JPH0231328B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 容器の外側に配置し、容器の固定された一点
において直接的に接触し容器の壁を振動させるた
めの機械的動作装置であるパルス装置３と、容器
全体の質量に依存する壁の振動を感知するトラン
スジユーサ５，１３と、前記トランスジユーサの
出力信号を評価して、容器内の流体レベルを示す
結果を表示器１０に伝送する処理装置９を備える
ことを特徴とする容器内の流体レベルを検出する
装置。

２ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
パルス装置３に、圧力によつて駆動される当接部
材４を備えることを特徴とする容器内の流体レベ
ルを検出する装置。

３ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
パルス装置が、電気パルスで駆動される当接部材
で、圧電気型、磁気ひずみ型又は電流力型のもの
であることを特徴とする容器内の流体レベルを検
出する装置。

４ 請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記
載の装置において、前記トランスジユーサ５が、
容器壁１ａに適用するための圧電気素子６からな
ることを特徴とする容器内の流体レベルを検出す
る装置。

５ 請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記
載の装置において、前記トランスジユーサが容器
の壁から離れた位置において、容器壁の振動を音
響的に走査するマイクロホン１３であることを特
徴とする容器内の流体レベルを検出する装置。

６ 請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記
載の装置において、前記パルス装置３と前記トラ
ンスジユーサ５，１３とが１つのユニツトを形成
するように相互に近接した固定位置にあることを
特徴とする容器内の流体レベルを検出する装置。

７ 請求の範囲第６項記載の装置において、前記
１つのユニツトを形成する装置３，５が容器１の
底壁部に、固着して固定的協同動作をすることを
特徴とする容器内の流体レベルを検出する装置。

８ 請求の範囲第６項記載の装置において、前記
パルス装置３が、容器の壁の任意の位置に瞬間的
に当たるように、ピストル形の可動ハンドル１１
の端に分離して付着されることを特徴とする容器
内の流体レベルを検出する装置。

９ 請求の範囲第１項から第８項のいずれかに記
載の装置において、前記のパルス装置３、トラン
スジユーサ５，１３、処理装置９及び表示器１０
も、唯１個のユニツトに組立てることを特徴とす
る容器内の流体レベルを検出する装置。

明細書 本発明は、容器内の流体レベルの測定及び表示
装置に関するものである。

不透明な容器内の液面は、従来、スタンドパイ
プ（例えばボイラー）又は浮動物体（例えば油タ
ンク又はガソリンタンク）によつて表示してき
た。その他の容器やコンテイナー、例えば家庭用
の液化石油ガス（LPガス）容器やボンベ等のす
べての容器には液面表示装置を全く取付けていな
い。液体がどれ位入つているかを知るためには、
容器と内容の目方を秤量しなければならないが、
これは明かに複雑で面倒な方法であり、特に容器
が大形で重いときは一層面倒なものとなる。

本発明は、容器内には何も挿入することなく、
液面表示問題の解決をはかるものである。本発明
の特徴は、容器の壁を振動させる機械的動作装置
又はパネル装置、容器の充満度によつて、異る振
動経過を感知するトランスジユーサ及びトランス
ジユーサからの出力信号を評価してその結果を表
示器に伝送する処理装置を備える点にある。

本発明を、LPガス容器に適用した場合につい
て、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

第１図は、本発明による据置用装置を取付けた
家庭用LPガス容器の正面略図で、一部はブロツ
ク図で示してある。第２図は、別個の付属物とし
て設計した装置で、手に保持するピストル形にし
たもので、一部外被を取除いた外観図であり；第
３ａ図及び第３ｂ図は、それぞれ容器が充満の場
合と空の場合とにおける装置のトランスジユーサ
からの出力信号の代表的曲線を示した図であり；
第４図、第５図及び第６図は、デイジタル表示の
電子装置のブロツク図で、容器の壁の周波数だけ
を使用したもの（第４図）、容器の壁の周波数と
その振動振幅とを組合せ使用したもの（第５図）、
及び容器の壁振動の残響時間を使用したものであ
り（第６図）、また第７図はアナログ表示装置の
ブロツク図である。

第１図で、LPガス容器１は鎖線で示した支持
台の上に設置してある。この支持台に当接ピン４
の着いている据置用パルス装置とこの装置の側に
全体に５で示すトランスジユーサを取付けてお
く。トランスジユーサには圧電気結晶６を含む
が、この圧電気結晶６は、垂直方向に可動のもの
で上方向に質量重り７を担持する。質量重り７
は、上方に向う力の作用を受けるので図では圧縮
ばね８で表わしている。パルス装置とトランスジ
ユーサとは、これらを適用する容器１の底壁１ａ
がパルス装置の動作範囲内にあつて、ばね８を圧
縮してばね８が結晶６と確実に密着するような位
置に取付けられる。

トランスジユーサ５からの出力信号は、処理装
置９に伝送されて、そこから表示器１０に伝送さ
れる。

この装置の動作様式は実質上下記の通りであ
る。

パルス装置の当接ピン４を解放する。この解放
は例えば、ボタン（示してない）を押すことによ
つて行うもので、ボタンを押すことによつて、当
接ピンに作用しており−恐らく押下げの最初に発
生する−初期応力を解放するので、容器の底は強
力なスラストを受ける。これによつて容器全体の
壁が減衰振動を行うようになる。容器内のLPガ
スの量がこの振動に対して減衰効果を与えるの
で、振動は減少量に従つて減衰する。これは、振
動周波数が増加し、振幅が減少することを意味す
る。

壁（底）の振動は、対応する変化電圧の形で圧
電気トランスジユーサ５によつて、処理装置９に
伝達され、処理装置９がその信号を処理して、周
波数（又は振幅）に比例した、従つて容器の充満
量に比例した信号を表示器１０に送出する。表示
器１０はLPガスの液面レベルを例えば指針の偏
れ又はデイジタル形式で（図示のように）表示す
る。

当接ピン４の機械的解放初期応力は電流力学的
の切替装置、又は当接ピンを担持する固定圧電気
結晶又は一端が容器底部に接近しているか又は接
触している磁気ひずみ棒に巻いた巻線に強い電圧
パルスを加えることによつて置き換えることがで
きる。

第１図に示すトランスジユーサ５は、容器の底
から少し離れた位置に設置するマイクロホンで代
えることができる。この場合、マイクロホンは容
器からの音波を集めて、圧電気結晶の出力信号に
類似の信号を処理装置に送出する。

マイクロホンの代替装置を第２図の実施例に示
した。観測結果によると、トランスジユーサの出
力信号は、容器へのパルス装置及びトランスジユ
ーサの作用点に無関係という性質をもつ。

従つて第２図で符号１１で一般的に示したピス
トルとハンドル１１ａとは、容器のどんな場所に
も適用することができる。ピストルの銃孔には音
波（音響発振）をマイクロホン１３に導く第１チ
ヤネル１２がある。また第２チヤネル１４で当接
ピン４が進められることは、紙とじ用ピストルが
撃鉄１５で作動するのと同様である。

前述の場合には、トランスジユーサ（マイクロ
ホン１３）の出力信号は、ハンドル１１ａの内部
に設ける処理装置９に送られて、処理装置の出力
は表示器１０に接続される。この場合の表示器
は、ピストルの殻内に設ける表で、グローランプ
１０ａを備え、容器内の降下レベルの段階を表示
して、順次消えるものである。第１図及び第２図
には、容器の内容が約20％残つている場合を示し
てある。

第３ａ図は、第１図による構成の容器が充満状
態でのトランスジユーサからの出力信号の代表的
形状を示すものであり、第３ｂ図は容器が空のと
きのトランスジユーサからの出力信号を代表的形
状を示す。これらの曲線は、また第２図によるマ
イクロホン代替装置の場合も表示していることに
留意されたい。

スラストが加わる瞬間に異常な温度現象が発生
するので、処理装置内で信号を処理する前に遅延
時間を挿入することが望ましい。処理方法は当業
者には明かなように、いろいろな方法で実行する
ことができる。通常、上音尖頭値を最初に低域フ
イルタで取り除くことによつて、鎖線で示した降
下正弦波形が得られる。図面に明瞭に示されてい
るように、第３ｂ図の曲線（空容器）、の周波数
は第３ａ図の曲線（充満容器）の周波数より実質
的に高く、また第３ａ図の曲線は第３ｂ図の曲線
よりも大きな減衰にしたがつて急激に減衰する。

最も簡単な表示は、トランスジユーサのフイル
タ出力信号を周波数計に結合することによつて、
充満容器と空容器について測定した限界値の間の
レベル値に直接換算した値が得られる。別の方法
としては、出力信号を整流して一定の時間間隔に
ついて積分して、同一の時間間隔に対する基準値
と比較することによつて得られる。

異なる標準型容器に対する測定及び表示を可能
とするために、プログラム可能なマイクロコンピ
ユータを挿入して種々の型式についてまた壁厚さ
等の公差の校正についてプログラムすることがで
きる。

本発明による装置は、液体のほかガスを含むす
べての流体のレベル測定に使用できる。第１図に
示したタイプの装置構成で、遠隔表示のために遠
隔制御しても差支えない。

前述した装置の異る組合せや変形を考えること
ができる。原則として、パルス装置とトランスジ
ユーサとは、１個の同一圧電気素子で構成して、
先ず電圧サージによつて容器壁を振動させて、そ
の後トランスジユーサとして動作させる。パルス
装置はまた単一の電圧パルスではなく、１連のパ
ルス列を送出するように構成することもできる。
この場合のパルス列は、最大の予想減衰時間（表
示器のための記憶装置がない範囲で反覆表示）を
こえる時間間隔か又は減衰時間以内に減衰する時
間間隔で送出されるので、すなわち、パルス装置
が振動器として動作する。後者の場合、処理装置
はトランスジユーサの複合出力信号によつて表わ
される相互に重複している振動を識別するような
装置に構成しなければならない。そのような状態
は、例えば第１図の容器１を、パルス装置３に代
る１つの振動支持台に設置することによつて可能
になる。

こうすることによつて、自動車のガソリンタン
ク又は油タンクのレベル表示にも本発明を利用で
きる可能性が開ける。自動車では、エンジンのス
タートによつて確実にタンクの振動を発生する。

上記の説明を基礎にして、当業者が必要な電子
評価回路を設計することは困難ではないが、完全
を期すために、４つの異る解決法を第４図ないし
第７図に示した例によつて以下に説明する。

第４図は、充満度の比較的粗い表示、すなわち
100％、50％、20％及び10％の最も簡単な場合を
示す。問題の容器にスラストＧが加つて、トラン
スジユーサＧから送出される出力信号は、前置増
幅器Ｆで増幅されて、異る充満度に対応する調整
可能な周波数帯幅に並列に接続されるPLL（位相
固定ループ）タイプの回路に適当な信号レベルと
なる。これらのPLLは、入つてくる周波数がそ
れぞれ調整された周波数帯幅内にあるとき、それ
ぞれのアンド・ゲートＧ１及びオーア・ゲートＧ
２に出力信号を送出する。最大の確度（10％）を
得るために、２個のPLLの周波数帯幅は互いに
重複していて、両方の回路がレベルを表わす１つ
の出力信号を送出するようになつている。オー
ア・ゲートＧ２を介して、デイジタル表示装置Ｄ
への表示が得られる。

高い確度が希望され又は要求される場合、特に
殆んど空の容器（これに対しては、周波数の変化
はもはや安全に観察されない）の場合には、第５
図による結合回路を使用して、臨界残存範囲（10
％以内）に対しては、容器壁の振動振幅も、また
充満度によつて変化するという条件を利用するこ
とができる（第３図参照）。

第５図の回路では、PLLは、この場合、音響
検出器と呼ぶ、すなわち一般のPLLは、同一チ
ツプに比較器も備えて製作されているので、入つ
てくる信号が問題の周波数帯にあるときは、デイ
ジタル出力信号で表示する。高い充満度の場合に
は、第４図の場合と同一の原理、すなわち、基準
として周波数変化だけを適用する。第４図に比べ
て追加となるものは、実質的には個別前置増幅器
Ｆと多くの論理回路と充満度10％以下０％までを
表示するための振動振幅を走査するレベル検出器
NDである。個別前置増幅器Ｆは、その周波数帯
で均一な振幅を得るため低域フイルタを備えるも
のが望ましい。また整流器が検出器の前置増幅器
Ｆ＋Ｌ内に含まれる。５％又はそれ以下に対して
は、10％に対する論理回路とレベル検出器は、出
力信号を送出する必要がある。これら２つの信号
は、アンド・ゲートＧ１を通過して、表示装置Ｄ
に５％又はそれ以下の表示を行う。10％レベルの
表示は、専用オーア・ゲートＧ２によつて停止さ
れる。

レベル表示器が存在するので、容器に対するス
ラストは一定の力で毎回加えられる必要がある。
この条件は、第４図による周波数検出器には適用
しない。

希望によつては、ゲートの出力信号を、指針計
器を接続したデイジタル・アナログ変換器に結合
することによつて表示をアナログ表示とすること
ができる。

第６図に、充満度に対応した残響時間を基礎に
表示を行う場合を示している。振動振幅は高い充
満度の場合は低い充満度の場合（第３図参照）よ
りもずつと速かに減衰する。

容器にスラストが加つたとき、トランスジユー
サＧから送出される出力信号は、前置増幅器Ｆに
達して、ここで信号が正しい電圧レベルに変えら
れる。その後、帯域フイルタBPが適当な周波数
領域をろ過するが、その信号が包絡線検波器ED
によつて整流される。その結果得られる直流電圧
レベルは、レベル検出器ND１及びND２に伝送
されて、検出器ND１が、その上限界位置ｇ１に
よつてスラストが加えられたかどうかを決定す
る。スラストが加わつたときは、検出器ND１が
出力信号を送出して、周波数発生器FGから給電
されているコンピユータＲをリセツトして、数え
上げると共に単発マルチバイブレータMVを介し
てゲートGRを開いて、レベル表示器ND２から
の信号をシフタSRに通加可能とする。包絡線検
波器EDからの入力信号が減衰によつてレベル検
出器ND２に対する一定の最低限界レベル以下に
低下するときは、前記の出力信号は、シフタに加
わつて、その信号の縁をトリガする。このとき、
シフタはコンピユータＲによつて計算された値
を、直接又はコンバータを介して、表示装置Ｄに
移して、計算された値を対応する充満度百分率に
再校正する。

スラストの力と無関係な測定が希望されるとき
には、レベル検出器ND２を、鎖線で示したよう
な尖頭保持回路Ｔを備えたものとすることができ
る。尖頭値は、電圧を分割して下限位置ｇ２とし
て使用することができる。

最後の第７図に、周波数変化を基礎にして直接
アナログ方式で充満度レベルｎを記録するブロツ
ク図を示す。第５図による回路で、前置増幅器Ｆ
は、ここではそれぞれPLL−回路を備えており
またレベル検出器NDの前に増幅器プラス整流器
Ｆ＋Ｌをおく。さらにアナログゲート（スイツチ
又はリレー）AGを設けて、その前に増幅器プラ
ス整流器Ｆ＋Ｌを置いて、付帯機能範囲内で正し
い出力信号を送出するようにする。

スラストが加わると、トランスジユーサＧから
の出力信号が問題の周波数帯幅にある一組の
PLL回路を動作させて、正しい充満度に応じた
アナログゲートを開く。このゲートからの出力信
号は、受信アナログ値を保持する目的の標本保持
回路Ｓ＆Ｈに加わつて、単発マルチバイブレータ
MVによつて、レベル検出器回路、Ｆ＋Ｌ＋ND
を介した入力信号レベルに応答して動作する。そ
の結果をアナログ表示装置Ｄに例えば指針計器に
よつて表示する。

第４図ないし第７図に示した回路には、多くの
異る変形があり得ることは当業者には明かであ
る。