the respective centers of the main and additional effective areas 18 and 32 and the contact area 19 of the sound wave conductors 3 and 11. is the distance between. Additional acoustic channels (emitter 33 of acoustic vibration waves 34 - mechanical vibrations of the wall 4 - receiver of waves 36)
and the electrical circuit of the reference signal (amplifier 37 - waveform shaper 29 ) during the introduction of acoustic vibrations into the wall 4 via the contact area of the acoustic conductor 3 and the contact area 19
makes it possible to considerably increase the control precision in the instability during the reception of the wave 13 in the acoustic conductor 1 via. In the embodiment of the device shown in FIG. 12, the acoustic conductors 3, 11 have a reflection area 39 to ensure secondary excitation of the section 9 of the wall 4 by the acoustic vibration waves from the oscillator 1. This reflection area is an effective area of 18
and form an angle β. This angle can be found from the following equation. β=π/2−(θ−arc sinC 3 /C 6 ) (9) The secondary excitation of the mechanical vibration 38 propagating in the wall 4 with a velocity C 6 is obtained by the acoustic vibration wave 34. This wave 34 is transformed from the wave 40 of the oscillator 1 after the wave 40 has been reflected at the reflection area 39 . The additional wave 36 transformed from the secondary excitation mechanical vibration is reflected by the reflection area of the acoustic conductor 11 and transformed into a sound wave 41, and then received by the same receiver 12 that receives the main sound wave 13. The electrical circuit of this device embodiment includes a first series-connected electrical signal selection block 42 whose input is connected to the output of the electrical signal amplifier 15, an information signal shaper, and a block 30 for comparing the information signal with a reference signal. The circuit further comprises a reference electrical signal shaper 29 whose input is connected to the input of the block 30, and a second electrical signal selection block 4.
3, the input of which is connected to the output of the amplifier 15, and the output of which is connected to the input of the shaper 29, respectively. The electrical circuit includes a selection pulse shaper 44, the output of which is connected to the control inputs of selection blocks 42,43. As the electrical oscillation generator 14 in this embodiment,
A pulse amplitude modulated oscillator type generator is used, the input of the shaper 44 of the selection pulses (each modulation period having a duration τ) being connected to the output of the generator.
The selection blocks 42, 43 are formed according to the known circuit of an amplifier with an additional control input for the selection pulse, the time coincidence for the reception of the selected signal coming from the amplifier 15 of the electrical signal. The shaper 44 of the selection signal is formed according to the circuit of the gate pulse generator (for example, as described in "Methods of Ultrasonic Flaw Detection" by INYermolov,
Russia, Moscow, MGI publishers, 1966, p.
(See p.118-119). Interface between media with significantly different physical properties 8
During the control (FIG. 1), the frequency of the mechanical oscillations 10 (FIG. 2) in the excited part 9 of the wall 4 changes depending on the position of its interface. The state of excitation of the mechanical vibrations by the acoustic vibration waves 2 thus changes, and the amplitude of these mechanical vibrations and of the electrical transmission at the output of the receiver 12 decreases. All of these causes large errors in interface (FIG. 1) control. In order to eliminate such adverse effects, wall 4 (second
1) is periodically excited by a pulsed wave 2 of acoustic vibration, the spectrum of this wave is different from that of the wall at different positions of the interface 8 (FIG. 1) between the media 6, 7 with respect to the vibrating section 9. The frequency range of the mechanical vibration 10 is selected from a range exceeding the frequency range of the mechanical vibration 10 of 4. This ensures that, regardless of the position of the interface 8, the excited part 9 of the wall 4
wall 4 by waves 2 at these vibrational frequencies irrespective of the type of medium 16 (FIG. 3) that is in contact with the inner surface of wall 4.
Mechanical vibrations can be excited within. The filling frequency of the pulsed acoustic wave 13 is also determined, which frequency determines the type of liquid when the interface 8 (FIG. 1) is above or below the vibrating part 9 of the wall 4 (FIG. 2). Used for confirmation. In order to periodically excite the section 9 of the wall 4 with pulsed waves of acoustic vibrations, the electrical oscillation generator 14 (FIG. 13) of the electrical circuit of this device embodiment is combined with a broad-spectrum electrical pulse shaper 45. , an output amplifier 46 connected to the shaper, and an output amplifier 46 connected to the shaper.
The output of is connected to a transmitter 1 of acoustic vibration waves 2. The electrical circuit further includes a shaper 31 for the information electrical signal, the output of which is connected to the electrical signal amplifier 15, and a block 30 for comparing the information electrical signal with a reference electrical signal, the input of which is connected to the electrical signal amplifier 15. connected to the output and the shaper 2 of the reference electrical signal
9, the input of which is connected to the output amplifier 46, and the output of which is connected to the input of the comparison block 30, respectively. The electrical circuit also includes a block 47 for measuring the frequency of the electrical signal whose input is connected to the output of the electrical signal amplifier 15. The output of comparison block 30 is connected to recorder 17. The broad-spectrum electric pulse shaper of this device embodiment is designed as an electric video pulse shaper using a known blocking oscillator circuit. The duration τ 0 of this video pulse is selected by the following equation: τ 0 . τ 0 〓0.5 0 -1 ...(10) where 0 is the average passband frequency of the transmitter 1 and therefore of the receiver 12. If a piezoelectric plate is used as the transmitter and receiver element, this value 0 is the tuned vibration frequency of this plate. In the embodiment described above, the output amplifier 46 is constructed according to a known emitter follower circuit. The frequencies of the primary mechanical vibrations 10 and the secondary mechanical vibrations 38 (FIGS. 11 and 12) vary depending on the variation of the cross-section of the wall 4 of the excited part 9 of the container 5. This changes the state of excitation of said vibrations and their subsequent transformation into sound waves, thus changing the amplitude of said mechanical vibrations and the receiver 12 of sound waves 13, 36 obtained from mechanical vibrations 10, 38. , 35 decreases in magnitude. As a result, a large error occurs when controlling the interface 8. In order to eliminate this error, a section 9 of the wall 4 (FIG. 2) of the container 5 is periodically excited with an acoustic vibration pulse wave. The relative spectral width of this wave is
is selected to be equal to or greater than the relative change in the thickness of the vibrating portion 9 of the wall 4. △ / 3 = 2 ( 2 − 1 ) / 1 + 2 〓 2 (d
1 - d 2 )/d 1 + d 2 ... (11) where = 2 + 1 is the absolute spectral width of the acoustic vibration pulse wave, 2 and 1 are the upper boundary and lower boundary of the acoustic vibration pulse wave, respectively, 3 = 0.5 (
1 + 2 ) is the average frequency of the spectrum, d 1 and d 2 are the maximum and minimum thicknesses of the wall 4 of the container 5, respectively. In order to obtain an engineering solution, the acoustic conductors 3, 11 of the device of FIG. The acoustic impedance of transmitter 1 and receiver 12 Z 0 of
It ranges from 0.3 to 1.7. Acoustic impedance Z 0 of piezoelectric transmitters and receivers of X-shaped quartz crystals, reed metaniobate, barium titanate, and zirconate titanate
The average values of (Dimensionalite 10 6 Kg/m 2 S) are shown in Table 1 below.
【表】
上記物質で作製した音響導体3,11の音響イ
ンピーダンス(ダイメンジヨナリテ106Kg/m2
S)Zと速度C3の平均値を下の表2に示す。[Table] Acoustic impedance of acoustic conductors 3 and 11 made of the above materials (Dimension normality 10 6 Kg/m 2
S) The average values of Z and speed C3 are shown in Table 2 below.
【表】
これによつて、音響振動波のスペクトルをかな
り拡げることができ、従つて容器5の壁4の可変
断面による誤差を減少させることができる。
音響導体3,11の温度、従つて音響振動波
2,13の伝搬速度は容器5の壁4の温度に応じ
て変化する。結果として、壁4の機械的振動1
0,38(第11,12図)の一次および二次の
励起が乱され、界面8にあらたに温度誤差が加わ
る。
これらの誤差は音響導体3,11を特称な構成
とすることによつて減少させることができる。第
14図乃至第20図に示した、装置の他の実施例
では、これらの導体は、一方の導体3を例として
説明されている。
第14図乃至第20図の音響導体3は第3図、
第4図、第11図、第12図のものと形状が似て
いる。
しかし、第14図乃至第20図の実施例の音響
導体3は、音響振動波2の伝搬速度C3に対する
ほぼ放物線状の温度依存性を有するアルコール、
或はアルカリ或は酸、或は無機酸の塩の水溶液を
もとにして形成され、これら水溶液の密度は波2
の伝搬速度の最大値C3maxが壁4の平均温度t0の
範囲にあるように、選択されている。
下記の表3は、水および多数の媒体水溶液、即
ちH2SO4,HNO3,HCl,NaOH,C2H5OH,
ZnSO4,HCONH2,CH3CNで重量濃度qなるも
のの水溶液に対するC3maxとt0の値を拠す。これ
らは前述した音響振動波2の伝播速度に関し放物
線状温度依存性をもつている。[Table] This makes it possible to considerably widen the spectrum of the acoustic vibration waves and thus to reduce errors due to variable cross-sections of the wall 4 of the container 5. The temperature of the acoustic conductors 3, 11 and thus the propagation speed of the acoustic vibration waves 2, 13 vary depending on the temperature of the wall 4 of the container 5. As a result, the mechanical vibrations 1 of the wall 4
0 and 38 (FIGS. 11 and 12) are disturbed, and a new temperature error is added to the interface 8. These errors can be reduced by a special configuration of the acoustic conductors 3, 11. In the other embodiments of the device shown in FIGS. 14 to 20, these conductors are illustrated by way of one conductor 3. The acoustic conductor 3 shown in FIGS. 14 to 20 is shown in FIG.
The shape is similar to that shown in FIGS. 4, 11, and 12. However, the acoustic conductor 3 of the embodiments of FIGS.
Alternatively, it is formed based on aqueous solutions of alkali, acid, or inorganic acid salts, and the density of these aqueous solutions is
is selected such that the maximum value C 3 max of the propagation velocity lies in the range of the average temperature t 0 of the wall 4. Table 3 below shows that water and a number of aqueous media, namely H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, NaOH, C 2 H 5 OH,
Based on the values of C 3 max and t 0 for an aqueous solution of ZnSO 4 , HCONH 2 , CH 3 CN at a weight concentration q. These have a parabolic temperature dependence regarding the propagation velocity of the acoustic vibration wave 2 mentioned above.
【表】
第14図、第18図、第20図に示した音響導
体3は中空本体48からなり、この中に表3から
選択した化合物の水溶液49が満たされている。
この化合物は前述した音響振動波2の伝播速度に
関する放線状温度依存性をもつている。
第14図、第18図、第19図の音響導体にお
いて、音波吸収物質がつくられた層21が中空本
体48の内面に設けられている。音響振動波2の
発信器1は所定の角度で本体48内に配され、適
切に封止されている。酸およびアルカリの水溶液
が前記水溶液49として用いられる場合、発信器
1の有効面積には、対薬品性であり且つ音響的に
非吸収性である塗膜がほどこされている(第14
図乃至第20図には示さず)このような塗膜材と
してはテトラフルオロエチレンポリマーを用いる
ことができる。
第4図の音響導体3と同様な第15図の音響導
体では、その部分で発信器1が配設されている所
は中空本体50として構成され、その中に表3か
ら選択した化合物の水溶液51が満たされてい
る。壁4と接触する音響導体3の接触部分は表2
から選んだ化合物でつくられている。
これも、第4図の音響導体3と同様である第1
6図の音響導体3では容器5の壁4と接触する音
響導体3の接触部分は中空本体52からなり、そ
の中に表3から選択した水溶液53がみたされて
おり、また発信器1を配した音響導体の部分は表
2から選んだ物質で形成されている。
同様に、第4図の音響導体に類似した第17図
の音響導体3では、その2つの部分は水溶液5
1,53をそれぞれ充満した別々の本体50,5
2をそれぞれ有し、これらの溶液の音波速度は、
それぞれ異つた値のC4,C5である。音響導体3
の両部分は曲率半径Rの音響伝導性隔壁54で分
離されている。この半径は関係式(3)から決める。
隔壁としては、中空円筒体の内方面をこの半径R
とすれば、中空円筒体の部分を利用できるので、
円筒体はテトラフルオロエチレンポリマーでつく
られている。この隔壁54の厚さとしては、音響
振動波2の波長よりも小さい厚さを採用してい
る。
第6図、第11図、第12図の音響導体3の実
施例に類似した第18図、第19図、第20図の
音響導体3は、前述した実施例のように、表3か
ら選択した化合物の水溶液49でみたされた本体
48をそなえている。
上記実施例はすべて、液体―液体界面を決定す
るのに用いられ、充分な成果をおさめることがで
きる。
単層容器の気体―液体或は液体―液体界面を制
御する方法は、本発明による装置実施例を用いて
次のようにして行なわれる。
音響振動波2は発信器1を介して励起され(第
1図乃至第3図)、単層容器5の壁4に接触する
音響導体3を介して、界面8をもつ2つの媒体6
(第1図)と7で満たされた前記容器5に導入さ
れる。この波2は容器5の部分9内に導入され
る。この部分9は所定のレベルに位置し、このレ
ベルでの界面の存在が提起した装置によつて制御
される。
容器5に音響振動波2を導入する前に、音響振
動波2の波頭は単層容器5の壁4に対し鋭角或は
鈍角θ(第3図)に音響導体3内で方向づけら
れ、機械的振動10が壁4の部分9内の前記波に
よつて励起される。この機械的振動は音響振動波
2の伝播方向と、入射角θとによつてきまる方向
に壁4にそつて伝播する。第3図乃至第20図の
装置実施例において、音響振動波2の伝播の先頭
と、励起中の機械振動10の伝播方向とがなす角
θは常に鋭角である。この角度θは、極めて特定
な条件下では、即ち励起中の機械的振動10が第
3図乃至第20図に示した方向と反対方向に伝播
する場合には、鈍角となる、音響振動波2を方向
づける際、容器5の壁にそつたその通跡(ウエー
キ)の速度C7は壁4にそつた機械振動の伝播速
度Cにほぼ等しいように設定する。
C7=C3/sinθ ……(12)
この式で、C3は音響導体3内の音響振動波2
の伝播速度である。
波2,13の通跡の速度C7の要求値は入射角
θの値と音響導体3の物質を適切に選択して設定
される。壁4への音響振動波2の入射角は壁4に
接触する接触面積19に対する音響導体3の有効
面積18の傾斜角度に対応する。
容器1は連続変調された或はパルス振幅変調さ
れた電気的振動で励起されるが、この電気的振動
は発生器14によつて得られる。
機械的振動10は、壁4にそつて伝播する間
に、振幅減衰を受ける。この振幅減衰は壁4の振
動部分9の内方面に接する媒体16の音響インピ
ーダンスに左右される。この媒体が気体であれ
ば、振幅減衰は最小であり、また液体であれば最
大である。容器5に2つの液体がある場合、機械
的振動の減衰は液の音響インピーダンスが高くな
るにつれて大きくなる。
機械的振動10が音響導体11のある領域に到
達すると、変形されて音波13となり、この音波
はπ/2θに等しい角度を接触面積19となして音響
導体11内を伝播する。これは、機械振動が、受
信器2の在る有効面積18に対し直角な方向へ伝
播することを意味する。この受信器は、音響導体
11のある領域の機械的振動10の振幅に比例し
た振幅をもつた電気信号に波13を変換する。受
信器12からの電気信号は、増幅器15の入力に
加えられる。増幅された電気信号は、容器5の壁
4の部分9内での機械振動の減衰度に関し従つて
界面8(第1図)に関する情報を含んで、記録器
17(第3図)の入力に到達する。界面8(第1
図)は増幅電気信号の振幅から確かめられる。こ
の振幅は、壁4にそつて伝搬する機械振動10か
ら得た音波13(第3図)の振幅に比例する。
特に、記録中の電気信号の振幅が最大の場合
は、気体―液体界面8(第1図)は部分9の下に
あり、またこの振幅が最小の場合は、界面は前記
部分の上方にある。制御界面8が液体―液体のと
きは、上記の場合は液体に関し、この液体の一方
は他方よりも音響インピーダンスが低い。
記録中に電気信号の振幅が飛躍的に変化する時
は、音波の発信器1と受信器12が音響導体3を
介して部分9にとりつけられている場合界面8は
壁4の振動部分9の高さ位置にあることを示して
いる。
上記の気体―液体或は液体―液体界面を制御す
る方法は技術的に簡単であり、壁4の断面が一定
であれば有効に制御を行うことができる。この断
面が変化すれば壁4にそつた機械振動の伝播速度
Cも変化し、従つてこの機械振動伝播速度と導入
された音響振動波の通跡(ウエーキ)の速度との
間の同等性が乱される。従つて、壁4に励起され
ている機械振動10の振幅が減少し、結果として
情報電気信号の振幅が減少し、制御誤差の発生と
なる。
このような誤差を減少させるには、第4図乃至
第9図の音響導体の実施例と組合せて第3図の装
置を用いた気体―液体或は液体―液体界面制御方
法を用いればよい。
この方法の第一の実施例によれば、単層容器5
の壁4の部分9は音響振動の発散或は収斂波2で
励起され、この波2の入射最大角θ1および最小
角θ2は関係式(2)から選定される。d1〜d2の範囲
にある壁4(第4図)の各厚さと、C1〜C2の範
囲にある機械振動伝播の各速度とに対し、入射角
θはθ1〜θ2の範囲にあり、しかも機械振動1
0の最良励起の条件(1)を満足する。
θ1〜θ2の角度範囲での発散波は音響導体3
の2部分22,23の円筒状接触面24上の発信
器1の波2から形成される。この円筒状面の曲率
半径はRである。波2の中央の線(レイ)25は
屈折せずに面24を通り、前記音響導体の接触面
積19に対するこの音響導体の有効面積18の傾
斜角に等しい角度θをなして壁4に入る。前記波
2の側方の線(レイ)26,27は面24に対し
て垂直でなく角度εをなしているので屈折され
る。この角度εは次の関係式から求められる。
sin ε=A/2R ……(13)
ここにAは音響導体3の有効面積18の(或は
発信器1の)長さで、従つて壁4内に励起された
機械振動の伝播方向と一致した線を通り且つこの
面18に直角に通る面にある受信器12(第3
図)の長さである。
円筒状面24(第4図)で屈折した後、線2
6,27は面24への法線に対し角度ε1をなす
音響導体3の第2の部分23内を伝播する。
ε1=arc sin(C5/C4sinε)
=arc sinAC5/2C4R ……(14)
ここに、C4,C5は音響導体3の部分22,2
3での音響振動波3の伝播速度で、次の関係式で
きまる角度θ1,θ2で壁4に入る。
θ1=θ−arc sinA/2R+arc sinAC4/2C5
R……(15)
θ2=θ−arc sinAC5/2C4R+acr sinA/2
R……(16)
屈折後、波の最大角θ1最小角θ2が波の必要
とする発散、収斂に対応するように、2つの音響
導体3,11(第3図)の部分22,23間の接
触円筒状面24の曲率半径Rは条件(2)および式
(15),(16)を満足する関係式(3)から選定され
る。第4図はC4>C5の場合の発散波2の例を示
す。C4<C5ならば、波2は収斂性である。
情報電気信号の減少に関連した誤差を除去する
前述の方法の第1の実施例を行なうにあたり、与
えられた装置の実施例では円筒状接触面24をも
つた音響導体3,11をつくることはやや複雑で
ある。この音響導体を簡単化した構成は、本装置
の他の実施例で、第6図、第7図に示されてい
る。
この実施例では、音響導体3,11は円筒状有
効面積18を有し、音波13の発信器1と受信器
12(第3図)は音響導体3,11の有効面積1
8と同様な有効面積をもつていて、音響振動波
2,13の発散或は収斂を確保する。波2の発散
は音響導体3の有効面積18が凹面の時に生じ、
一方波2の収斂は(第6図に示す)凸面の時に発
生する。波2の中央の線(レイ)25は有効面積
18の中心へ切線と音響導体3の接触面積19と
の間の角度に等しい角度(θ)で壁4に入る。波
2の側方の線(レイ)26,27は関係式(13)
の値εによる角度θより、それぞれ大きいか或は
小さい角度θ1,θ2で壁4に入る。
θ1=θ+arc sinA/2R ……(17)
θ2=θ−arc sinA/2R ……(18)
上記関係式(17),(18)によつて定まる角度θ
1,θ2が波2の発散或は収斂の条件(2)を満足す
るように、音響導体3の有効面積(18)の(或は
発信器1の、従つて受信器12の)の長さAは、
(4)の有効面積18の曲率半径がRである関係式に
従つて求める必要がある。
第6図、第7図の装置によれば、音響振動波2
の長さに関して何等の制限なしで、音響導体3,
11の有効面積18を円筒状にすることによつて
界面制御時の前述した誤差を減少させることがで
きる。
第8図、第9図に示した装置実施例は、音響振
動波2の波長λに関する限りある限定を必要とす
るが、前述した実施例よりも簡単な構成である。
この実施例では、音響導体3の有効面積18と
接触面19との間の最小距離Hminは関係式(6)か
ら選定し、側方の線(レイ)27の伝播路が、波
2が必発散振動の面フロント28をもつ、発信器
1の音響界のフレネル帯の長さB以上となるよう
にする。このフレネル帯をはなれると、波2の面
フロント28は変形されて音響線26,27の発
散束をもつた部分的に球形のフロントとなり、側
方の線はそれぞれ角度θ1,θ2で壁4に入る。
θ1は、中央の線25の入射角θより小さく、θ
2は大きい。
フレネル帯の境界から充分にはなれた距離で
は、波2の発散角は発信器1の指向性パターンで
きまり、音響放出のほぼ全エネルギーが次式に等
しい発散角内に限定される。
θ1−θ2=1.4arc sinK1λ/A ……(19)
ここにk1は音響導体3の有効面積18の形式に
よつて決まる係数で、例えば球形状の場合1.22、
矩形の場合1である。従つてθ1,θ2は次の等
式から得られる。
θ1=θ+0.7arc sink1λ/A ……(20)
θ2=θ−0.7acr sink1λ/A ……(21)
等式(2),(20),(21)を解けば、有効面積18
の長さAと、波長λとの関係式(5)が得られ、この
式から波2の求める発散が得られ、従つて機械振
動10の伝播速度の範囲C1〜C2内で壁4の部分
9(第3図)の最良の励起が得られる。
第3図の装置および、その実施例で第4図乃至
第9図に示した異つた構成の音響導体3を有する
ものは、簡単な電子チヤンネルを有し、このチヤ
ンネルは発振器14の電気発振の(時間に対す
る)振幅不安定性が小さい時に、これを制御する
ものである。この発振は発信器1の励起に用いら
れる。発振器の発振の振幅が変れば、記録器17
を周期的に再調整するか、或は繊幅器15の利得
率を変化させる必要があるが、これは制御の効率
と安定性に影響をあたえる。
第10図の装置を使用すれば、気体―液体或は
液体―液体界面の制御に関する効率と安定性を良
くすることができる。
この実施例において、アナログ或はデスクリー
トの形の基準電気信号は、発振器14の電気的発
振から成形器29によつて成形される。情報電気
信号は、増幅器15の電気信号を用いて成形器3
1によつて同じ形に成形される。この基準電気信
号と情報電気信号とは比較ブロツク30で比較さ
れる。比較ブロツク30の出力信号は、比較され
る信号の差或は比例するもので、記録器17に加
えられる。発生器14の電気的信号の振幅不安定
性は情報信号および基準信号の値に影響するので
界面制御の結果は、実際は、この不安定性に左右
されない。
音響導体(第4図〜第9図)と組合せた前述の
装置は、発振器14の電気発振が種々に振幅不安
定である場合に極めて有効であり、また壁4の励
起部分9の機械振動10の速度Cがc1〜c2の範囲
で変化する場合に極めて有効である。しかし、機
械振動10(第10図)の振幅は、音響導体3の
接触面19を介して壁4に波2が入射する条件が
装置の安定動作中或は界面8(第1図)の急速制
御中に変化する時に、変化する。このような入射
条件の変化は、例えば、音響導体3,11の接触
面積19と壁4の間の接触グリースの厚さが異な
ることによつて、また急速制御中、壁4の面の粗
さによつて、また界面の安定制御中音響導体3,
11の接触面積19と、壁とを接着する接着層の
ひび割れ、切かけ、部分的破損等によつて生ず
る。このような変化が発生すれば、情報電気信号
の成形器31を周期的再調整する必要が生じ、こ
の再調整の時点には界面制御に大きな誤差が発生
する。
このような誤差を、第11図および第12図に
示した装置を用いた気体―液体或は液体―液体界
面制御方法によつて減少させることはできない。
界面を制御する本発明の方法によれば、容器5
の壁4の部分9内において機械的振動38が音響
振動の波34によつて再び起され、この機械的振
動の減衰は1次波2による機械的振動10の減衰
とは異つている。この場合波2および34の壁4
への入口の状態の変化、さらに発生器14の電気
振動の振幅変化は1次および2次機械的振動1
0,38の振幅に同じような変化を生じさせる。
同様に、音響導体11における接触領域19のパ
ラメータ変化は、壁4内で1次的に生じる機械的
振動10から変換された音波13、および壁4に
おいて再び生じた機械的振動38から変換された
音波36に同じような変化を生じさせる。上述の
点によれば、機械的振動の1次および2次波2お
よび34によつて生じる機械的振動10(第11
および12図)および38の振幅の間に関係から
媒体6および7の間の界面8(第1図)を確める
ことは可能であり、そして、これは、音響導体3
における接触領域19を通る波2および34の入
口、および音響導体11の接触領域19の変換に
よつて決定される条件の変化とは無関係に行うこ
とができる。
第11図に示された装置において、波34は、
付加的発信器33の助けにより機械的振動の2次
発生のために壁4内に導入される。この発信器3
3は、音響導体3の付加的な有効領域32と一致
させるべく、その有効領域を接触領域19と角度
γを形成するように方向付けされる。角度γは波
34の軌跡の速度と機械的振動38の速度の等し
さの条件を満足する関係式(7)から選ばれる。波3
4はこの角度γで壁4内に導入される。第1次に
発生された機械的振動から変換された音波13
は、接触領域19に対して垂直方向に角度γにて
音響導体11中に伝播し、その有効領域に垂直方
向に沿つて付加的受信器35に入る。
主増幅器15を径由した主受信器12の電気信
号から波形整形器31は(不連続またはアナログ
形式で)、音響導体11の位置する領域に入る1
次的に発生した機械的振動のそれに比例した振幅
を有する情報信号を形成する。もう1つの波形整
形器29は付加的受信器35から入来し、付加的
増幅器27を通つた電気信号から基準電気信号を
形成する。この基準電気信号を形成する。この基
準電気信号の振幅は、音響導体11の位置する領
域にて再び発生した機械的振動38の振幅に比例
する。波形整形器29および31による基準およ
び情報の両信号は、音響振動の波2および34の
導入時に音響導体3の接触領域19内にて、およ
び1次的におよび2次的に生じた機械的振動を音
波13および36にそれぞれ変換する時に音響導
体11の接触領域19内に生じる不安定さによつ
て等しく影響される。これにより、比較ブロツク
30に入る情報および基準信号から形成された該
比較ブロツク30の出力信号は上記両信号間の比
に比例しており、上述の不安定さには依拠しな
い。
1次および2次励起により生じた機械的振動1
0,38は、壁4の振動部分9の内表面に接触し
ている媒体16への部分的なエネルギ漏洩によつ
て生じる容器5の壁4内にて異なつた減衰を起
す。このため、比較ブロツク30の出力信号は、
制御される容器5内の媒体6および7間の界面8
(第1図)の位置に関する明確な情報を提供し、
この情報は記録器17に記録される。
音響導体3の接触領域19内の音響振動の主お
よび付加的音波2および34の入口領域の結合、
および音響導体11の接触領域19内における主
音波13および付加的音波36への1次および2
次励起により形成される機械的振動10,38の
変換領域の結合は、接触領域19の主および付加
的有効領域18,32の中心の突起間の距離E、
および関係式(8)により接触領域19から上記中心
までの高さH1およびH2の選択によつて得られ
る。
本発明装置は上述の不安定さの影響を有効に除
去し、装置の電子化部分はかなり簡単であるが、
発信器の変換特性の変化は可能であり、このこと
は相当する誤差を生じる。
このような誤差は第12図に示された装置の使
用によつて達成される上述の方法を実現すること
により除くことができる。上記装置は、1つの発
信器1、1つの受信器12、およびより複雑な電
子化部分を有する。この場合、角度γで壁4内に
導入され、この壁4内で機械的振動38の2次励
起のために用いられる付加的音波34は、音響導
体3の反射領域39から音波の発信器1の波40
の一部を反射することによつて形成される。上記
反射領域は有効領域18と角度βをなし、この角
度βは(7)式および(9)式の関係から、
π/2+γ−θ
として決定される。発信器1からの波2のもう
1つの部分は角度θで壁4内に導入され、部分9
内における壁4内にて機械的振動10の1次励起
のために用いられる。音響導体11において1次
的に励起された機械的振動10は、音響導体11
の接触領域19に垂直方向に角度θで伝播する主
音波13に変換される。2次的に励起された機械
的振動38は音響導体11において反射領域39
に向う方向で、接触領域19に垂直に、角度γで
伝播する音波36に変換される。この波36は上
記反射器領域から付加的音波41として反射さ
れ、その有効領域に垂直に受信器12に入る。
2次的に励起された機械的振動38は壁4に沿
つて速度c6の伝播を行い、この速度は1次的に励
起された機械的振動10の速度Cと異なる(第1
2図の実施例においてc6>C)。この結果、放射
された波2の前縁をかなり超える壁4に沿う機械
的振動10の伝播路によつて、主および付加的音
波13および41は互いに時間シフト△tにて受
信器12に入る。このシフトは発信器1に入る発
生器14のパルス振幅変調された電気発振の時間
間隔を優に超える。これにより、1次的および2
次的に励起された機械的振動10および38の振
幅に比例する振幅は有する、受信器12の主およ
び付加的パルス信号は時間的に分離される。
受信器12のパルス信号は共通増幅器15を介
して選択ブロツク42および43の入力に至る。
この制御入力は波形整形器44の出力から選択パ
ルスが供給される。選択ブロツク42に来る選択
パルスは主パルス信号の時間位置に対応し、ブロ
ツク43に来る選択パルスは基準パルス信号の時
間位置に対応する。
選択ブロツク42および43においてそれぞれ
分離された主および副電気信号は情報電気信号を
整形するように設けられた波形整形器31、およ
び基準電気信号を整形するための波形整形器29
に達し、次いで比較ブロツク30の入力に給電さ
れる。このブロツクの出力から、制御されるべき
界面に関する明確な情報を有する信号が記録器1
7に来る。
上述した容器における界面制御の方法は、長期
間動作において極めて正確かつ安定な制御を提供
する。同時にこの方法は、音響振動が容器の壁に
導入されたとき、および容器の壁内で励起された
機械的振動が受信器の取付けられている音響導体
の接触領域の領域内にて音波に変換されたときに
生じる不安定さによつて惹き起こされる誤差を除
くことを可能にする。しかしながら、上述の方法
において誤差は、容器における界面の異なる位置
での、容器壁の励起された部分内における機械的
振動の変化の結果起るであろう。
これらの誤差は、第13図の装置の使用によつ
て上記容器における気体―液体または液体―液体
界面を制御する方法が達成されたとき、除かれ
る。
この方法により、容器5の壁4の部分9は音響
振動のパルス波2により周期的に励起される。こ
のパルス波2のスペクトルは、壁4の振動部分9
(第13図)に関して異なつた位置にある媒体6
および7の間の界面8(第1図)を有する容器5
の壁4の機械的振動10の周波数範囲を超える範
囲から選ばれる。波形整形器45で形成され電力
増幅器46を通つた広にスペクトルのパルスは、
発信器1に作用する。これらのパルスは持続時間
τ0を有する矩形ビデオパルスの形を有し、持続
時間は関係式(10)によつて定まる。この結果、発信
器1は音響導体3中に、異なつた位置にある境界
面8(第1図)を有する壁4内の機械的振動の
種々の周波数の全てを含む一連の超音波振動を放
射する。
受信器12のパルス信号は、制御される境界面
8(第1図)の位置に依拠する前記パルス信号
(これらの電気信号の形状は受信したパルス音波
13と同様である)を満たす電気振動の振幅を有
する。そして、該パルス信号は、前記受信器によ
り音波13(第13図)、すなわち音響導体11
の接触領域19の領域に入る機械的振動10から
変換される。一方、電気振動の周波数は容器5
の壁4の振動部分9に接触する媒体16(第13
図)の形式に依拠する。
前記周波数は電気信号の周波数を測るための
ブロツク47に記録され、信号は受信器12から
増幅器15を介してブロツク47に供給される。
このように測定された周波数は、界面8(第1
図)が容器5の壁4(第13図)の振動部分9の
上または下にあるとき、液体の形態(たとえば、
その音響インピーダンスの値によつて特徴づけら
れる)を確かめるために用いられる。
情報信号は、情報電気信号を整形するための波
形整形器31において、受信器12のパルス信号
から整形される。このパルス信号は増幅器15を
介して前記波形整形器31に給電される。このよ
うに整形された前記情報信号の振幅はパルス信号
の振幅に比例する。基準電気信号は、波形整形器
29において、電力増幅器46の出力にて得られ
るビデオパルスから整形される。前記基準信号お
よび情報電気信号は比較ブロツク30に至る。ブ
ロツク30の出力信号は制御される界面8(第1
図)に関する情報を提供し、記録器17(第13
図)に記録される。
上述の方法についての実施例は、制御される境
界面の異なる位置によつて惹き起される機械的振
動の周波数変化の影響を有効に減ずる。そして、
励起される壁部分の断面が一定であるとき液体の
形態の副次的な制御を行うことができる。しかし
ながら、前記断面がかなり変化するとき誤差は起
き、容器における界面の変化よりも広い範囲内で
の機械的振動の周波数の変化を起す。
これらの誤差は、気体―液体または液体―液体
界面を制御する方法が第13図に示された装置に
おいて達成されたとき減少する。
この方法により、容器5の壁4の部分9が音響
振動のパルス波2によつて周期的に励起される。
そして、このパルス波のスペクトルの関連した幅
は、容器5の壁4の振動部分9の厚さの関連した
変化と等しく又はこれを超えるように関係(11)にし
たがつて選ばれる。これは、音響導体3および1
1が溶融水晶、磁器、硅素、ガラス、鉛、錫、鉛
―錫合金等の音響インピーダンスが音波の放射器
1および受信器12の音響インピーダンスの0.3
から1.7の範囲以内であるものによつて製作され
ることにより達成される。音響導体が製作される
材料は第2表中に示されている。
音響導体3および11のこのような設計によ
り、音響振動の波2および13の放射および受量
スペクトルの境界を対応して広げ、発信器1およ
び受信器12の音響制動を提供する。発信器1お
よび受信器12の音響インピーダンスに関して、
音響導体の材料に依拠する。音響導体3および1
1の音響インピーダンスの減少はスペクトル幅を
小さくする。音響導体3および11の材料の形式
および各々のインピーダンス(第2表参照)は関
係式(11)によつて要求されるスペクトル幅にしたが
つて選ばれる。
上述の方法は、界面が励起される容器壁部分の
上または下に位置しているとき(気体―液体装置
の場合、界面は部分の上にある)、界面および液
体形式の制御が行われる。しかしながら、温度変
化により制御誤差が生じる。誤差の値は音響導体
における音響振動の波の伝播速度に依存する温度
によつて主として決まる。
温度誤差は第3図乃至第13図に示した、第1
4図乃至第20図に示すような音響導体を有す
る。気体―液体または液体―液体界面を制御する
ための装置を用いることにより略々除去すること
ができる。
温度誤差の低減は、音響導体3および11がア
ルコール、アルカリ、酸、または無機酸塩の水溶
液を基礎として作られることによつて達成され
る。これらの材料は温度tにおける音波2,13
の伝播の速度c3に殆んど2次曲線的に依存し、
c3=c3 max〔1−(t−t0)2〕 ……(22)
ここで、c3 max:t=t0における水溶液中で
の波2,13の最大伝播速度。
となる。
水溶液の濃度qは、伝播速度の最大値c3 max
が容器5の壁4の平均温度t0の領域になるように
選ばれる。これにより動作温度範囲に亘る音響導
体3における音波の速度は非常に少ししか変わら
ない。たとえば、温度変化がその平均値t0の±20
℃のとき、速度は0.6%以上変化しない。これは
界面制御の精度を向上する。
上述の第3図乃至第20図の装置によつて達成
される、上記容器における気体―液体または液体
―液体界面を制御する方法は、治金、鉱石仕上
げ、化学、石油化学、食料品、および他の産業に
おける種々の技術工程において容器における界面
の非接触自動制御を極めて有効に行うことができ
る。[Table] The acoustic conductor 3 shown in FIGS. 14, 18 and 20 consists of a hollow body 48, which is filled with an aqueous solution 49 of a compound selected from Table 3.
This compound has a linear temperature dependence regarding the propagation velocity of the acoustic vibration wave 2 described above. In the acoustic conductor of FIGS. 14, 18 and 19, a layer 21 of a sound absorbing material is provided on the inner surface of the hollow body 48. In the acoustic conductor of FIGS. The transmitter 1 of the acoustic vibration wave 2 is arranged within the body 48 at a predetermined angle and suitably sealed. When an acidic and alkaline aqueous solution is used as the aqueous solution 49, the effective area of the transmitter 1 is coated with a coating film that is chemical-resistant and acoustically non-absorbent (No. 14).
(Not shown in Figures 20 to 20) Tetrafluoroethylene polymer can be used as such a coating material. In the acoustic conductor of FIG. 15, which is similar to the acoustic conductor 3 of FIG. 51 are fulfilled. Table 2 shows the contact area of the acoustic conductor 3 that contacts the wall 4.
It is made from compounds selected from This is also the first acoustic conductor 3 which is similar to the acoustic conductor 3 in FIG.
In the acoustic conductor 3 shown in Fig. 6, the contact portion of the acoustic conductor 3 that contacts the wall 4 of the container 5 consists of a hollow body 52, in which an aqueous solution 53 selected from Table 3 is filled, and the transmitter 1 is arranged. The portion of the acoustic conductor made of the material selected from Table 2 is used. Similarly, in the acoustic conductor 3 of FIG. 17, which is similar to the acoustic conductor of FIG.
Separate bodies 50, 5 filled with 1,53, respectively
2 respectively, and the sonic velocity of these solutions is
They are C 4 and C 5 with different values. acoustic conductor 3
are separated by an acoustically conductive partition 54 with a radius of curvature R. This radius is determined from relational expression (3).
As the partition wall, the inner surface of the hollow cylindrical body has this radius R.
Then, we can use the hollow cylindrical part, so
The cylinder is made of tetrafluoroethylene polymer. The thickness of the partition wall 54 is set to be smaller than the wavelength of the acoustic vibration wave 2. The acoustic conductors 3 of FIGS. 18, 19, and 20, which are similar to the embodiments of the acoustic conductors 3 of FIGS. 6, 11, and 12, are selected from Table 3, as in the previously described embodiments. The main body 48 is filled with an aqueous solution 49 of a chemical compound. All of the above embodiments can be used to determine the liquid-liquid interface with satisfactory results. A method for controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface in a monolayer container is carried out as follows using an embodiment of the device according to the invention. Acoustic vibration waves 2 are excited via a transmitter 1 (FIGS. 1 to 3) and are transmitted via an acoustic conductor 3 in contact with the wall 4 of a monolayer container 5 into two media 6 with an interface 8.
(FIG. 1) and 7. This wave 2 is introduced into part 9 of container 5. This part 9 is located at a predetermined level and the presence of an interface at this level is controlled by the proposed device. Before introducing the acoustic vibration wave 2 into the container 5, the wave front of the acoustic vibration wave 2 is oriented within the acoustic conductor 3 at an acute angle or an obtuse angle θ (FIG. 3) with respect to the wall 4 of the single-layer container 5. Vibrations 10 are excited by said waves in part 9 of wall 4. This mechanical vibration propagates along the wall 4 in a direction determined by the propagation direction of the acoustic vibration wave 2 and the angle of incidence θ. In the device embodiments of FIGS. 3 to 20, the angle θ between the beginning of the propagation of the acoustic vibration wave 2 and the propagation direction of the mechanical vibration 10 being excited is always an acute angle. This angle θ becomes obtuse under very specific conditions, i.e. when the mechanical vibration 10 during excitation propagates in the direction opposite to that shown in FIGS. When directing, the velocity C7 of its wake along the wall of the container 5 is set to be approximately equal to the propagation velocity C of the mechanical vibration along the wall 4. C 7 =C 3 /sinθ...(12) In this equation, C 3 is the acoustic vibration wave 2 in the acoustic conductor 3.
is the propagation speed. The required value of the velocity C 7 of the path of the waves 2 and 13 is set by appropriately selecting the value of the incident angle θ and the material of the acoustic conductor 3. The angle of incidence of the acoustic vibration wave 2 on the wall 4 corresponds to the angle of inclination of the effective area 18 of the acoustic conductor 3 with respect to the contact area 19 in contact with the wall 4 . The container 1 is excited with continuously modulated or pulse amplitude modulated electrical oscillations, which are obtained by a generator 14 . Mechanical vibrations 10 undergo amplitude attenuation while propagating along wall 4. This amplitude attenuation depends on the acoustic impedance of the medium 16 adjoining the inner surface of the vibrating section 9 of the wall 4. If the medium is a gas, the amplitude attenuation is minimal, and if the medium is a liquid, it is maximal. When there are two liquids in the container 5, the damping of mechanical vibrations increases as the acoustic impedance of the liquids increases. When the mechanical vibration 10 reaches a certain area of the acoustic conductor 11, it is deformed into a sound wave 13, which propagates in the acoustic conductor 11 with a contact area 19 at an angle equal to π/2θ. This means that mechanical vibrations propagate in a direction perpendicular to the effective area 18 on which the receiver 2 lies. This receiver converts the wave 13 into an electrical signal with an amplitude proportional to the amplitude of the mechanical vibration 10 in a region of the acoustic conductor 11. The electrical signal from receiver 12 is applied to the input of amplifier 15. The amplified electrical signal contains information about the degree of damping of the mechanical vibrations in the section 9 of the wall 4 of the container 5 and thus about the interface 8 (FIG. 1) and is fed to the input of the recorder 17 (FIG. 3). reach. Interface 8 (first
Figure) can be confirmed from the amplitude of the amplified electrical signal. This amplitude is proportional to the amplitude of the sound wave 13 (FIG. 3) obtained from the mechanical vibration 10 propagating along the wall 4. In particular, when the amplitude of the electrical signal being recorded is maximum, the gas-liquid interface 8 (FIG. 1) lies below the region 9, and when this amplitude is minimum, the interface lies above said region. . When the control interface 8 is liquid-liquid, the above case concerns liquids, one of which has a lower acoustic impedance than the other. When the amplitude of the electrical signal changes dramatically during recording, the interface 8 is located between the vibrating part 9 of the wall 4 and the transmitter 1 and the receiver 12 of the sound wave are attached to the part 9 via the acoustic conductor 3. It shows that it is in a high position. The above method of controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface is technically simple and can be effectively controlled if the cross section of the wall 4 is constant. If this cross section changes, the propagation velocity C of the mechanical vibration along the wall 4 also changes, and therefore the equivalence between this mechanical vibration propagation velocity and the velocity of the track (wake) of the introduced acoustic vibration wave is confirmed. Disturbed. Therefore, the amplitude of the mechanical vibration 10 excited in the wall 4 decreases, and as a result, the amplitude of the information electrical signal decreases, causing a control error. To reduce such errors, a gas-liquid or liquid-liquid interface control method using the apparatus of FIG. 3 in combination with the acoustic conductor embodiments of FIGS. 4 to 9 may be used. According to a first embodiment of this method, the monolayer container 5
The part 9 of the wall 4 is excited with a diverging or converging wave 2 of acoustic vibrations, the maximum angle of incidence θ 1 and the minimum angle θ 2 of this wave 2 being selected from the relation (2). For each thickness of the wall 4 (FIG. 4) in the range d 1 to d 2 and for each velocity of mechanical vibration propagation in the range C 1 to C 2 , the angle of incidence θ is in the range θ 1 to θ 2 within the range and mechanical vibration 1
Condition (1) for best excitation of 0 is satisfied. The diverging wave in the angular range of θ 1 to θ 2 is generated by the acoustic conductor 3
is formed from the wave 2 of the transmitter 1 on the cylindrical contact surface 24 of the two parts 22, 23 of. The radius of curvature of this cylindrical surface is R. The central ray 25 of the wave 2 passes through the surface 24 without refraction and enters the wall 4 at an angle θ equal to the angle of inclination of the effective area 18 of this acoustic conductor with respect to the contact area 19 of said acoustic conductor. The lateral rays 26, 27 of the wave 2 are not perpendicular to the plane 24 but form an angle ε and are therefore refracted. This angle ε is obtained from the following relational expression. sin ε=A/2R...(13) where A is the length of the effective area 18 of the acoustic conductor 3 (or of the transmitter 1), and therefore the direction of propagation of the mechanical vibration excited in the wall 4. Receiver 12 (third
Figure). After being refracted at the cylindrical surface 24 (FIG. 4), the line 2
6, 27 propagate in the second part 23 of the acoustic conductor 3 making an angle ε 1 with respect to the normal to the plane 24. ε 1 = arc sin (C 5 /C 4 sinε) = arc sin AC 5 /2C 4 R ...(14) Here, C 4 and C 5 are the parts 22 and 2 of the acoustic conductor 3.
3, the acoustic vibration wave 3 enters the wall 4 at angles θ 1 and θ 2 given by the following relation: θ 1 = θ−arc sinA/2R+arc sinAC 4 /2C 5
R...(15) θ 2 = θ−arc sinAC 5 /2C 4 R+acr sinA/2
R...(16) After refraction, the parts 22, The radius of curvature R of the contact cylindrical surface 24 between the contact surfaces 23 and 23 is selected from the relational expression (3) that satisfies the condition (2) and the expressions (15) and (16). FIG. 4 shows an example of the divergent wave 2 when C 4 >C 5 . If C 4 <C 5 , wave 2 is convergent. In carrying out the first embodiment of the above-described method of eliminating errors associated with the reduction of the information electrical signal, it is necessary in the given embodiment of the device to make the acoustic conductors 3, 11 with a cylindrical contact surface 24. It's a little complicated. A simplified configuration of this acoustic conductor is shown in FIGS. 6 and 7 in another embodiment of the device. In this embodiment, the acoustic conductors 3, 11 have a cylindrical effective area 18, and the emitter 1 and the receiver 12 (FIG. 3) of the acoustic waves 13 have an effective area 18 of the acoustic conductors 3, 11.
8 and ensures the divergence or convergence of the acoustic vibration waves 2 and 13. The divergence of the wave 2 occurs when the effective area 18 of the acoustic conductor 3 is concave,
On the other hand, convergence of wave 2 occurs when it is convex (as shown in FIG. 6). The central ray 25 of the wave 2 enters the wall 4 at an angle (θ) equal to the angle between the tangential line to the center of the effective area 18 and the contact area 19 of the acoustic conductor 3. The lateral lines (rays) 26 and 27 of wave 2 are expressed by the relational expression (13)
enters the wall 4 at angles θ 1 and θ 2 that are respectively larger or smaller than the angle θ due to the value ε. θ 1 = θ + arc sinA/2R ...(17) θ 2 = θ−arc sinA/2R ...(18) Angle θ determined by the above relational expressions (17) and (18)
1 , θ 2 satisfy the condition (2) of divergence or convergence of wave 2, the length of the effective area (18) of acoustic conductor 3 (or of transmitter 1, and therefore of receiver 12) SaA is
It is necessary to find it according to the relational expression (4) in which the radius of curvature of the effective area 18 is R. According to the apparatus shown in FIGS. 6 and 7, the acoustic vibration wave 2
without any restriction as to the length of the acoustic conductor 3,
By making the effective area 18 of 11 cylindrical, the above-mentioned error during interface control can be reduced. The device embodiment shown in FIGS. 8 and 9 requires a certain limitation on the wavelength λ of the acoustic vibration wave 2, but has a simpler configuration than the previously described embodiment. In this embodiment, the minimum distance Hmin between the effective area 18 of the acoustic conductor 3 and the contact surface 19 is selected from the relation (6) so that the propagation path of the lateral rays 27 The length of the Fresnel band of the acoustic field of the transmitter 1 having the surface front 28 of divergent vibration is made to be equal to or longer than the length B. Leaving this Fresnel zone, the surface front 28 of wave 2 is transformed into a partially spherical front with a diverging bundle of acoustic lines 26, 27, with the lateral lines at angles θ 1 and θ 2, respectively. Enter wall 4.
θ 1 is smaller than the angle of incidence θ of the central line 25, and θ
2 is big. At a sufficient distance from the Fresnel zone boundaries, the divergence angle of wave 2 is determined by the directivity pattern of emitter 1, and nearly all the energy of the acoustic emission is confined within the divergence angle equal to: θ 1 −θ 2 = 1.4arc sinK 1 λ/A (19) where k 1 is a coefficient determined by the form of the effective area 18 of the acoustic conductor 3; for example, in the case of a spherical shape, it is 1.22,
In the case of a rectangle, it is 1. Therefore, θ 1 and θ 2 can be obtained from the following equations. θ 1 = θ + 0.7acr sink 1 λ/A ...(20) θ 2 = θ−0.7acr sink 1 λ/A ...(21) Solving equations (2), (20), and (21), Effective area 18
The relational expression (5) between the length A and the wavelength λ is obtained, and from this expression the required divergence of the wave 2 can be obtained. The best excitation of part 9 (FIG. 3) is obtained. The device of FIG. 3 and its embodiments with the different configurations of acoustic conductors 3 shown in FIGS. This is to control when the amplitude instability (with respect to time) is small. This oscillation is used to excite the oscillator 1. If the amplitude of the oscillation of the oscillator changes, the recorder 17
It is necessary to periodically readjust the splitter 15 or change the gain factor of the splitter 15, which affects the efficiency and stability of the control. By using the apparatus of FIG. 10, it is possible to improve the efficiency and stability of controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface. In this embodiment, a reference electrical signal in analog or discrete form is shaped by a shaper 29 from the electrical oscillations of the oscillator 14. The information electric signal is sent to the shaper 3 using the electric signal of the amplifier 15.
1 into the same shape. The reference electrical signal and the information electrical signal are compared in a comparison block 30. The output signal of comparison block 30 is applied to recorder 17, which is the difference or proportionality of the signals being compared. Since the amplitude instability of the electrical signal of the generator 14 affects the values of the information signal and the reference signal, the result of the interface control is in fact not dependent on this instability. The above-described device in combination with acoustic conductors (FIGS. 4 to 9) is extremely effective when the electrical oscillations of the oscillator 14 are unstable in amplitude, and also when the mechanical oscillations 10 of the excited part 9 of the wall 4 are This is extremely effective when the speed C of changes in the range of c 1 to c 2 . However, the amplitude of the mechanical vibration 10 (FIG. 10) is determined by the condition that the wave 2 is incident on the wall 4 through the contact surface 19 of the acoustic conductor 3 during stable operation of the device or when the interface 8 (FIG. 1) is rapidly Changes when it changes during control. Such a change in the incident conditions can be caused, for example, by the difference in the thickness of the contact grease between the contact area 19 of the acoustic conductors 3, 11 and the wall 4, or by the roughness of the surface of the wall 4 during rapid control. Also, during the stability control of the interface, the acoustic conductor 3,
This occurs due to cracks, cuts, partial damage, etc. of the adhesive layer that adheres the contact area 19 of 11 to the wall. If such a change occurs, it becomes necessary to periodically readjust the information electrical signal shaper 31, and at the time of this readjustment, a large error occurs in the interface control. Such errors cannot be reduced by the gas-liquid or liquid-liquid interface control method using the apparatus shown in FIGS. 11 and 12. According to the method of the invention for controlling the interface, the container 5
In the section 9 of the wall 4 , mechanical vibrations 38 are again caused by the acoustic vibration waves 34 , the damping of which is different from the damping of the mechanical vibrations 10 by the primary waves 2 . In this case wave 2 and wall 4 of 34
The change in the conditions at the entrance to the generator 14, as well as the change in the amplitude of the electrical oscillations of the generator 14, causes the primary and secondary mechanical oscillations 1
A similar change is made in the amplitude of 0.38.
Similarly, the parameter changes of the contact area 19 in the acoustic conductor 11 are caused by the sound waves 13 converted from the mechanical vibrations 10 occurring primarily in the wall 4 and from the mechanical vibrations 38 occurring again in the wall 4. A similar change is caused in the sound wave 36. According to the above points, the mechanical vibration 10 (11th
It is possible to ascertain the interface 8 (FIG. 1) between the media 6 and 7 from the relationship between the amplitudes of the acoustic conductors 3 and 38)
This can be done independently of the changes in the conditions determined by the entrance of the waves 2 and 34 through the contact area 19 of the acoustic conductor 11 and the transformation of the contact area 19 of the acoustic conductor 11. In the device shown in FIG. 11, the waves 34 are
With the aid of an additional transmitter 33, mechanical vibrations are introduced into the wall 4 for secondary generation. This transmitter 3
3 is oriented such that its effective area forms an angle γ with the contact area 19 in order to coincide with the additional effective area 32 of the acoustic conductor 3. The angle γ is selected from the relational expression (7) that satisfies the condition that the velocity of the trajectory of the wave 34 and the velocity of the mechanical vibration 38 are equal. wave 3
4 is introduced into the wall 4 at this angle γ. Sound waves 13 converted from mechanical vibrations generated in the first order
propagates into the acoustic conductor 11 at an angle γ perpendicular to the contact area 19 and enters the additional receiver 35 along a direction perpendicular to its effective area. From the electrical signal of the main receiver 12 via the main amplifier 15, the waveform shaper 31 (in discontinuous or analog form) enters the area where the acoustic conductor 11 is located.
An information signal is then formed having an amplitude proportional to that of the mechanical vibrations generated. Another waveform shaper 29 forms a reference electrical signal from the electrical signal coming from the additional receiver 35 and passed through the additional amplifier 27. This reference electrical signal is formed. The amplitude of this reference electrical signal is proportional to the amplitude of the mechanical vibrations 38 generated again in the area where the acoustic conductor 11 is located. Both the reference and information signals by the waveform shapers 29 and 31 are generated in the contact area 19 of the acoustic conductor 3 during the introduction of the waves 2 and 34 of acoustic vibrations, and the mechanical It is equally influenced by the instability that occurs in the contact area 19 of the acoustic conductor 11 when converting vibrations into sound waves 13 and 36, respectively. Thereby, the output signal of the comparison block 30, formed from the information entering the comparison block 30 and the reference signal, is proportional to the ratio between said two signals and is not subject to the above-mentioned instability. Mechanical vibrations caused by primary and secondary excitations 1
0,38 give rise to different damping in the wall 4 of the container 5 caused by partial energy leakage to the medium 16 in contact with the inner surface of the vibrating part 9 of the wall 4. Therefore, the output signal of comparison block 30 is
Interface 8 between media 6 and 7 in controlled container 5
provide clear information regarding the location of (Figure 1);
This information is recorded on the recorder 17. coupling of the entrance areas of the main and additional sound waves 2 and 34 of acoustic vibrations in the contact area 19 of the acoustic conductor 3;
and the primary and secondary waves to the main sound wave 13 and the additional sound wave 36 in the contact area 19 of the acoustic conductor 11.
The coupling of the transformation area of the mechanical oscillations 10, 38 formed by the following excitation is determined by the distance E between the central protrusions of the main and additional effective areas 18, 32 of the contact area 19,
and is obtained by selecting the heights H 1 and H 2 from the contact area 19 to the center according to relational expression (8). The device of the present invention effectively eliminates the effects of the above-mentioned instability, and although the electronic part of the device is fairly simple,
Changes in the conversion characteristics of the oscillator are possible, and this will result in corresponding errors. Such errors can be eliminated by implementing the method described above, which is achieved by using the apparatus shown in FIG. The device has one transmitter 1, one receiver 12 and a more complex electronic part. In this case, an additional sound wave 34 introduced into the wall 4 at an angle γ and used for secondary excitation of mechanical vibrations 38 in this wall 4 is transmitted from the reflection area 39 of the acoustic conductor 3 to the sound wave emitter 1 wave 40
It is formed by reflecting a part of the The reflective area forms an angle β with the effective area 18, and this angle β is determined as π/2+γ−θ from the relationship of equations (7) and (9). Another part of the wave 2 from the emitter 1 is introduced into the wall 4 at an angle θ and a part 9
It is used for the primary excitation of mechanical vibrations 10 in the wall 4 in the interior. The mechanical vibration 10 that is primarily excited in the acoustic conductor 11
is converted into a principal sound wave 13 that propagates at an angle θ perpendicular to the contact area 19 of the . The secondarily excited mechanical vibration 38 causes a reflection region 39 in the acoustic conductor 11.
is converted into a sound wave 36 which propagates at an angle γ, perpendicular to the contact area 19, in a direction towards . This wave 36 is reflected from the reflector area as an additional sound wave 41 and enters the receiver 12 perpendicular to its effective area. The secondarily excited mechanical vibrations 38 propagate along the wall 4 with a velocity c 6 which is different from the velocity C of the primarily excited mechanical vibrations 10 (first
c 6 >C in the example of Figure 2). As a result, due to the propagation path of the mechanical vibration 10 along the wall 4 well beyond the leading edge of the emitted wave 2, the main and additional sound waves 13 and 41 enter the receiver 12 with a time shift Δt relative to each other. . This shift greatly exceeds the time interval of the pulse amplitude modulated electrical oscillations of the generator 14 entering the oscillator 1. This allows primary and secondary
The main and additional pulse signals of the receiver 12 are then separated in time, having amplitudes proportional to the amplitudes of the excited mechanical vibrations 10 and 38. The pulse signal of receiver 12 passes through common amplifier 15 to the inputs of selection blocks 42 and 43.
This control input is supplied with a selection pulse from the output of the waveform shaper 44. The selection pulse coming to selection block 42 corresponds to the time position of the main pulse signal, and the selection pulse coming to block 43 corresponds to the time position of the reference pulse signal. The main and auxiliary electrical signals separated in the selection blocks 42 and 43 are passed through a waveform shaper 31 provided to shape the information electrical signal, and a waveform shaper 29 provided to shape the reference electrical signal.
is reached and then the input of comparison block 30 is powered. From the output of this block, a signal with definite information about the interface to be controlled is sent to the recorder 1.
Come on 7. The method of interface control in containers described above provides extremely accurate and stable control in long-term operation. At the same time, this method shows that when acoustic vibrations are introduced into the walls of the container, and the mechanical vibrations excited in the walls of the container are converted into sound waves in the area of the contact area of the acoustic conductor on which the receiver is mounted. This makes it possible to eliminate errors caused by instability that occurs when However, in the method described above, errors will occur as a result of changes in mechanical vibrations within the excited part of the container wall at different locations of the interface in the container. These errors are eliminated when the method of controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface in the container is achieved through the use of the apparatus of FIG. With this method, a section 9 of the wall 4 of the container 5 is periodically excited by a pulsed wave 2 of acoustic vibrations. The spectrum of this pulse wave 2 is the vibration part 9 of the wall 4.
Medium 6 in different positions with respect to (Fig. 13)
Container 5 having an interface 8 (FIG. 1) between and 7
The frequency range is selected from a range exceeding the frequency range of the mechanical vibration 10 of the wall 4. The broad spectrum pulse formed by waveform shaper 45 and passed through power amplifier 46 is
Acts on transmitter 1. These pulses have the form of rectangular video pulses with duration τ 0 , which duration is determined by relation (10). As a result, the transmitter 1 emits into the acoustic conductor 3 a series of ultrasonic vibrations containing all the different frequencies of the mechanical vibrations in the wall 4 with the interface 8 (FIG. 1) in different positions. do. The pulse signals of the receiver 12 are composed of electrical oscillations filling said pulse signals (the shape of these electrical signals is similar to the received pulsed sound waves 13) depending on the position of the interface 8 (FIG. 1) to be controlled. It has an amplitude. The pulse signal is then converted into a sound wave 13 (FIG. 13) by the receiver, that is, the acoustic conductor 11.
from the mechanical vibrations 10 entering the area of the contact area 19 of the . On the other hand, the frequency of electric vibration is
The medium 16 (13th
It depends on the format shown in Figure). Said frequency is recorded in a block 47 for measuring the frequency of the electrical signal, and the signal is fed from the receiver 12 via the amplifier 15 to the block 47.
The frequency measured in this way is
) is above or below the vibrating portion 9 of the wall 4 (FIG. 13) of the container 5, when the liquid form (e.g.
(characterized by the value of its acoustic impedance). The information signal is shaped from the pulse signal of the receiver 12 in a waveform shaper 31 for shaping the information electrical signal. This pulse signal is fed to the waveform shaper 31 via the amplifier 15. The amplitude of the information signal thus shaped is proportional to the amplitude of the pulse signal. The reference electrical signal is shaped from the video pulse obtained at the output of the power amplifier 46 in a waveform shaper 29 . The reference signal and the information electrical signal pass to a comparison block 30. The output signal of block 30 is connected to the controlled interface 8 (first
) and recorder 17 (13th
(Figure). Embodiments of the method described above effectively reduce the effects of frequency changes in mechanical vibrations caused by different positions of the controlled interface. and,
Secondary control of the liquid morphology can be achieved when the cross section of the excited wall section is constant. However, errors occur when the cross section changes considerably, causing a change in the frequency of mechanical vibrations within a wider range than changes in the interface in the container. These errors are reduced when a method of controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface is achieved in the apparatus shown in FIG. With this method, a section 9 of the wall 4 of the container 5 is periodically excited by a pulse wave 2 of acoustic vibrations.
The relevant width of the spectrum of this pulsed wave is then chosen according to relationship (11) to be equal to or exceed the relevant variation in the thickness of the vibrating portion 9 of the wall 4 of the container 5. This corresponds to acoustic conductors 3 and 1
1 is molten crystal, porcelain, silicon, glass, lead, tin, lead-tin alloy, etc., and the acoustic impedance is 0.3 of the acoustic impedance of the sound wave emitter 1 and receiver 12.
This is achieved by manufacturing the product within the range of 1.7 to 1.7. The materials from which the acoustic conductors are made are shown in Table 2. Such a design of the acoustic conductors 3 and 11 correspondingly widens the boundaries of the radiation and reception spectrum of the waves 2 and 13 of acoustic vibrations and provides acoustic damping of the transmitter 1 and the receiver 12. Regarding the acoustic impedance of the transmitter 1 and receiver 12,
Depends on the material of the acoustic conductor. acoustic conductors 3 and 1
A reduction in acoustic impedance of 1 reduces the spectral width. The type of material of the acoustic conductors 3 and 11 and their respective impedances (see Table 2) are chosen according to the spectral width required by relation (11). The method described above provides interface and liquid type control when the interface is located above or below the excited vessel wall section (in the case of gas-liquid devices, the interface is above the section). However, control errors occur due to temperature changes. The value of the error is determined primarily by the temperature, which depends on the wave propagation velocity of the acoustic vibrations in the acoustic conductor. The temperature error is shown in Figures 3 to 13.
It has an acoustic conductor as shown in FIGS. 4 to 20. It can be substantially removed by using devices to control the gas-liquid or liquid-liquid interface. A reduction in temperature errors is achieved in that the acoustic conductors 3 and 11 are made on the basis of aqueous solutions of alcohols, alkalis, acids or inorganic acid salts. These materials absorb sound waves at temperature t2,13
depends almost quadratically on the propagation speed c 3 , c 3 = c 3 max [1-(t-t 0 ) 2 ] ...(22) where, c 3 max: t = t The maximum propagation velocity of waves 2, 13 in an aqueous solution at 0 . becomes. The concentration q of the aqueous solution is the maximum value of the propagation velocity c 3 max
is chosen such that it lies in the region of the average temperature t 0 of the wall 4 of the container 5. As a result, the speed of the sound waves in the acoustic conductor 3 changes very little over the operating temperature range. For example, if the temperature change is ±20 of its mean value t 0
℃, the speed does not change by more than 0.6%. This improves the accuracy of interface control. The method of controlling the gas-liquid or liquid-liquid interface in the container achieved by the apparatus of FIGS. Non-contact automatic control of interfaces in containers can be carried out very effectively in various technological processes in other industries.
第1図は容器の側壁表面に装着された本発明に
よる音波発信器と音波受信器を備えた単層容器の
概略図、第2図は槽壁を断面図で示した第1図に
図示の構成の上面図、第3図は第1実施例の音響
導体を備えた単層容器における気―液界面または
液―液界面を制御するための本発明装置の説明
図、第4図は第2実施例の音波伝導器により容器
壁に装着された音波発信器の断面説明図、第5図
は第4図の構成の側面説明図、第6図は第3実施
例の音響導体により容器壁に装着された音波発信
器の断面説明図、第7図は第6図の構成の側面説
明図、第8図は第4実施例の音響導体により容器
に装着された音波発信器の断面説明図、第9図は
第8図の構成の側面説明図、第10図は基準信号
を電気的に処理する電子回路チヤンネルを備えた
第3図に図示の装置と同様の本発明装置の説明
図、第11図は第5実施例の音響導体を備え、基
号信号を処理するための電気―音響チヤンネルを
備えた第3図に図示の装置と同様の本発明装置の
説明図、第12図は第6実施例の音響導体を備
え、基準信号を処理するための電気―音響チヤン
ネルを備えた第3図に図示の装置と同様の本発明
装置の説明図、第13図はパルス励振音波を発生
する電気回路を備えた第3図に図示の装置と同様
の本発明装置の説明図、第14図は第7実施例の
音響導体により容器壁に装着された音波発信器の
断面説明図、第15図は第8実施例の音響導体に
より容器壁に装着された音波発信器の断面説明
図、第16図は第9実施例の音響導体により容器
壁に装着された音波発信器の断面説明図、第17
図は第10実施例の音響導体により容器壁に装着さ
れた音波発振器の断面説明図、第18図は第11実
施例の音響導体により容器壁に装着された音波発
信器の断面説明図、第19図は第12実施例の音響
導体により容器壁に装着された音波発信器の断面
説明図、第20図は第13実施例の音響導体により
容器壁に装着された音波発信器の断面説明図であ
る。
1…音波発信器、2…音波、3…音響導体、4
…単層容器壁、5…単層容器、8…界面、9…壁
4の区画、10…機械的振動波、11…音響導
体、12…音波受信器、13…音波、14…電気
振動発生器、15…電気振動信号増幅器、17…
電気振動振幅記録器、18…音響導体3,11の
実効面、19…音響導体3,11の接触面、2
2,23…音響導体3,11の部分、24…部分
22,23間接触面、29…基準電気信号成形
器、30…情報電気信号を基準電気信号と比較す
る比較器、31…情報電気信号成形器、32…音
響導体3,11の実効面、33…音波発信器、3
4,36…音波、37…電気振動信号増幅器、3
8…機械的振動波、39…音響導体3,11の反
射面、42,43…電気信号選択器、44…選択
パルス成形器、45…広域スペクトル電気パルス
成形器、46…電気パルス電力増幅器、47…電
気信号周波数測定器。
FIG. 1 is a schematic diagram of a single-layer container equipped with a sonic transmitter and a sonic receiver according to the present invention attached to the side wall surface of the container, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the tank wall shown in FIG. A top view of the configuration, FIG. 3 is an explanatory diagram of the device of the present invention for controlling the gas-liquid interface or liquid-liquid interface in a single-layer container equipped with the acoustic conductor of the first embodiment, and FIG. A cross-sectional explanatory diagram of a sonic wave transmitter attached to a container wall using the acoustic conductor of the embodiment, FIG. 5 is a side explanatory diagram of the configuration of FIG. 4, and FIG. 7 is an explanatory side view of the configuration of FIG. 6; FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of the sonic transmitter attached to the container by the acoustic conductor of the fourth embodiment; 9 is an explanatory side view of the configuration of FIG. 8; FIG. 10 is an explanatory diagram of an apparatus of the present invention similar to the apparatus shown in FIG. 3, which is equipped with an electronic circuit channel for electrically processing a reference signal; FIG. 11 is an explanatory diagram of a device according to the present invention, which is similar to the device shown in FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram of a device according to the invention similar to the device shown in FIG. 3, comprising an acoustic conductor of the sixth embodiment and an electro-acoustic channel for processing a reference signal; FIG. FIG. 14 is an explanatory diagram of a device of the present invention similar to the device shown in FIG. 3, which is equipped with an electric circuit; FIG. The figure is an explanatory cross-sectional view of a sonic wave transmitter attached to the container wall by the acoustic conductor of the eighth embodiment, and FIG. 17th
18 is a cross-sectional explanatory diagram of a sonic wave oscillator attached to the container wall using an acoustic conductor according to the 11th embodiment, and FIG. Fig. 19 is a cross-sectional explanatory diagram of a sonic wave transmitter attached to the container wall by the acoustic conductor of the 12th embodiment, and Fig. 20 is a cross-sectional explanatory diagram of the sonic wave transmitter attached to the container wall by the acoustic conductor of the 13th embodiment. It is. 1...Sound wave transmitter, 2...Sound wave, 3...Acoustic conductor, 4
...Single layer container wall, 5...Single layer container, 8...Interface, 9...Division of wall 4, 10...Mechanical vibration wave, 11...Acoustic conductor, 12...Sound wave receiver, 13...Sound wave, 14...Electric vibration generation instrument, 15... electric vibration signal amplifier, 17...
Electrical vibration amplitude recorder, 18... Effective surface of acoustic conductors 3, 11, 19... Contact surface of acoustic conductors 3, 11, 2
2, 23... Portions of acoustic conductors 3, 11, 24... Contact surface between portions 22, 23, 29... Reference electrical signal shaper, 30... Comparator for comparing information electrical signal with reference electrical signal, 31... Information electrical signal Shaper, 32... Effective surface of acoustic conductors 3, 11, 33... Sound wave transmitter, 3
4, 36...Sound wave, 37...Electric vibration signal amplifier, 3
8... Mechanical vibration waves, 39... Reflective surfaces of acoustic conductors 3 and 11, 42, 43... Electric signal selector, 44... Selection pulse shaper, 45... Broad spectrum electric pulse shaper, 46... Electric pulse power amplifier, 47...Electrical signal frequency measuring device.
Claims (1)
面を検査するための方法であつて、前記単層容器
の壁に接した音響導体を介して励起することによ
り所定角度を以つて前記容器に対し音響振動波を
導入し、その一部が前記容器壁に沿つて伝播する
機械的振動(ラム波)に変換されて前記導入点か
ら所定距離だけ離れた点で前記機械的振動から発
生されたものとして受信され、この受信波の振幅
が被監視界面を予測するのに役立つようにした方
法において、前記導入点では発散波または収歛波
が与えられ、この波の最大導入角θ1および最小
導入角θ2は次式により選定されることを特徴と
する単層容器における気―液界面または液―液界
面を検査する方法。 sinθ1/sinθ2C1/C2 ここでθ1,θ2は容器壁の波導入点に直角な
面内における音響振動波の伝播方向に関するもの
であり、C1,C2は発散または集束する音響振動
波によつて励起される壁領域内における機械的振
動(ラム波)の最高および最低伝播速度である。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
前記容器壁部分内部の機械的振動がさらに2次音
波により相乗的に励振されており、前記2次音波
により励振されている機械的振動の減衰が1次音
波により励振されている機械的振動の減衰と異な
るように別個に減衰し、前記1次音波と2次音波
により励振された機械的振動の振幅の相関関係に
より界面状態が検知されることを特徴とする方
法。 3 特許請求の範囲第1または2項の何れかに記
載の方法において、前記容器壁部分が音響振動パ
ルス波により周期的に励振され、前記励振されて
いる容器壁部分に関し異なる位置に界面が存在し
ているとき前記パルス波スペクトルが前記容器壁
の機械的振動(ラム波)の周波数範囲を越えた周
波数範囲から選ばれており、前記界面が前記励振
されている容器壁部分よりも上方あるいは下方に
位置しているとき前記パルス波の所要周波数が液
体の種類を確認できるようにさらに決定されてい
ることを特徴とする方法。 4 特許請求の範囲第2項記載の方法において、
前記容器壁部分が音響振動パルス波により周期的
に励振され、前記パルス波スペクトルの相対幅が
励振されている容器壁部分の厚さの相対変化に等
しいかそれより大きく選ばれていることを特徴と
する方法。 5 電気振動発生器14に結合され且つ接触面1
9が容器5の壁4の外面に接触する傾斜した音響
導体3の実効面18上に固定された音響振動波2
の発生器1、接触面19が前記容器の外面に接触
する第2の傾斜した音響導体を具え、前記壁を介
して伝わよる機械的振動10から生じる音響振動
波13の受信器12を有し且つ記録器17に接続
される前記受信器12の電気信号用増幅器15の
電気的に接続されてなる装置において、音響導体
3および11は2つの部材22および23により
構成され、これら部材の各々は音響振動波2およ
び音響波13の伝播速度が互いに他と異なる物質
により形成され、また前記部材22,23は円筒
状接触面24を有し、この面24の対称軸は音響
振動波2の発生器1および音響波13の受信器1
2の各軸に平行であり、しかも前記面24の半径
Rは次死により定められる気―液界面または液―
液界面を検査するための装置。 RC1+C2/C4+C5・|C4−C5/C1−
C2|Acotθ ここでC1,C2は音響振動波2によつて励起さ
れた容器5の壁4の領域9内における機械的振動
10の伝播最高速度および最低速度、C4,C5は
音響導体3および11の独立部分22,23内に
おける波13の音響振動波2の伝播速度、Aは容
器5の壁4内で励起された機械的振動10が伝播
する方向に延びる実効面18に直角な平面内の音
響導体3,11の実効面18の長さ、θは傾斜し
た音響導体3,11の有効領域18と接触領域1
9との間の角度に等しい波導入角で、音響振動波
2および音響波13は発散性でも集束性でもよ
い。 6 特許請求の範囲第5項記載の装置において、
前記よう機壁4の断面厚が一様でない場合に前記
音響導体3,11が関係式 R≦C1+C2/2(C1−C2)・Acotθにより決定
される曲率半 径Rを有する円筒形実効面18を備え、音波発信
器1と音波受信器12が前記音響導体3,11の
円筒形実効面18と合致する相補形実効面を有す
るように構成され、これにより音波2および音波
13の発散あるいは収歛が確実に行なわれること
を特徴とする装置。 7 特許請求の範囲第5項記載の装置において、
前記実効面18の法線と容器壁4に励振されてい
る機械的振動波10の伝播方向に一致する線を通
過する平面における音響導体3,11の実効面1
8の長さAが関係式 A≦K・|C1+C2/C1−C2|・λcotθにより
決定され、 ここにKは音響導体3,11の実効面18の形状
により定まる係数定数、λは音響導体3,11に
おける音波2,13の波長であり、音響導体3,
11の実効面18と接触面19間の最小距離
Hminが関係式 Hmin>A2/λcosθにより決定され、これにより音 波2,13の発散あるいは収歛が確実に行なわれ
ることを特徴とする装置。 8 特許請求の範囲第5項乃至第7項の何れかに
記載の装置において、容器壁4の部分9が音波2
によりさらに相乗的に励振される場合に、音響導
体3,11が接触面19と角度γを成す第2の実
効面32を有し、前記角度γが関係式 γ=sin-1C3/C6により決定され、ここにC3は音響
導 体3,11の機械的振動波伝播速度、またC6は
容器壁4の部分9内部に重複励振されている機械
的振動波38の伝播速度であり、各音響導体3,
11の前記第2の実効面32に音波34の第2の
音波発信器33と音波36の第2の音波受信器3
5が装着されており、前記第2の音波発信器33
は音波2の第1の音波発信器1と共に電気振動発
生器14に結合されており、前記第2の音波受信
器35は第2の電気振動信号増幅器37の入力に
結合されており、前記第2の増幅器の出力は基準
電気信号成形器29の入力に結合されており、前
記成形器29の出力は情報電気信号を基準電気信
号と比較する比較器30の入力に結合されてお
り、前記比較器30の他方の入力は情報電気信号
成形器31の出力に結合されており、前記成形器
31の入力は第1の電気振動信号増幅器15の出
力に結合されており、前記情報電気信号を基準電
気信号と比較する比較器30の出力は電気振動振
幅記録器17の入力に結合されていることを特徴
とする装置。 9 特許請求の範囲第8項記載の装置において、
前記音響導体3,11の第1の実効面18と第2
の実効面32を接触面19上に当影したときの実
効面中心間距離Eが関係式E=H1tanθ−H2tanr
により決定され、ここにH1とH2は音響導体3,
11の接触面19からそれぞれ第1の実効面18
の中心および第2の実効面32の中心までの距離
であることを特徴とする装置。 10 特許請求の範囲第5項記載の装置におい
て、前記容器壁4の部分9が音波34により相乗
的に励振される場合に、音響導体3,11がそれ
ぞれの実効面18と角度βを成す反射面39を有
し、前記角度βが関係式β=π/2−(θ−sin-1C3
/C6) により決定され、ここに、C3は音響導体3,1
1の機械的振動波伝播速度またC6は容器壁4の
部分9内部に重複励振されている機械的振動波3
8の伝播速度であり、電気振動信号増幅器15の
出力が第1と第2の2つの電気回路に結合されて
おり、前記第1の電気回路の入力が電気信号を選
択する選択器42の入力であり選択器42の被制
御入力が選択パルス成形器44の第1の出力に結
合されており選択器42の出力が情報電気信号成
形器31の入力に結合されており情報電気信号成
形器31の出力が情報電気信号を基準電気信号と
比較する比較器30の入力に結合されており、前
記第2の電気回路の入力が電気信号を選択する第
2の選択器43の入力であり選択器43の被制御
入力が選択パルス成形器44の第2の出力に結合
されており選択器43の出力が基準電気信号成形
器29の入力に結合されており基準電気信号成形
器29の出力が前記比較器30の第2の入力に結
合されており、前記比較器30の出力が電気信号
振幅記録器17に結合されており、選択パルス成
形器44の入力がパルス振幅変調された振動波の
発生器として使用されている電気振動発生器14
の出力に結合されていることを特徴とする装置。 11 特許請求の範囲第5,6または7項の何れ
かに記載の装置において、前記容器壁4の部分9
が音響振動波のパルス波により励振される場合
に、電気振動発生器14が広域スペクトル電気パ
ルス成形器45と電気パルスを電力増幅する電力
増幅器46とを含み、前記増幅器46の入力は成
形器45の出力に結合されており、前記増幅器4
6の出力は基準電気信号成形器29の入力に結合
された電気振動発生器14の出力になつており、
成形器29の出力は情報電気信号を基準電気信号
と比較する比較器30の第1の入力に結合されて
おり、前記比較器30の出力は電気信号振幅の記
録器17の入力に結合されており、前記比較器3
0の第2の入力は情報電気信号成形器31の出力
に結合されており、前記成形器31の入力は電気
信号増幅器15の出力に結合されており、前記増
幅器15の出力は電気信号周波数測定器47の入
力に結合されていることを特徴とする装置。 12 特許請求の範囲第10項記載の装置にお
い、前記音響導体3,11が溶融石英、磁器、シ
リカガラス、鉛、スズ、または鉛―スズ合金によ
り作られ、これら材料の音響インピーダンスが音
波2の音波発信器1および音波13の音波受信器
12の音響インピーダンスを有していることを特
徴とする装置。 13 特許請求の範囲第5項乃至第10項の何れ
かに記載の装置において、前記音響導体3,11
がアルコール、アルカリ、酸または無機酸塩の水
溶液を含むものとして構成され、前記溶液が溶液
中の音波2,34,13,36の伝播速度に依存
したほぼ放物線温度特性を有し、前記溶液の濃度
は音波2,34,13,36の伝播速度の最大値
が容器壁4の平均温度の範囲内に存在するように
選ばれていることを特徴とする装置。[Scope of Claims] 1. A method for inspecting a gas-liquid interface and a liquid-liquid interface in a single-layer container, the method comprising: an acoustic vibration wave is introduced into the container, a part of which is converted into mechanical vibration (Lamb wave) that propagates along the container wall, and the vibration wave is transmitted to the machine at a point a predetermined distance away from the introduction point. in such a way that the amplitude of this received wave serves to predict the monitored interface, the point of introduction is a diverging or converging wave, and the maximum of this wave is A method for inspecting a gas-liquid interface or a liquid-liquid interface in a single-layer container, characterized in that the introduction angle θ 1 and the minimum introduction angle θ 2 are selected according to the following formula. sin θ 1 /sin θ 2 C 1 /C 2 where θ 1 and θ 2 are related to the propagation direction of the acoustic vibration wave in the plane perpendicular to the wave introduction point on the container wall, and C 1 and C 2 are the divergence or convergence. are the highest and lowest propagation velocities of mechanical vibrations (Lamb waves) in the wall region excited by acoustic vibration waves. 2. In the method described in claim 1,
The mechanical vibrations inside the container wall portion are further synergistically excited by secondary sound waves, and the damping of the mechanical vibrations excited by the secondary sound waves causes the mechanical vibrations excited by the primary sound waves to be damped. A method characterized in that the interfacial state is detected by a correlation between the amplitudes of mechanical vibrations excited by the primary and secondary sound waves, which are separately attenuated in a manner different from attenuation. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the container wall portion is periodically excited by an acoustic vibration pulse wave, and interfaces exist at different positions with respect to the excited container wall portion. when the pulse wave spectrum is selected from a frequency range exceeding the frequency range of mechanical vibrations (Lamb waves) of the container wall, and the interface is located above or below the portion of the container wall being excited. The method characterized in that the required frequency of the pulse wave is further determined such that the type of liquid can be confirmed when the pulse wave is located at . 4. In the method described in claim 2,
characterized in that the container wall section is periodically excited by an acoustic vibration pulse wave, and the relative width of the pulse wave spectrum is selected to be equal to or greater than the relative change in the thickness of the container wall section being excited. How to do it. 5 coupled to the electric vibration generator 14 and contact surface 1
Acoustic vibration waves 2 fixed on the effective surface 18 of the inclined acoustic conductor 3 whose 9 contacts the outer surface of the wall 4 of the container 5
a generator 1, comprising a second inclined acoustic conductor whose contact surface 19 is in contact with the outer surface of the container, and comprising a receiver 12 of acoustic vibration waves 13 resulting from mechanical vibrations 10 transmitted through the wall. In a device in which the electrical signal amplifier 15 of the receiver 12 is electrically connected to the recorder 17, the acoustic conductors 3 and 11 are constituted by two members 22 and 23, each of which has a The members 22, 23 are formed of materials in which the propagation velocities of the acoustic vibration waves 2 and the acoustic waves 13 are different from each other, and the members 22, 23 have a cylindrical contact surface 24, the axis of symmetry of which is the direction in which the acoustic vibration waves 2 are generated. receiver 1 and acoustic wave 13
2, and the radius R of the surface 24 is defined by the gas-liquid interface or liquid-
Equipment for inspecting liquid surfaces. RC 1 +C 2 /C 4 +C 5・|C 4 -C 5 /C 1 -
C 2 |Acotθ where C 1 and C 2 are the maximum and minimum propagation velocities of the mechanical vibration 10 in the region 9 of the wall 4 of the container 5 excited by the acoustic vibration wave 2, and C 4 and C 5 are The propagation velocity of the acoustic vibration wave 2 of the wave 13 in the independent parts 22, 23 of the acoustic conductors 3 and 11, A, on the effective surface 18 extending in the direction in which the mechanical vibrations 10 excited in the wall 4 of the container 5 propagate. The length of the effective surface 18 of the acoustic conductors 3, 11 in the perpendicular plane, θ is the effective area 18 of the inclined acoustic conductor 3, 11 and the contact area 1
With a wave introduction angle equal to the angle between 9 and 9, the acoustic vibration waves 2 and 13 can be divergent or convergent. 6. In the device according to claim 5,
When the cross-sectional thickness of the machine wall 4 is not uniform as described above, the acoustic conductors 3 and 11 are cylindrical with a radius of curvature R determined by the relational expression R≦C 1 +C 2 /2 (C 1 −C 2 )・Acot θ A shaped effective surface 18 is provided, and the sound wave transmitter 1 and the sound wave receiver 12 are configured in such a way that the sound wave transmitter 1 and the sound wave receiver 12 have a complementary shape effective surface that coincides with the cylindrical effective surface 18 of the acoustic conductors 3, 11, so that the sound waves 2 and 13 A device characterized in that the divergence or convergence of is reliably performed. 7. In the device according to claim 5,
The effective surface 1 of the acoustic conductors 3, 11 in a plane passing through a line that coincides with the normal to the effective surface 18 and the propagation direction of the mechanical vibration wave 10 excited in the container wall 4.
8 is determined by the relational expression A≦K・|C 1 +C 2 /C 1 −C 2 |・λcotθ, where K is a coefficient constant determined by the shape of the effective surface 18 of the acoustic conductors 3 and 11, λ is the wavelength of the sound waves 2, 13 in the acoustic conductors 3, 11;
Minimum distance between effective surface 18 and contact surface 19 of 11
A device characterized in that Hmin is determined by the relational expression Hmin>A 2 /λcosθ, whereby the sound waves 2 and 13 are reliably diverged or converged. 8. In the device according to any one of claims 5 to 7, a portion 9 of the container wall 4 receives a sound wave 2.
When the acoustic conductors 3 , 11 are further synergistically excited by 6 , where C 3 is the propagation velocity of the mechanical oscillatory waves in the acoustic conductors 3, 11 and C 6 is the propagation velocity of the mechanical oscillatory waves 38 which are repeatedly excited inside the section 9 of the container wall 4. , each acoustic conductor 3,
A second sound wave transmitter 33 of sound waves 34 and a second sound wave receiver 3 of sound waves 36 are provided on the second effective surface 32 of 11.
5 is attached, and the second sound wave transmitter 33
is coupled to the electric vibration generator 14 together with the first sound wave emitter 1 of the sound wave 2, said second sound wave receiver 35 is coupled to the input of a second electric vibration signal amplifier 37, and said second sound wave receiver 35 is coupled to the input of a second electric vibration signal amplifier 37 The output of the amplifier 2 is coupled to the input of a reference electrical signal shaper 29, the output of said shaper 29 being coupled to the input of a comparator 30 for comparing the information electrical signal with the reference electrical signal, said comparing The other input of the device 30 is coupled to the output of an information electrical signal shaper 31, and the input of the shaper 31 is coupled to the output of the first electrical vibration signal amplifier 15, and the information electrical signal is referenced to the output of the first electrical vibration signal amplifier 15. Device characterized in that the output of the comparator 30, which is compared with the electrical signal, is coupled to the input of the electrical vibration amplitude recorder 17. 9. In the device according to claim 8,
The first effective surface 18 and the second effective surface of the acoustic conductors 3, 11
The distance E between the centers of the effective surfaces when the effective surface 32 of
where H 1 and H 2 are acoustic conductors 3,
11 contact surfaces 19 to a respective first effective surface 18
and the center of the second effective surface 32. 10. The device according to claim 5, in which when the section 9 of the container wall 4 is excited synergistically by a sound wave 34, the acoustic conductors 3, 11 undergo a reflection forming an angle β with the respective effective surface 18. The angle β is expressed by the relational expression β=π/2−(θ−sin −1 C 3
/C 6 ), where C 3 is the acoustic conductor 3,1
The mechanical vibration wave propagation velocity of 1 or C 6 is the mechanical vibration wave 3 which is repeatedly excited inside the part 9 of the container wall 4.
8, the output of the electrical vibration signal amplifier 15 is coupled to two electrical circuits, a first and a second electrical circuit, the input of said first electrical circuit being the input of a selector 42 for selecting electrical signals. and a controlled input of selector 42 is coupled to a first output of selection pulse shaper 44, an output of selector 42 is coupled to an input of information electrical signal shaper 31, and information electrical signal shaper 31. The output of the second electrical circuit is coupled to the input of a comparator 30 for comparing the information electrical signal with a reference electrical signal, and the input of said second electrical circuit is the input of a second selector 43 for selecting the electrical signal. A controlled input of 43 is coupled to a second output of a selection pulse shaper 44 and an output of selector 43 is coupled to an input of a reference electrical signal shaper 29 such that the output of the reference electrical signal shaper 29 is a second input of a comparator 30, the output of said comparator 30 being coupled to an electrical signal amplitude recorder 17, and an input of a selective pulse shaper 44 for generating a pulse amplitude modulated oscillatory wave. Electric vibration generator 14 used as a device
A device characterized in that it is coupled to an output of. 11. A device according to any one of claims 5, 6 or 7, in which the portion 9 of the container wall 4
The electric vibration generator 14 includes a broad spectrum electric pulse shaper 45 and a power amplifier 46 for power amplifying the electric pulse when the electric pulse is excited by a pulse wave of an acoustic vibration wave, and the input of the amplifier 46 is connected to the shaper 45. is coupled to the output of said amplifier 4.
The output of 6 is the output of the electric vibration generator 14 coupled to the input of the reference electric signal shaper 29,
The output of the shaper 29 is coupled to a first input of a comparator 30 for comparing the information electrical signal with a reference electrical signal, the output of said comparator 30 being coupled to the input of the electrical signal amplitude recorder 17. The comparator 3
0 is coupled to the output of an information electrical signal shaper 31, the input of said shaper 31 is coupled to the output of an electrical signal amplifier 15, the output of said amplifier 15 is an electrical signal frequency measuring 47. 12. The device according to claim 10, wherein the acoustic conductors 3, 11 are made of fused silica, porcelain, silica glass, lead, tin, or a lead-tin alloy, and the acoustic impedance of these materials is such that the acoustic impedance of the sound wave 2 is A device characterized in that it has an acoustic impedance of a sound wave transmitter 1 and a sound wave receiver 12 of the sound waves 13. 13. In the device according to any one of claims 5 to 10, the acoustic conductor 3, 11
comprises an aqueous solution of an alcohol, alkali, acid or inorganic acid salt, said solution having approximately parabolic temperature characteristics dependent on the propagation velocity of the acoustic wave in the solution, Device characterized in that the concentration is selected such that the maximum value of the propagation velocity of the sound waves 2, 34, 13, 36 lies within the range of the average temperature of the container wall 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8282476A JPS539150A (en) | 1976-07-12 | 1976-07-12 | Method of and apparatus for inspecting boundaries between gas and liquid or between liquid and liquid in single molecule layer storing tank |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8282476A JPS539150A (en) | 1976-07-12 | 1976-07-12 | Method of and apparatus for inspecting boundaries between gas and liquid or between liquid and liquid in single molecule layer storing tank |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS539150A JPS539150A (en) | 1978-01-27 |
JPS628726B2 true JPS628726B2 (en) | 1987-02-24 |
Family
ID=13785140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8282476A Granted JPS539150A (en) | 1976-07-12 | 1976-07-12 | Method of and apparatus for inspecting boundaries between gas and liquid or between liquid and liquid in single molecule layer storing tank |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS539150A (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5140281A (en) * | 1974-09-28 | 1976-04-03 | Tajima Kasei Kk | BUNRISHINOMOCHIITATAMABUCHITSUKYOKIPPONTAI NO SEISAKUHOHO |
SE445262B (en) * | 1980-10-29 | 1986-06-09 | Brajnandan Sinha | DEVICE FOR SEALING AND INDICATING THE FLUIDUM LEVEL IN KERL |
JPS5788327A (en) * | 1980-11-19 | 1982-06-02 | Besutoooberu Moburii Ltd | Liquid level detector |
JPS5912952U (en) * | 1982-07-15 | 1984-01-26 | リンナイ株式会社 | Bath pot with dry heating prevention device |
JPS5912953U (en) * | 1982-07-15 | 1984-01-26 | リンナイ株式会社 | Bath pot with water level detection device |
JPS59214717A (en) * | 1983-05-21 | 1984-12-04 | Chugoku X Sen Kk | Liquid-level measuring method in hollow body |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4834562A (en) * | 1971-09-06 | 1973-05-19 |
-
1976
- 1976-07-12 JP JP8282476A patent/JPS539150A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4834562A (en) * | 1971-09-06 | 1973-05-19 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS539150A (en) | 1978-01-27 |
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