JPH07159221A - 超音波レベル測定装置 - Google Patents

超音波レベル測定装置

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JPH07159221A
JPH07159221A JP5305654A JP30565493A JPH07159221A JP H07159221 A JPH07159221 A JP H07159221A JP 5305654 A JP5305654 A JP 5305654A JP 30565493 A JP30565493 A JP 30565493A JP H07159221 A JPH07159221 A JP H07159221A
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pressure
circuit
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ultrasonic
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Seiki Wakita
清貴 脇田
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明の超音波レベル測定装置は、貯蔵タン
クの中に介在する伝搬媒質の圧力を検出する圧力センサ
と、圧力センサからの圧力信号によって伝搬媒質圧力値
を算出する圧力検出回路と、圧力検出回路から出力され
た伝搬媒質圧力値によって受信アンプのゲインを調整す
るゲイン調整回路とを備えたことを特徴とする。また、
請求項2に記載した超音波レベル測定装置は、圧力検出
回路から出力された伝搬媒質圧力値が予め定めた圧力設
定値を超過したか否かを判定する変化率判定回路と、変
化率判定回路によって判定された結果が圧力設定値以下
の場合には、レベル変換回路から出力された貯蔵物レベ
ル値を保持するホールド回路とを備えたことを特徴とす
る。また、請求項3に記載した超音波レベル測定装置
は、圧力検出回路によって出力された伝搬媒質圧力値か
ら伝搬媒質温度を換算し貯蔵物レベル値を補正する等価
温度補償回路を具備したことを特徴とする。 【効果】 本発明により超音波レベル測定装置の測定精
度を向上させることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は原子力発電プラントや産
業プラント内に設置されるタンク、槽、容器内の貯蔵物
のレベルを計測する超音波レベル測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、原子力発電プラントや工業・産業
プラントでは水や石油、固体化等の物質を貯蔵するため
のタンク、槽、容器が設置されており、これらの排出、
流入管理のため、貯蔵物のレベルを図る必要がある。
【0003】レベルを計測するための計測器として、直
接貯蔵物に触れないよう非接触タイプのものとして超音
波応用のレベル計が適用されている。
【0004】従来の超音波レベル計は超音波発信器と超
音波レベル計があり、超音波レベル計のパルス送信回路
より超音波発信信号を出力する。超音波発信器はこの発
信信号を受け超音波発信子より超音波を発信する。超音
波はタンク内貯蔵物の表面にあたり、反射し、その反射
波を超音波発信器で受信する。そして受信波は発信器内
のプリアンプで増幅し、超音波レベル計へ送る。超音波
レベル計では受信アンプ7で雑音ノイズの影響を除去す
るため、受信アンプでS/N比がとれるよう信号増幅し
た後、トリガ回路で受波信号をキャッチする。
【0005】受信波をキャッチすると送信から受信まで
の時間Tを検出し、距離Dを求める。(距離D=音速C
×時間T÷2で求める) また、音速は超音波を伝搬する媒体の温度によって変化
するため、超音波発信器に測温抵抗体を設け、周囲の温
度を検出し、温度補償(音速補正)し、レベルを求めて
いる。
【0006】このようにして求めたレベル(=距離)は
指示計に出力するとともに、比較回路にて高または低設
定値と比較し、異常値の場合は警報出力し、システムに
よっては、排出ポンプ等を停止するインターロックに使
用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波レベル計
は、伝搬媒質の温度変化による音速補正を実施している
が、圧力の変化に対する処理は実施していない。
【0008】このため、密閉タンク等で貯蔵物の流入や
排出時に気相部の圧力変動が生じた時、実水位と異なっ
た出力がされたり、場合によっては、受波信号がトリガ
レベル以下となって、ダウンスケールし、誤トリップ出
力する等運転監視上の問題が発生する場合がある。
【0009】このような場合、従来のレベル出力信号に
一次遅れ回路を設け、時定数を長くとり、信号の変化を
抑える処理を行うが、応答性が遅くなる問題がある。
【0010】本発明は前記のような問題点を解決するた
め、超音波発信器に圧力センサを追加し、圧力の変化を
検出して、圧力の変化がレベル出力に影響しないような
超音波レベル測定装置を提供することを目的としてい
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波レベル測
定装置は、貯蔵タンクの中に貯蔵された貯蔵物に対して
超音波を発信し、貯蔵物によって反射された反射波を受
信する超音波発信子と、反射波を増幅するプリアンプ
と、プリアンプからの受波信号を増幅する受信アンプ
と、受信アンプによって増幅された受波信号が予め定め
た規定レベルを超過しているか否かを判定するトリガ回
路と、超音波発信子から発信された発信時間を送信する
送信回路と、送信回路によって送信された発信時間とト
リガ回路から得られた反射波の受信時間との時間差を演
算する時間検出回路と、時間検出回路によって得られた
時間差を超音波発信子から貯蔵物までの距離に換算して
貯蔵物レベル値を算出するレベル変換回路とからなる超
音波レベル測定装置において、貯蔵タンクの中に介在す
る伝搬媒質の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサ
からの圧力信号によって伝搬媒質圧力値を算出する圧力
検出回路と、圧力検出回路から出力された伝搬媒質圧力
値によって受信アンプのゲインを調整するゲイン調整回
路とを備えたことを特徴とする。また、請求項2に記載
した超音波レベル測定装置は、圧力検出回路から出力さ
れた伝搬媒質圧力値が予め定めた圧力設定値を超過した
か否かを判定する変化率判定回路と、変化率判定回路に
よって判定された結果が圧力設定値以下の場合には、レ
ベル変換回路から出力された貯蔵物レベル値を保持する
ホールド回路とを備えたことを特徴とする。また、請求
項3に記載した超音波レベル測定装置は、圧力検出回路
によって出力された伝搬媒質圧力値から伝搬媒質温度を
換算し貯蔵物レベル値を補正する等価温度補償回路を具
備したことを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明の超音波レベル測定装置においては、貯
蔵タンクの中に貯蔵された貯蔵物に対して超音波を発信
し、貯蔵物によって反射された反射波を受信し、反射波
を増幅し、プリアンプからの受波信号を増幅し、受信ア
ンプによって増幅された受波信号が予め定めた規定レベ
ルを超過しているか否かを判定し、超音波発信子から発
信された発信時間を送信し、送信回路によって送信され
た発信時間とトリガ回路から得られた反射波の受信時間
との時間差を演算し、時間検出回路によって得られた時
間差を超音波発信子から貯蔵物までの距離に換算して貯
蔵物レベル値を算出し、貯蔵タンクの中に介在する伝搬
媒質の圧力を検出し、圧力センサからの圧力信号によっ
て伝搬媒質圧力値を算出し、圧力検出回路から出力され
た伝搬媒質圧力値によって受信アンプのゲインを調整す
る。また、請求項2に記載した超音波レベル測定装置に
おいては、圧力検出回路から出力された伝搬媒質圧力値
が予め定めた圧力設定値を超過したか否かを判定し、変
化率判定回路によって判定された結果が圧力設定値以下
の場合には、レベル変換回路から出力された貯蔵物レベ
ル値を保持する。また、請求項3に記載した超音波レベ
ル測定装置においては、圧力検出回路によって出力され
た伝搬媒質圧力値から伝搬媒質温度を換算し、貯蔵物レ
ベル値を補正する。
【0013】
【実施例】次に本発明の超音波レベル測定装置の一実施
例を説明する。図1において、3は貯蔵タンクの中に貯
蔵された貯蔵物に対して超音波を発信し、貯蔵物によっ
て反射された反射波を受信する超音波発信子、4は反射
波を増幅するプリアンプ、7はプリアンプ4からの受波
信号を増幅する受信アンプ、8は受信アンプ7によって
増幅された受波信号が予め定めた規定レベルを超過して
いるか否かを判定するトリガ回路、6は超音波発信子3
から発信された発信時間を送信する送信回路、9は送信
回路6によって送信された発信時間とトリガ回路8から
得られた反射波の受信時間との時間差を演算する時間検
出回路、12は時間検出回路9によって得られた時間差
を超音波発信子3から貯蔵物までの距離に換算して貯蔵
物レベル値を算出するレベル変換回路、5は貯蔵タンク
の中に介在する伝搬媒質の温度を検出する温度検出器、
10は温度検出器5からの温度信号によって伝搬媒質温
度を算出する温度検出回路、11は圧力検出回路10か
らの温度値によってレベル変換回路12から出力される
貯蔵物レベル値を補正する温度補償回路、15は貯蔵タ
ンクの中に介在する伝搬媒質の圧力を検出する圧力セン
サ、16は圧力センサ15の圧力信号によって伝搬媒質
圧力値を算出する圧力検出回路、17は圧力検出回路1
6から出力された伝搬媒質圧力値によって受信アンプ7
のゲインを調整するゲイン調整回路であり、超音波を利
用してタンク内貯蔵物等のレベルを測定するレベル計に
おいて、超音波の伝搬する媒体の圧力を検出し、圧力変
化による受信波のレベル変動を自動的に補正する事を特
徴とした超音波レベル計である。
【0014】即ち、本実施例は超音波の発信、反射波の
受信を行う超音波発信子3と信号増幅するプリアンプ4
と測温抵抗体5と圧力センサ15を内蔵する超音波発信
器1と発信器からの信号を処理する超音波レベル計2か
ら構成する。
【0015】超音波レベル計2の内部はさらに以下の回
路から構成する。超音波発信器1へ超音波を発信させる
指令信号を発する送信回路6、超音波発信器1からの受
波信号を増幅する受信アンプ7、受波信号が規定レベル
以上か判定するトリガ回路8、送信から受信までの時間
を検出する時間検出回路9、時間を音速とからレベルに
変換するレベル変換回路12がある。
【0016】また、伝搬媒質中の音速を補正するための
温度検出回路10、温度補償回路11も設けている。さ
らに、圧力変化に応じて受信アンプのゲインを調整する
回路17、圧力変化率を判定する回路18を追加し、レ
ベル信号が変化しないようにする。
【0017】これらの回路によって求められたレベル信
号は指示計13に出力し、また比較回路14にて警報レ
ベルと比較し、設定値以上または以下の場合警報出力
(システムによってはインターロック信号)を出力する
回路を設ける。
【0018】前記構成の超音波レベル計の作用を以下に
示す。
【0019】超音波レベル計では、発信器が取り付けら
れる雰囲気の圧力変動の影響は音速の変化を生じること
はないが、次のような現象がある。
【0020】雰囲気の圧力が上昇すると気体密度が濃く
なり気体の固有音響インピーダンスが増大する。この結
果、発信器の電気音響変換効率、超音波の伝搬損失、水
面での反射係数の総合感度が上昇し、定常時にノイズと
してキャッチしていた不要反射受波が大きくなり、トリ
ガレベルに達し水位が高くなったようにレベル信号が変
化する。
【0021】一方、雰囲気の圧力が下降すると気体の固
有音響インピーダンスが減少し、総合感度が低下し正常
受信波信号が小さくなり、トリガレベルに達せず、レベ
ル信号が下がり、ついには、ダウンスケールとなる現象
が発生する。これらの現象を数式的関係に表すとレベル
計の受波電圧信号Vは雰囲気圧力Pの2乗に比例するこ
とが分かっている。
【0022】そこで本発明では超音波発信器1に圧力セ
ンサ15を追加して、発信器の取り付けられる雰囲気の
圧力を検出する。圧力信号は超音波レベル計2の圧力検
出回路16で圧力の2乗に反比例したゲインをもとめ、
受信アンプのゲインを変更する。
【0023】すなわち、圧力が上昇した場合、アンプゲ
インを下げて、ノイズとしてとらえる不要受波信号レベ
ルをさげ、トリガーレベルにひっかからないようにす
る。圧力が下降した場合はゲインを上げ、減衰した受波
電圧を大きくし、トリガレベル以上になるようにする。
【0024】これによって、正常受信波がトリガーレベ
ルで検知され、圧力変動に左右されないレベル信号変換
処理が行われる。
【0025】また、圧力の変化率判定回路18をもう
け、変化率が大きすぎて、上記ゲイン調整で対応できな
い場合はレベル信号が変化しないように出力を保持させ
る。
【0026】本発明の他の実施例として、前記実施例で
は超音波レベル発信器には圧力センサと温度センサを別
々に設置したが、複合センサとして、一体型のものとす
る。
【0027】すなわち、温度の変化により媒体の圧力は
変化することから、圧力センサの出力変化を温度変化に
換算する回路を超音波レベル計2に設け、音速補正用の
温度を検出するようにする。これにより、発信器に設置
するセンサを減らすことができる。
【0028】請求項2に記載した超音波レベル測定装置
においては、18は圧力検出回路から出力された伝搬媒
質圧力値が予め定めた圧力設定値を超過したか否かを判
定する変化率判定回路、19は変化率判定回路18によ
って判定された結果が圧力設定値以下の場合には、レベ
ル変換回路12から出力された貯蔵物レベル値を保持す
るホールド回路であり、請求項3に記載した超音波レベ
ル測定装置においては、圧力検出回路によって出力され
た伝搬媒質圧力値から伝搬媒質温度を換算し貯蔵物レベ
ル値を補正する等価温度補償回路を具備したことを特徴
とする。
【0029】
【発明の効果】本発明の効果として、プラント・システ
ムの運転上(貯蔵物の排出、流入等)で発生する、圧力
変動があってもレベル信号に影響しないため、実レベル
が正確に監視され、安定した計測監視が可能となり運転
も安定にできる。また超音波レベル計の出力信号が警報
やポンプトリップ等のインターロックを有しているシス
テムに使用されている場合、本発明によれば不要なレベ
ル信号の変動がなくなるため誤警報や誤トリップ信号が
出力されなくなるので、機器に与えるショックが緩和さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例を示す超音波レベル測定装置の構成図
である。
【符号の説明】
16 圧力検出回路 17 ゲイン調整回路 18 変化率判定回路 19 ホールド回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 貯蔵タンクの中に貯蔵された貯蔵物に対
    して超音波を発信し、前記貯蔵物によって反射された反
    射波を受信する超音波発信子と、前記反射波を増幅する
    プリアンプと、このプリアンプからの受波信号を増幅す
    る受信アンプと、この受信アンプによって増幅された前
    記受波信号が予め定めた規定レベルを超過しているか否
    かを判定するトリガ回路と、前記超音波発信子から発信
    された発信時間を送信する送信回路と、この送信回路に
    よって送信された前記発信時間と前記トリガ回路から得
    られた前記反射波の受信時間との時間差を演算する時間
    検出回路と、この時間検出回路によって得られた時間差
    を前記超音波発信子から前記貯蔵物までの距離に換算し
    て貯蔵物レベル値を算出するレベル変換回路と、からな
    る超音波レベル測定装置において、前記貯蔵タンクの中
    に介在する前記伝搬媒質の圧力を検出する圧力センサ
    と、この圧力センサからの圧力信号によって伝搬媒質圧
    力値を算出する圧力検出回路と、この圧力検出回路から
    出力された前記伝搬媒質圧力値によって前記受信アンプ
    のゲインを調整するゲイン調整回路と、を備えた超音波
    レベル測定装置。
  2. 【請求項2】 前記圧力検出回路から出力された前記伝
    搬媒質圧力値が予め定めた圧力設定値を超過したか否か
    を判定する変化率判定回路と、この変化率判定回路によ
    って判定された結果が前記圧力設定値以下の場合には、
    前記レベル変換回路から出力された貯蔵物レベル値を保
    持するホールド回路と、を備えたことを特徴とする超音
    波レベル測定装置。
  3. 【請求項3】 前記圧力検出回路によって出力された伝
    搬媒質圧力値から前記伝搬媒質温度を換算し、前記貯蔵
    物レベル値を補正する等価温度補償回路を具備したこと
    を特徴とする前記請求項1に記載した超音波レベル測定
    装置。
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