JPH05340792A - 超音波液体レベルセンサー - Google Patents

超音波液体レベルセンサー

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JPH05340792A
JPH05340792A JP5042769A JP4276993A JPH05340792A JP H05340792 A JPH05340792 A JP H05340792A JP 5042769 A JP5042769 A JP 5042769A JP 4276993 A JP4276993 A JP 4276993A JP H05340792 A JPH05340792 A JP H05340792A
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liquid
ultrasonic
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transducer
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JP5042769A
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David Sinclair
シンクレイア デヴィッド
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Smiths Group PLC
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 間違ったエコーが変換器に受信されず、重量
が小さくかつ超音波エネルギーのエコーが生じない、液
体高さを正確に測定できる超音波液体レベルセンサーを
提供する。 【構成】 アルミニューム製チューブ30の下端に変換
器68を据え付け、前記チューブは液体槽中で上方に突
出し、このチューブはチューブ外部の液体と同じ高さに
液体を充填される。チューブは内側に音波吸収性プラス
チックスの層32をもち、チューブの壁からチューブ内
の液体への超音波振動の伝送を減衰させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は上方に延びるようにかつ
チューブ外側の液体と同じ高さに液体を充填されるよう
に配置されたチューブの下端に向かって据え付けられた
超音波変換器を含む超音波液体レベルセンサーに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】超音波液体レベルセンサーは、超音波振
動は液体中を自由に進むが空気又は他のガス中では急速
に減衰するという事実を利用する。もし超音波変換器が
液体槽の底に据え付けられて、それがエネルギーを液体
/空気界面に差し向けるならば、そのエネルギーはこの
界面によって変換器へ反射して戻される。エネルギーパ
ルスの送信と受信の間にかかった時間を測定することに
よって変換器と液体/空気界面間の距離を測定すること
ができ、これから液体の深さを測定することができる。
【0003】この種の超音波変換器は液体槽の底部から
頂部まで延びるチューブの下端に据え付けられるのが一
般的な実施方法である。液体がチューブ外側の槽内と同
じ深さまでチューブを充填するようにチューブは底が開
口している。チューブは幾つかの目的をもつ。チューブ
は他のセンサー又は干渉源から変換器を絶縁するのを助
ける。それはまた、超音波ビームを制限し、それが変換
器の直ぐ上の液体表面領域にのみ差し向けられるように
なす。更に、チューブはその中に音波を実質的に減衰さ
れた液体表面領域を形成する。
【0004】チューブの使用から生じる他の利点は、チ
ューブ内に既知の高さに或る形式の反射器を据え付ける
ことによってチューブが基準高さを容易に与えることに
ある。このようにすれば、変換器は液体表面からの反射
と、基準反射器からの反射を受信する。後者の反射に対
して液体の高さが校正される。これによって超音波計測
システムは異なった音響伝搬性をもつ異なった液体を補
償し、そして超音波伝搬に影響する温度変動を補償する
ことが可能になる。この種の超音波プローブの1例は例
えばEP0106677に記載されている。
【0005】現存の超音波液体計測センサーには種々の
問題がある。1つの問題は、超音波エネルギーがチュー
ブ内の液体を通して伝送されるのに加えて、エネルギー
はまたチューブ自体の壁内を伝搬されるという事実によ
り生じる。このため、特にチューブ壁が支持のためにク
ランプされる場所で壁から液体へ伝搬することが起こ
り、従って間違ったエコーが変換器によって受信される
ことが起こる。この問題を解消する試みには漂遊エコー
を発生し難いプラスチックス材料から作られたチューブ
の使用が含まれていた。しかし、このことは他の問題を
生じた。プラスチックスは金属程剛性でないので、チュ
ーブの壁は必要な剛性を生ぜしめるために比較的厚くし
なければならず、その結果重量が増大することになる。
12個又はそれ以上の燃料計測プローブが使用される航
空機燃料計測設備においては、重量はかなり大きくな
り、運転コストを大幅に増大させる結果となる。
【0006】これらのセンサーのもつ他の難点は超音波
エネルギーがチューブに沿って軸線方向に通過しない場
合に生じる。というのは、このことによって多数のエコ
ーが生じ、通路長さを増大させ、その結果時間遅れが生
じる。このことは特に液体表面がチューブ軸線に対して
直角でない場合に問題となる。というのは、反射信号の
大部分がチューブに沿って軸線方向に通過しないからで
ある。チューブに沿って軸線方向に反射した信号は液体
高さを測定するのに十分となり得るが、これらの信号は
チューブ壁からの多数の反射によって生じる強力な信号
によって遮断される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記問
題点を少なくとも軽減するために使用できる超音波液体
レベルセンサーを提供することであり、間違ったエコー
が変換器に受信されず、重量が小さくかつ超音波エネル
ギーのエコーが生じない、液体高さを正確に測定できる
超音波液体レベルセンサーを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は1特色として、
チューブは第1の剛性材料からなり、かつチューブの長
さの少なくとも大部分に沿って表面層をもち、前記表面
層は第1の材料とは異なった第2の材料からなり、かつ
チューブの壁からチューブ内の液体への超音波振動の伝
送を減衰するように音波吸収性であることを特徴とす
る、本文冒頭に記載した型式の超音波液体レベルセンサ
ーを提供することにある。
【0009】本発明によれば、全体をプラスチックス材
料で形成したものと同様な音響的性質をもつチューブを
形成することができる。しかし第1の材料の強度はチュ
ーブがより薄い壁と、均等なプラスチックチューブより
かなり低い重量をもつことを可能ならしめる。
【0010】好適には、第1の剛性材料はアルミニュー
ムの如き金属とするが、それはガラス繊維補強されたプ
ラスチックスとしてもよい。表面層は好適にはチューブ
の内側にあり、チューブに被覆として付着された多硫化
物の如きプラスチックスから形成することができる。変
換器は好適には、チューブに行き来する伝送エネルギー
量を実質的に減少させる音響絶縁体中に据え付けられ
る。
【0011】以下、本発明の航空機燃料計測システム用
の超音波センサーを図示の実施例につき説明する。
【0012】
【実施例】図1に示すように、センサー2は液体燃料6
を入れる航空機タンク4内に垂直に取付けられる。セン
サー2は2つのクランプ8、10によって支持される。
前記クランプはセンサーの上端と下端に夫々定着され、
かつタンク4の壁に定着される。センサーに送る駆動信
号とその電気出力はセンサーの下端からケーブル12を
経て燃料計測コンピュータを含む制御ユニット13に受
け取られる。前記コンピュータはセンサーによって提供
された高さ情報から及びタンク形状の情報から燃料容積
を計算する。制御ユニット13からの出力はディスプレ
イ14か又は他の利用手段に供給される。これらはもし
密度入力が提供されるならば容積又は質量の何れかに関
わるものとなし得る。
【0013】図2を参照すれば、センサー2は管状組立
体15と、管状組立体の下端に取付けられた基台組立体
16を含む。
【0014】管状組立体15は約530mm長さであり、
約25mmの外径をもつ。前記組立体はアルミニュームの
如き金属の円筒形チューブ30から作られ、前記チュー
ブは約0.5mmの壁厚さと、その内側に付着した被覆層
32をもち、前記被覆層は2部分からなる多硫化物又は
同様のプラスチックス材料の如き音波吸収性のプラスチ
ック材料からなる。層32の厚さは臨界的要件をなさ
ず、典型的にはチューブ30の壁厚さにほぼ等しく、約
0.4〜0.5mmの間である。上記の代わりに、この音
波吸収性材料層はチューブ外面に付着することもできる
が、これによってもたらされる改良は内層に対する程大
きくはない。被覆は任意の慣例の技術によって例えば液
体状の被覆材料をチューブを通して注出させることによ
って実施することができる。その上端で、前記組立体は
チューブ30の下端の回りに等間隔をおいて配列した4
つのスロットを通してタンク4内の燃料に開口してい
る。1つ又はそれ以上の基準反射器35が管状組立体1
5の長さに沿う複数の箇所でその壁を通して延びる。
【0015】基台組立体16は管状スリーブ61をもつ
内部支持構造物60を含み、前記スリーブはチューブ3
0の下端を包囲し、前記スリーブはチューブ中のスロッ
ト34と整列するスロット62をもつ。支持構造物60
は、その上端に、径方向に延びるフランジ63をもつ。
一側で、これは金属帯材64によってチューブ30と固
定され、前記帯材は一端でチューブの外面にろう付けさ
れ、他端でフランジ63にボルト止めされる。取付けブ
ラケット65がフランジ63から垂直に突出し、これは
センサーの下端でクランプ10に取付けられる。この基
台組立体16の下端には変換器組立体66があり、この
変換器組立体は取付けプレート67と、超音波変換器6
8を含み、前記超音波変換器は多硫化物の如き音波吸収
性プラスチックス69と共にプレートの下側にポッティ
ング(potted)される。変換器68はチューブ30の軸
線上に置かれ、そのワイヤ70が端子ブロック71内に
延び、前記ワイヤの回りの中空スペースは、導電性粉末
を分散させた多硫化物の如き僅かに導電性のプラスチッ
ク材料でポッティングされる。これによって、センサー
2が破損した場合の電荷の蓄積を防止するための数千オ
ーム程度の抵抗をもつ安全な漏れ経路が提供される。取
付けプレート67はポリフェニレン硫化物の如きプラス
チックス材料からなり、その厚さは、変換器に出入りす
るエネルギーの軸線方向ビームが実質的な減衰なしにプ
レートを通過できるような厚さとする。しかし、プレー
ト67のプラスチックス材料はポッティング材料69と
共に音波絶縁性として作用し、変換器を管状組立体15
から絶縁させる。
【0016】基台組立体16は構造物60と変換器組立
体66を包囲する円筒形外側カバー72によって構成さ
れる。カバー72の下端に向かう開口73は基台組立体
16に燃料の流れを出入りさせ、それ故管状組立体15
に出入りさせる。
【0017】作用を説明すれば、制御ユニット13は電
気パルスで変換器68を附勢し、前記パルスは変換器に
約1MHzの周波数と約1秒のパルス繰り返し回数をも
つ超音波エネルギーを放出させる。超音波エネルギーは
管状組立体15の軸線に沿って垂直上方に差し向けられ
る。
【0018】超音波エネルギーの各パルスは燃料6内で
組立体15まで軸線方向に、燃料の上方でタンク4内の
空気又はガスとの界面に出会うまで進む。この点でエネ
ルギーパルスは下方に反射して変換器68に戻る。変換
器68は反射器35からの反射から生じるエコーパルス
を受信する。これらのエコーパルスは校正パルスを与
え、この校正パルスに対して液体表面からのエコーを校
正することができる。組立体15の内側の被覆32は、
チューブ内の燃料からくるチューブ30に伝えられたエ
ネルギー量と、チューブから燃料に伝えられたエネルギ
ー量の両者をかなり減少させる。このためかなりきれい
な出力信号、即ち同様なエコーをもたない金属管状組立
体によって生じるものよりずっと少ないスプリアスノイ
ズをもつ前記出力信号が得られる。このことは、ノイズ
レベルが高いため、以前は不可能であった。剛性のガラ
ス繊維補強されたプラスチックの如き他の剛性材料から
なるチューブの性能は異なった音波吸収性材料で被覆す
ることによって改良することができる。更に、管状組立
体はドイツ国 Leverkusen 在の Bayer AG 製の BunaCB
の如きポリブタジエン チューブ上に巻き付けられ
た、米国カリフォルニア州在の ICI Fiberite 製の Fib
erite の如き樹脂含浸されたガラス繊維ストリップから
作ることができる。硬化後、ガラス繊維は剛性な外側構
造を提供し、ポリブタジエンチューブが弾性の音波吸収
性の内側層を提供する。
【0019】変換器68を包囲するプラスチックス材料
は音波吸収性材料からなるので、変換器を管状組立体1
5から絶縁する作用をなす。これは変換器68からチュ
ーブ壁内に伝搬されるエネルギー量を更に減少させ、そ
れ故センサーが他のセンサーに及ぼす外部干渉と、壁か
らセンサー内の燃料に伝搬されるエネルギー量の両者を
減少させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】航空機燃料タンク中のセンサーの側部立面図で
ある。
【図2】センサーの拡大断面、側面図である。
【符号の説明】
2 センサー 4 タンク 6 液体燃料 8、10 クランプ 13 制御ユニット 14 ディスプレイ 15 管状組立体 16 基台組立体 30 円筒形チューブ 32 被覆層 35 基準反射器 60 内部支持構造物 61 管状スリーブ 62 スロット 66 変換器組立体 67 取付けプレート 68 変換器 69 音波吸収性プラスチックス 71 端子ブロック 72 外側カバー

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上方に延びるようにかつチューブ外側の
    液体と同じ高さに液体を充填されるように配置されたチ
    ューブの下端に向かって据え付けられた超音波変換器を
    含む超音波液体レベルセンサーにおいて、チューブ(3
    0)は第1の剛性材料からなり、かつチューブの長さの
    少なくとも大部分に沿って表面層(32)をもち、前記
    表面層は第1の材料とは異なった第2の材料からなり、
    かつチューブの壁からチューブ内の液体(6)への超音
    波振動の伝送を減衰するように音波吸収性であることを
    特徴とする超音波液体レベルセンサー。
  2. 【請求項2】 第1の剛性材料は金属であることを特徴
    とする請求項1に記載のセンサー。
  3. 【請求項3】 前記金属はアルミニュームであることを
    特徴とする請求項2に記載のセンサー。
  4. 【請求項4】 第1の材料はガラス繊維補強されたプラ
    スチックスであることを特徴とする請求項1に記載のセ
    ンサー。
  5. 【請求項5】 表面層(32)はチューブ(30)の内
    側にあることを特徴とする請求項1から4の何れか1項
    に記載のセンサー。
  6. 【請求項6】 第2の材料はプラスチックス材料である
    ことを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の
    センサー。
  7. 【請求項7】 プラスチックス材料は多硫化物であるこ
    とを特徴とする請求項6に記載のセンサー。
  8. 【請求項8】 第2材料は被覆として付着されることを
    特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のセンサ
    ー。
  9. 【請求項9】 変換器(68)は音響絶縁体(66,6
    7,69)中に据え付けられ、前記音響絶縁体はチュー
    ブ(30)の壁に行ったり来たりして伝送されるエネル
    ギー量を実質的に減少させることを特徴とする請求項1
    から8の何れか1項に記載のセンサー。
JP5042769A 1992-03-10 1993-03-03 超音波液体レベルセンサー Pending JPH05340792A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9205148:1 1992-03-10
GB929205148A GB9205148D0 (en) 1992-03-10 1992-03-10 Liquid level gauging

Publications (1)

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JPH05340792A true JPH05340792A (ja) 1993-12-21

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ID=10711800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5042769A Pending JPH05340792A (ja) 1992-03-10 1993-03-03 超音波液体レベルセンサー

Country Status (6)

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US (1) US5301549A (ja)
JP (1) JPH05340792A (ja)
CA (1) CA2090697C (ja)
DE (1) DE4306193B4 (ja)
FR (1) FR2688588B1 (ja)
GB (1) GB9205148D0 (ja)

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