JP2509802B2 - 音波水位計及び音波流量計 - Google Patents
音波水位計及び音波流量計Info
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- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この出願に係る発明は、音波を用
いた水位計及び流量計に関するものである。
いた水位計及び流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水位を検出すべき水面上の所定高さの位
置に音波送受波器を設置し、水面に向けて反射した音波
が水面で反射して戻って来るまでの遅延時間を測定し
て、その遅延時間に基づいて水位を検出するようにした
水位計は従来から知られている。
置に音波送受波器を設置し、水面に向けて反射した音波
が水面で反射して戻って来るまでの遅延時間を測定し
て、その遅延時間に基づいて水位を検出するようにした
水位計は従来から知られている。
【０００３】また、水槽等の容器の流出口から流出する
流量を検出するために、上記の水位計を用い、これによ
って検出した水位に基づき流量を検出する流量計の原理
も従来から知られている。図１はその流量計の原理図で
あり、容器１の上部に注水口２、下部に流出口３を設
け、音波送受波器４を両端開放の音波管５の上端に設置
し、該音波送受波器５を水面６上の所定高さに位置せし
めると共に、音波管５の下端部を水面６より低い位置に
挿入する。
流量を検出するために、上記の水位計を用い、これによ
って検出した水位に基づき流量を検出する流量計の原理
も従来から知られている。図１はその流量計の原理図で
あり、容器１の上部に注水口２、下部に流出口３を設
け、音波送受波器４を両端開放の音波管５の上端に設置
し、該音波送受波器５を水面６上の所定高さに位置せし
めると共に、音波管５の下端部を水面６より低い位置に
挿入する。
【０００４】この場合、流出口３から音波送受波器４ま
での高さＨT は既知であり、流出口３の断面積Ｓも既知
である。音波送受波器４から水面６に向けて発射された
音波が戻るまでの遅延時間を適当な計測器により計測す
ると、水面６から音波送受波器４までの高さＨS を知る
ことができる。更に、前記のＨT とＨS から水深Ｈを知
ることができる。
での高さＨT は既知であり、流出口３の断面積Ｓも既知
である。音波送受波器４から水面６に向けて発射された
音波が戻るまでの遅延時間を適当な計測器により計測す
ると、水面６から音波送受波器４までの高さＨS を知る
ことができる。更に、前記のＨT とＨS から水深Ｈを知
ることができる。
【０００５】水深Ｈと流出流量Ｑとの間には、トリチェ
リの原理により、
リの原理により、
【０００６】
【数１】
【０００７】の関係があることが知られているので、こ
れにより流量Ｑを知ることができる。
れにより流量Ｑを知ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとき音波水位
計あるいは音波流量計においては、音波の遅延時間を距
離に換算する演算手段が必要となる。この演算手段は、
遅延時間内における単位時間間隔のパルスの数を係数す
ることにより、遅延時間を距離に換算する手段がとられ
る。
計あるいは音波流量計においては、音波の遅延時間を距
離に換算する演算手段が必要となる。この演算手段は、
遅延時間内における単位時間間隔のパルスの数を係数す
ることにより、遅延時間を距離に換算する手段がとられ
る。
【０００９】この場合のパルスの間隔は、音波の通路の
長さと音速とに基づき適当な間隔に設定されるがその間
隔はパルス発生装置の精度上下限があり、その限度を超
えて細かくすることはできない。即ち、物差しの最小目
盛の間隔に一定の限度があることと同じである。このた
め、水位検出の精度を一層上げたいという要求に応える
ことができない。
長さと音速とに基づき適当な間隔に設定されるがその間
隔はパルス発生装置の精度上下限があり、その限度を超
えて細かくすることはできない。即ち、物差しの最小目
盛の間隔に一定の限度があることと同じである。このた
め、水位検出の精度を一層上げたいという要求に応える
ことができない。
【００１０】そこで、この発明は、前記のパルス間隔を
変えることなく、実際の水位変化を見掛け上拡大するこ
とにより、水位計及び流量計の検出精度を高めることを
課題とする。
変えることなく、実際の水位変化を見掛け上拡大するこ
とにより、水位計及び流量計の検出精度を高めることを
課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１に記載の発明は、水面上の所定高さに音波
送受波器を設置し、水面に向けて発射した音波が上記水
面で反射して戻るまでの遅延時間に基づき水位を検出す
るようにした水位計において、上記音波送受波器をら旋
状音波管の上端に設置し、該ら旋状音波管の開放下端を
検出すべき水面より下方に位置せしめた構成としたもの
である。
めに請求項１に記載の発明は、水面上の所定高さに音波
送受波器を設置し、水面に向けて発射した音波が上記水
面で反射して戻るまでの遅延時間に基づき水位を検出す
るようにした水位計において、上記音波送受波器をら旋
状音波管の上端に設置し、該ら旋状音波管の開放下端を
検出すべき水面より下方に位置せしめた構成としたもの
である。
【００１２】また、請求項２に記載の発明は、容器に注
水口を設けると共に、該注水口より低い位置に流出口を
設け、上記容器の水面上の所定高さの位置に音波送受波
器を設置し、水面に向けて発射した音波が水面で反射し
て戻るまでの遅延時間に基づき水位を検出し、その水位
と上記流出口の断面積に基づき流出流量を検出するよう
にした流量計において、上記音波送受波器をら旋状音波
管の上端に設置し、該ら旋状音波管の開放下端を上記容
器内に挿入した構成としたものである。
水口を設けると共に、該注水口より低い位置に流出口を
設け、上記容器の水面上の所定高さの位置に音波送受波
器を設置し、水面に向けて発射した音波が水面で反射し
て戻るまでの遅延時間に基づき水位を検出し、その水位
と上記流出口の断面積に基づき流出流量を検出するよう
にした流量計において、上記音波送受波器をら旋状音波
管の上端に設置し、該ら旋状音波管の開放下端を上記容
器内に挿入した構成としたものである。
【００１３】請求項３に記載の発明は、上記の流量計に
おいて、複数の流出口を多段状に設けた構成としたもの
である。
おいて、複数の流出口を多段状に設けた構成としたもの
である。
【００１４】
【作用】図２（ａ）に示すように、ら旋状音波管は、直
状音波管を一定角度θで傾けたものと見ることができ、
直状音波管での長さｌ1 は、ら旋状音波管ではｌ2 に拡
大される。ｌ2 ＝ｌ1 ／ｓｉｎθであるから、その拡大
率ｌ1 ／ｌ2 は１／ｓｉｎθとなる。
状音波管を一定角度θで傾けたものと見ることができ、
直状音波管での長さｌ1 は、ら旋状音波管ではｌ2 に拡
大される。ｌ2 ＝ｌ1 ／ｓｉｎθであるから、その拡大
率ｌ1 ／ｌ2 は１／ｓｉｎθとなる。
【００１５】拡大率を１０とした場合の直状管とら旋管
を対比して示すと図２（ｂ）のようになり、容器内の水
位変化に伴って音波管内を移動する水の移動距離は、直
状音波管の場合は水位変化と一致するが、ら旋状音波管
の場合は、その内部通路に従って移動するので、その移
動距離は前記の拡大率分だけ長くなる。また、音波の通
過距離についても、同様に、ら旋状音波管の方が前記の
拡大率分だけ長くなる。即ち、ら旋状音波管は、直状音
波管に比べ水の移動距離及び音波の通過距離を、拡大す
る作用があるということができる。
を対比して示すと図２（ｂ）のようになり、容器内の水
位変化に伴って音波管内を移動する水の移動距離は、直
状音波管の場合は水位変化と一致するが、ら旋状音波管
の場合は、その内部通路に従って移動するので、その移
動距離は前記の拡大率分だけ長くなる。また、音波の通
過距離についても、同様に、ら旋状音波管の方が前記の
拡大率分だけ長くなる。即ち、ら旋状音波管は、直状音
波管に比べ水の移動距離及び音波の通過距離を、拡大す
る作用があるということができる。
【００１６】従って、ら旋状音波管を用いることによ
り、水位変化を見掛け上拡大して捉えることができるの
で、検出精度が向上することになる。
り、水位変化を見掛け上拡大して捉えることができるの
で、検出精度が向上することになる。
【００１７】
【実施例】図３は流量計の実施例である。この流量計は
基台１０上に設置した内容器１１のまわりに外容器１２
を嵌め、その外容器１２の下端を基台１０に固定してい
る。外容器１０の上端中央部には音波送受波器１３を装
着している。この場合の音波は、可聴音波でも超音波で
もかまわない。
基台１０上に設置した内容器１１のまわりに外容器１２
を嵌め、その外容器１２の下端を基台１０に固定してい
る。外容器１０の上端中央部には音波送受波器１３を装
着している。この場合の音波は、可聴音波でも超音波で
もかまわない。
【００１８】内容器１１の上端部側面には注水管１４が
固定される。この注水管１４は外容器１２を貫通して外
部に延び出している。内容器１１の底面及び側面には、
複数段の流出口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが一定
の高さ間隔をおいて設けられている。これらの断面積は
同一であっても、それぞれ異なっていても差支えない。
また、基台１０には、上記の流出口１５ａ〜１５ｄから
出た水を外部へ排出するための排水口１６、１６’が設
けられる。
固定される。この注水管１４は外容器１２を貫通して外
部に延び出している。内容器１１の底面及び側面には、
複数段の流出口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが一定
の高さ間隔をおいて設けられている。これらの断面積は
同一であっても、それぞれ異なっていても差支えない。
また、基台１０には、上記の流出口１５ａ〜１５ｄから
出た水を外部へ排出するための排水口１６、１６’が設
けられる。
【００１９】内容器１１の内部にはその上下両端にわた
る長さのら旋状音波管１７を設け、その音波管１７の一
部を注水管１４に近い部分で支持リング１８により内容
器１１の内周面に支持せしめる。この支持リング１８に
多数の孔１９を設け、注水管１４から流入した水を分散
せしめ、均等に落下させるようにしている。
る長さのら旋状音波管１７を設け、その音波管１７の一
部を注水管１４に近い部分で支持リング１８により内容
器１１の内周面に支持せしめる。この支持リング１８に
多数の孔１９を設け、注水管１４から流入した水を分散
せしめ、均等に落下させるようにしている。
【００２０】ら旋状音波管１７の上下両端は開放され、
その下端に多孔質材料からなるストレーナ２０を装着
し、音波管１７内に出入りする水の流れを緩和し、音波
管１７内の水面を静止面に保つようにしている。音波管
１７の上端は前記の音波送受波器１３に臨んでいる。音
波送波器１３は外部の計測装置２１に電気的に接続され
る。
その下端に多孔質材料からなるストレーナ２０を装着
し、音波管１７内に出入りする水の流れを緩和し、音波
管１７内の水面を静止面に保つようにしている。音波管
１７の上端は前記の音波送受波器１３に臨んでいる。音
波送波器１３は外部の計測装置２１に電気的に接続され
る。
【００２１】なお、上記のら旋状音波管１７の傾斜角θ
（図２（ａ）参照）の大きさは、拡大率に応じて適宜決
定される。
（図２（ａ）参照）の大きさは、拡大率に応じて適宜決
定される。
【００２２】上記の計測装置２１は、音波送受波器１３
を駆動すると共に、音波の遅延時間内に内部のパルス発
生装置で発生されるパルス数を計数し、その計数値に基
づき距離を演算する手段、演算結果の記録、表示手段等
を有する。
を駆動すると共に、音波の遅延時間内に内部のパルス発
生装置で発生されるパルス数を計数し、その計数値に基
づき距離を演算する手段、演算結果の記録、表示手段等
を有する。
【００２３】実施例の流量計は以上のごときものであ
り、注水管１４から内容器１１内に水を注入し、同時に
流出口１５ａ〜１５ｄから流出させ、注入量と流出量と
の差の分だけ内容器１１内に水を滞溜させる。ら旋状音
波管１７の内部にもその水位と同じ高さまで水が流入す
る。この状態で、計測装置２１から音波送受波器１３を
駆動させ、音波を音波管１７内に向けて発射する。音波
は音波管１７内をそのら旋に沿って進み、その内部の水
面２２で反射され、音波送受波器１３に戻る。
り、注水管１４から内容器１１内に水を注入し、同時に
流出口１５ａ〜１５ｄから流出させ、注入量と流出量と
の差の分だけ内容器１１内に水を滞溜させる。ら旋状音
波管１７の内部にもその水位と同じ高さまで水が流入す
る。この状態で、計測装置２１から音波送受波器１３を
駆動させ、音波を音波管１７内に向けて発射する。音波
は音波管１７内をそのら旋に沿って進み、その内部の水
面２２で反射され、音波送受波器１３に戻る。
【００２４】計測装置２１においては、上記音波の発射
時点から反射波の到達までの遅延時間に基づき、音波の
通路の長さ（図１のＨS に相当する）を演算し、更に、
各流出口１５ａ〜１５ｄの水深Ｈ及び各流出口１５ａ〜
１５ｄの開口面積に基づき、流量Ｑを演算し、これを記
録又は表示する。
時点から反射波の到達までの遅延時間に基づき、音波の
通路の長さ（図１のＨS に相当する）を演算し、更に、
各流出口１５ａ〜１５ｄの水深Ｈ及び各流出口１５ａ〜
１５ｄの開口面積に基づき、流量Ｑを演算し、これを記
録又は表示する。
【００２５】このとき、注入流量又は流出流量に変化が
生じ、水面２２の高さに増減があったとすると、水はら
旋状音波管１７内をら旋に沿って移動する。この場合の
水の移動量は図２の（ｂ）に示すように、垂直方向の水
位の変化量より拡大されたものとなるので、その移動量
又は音波通路の長さの増減量を一定の拡大率で拡大して
計測することができる。
生じ、水面２２の高さに増減があったとすると、水はら
旋状音波管１７内をら旋に沿って移動する。この場合の
水の移動量は図２の（ｂ）に示すように、垂直方向の水
位の変化量より拡大されたものとなるので、その移動量
又は音波通路の長さの増減量を一定の拡大率で拡大して
計測することができる。
【００２６】一方、流出口１５ａの水深Ｈと流量Ｑの関
係は図４に示す曲線Ｌ1 により示される。
係は図４に示す曲線Ｌ1 により示される。
【００２７】水位が上昇して２段目の流出口１５ｂから
流出するようになると、これに曲線Ｌ2 が重さなり、以
後上段の流出口１５ｃ、１５ｄに至るに従い、曲線
Ｌ3 、Ｌ4 が重さなる。
流出するようになると、これに曲線Ｌ2 が重さなり、以
後上段の流出口１５ｃ、１５ｄに至るに従い、曲線
Ｌ3 、Ｌ4 が重さなる。
【００２８】上記の曲線Ｌ1 で示すように、最下端の流
出口１５ａのみであると、水深Ｈが大になると流出量の
変化が少なくなるので、その変化を捉えにくい。しか
し、複数段の流出口１５ａ〜１５ｄを設けると、各曲線
の実線部分の連なりでわかるように、水深Ｈと流出量Ｑ
の関係は、全体として比例関係に近づく。このため、流
出量の変化が捉えやすくなる。
出口１５ａのみであると、水深Ｈが大になると流出量の
変化が少なくなるので、その変化を捉えにくい。しか
し、複数段の流出口１５ａ〜１５ｄを設けると、各曲線
の実線部分の連なりでわかるように、水深Ｈと流出量Ｑ
の関係は、全体として比例関係に近づく。このため、流
出量の変化が捉えやすくなる。
【００２９】以上の実施例は流量計について述べたが、
この流量計は、同時に水面２２の高さを検出する水位計
としての機能も併せもつものであり、計測装置２１にお
いて水深Ｈの演算結果を取出すようにすれば水位計とな
る。
この流量計は、同時に水面２２の高さを検出する水位計
としての機能も併せもつものであり、計測装置２１にお
いて水深Ｈの演算結果を取出すようにすれば水位計とな
る。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、流量計
及び水位計のいずれの発明においても、音波管としてら
旋状のものを用いたことにより、水位の変化が拡大され
るので、測定装置のパルス間隔（測定目盛）を細かくし
なくても水位及び流量の検出精度が向上する効果があ
る。
及び水位計のいずれの発明においても、音波管としてら
旋状のものを用いたことにより、水位の変化が拡大され
るので、測定装置のパルス間隔（測定目盛）を細かくし
なくても水位及び流量の検出精度が向上する効果があ
る。
【００３１】また、上記の流量計において、複数段の流
出口を設けることにより、流量の変化を一層正確に検出
できる効果がある。
出口を設けることにより、流量の変化を一層正確に検出
できる効果がある。
【図１】流量及び水位の検出原理図
【図２】（ａ）（ｂ）：ら旋音波管による水位拡大の説
明図
明図
【図３】流量計の実施例の断面図
【図４】水深と流量との関係図
１０ 基台 １１ 内容器 １２ 外容器 １３ 音波送受波器 １４ 注水管 １５ ａ〜１５ｄ 流出口 １６、１６’ 排水口 １７ ら旋状音波管 １８ 支持リング １９ 孔 ２０ ストレーナ ２１ 計測装置 ２２ 水面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平４−38526（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−93525（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−36067（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭29−12380（ＪＰ，Ｙ１)
Claims (3)
- 【請求項１】 水面上の所定高さに音波送受波器を設置
し、水面に向けて発射した音波が上記水面で反射して戻
るまでの遅延時間に基づき水位を検出するようにした水
位計において、上記音波送受波器をら旋状音波管の上端
に設置し、該ら旋状音波管の開放下端を検出すべき水面
より下方に位置せしめたことを特徴とする音波水位計。 - 【請求項２】 容器に注水口を設けると共に、該注水口
より低い位置に流出口を設け、上記容器の水面上の所定
高さの位置に音波送受波器を設置し、水面に向けて発射
した音波が水面で反射して戻るまでの遅延時間に基づき
水位を検出し、その水位と上記流出口の断面積に基づき
流出流量を検出するようにした流量計において、上記音
波送受波器をら旋状音波管の上端に設置し、該ら旋状音
波管の開放下端を上記容器内に挿入したことを特徴とす
る音波流量計。 - 【請求項３】 複数の流出口を多段状に設けたことを特
徴とする請求項２に記載の音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6037163A JP2509802B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 音波水位計及び音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6037163A JP2509802B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 音波水位計及び音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07243896A JPH07243896A (ja) | 1995-09-19 |
| JP2509802B2 true JP2509802B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=12489937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6037163A Expired - Fee Related JP2509802B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 音波水位計及び音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509802B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001228010A (ja) * | 2000-01-27 | 2001-08-24 | Smiths Group Plc | 計量システム及びプローブ |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP6037163A patent/JP2509802B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001228010A (ja) * | 2000-01-27 | 2001-08-24 | Smiths Group Plc | 計量システム及びプローブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07243896A (ja) | 1995-09-19 |
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|---|---|---|---|
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