JPH09166473A - 液体およびばら物の限界水位の測定方法および装置 - Google Patents

液体およびばら物の限界水位の測定方法および装置

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JPH09166473A
JPH09166473A JP8238763A JP23876396A JPH09166473A JP H09166473 A JPH09166473 A JP H09166473A JP 8238763 A JP8238763 A JP 8238763A JP 23876396 A JP23876396 A JP 23876396A JP H09166473 A JPH09166473 A JP H09166473A
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シャルク アデルベルト
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器および管中の液体およびばら物の、限界
水位の測定方法およびその装置を提案する。 【解決手段】 センサとして、共通の中間電極(44)と、
二つの外側電極(46, 48)とを具える平行バイモルフ形ピ
エゾ素子(22)を用い、中間電極(44)と第一の外側電極(4
6)との間に、振動周波数(f1)で第一の交流電圧(U1)を印
加し、中間電極(44)と第二の外側電極(48)との間の振幅
(U2)とその振動周波数(f2)を測定し、これらを出力信号
に変換し、その信号の変化によりスイッチング動作を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器および配管中
の液体およびばら物の限界水位(limit level) の測定方
法に関するものであり、振動を励起されたセンサの、振
動の挙動の変化を電子的に検知し、かつ、このセンサを
スイッチ命令のトリガーとして用いるものである。本発
明はまた、本方法の実施に適した装置に関するものでも
ある。
【０００２】
【従来の技術】容器またはタンクは、実際の全ての配管
系の適用分野に用いられる。この配管系においては、常
に、最低水位に達したところで、例えば、容器に充填物
を満たすためのポンプの制御のためにスイッチ信号が伝
達されなければならない。所定の時間が経過した後、充
填物が上限の水位に達すると、ポンプを第二のスイッチ
信号によって動作を止めなければならない。ポンプが、
タンク外へ流体を最低水位に達するまで輸送することも
考えられる。その後、ポンプの空回りを避けるため、ス
イッチを遮断しなければならない。多くの工業上のプロ
セスにおいては、配管が満たされているか、空であるか
を知ることが必要である。例えば、遠心式ポンプの空回
りを防ぐために、通常、吸い込み側の管が満たされてい
る場合にのみ、ポンプのスイッチを入れる。
【０００３】限界水位の測定としては、いわゆる振動形
リミットスイッチ、例えばドイツ特許明細書第 4203967
号記載のものが公知である。これは、センサとして音叉
からなる振動部が用いられ、センサが、これを導入した
媒体によって覆われると、振動の挙動が変化する。この
振動の変化を統合化した計測用電子システム(an integr
ated measurement electronic system) によって検知
し、スイッチ命令を与える。音叉の原理に基づくリミッ
トスイッチは、強固で、精密で、調整が必要なく、保守
もほとんど必要としない。しかしながら、このセンサが
金属製の場合、多くの流体、または高純度の流体への使
用には不適切である、あるいはほとんど適さない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術の観点か
ら、本願発明者は、上述したような形式の、振動の原理
に基づくプロセスおよび装置の、前述した利点に加え
て、液体に関するより広い分野で使用する方法と、これ
と同様に装置をも提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明により、上記の目
的は、上述した形式のプロセスにおいて以下により達成
される。すなわち、センサとして、一つの共通の中間電
極と、二つの外側電極とを具える平行バイモルフ形ピエ
ゾ素子(a parallel bimorph piezo cell) を用い、中間
電極と第一の外側電極との間に、ある周波数で第一の交
流電圧を印加し、第二の交流電圧を中間電極と第二の外
側電極との間の振動周波数に対応する振幅として測定
し、かつその測定した振幅または振動周波数を出力スイ
ッチ信号に変換するものである。
【０００６】本発明において、平行バイモルフ形ピエゾ
素子を使用することにより、単純な方法で、高いスイッ
チング精度を有するセンサ／アクチュエータシステムの
組み合わせが得られる。最適な動作のために、振動周波
数としてピエゾ素子の共振周波数を選ぶ。
【０００７】本発明に係る方法の実施に適する装置にお
いては、プラスチック製カバー内にピエゾ素子を水密に
して組み込み、特に好適な実施例においては、このプラ
スチック製カバーを、容器または配管の壁を貫通するプ
ラスチック製ハウジングに、水密にして取り付ける。
【０００８】プラスチックを 100％利用するため、本発
明による装置は、プラスチックを安定して使用できる全
ての液体での利用に適したものである。これに適したプ
ラスチック材料としては、例えば容器および配管系に使
用するものと同様に、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＶＤＦが
ある。これらのプラスチックを 100％利用することは、
無駄な空間とアンダーカットを避けることができ、かつ
本装置が非常に純度の高い流体での使用に適するという
利点を有する。
【０００９】許容できない高い機械的応力から防護する
ため、プラスチック製ハウジングには防護管を形成し、
ピエゾ素子を収容したプラスチック製カバーを、その防
護管内へ延在させることができる。
【００１０】ピエゾ素子と電気的に接続する電子回路
は、好ましくはプラスチック製ハウジング内に配置す
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の他の利点、特徴および詳
細については、本発明の実施例を示す以下の記述によ
り、図面を参照して明らかになるであろう。
【００１２】図１および２は、本発明に係る液体および
ばら物の限界水位の測定装置10を示すものであり、本測
定装置は、プラスチック製ハウジング12と、円筒部14
と、管18と、管18と一体となって結合するケース底部20
とを具える。円筒部14は、管18が、混乱を避けるために
図示しない容器の内側に配置されるように、容器壁16を
貫通している。
【００１３】管18の内部に向かって、フィン状の平行バ
イモルフ形ピエゾ素子22が延在し、このピエゾ素子は、
プラスチック製カバー24で水密にして覆われている。プ
ラスチック製カバー24は、プラスチック製ハウジング12
の底部20と係合し、かつそこに溶接されている。ピエゾ
素子22は、円筒部14内へ開いているプラスチック製カバ
ー24の開口した端部を通して、円筒部14内に配置した電
子回路23と電気的に接続する。
【００１４】測定装置10は、ねじ山付リング(a threade
d ring)30 によって容器壁16に締結されている。リング
30は、プラスチック製ハウジング12の円筒部14の外側の
ねじ山28と係合する。リング30を締結することにより、
円筒部14を取り囲んで締結する締結リング32が、容器壁
16に対してこの容器の内側で圧迫され、それによってプ
ラスチック製ハウジング12が、強制的な固定によって保
持される。容器壁16に対する円筒部14のシールは、締結
リング32中に設けた環状のパッキング34によってなされ
る。
【００１５】容器の外側において開口するプラスチック
製ハウジング12の円筒部14は、カバーフード(a cover h
ood)36によって、このカバーフードが円筒部14の外側の
ねじ山28と係合することにより閉じられる。カバーフー
ド36を貫通する電線38が、一方では前記電子回路に外部
から電流を供給し、かつ他方では、例えばスイッチング
処理のトリガーとなる出力信号を伝達する用をなすため
に設けられる。
【００１６】本発明に係る限界水位の測定装置10の操作
手順について、図３を参照して以下で説明する。
【００１７】帯状の平行バイモルフ形ピエゾ素子22は、
二つの帯状の要素40および42からなり、これらは互いに
背中合わせに配置され、かつ共通の中間電極44を有す
る。各帯状の要素40、42には、その外面に同等な外側電
極46、48をそれぞれ具える。
【００１８】帯状要素40の中間電極44と外側電極46の間
に、振動周波数f1で交流電圧U1を印加する。この電圧印
加により、ピエゾ素子22と共に、素子を囲むプラスチッ
ク製カバー24にも振動が加えられる。振動方向Ｘは、ピ
エゾ素子22の平坦な側に対して垂直であり、プラスチッ
ク製カバー24の自由端26、すなわちフィンの先端部で振
動による最大たわみが生じる。周波数f1としては、好ま
しくはピエゾ素子の共振周波数を選ぶ。帯状要素42の中
間電極44と外側電極48の間の、振動振幅U2とその周波数
f2を測定して、電子回路によって出力スイッチ信号を変
換することにより、例えばポンプを制御するためのリレ
ーのスイッチを入れることができる。したがって、平行
バイモルフ形ピエゾ素子22は、アクチュエータとして、
かつセンサとして同時に使用することとなる。
【００１９】周波数f1の交流電圧U1によって励起される
プラスチック製カバーまたはフィン24の振動は、周囲の
流体によって、より大きく、またはより小さく減衰す
る。限界水位に到達すると、周囲の流体が、例えば空気
から液体、あるいはその逆に変化し、これに従ってセン
サ信号が変化する。
【００２０】センサ信号の評価のために、信号増幅の変
化および共振周波数の偏移(shift)を用いることができ
る。容器の振動による擾乱の振動および／または攪拌機
による擾乱の乱流の影響は無視しうる。プラスチック製
ハウジング12の管状部18は防護管として用いられ、フィ
ンまたはプラスチック製カバー24には、許容できない高
い機械的応力が加わらない。
【００２１】図１および２に示す、実施可能な取り付け
方法に加え、測定装置10は、容器壁または配管内に溶接
することによっても取り付け可能である。
【００２２】これ以外の例としては、測定装置10を管壁
に単に直接ねじ止めすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による限界水位測定装置の断面図であ
る。
【図２】図１に示す装置の、Ｉ−Ｉ線に沿った断面図で
ある。
【図３】平行バイモルフ形ピエゾ素子を示す図である。
【符号の説明】
10 限界水位測定装置 12 プラスチック製ハウジング 14 円筒部 16 容器壁 18 防護管 20 ハウジング底部 22 平行バイモルフ形ピエゾ素子 23 電子回路 24 プラスチック製カバー（フィン） 26 プラスチック製カバー24の自由端 28 ねじ山 30 ねじ山付リング 32 締結リング 34 環状パッキング 36 カバーフード 38 電線 40, 42 帯状要素 44 中間電極 46, 48 外側電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容器および配管中の液体およびばら物の
    限界水位の測定方法であって、 振動を励起されたセンサの、振動の挙動の変化を電子的
    に検知し、かつ、このセンサをスイッチ命令のトリガー
    として用いる方法において、 共通の中間電極(44)と、二つの外側電極(46, 48)を有す
    る平行バイモルフ形ピエゾ素子(22)をセンサとして用
    い、中間電極(44)と第一の外側電極(46)との間に振動周
    波数(f1)で第一の交流電圧(U1)を印加し、第二の交流電
    圧を、中間電極(44)と第二の外側電極(48)との間の、対
    応する振動周波数(f2)を有する振動の振幅(U2)として測
    定し、かつ、この測定した振動振幅(U2)または振動周波
    数(f2)を出力スイッチ信号に変換することを特徴とする
    測定方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記振動
    周波数(f1)として前記ピエゾ素子(22)の共振周波数を用
    いることを特徴とする、容器および管中の液体およびば
    ら物の限界水位の測定方法。
  3. 【請求項３】 請求項１および２記載の方法を実施する
    ための装置であって、前記ピエゾ素子(22)を、プラスチ
    ック製カバー(24)内に水密にして組み込むことを特徴と
    する、容器および管中の液体およびばら物の限界水位の
    測定装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、前記プラ
    スチック製カバー(24)を、容器または配管の壁(16)を貫
    通するプラスチック製ハウジング(12)に水密にして固定
    することを特徴とする、容器および管中の液体およびば
    ら物の限界水位の測定装置。
  5. 【請求項５】 請求項３または４記載の装置において、
    前記ピエゾ素子(22)を収容するプラスチック製カバー(2
    4)が、プラスチック製ハウジング(12)に形成した防護管
    (18)内部へ延在することを特徴とする、容器および管中
    の液体およびばら物の限界水位の測定装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５記載の装置において、
    ピエゾ素子(22)と電気的に接続する電子回路(23)を、プ
    ラスチック製ハウジング(12)内に収容したことを特徴と
    する、容器および管中の液体およびばら物の限界水位の
    測定装置。
JP8238763A 1995-09-11 1996-09-10 液体およびばら物の限界水位の測定方法および装置 Pending JPH09166473A (ja)

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