(57)【要約】【課題】容器の外側面に固定した超音波センサの探触子の反射波は、容器の内側面を反射して来る受信波、容器の溶接部で反射して来る受信波、容器の板厚を周回して来る受信波等の多種類の受信波があるため、容器内の液の有る無しの判断に使用する受信波の減衰時間が不規則になることから、液有り時と液無し時の超音波の減衰時間の違いによる判別だけでは、確実に液有り無しを検出することが出来ない問題点を解決する。【解決手段】容器の外側に固定された探触子から容器の内側面に超音波を発射し、該超音波の発射波及び反射波の減衰時間の差異により、液の有り、無しを検出する超音波レベルセンサにおいて、前記超音波発射波の運転周波数を変化させて超音波発射波及び反射波の減衰時間を計測する減衰時間計測手段と、該減衰時間計測手段は複数の超音波周波数で液有り時及び液無し時の減衰時間の内、最も大きい複数の減衰時間を基準値とし、該基準値と基準値と同一の超音波運転周波数の計測減衰時間との一致、不一致で液有り、液無しの判別をするレベル検出手段とよりなる超音波レベルセンサ。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の外側に固定された探触子から容器の内側面に超音波を発射し、該超音波の発射波及び反射波の減衰時間の差異により、液の有り、無しを検出する超音波レベルセンサにおいて、前記超音波発射波の運転周波数を変化させて超音波発射波及び反射波の減衰時間を計測する減衰時間計測手段と、該減衰時間計測手段は複数の超音波運転周波数で液有り時及び液無し時の減衰時間の内、最も大きい複数の減衰時間を基準値とし、該基準値と基準値と同一の超音波運転周波数の計測減衰時間値との一致、不一致で液有り、液無しの判別をするレベル検出手段とよりなる超音波レベルセンサ。
【請求項２】
液有り、液無しの減衰時間基準値は、複数の超音波運転周波数の液有り時及び液無し時の減衰時間のデータの内、液無し時の減衰時間と液有り時の減衰時間の差の最も大きい値の減衰時間の２点を基準値とした請求項１記載の超音波レベルセンサ。
【請求項３】
容器の外側に固定された探触子から容器の内側面に超音波を発射し、該超音波の発射波及び反射波の減衰時間の差異により、液の有り、無しを検出する超音波レベルセンサにおいて、前記超音波発射波の超音波運転周波数を変化させて液有り時及び液無し時の減衰時間を基準値の内、最も大きい複数の減衰時間を基準値として設定し、該基準値と基準値と同一の超音波運転周波数の計測減衰時間値との一致、不一致で液有り、無しの判別をする超音波レベル検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、タンク等の容器の側面に超音波センサの探触子を固定し超音波の発射波及び反射波の減衰時間の比較で液有り、無しを検出する超音波レベルセンサ及び超音波レベル検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波式のレベルセンサは図４に示す如く、容器１の側面に固定した超音波センサの探触子２の発射波３及び反射波４の受信波形の減衰時間が、液無し時が長く、液有り時の方が短いことから、容器１内の液有り無しを検出する方法が実施されていたが、この方法では容器１の径が細い場合には対面の壁面からの反射波により液有り時の減衰時間が長くなることがあり、また小型の容器１では溶接面等からの容器１の壁を伝わって伝搬する超音波による影響があり従来の方法では液有り無しの検出が困難な場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする課題は、容器の外側面に固定した超音波センサの探触子の反射波は、容器の内側面を反射して来る受信波、容器の溶接部で反射して来る受信波、容器の板厚を周回して来る受信波等の多種類の受信波があるため、容器内の液の有る無しの判断に使用する受信波の減衰時間が不規則になることから、液有り時と液無し時の超音波の減衰時間の違いによる判別だけでは、確実に液有り無しを検出することができない問題点を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として請求項１記載の発明は、容器の外側に固定された探触子から容器の内側面に超音波を発射し、該超音波の発射波及び反射波の減衰時間の差異により、液の有り、無しを検出する超音波レベルセンサにおいて、前記超音波発射波の運転周波数を変化させて超音波発射波及び反射波の減衰時間を計測する減衰時間計測手段と、該減衰時間計測手段は複数の超音波運転周波数で液有り時及び液無し時の減衰時間の内、最も大きい複数の減衰時間を基準値とし、該基準値と基準値と同一の超音波運転周波数の計測減衰時間値との一致、不一致で液有り、液無しの判別をするレベル検出手段とよりなる超音波レベルセンサ。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、液有り、液無しの減衰時間基準値は、複数の超音波周波数の液有り時及び液無し時の減衰時間データの内、液無し時の減衰時間と液有り時の減衰時間の差の最も大きい値の減衰時間の２点を基準値としたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、容器の外側に固定された探触子から容器の内側面に超音波を発射し、該超音波の発射波及び反射波の減衰時間の差異により、液の有り、無しを検出する超音波レベルセンサにおいて、前記超音波発射波の超音波運転周波数を変化させて液有り時及び液無し時の減衰時間の内、最も大きい複数の減衰時間を基準値として設定し、該基準値と基準値と同一の超音波運転周波数の計測減衰時間値との一致、不一致で液有り、無しの判別をする超音波レベル検出方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本願の超音波レベルセンサの実施形態は、超音波発射周波数を変化させて超音波発射波及び反射波の減衰時間の最も大きい複数のデータを、液有り液無しの基準データとして設定して、この基準データと検出データとの比較判断により液有り無しを検出するものである。
【０００８】
【実施例】
図１〜図３に基づいて説明すると、図１に示す如く２０は制御回路で機能別のブロック構成を示し本超音波レベルセンサの液あり無しの検出制御をするもので、２１は探触子で超音波を発射及び受信する機能を有し、２２は容器で液体を貯蔵し容器２２の外側面に探触子２１が固定され、２３はＣＰＵで超音波発射波２４及び超音波反射波２５の減衰時間検出手段２６及び液有り無しを検出するレベル検出手段２７を構成し、２８は電源回路で制御回路２０に電源供給し、２９は可変発信回路で超音波信号を発生し超音波発信周波数を成形するドライブ回路３０を介して探触子２１に供給され探触子２１の発信周波数を可変制御し、３１はハイパス回路で探触子２１の発射波２４及び反射波２５のノイズをカットし、ハイパス回路３１の出力信号を受信回路３２に入力し、受信回路３２の出力信号を一定レベルに増幅する増幅回路３３に入力し、増幅回路３３の出力信号を検波回路３４を介して比較回路３５に入力し、比較回路３５は予め設定された或値と比較して判別した出力信号をＣＰＵ２３に入力する。
【０００９】
３６は比較調節回路でＣＰＵ２３で制御に必要な超音波信号の或値の調節をするもので、３７は増幅調節回路で超音波信号の出力感度を調節するために増幅回路３３の増幅率を調節し、３８は記憶回路でＣＰＵ２３で解析したデータを記憶し、３９はキー入力回路で複数の超音波周波数による液有り、または液無しのデータ収集開始、及び容器２２の板厚、材料によって決まる共振周波数によって超音波減衰時間のデータ収集の開始をする指示手段、４０は温度測定回路で容器２２内の液体４１の温度を測定して温度変化による超音波速度の補正をし、４２は表示回路で容器２２内の液体４１の量、高さ等の必要データを表示し、４３は出力回路で容器２２内の液体４１の有り、無しの信号を出力する。
【００１０】
次ぎに前記制御回路２０による容器２２内の液体４１の有り、無しの検出動作を図２、図３のフローチャート図に基づいて説明すると、キー入力回路３９のスタート信号を入力すると超音波センサの探触子２１の発射波２４及び反射波２５の減衰時間のデータ収集の運転状態に入り（ステップ１００）、液有り時の基準データを収集するために可変発信回路２９で超音波周波数を可変して超音波センサーの探触子２１に供給し、各周波数毎にＣＰＵ２６の減衰時間検出手段２６で減衰時間を測定し（ステップ１０１、１０２、１０３）、複数の減衰時間収集データの内安定した波形で減衰時間のデータとして設定し記憶回路３８に記憶し（ステップ１０４、１０５、１０６）、該液有り時の複数の記憶データと比較して検出減衰時間データが設定値より短くなった時に液無しと判断し、その時の２点の減衰時間データを液無しの基準データとして設定しフラグを立て記憶回路３８に記憶する（ステップ１０７、１０８、１０９、１１０、１１１）。
【００１１】
液有り減衰時間データが収集完了していない場合は、超音波発信周波数を変化させながら液有り時の減衰時間データの収集をする（ステップ１１２、１１３）。検出減衰時間データが液有り基準データに比較して設定値以上の変化のない場合は、ステップ１０１に戻り液無しデータの収集のステップを繰り返す（ステップ１０８、１０９、
１１４）。
【００１２】
次ぎに液有り、無しの減衰時間基準データが収集出来た段階で、検出減衰時間データと液有りの２点の基準減衰時間データを比較し、液有り設定値より大きな変化があった時に液無しと判断し、液有り設定値より小さい変化の場合は現状の液有りと判断する（ステップ１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２１、１２２、１２３）。ステップ１１５で液有り、液無しの減衰時間基準データの収集が出来ていない場合は、ステップ１０１に戻って減衰時間基準データ収集のステップに進む。
【００１３】
液面レベル検出をするＣＰＵ２３の演算制御を説明すると、図５に示す如く超音波の発射波及び反射波の液有り時の減衰時間をＴｙとし、図６に示す如く発射波及び反射波の液無し時の減衰時間をＴｎとし、超音波の運転周波数ｆを可変発信回路２９で可変して複数の超音波運転周波数の液有り減衰時間Ｔｙと液無し時の減衰時間Ｔｎのデータを収集し、基準データとしてＴｎ−Ｔｙの値が最も大きい２点の超音波運転周波数ｆにおける液有り減衰時間Ｔｙと液無し減衰時間Ｔｎを液有り、無しの基準データとして設定する。従って、図３のフローチャート図のステップ１１５〜１２３の通り、液有り時の減衰時間基準データとの比を判断する。
【００１４】
本願の超音波液面検出の実測データについて図７の図表に基づいて説明すると、鉄製の厚み３．１ｍｍの容器２２の側面に固定した超音波センサの探触子２１の運転周波数ｆを９５７Ｋｚから数十Ｋｚ毎に変化させて、超音波発射波及び反射波の液有り時の減衰時間Ｔｙと液無し時の減衰時間Ｔｎの実測値のＴｎ−Ｔｙの最も大きい値の２点のデータより、液有り、液無しの基準データとして超音波周波数１０９５Ｋｚと１１５０Ｋｚのデータにより確実に液有り、無しの判別ができた。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波レベルセンサは、超音波発射波の運転周波数を変化させて液有り時及び液無し時の減衰時間の内、最も値の大きい複数の減衰時間データを基準値として設定し、該基準値と基準値と同一の超音波運転周波数の計測減衰時間との一致、不一致により液有り、無しを判別するようにしたので、容器の大きさ、形状、材料、容器の置き方等に影響されることなく液有り、液有りの検出が確実にでき、液有り液無しの基準値として、減衰時間の液無し時と液有り時の差の最も大きい２点に絞ったので、液無し液有りの検出処理時間が早く出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波レベルセンサの制御回路のブロック説明図
【図２】本発明の超音波レベルセンサの液有り、液無し検出のソフトウエアーフ　　　　　　ローチャート図
【図３】本発明の超音波レベルセンサの液有り、　液無し検出のソフトウエアーフ　　　　　　ローチャート図
【図４】従来の超音波レベルセンサの説明図
【図５】本発明の超音波レベルセンサの液有り時の超音波発射波及び反射波の減　　　　　　衰波形図
【図６】本発明の超音波レベルセンサの液無し時の超音波発射波及び反射波の減　　　　　　衰波形図
【図７】本発明の超音波レベルセンサの超音波発射波及び反射波の減衰時間の実　　　　　　測値を示す図表
【符号の説明】
１　　　　　　容器
２　　　　　　探触子
３　　　　　　発射波
４　　　　　　反射波
２０　　　　　　超音波レベルセンサの制御回路
２１　　　　　　探触子
２２　　　　　　容器
２３　　　　　　ＣＰＵ
２４　　　　　　超音波発射波
２５　　　　　　超音波反射波
２６　　　　　　減衰時間検出手段
２７　　　　　　レベル検出手段
２８　　　　　　電源回路
２９　　　　　　可変発信回路
３０　　　　　　ドライブ回路
３１　　　　　　ハイパス回路
３２　　　　　　受信回路
３３　　　　　　増幅回路
３４　　　　　　検波回路
３５　　　　　　比較回路
３６　　　　　　比較調節回路
３７　　　　　　増幅調節回路
３８　　　　　　記憶回路
３９　　　　　　キー入力回路
４０　　　　　　温度測定回路
４１　　　　　　液体
４２　　　　　　表示回路
４３　　　　　　出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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