JP2005127722A - Ultrasonic level gage - Google Patents

Ultrasonic level gage Download PDF

Info

Publication number
JP2005127722A
JP2005127722A JP2003360337A JP2003360337A JP2005127722A JP 2005127722 A JP2005127722 A JP 2005127722A JP 2003360337 A JP2003360337 A JP 2003360337A JP 2003360337 A JP2003360337 A JP 2003360337A JP 2005127722 A JP2005127722 A JP 2005127722A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
level meter
nozzle
wavelength
sound speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003360337A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Kataoka
明 片岡
Satoshi Fukuhara
聡 福原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2003360337A priority Critical patent/JP2005127722A/en
Publication of JP2005127722A publication Critical patent/JP2005127722A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic level gage with enhanced accuracy of ultrasonic measurement, for example, by uniformly providing an inner circumferential surface of a nozzle with steps comprising projections and recesses to remove echoes coming from places other than a medium under measurement as far as possible, as to an ultrasonic level gage for measuring the medium under measurement by means of ultrasonic echoes. <P>SOLUTION: This ultrasonic level gage is equipped with at least a forward opened cylindrical nozzle for guiding ultrasonics toward the medium under measurement housed in a container, and an ultrasonic sensor equipped with a piezoelectric vibrator for generating the ultrasonics at a base part position of the nozzle while being equipped with a reception means for receiving reflected ultrasonics. The inner circumferential surface of the nozzle is uniformly provided with the steps each having a depth equal to 1/(4λ) of a wavelength λ in a propagation medium of the ultrasonics transmitted by the piezoelectric vibrator. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波レベル計に関し、詳しくは超音波レベル計を設置する内部の構造、及び超音波レベル計の発信の構造に関する。 The present invention relates to an ultrasonic level meter, and more particularly to an internal structure in which the ultrasonic level meter is installed and a structure for transmitting the ultrasonic level meter.

従来技術における超音波レベル計は、例えばタンク上部のノズルに設置されて使用されるものであり、タンク内部の水面に超音波を照射することで、その反射波（エコー）を受信して水面位置を検出するというものである。 この超音波レベル計は、図６及び図７に示すように、円筒形状をしたノズル１１１に超音波センサ１１２を配置し、この超音波センサ１１２には円板形状の圧電振動子１１３を埋め込み、圧電振動子１１３から発射される超音波を誘導するための音響整合層１１４を下部位置に配設した構造となっている。
このような構造の超音波レベル計においては、一般的に円板状の圧電振動子１１３の厚み方向（Ａ方向）に超音波が発射され、そのエコーを同一の圧電振動子１１３で検出してレベル計測を行っている。 しかし、一方で径方向（Ｂ方向）にもわずかながら圧電振動子１１４より超音波が外部に発信されるので、設置ノズル１１１の内壁で反射した超音波が圧電振動子１１３に帰ってくると不要なノイズ成分となり、Ｓ／Ｎ比を悪化させる原因となる。 この問題を解決したものとして、図８及び図９に示すように、超音波センサ１１２をノズル１１１から突出した構造にすることで、径方向（Ｂ方向）の超音波が戻ってこないようにする。 又、図１０及び図１１に示すように、ノズル１１１の内側に吸音材１１４を設置して径方向（Ｂ方向）の超音波を吸収して、その影響を抑えるというものもある。 The ultrasonic level meter in the prior art is used, for example, installed in the nozzle at the upper part of the tank. By irradiating the water surface inside the tank with ultrasonic waves, the reflected wave (echo) is received and the position of the water surface Is detected. In this ultrasonic level meter, as shown in FIGS. 6 and 7, an ultrasonic sensor 112 is disposed in a cylindrical nozzle 111, and a disk-shaped piezoelectric vibrator 113 is embedded in the ultrasonic sensor 112. The acoustic matching layer 114 for guiding the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric vibrator 113 is arranged at the lower position.
In an ultrasonic level meter having such a structure, an ultrasonic wave is generally emitted in the thickness direction (A direction) of a disk-shaped piezoelectric vibrator 113, and the echo is detected by the same piezoelectric vibrator 113. Level measurement is performed. However, on the other hand, since the ultrasonic wave is transmitted to the outside from the piezoelectric vibrator 114 slightly in the radial direction (B direction), the ultrasonic wave reflected by the inner wall of the installation nozzle 111 returns to the piezoelectric vibrator 113 and is unnecessary. Noise component, which causes the S / N ratio to deteriorate. As a solution to this problem, as shown in FIGS. 8 and 9, the ultrasonic sensor 112 is projected from the nozzle 111 so that the ultrasonic waves in the radial direction (direction B) do not return. . Also, as shown in FIGS. 10 and 11, there is a method in which a sound absorbing material 114 is installed inside the nozzle 111 to absorb the ultrasonic waves in the radial direction (B direction) and suppress the influence.

特開平１０−２０６２１３号公報（第３頁 第１図）JP-A-10-206213 (page 3, Fig. 1)

しかしながら、従来技術で説明した超音波レベル計においては、設置環境によっては超音波センサをノズルから突出したり、ノズル材質と異なる吸音材を設置することが困難な場合がある。又、多湿な環境では吸音材が吸湿して吸音効果が低下してしまう場合がある。 従って、レベル計の移設や吸音材の設置ができない環境下でもノズルの影響を改善する手法を実現することに解決しなければならない課題を有する。 However, in the ultrasonic level meter described in the related art, depending on the installation environment, it may be difficult to protrude the ultrasonic sensor from the nozzle or to install a sound absorbing material different from the nozzle material. In a humid environment, the sound absorbing material may absorb moisture and the sound absorbing effect may be reduced. Accordingly, there is a problem to be solved by realizing a method for improving the influence of the nozzle even in an environment where the level meter cannot be moved or the sound absorbing material cannot be installed.

このような課題を達成するために、本発明の超音波レベル計は次に示す構成にすることである。   In order to achieve such an object, the ultrasonic level meter of the present invention is configured as follows.

（１）超音波レベル計は、容器に収容されている被測定媒体にむけて超音波を誘導するための前方開口の円筒形状をしたノズルと、前記ノズルの基部位置に超音波を発生させる圧電振動子を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサと、を少なくとも備え、前記ノズルの内周面に、前記圧電振動子で発信する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けたことである。（２）前記段差は、前記ノズルと同一材料で形成したことを特徴とする（１）に記載の超音波レベル計。
（３）前記波長λの１／４・λに相当する深さは、前記発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなることを特徴とする（１）に記載の超音波レベル計。
（４）（１）に記載の超音波レベル計には、更に、温度センサで測定した温度に基づいて音速を計算する音速演算手段と、前記音速演算手段により計算された音速から超音波周波数を計算する周波数補正演算手段と、前記周波数補正演算手段により計算された超音波周波数で前記超音波センサを駆動させる超音波駆動手段と、を備えたことである。 (1) An ultrasonic level meter includes a nozzle having a cylindrical shape with a front opening for guiding ultrasonic waves toward a measurement medium accommodated in a container, and a piezoelectric device that generates ultrasonic waves at a base position of the nozzle. An ultrasonic sensor provided with a vibrator and a receiving means for receiving reflected ultrasonic waves, and in an ultrasonic propagation medium transmitted by the piezoelectric vibrator on the inner peripheral surface of the nozzle. Steps having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ are evenly provided. (2) The ultrasonic level meter according to (1), wherein the step is made of the same material as the nozzle.
(3) The depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1, 2,...) With respect to the wavelength λ of the transmitted ultrasonic wave. (2) The ultrasonic level meter according to (1), wherein
(4) The ultrasonic level meter according to (1) further includes a sound speed calculating means for calculating a sound speed based on a temperature measured by a temperature sensor, and an ultrasonic frequency from the sound speed calculated by the sound speed calculating means. Frequency correction calculation means for calculating, and ultrasonic drive means for driving the ultrasonic sensor at the ultrasonic frequency calculated by the frequency correction calculation means.

（５）超音波レベル計は、容器に収容されている被測定媒体にむけて超音波を誘導するための前方開口の円筒形状をしたノズルと、前記ノズルの基部位置に超音波を発生させる圧電振動子を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサと、を少なくとも備え、前記ノズルの内周面に、前記圧電振動子で発信する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けた穴付板を取付けたことである。
（６）前記穴付板に設けた前記波長λの１／４・λに相当する深さは、前記発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなることを特徴とする（５）に記載の超音波ノズル計。
（７）（５）に記載の超音波レベル計には、更に、温度センサで測定した温度に基づいて音速を計算する音速演算手段と、前記音速演算手段により計算された音速から超音波周波数を計算する周波数補正演算手段と、前記周波数補正演算手段により計算された超音波周波数で前記超音波センサを駆動させる超音波駆動手段と、を備えたことである。 (5) The ultrasonic level meter includes a nozzle having a cylindrical shape with a front opening for guiding ultrasonic waves toward a medium to be measured housed in a container, and a piezoelectric device that generates ultrasonic waves at a base position of the nozzle. An ultrasonic sensor provided with a vibrator and a receiving means for receiving reflected ultrasonic waves, and in an ultrasonic propagation medium transmitted by the piezoelectric vibrator on the inner peripheral surface of the nozzle. This is because a plate with a hole provided with a step having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ is attached.
(6) The depth corresponding to 1/4 · λ of the wavelength λ provided on the holed plate is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1, 2, ...)) · λ, the ultrasonic nozzle meter according to (5).
(7) The ultrasonic level meter according to (5) further includes a sound speed calculating means for calculating a sound speed based on a temperature measured by a temperature sensor, and an ultrasonic frequency from the sound speed calculated by the sound speed calculating means. Frequency correction calculation means for calculating, and ultrasonic drive means for driving the ultrasonic sensor at the ultrasonic frequency calculated by the frequency correction calculation means.

（８）超音波レベル計は、容器に収容されている被測定媒体にむけて超音波を発射させる圧電振動子を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサを、前記被測定媒体の方向に超音波を発射できる位置に配置してなる超音波レベル計であって、前記容器を含む超音波が到着する面に、前記圧電振動子で発射する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けたことである。
（９）前記容器を含む超音波が到着する面は、前記圧電振動子を配置している円筒形状のノズルの内周面、容器の内壁、容器の天井、容器内部の梁、容器へ被測定媒体を注排水する注排水口を含む構造物表面の一部或いは全てであることを特徴とする（８）に記載の超音波レベル計。
（１０）前記波長λの１／４・λに相当する深さは、前記発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなることを特徴とする（８）に記載の超音波レベル計。
（１１）（８）に記載の超音波レベル計には、更に、温度センサで測定した温度に基づいて音速を計算する音速演算手段と、前記音速演算手段により計算された音速から超音波周波数を計算する周波数補正演算手段と、前記周波数補正演算手段により計算された超音波周波数で前記超音波センサを駆動させる超音波駆動手段と、を備えたことである。 (8) The ultrasonic level meter includes an ultrasonic sensor including a piezoelectric vibrator that emits an ultrasonic wave toward a medium to be measured housed in a container and a receiving unit that receives the reflected ultrasonic wave. An ultrasonic level meter arranged at a position where ultrasonic waves can be emitted in the direction of the medium to be measured, the ultrasonic wave emitted by the piezoelectric vibrator on the surface where the ultrasonic waves including the container arrive That is, steps having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ in the medium are evenly provided.
(9) The surface on which the ultrasonic wave including the container arrives is measured on the inner peripheral surface of the cylindrical nozzle on which the piezoelectric vibrator is disposed, the inner wall of the container, the ceiling of the container, the beam inside the container, and the container. The ultrasonic level meter according to (8), which is a part or all of the surface of the structure including a water inlet / outlet for pouring / draining the medium.
(10) The depth corresponding to 1/4 · λ of the wavelength λ is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1, 2,...) With respect to the wavelength λ of the transmitted ultrasonic wave. ..) The ultrasonic level meter according to (8), wherein .lamda.
(11) The ultrasonic level meter according to (8) further includes a sound speed calculating means for calculating a sound speed based on a temperature measured by a temperature sensor, and an ultrasonic frequency from the sound speed calculated by the sound speed calculating means. Frequency correction calculation means for calculating, and ultrasonic drive means for driving the ultrasonic sensor at the ultrasonic frequency calculated by the frequency correction calculation means.

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
ノズルの内側に超音波レベル計の伝播媒体中における波長λの1／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けることで、径方向に発射された超音波はノズルの内側で反射する。このとき段差の凸部と凹部でそれぞれ反射して戻ってきた超音波は、お互いに１／２波長の位相差を持つ。超音波が到達する圧電振動子円周面では、その円周方向にノズル内側の凹凸分布と同様な逆位相の音圧分布となり、圧電振動子の径方向から入力される全音圧総計は相殺される。これによって、レベル測定に不要となる径方向の超音波の検出量が小さく抑えることができる。 As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
Ultrasonic waves emitted in the radial direction are reflected on the inside of the nozzle by uniformly providing a step having a depth corresponding to 1/4 · λ of the wavelength λ in the propagation medium of the ultrasonic level meter inside the nozzle. To do. At this time, the ultrasonic waves reflected and returned by the convex part and the concave part of the step have a phase difference of ½ wavelength from each other. On the circumferential surface of the piezoelectric vibrator where the ultrasonic waves reach, the sound pressure distribution in the opposite phase is similar to the uneven distribution inside the nozzle in the circumferential direction, and the total sound pressure input from the radial direction of the piezoelectric vibrator is canceled out. The Thereby, the detection amount of the ultrasonic wave in the radial direction which is not necessary for level measurement can be suppressed to a small level.

以下本発明に係る超音波レベル計の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of an ultrasonic level meter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施例１）
本願発明の第１の実施形態の超音波レベル計は、図１及び図２に示すように、容器１１に収容されている被測定媒体１２にむけて超音波を誘導するための前方開口の円筒形状をしたノズル１３と、このノズル１３の基部位置に超音波を発生させる圧電振動子１５を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサ１４と、を備えた構成になっている。
この円筒形状をしたノズル１３の内周面に、発信超音波の伝播媒体中における波長の１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けた凹凸部１６を備えた構造になっている。ここで、超音波の波長λは、波長λ＝伝播媒体中の音速ｃ／発信超音波周波数ｆで計算できる。 (Example 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic level meter according to the first embodiment of the present invention is a cylinder having a front opening for guiding ultrasonic waves toward a measured medium 12 accommodated in a container 11. A configuration including a nozzle 13 having a shape and an ultrasonic sensor 14 including a piezoelectric vibrator 15 that generates an ultrasonic wave at a base position of the nozzle 13 and a receiving unit that receives reflected ultrasonic waves. It has become.
The cylindrical nozzle 13 has a structure in which an uneven portion 16 is provided on the inner peripheral surface of the nozzle 13 in which steps having a depth corresponding to 1/4 · λ of the wavelength in the propagation medium of the transmitted ultrasonic wave are evenly provided. ing. Here, the wavelength λ of the ultrasonic wave can be calculated by the following equation: wavelength λ = sonic velocity c in the propagation medium / transmitting ultrasonic frequency f.

このような構造のノズル１３において、圧電振動子１５から発射された超音波のうち、特に径方向（Ｂ方向）に発信された超音波はノズルの内側の凹凸部１６で反射する。このとき、ノズル１３の内周面の凹凸部１６は波長の１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けた構造となっているために、この段差の凸部と凹部でそれぞれ反射して戻ってきた超音波（（１）と（２））は、図３に示すように、凸部と凹部とではお互いに１／２波長の位相差を持つ。これは、超音波が到達する圧電振動子１５円筒面では、その円周方向にノズル１３内側の凹凸分布と同様な逆位相の音圧分布となることで、圧電振動子１５の径方向（Ｂ方向）から入力される全音圧総計は相殺されることになる。これによってレベル測定に不要となる径方向の超音波の検出量が小さく抑えられる。
この凹凸部１６の段差は、ノズル１３と同一の材質で実現できるため、例えば、吸音材が使用できない腐食性環境化でもノズル１３の影響を改善することができるのである。 In the nozzle 13 having such a structure, among the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric vibrator 15, the ultrasonic wave transmitted particularly in the radial direction (B direction) is reflected by the uneven portion 16 inside the nozzle. At this time, the uneven portion 16 on the inner peripheral surface of the nozzle 13 has a structure in which steps having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength are uniformly provided. As shown in FIG. 3, the ultrasonic waves ((1) and (2)) reflected and returned have a phase difference of ½ wavelength between the convex part and the concave part. This is because, on the cylindrical surface of the piezoelectric vibrator 15 to which the ultrasonic waves reach, the sound pressure distribution having the opposite phase is similar to the uneven distribution inside the nozzle 13 in the circumferential direction. The total sound pressure input from the (direction) is canceled out. As a result, the detection amount of the ultrasonic wave in the radial direction which is unnecessary for level measurement can be suppressed to a small level.
Since the step of the concavo-convex portion 16 can be realized with the same material as the nozzle 13, for example, the influence of the nozzle 13 can be improved even in a corrosive environment where a sound absorbing material cannot be used.

（実施例２）
次に、第２の実施形態の超音波レベル計について、図面を参照して説明する。 (Example 2)
Next, an ultrasonic level meter according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.

第２の実施形態の超音波レベル計は、図４に示すように、容器１１に収容されている被測定媒体１２にむけて超音波を誘導するための前方開口の円筒形状をしたノズル１３と、ノズル１３の基部位置に超音波を発生させる圧電振動子１５を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサ１４と、を少なくとも備え、このノズル１３の内周面に、圧電振動子１５で発信する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差、凸部と凹部を均等に設けた穴付板１７を取付けた構造となっている。
この穴付板１７に設けた波長λの１／４・λに相当する深さの凹部は、発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなる。
この波長λは、
波長λ＝伝播媒体中の音速ｃ／発信超音波周波数ｆ
の関係になっている。 As shown in FIG. 4, the ultrasonic level meter according to the second embodiment includes a nozzle 13 having a cylindrical shape with a front opening for guiding ultrasonic waves toward a medium 12 to be measured housed in a container 11. An ultrasonic sensor 14 including a piezoelectric vibrator 15 that generates ultrasonic waves at a base position of the nozzle 13 and a receiving unit that receives reflected ultrasonic waves, and an inner peripheral surface of the nozzle 13 Further, a structure having a step 17 having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ in the propagation medium of the ultrasonic wave transmitted by the piezoelectric vibrator 15 and a plate 17 with a hole provided with uniform projections and depressions. It has become.
The depth of the concave portion corresponding to 1/4 · λ of the wavelength λ provided in the holed plate 17 is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1, 2, ...)) · λ.
This wavelength λ is
Wavelength λ = sonic velocity in propagation medium / transmitting ultrasonic frequency f
It has become a relationship.

このような穴付板１７は、ノズル１３の内周面に設けたことで、圧電振動子１５から発射されるＢ方向の超音波は、上記実施例と同様に凸部と凹部のそれぞれに１／２波長の位相差を持つことになる。これは、超音波が到達する圧電振動子１５円筒面では、その円周方向にノズル１３内側の凹凸分布と同様な逆位相の音圧分布となることで、振動子の径方向（Ｂ方向）から入力される全音圧総計は相殺されることになる。   By providing such a holed plate 17 on the inner peripheral surface of the nozzle 13, the ultrasonic wave in the B direction emitted from the piezoelectric vibrator 15 is 1 in each of the convex portion and the concave portion as in the above embodiment. / Has a phase difference of 2 wavelengths. This is because, on the cylindrical surface of the piezoelectric vibrator 15 to which the ultrasonic waves reach, the sound pressure distribution has the opposite phase to the uneven distribution inside the nozzle 13 in the circumferential direction, so that the radial direction of the vibrator (B direction) The total sound pressure input from is canceled out.

実施例においては、この穴付板１７をノズル１３の内周面に取付けたが、これに限定されることなく、容器１１における被測定媒体１２以外の超音波が到達する箇所、例えば、容器１１の内壁、容器１１の天井、容器１１内部の梁、容器１１へ被測定媒体を注排水する注排水口を含む構造物表面の一部或いは全てに取付けることで、凹凸による１／２波長の位相差を持たせることで、超音波を相殺することが可能になり、これは、被測定媒体１２以外に発射される超音波をなくすか、それに近い状態にすることが可能で、精度のよい測定をすることができるのである。   In the embodiment, the holed plate 17 is attached to the inner peripheral surface of the nozzle 13. However, the present invention is not limited to this, and the place where the ultrasonic waves other than the measured medium 12 reach in the container 11, for example, the container 11. By attaching to a part or all of the surface of the structure including the inner wall of the container, the ceiling of the container 11, the beam inside the container 11, and the pouring / draining port for pouring / measuring the medium to be measured, By providing the phase difference, it is possible to cancel the ultrasonic waves, which can eliminate or close the state of the ultrasonic waves emitted to other than the medium 12 to be measured. You can do it.

（実施例３）
次に、第３の実施形態の超音波レベル計について、図面を参照して説明する。 (Example 3)
Next, an ultrasonic level meter according to a third embodiment will be described with reference to the drawings.

第３の実施形態の超音波レベル計は、図５に示すように、温度の変化に基づく超音波の音速を計算により求め、この求めた音速から発射する超音波を求めて温度により変化する超音波を補正することで、精度のよい測定を得るようにしたものである。
被測定媒体以外に発射される超音波を相殺する手法は、上記実施例１及び２に示す手法と同じであり、例えば、ノズルの内周面に圧電振動子で発射する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差、即ち凹部及び凸部を均等に設けた凹凸部を設けた構造、或いは実施例２で示した凹凸を有する穴付板を取付けた構造でもよい。 As shown in FIG. 5, the ultrasonic level meter according to the third embodiment obtains the sound velocity of the ultrasonic wave based on the change in temperature, obtains the ultrasonic wave emitted from the obtained sound velocity, and changes the supersonic wave that changes depending on the temperature. By correcting the sound wave, an accurate measurement is obtained.
The method of canceling the ultrasonic waves emitted to other than the medium to be measured is the same as the method shown in the first and second embodiments. For example, in the ultrasonic propagation medium emitted by the piezoelectric vibrator on the inner peripheral surface of the nozzle. A step having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ in FIG. 1, that is, a structure having uneven portions provided with concave portions and convex portions uniformly, or a plate with holes having the concave and convex portions shown in Example 2 is attached. It may be a structure.

温度センサに基づいて超音波の波長を補正するための回路構成は、図５に示すように、温度センサ２１と、温度センサ２１で測定した温度に基づいて音速を演算する音速演算器２２と、音速演算器２２で得られた音速に基づいて周波数を補正する周波数補正演算器２３と、周波数補正演算器２３で得られた補正周波数を入力する送信回路２４と、音速演算器２２で得られた音速に基づいて距離やレベルを演算する距離／レベル演算器２５と、その演算された距離或いはレベルを出力する出力回路２６と、伝播時間を測定する伝播時間測定器２７と、伝播時間測定器２７で測定された超音波を受信する受信回路２８と、送信回路２４或いは受信回路２８からの信号を切り替える送／受切替器２９と、送受信器３０とから大略構成されている。   As shown in FIG. 5, the circuit configuration for correcting the wavelength of the ultrasonic wave based on the temperature sensor includes a temperature sensor 21, a sound speed calculator 22 that calculates the sound speed based on the temperature measured by the temperature sensor 21, and The frequency correction calculator 23 for correcting the frequency based on the sound speed obtained by the sound speed calculator 22, the transmission circuit 24 for inputting the correction frequency obtained by the frequency correction calculator 23, and the sound speed calculator 22 A distance / level calculator 25 that calculates the distance and level based on the speed of sound, an output circuit 26 that outputs the calculated distance or level, a propagation time measuring instrument 27 that measures the propagation time, and a propagation time measuring instrument 27 The transmitter circuit 28 includes a receiving circuit 28 that receives the ultrasonic waves measured in Step 1, a transmitting / receiving switch 29 that switches signals from the transmitting circuit 24 or the receiving circuit 28, and a transceiver 30.

このような構造において、温度センサ２１より測定した温度Ｔ２を音速演算器２２で音速Ｃ２を計算し、音速Ｃ２から周波数補正演算器２３で発信する超音波の周波数ｆ２を計算する。そして、送信回路２４から発信する超音波の周波数ｆ２で送受信器３０を駆動させることで、速度の変化分だけ波長がずれることによる相殺条件のズレを補正する機能を有するようにしたことである。   In such a structure, the sound speed C2 is calculated by the sound speed calculator 22 based on the temperature T2 measured by the temperature sensor 21, and the frequency f2 of the ultrasonic wave transmitted by the frequency correction calculator 23 is calculated from the sound speed C2. Then, the transmitter / receiver 30 is driven with the frequency f2 of the ultrasonic wave transmitted from the transmission circuit 24, thereby having a function of correcting the offset of the canceling condition due to the shift of the wavelength by the change in speed.

さて、凹凸の段差による超音波を相殺する条件は、周囲温度Ｔ１において、次式を満足する。
段差Ｌ＝λ１・１／４……（式１）
λ１＝Ｃ１／ｆ１
Ｃ１：周囲温度Ｔ１での伝播媒体中の音速
ｆ１：発信超音波周波数 Now, the condition for canceling out the ultrasonic waves due to the uneven steps satisfies the following equation at the ambient temperature T1.
Step L = λ1 · 1/4 (Formula 1)
λ1 = C1 / f1
C1: Sound velocity in propagation medium at ambient temperature T1 f1: Transmission ultrasonic frequency

しかし、温度がＴ１からＴ２に変化すると音速もＣ２に変化する。例えば、空気中の音速は、次式に示すように温度によって変化する。
Ｃ＝３３１．５＋０．６＊Ｔ（ｍ／ｓ）……（式２）
Ｔ：温度（℃） However, when the temperature changes from T1 to T2, the sound speed also changes to C2. For example, the speed of sound in the air varies with temperature as shown in the following equation.
C = 331.5 + 0.6 * T (m / s) (Formula 2)
T: Temperature (° C)

音速の変化で、波長もλ２に変化するため、式１を満足しなくなり、相殺効果が低下する。温度が変化しても、式１を満足させるように発信周波数を次式で与えるｆ２に変化させることで、波長はλ１となり、相殺条件を満足する。
ｆ２＝（Ｃ２／Ｃ１）＊ｆ１……（式３） Since the wavelength also changes to λ2 due to the change in sound speed, Equation 1 is not satisfied and the cancellation effect is reduced. Even if the temperature changes, by changing the transmission frequency to f2 given by the following equation so as to satisfy Equation 1, the wavelength becomes λ1, which satisfies the cancellation condition.
f2 = (C2 / C1) * f1 (Formula 3)

以上のようにして、温度により変化する音速を用いて超音波の波長を変化させることで、凹凸部による相殺条件のズレを補正することができるのである。   As described above, by changing the wavelength of the ultrasonic wave using the speed of sound that changes depending on the temperature, it is possible to correct the deviation of the canceling condition due to the uneven portion.

圧電振動子から発射される被測定媒体方向の超音波に対して、径方向に発射される超音波を、例えばノズルの内周面に設けた発信超音波の伝播媒体中における波長の１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けた凹凸部で相殺するようにしたことで、レベル測定に不要となる超音波の検出量を小さく抑える超音波レベル計が提供できる。   For example, the ultrasonic wave emitted in the radial direction is ¼ of the wavelength in the propagation medium of the transmission ultrasonic wave provided on the inner peripheral surface of the nozzle with respect to the ultrasonic wave emitted from the piezoelectric vibrator in the direction of the medium to be measured. An ultrasonic level meter that suppresses the detection amount of ultrasonic waves that are unnecessary for level measurement can be provided by offsetting the steps having a depth corresponding to λ with the uneven portions provided uniformly.

本発明に係る第１の実施形態の超音波レベル計を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the ultrasonic level meter of 1st Embodiment which concerns on this invention. 同、底面からみた説明図である。It is explanatory drawing seen from the bottom same. 同、段差の凹凸部でそれぞれ反射して振動子円筒面に到達して超音波音圧波形を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing an ultrasonic sound pressure waveform that is reflected by the uneven portions of the step and reaches the transducer cylindrical surface. 本発明に係る第２の実施形態の超音波レベル計を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the ultrasonic level meter of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第３の実施形態の超音波レベル計を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the ultrasonic level meter of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 従来技術における第１の例の超音波レベル計の説明図である。It is explanatory drawing of the ultrasonic level meter of the 1st example in a prior art. 図６における超音波レベル計の底面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the bottom face of the ultrasonic level meter in FIG. 従来技術における第２の例の超音波レベル計の説明図である。It is explanatory drawing of the ultrasonic level meter of the 2nd example in a prior art. 図８における超音波レベル計の底面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the bottom face of the ultrasonic level meter in FIG. 従来技術における第３の例の超音波レベル計の説明図である。It is explanatory drawing of the ultrasonic level meter of the 3rd example in a prior art. 図１０における超音波レベル計の底面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the bottom face of the ultrasonic level meter in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 容器
１２ 被測定媒体
１３ ノズル
１４ 超音波センサ
１５ 圧電振動子
１６ 凹凸部
１７ 穴付板
２１ 温度センサ
２２ 音速演算器
２３ 周波数補正演算器
２４ 送信回路
２５ 距離／レベル演算器
２６ 出力回路
２７ 伝播時間測定器
２８ 受信回路
２９ 送／受切替器
３０ 送受信機。
11 Container 12 Medium to be measured 13 Nozzle 14 Ultrasonic sensor 15 Piezoelectric vibrator 16 Concavity and convexity 17 Plate with hole 21 Temperature sensor 22 Sound speed calculator 23 Frequency correction calculator 24 Transmission circuit 25 Distance / level calculator 26 Output circuit 27 Propagation time Measuring device 28 Reception circuit 29 Send / receive switch 30 Transmitter / receiver.

Claims (11)

容器に収容されている被測定媒体にむけて超音波を誘導するための前方開口の円筒形状をしたノズルと、
前記ノズルの基部位置に超音波を発生させる圧電振動子を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサと、を少なくとも備え、
前記ノズルの内周面に、前記圧電振動子で発信する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けたことを特徴とする超音波レベル計。 A cylindrical nozzle with a front opening for guiding ultrasonic waves toward the medium to be measured contained in the container;
An ultrasonic sensor that includes a piezoelectric vibrator that generates an ultrasonic wave at a base position of the nozzle and includes a receiving unit that receives the reflected ultrasonic wave; and
An ultrasonic wave characterized in that a step having a depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ in the ultrasonic wave propagation medium transmitted by the piezoelectric vibrator is uniformly provided on the inner peripheral surface of the nozzle. Level meter. 前記段差は、前記ノズルと同一材料で形成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波レベル計。 The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein the step is made of the same material as the nozzle. 前記波長λの１／４・λに相当する深さは、前記発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなることを特徴とする請求項１に記載の超音波レベル計。   The depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1, 2,...)) With respect to the wavelength λ of the transmitted ultrasonic wave. The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein λ ·. 請求項１に記載の超音波レベル計には、更に、
温度センサで測定した温度に基づいて音速を計算する音速演算手段と、
前記音速演算手段により計算された音速から超音波周波数を計算する周波数補正演算手段と、
前記周波数補正演算手段により計算された超音波周波数で前記超音波センサを駆動させる超音波駆動手段と、
を備えたことを特徴とする超音波レベル計。 The ultrasonic level meter according to claim 1, further comprising:
A sound speed calculating means for calculating the sound speed based on the temperature measured by the temperature sensor;
Frequency correction calculation means for calculating an ultrasonic frequency from the sound speed calculated by the sound speed calculation means;
Ultrasonic driving means for driving the ultrasonic sensor at an ultrasonic frequency calculated by the frequency correction calculating means;
An ultrasonic level meter characterized by comprising: 容器に収容されている被測定媒体にむけて超音波を誘導するための前方開口の円筒形状をしたノズルと、
前記ノズルの基部位置に超音波を発生させる圧電振動子を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサと、を少なくとも備え、
前記ノズルの内周面に、前記圧電振動子で発信する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けた穴付板を取付けたことを特徴とする超音波レベル計。 A cylindrical nozzle with a front opening for guiding ultrasonic waves toward the medium to be measured contained in the container;
An ultrasonic sensor that includes a piezoelectric vibrator that generates an ultrasonic wave at a base position of the nozzle and includes a receiving unit that receives the reflected ultrasonic wave; and
A plate with a hole provided with a step having a depth equivalent to ¼ · λ of the wavelength λ in the propagation medium of the ultrasonic wave transmitted by the piezoelectric vibrator is attached to the inner peripheral surface of the nozzle. Ultrasonic level meter characterized by. 前記穴付板に設けた前記波長λの１／４・λに相当する深さは、前記発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなることを特徴とする請求項５に記載の超音波レベル計。   The depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ provided on the holed plate is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1) with respect to the wavelength λ of the transmitted ultrasonic wave. The ultrasonic level meter according to claim 5, wherein... 請求項５に記載の超音波レベル計には、更に、
温度センサで測定した温度に基づいて音速を計算する音速演算手段と、
前記音速演算手段により計算された音速から超音波周波数を計算する周波数補正演算手段と、
前記周波数補正演算手段により計算された超音波周波数で前記超音波センサを駆動させる超音波駆動手段と、
を備えたことを特徴とする超音波レベル計。 The ultrasonic level meter according to claim 5 further includes:
A sound speed calculating means for calculating the sound speed based on the temperature measured by the temperature sensor;
Frequency correction calculation means for calculating an ultrasonic frequency from the sound speed calculated by the sound speed calculation means;
Ultrasonic driving means for driving the ultrasonic sensor at an ultrasonic frequency calculated by the frequency correction calculating means;
An ultrasonic level meter characterized by comprising: 容器に収容されている被測定媒体にむけて超音波を発射させる圧電振動子を備えると共に反射してくる超音波を受信する受信手段を備えた超音波センサを、前記被測定媒体の方向に超音波を発射できる位置に配置してなる超音波レベル計であって、
前記容器を含む超音波が到着する面に、前記圧電振動子で発射する超音波の伝播媒体中における波長λの１／４・λに相当する深さを持つ段差を均等に設けたことを特徴とする超音波レベル計 An ultrasonic sensor including a piezoelectric vibrator that emits ultrasonic waves toward a measurement medium accommodated in a container and receiving means for receiving reflected ultrasonic waves is superposed in the direction of the measurement medium. An ultrasonic level meter arranged at a position where sound waves can be emitted,
A step having a depth corresponding to 1/4 · λ of the wavelength λ in the ultrasonic wave propagation medium emitted by the piezoelectric vibrator is uniformly provided on the surface on which the ultrasonic wave including the container arrives. Ultrasonic level meter 前記容器を含む超音波が到着する面は、前記圧電振動子を配置している円筒形状のノズルの内周面、容器の内壁、容器の天井、容器内部の梁、容器へ被測定媒体を注排水する注排水口を含む構造物表面の一部或いは全てであることを特徴とする請求項８に記載の超音波レベル計。   The surface on which the ultrasonic wave including the container arrives is the inner peripheral surface of the cylindrical nozzle on which the piezoelectric vibrator is arranged, the inner wall of the container, the ceiling of the container, the beam inside the container, and the medium to be measured to the container. The ultrasonic level meter according to claim 8, wherein the ultrasonic level meter is a part or all of the surface of the structure including the pouring outlet for draining. 前記波長λの１／４・λに相当する深さは、前記発信する超音波の波長λに対して、深さが（１／４＋ｎ／２（ｎ＝０、１、２、・・・））・λとなることを特徴とする請求項８に記載の超音波レベル計。 The depth corresponding to ¼ · λ of the wavelength λ is (1/4 + n / 2 (n = 0, 1, 2,...)) With respect to the wavelength λ of the transmitted ultrasonic wave. The ultrasonic level meter according to claim 8, wherein: λ. 請求項８に記載の超音波レベル計には、更に、
温度センサで測定した温度に基づいて音速を計算する音速演算手段と、
前記音速演算手段により計算された音速から超音波周波数を計算する周波数補正演算手段と、
前記周波数補正演算手段により計算された超音波周波数で前記超音波センサを駆動させる超音波駆動手段と、
を備えたことを特徴とする超音波レベル計。
The ultrasonic level meter according to claim 8, further comprising:
A sound speed calculating means for calculating the sound speed based on the temperature measured by the temperature sensor;
Frequency correction calculation means for calculating an ultrasonic frequency from the sound speed calculated by the sound speed calculation means;
Ultrasonic driving means for driving the ultrasonic sensor at an ultrasonic frequency calculated by the frequency correction calculating means;
An ultrasonic level meter characterized by comprising:
JP2003360337A 2003-10-21 2003-10-21 Ultrasonic level gage Withdrawn JP2005127722A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003360337A JP2005127722A (en) 2003-10-21 2003-10-21 Ultrasonic level gage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003360337A JP2005127722A (en) 2003-10-21 2003-10-21 Ultrasonic level gage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005127722A true JP2005127722A (en) 2005-05-19

Family

ID=34640672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003360337A Withdrawn JP2005127722A (en) 2003-10-21 2003-10-21 Ultrasonic level gage

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005127722A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008020111A (en) * 2006-07-12 2008-01-31 Mitsubishi Electric Corp Showcase
US8905290B2 (en) 2012-11-30 2014-12-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus for mounting semiconductor chips on a circuit board
JP2015175795A (en) * 2014-03-17 2015-10-05 株式会社東芝 Liquid level detector and automatic analyzer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008020111A (en) * 2006-07-12 2008-01-31 Mitsubishi Electric Corp Showcase
US8905290B2 (en) 2012-11-30 2014-12-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus for mounting semiconductor chips on a circuit board
JP2015175795A (en) * 2014-03-17 2015-10-05 株式会社東芝 Liquid level detector and automatic analyzer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10215613B2 (en) System and method for non-intrusive and continuous level measurement of a liquid
CN109154521B (en) Ultrasonic level sensor with reflector and method for calibrating ultrasonic transducer
CN111183332B (en) Method and device for measuring the layer thickness and the sound velocity of a layer of a single-layer or multi-layer sample
RU2010143431A (en) SYSTEM FOR ULTRASONIC DETECT DETECTION IN THE PIPE WALL
US20060215492A1 (en) Ultrasonic distance measurement system
WO2010080335A3 (en) Integrated multi-beam acoustic doppler discharge measurement system
US9207216B2 (en) Ultrasonic sensor having trasmitting and receiving horns
EP3710795B1 (en) Device and method for detecting deposition layers in a conduit conducting a liquid or a soft medium and/or for level detection
US20130264142A1 (en) Coupling element of an ultrasonic transducer for an ultrasonic, flow measuring device
KR20150032883A (en) Method and device for determining a height of a fluid level in a fluid container
JP2005127722A (en) Ultrasonic level gage
WO2013013395A1 (en) Device and method for measuring liquid level
KR20170033263A (en) Ultrasonic flow meter
CA2482141C (en) Sound or ultrasound sensor
JP2011038870A (en) Ultrasonic flow meter and flow rate measuring method using the same
JP2013506117A (en) Method and apparatus for measuring seabed contours
JP5827809B2 (en) Ultrasonic probe and method for measuring circumference of tubular object
JP4292982B2 (en) Ultrasonic level meter
Hoffmann et al. Effect of transducer port cavities in invasive ultrasonic transit-time gas flowmeters
Tanaka et al. Doppler shift equation and measurement errors affected by spatial variation of the speed of sound in sea water
US20200233070A1 (en) Ultrasonic wave apparatus for measure of distance
RU2692409C1 (en) Method of measuring liquid level
US20240192809A1 (en) Capacitive micromachined ultrasonic transducer (cmut) multi-touch and slider detection with improved pixel area coverage and ultrasonic feedback by a same pixel array
JP2007121199A (en) Density measuring instrument and density measuring method
JPH05180676A (en) Flow rate measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060516

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090203

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090304