JPH10142029A

JPH10142029A - レベル計

Info

Publication number: JPH10142029A
Application number: JP29662096A
Authority: JP
Inventors: Hayae Kayano; 早衛萱野
Original assignee: Wadeco Co Ltd
Current assignee: Wadeco Co Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】送波器側導波管と受波器側導波管とを一本の
導波管で共用して、コストの低減、取付孔径の小径化、
装置全体の小型化を図るとともに、漏洩マイクロ波の反
射波による干渉を防止した高精度のレベル計を提供す
る。【解決手段】マイクロ波送波器１０と、マイクロ波受
波器１１と、マイクロ波送波器１０から発せられたマイ
クロ波をマイクロ波受波器１１に導くためのガイド部材
１４とを備え、ガイド部材１４を貯蔵容器１５内に突出
させてガイド部材１４に対する被検出体の接触を検出す
るレベル計であって、ガイド部材１４は、単一の導波管
１８からなり、且つ導波管１８の一端にマイクロ波送器
１０並びにマイクロ波受波器１１が連結されるととも
に、他端にマイクロ波の反射部材２０を備える誘電体か
らなるガイド体１９が接続されているレベル計１００。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種液体および粉
粒体の貯蔵容器に装着して、液体および粉粒体の貯蔵量
を検出するレベル計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種液体および粉粒体を貯蔵
する容器には、それらの貯蔵量を検出するためにレベル
計が配設されている。レベル計は各種の構成並びに検出
原理のものが知られており、本出願人も、先に特開平７
−３３０４１号においてマイクロ波を検出媒体とするレ
ベル計を提案している。このレベル計は、マイクロ波送
波器と、マイクロ波受波器と、前記マイクロ波送波器か
ら発せられたマイクロ波を前記マイクロ波受波器に導く
ためのガイド部材とを備え、前記ガイド部材を貯蔵容器
内に突出させて貯蔵容器に取り付けられるレベル計であ
って、ガイド部材を誘電体で構成することによって、空
気の誘電率と、被検出体の誘電率との差によって、ガイ
ド部材中を伝播するマイクロ波の伝搬量が変化すること
を検出原理とするものである。

【０００３】すなわち、被検出体の誘電率と空気の誘電
率とが異なるため、ガイド部材が被検出体と接触もしく
は浸積されることで、ガイド部材を伝播するマイクロ波
の一部が被検出体側に漏洩し、マイクロ波受波器に達す
るマイクロ波が減ずることにより被検出体の貯蔵レベル
を検知するものである。このレベル計は、マイクロ波が
ガイド部材を伝播するため、光や超音波等では検出でき
ない物質にも対応できる等々の種々の利点を有するもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記レベル
計において、ガイド部材は、マイクロ波送波器側に連結
される送波器側導波管と、マイクロ波受波器側に連結さ
れる受波器側導波管とを誘電体からなるガイド体で連結
したものである。従って、導波管を２本必要とし、また
導波管をある程度離間させて平行に配置しなければなら
ず、貯蔵容器の取付孔も必然的に大きなものとなってい
た。また、ガイド体はＵ字状の曲成されているために、
使用環境によってはガイド体に入射したマイクロ波の一
部がガイド体を透過して外部に漏洩する場合がある。漏
洩マイクロ波が被検出体により反射されて再びガイド体
に侵入してマイクロ波送波器からの送信波と干渉を起こ
して検出精度を低下させることもある。

【０００５】そこで、本発明は、上記のレベル計におけ
る検出原理の利点を享有しつつ、送波器側導波管と受波
器側導波管とを一本の導波管で共用して、コストの低減
並びに容器の取付孔径の小径化、更には装置全体の小型
化を図るとともに、ガイド体から漏洩したマイクロ波の
反射波による干渉を防止して高精度のレベル計を提供す
ることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
係る下記のレベル計により達成される。（１）マイクロ波送波器と、マイクロ波受波器と、前記
マイクロ波送波器から発せられたマイクロ波を前記マイ
クロ波受波器に導くためのガイド部材とを備え、前記ガ
イド部材を貯蔵容器内に突出させ、該ガイド部材に対す
る被検出体の接触を検出するレベル計であって、前記ガ
イド部材は、単一の導波管からなり、且つ前記導波管の
一端に前記マイクロ波送波器並びにマイクロ波受波器が
連結されるとともに、他端にマイクロ波の反射部材を備
える誘電体からなるガイド体が接続されていることを特
徴とするレベル計。（２）マイクロ波送波器と、マイクロ波受波器と、前記
マイクロ波送波器から発せられたマイクロ波を前記マイ
クロ波受波器に導くためのガイド部材とを備え、前記ガ
イド部材を貯蔵容器内に突出させ、該ガイド部材に対す
る被検出体の接触を検出するレベル計であって、前記ガ
イド部材は、単一の導波管からなり、且つ前記導波管の
一端に前記マイクロ波送器並びにマイクロ波受波器が連
結されるとともに、他端にマイクロ波の電界方向を変え
る偏波機能を備える反射部材を備える誘電体からなるガ
イド体が接続されて構成されるとともに、前記マイクロ
波受波器は、前記反射手段により偏波されたマイクロ波
の電界方向と平行なマイクロ波を検波することを特徴と
するレベル計。（３）前記ガイド体は、マイクロ波送波器から発せられ
たマイクロ波を該ガイド体の中心軸線に対して任意の角
度で反射する反射部材を備えることを特徴とする前記
（１）または（２）に記載のレベル計。（４）前記ガイド体は、導波管からの突出部分が略Ｊ字
状に曲成され、その先端面に反射部材を設けたことを特
徴とする前記（１）または（２）に記載のレベル計。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。尚、以
下の各実施の形態における共通部分には共通符号を付
し、異なる部分あるいは実施の形態毎に新たに付加され
た部分や機能にのみ、新たな符号を用いて説明する。

【０００８】図１は、本発明の第一実施の形態を示す一
部断面側面図である。図示されるように、レベル計１０
０は、マイクロ波送波器１０、マイクロ波受波器１１並
びに各種回路要素１２を収納した密閉型ハウジング１３
と、ハウジング１３から突出した一本の直線状のガイド
部材１４と、ガイド部材１４を貯蔵容器１５に開口され
た取付穴１５ａを通じてその内部に挿通した状態で、ハ
ウジング１３の底部周縁を取付穴１５ａの外部周囲に固
定するための取付部材１６とから概略構成され、ガイド
部材１４の下端部を、液体などの被検出体Ｗの表面上に
対向させている。

【０００９】マイクロ波送波器１０は、マイクロ波を発
生させるためのデバイスであり、例えば、ガンダイオー
ド、インパットダイオードなどの公知のマイクロ波発振
器を用いることができる。またマイクロ波送波器１０の
出力は、マイクロ波の伝播がガイド部材１４の内部だけ
であるので、大きな出力を必要としない。

【００１０】マイクロ波受波器１１は、マイクロ波送波
器１０から発信されたマイクロ波を受信するデバイスで
あり、検波ダイオードなどに代表される公知のマイクロ
波受信器を使用できる。また、その特性に関しても、特
に低雑音指数を持つ必要はない。

【００１１】回路要素１２は、主としてマイクロ波送波
器１０及びマイクロ波受波器１１を駆動並びに制御する
ための各種電子部品であり、プリント基板１７に搭載さ
れてハウジング１３内に収納されている。また、これら
の回路要素１２は、図示は省略するが、ケーブル等を通
じて外部電源および外部制御機器などに接続される。

【００１２】ガイド部材１４は、その上端にマイクロ波
送波器１０及びマイクロ波受波器１１が連結され、下端
に誘電体からなるガイド体１９を接続した一本の導波管
１８から構成される。導波管１８は、ステンレスなどの
耐腐食性を有する中空管体であって、その中空内部に
は、結露防止用に誘電体２１が充填されている。また、
導波管１８は直管であってもよいし、下端に向かって大
径となるテーバ状とすることで誘電体部の機械的強度を
上げることができる。

【００１３】ガイド体１９はロッド状であり、その一部
が導波管１８の下部に露出し、更に先端には金属からな
る反射板２０が密着されている。尚、先端はガイド体１
９の軸線と直交する平坦面であり、反射板２０はその全
面を覆うように設けられる。また、このガイド体１９
は、低誘電率の材料であれば、検出可能な被検出体の誘
電率の範囲が広がり、好ましい。また、耐薬品性や耐熱
性に優れることが好ましい。これらの要件を考慮する
と、例えばフッ素樹脂製であることが好適である。

【００１４】反射板２０としては、被検出体Ｗに対する
耐腐食性を有することが好ましく、ステンレス製である
ことが好ましい。

【００１５】図２は、以上の構成によるレベル計の前記
各回路要素１２からなる回路構成を示し、また図３は各
部の出力波形を示している。図２において、発振器駆動
回路２２の出力段から所定の周期でマイクロ波送波器１
０を駆動してマイクロ波を発生させる。発信されたマイ
クロ波は送信波Ｍ１となって、導波管（図示略）を伝播
してガイド体１９に至り、反射板２０により反射されて
反射波Ｍ２となって再びガイド体１９、ガイド部材を伝
播してマイクロ波受波器１１に到達する。マイクロ波受
波器１１側では、受信によって発生した電位を増幅回路
２４を介して比較回路２５に出力し、比較回路２５に接
続された制御回路２６を通じてその検出結果を図示しな
い外部制御機器や報知機器に伝送する。

【００１６】このような構成において、被検出体Ｗがガ
イド体１９の下端まで上昇していない状態（レベルＬ
０）では、反射波Ｍ２は減衰することなくマイクロ波受
波器１１に到達する。従って、送信波Ｍ１と反射波Ｍ２
とは、図３（ａ）及び（ｂ）の如く、略同様の振幅並び
に周波数の波形を示す。しかし、被検出体Ｗのレベルが
ガイド体１９を浸漬するまでに上昇すると（レベルＬ
１）、送信波Ｍ１の一部は被検出体Ｗ側に漏洩し、更に
反射板２０で反射した後も被検出体Ｗ側に漏洩する。そ
の結果、反射波は同図（ｃ）のごとく振幅の小さな波
（以下、符号Ｍ３で示す）となってマイクロ波受波器１
１に受信される。

【００１７】ここで、ガイド部材１４内では、送信波Ｍ
１と反射波Ｍ２（もしくはＭ３）の双方が伝播するた
め、マイクロ波受波器１１はこれらの混合波を受信する
ことになる。また、送信波Ｍ１と反射波Ｍ２（もしくは
Ｍ３）とは、周波数（位相）が同じであるから、両波は
干渉して、所謂ドップラーシフトを起こす。従って、被
検出体ＷのレベルがＬ０の場合には、送信波Ｍ１と反射
波Ｍ２との合成波として、図３（ｄ）のごとく、振幅が
最大値（Ｐ０）となり、他方レベルがＬ１の場合には、
同図（ｅ）のごとく、最小値（Ｐ１）となる。比較回路
２５では、このような被検出体Ｗのレベルの違いに対応
する電位差を検出し、その結果により出力回路２６を通
じて外部に警報出力を発生する。

【００１８】上記のレベル検出において、被検出体Ｗと
ガイド体１９とが接触していない場合（レベルＬ０）、
ガイド体１９はロッド状、即ち直管状であり、送信波Ｍ
１はガイド体１９の軸線に平行に入射するため、送信波
Ｍ１のガイド体１９からの漏洩は実質的にゼロである。
また、反射板２０はガイド体１９の軸線と直交する平坦
面に形成されているため、送信波Ｍ１は反射板２０によ
りその入射方向に反転して再びガイド体１９の軸線に平
行に伝播する。このように、送信波Ｍ１、反射波Ｍ１と
もに漏洩することなくガイド体１９を伝播するため、漏
洩マイクロ波が再びガイド体１９に侵入することによる
検出精度の低下が無くなる。更に、もし漏洩があったと
しても、被検出体Ｗからに反射波を反射板２０により遮
断することができ、漏洩マイクロ波による反射波影響を
最小限に抑えることができる。また、ガイド体１９が被
検出体Ｗ中に浸漬している場合（レべルＬ１）には、送
信波Ｍ１と反射波Ｍ２ともに被検出体Ｗ中に漏洩するこ
とになり、レベルＬ０の場合との漏洩比率の差が高ま
る。その結果、Ｓ／Ｎが向上して検出精度が高まる。こ
のことは、本出願人による特開平７−３３０４１号公報
に記載のレベル計に対しても同様のことが言える。即
ち、前記レベル計では、ガイド体内を送信波のみが伝播
する構成であるから、ガイド体が被検出体中に浸漬した
状態では送信波のみが漏洩する。これに対して、本発明
では送信波Ｍ１及び反射波Ｍ２ともに漏洩するため、全
体としての漏洩量が多くなり、Ｓ／Ｎ並びに検出精度の
上で有利となる。

【００１９】ところで、上記においては、ガイド部材１
４の管長（導波管１８の長さ＋ガイド体１９の突出長
さ）をｍとし、マイクロ波の波長をλとすると、（２ｍ
／λ＝ｎ）の関係にあり、このｎの値が正の整数となる
時に最も効果的に干渉が起こることが知られている。し
かし、実際には、ガイド部材１４の管長ｍは、被検出体
Ｗの貯蔵容器１５内での検出レベルに応じて予め決めら
れており、またマイクロ波の周波数λも周囲温度によっ
て変化するため、必ずしもｎが整数にならない。そこ
で、図２において発信器駆動回路２２の出力をバラクタ
ダイオード２３により印加電圧Ｖを周期的に変化させる
ことにより、図４に示すように、発信されるマイクロ波
の周波数を定期的に変化させるとともに、マイクロ波受
波器１１において連続して受信した合成波の中からピー
ク電圧Ｐを示す合成波をサンプリングし、その合成波の
周波数ｆ₀をもって上記した原理に従いレベル検出を行
うことができる。

【００２０】図５は本発明の第二の実施形態を示してい
る。なお、同図の向って左側は比較のために、上記第一
の実施形態におけるガイド体１９の要部断面を、右側
は、第二の実施形態におけるガイド体３０の要部断面を
示している。即ち、第一の実施形態では、ガイド体１９
の下端は、その中心軸線に対して９０°交わる平坦面と
し、この面に反射板２０を設けている。これに対し、第
二の実施形態におけるガイド体３０の先端面は、送信波
Ｍ１をガイド体３０の中心軸線に対して任意の角度をも
って反射するような形状を有する。例えば、図示される
ように、ガイド体３０の中心軸線に対して角度（θ）で
交わる傾斜面とし、この面に反射板２０を設けることが
できる。また、図示は省略するが、マイクロ波送波器１
０側を頂点とする半球面や角錐面上に反射板２０を設け
てもよい。

【００２１】このような構成において、同図（ａ）に示
すように、ガイド体１９，３０を取巻く媒質が空気の場
合、すなわち被検出体Ｗに接触していない場合（レベル
Ｌ０）には、送信波Ｍ１に対する反射波Ｍ２の減衰比率
は、ガイド体１９，３０ともにほぼ同一である。しか
し、同図（ｂ）に示すように、被検出体Ｗのレベルがガ
イド体１９、３０を取巻くほどに上昇すると（Ｌ１）、
共にマイクロ波は被検出体Ｗ側に漏洩するが、平坦な反
射板２０を備えるガイド体１９からの漏洩量（ｒ１）よ
りも、傾斜した反射板２０を備えるガイド体３０からの
漏洩量（ｒ２）が大きくなる。その結果、送信波Ｍ１と
反射波Ｍ３との比が大きくなり、よってＳ／Ｎ比が大き
く、検出感度が大となる。漏洩量は、傾斜角（θ）によ
り調整可能である。

【００２２】図６は第三の実施の形態におけるガイド体
４０を示している。図示されるように、ガイド体４０
は、導波管１８からの突出部分が略Ｊ字状に曲成され、
その先端面に反射部材２０を設けた構成となっている。
これにより、被検出体Ｗのレベルが上がり、ガイド体４
０を浸漬した際、ロッド状のガイド体１９、３０に比べ
て被検出体Ｗとの接触面積が大きくなり、マイクロ波の
漏洩量が多くなる結果、Ｓ／Ｎ比を大きくすることがで
きる。

【００２３】図７は本発明の第四の実施形態における回
路構成を示している。図示されるように、マイクロ波送
波器１０とマイクロ波受波器１１との間にサーキュレー
タ５０を介在して構成される。サーキュレータ５０はマ
イクロ波の伝播方向を規定するものであり、これにより
反射波Ｍ２（もしくはＭ３）のみをマイクロ波受波器１
１に送ることができる。従って、上記第一の実施形態の
ように、送信波Ｍ１と反射波Ｍ２との干渉が無くなり、
マイクロ波の波長の調整等が不要となる。尚、ガイド体
の構成並びに被検出体Ｗの検出原理は、上記した通りで
ある。

【００２４】図８は本発明の第五の実施形態を示すもの
である。図示されるように、マイクロ波送波器６０の送
波面６０ａからは、印加される電流方向と平行な電界方
向（例えばｘ方向）を有するマイクロ波Ａ１が発信され
る。このマイクロ波Ａ１は、送信波として導波管（図示
略）を伝播してガイド体１９に至り、反射部材６２によ
り反射される。ここで、反射部材６２には、マイクロ波
Ａ１の電界方向（ｘ）と所定の角度をもって交差するよ
うに、複数の導線６２ａが所定間隔で配置されており、
マイクロ波Ａ１は、反射部材６２で反射された際にその
電界方向（ｘ）が９０°偏向される。そして、反射波
は、マイクロ波Ａ１の電界方向（ｘ）と直交する電界方
向（ｙ）を有するマイクロ波Ａ２となって、ガイド体１
９、導波管を伝播してマイクロ波受波器６１へと伝播す
る。

【００２５】一方、マイクロ波受波器６１の受波面６１
ａには、マイクロ波送波器６０の送波面６０ａに印加さ
れる電流方向と直交する方向、即ちマイクロ波Ａ２の電
界方向（ｙ）と平行な方向に検波面が調整されている。
従って、マイクロ波受波器６１では、マイクロ波Ａ２の
みを検波する構成となっており、送信波と受信波とをそ
の電界方向で区別することができる。この実施形態によ
れば、マイクロ波送波器６０の送波面６０ａ、マイクロ
波受波器６１の受波面６１ａ並びに反射部材６２の導体
６２ａの幾何学的配置のみによって、受信波のみがマイ
クロ波受波器６１に検出されるため、前述のサーキュレ
ータ５０が不要となり、回路構成が簡単となる。尚、反
射手段６２は、図５に示したような傾斜したガイド体３
０、もしくは図６に示したようなＪ字状ガイド体４０と
し、それぞれの面上に導線６２ａを配設することもでき
る。また、被検出体Ｗの検出原理は、上記した通りであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明にかかるレベル計にあっては、ガイド部材をマイクロ
波送波器側と受波器側とで共用することにより、構成部
品の削減と取付孔径の小径化を図ることができる。ま
た、ガイド体からの漏洩マイクロ波が被検出体により反
射されることによる検出精度の低下を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態によるレベル計の一部
断面側面図である。

【図２】図１に示すレベル計の回路構成を示すブロック
図である。

【図３】図１に示すレベル計における送信波、受信波お
よび合成波の波形図である。

【図４】本発明の第一の実施形態によるレベル計におい
て、バラクタダイオードを使用する場合の出力波形およ
び合成波形のピーク電圧を示す波形図である。

【図５】本発明の第二の実施形態を、第一の実施形態と
比較して示す要部拡大断面図である。

【図６】本発明の第三の実施形態におけるガイド体の要
部拡大断面図である。

【図７】本発明の第四の実施形態における回路構成を示
すブロック図である。

【図８】本発明の第五の実施形態における幾何学的配置
構造の説明図である。

【符号の説明】

１００レベル計１０、６０マイクロ波送波器１１、６１マイクロ波受波器１２回路要素１３密閉型ハウジング１４ガイド部材１５貯蔵容器１５ａ取付孔１８導波管１９、３０、４０ガイド体２０、６２反射板２２発振器増幅回路２３バラクタダイオード２５比較回路５０サーキュレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波送波器と、マイクロ波受波器
と、前記マイクロ波送波器から発せられたマイクロ波を
前記マイクロ波受波器に導くためのガイド部材とを備
え、前記ガイド部材を貯蔵容器内に突出させ、該ガイド
部材に対する被検出体の接触を検出するレベル計であっ
て、前記ガイド部材は、単一の導波管からなり、且つ前記導
波管の一端に前記マイクロ波送波器並びにマイクロ波受
波器が連結されるとともに、他端にマイクロ波の反射部
材を備える誘電体からなるガイド体が接続されているこ
とを特徴とするレベル計。
【請求項２】マイクロ波送波器と、マイクロ波受波器
と、前記マイクロ波送波器から発せられたマイクロ波を
前記マイクロ波受波器に導くためのガイド部材とを備
え、前記ガイド部材を貯蔵容器内に突出させ、該ガイド
部材に対する被検出体の接触を検出するレベル計であっ
て、前記ガイド部材は、単一の導波管からなり、且つ前記導
波管の一端に前記マイクロ波送器並びにマイクロ波受波
器が連結されるとともに、他端にマイクロ波の電界方向
を変える偏波機能を備える反射部材を備える誘電体から
なるガイド体が接続されて構成されるとともに、前記マイクロ波受波器は、前記反射手段により偏波され
たマイクロ波の電界方向と平行なマイクロ波を検波する
ことを特徴とするレベル計。
【請求項３】前記ガイド体は、マイクロ波送波器から
発せられたマイクロ波を該ガイド体の中心軸線に対して
任意の角度で反射する反射部材を備えることを特徴とす
る請求項１または２に記載のレベル計。
【請求項４】前記ガイド体は、導波管からの突出部分
が略Ｊ字状に曲成され、その先端面に反射部材を設けた
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレベル計。