JPH07318397A - 超音波液位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体収容部における液体の温度が変化する場
合でも、温度測定センサを必要とせずに液位の計測を超
音波液位計で行なえるようにした。 【構成】 液体収容部１の底壁下面に添う超音波送受信
器３に接続された超音波測定器５からの信号に基づき、
温度演算器８で底壁中における超音波のエコーの伝播速
度から温度が求められ、この温度における液体中の超音
波伝播速度と超音波エコーの時間間隔とから、演算処理
装置で液位が演算されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて容器
（配管等を含む。）の内部の液体の液位を計測するため
の液位計に関し、特に上記液体の温度変化の範囲が広い
場合に用いて好適の超音波液位計に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の超音波液位計の一例を示す
縦断面図であって、この例では、容器110の内部の液体1
12について液面114の液位を計測するために、同容器110
の底壁下面に超音波送受信器（超音波トランスデュー
サ）120が装着されている。超音波送受信器120は、シリ
コン膜123を有する振動子122がクッション部124を介し
て基台126に取付けられたものであり、その振動子122は
容器110の底壁下面に圧接されている。

【０００３】液位の測定に際しては、超音波送受信器12
0から容器110の液体112の液面114へ向かって超音波が送
信される。そして、液面114で反射したエコー波130は、
超音波送受信器120にて受信される。ここで発信から受
信までに要した時間を計測すれば、液位を測定すること
ができる。このようにして測定された液位は、アナログ
表示型またはデジタル表示型の指示計器（図示せず）に
より表示される。

【０００４】一方、従来の超音波液位計として図６（縦
断面図）に示すようなものがあり、この例では配管１の
内部を通る液体の温度変化の範囲が広い場合に、液体の
温度を考慮して、その液面２の液位が計測されるように
なっている。ところで、配管１の内部の液体の温度変化
によって、配管１自体の温度も変化し、長い時間におい
ては、配管１の温度と液体の温度とは同一の温度になっ
てくるので、サーミスタ等の温度測定センサ11は配管１
の外周に装着されている。

【０００５】そして、配管１の底壁下面に装着された超
音波送受信器３を用いて配管１内の液体の液位を測定す
る際には、液体の温度によって超音波の伝播速度が変化
するため、超音波が液面２へ到達する時間と液面から反
射して超音波送受信器３に戻ってくる時間との和の１/
２に、センサ11からの温度信号に基づき補正された超音
波伝播速度を演算処理装置14で掛け合わせて正しい液位
の算出が行なわれる。

【０００６】なお、図６における表示装置７は演算処理
装置14で算出された液位を表示するものであり、超音波
液位計測器12は超音波送受信器３からの信号を処理して
演算処理装置14へ送るためのものであり、温度測定器13
は温度測定センサ11からの信号を処理して演算処理装置
14へ送るためのものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の超音波液位計では、容器における液体の温度が
変化する場合、図６に示す温度測定センサ11を必要と
し、縦横に走る配管の各部について多数の液位計測定点
を設ける場合は温度測定センサの所要数も莫大になり同
センサの取付スペースについての配慮が必要となるとい
う問題点がある。本発明は上述の問題点の解消をはかろ
うとするもので、容器内の液体の温度が変化する場合で
も、従来のような温度測定センサを必要とせずに、液位
の計測を正確に行なえるようにした超音波液位計を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め本発明の超音波液位計は、液体収容部における液体の
液位を計測すべく、同液体収容部の底壁下面に装着され
た超音波送受信器と、同超音波送受信器に接続された超
音波測定器と、同超音波測定器からの信号に基づき上記
底壁中における超音波伝播速度を演算して同底壁の温度
を求める温度演算器と、上記の超音波測定器と温度演算
器とからの信号に基づき上記液体の液位を演算する演算
処理装置とをそなえて構成されたことを特徴としてい
る。

【０００９】また、本発明の超音波液位計は、液体収容
部における液体の液位を計測すべく、同液体収容部の底
壁下面に装着された超音波送受信器と、同超音波送受信
器から上記液体収容部の底壁中および液体中を経由して
液面へ向け伝播させた超音波の送信から同超音波の液面
で反射したエコー波の受信までの第１の時間を計測する
とともに、上記超音波の送信から上記底壁中におけるエ
コー波の受信までの第２の時間を計測する超音波測定器
と、同超音波測定器からの信号を受けて上記第２の時間
に基づき上記底壁における超音波の伝播速度を演算して
同底壁の温度を求める温度演算器と、同温度演算器から
の温度信号を受けて同温度信号に対応するように求めた
上記液体中での超音波伝播速度と、上記超音波測定器か
ら受信した上記第１の時間と上記第２の時間との差とに
基づき上記液体の液位を演算する演算処理装置とをそな
えて構成されたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上述の本発明の超音波液位計では、超音波送受
信器からの検出信号に基づき、超音波測定器で容器内の
液体中における超音波伝播のエコー波や容器底壁中にお
ける超音波伝播のエコー波についての時間間隔が求めら
れる。

【００１１】そして、超音波測定器で求められた液体中
における超音波のエコー波の時間間隔と、液体中の超音
波伝播速度とから液位が求められるが、その際、超音波
測定器で求められた液体収容部の底壁中における超音波
伝播のエコー波についての時間間隔と既知の底壁厚さと
に基づき温度演算器で底壁の温度ひいては液体の温度が
求められ、その温度信号により上記演算処理装置で液体
中における超音波伝播速度の補正が行なわれるので、上
記液位の演算が正確に行なわれるようになる。

【００１２】

【実施例】以下図面により本発明の一実施例としての超
音波液位計について説明すると、図１はその配置構成を
模式的に示す説明図、図２はその超音波送受信器からの
超音波送信時の多重エコーを模式的に示す説明図、図３
はその超音波送受信器への超音波受信時の多重エコーを
模式的に示す説明図、図４は上記超音波送受信器で受信
されたエコー波のエコーレベルを示すグラフ、図５は超
音波伝播速度の温度特性図である。

【００１３】図１に示すように、液体収容部としてのス
テンレス鋼製配管１の底壁下面に、超音波送受信器３が
装着されており、同超音波送受信器３には超音波測定器
５が接続されている。そして超音波測定器５では、超音
波送受信器３からの信号に基づき、配管１の底壁中およ
び液体中を経由して液面２へ向け伝播させた超音波の送
信から同超音波の液面２で反射したエコー波の受信まで
の第１の時間ｔ₁を計測するとともに、上記超音波の送
信から上記底壁中におけるエコー波の受信までの第２の
時間ｔ₂を計測する作用が行なわれるようになってい
る。

【００１４】すなわち、超音波送受信器３からの送信時
には図２に示すような配管底壁中における多重エコーが
生じ、また超音波送受信器３への受信時には図３に示す
ような多重エコーを生じて、これらのエコーについての
計時作用が超音波測定器５で図４に示すように行なわ
れ、前述の第１の時間ｔ₁および第２の時間ｔ₂が求めら
れるようになる。

【００１５】また、超音波測定器５に接続された温度演
算器８では、上記第２の時間ｔ₂と既知の底壁厚さｄと
から底壁における超音波の伝播速度ｖ₁が次式［数１］
により求められる。

【数１】ｖ₁＝２ｄ／ｔ₂ したがって、図５に示す温度特性図に基づき、底壁の温
度Ｔ₁が温度演算器８で求められる。そして、この温度
Ｔ₁は液体の温度として推定されるので、液体中での音
速の温度特性図から液体中における超音波伝播速度ｖ₀₁
が求められ、その演算は温度演算器８に接続された演算
処理装置６において行なわれる。

【００１６】このようにして、演算処理装置６では、超
音波測定器５からの第１の時間ｔ₁および第２の時間ｔ₂
と前述の超音波伝播速度ｖ₀₁とから、液位Ｌを次の関係
式［数２］から求めることができる。

【数２】２Ｌ＝ｖ₀₁×（ｔ₁−ｔ₂） このようにして求められた液位Ｌは、演算処理装置６に
接続された表示装置７で表示される。

【００１７】なお、図５に示すように、温度がＴ₁から
Ｔ₂に変化した場合は、配管１の底壁中の超音波の伝播
速度もｖ₁からｖ₂に変化するため、超音波測定器５で計
測される多重エコーも図４に破線で示すように変化す
る。そして、この場合も、液位Ｌは次の関係式［数３］
で前述と同様に求められる。

【数３】２Ｌ＝ｖ₀₂×（ｔ₁′−ｔ₂′）

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の超音波液
位計によれば、次のような効果が得られる。 (1) 配管や容器等の液体収容部における液体の温度が大
幅に変化する場合でも、温度を計測するサーミスタ等の
温度計測用センサを省くことができ、しかも高い精度で
液位の計測を行なうことができる。 (2) 温度計測用センサが不要になるので、配管等への超
音波液位計の取付スペースを小さくすることができる。 (3) 信号の処理回路も、温度計測用センサが不要になる
ため超音波についての処理回路に統一できることにな
り、処理回路の構成を大幅に簡素化できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての超音波液位計の配置
構成を模式的に示す説明図である。

【図２】図１の超音波液位計における超音波送受信器か
らの超音波送信時の多重エコーを模式的に示す説明図で
ある。

【図３】図１の超音波液位計における超音波送受信器へ
の超音波受信時の多重エコーを模式的に示す説明図であ
る。

【図４】上記超音波送受信器で受信されたエコー波のエ
コーレベルを示すグラフである。

【図５】器壁中および液体中における超音波伝播速度の
温度特性図である。

【図６】従来の超音波液位計の一例を示す模式図であ
る。

【図７】従来の超音波液位計の他の例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】 １ 液体収容部としての配管 ２ 液面 ３ 超音波送受信器 ４ 液中を伝播する超音波 ５ 超音波測定器 ６ 演算処理装置 ７ 表示装置 ８ 温度演算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体収容部における液体の液位を計測す
   べく、同液体収容部の底壁下面に装着された超音波送受
   信器と、同超音波送受信器に接続された超音波測定器
   と、同超音波測定器からの信号に基づき上記底壁中にお
   ける超音波伝播速度を演算して同底壁の温度を求める温
   度演算器と、上記の超音波測定器と温度演算器とからの
   信号に基づき上記液体の液位を演算する演算処理装置と
   をそなえて構成されたことを特徴とする、超音波液位
   計。
2. 【請求項２】 液体収容部における液体の液位を計測す
   べく、同液体収容部の底壁下面に装着された超音波送受
   信器と、同超音波送受信器から上記液体収容部の底壁中
   および液体中を経由して液面へ向け伝播させた超音波の
   送信から同超音波の液面で反射したエコー波の受信まで
   の第１の時間を計測するとともに、上記超音波の送信か
   ら上記底壁中におけるエコー波の受信までの第２の時間
   を計測する超音波測定器と、同超音波測定器からの信号
   を受けて上記第２の時間に基づき上記底壁における超音
   波の伝播速度を演算して同底壁の温度を求める温度演算
   器と、同温度演算器からの温度信号を受けて同温度信号
   に対応するように求めた上記液体中での超音波伝播速度
   と、上記超音波測定器から受信した上記第１の時間と上
   記第２の時間との差とに基づき上記液体の液位を演算す
   る演算処理装置とをそなえて構成されたことを特徴とす
   る、超音波液位計。