JP2014511485A - 液体の充填レベルを測定する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、超音波を用いてタンク（２）内の液体の充填レベルを測定するための装置に関する。この装置は、ケーシング（３）からなり、このケーシング（３）には、ボード（５）およびエネルギ蓄積器（６）に接続されている圧電プレート（４）が設けられている。上記のケーシング（３）には表示ユニット（８）が配置されている。上記の圧電プレート（４）には、前記タンク（２）側を向いた面に伸縮性材料からなる層（１１）が取り付けられている。

Description

本発明は、超音波を用いてタンク内の液体の充填レベルを測定するための装置に関しており、この装置は、ケーシングからなり、このケーシングには、ボードおよびエネルギ蓄積器に接続されている圧電プレートが設けられており、かつ、表示ユニットが配置されている。

液体の充填レベルを測定するための装置は、多種多様なものが公知である。充填レベルの測定には種々異なる方法があり、フロートを用いた機械式の充填レベル測定、導電率を求めることによる測定、容量式の測定、光学的の測定などがある。ここで考察する充填レベル測定のタイプは、超音波を用いた充填レベルの測定である。ここでは、１つのセンサから送信した超音波パルスが反射される。反射されたこの信号は、上記のセンサによって検出される。上記の信号の測定した走行時間から、各媒体の充填レベルが得られるのである。

超音波を用いて液体の充填レベルを測定する公知の装置では一般的に、各タンクに装置が固定に取り付けられる。取り付け点はふつうタンクの上側面に設けられる。そこから超音波信号が、タンク内にある液体に向かって送信され、信号の反射から充填レベルが求められる。さらに、上記の装置をタンクの下側面に設けることも可能である。この場合にも同じ測定原理が使用される。これらの公知の装置において不利であるのは、装置を取り付けるための付加的なコストである。さらに装置をポータブルに使用することはできない。このことは、一般的にユーザが充填することはなく完全に交換しなければならない充填量の少ないタンクにおいて殊に不利であることがわかっている。これに挙げられるのは、例えば、キャンピング用のガスボンベにおける充填レベル測定である。このようなガスボンベでは上記の装置の固定の取り付けは、コストが高くなるために容認され得るものではない。

本発明はこの点を解決しようとするものである。本発明の課題は、超音波を用いてタンク内の液体の充填レベルを測定するつぎのような装置を提供することであり、この装置では各タンクにおける固定の取り付けは不要であり、ポータブルの使用を可能とし、さらにこの装置は簡単に構成される。本発明によれば、この課題は、圧電プレートのタンク側を向いた面に伸縮性のある材料からなる層を取り付けることによって解決される。

本発明によれば、超音波を用いてタンク内の液体の充填レベルを測定するための装置が得られ、ここでこの装置は、各タンクに固定に取り付ける必要はない。これは、伸縮性材料からなる層を配置構成することにより、各タンクに気密に配置できることによって得られ、これによって信頼性の高い超音波測定が可能になる。これは、公知の超音波測定装置では一般的に、各タンクに持続的に取り付ける際に技術的に高いコストを伴うことによってのみ可能である。これに対して本発明による装置は、移動式の取り扱いが可能である。この結果、各ガスタンクのユーザには、必要時にだけ上記の装置を各タンクに取り付けて液レベルを求めるという可能性が得られるのである。殊にキャンプ分野用のガスボンベでは、液レベルは、これまでガスボンベの重さをはかるか、ガスボンベを持ち上げて揺することによって求めることができた。本発明による装置により、信頼性が高くかつ簡単に充填レベルを測定できる可能性が得られる。

上記の表示ユニットは有利にはＬＥＤライトによって構成される。ＬＥＤライトを使用することにより、第１には適切かつ信頼性の高い表示が得られ、第２にはＬＥＤライトのエネルギ所要量は少ないため、装置の機能持続時間が延びるのである。

上記のケーシングは有利には、ばねの力に抗して互いに望遠鏡の筒式に運動可能な２つの部分から構成される。ケーシングを２つの部分から構成することにより、また望遠鏡の筒式に運動可能に配置構成することによってさらに、取り扱いが簡単になり、構造がコンパクトになる。

本発明の発展形態では、少なくとも１つのケーシング部分は透明な材料から製造される。上記の表示ユニットは有利にはケーシングの内部に配置される。このように構成すれば、上記の表示ユニットを見えるようにするためのケーシングの付加的なのぞき窓または開口部を省略することができる。この表示ユニットの信号は、透明なケーシング部分を通して識別することができる。

本発明の別の発展形態では、上記のケーシングにおいてボードに２つの磁石が配置される。これらの磁石は、タンクに保持力を作用させるため、上記の装置をタンクに持続的に取り付けることができ、その際にこのために付加的な保持装置を設ける必要がない。上記の磁石の保持力によって同時に、上記のゴム層がタンクにしっかりと押し付けられるため、必要な音響結合が保証されるのである。

本発明の別の発展形態および実施形態は、残りの従属請求項に示されている。本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。

超音波を用いてタンク内の液体の充填レベルを測定する装置のタンク固定位置における断面図である。 超音波を用いてタンク内の液体の充填レベルを測定する、別の実施形態の装置のタンク固定位置における断面図である。 超音波を用いてタンク内の液体の充填レベルを測定する、さらに別の実施形態の装置のタンク固定位置における断面図である。

タンク２内の液体の充填レベルを測定するための実施例として選択した装置１は、超音波原理に基づいている。装置１は、プラスチック製のケーシング３からなり、このケーシング内に圧電プレート４が設けられている。プレート４はセラミックから作製されている。

上記のケーシングは、図１および２に示した実施例において２つの部分３１，３２からなり、これらはばね１２の力に抗して望遠鏡の筒式に互いに移動可能であり、ケーシング部分３１はケーシング部分３２内をガイドされる。ケーシング部分３１は、透明な材料から作製される。この実施例の変化形態では、２つのケーシング部分３１および３２を透明な材料から作製することも可能である。

図１の実施例においてケーシング部分３１とは反対側のケーシング部分３２の端部は、ねじ込み可能なカバー３３によって閉じることが可能である。ケーシング部分３２は、この場合に長円形ホール３４を有しており、この長円形ホールにおいて、ケーシング部分３１に半径方向に突出して取り付けられているピン３５がガイドされる。ピン３５は同時にケーシング部分３１および３２の取り外しに使用され、ここでこれは、ピン３５が、圧力を加えることによりケーシング部分３２の下にずれることによって行われる。ケーシング部分３２は、ケーシング部分３１から引き離すことができる。図２に示した実施例では、ケーシング部分３２は、ケーシング部分３１とは反対側の端部が閉じられて構成されている。

ケーシング部分３２の側方には、ケーシング３に沿って軸方向に延びるクリップ装置３６が設けられている。ケーシング部分３２の外部に設けられている、ケーシング部分３２とは反対側の自由端部には、圧電プレート４が配置されている。この圧電プレートは、ケーシング部分３１の自由端部の直径と等しい直径を有する。

プレート４は、ボード５に接続されている。ボード５上には評価ユニットが設けられている。さらにこのボード上には、この実施例ではＬＥＤライトによって構成される表示ユニット８が配置されている。複数のＬＥＤライトを配置することも可能である。さらにプレート４は、この実施例ではバッテリであるエネルギ蓄積器６と接触接続している。エネルギ蓄積器６は、図１に示した実施例において、ねじ込み可能なカバー３３に隣接して配置されているため、必要な場合にはエネルギ蓄積器６を簡単に交換することができる。これに対して図２に示した実施例ではエネルギ蓄積器６はボード５上に配置されており、ここでこのエネルギ蓄積器は、３つのバッテリから構成されている。この場合にはエネルギ蓄積器６を交換するために（図示しない）フラップがケーシング３に配置される。ケーシング部分３２は、この場合、ケーシング部分３１とは反対側の端部が閉じられて構成される。

プレート４のタンク２側を向いた面には伸縮性材料からなる層１１が被着されている。この層１１は、有利にはゴム層である。熱可塑性エラストマからなる層も考えられる。層１１は、層１をタンク２に載置した際に空気が侵入しないようにするため、エラーのない装置１の操作が可能である。ここではこれによって超音波測定センサに必要なドライカップリングが保証される。層１１は、この実施例の変形形態においてカップ状に構成することもでき、これによってこの層が、ケーシング部分３２とは反対側のケーシング部分３１の端部を部分的に包囲することも可能である。

ケーシング部分３１は、ボード５を介し、一方の端部においてばね１２に抗して突っ張っている。図１に示した実施例では、ばね１２は、ケーシング部分３２においてエネルギ蓄積器６に接している。これに対し、図２に示した実施例では、ばね１２は、ケーシング部分３２の閉じた底部に接している（図２）。ばね１２は、ここではウェストを絞ったように形成されている。ボード５は同時にウェブ状の延長部５１を有する。

図３に示した実施例では、ケーシング３は一体形に構成されており、（図示しない）フラップによってロックすることが可能である。プレート４もボード５に接続されている。ボード５は、実質的にケーシング３の全長にわたって延在している。ボード５上には評価ユニットが設けられている。さらにボード５上にはエネルギ蓄積器６が配置されており、これはここでもバッテリである。エネルギ蓄積器６もプレート４に接続されている。さらに図３の装置は、ボード５上の操作手段７を有しており、ここでこの操作手段は、この実施例において押しボタンである。別の操作手段を使用することも可能である。さらに上記のボード上には表示ユニット８が配置されており、この表示ユニットもＬＥＤライトによって構成されている。複数のＬＥＤライトを配置することも可能である。

圧電プレート４は、金属プレート１０上に配置されている。金属プレート１０により、上記の装置の送受信面が、圧電プレート４のサイズに比べて格段に拡大されるため、この送受信面も拡大される。金属プレート１０には、プレート４とは反対側を向いておりしたがってタンク２側を向いた面に伸縮性材料からなる層１１が被着されている。ゴム層１１は、装置１をタンク２に載置した際に空気が侵入しないようにするため、装置１のエラーのない操作が可能である。ここではこれによって超音波測定センサに必要な音響結合が保証される。

金属プレート１０は、ばね１２によってボード５に接続されている。ばね１２は、金属プレート１０とボート５とを高い信頼性で接続するため、送受信品質は永続的に保証される。

ケーシング３ではばね１２に隣接してボード５に２つの磁石１３が配置されている。磁石１３は、タンク２に装置１を固定するために使用される。磁石１３により、装置１をタンク２に持続的に配置することができる。

液体の充填レベルを測定するために本発明による装置１を利用する際には、複数の図に示したように装置１をタンク２の壁２１に載置する。装置１は、この位置において層１１により、大きな面積でタンク２の壁２１に接触接続する。図からわかるように、層１１と壁２１との間に空気は侵入しない。これにより、本発明による装置１の超音波測定に必要なドライ音響カップリングが得られる。これにより、超音波信号の信頼性の高い送受信が可能になる。

図１および２の実施例にしたがってタンク２の壁２１に装置１を載置した後、ユーザにより、壁２１の方向に装置に力が加えられる。この力の影響下でケーシング部３２は、ばね１２の力に抗して壁２１の方向に移動するため、ケーシング部３１はさらにケーシング部３２内に入る。侵入する深さないしは走行経路は、図１に示した実施例において、ケーシング部３２における長円形ホール３４の長さによって制限され、図２に示した実施例では、ばね１２へのウェブ５１の侵入深さによって制限される。最大の侵入深さに達すると、装置は機能しはじめる。なぜならば、この状態において装置に設けられている電流回路が閉じられるからである。図２に示した実施例ではこれは、ウェブ５１とばね１２とが接触接続することによって行われる。電流回路が閉じられることにより、圧電プレート４から音響パルスが送信される。この音響パルスは、金属プレート１０を介し、層１１ならびに壁２１を通ってタンク２に入る。これに対し、図１および２の実施例にしたがって装置１をタンク２の壁２１に載置した後、磁石１３により、タンク２における信頼性の高い配置が得られる。層１１は、磁力によってタンク２の壁２１に強く押し付けられる。

各装置１が、タンク２の液体のない領域に載置されると、音響はこのタンクによって直接反射される。したがって送信された音響パルスは、極めて短い走行時間の後、この装置の受信器によって受信される。このことは、評価ユニットを有するボード５を介し、表示ユニット８において信号によって示される。この実施例においてこのことは、設けられているＬＥＤの赤色の光信号の形態で示される。これに対し、装置１が、液体の存在する領域に載置されると、すなわち、この実施例において、参照符号２２で示した液体の充填レベルの下方に載置されると、装置１から送信される超音波信号は、液体を通して伝送される。この場合、装置１とは反対側のタンク２の壁によって音響パルスが反射され、液体を通して再度伝送されて戻り、これが装置１によって受信される。したがって、送信した信号が再び装置によって受信されるまでの走行時間は、上で述べたケースよりも格段に長いのである。受信したこれらの信号は、ボード上に設けられている評価ユニットにも転送され、この評価ユニットにより、上記の一層長い走行時間が識別される。この評価ユニットは、表示ユニット８を駆動制御し、これによってこの実施例において緑に発光するＬＥＤによって示される相応する信号をトリガする。

本発明による装置によれば、小さなタンクの液体の充填レベルも簡単に示すことできる。充填レベルの正確な決定は、装置１をタンク２の壁２１に載置し、装置１に力を加えるかないしは操作装置７をスイッチオンし、装置１を壁２１に沿って上方ないしは下方に移動することによって行われる。充填レベルに達した場合、上記の表示ユニットによって信号が変わり、これによってユーザは充填レベルがどの高さにあるかを識別する。簡単かつスペースを節約する構造に起因して、この装置はポータブルに使用することができるため、この装置は、例えばポケットにいれて持ち歩くことができ、殊にキャンプで使用する際につねに携行することができる。さらに図１および２の実施例のクリップ装置３６により、衣服のポケットに筆記用具のように装置１を付けることができる。これによって無くしてしまう危険性が低減される。

Claims (9)

1. 超音波を用いてタンク（２）内の液体の充填レベルを測定するための装置（１）であって、
   該装置は、ケーシング（３）により構成され、
   該ケーシング（３）には、ボード（５）およびエネルギ蓄積器（６）に接続されている圧電プレート（４）が設けられており、かつ、表示ユニット（８）が配置されている、装置（１）において、
   前記圧電プレート（４）には、前記タンク（２）側を向いた面に伸縮性材料からなる層（１１）が取り付けられている、
   ことを特徴とする装置（１）。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記伸縮性材料はゴムである、
   ことを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   前記伸縮性材料は、熱可塑性エラストマである、
   ことを特徴とする装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置において、
   前記表示ユニット（８）は、少なくとも１つのＬＥＤライトによって構成されている、
   ことを特徴とする装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置において、
   前記ケーシング（３）は、ばね（１２）の力に抗して互いに望遠鏡の筒式に運動可能な２つの部分（３１，３２）から構成されている、
   ことを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置において、
   少なくとも１つのケーシング部分（３１，３２）は、透明な材料から製造されている、
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置において、
   前記表示ユニット（８）は、前記ケーシング部分（３１）の内部に配置されている、
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置において、
   前記圧電プレート（４）は、金属プレート（１０）上に配置されている、
   ことを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、
   前記金属プレート（１０）と前記ボード（５）との電気接続は、ばね（１２）を介して行われる、
   ことを特徴とする装置。

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