JPH10339656A - 容器内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置 - Google Patents
容器内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置Info
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- JPH10339656A JPH10339656A JP10120907A JP12090798A JPH10339656A JP H10339656 A JPH10339656 A JP H10339656A JP 10120907 A JP10120907 A JP 10120907A JP 12090798 A JP12090798 A JP 12090798A JP H10339656 A JPH10339656 A JP H10339656A
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- G01F23/296—Acoustic waves
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動品質に関わらず固定の位相差を受信信号
と送信信号間に得ることができ、所望の測定信号に忠実
な受信信号を得ることのできる、容器内において所定の
充填レベルを達成及び／又は監視する装置を提供する。 【解決手段】 本発明の装置は機械的振動構造体（１）
と、少なくとも３つの領域を有した圧電素子（２）を備
える。圧電素子（２）の第１（Ｉ）の領域は送信電極
（２１）を、第２（ＩＩ）の領域は第１受信電極を、第
３（ＩＩＩ）の領域は第２受信電極を有している。前記
２個の受信電極（２２，２３）は同一の形状であり、互
いに及び送信電極（２１）に対して対称に配置される。
第１と第２の領域（Ｉ，ＩＩ）は第３の領域（ＩＩＩ）
とは反対方向の分極を有しており、受信信号（Ｅ）は第
１受信電極（２２）の第１信号（Ｅ１）と、第２受信電
極（２３）の第２信号（Ｅ２）の差に等しい。
と送信信号間に得ることができ、所望の測定信号に忠実
な受信信号を得ることのできる、容器内において所定の
充填レベルを達成及び／又は監視する装置を提供する。 【解決手段】 本発明の装置は機械的振動構造体（１）
と、少なくとも３つの領域を有した圧電素子（２）を備
える。圧電素子（２）の第１（Ｉ）の領域は送信電極
（２１）を、第２（ＩＩ）の領域は第１受信電極を、第
３（ＩＩＩ）の領域は第２受信電極を有している。前記
２個の受信電極（２２，２３）は同一の形状であり、互
いに及び送信電極（２１）に対して対称に配置される。
第１と第２の領域（Ｉ，ＩＩ）は第３の領域（ＩＩＩ）
とは反対方向の分極を有しており、受信信号（Ｅ）は第
１受信電極（２２）の第１信号（Ｅ１）と、第２受信電
極（２３）の第２信号（Ｅ２）の差に等しい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は容器内で所定の充填
レベルを達成及び／又は監視する装置に関する。
レベルを達成及び／又は監視する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の充填レベル制限スイッチは産業
の多くの分野、とりわけ化学及び食品産業で使用されて
いる。このスイッチは制限レベル検出用として、例えば
過充填やポンプの空転の防止に用いられる。
の多くの分野、とりわけ化学及び食品産業で使用されて
いる。このスイッチは制限レベル検出用として、例えば
過充填やポンプの空転の防止に用いられる。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願第４４１９６１
７号公報には、容器内において所定の充填レベルを達成
及び／又は監視する装置が開示されている。この装置
は、所定の充填レベルの高さに配設された機械的振動構
造体と、電気機械変換器と、評価ユニットと制御ループ
を有し、電気機械変換器は少なくとも１つの送信器と受
信器を有し、送信器には電気的送信信号が送られ、該送
信器により機械的振動構造体が励振されて振動し、受信
器により機械的振動構造体の機械的振動が捕捉されて電
気的受信信号に変換され、評価ユニットは該受信信号を
捕捉してその周波数を測定した後、基準周波数と比較し
て出力信号を形成し、この出力信号は、測定された周波
数が基準周波数よりも低い値を有する時は機械的振動構
造体が充填物で覆われていることを示し、基準周波数よ
りも大きい値を有する時は覆われていないことを示し、
制御ループにより電気的送信信号と電気的受信信号間の
位相差が、振動構造体が共振周波数で振動する一定の値
に制御されるよう構成されている。
７号公報には、容器内において所定の充填レベルを達成
及び／又は監視する装置が開示されている。この装置
は、所定の充填レベルの高さに配設された機械的振動構
造体と、電気機械変換器と、評価ユニットと制御ループ
を有し、電気機械変換器は少なくとも１つの送信器と受
信器を有し、送信器には電気的送信信号が送られ、該送
信器により機械的振動構造体が励振されて振動し、受信
器により機械的振動構造体の機械的振動が捕捉されて電
気的受信信号に変換され、評価ユニットは該受信信号を
捕捉してその周波数を測定した後、基準周波数と比較し
て出力信号を形成し、この出力信号は、測定された周波
数が基準周波数よりも低い値を有する時は機械的振動構
造体が充填物で覆われていることを示し、基準周波数よ
りも大きい値を有する時は覆われていないことを示し、
制御ループにより電気的送信信号と電気的受信信号間の
位相差が、振動構造体が共振周波数で振動する一定の値
に制御されるよう構成されている。
【０００４】前記制御ループは例えば、受信信号を増幅
した後、移相器を介して送信信号にフィードバックする
ことにより形成される。
した後、移相器を介して送信信号にフィードバックする
ことにより形成される。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許第１９５２３４６１
号公報に開示されている、容器内において所定の充填レ
ベルを達成及び／又は監視するための装置では、機械的
振動構造体が所定の充填レベルに配設され、一個の圧電
素子により励振されて振動を発生する。機械的振動構造
体の振動は該圧電素子により捕捉され、電気受信信号に
変換される。圧電素子は従って、送信器と受信器の両方
の役割を果たし、送信電極と受信電極を有している。
号公報に開示されている、容器内において所定の充填レ
ベルを達成及び／又は監視するための装置では、機械的
振動構造体が所定の充填レベルに配設され、一個の圧電
素子により励振されて振動を発生する。機械的振動構造
体の振動は該圧電素子により捕捉され、電気受信信号に
変換される。圧電素子は従って、送信器と受信器の両方
の役割を果たし、送信電極と受信電極を有している。
【０００６】これらの公知装置は複雑な振動系であり、
それぞれ機械的振動構造体、電気機械変換器、及び制御
ループから構成されている。個々の構成要素間は完全に
は電気的および機械的に分離されておらず、電気的およ
び機械的結合の両方が存在する。
それぞれ機械的振動構造体、電気機械変換器、及び制御
ループから構成されている。個々の構成要素間は完全に
は電気的および機械的に分離されておらず、電気的およ
び機械的結合の両方が存在する。
【０００７】その結果、受信信号には機械的振動構造体
の振動に基づく所望の測定信号のみならず、上記結合に
よる付加的な信号も含まれてしまう。
の振動に基づく所望の測定信号のみならず、上記結合に
よる付加的な信号も含まれてしまう。
【０００８】これまでのところ、この種の装置を極めて
粘性の高い媒体や、含水ないし粘性気泡内での測定に使
用することは不可能であった。なぜなら、このような応
用形態では、所望の共振周波数での振動を得るために機
械的振動構造体を精度良く励振することが困難だからで
ある。
粘性の高い媒体や、含水ないし粘性気泡内での測定に使
用することは不可能であった。なぜなら、このような応
用形態では、所望の共振周波数での振動を得るために機
械的振動構造体を精度良く励振することが困難だからで
ある。
【０００９】送信信号と受信信号間の位相差の固定値
は、振動構造体が気体又は液体内で振動する場合には、
振動系の共振に対応する。しかし、装置の振動品質が何
らかの理由で低下すると、位相差の固定値が得られなく
なってしまう。すなわち、機械的振動構造体が零以外の
振幅で振動でき、かつ位相差を固定値に保持することの
できる周波数が存在しなくなってしまう。この位相差は
制御ループにより設定することができないため、結果的
に動作が不正確になる。
は、振動構造体が気体又は液体内で振動する場合には、
振動系の共振に対応する。しかし、装置の振動品質が何
らかの理由で低下すると、位相差の固定値が得られなく
なってしまう。すなわち、機械的振動構造体が零以外の
振幅で振動でき、かつ位相差を固定値に保持することの
できる周波数が存在しなくなってしまう。この位相差は
制御ループにより設定することができないため、結果的
に動作が不正確になる。
【００１０】振動品質の低下は例えば、機械的振動構造
体が粘性媒体や、含水ないし粘性気泡内に浸されたため
に該構造体の動きが減衰された場合に起こる。また振動
品質は装置内のエネルギー損失によっても低下する。こ
の原因は例えば材質疲労や、堆積物の非対称な形成によ
り引き起こされた復元力の非対称性にある。充填物に伝
達された振動エネルギーや、装置の固定部分を介して容
器に伝達された振動エネルギー等、あらゆる種類のエネ
ルギー損失は原則的に振動品質低下の原因となる。
体が粘性媒体や、含水ないし粘性気泡内に浸されたため
に該構造体の動きが減衰された場合に起こる。また振動
品質は装置内のエネルギー損失によっても低下する。こ
の原因は例えば材質疲労や、堆積物の非対称な形成によ
り引き起こされた復元力の非対称性にある。充填物に伝
達された振動エネルギーや、装置の固定部分を介して容
器に伝達された振動エネルギー等、あらゆる種類のエネ
ルギー損失は原則的に振動品質低下の原因となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、容器
内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する
ための装置において、受信信号を可能な限り所望の測定
信号と一致させる、すなわち装置構成要素間の結合から
生ずる付加的な信号を含まないような装置を提供するこ
とである。
内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する
ための装置において、受信信号を可能な限り所望の測定
信号と一致させる、すなわち装置構成要素間の結合から
生ずる付加的な信号を含まないような装置を提供するこ
とである。
【００１２】本発明の別の課題は、上記装置において、
装置の振動品質に関わらず、機械的振動構造体の共振周
波数において送信・受信信号間に一定の位相差を得るこ
とである。
装置の振動品質に関わらず、機械的振動構造体の共振周
波数において送信・受信信号間に一定の位相差を得るこ
とである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題は次のような装
置により解決される。すなわち所定の充填レベル高さに
配設された機械的振動構造体と、該振動構造体を励振し
その振動を捕捉する圧電素子を具備した、容器内におい
て所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置にお
いて、該圧電素子は少なくとも３つの領域を有し、第１
の領域は送信電極を、第２の領域は第１受信電極を、そ
して第３の領域は第２受信電極を有し、前記２つの受信
電極は同じ形状を有し、互いに、及び送信電極に対して
対称的に配設され、圧電素子の第１と第２の領域は、第
３の領域とは逆方向の分極を有し、第１受信電極から取
り出される第１の信号と、第２受信電極から取り出され
る第２の信号との差に等しい受信信号が形成されるよう
構成されている。
置により解決される。すなわち所定の充填レベル高さに
配設された機械的振動構造体と、該振動構造体を励振し
その振動を捕捉する圧電素子を具備した、容器内におい
て所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置にお
いて、該圧電素子は少なくとも３つの領域を有し、第１
の領域は送信電極を、第２の領域は第１受信電極を、そ
して第３の領域は第２受信電極を有し、前記２つの受信
電極は同じ形状を有し、互いに、及び送信電極に対して
対称的に配設され、圧電素子の第１と第２の領域は、第
３の領域とは逆方向の分極を有し、第１受信電極から取
り出される第１の信号と、第２受信電極から取り出され
る第２の信号との差に等しい受信信号が形成されるよう
構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施例の１つでは、受信
信号の周波数を測定し、その周波数を基準周波数と比較
し、出力信号を発生する回路が前記装置に設けられてい
る。該出力信号により、測定周波数の値が基準周波数よ
り小さい場合は機械的振動構造体が充填物で覆われてお
り、値が大きい場合はそうでないことが示される。
信号の周波数を測定し、その周波数を基準周波数と比較
し、出力信号を発生する回路が前記装置に設けられてい
る。該出力信号により、測定周波数の値が基準周波数よ
り小さい場合は機械的振動構造体が充填物で覆われてお
り、値が大きい場合はそうでないことが示される。
【００１５】本発明の別の実施例では、送信信号は送信
信号線を介して送信電極に印加される。また、制御ルー
プにより、送信信号と受信信号間の位相差が、機械的構
造体が共振周波数で振動する一定の値に制御される。
信号線を介して送信電極に印加される。また、制御ルー
プにより、送信信号と受信信号間の位相差が、機械的構
造体が共振周波数で振動する一定の値に制御される。
【００１６】別の実施例では、基準電位に接続された基
準電極が圧電素子上に配設されている。
準電極が圧電素子上に配設されている。
【００１７】別の実施例では、圧電素子が円盤形であ
り、送信電極と２個の受信電極が圧電素子の円形表面上
に配設されている。
り、送信電極と２個の受信電極が圧電素子の円形表面上
に配設されている。
【００１８】さらに別の実施例では、２個の受信電極が
円分割片の形状を有し、それらは円形表面の直径上に対
向する円分割片上に配設されている。
円分割片の形状を有し、それらは円形表面の直径上に対
向する円分割片上に配設されている。
【００１９】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。各図面において同一の要素は同一の参照符
号で表されている。
に説明する。各図面において同一の要素は同一の参照符
号で表されている。
【００２０】図１は機械的振動構造体１の一例の長手方
向断面図である。この構造体は基本的に円筒形のハウジ
ング１１を有し、その前部は円形ダイアフラム１２によ
り平面になるよう封鎖されている。ハウジング１１には
ネジ山１３が一体化して形成されており、それによって
容器内の所定の充填レベルに設けられた開口部（図示し
ない）に螺合させることができる。その他の当業者には
公知の取り付け方法、例えばハウジング１１に一体化し
て設けたフランジなども利用できる。
向断面図である。この構造体は基本的に円筒形のハウジ
ング１１を有し、その前部は円形ダイアフラム１２によ
り平面になるよう封鎖されている。ハウジング１１には
ネジ山１３が一体化して形成されており、それによって
容器内の所定の充填レベルに設けられた開口部（図示し
ない）に螺合させることができる。その他の当業者には
公知の取り付け方法、例えばハウジング１１に一体化し
て設けたフランジなども利用できる。
【００２１】ハウジング１１の外側には、２つの振動ロ
ッドが容器内に突出するようにダイアフラム１２上に一
体形成されている。これらの振動ロッドは圧電素子２に
より該ロッドの軸方向と直交して振動させられる。圧電
素子２は円盤形であり、ハウジング１１内部のダイアフ
ラム１２上に配設されている。
ッドが容器内に突出するようにダイアフラム１２上に一
体形成されている。これらの振動ロッドは圧電素子２に
より該ロッドの軸方向と直交して振動させられる。圧電
素子２は円盤形であり、ハウジング１１内部のダイアフ
ラム１２上に配設されている。
【００２２】本発明は２個の振動ロッドを有した機械的
振動装置に限定されるものではなく、１個だけ又はまっ
たく振動ロッドを持たないレベル制限スイッチにも適用
できる。振動ロッドを持たない場合、振動ダイアフラム
のみが容器内の充填物と接触する。
振動装置に限定されるものではなく、１個だけ又はまっ
たく振動ロッドを持たないレベル制限スイッチにも適用
できる。振動ロッドを持たない場合、振動ダイアフラム
のみが容器内の充填物と接触する。
【００２３】本発明ではまた、ハウジングを閉鎖してい
るダイアフラムに平行に第２のダイアフラムを設け、そ
の上に圧電素子２を配設することもできる。この場合、
第２ダイアフラムの振動はハウジングを閉鎖しているダ
イアフラムに伝えられるが、該伝達は例えば、第２のダ
イアフラムの外端部を締着ないし保持し、第２ダイアフ
ラムの中心から他方のダイアフラムの中心に設けた機械
的結合を介して行われる。この結合は例えば、双方のダ
イアフラムを接続するテンションボルト、又は内側のダ
イアフラムに一体形成されたプランジャーである。
るダイアフラムに平行に第２のダイアフラムを設け、そ
の上に圧電素子２を配設することもできる。この場合、
第２ダイアフラムの振動はハウジングを閉鎖しているダ
イアフラムに伝えられるが、該伝達は例えば、第２のダ
イアフラムの外端部を締着ないし保持し、第２ダイアフ
ラムの中心から他方のダイアフラムの中心に設けた機械
的結合を介して行われる。この結合は例えば、双方のダ
イアフラムを接続するテンションボルト、又は内側のダ
イアフラムに一体形成されたプランジャーである。
【００２４】ハウジング１１が金属製の場合、圧電素子
２をダイアフラム１２上に直接取り付けることにより、
好適には接地されるハウジングを、基準電極として機能
させることができる。
２をダイアフラム１２上に直接取り付けることにより、
好適には接地されるハウジングを、基準電極として機能
させることができる。
【００２５】他方、ハウジング１１が絶縁体の場合、基
準電極２０をダイアフラム１２と圧電素子２間に配設し
て、基準電位、好適には接地電位に接続する必要があ
る。圧電素子２の構成は図２に示されている。
準電極２０をダイアフラム１２と圧電素子２間に配設し
て、基準電位、好適には接地電位に接続する必要があ
る。圧電素子２の構成は図２に示されている。
【００２６】送信電極２１は送信信号線５に接続され、
圧電素子２の、ダイアフラムとは反対側の円形表面上に
配設されている。図３には送信電極２１と受信電極２
２，２３の配置が示されている。例えば交流電圧である
送信信号はこの送信信号線５に送られて、ダイアフラム
１２に固着された圧電素子２と該ダイアフラム１２を撓
み振動させる。その結果、ダイアフラム１２上に端部が
一体形成された振動ロッド１４が軸直交方向に振動す
る。
圧電素子２の、ダイアフラムとは反対側の円形表面上に
配設されている。図３には送信電極２１と受信電極２
２，２３の配置が示されている。例えば交流電圧である
送信信号はこの送信信号線５に送られて、ダイアフラム
１２に固着された圧電素子２と該ダイアフラム１２を撓
み振動させる。その結果、ダイアフラム１２上に端部が
一体形成された振動ロッド１４が軸直交方向に振動す
る。
【００２７】逆に、振動ロッドの振動により、ダイアフ
ラム１２と圧電素子２の複合体が振動される。
ラム１２と圧電素子２の複合体が振動される。
【００２８】第１と第２受信電極２２，２３は圧電素子
２のダイアフラムとは反対側の円形表面上に設けられ、
それぞれ信号線２２１，２３１に接続される。そして、
これら信号線を介して、２個の受信電極２２，２３から
信号Ｅ１，Ｅ２が取り出される。
２のダイアフラムとは反対側の円形表面上に設けられ、
それぞれ信号線２２１，２３１に接続される。そして、
これら信号線を介して、２個の受信電極２２，２３から
信号Ｅ１，Ｅ２が取り出される。
【００２９】電気信号Ｅ１，Ｅ２の振幅Ａ１，Ａ２は、
振動ロッド１４の機械的振動振幅が大きい程、大きくな
る。このことを利用するために、装置は機械的振動振幅
が最大となる共振周波数ｆｒで動作させるのが好適であ
る。
振動ロッド１４の機械的振動振幅が大きい程、大きくな
る。このことを利用するために、装置は機械的振動振幅
が最大となる共振周波数ｆｒで動作させるのが好適であ
る。
【００３０】調波発振器を理想的振動系とすれば、その
振動振幅は振動周波数の関数として唯一の最大値を持
つ。励起振動と発振器の発生する振動の間の位相差はこ
の最大領域で急激な１８０度の位相変化を呈する。共振
周波数では、振動振幅は最大となり位相差は９０度であ
る。
振動振幅は振動周波数の関数として唯一の最大値を持
つ。励起振動と発振器の発生する振動の間の位相差はこ
の最大領域で急激な１８０度の位相変化を呈する。共振
周波数では、振動振幅は最大となり位相差は９０度であ
る。
【００３１】同様の基本的物理法則に基づいて、本発明
の装置における共振の場合にも、送信信号と受信信号Ｅ
間に固定の位相関係が存在する。この位相差の固定値は
装置の機械的および電気的振動特性に依存している。測
定結果から、この値はおよそ６０度ないし９０度の範囲
にあることが分かっている。
の装置における共振の場合にも、送信信号と受信信号Ｅ
間に固定の位相関係が存在する。この位相差の固定値は
装置の機械的および電気的振動特性に依存している。測
定結果から、この値はおよそ６０度ないし９０度の範囲
にあることが分かっている。
【００３２】この種の市販の装置の場合、受信電極は１
つだけ設けられ、該電極から１つの電極信号が供給され
る。
つだけ設けられ、該電極から１つの電極信号が供給され
る。
【００３３】このような装置を共振周波数ｆｒで振動さ
せるために、通常は制御ループが設けられ、電気的送信
信号と電極信号間の位相差を特定の一定値ΔΦＲに制御
している。
せるために、通常は制御ループが設けられ、電気的送信
信号と電極信号間の位相差を特定の一定値ΔΦＲに制御
している。
【００３４】調波発振器では、振動品質が減衰ないし低
減されると、共振時の最大振幅が低下する。そのような
場合、周波数の関数としての位相増大は急激でなく連続
的に、より正確には振動品質の減衰ないし低下が大きけ
れば大きい程、より緩慢に進行する。しかし全体的に見
れば、減衰量が非常に大きい場合でも結局は１８０度の
位相変化が起こり、共振周波数では９０度の位相差が存
在する。すなわち共振時の９０度の位相差固定値は常に
存在し、共振周波数において想定される。
減されると、共振時の最大振幅が低下する。そのような
場合、周波数の関数としての位相増大は急激でなく連続
的に、より正確には振動品質の減衰ないし低下が大きけ
れば大きい程、より緩慢に進行する。しかし全体的に見
れば、減衰量が非常に大きい場合でも結局は１８０度の
位相変化が起こり、共振周波数では９０度の位相差が存
在する。すなわち共振時の９０度の位相差固定値は常に
存在し、共振周波数において想定される。
【００３５】理想的発振器とは異なり、本発明の装置で
は圧電素子２、送信電極２１、受信電極２２、２３、及
び機械的振動構造体間には電気的、機械的結合がある。
は圧電素子２、送信電極２１、受信電極２２、２３、及
び機械的振動構造体間には電気的、機械的結合がある。
【００３６】実施例の装置の場合、例えば圧電素子２の
取り付けにより発生し得る機械的結合は無視できる程小
さいため、以下の説明では考慮しない。
取り付けにより発生し得る機械的結合は無視できる程小
さいため、以下の説明では考慮しない。
【００３７】電気的結合は送信電極２１と基準電極２０
間、受信電極２２，２３のそれぞれと基準電極間、およ
び受信電極２２，２３のそれぞれと送信電極２１間に存
在する。これは等価回路図として、それぞれの電極を接
続するコンデンサにより示すことができる。
間、受信電極２２，２３のそれぞれと基準電極間、およ
び受信電極２２，２３のそれぞれと送信電極２１間に存
在する。これは等価回路図として、それぞれの電極を接
続するコンデンサにより示すことができる。
【００３８】この容量性結合の作用により、振動ロッド
１４が固定されておりダイアフラム１２が機械的運動を
行っていない場合でも、零でない信号が受信電極２２，
２３に生ずる。
１４が固定されておりダイアフラム１２が機械的運動を
行っていない場合でも、零でない信号が受信電極２２，
２３に生ずる。
【００３９】受信電極２２，２３に生ずる信号Ｅ１とＥ
２の波形を、以下に受信電極２２の信号Ｅ１を例にとっ
て説明する。
２の波形を、以下に受信電極２２の信号Ｅ１を例にとっ
て説明する。
【００４０】信号Ｅ１は２つの部分、すなわち測定信号
ＥＭ１と、電気的結合による付加的信号Ｅｅｌ１から成
る。
ＥＭ１と、電気的結合による付加的信号Ｅｅｌ１から成
る。
【００４１】Ｅ１＝ＥＭ１＋Ｅｅｌ１ 測定信号ＥＭ１は機械的振動構造体の振動に基づくもの
であり、周波数に依存する振幅ＡＭ１（ｆ）と周波数に
依存する位相ΔΦＭ１（ｆ）を有する。ここで位相は測
定信号ＥＭ１の位相が電気的送信信号からどれだけずれ
ているかを表す。
であり、周波数に依存する振幅ＡＭ１（ｆ）と周波数に
依存する位相ΔΦＭ１（ｆ）を有する。ここで位相は測
定信号ＥＭ１の位相が電気的送信信号からどれだけずれ
ているかを表す。
【００４２】測定信号ＥＭ１の振幅ＡＭ１（ｆ）と位相
ΔΦＭ１（ｆ）が、周波数ｆの関数として、それぞれ図
４（ａ）と図４（ｂ）に示されている。これらの曲線は
コンピュータを利用したシミュレーション計算、例えば
有限要素法により計算することができる。
ΔΦＭ１（ｆ）が、周波数ｆの関数として、それぞれ図
４（ａ）と図４（ｂ）に示されている。これらの曲線は
コンピュータを利用したシミュレーション計算、例えば
有限要素法により計算することができる。
【００４３】これらの値は送信信号線５を周波数発生器
に接続し、振動ロッド１４の振動の位相と振幅を周波数
発生器の周波数の関数としてレーザバイブロメータ等を
利用して実験的に測定することもできる。
に接続し、振動ロッド１４の振動の位相と振幅を周波数
発生器の周波数の関数としてレーザバイブロメータ等を
利用して実験的に測定することもできる。
【００４４】図４（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、
実線は振動品質の高い装置に対応し、破線は振動品質の
低い装置に対応する。いずれの場合も、測定信号の振幅
ＡＭ １（ｆ）と位相ΔΦＭ１（ｆ）の両方共、上記した
ような調波発振器に典型的な波形を有している。
実線は振動品質の高い装置に対応し、破線は振動品質の
低い装置に対応する。いずれの場合も、測定信号の振幅
ＡＭ １（ｆ）と位相ΔΦＭ１（ｆ）の両方共、上記した
ような調波発振器に典型的な波形を有している。
【００４５】付加的信号Ｅｅｌ１は実質的に一定の振幅
Ａｅｌ１と実質的に一定の位相ΔΦ ｅｌ１を有する。こ
こでも位相は上記測定信号の場合と同様、付加信号の位
相が電気的送信信号からどれだけずれているかを示す。
Ａｅｌ１と実質的に一定の位相ΔΦ ｅｌ１を有する。こ
こでも位相は上記測定信号の場合と同様、付加信号の位
相が電気的送信信号からどれだけずれているかを示す。
【００４６】付加的信号Ｅｅｌ１の振幅Ａｅｌ１と位相
ΔΦｅｌ１が、周波数ｆの関数としてそれぞれ図４
（ｃ）の実線と同図（ｄ）の実線で表されている。これ
らの曲線もまた、シミュレーション計算により求ること
ができ、また無分極の圧電素子等を利用して実験的に求
めることもできる。後者の場合、送信信号は何の機械的
運動ももたらさず、結果的に信号Ｅ１は、電気的結合に
基づく付加的信号Ｅｅｌ１に対応することになる。付加
的信号はオシロスコープにより測定できる。
ΔΦｅｌ１が、周波数ｆの関数としてそれぞれ図４
（ｃ）の実線と同図（ｄ）の実線で表されている。これ
らの曲線もまた、シミュレーション計算により求ること
ができ、また無分極の圧電素子等を利用して実験的に求
めることもできる。後者の場合、送信信号は何の機械的
運動ももたらさず、結果的に信号Ｅ１は、電気的結合に
基づく付加的信号Ｅｅｌ１に対応することになる。付加
的信号はオシロスコープにより測定できる。
【００４７】付加的信号Ｅｅｌ１の振幅Ａｅｌ１と位相
ΔΦｅｌ１は、装置の機械的構造及びその電気的特性に
明確に関連付けられている。図示の実施例では、付加的
信号Ｅｅｌ１は位相が０度である。
ΔΦｅｌ１は、装置の機械的構造及びその電気的特性に
明確に関連付けられている。図示の実施例では、付加的
信号Ｅｅｌ１は位相が０度である。
【００４８】信号Ｅ１の振幅Ａ１（ｆ）と位相ΔΦ
１（ｆ）がそれぞれ図４（ｅ）と（ｆ）に示されてい
る。これら２つの曲線は信号Ｅ１の前述の２つの部分を
位相と振幅に関して正確に重ね合わせた結果得られたも
のである。
１（ｆ）がそれぞれ図４（ｅ）と（ｆ）に示されてい
る。これら２つの曲線は信号Ｅ１の前述の２つの部分を
位相と振幅に関して正確に重ね合わせた結果得られたも
のである。
【００４９】Ｅ１ｅｉΔΦ ＝ ＡＭ１ｅｉΔΦＭ１
＋ Ａｅｌ１ｅｉΔΦｅｌ１ それぞれの曲線は４つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶを
有し、以下に簡単に説明する。
＋ Ａｅｌ１ｅｉΔΦｅｌ１ それぞれの曲線は４つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶを
有し、以下に簡単に説明する。
【００５０】外側の領域Ｉ，ＩＶでは付加的信号Ｅ
ｅｌ１の振幅Ａｅｌ１の方が大きいため、支配的となっ
ている。また、位相ΔΦ１も実質的に付加的信号ΔΦ
ｅｌ１の位相に対応している。
ｅｌ１の振幅Ａｅｌ１の方が大きいため、支配的となっ
ている。また、位相ΔΦ１も実質的に付加的信号ΔΦ
ｅｌ１の位相に対応している。
【００５１】領域ＩとＩＩでは、２つの信号は位相が揃
っているため加算される。したがってこれらの領域では
振幅Ａ１が増大し、共振周波数ｆｒにおいて最大とな
る。一方、領域ＩＩＩとＩＶでは信号間の位相が逆にな
る。領域ＩＩＩでは振幅Ａ１が減少し、上側領域境界で
ゼロとなる。この周波数（以下、逆共振周波数ｆａｒ１
と呼ぶ）において測定信号ＥＭ１と付加的信号Ｅｅｌ１
の振幅は等しく、位相が逆である。振幅Ａ１は領域ＩＶ
において再び増大する。
っているため加算される。したがってこれらの領域では
振幅Ａ１が増大し、共振周波数ｆｒにおいて最大とな
る。一方、領域ＩＩＩとＩＶでは信号間の位相が逆にな
る。領域ＩＩＩでは振幅Ａ１が減少し、上側領域境界で
ゼロとなる。この周波数（以下、逆共振周波数ｆａｒ１
と呼ぶ）において測定信号ＥＭ１と付加的信号Ｅｅｌ１
の振幅は等しく、位相が逆である。振幅Ａ１は領域ＩＶ
において再び増大する。
【００５２】領域Ｉ，ＩＩ，ＩＶでは位相ΔΦ１は０度
であり、領域ＩＩＩにおいて１８０度である。
であり、領域ＩＩＩにおいて１８０度である。
【００５３】付加的信号Ｅｅｌ１についての正確な知識
が無ければ、受信電極の信号Ｅ１から測定信号ＥＭ１を
求めることはできない。
が無ければ、受信電極の信号Ｅ１から測定信号ＥＭ１を
求めることはできない。
【００５４】機械的振動構造体が制振されていたり、振
動品質が低い場合、測定信号の振幅ＡＭ１（ｆ）と位相
ΔΦＭ１（ｆ）は図４（ａ），（ｂ）の破線のような波
形を示す。すなわち振幅ＡＭ１（ｆ）の周波数に伴う上
昇下降は大幅に緩やかであり、最大値も大幅に低い。位
相ΔΦＭ１（ｆ）には急激な位相変化が無く、周波数に
伴って徐々に上昇する。装置の振動品質が低ければ低い
程、振幅の最大値が小さく、位相の勾配が緩慢になる。
しかし、位相ΔΦＭ１（ｆ）は常に０度と１８０度の値
に漸近的に達し、共振周波数で９０度である。付加的信
号Ｅｅｌ１は変化しない。
動品質が低い場合、測定信号の振幅ＡＭ１（ｆ）と位相
ΔΦＭ１（ｆ）は図４（ａ），（ｂ）の破線のような波
形を示す。すなわち振幅ＡＭ１（ｆ）の周波数に伴う上
昇下降は大幅に緩やかであり、最大値も大幅に低い。位
相ΔΦＭ１（ｆ）には急激な位相変化が無く、周波数に
伴って徐々に上昇する。装置の振動品質が低ければ低い
程、振幅の最大値が小さく、位相の勾配が緩慢になる。
しかし、位相ΔΦＭ１（ｆ）は常に０度と１８０度の値
に漸近的に達し、共振周波数で９０度である。付加的信
号Ｅｅｌ１は変化しない。
【００５５】このように、振動品質が低い場合の測定信
号と付加的信号の振幅及び位相的に正確な重ね合わせか
ら得られる信号Ｅ１の振幅Ａ１（ｆ）と位相ΔΦ
１（ｆ）は、上述の振動品質の低下が無かった場合と異
なる。振幅Ａ（ｆ）の最大値は大幅に小さく、位相Φ１
（ｆ）は互いに逆方向の１８０度の２つの急激な位相変
化ではなく、互いに逆方向に向けて緩やかに変化してい
る。最大位相差も明らかに１８０度以下である。装置の
振動品質によっては、位相変化は９０度以下の場合もあ
る。
号と付加的信号の振幅及び位相的に正確な重ね合わせか
ら得られる信号Ｅ１の振幅Ａ１（ｆ）と位相ΔΦ
１（ｆ）は、上述の振動品質の低下が無かった場合と異
なる。振幅Ａ（ｆ）の最大値は大幅に小さく、位相Φ１
（ｆ）は互いに逆方向の１８０度の２つの急激な位相変
化ではなく、互いに逆方向に向けて緩やかに変化してい
る。最大位相差も明らかに１８０度以下である。装置の
振動品質によっては、位相変化は９０度以下の場合もあ
る。
【００５６】従って、気泡ないし粘性媒体等の内部にお
ける機械的振動構造体の減衰、又はその他の原因による
装置振動品質の低減があると、電気的送信信号と電気信
号Ｅ １間の位相差ΔΦ１は依然として周波数の関数とし
て互いに逆方向の２つの連続的位相変化を有するが、最
大位相差が非常に小さくなることがある。最大位相差
は、共振周波数ｆｒと逆共振周波数ｆａｒｌ間の間隔が
小さい程小さくなる。
ける機械的振動構造体の減衰、又はその他の原因による
装置振動品質の低減があると、電気的送信信号と電気信
号Ｅ １間の位相差ΔΦ１は依然として周波数の関数とし
て互いに逆方向の２つの連続的位相変化を有するが、最
大位相差が非常に小さくなることがある。最大位相差
は、共振周波数ｆｒと逆共振周波数ｆａｒｌ間の間隔が
小さい程小さくなる。
【００５７】公知の装置では、送信信号と受信電極の信
号間に、共振に対応する固定の位相関係を制御ループに
より得ることにより、機械的振動装置が共振周波数ｆｒ
で振動するよう励振される。このような装置を覆われて
いない状態で高い振動品質において動作させるために、
図示の例では信号Ｅ１の固定位相差ΔΦＲは９０度であ
る。
号間に、共振に対応する固定の位相関係を制御ループに
より得ることにより、機械的振動装置が共振周波数ｆｒ
で振動するよう励振される。このような装置を覆われて
いない状態で高い振動品質において動作させるために、
図示の例では信号Ｅ１の固定位相差ΔΦＲは９０度であ
る。
【００５８】充填物の特性又は装置の振動品質の低下が
原因で、前述したような、信号の位相ΔΦ１（ｆ）が周
波数範囲の全域にわたって前記固定値ΔΦＲを取らない
状況が起こると、機械的振動装置を高い信頼度において
励振することができなくなり、装置が適切に動作しな
い。
原因で、前述したような、信号の位相ΔΦ１（ｆ）が周
波数範囲の全域にわたって前記固定値ΔΦＲを取らない
状況が起こると、機械的振動装置を高い信頼度において
励振することができなくなり、装置が適切に動作しな
い。
【００５９】この問題は本発明によれば以下のようにし
て解決される。
て解決される。
【００６０】本発明によれば、圧電素子２は少なくとも
３つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを有し、第１領域Ｉ上には
送信電極２１が配設され、第２の領域ＩＩ、第３の領域
ＩＩＩにはそれぞれ、受信電極２２、２３が配設されて
いる。２個の受信電極２２，２３は形状が同じで、互い
に、また送信電極２１に対しても対称的に配設される。
図３の例では、受信電極２２，２３はそれぞれ円の分割
片であり、圧電素子２の、ダイアフラムとは反対側の円
形表面の直径方向に対向している円分割片上に配設され
ている。送信電極２１は２個の受信電極２２，２３間に
配置される。
３つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを有し、第１領域Ｉ上には
送信電極２１が配設され、第２の領域ＩＩ、第３の領域
ＩＩＩにはそれぞれ、受信電極２２、２３が配設されて
いる。２個の受信電極２２，２３は形状が同じで、互い
に、また送信電極２１に対しても対称的に配設される。
図３の例では、受信電極２２，２３はそれぞれ円の分割
片であり、圧電素子２の、ダイアフラムとは反対側の円
形表面の直径方向に対向している円分割片上に配設され
ている。送信電極２１は２個の受信電極２２，２３間に
配置される。
【００６１】受信電極が同じ形状を有し、互いに及び送
信電極に対して対称的に配置される限り、その他の配置
形態も可能である。図３の配置は円表面の長軸ｙに関し
て対称的である。
信電極に対して対称的に配置される限り、その他の配置
形態も可能である。図３の配置は円表面の長軸ｙに関し
て対称的である。
【００６２】領域ＩとＩＩは圧電素子２の対称軸に平行
な、すなわち該素子の円形表面に直交する方向の分極を
有する。領域ＩＩＩは領域Ｉ，ＩＩとは反対方向の分極
を有する。分極方向は図２では矢印によって、図３では
＋と−の記号により示してある。冒頭で説明したよう
に、信号Ｅ１は測定信号ＥＭ１と付加的信号Ｅｅｌ１か
ら構成されている。受信電極２３の信号Ｅ２も同様に測
定信号ＥＭ２と付加的信号Ｅｅｌ２から構成されてい
る。
な、すなわち該素子の円形表面に直交する方向の分極を
有する。領域ＩＩＩは領域Ｉ，ＩＩとは反対方向の分極
を有する。分極方向は図２では矢印によって、図３では
＋と−の記号により示してある。冒頭で説明したよう
に、信号Ｅ１は測定信号ＥＭ１と付加的信号Ｅｅｌ１か
ら構成されている。受信電極２３の信号Ｅ２も同様に測
定信号ＥＭ２と付加的信号Ｅｅｌ２から構成されてい
る。
【００６３】Ｅ２ ＝ ＥＭ２ ＋ Ｅｅｌ２ 上記のように配置が対称的であるため、ダイアフラム１
２と圧電素子２により形成された複合素子が撓み振動す
る場合、測定信号ＥＭ２の振幅ＡＭ２は信号Ｅ Ｍ１の振
幅ＡＭ１に等しい。しかし、圧電素子２の領域ＩとＩＩ
Ｉの分極が反対方向であるため、２つの測定信号ＥＭ１
とＥＭ２は位相が逆になる。
２と圧電素子２により形成された複合素子が撓み振動す
る場合、測定信号ＥＭ２の振幅ＡＭ２は信号Ｅ Ｍ１の振
幅ＡＭ１に等しい。しかし、圧電素子２の領域ＩとＩＩ
Ｉの分極が反対方向であるため、２つの測定信号ＥＭ１
とＥＭ２は位相が逆になる。
【００６４】ＥＭ１ ＝ ＡＭ１ｅｉΔΦＭ１ ＥＭ２ ＝ ＡＭ２ｅｉΔΦＭ２ ＝ −ＡＭ１ｅ
ｉΔΦＭ１ ＝ −ＥＭ１ 測定信号ＥＭ２の振幅ＡＭ２は図５（ａ）に、位相ΔΦ
Ｍ２は同図（ｂ）に示されている。
ｉΔΦＭ１ ＝ −ＥＭ１ 測定信号ＥＭ２の振幅ＡＭ２は図５（ａ）に、位相ΔΦ
Ｍ２は同図（ｂ）に示されている。
【００６５】容量性結合により生ずる電極２３の付加的
信号Ｅｅｌ２の振幅Ａｅｌ２と位相ΔΦｅｌ２はそれぞ
れ、付加的信号Ｅｅｌ１の振幅Ａｅｌ１と位相ΔΦ
ｅｌ１に等しい。
信号Ｅｅｌ２の振幅Ａｅｌ２と位相ΔΦｅｌ２はそれぞ
れ、付加的信号Ｅｅｌ１の振幅Ａｅｌ１と位相ΔΦ
ｅｌ１に等しい。
【００６６】従って以下の式が成り立つ。
【００６７】Ｅｅｌ１＝Ａｅｌ１ｅｉΔΦｅｌ１＝Ａ
ｅｌ２ｅｉΔΦｅｌ２＝Ｅｅｌ２ 付加的信号Ｅｅｌ２の振幅Ａｅｌ２と位相ΔΦｅｌ２が
図５（ｃ）と（ｄ）にそれぞれ示してある。領域Ｉ，Ｉ
Ｉ，ＩＩＩの分極方向は、電極間に存在する容量性結合
には何ら影響を与えない。
ｅｌ２ｅｉΔΦｅｌ２＝Ｅｅｌ２ 付加的信号Ｅｅｌ２の振幅Ａｅｌ２と位相ΔΦｅｌ２が
図５（ｃ）と（ｄ）にそれぞれ示してある。領域Ｉ，Ｉ
Ｉ，ＩＩＩの分極方向は、電極間に存在する容量性結合
には何ら影響を与えない。
【００６８】受信電極２３に印加される信号Ｅ２は、測
定信号ＥＭ２と付加的信号Ｅｅｌ２の振幅および位相に
関して正確な和に等しい。信号Ｅ２の位相ΔΦ２と振幅
Ａ２は図５（ｅ）と（ｆ）に示されている。
定信号ＥＭ２と付加的信号Ｅｅｌ２の振幅および位相に
関して正確な和に等しい。信号Ｅ２の位相ΔΦ２と振幅
Ａ２は図５（ｅ）と（ｆ）に示されている。
【００６９】図２に示すように差動増幅器３が設けられ
ており、信号Ｅ１は信号線２２１を介して該差動増幅器
の反転入力側に、また信号Ｅ２は信号線２３１を介して
反転入力側に入力される。受信信号Ｅは受信信号線６を
介して差動増幅器３の出力から取り出される。受信信号
Ｅは信号Ｅ１，Ｅ２間の位相、振幅に関して正確な差に
等しい。
ており、信号Ｅ１は信号線２２１を介して該差動増幅器
の反転入力側に、また信号Ｅ２は信号線２３１を介して
反転入力側に入力される。受信信号Ｅは受信信号線６を
介して差動増幅器３の出力から取り出される。受信信号
Ｅは信号Ｅ１，Ｅ２間の位相、振幅に関して正確な差に
等しい。
【００７０】 Ｅ ＝ Ｅ１−Ｅ２ ＝ ＥＭ１ ＋ Ｅｅｌ１ − ＥＭ２ − Ｅｅｌ２ ＝ ＥＭ１ ＋ Ｅｅｌ１ − （−ＥＭ１） − Ｅｅｌ１ ＝ ２ＥＭ１ 理解を容易にするため、図６には振幅Ａ１が実線で、振
幅Ａ２が破線で示してある。結果として得られる受信信
号Ｅの振幅Ａと位相ΔΦはそれぞれ、図７（ａ）と
（ｂ）に示されている。信号Ｅ１とＥ２の位相ΔΦ１と
ΔΦ２の値は図６の線上に数値で示してある。
幅Ａ２が破線で示してある。結果として得られる受信信
号Ｅの振幅Ａと位相ΔΦはそれぞれ、図７（ａ）と
（ｂ）に示されている。信号Ｅ１とＥ２の位相ΔΦ１と
ΔΦ２の値は図６の線上に数値で示してある。
【００７１】領域ＩとＩＩでは、信号Ｅ１の振幅Ａ１の
方が大きいため、支配的である。領域ＩＩＩ，ＩＶでは
信号Ｅ２の振幅Ａ２の方が大きく、支配的である。
方が大きいため、支配的である。領域ＩＩＩ，ＩＶでは
信号Ｅ２の振幅Ａ２の方が大きく、支配的である。
【００７２】受信信号Ｅの振幅Ａは装置の共振周波数ｆ
ｒで唯一の最大値を示し、位相ΔΦはちょうどこの共振
周波数ｆｒで急激に１８０度変化する。この波形は理想
的調波発振器の波形に対応している。
ｒで唯一の最大値を示し、位相ΔΦはちょうどこの共振
周波数ｆｒで急激に１８０度変化する。この波形は理想
的調波発振器の波形に対応している。
【００７３】装置の振動品質が低下すると、振幅Ａが変
化して最大値が低下し、位相変化も急激でなくなだらか
になる。位相の勾配は、振動品質の低下量が大きい程、
緩やかになる。ただし、９０度の位相は振動品質に関係
無く常に共振周波数ｆｒ上にある。
化して最大値が低下し、位相変化も急激でなくなだらか
になる。位相の勾配は、振動品質の低下量が大きい程、
緩やかになる。ただし、９０度の位相は振動品質に関係
無く常に共振周波数ｆｒ上にある。
【００７４】図８には、低振動品質の装置の振幅Ａ１が
実線で、また振幅Ａ２が破線で示されている。また、低
振動品質の装置で得られた信号Ｅの振幅Ａと位相ΔΦが
それぞれ、図９（ａ），（ｂ）に示されている。
実線で、また振幅Ａ２が破線で示されている。また、低
振動品質の装置で得られた信号Ｅの振幅Ａと位相ΔΦが
それぞれ、図９（ａ），（ｂ）に示されている。
【００７５】上述した個々の信号間の関係により、受信
信号Ｅは第１受信電極２２の測定信号ＥＭ１の２倍に等
しい。すなわち、所望の測定信号に完全に対応し、付加
的信号を全く含まない受信信号Ｅが得られる。
信号Ｅは第１受信電極２２の測定信号ＥＭ１の２倍に等
しい。すなわち、所望の測定信号に完全に対応し、付加
的信号を全く含まない受信信号Ｅが得られる。
【００７６】受信信号Ｅの周波数の関数としての振幅Ａ
と位相ΔΦは、測定信号ＥＭ１と全く同様、調波発振器
に典型的な波形を有する。
と位相ΔΦは、測定信号ＥＭ１と全く同様、調波発振器
に典型的な波形を有する。
【００７７】その結果、装置の振動品質に関係無く、位
相差ΔΦＲの一定の固定値が常に、機械的振動構造体の
共振周波数ｆｒ上に得られる。このような受信信号Ｅは
従って、送信信号と受信信号Ｅ間に固定の位相関係ΔΦ
Ｒを設定するための制御ループの動作に非常に適してい
る。
相差ΔΦＲの一定の固定値が常に、機械的振動構造体の
共振周波数ｆｒ上に得られる。このような受信信号Ｅは
従って、送信信号と受信信号Ｅ間に固定の位相関係ΔΦ
Ｒを設定するための制御ループの動作に非常に適してい
る。
【００７８】この種の制御ループの一例を図２に示す。
この例において、受信信号Ｅは受信信号線６、増幅器
７、及び移相器８を介して送信信号にフィードバックさ
れる。移相器８は位相を一定値ΔΦＲだけ移相する。増
幅器７は、自励条件が満足されるように設計しなければ
ならない。機械的振動構造体は最終的には圧電素子２に
より励振されて共振周波数において振動する。
この例において、受信信号Ｅは受信信号線６、増幅器
７、及び移相器８を介して送信信号にフィードバックさ
れる。移相器８は位相を一定値ΔΦＲだけ移相する。増
幅器７は、自励条件が満足されるように設計しなければ
ならない。機械的振動構造体は最終的には圧電素子２に
より励振されて共振周波数において振動する。
【００７９】振動構造体が充填物で覆われている場合、
振動が妨げられていない場合に較べて共振周波数ｆｒの
値が低下するが、位相差の固定値は、振動構造体が充填
物で覆われているかどうかに左右されない。
振動が妨げられていない場合に較べて共振周波数ｆｒの
値が低下するが、位相差の固定値は、振動構造体が充填
物で覆われているかどうかに左右されない。
【００８０】また、受信信号Ｅは受信信号線６を介して
評価ユニット９の入力に印加される。該信号の周波数は
周波数測定回路９１により測定されて、測定結果が比較
器９２に送られる。比較器９２は測定周波数を、メモリ
に記憶された基準周波数ｆＲと比較する。測定周波数が
基準周波数ｆＲを下回る時は、評価ユニット９が出力す
る信号により機械的振動構造体が充填物で覆われている
ことが示される。周波数の値が基準周波数ｆＲより大き
い場合、評価ユニット９は、機械的振動構造体が充填物
によって覆われていないことを示す信号を出力する。
評価ユニット９の入力に印加される。該信号の周波数は
周波数測定回路９１により測定されて、測定結果が比較
器９２に送られる。比較器９２は測定周波数を、メモリ
に記憶された基準周波数ｆＲと比較する。測定周波数が
基準周波数ｆＲを下回る時は、評価ユニット９が出力す
る信号により機械的振動構造体が充填物で覆われている
ことが示される。周波数の値が基準周波数ｆＲより大き
い場合、評価ユニット９は、機械的振動構造体が充填物
によって覆われていないことを示す信号を出力する。
【図１】圧電素子を有する機械的振動構造体の長手方向
断面図である。
断面図である。
【図２】図１の圧電素子とそれに接続された回路のブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】本発明による送信及び受信電極の配置を示す図
である。
である。
【図４】（ａ）は測定信号ＥＭ１の振幅を、（ｂ）は同
信号の位相を、周波数の関数として振動品質の高低それ
ぞれの場合について表した図である。（ｃ）は付加的信
号Ｅｅｌ１の振幅を、（ｄ）は同信号の位相を、周波数
の関数として表した図である。（ｅ）は受信信号Ｅ１の
振幅を、（ｆ）は同信号の位相を、周波数の関数として
振動品質の高低それぞれの場合について表した図であ
る。
信号の位相を、周波数の関数として振動品質の高低それ
ぞれの場合について表した図である。（ｃ）は付加的信
号Ｅｅｌ１の振幅を、（ｄ）は同信号の位相を、周波数
の関数として表した図である。（ｅ）は受信信号Ｅ１の
振幅を、（ｆ）は同信号の位相を、周波数の関数として
振動品質の高低それぞれの場合について表した図であ
る。
【図５】（ａ）は測定信号ＥＭ２の振幅を、（ｂ）は同
信号の位相を、周波数の関数として振動品質の高低それ
ぞれの場合について表した図である。（ｃ）は付加的信
号Ｅｅｌ２の振幅を、（ｄ）は同信号の位相を、周波数
の関数として表した図である。（ｅ）は信号Ｅ２の振幅
を、（ｆ）は同信号の位相を、周波数の関数として振動
品質の高低それぞれの場合について表した図である。
信号の位相を、周波数の関数として振動品質の高低それ
ぞれの場合について表した図である。（ｃ）は付加的信
号Ｅｅｌ２の振幅を、（ｄ）は同信号の位相を、周波数
の関数として表した図である。（ｅ）は信号Ｅ２の振幅
を、（ｆ）は同信号の位相を、周波数の関数として振動
品質の高低それぞれの場合について表した図である。
【図６】図１における２つの受信電極の信号Ｅ１，Ｅ２
それぞれの振幅Ａ１，Ａ２を示した図である。
それぞれの振幅Ａ１，Ａ２を示した図である。
【図７】（ａ）は受信信号Ｅの振幅を、（ｂ）は同信号
の位相を、周波数の関数として示した図である。
の位相を、周波数の関数として示した図である。
【図８】図１における装置の振動品質が低い場合の、２
つの受信電極の信号Ｅ１，Ｅ２のそれぞれの振幅Ａ１，
Ａ２を示す図である。
つの受信電極の信号Ｅ１，Ｅ２のそれぞれの振幅Ａ１，
Ａ２を示す図である。
【図９】（ａ）は振動品質の低い装置における受信信号
Ｅの振幅を、（ｂ）は同信号の位相を、周波数の関数と
して表した図である。
Ｅの振幅を、（ｂ）は同信号の位相を、周波数の関数と
して表した図である。
１ 機械的振動構造体 ２ 圧電素子 ３ 差動増幅器 ５ 送信信号線 ６ 受信信号線 ７ 増幅器 ８ 移相器 ９ 評価ユニット １１ ハウジング １２ ダイアフラム １３ ネジ山 １４ 振動ロッド ２０ 基準電極 ２１ 送信電極 ２２，２３ 受信電極 ９１ 周波数測定回路 ９２ 比較器 ２２１，２３１ 受信信号線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イゴーア ゲットマン ドイツ連邦共和国 レーラッハ ゲーテシ ュトラーセ ３ (72)発明者 ゼルゲイ ロパティン ドイツ連邦共和国 レーラッハ フライブ ルガー シュトラーセ 231−アー
Claims (6)
- 【請求項１】 機械的振動構造体（１）と圧電素子
（２）を具備した、容器内において所定の充填レベルを
達成および／又は監視する装置において、 機械的振動構造体（１）は前記所定の充填レベルに配設
されており、 圧電素子（２）は振動構造体（１）を励振し振動させる
と共にその振動を捕捉し、 圧電素子（２）は少なくとも３つの領域を有し、 第１の領域（Ｉ）は送信電極（２１）を有し、第２の領
域（ＩＩ）は第１の受信電極（２２）を有し、第３の領
域（ＩＩＩ）は第２の受信電極（２３）を有しており、 前記２つの受信電極（２２，２３）は同一の形状を有
し、互いに及び送信電極（２１）に対して対称的に配置
されており、 第１と第２の領域（Ｉ，ＩＩ）は第３の領域（ＩＩＩ）
とは逆方向の分極を有しており、 第１受信電極（２２）から取り出される第１信号
（Ｅ１）と、第２受信電極（２３）から取り出される第
２信号（Ｅ２）との間の差に等しい受信信号（Ｅ）が形
成されるよう構成された、容器内において所定の充填レ
ベルを達成および／又は監視する装置。 - 【請求項２】 受信信号（Ｅ）の周波数を測定し、その
周波数を基準周波数（ｆＲ）と比較する回路を有し、該
回路は、測定周波数が基準周波数（ｆＲ）より小さい場
合は機械的振動構造体（１）が充填物で覆われており、
逆に測定周波数の方が基準周波数より大きい場合は覆わ
れていないことを示す信号を出力するよう構成されてい
る、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 送信信号が送信信号線（５）を介して送
信電極（２１）に印加され、 制御ループが設けられており、該制御ループにより送信
信号と受信信号（Ｅ）間の位相差が特定の一定値（ΔΦ
Ｒ）、すなわち振動構造体（１）が共振周波数（ｆｒ）
で振動する値に制御されるよう構成された、請求項１記
載の装置。 - 【請求項４】 基準電位に接続された基準電極（２０）
が圧電素子（２）上に配設されている、請求項１記載の
装置。 - 【請求項５】 圧電素子（２）が円盤状であり、送信電
極（２１）と２個の受信電極（２２，２３）が圧電素子
（２）の円形表面上に配設されている、請求項１記載の
装置。 - 【請求項６】 ２個の受信電極（２２，２３）がそれぞ
れ円分割片であり、それぞれ円形表面上の直径上に対向
している円分割片上に配設されている、請求項５記載の
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE97107152.7 | 1997-04-30 | ||
| EP97107152A EP0875739B1 (de) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339656A true JPH10339656A (ja) | 1998-12-22 |
| JP2880502B2 JP2880502B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=8226745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10120907A Expired - Fee Related JP2880502B2 (ja) | 1997-04-30 | 1998-04-30 | 容器内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0875739B1 (ja) |
| JP (1) | JP2880502B2 (ja) |
| CA (1) | CA2234786C (ja) |
| DE (1) | DE59712751D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7487057B2 (en) | 2001-12-12 | 2009-02-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Field device electronics with a sensor mechanism for process measurement |
| JP2017181397A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | オタリ株式会社 | 液深判定装置、液深判定プログラム、液深判定方法 |
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|---|---|---|---|---|
| DE59814061D1 (de) * | 1998-09-09 | 2007-08-30 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter |
| DE10022891A1 (de) * | 2000-05-10 | 2001-11-15 | Endress Hauser Gmbh Co | Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter |
| DE10260088A1 (de) * | 2002-12-19 | 2004-08-05 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen Größe mit einem Piezoantrieb zur Schwingungserregung und -detektion |
| DE10318705A1 (de) | 2003-04-24 | 2004-11-18 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums |
| DE102004010992B3 (de) * | 2004-03-03 | 2005-10-13 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgrösse |
| DE102014118393B4 (de) | 2014-12-11 | 2025-07-31 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße |
| DE102018126387A1 (de) * | 2018-10-23 | 2020-04-23 | Tdk Electronics Ag | Schallwandler und Verfahren zum Betrieb des Schallwandlers |
| DE102024202876A1 (de) | 2024-03-26 | 2025-10-02 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Ultraschallsensor für ein Fahrzeug |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4402234C1 (de) * | 1994-01-26 | 1995-04-20 | Endress Hauser Gmbh Co | Verfahren und Anordnung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter |
| DE4419617C2 (de) * | 1994-06-03 | 1998-07-02 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter |
| DE4429236C2 (de) * | 1994-08-18 | 1998-06-18 | Grieshaber Vega Kg | Messung des Füllstandes in einem Behälter |
| DE19523461C1 (de) * | 1995-06-28 | 1996-07-11 | Endress Hauser Gmbh Co | Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter |
-
1997
- 1997-04-30 DE DE59712751T patent/DE59712751D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-04-30 EP EP97107152A patent/EP0875739B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-04-15 CA CA002234786A patent/CA2234786C/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-30 JP JP10120907A patent/JP2880502B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7487057B2 (en) | 2001-12-12 | 2009-02-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Field device electronics with a sensor mechanism for process measurement |
| JP2017181397A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | オタリ株式会社 | 液深判定装置、液深判定プログラム、液深判定方法 |
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|---|---|
| DE59712751D1 (de) | 2006-11-30 |
| EP0875739B1 (de) | 2006-10-18 |
| JP2880502B2 (ja) | 1999-04-12 |
| EP0875739A1 (de) | 1998-11-04 |
| CA2234786A1 (en) | 1998-10-30 |
| CA2234786C (en) | 2000-10-17 |
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