JPH0486525A - 超音波レベル計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体の水位を超音波で計測する超音波レベル
計に関する。

〔従来技術〕

従来の液面レベル計としては、フロート式のものがよく
知られており、自動車の燃料計などに使用されている。

この方式は、液体タンク内に設けたフロートが液体の増
減によって上下することによって、フロートに連結され
たバーが傾きポテンションメータの抵抗値を変化させ、
その抵抗値で液面レベルをメータに表示している。

また、液体容器の上部に超音波振動子を設置して、超音
波振動子から超音波パルスを液面に向けて発射し、液面
からの反射エコーを受信することによって液面までの距
離を測定し、水位を表示する超音波レベル計が知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の方法では、自動車の振
動や坂道における液面の揺れや傾きなどにより、測定誤
差が非常に大きい、特に、従来の超音波レベル計では、
液面の揺れや傾きによって液面で反射した超音波エコー
が超音波振動子に戻らないことがあり、測定できない場
合が生じる。

また、圧電振動子は液体や気体の影響を受けるため、周
囲をゴム等で密封又はコーティングする必要があり効率
が悪くなるとともに、振動子の形状が大型になり、コス
トが高くなるという欠点があった。

〔発明が解決しようとする手段〕

本発明は、金属製で棒状または筒状または板状などの超
音波良導体の一端に超音波振動子を接着し、この超音波
振動子から超音波パルスを発射すると、超音波良導体に
縦波と横波および表面波が発生し、このうち表面波が超
音波良導体の表面を伝播する。超音波良導体の一部が液
体中にある時、超音波良導体と液体との接触面積の変化
によって、超音波良導体を伝播する超音波の表面波の伝
播時間が変化することを利用して液体のレベルを計測す
ることを特徴とする超音波レベル計である。

〔作用〕

本発明によれば、高周波発振器の電気出力によって送波
用超音波振動子を励振すると、超音波振動子より超音波
パルスが発射され、超音波良導体に縦波、横波、および
表面波が発生する。このうち表面波は空気中では一定の
速度で超音波良導体の表面を伝播してゆき受波用超音波
振動子で受波される。ところが、液中に没した超音波良
導体の表面では液体による抵抗によって表面波の伝播速
度が空気中より遅くなる。従って、超音波良導体が液体
に接する距離が長いほど表面波の音速に受ける影響は大
きくなる。すなわち、超音波良導体の液中にある部分が
短かければ液体の抵抗による表面波の伝播速度の影響は
少なく、超音波が発射されてから受波されるまでの表面
波の伝播時間は空中時の伝播時間に近づき短くなる。逆
に超音波良導体の液中にある部分が長い時は、液体の抵
抗による表面波の伝播速度の影響は多く、超音波が発射
されてから受波されるまでの表面波の伝播時間は空中時
の伝播時間よりも長くなる。従って、この超音波の表面
波が超音波良導体の表面上を伝播する時間を計測するこ
とによって、液体の水位を算出することができる。第３
図は角パイプ状の金属を使用して実験した場合の水位と
表面波の伝播速度の関係を示すグラフである。

〔実施例〕

第１図を参照すると、本発明の１実施例の超音波レベル
計は、液体容器１の底部よりほぼ垂直に板状金属２が固
定され、板状金属２の上端部に送受兼用超音波振動子３
が取り付けられ、超音波振動子３には高周波発振器４と
受信器５が接続される。受信器５には演算回路６さらに
表示器７が接続されている。

高周波発振器４の電気パルス出力によって送受兼用超音
波振動子３を励振すると、送受兼用超音波振動子３から
超音波パルスが発射され、板状金属２に超音波の表面波
が発生し板状金属２の表面上を固有の伝播速度で下方に
伝播してゆき、板状金属２の下端で反射し、再び上方に
向って伝播して送受兼用超音波振動子３で受波される。

いま、第１図のように容器１に液体８があると送受兼用
超音波振動子３によって励起された表面波は、板状金属
２の表面を下方に伝播してゆき、液面９に到達すると液
体８の抵抗（よって板状金属２の空中伝播速度より遅い
速度で伝播し、板状金属２の下端で反射し、上方に向っ
て伝播する。

そして、表面波が液面９に到達すると再び板状金属２の
空中伝播速度で伝播してゆき送受兼用超音波振動子３で
受波される。

従って、板状金属２が液体８に接している範囲が多い、
すなわち液面９の位置が送受兼用超音波振動子３に近い
ほど表面波の伝播時間は板状金属２の空中伝播時間に比
べて遅くなる。

送受兼用超音波振動子３で受波された音響エネルギーは
電気信号に変換され、受信器５で増幅され、演算回路６
で遅延時間が計測され、液面９の水位を表示器７で表示
する。

第２図を参照すると、本発明の他の実施例の超音波レベ
ル計は、液体容器１の底部よりほぼ垂直に円筒状金属１
２が固定され、円筒状金属１２の下方に送信用超音波振
動子１０が、上方に受信用超音波振動子１１が取り付け
られ、送信用超音波振動子１０には円筒状金属１２の中
空部を通したリード線によって高周波発振器４に接続さ
れ、受信用超音波振動子１１はリード線にって受信器５
に接続され、受信器５は演算回路６を介して表示器７に
接続されている。

いま、容器１に液体８が入っている時、高周波発振器４
の出力によって送信用超音波振動子を励振すると送信用
超音波振動子１０から超音波バルスが発射され、円筒状
金属２の表面に表面波が発生する０表面波は液体８の抵
抗によって円筒状金属２の空中伝播速度より遅い速さで
上方に伝播してゆき、液面９に到達すると円筒状金属２
の空中伝播速度で表面を伝播してゆき受信用超音波振動
子１１で受波され、音響エネルギーが電気信号に変換さ
れる。この電気信号は受信器５で増幅され演算回路６で
遅延時間を計測した後表示器７で水位を表示する。

なお、上記実施例では送信用超音波振動子１０を円筒状
金属２の下方に、受信用超音波振動子１１を上方に取り
付けたが、逆の位置にしても同様の効果があることはい
うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成されているので、液面の揺
れや傾きが生じることがあっても確実に液体の水位を測
定することができる。また、構造が簡単で量産しやすく
低コストで供給できる。材料となる金属中は音が伝播し
やすいため、発振パワーも低くでき回路が簡単である。

また、温度変化の影響も受けにくいので測定精度が高い
などの第１図は本発明の１実施例の超音波レベル計の構
成図、第２図は本発明の他の実施例の超音波レベル計の
構成図５第３図は角状パイプにおける水位と表面波の伝
播時間の間係を示す実験グラフである。

１・・・液体容器　　２・・・板状金属　　３・・送受
兼用超音波振動子　　４・・・高周波発振器　　５・・
・受信器　　６・・・演算回路　　７・・・表示器　　
８・・・液体９・・・液面　　ｌＯ・・・送波用超音波
振動子１１・・・受渡用超音波振動子　　１２・・・円
筒状金属第１図 第３図 第２図 （ａ畢）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空または気体中における超音波良導体の一部が液体中
   にある時の該超音波良導体と液体との接触面積の変化に
   よって、該超音波良導体を伝播する超音波の表面波の伝
   播時間が変化することを利用して液体のレベルを計測す
   ることを特徴とする超音波レベル計。