JPS6129449B2 - - Google Patents
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- JPS6129449B2 JPS6129449B2 JP53163291A JP16329178A JPS6129449B2 JP S6129449 B2 JPS6129449 B2 JP S6129449B2 JP 53163291 A JP53163291 A JP 53163291A JP 16329178 A JP16329178 A JP 16329178A JP S6129449 B2 JPS6129449 B2 JP S6129449B2
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-
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-
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Description
この発明は超音波を用いて液体の密度を測定す
る方法及び装置に関する。 超音波を用いて液体の密度を測定する場合、従
来においては超音波を被測定液体に放射し受信部
において超音波を受信し送信から受信までの超音
波透過時間をシングアラウンド法及びその他の方
法で直接読み取りこの透過時間から液体の密度を
算定している。このような方法によると測定値が
温度及びその他の外的要因によりバラツキを生じ
精度の高い測定ができない。 従つて、この発明は温度及びその他の外的要因
により測定値にバラツキが生じない超音波液体密
度測定装置を提供することを目的とする。 この発明によると標準液体及び被測定液体に超
音波を放射し両液体間における超音波透過時間差
もしくは透過音速度差から両液体の密度差が求め
られこの密度差に標準液体の所要温度における既
知の密度を加算することにより被測定液体の所要
温度における密度が求められる。 この発明によると、被測定液体を入れる液槽
と、この液槽に取り付けられ前記被測定液体に音
波を放射する音波発生素止と、前記被測定液体を
伝わる音波を受ける受信素子を含み受信音波から
前記被測定液体の音響学的パラメータを測定する
手段と、前記被測定液体の温度に応じた抵抗値を
示すサーミスタと固定抵抗とで構成される標準回
路により構成され前記被測定液体と等しい温度の
標準液体の音響学的パラメータを出力する手段
と、前記被測定液体の音響学的パラメータと標準
液体の音響学的パラメータとの差を前記標準液体
の既知の密度情報に加算し前記被測定液体の密度
を計算する手段とで構成される超音波液体密度測
定装置が提供される。 この発明によると、前記音響学的パラメータ測
定手段は前記被測定液体中を透過する音波の透過
時間を測定する超音波液体密度測定装置が提供さ
れる。 この発明によると、前記音響学的パラメータ測
定手段は前記被測定液体中を透過する音波の透過
音速度を測定する超音波液体密度測定装置が提供
される。 以下図面を参照してこの発明の実施例を説明す
る。まずこの発明を説明するに先立ち音波と物質
の密度との関係について説明する。物質の密度を
ρ、音速度をＣとすると音響インピーダンスＺは
次式で表わされる。 Ｚ＝ρＣ 音響インピーダンスＺを有する物質から音響イ
ンピーダンスＺA及びＺBを夫々有する物質Ａ及び
Ｂへ音波が入射するときの音波透過率の差ΔＰは
次式で表わされる。 ΔＰ＝２ＺＡ／Ｚ＋ＺＡ−２ＺＢ／Ｚ＋ＺＢ ＝２Ｚ（ＺＡ−ＺＢ）／（Ｚ＋ＺＡ）（Ｚ＋ＺＢ）…
……(1) 物質Ａ及びＢが同一温度でありまた音響学的に
極めて類似しているものとする。 例えば、純物質Ａに一種類の溶質がわずかに溶
けている固溶体または溶液Ｂにおいて ＺB＝ＺA＋ΔＺ ＣB＝ＣA＋ΔＣ ρB＝ρA＋Δρ とするとＺA≫ΔＺ、ＣA≫ΔＣ、ρA≫Δρが成
立する。従つて、透過率の差ΔＰは ΔＰ≒−２ＺΔＺ／（Ｚ＋ＺＡ）２ ΔＺ＝ＣAΔρ＋ρAΔＣ＋ΔρΔＣ≒ＣAΔρ ＋ρAΔＣ ∴ΔＰ＝−２Ｚ／（Ｚ＋ＺＡ）２（ＣAΔρ ＋ρAΔＣ） ………(2) さらに一定温度、一定圧力下においてわずかな
溶質量が音速度差ΔＣ及び密度差Δρの値を決定
するので溶質量とΔＣ及びΔρとの間に比例関係
が成立する。従つて、比例定数をＫとすると ΔＣ＝ＫΔρ∝溶質の量（溶液濃度） ………(3) となり従つて(2)式は次式(4)のようになる。 ΔＰ＝−２Ｚ／（Ｚ＋ＺＡ）２（ＣA＋ＫρA）Δρ……
…(4) さて、(4)式において密度差Δρの係数は温度、
圧力、溶媒、溶質の種類が一定であれば変らな
い。故に音波透過率の差ΔＰを測定することによ
り類似物質の密度差を求めることができる。とこ
ろで比例定数Ｋは物質によつて決まるものであり
従つて(4)式は１種類の溶質を対象とした式であ
る。多種類の溶質が溶けている液体の場合、(4)式
は液体に溶けている溶質の比例定数が等しい場合
に適用できる。都合のよいことに例えばシヨ糖、
乳糖、KCl、HCl等の物質がわずかに水に溶けて
いる場合、これら物質の比例定数Ｋは０〓Δρ〓
0.04の密度差の範囲では互に極めて近い値を示
す。 上記説明では液体を透過する音波に関して述べ
たが反射音波に関しても本質的には同様の原理に
より密度差を求めることができる。また、被反射
又は被透過層がいくつもある場合には各層の界面
での反射及び透過があり、透過率の差ΔＰを求め
る式は複雑となるが各層の取扱いを厳密に行なう
とやはり密度差Δρに比例した式が導出できる。
さらに音速度についてもΔρに比例した式が導出
できる。物質中を通過する音波の音速度は次式に
よつて表わされる。 Ｅ＝体積弾性率 音響インピーダンスの場合と同様に純物質Ａと
この純物質に１種類のわずかな溶質を含有する物
質Ｂとについて考えると次のようになる。
る方法及び装置に関する。 超音波を用いて液体の密度を測定する場合、従
来においては超音波を被測定液体に放射し受信部
において超音波を受信し送信から受信までの超音
波透過時間をシングアラウンド法及びその他の方
法で直接読み取りこの透過時間から液体の密度を
算定している。このような方法によると測定値が
温度及びその他の外的要因によりバラツキを生じ
精度の高い測定ができない。 従つて、この発明は温度及びその他の外的要因
により測定値にバラツキが生じない超音波液体密
度測定装置を提供することを目的とする。 この発明によると標準液体及び被測定液体に超
音波を放射し両液体間における超音波透過時間差
もしくは透過音速度差から両液体の密度差が求め
られこの密度差に標準液体の所要温度における既
知の密度を加算することにより被測定液体の所要
温度における密度が求められる。 この発明によると、被測定液体を入れる液槽
と、この液槽に取り付けられ前記被測定液体に音
波を放射する音波発生素止と、前記被測定液体を
伝わる音波を受ける受信素子を含み受信音波から
前記被測定液体の音響学的パラメータを測定する
手段と、前記被測定液体の温度に応じた抵抗値を
示すサーミスタと固定抵抗とで構成される標準回
路により構成され前記被測定液体と等しい温度の
標準液体の音響学的パラメータを出力する手段
と、前記被測定液体の音響学的パラメータと標準
液体の音響学的パラメータとの差を前記標準液体
の既知の密度情報に加算し前記被測定液体の密度
を計算する手段とで構成される超音波液体密度測
定装置が提供される。 この発明によると、前記音響学的パラメータ測
定手段は前記被測定液体中を透過する音波の透過
時間を測定する超音波液体密度測定装置が提供さ
れる。 この発明によると、前記音響学的パラメータ測
定手段は前記被測定液体中を透過する音波の透過
音速度を測定する超音波液体密度測定装置が提供
される。 以下図面を参照してこの発明の実施例を説明す
る。まずこの発明を説明するに先立ち音波と物質
の密度との関係について説明する。物質の密度を
ρ、音速度をＣとすると音響インピーダンスＺは
次式で表わされる。 Ｚ＝ρＣ 音響インピーダンスＺを有する物質から音響イ
ンピーダンスＺA及びＺBを夫々有する物質Ａ及び
Ｂへ音波が入射するときの音波透過率の差ΔＰは
次式で表わされる。 ΔＰ＝２ＺＡ／Ｚ＋ＺＡ−２ＺＢ／Ｚ＋ＺＢ ＝２Ｚ（ＺＡ−ＺＢ）／（Ｚ＋ＺＡ）（Ｚ＋ＺＢ）…
……(1) 物質Ａ及びＢが同一温度でありまた音響学的に
極めて類似しているものとする。 例えば、純物質Ａに一種類の溶質がわずかに溶
けている固溶体または溶液Ｂにおいて ＺB＝ＺA＋ΔＺ ＣB＝ＣA＋ΔＣ ρB＝ρA＋Δρ とするとＺA≫ΔＺ、ＣA≫ΔＣ、ρA≫Δρが成
立する。従つて、透過率の差ΔＰは ΔＰ≒−２ＺΔＺ／（Ｚ＋ＺＡ）２ ΔＺ＝ＣAΔρ＋ρAΔＣ＋ΔρΔＣ≒ＣAΔρ ＋ρAΔＣ ∴ΔＰ＝−２Ｚ／（Ｚ＋ＺＡ）２（ＣAΔρ ＋ρAΔＣ） ………(2) さらに一定温度、一定圧力下においてわずかな
溶質量が音速度差ΔＣ及び密度差Δρの値を決定
するので溶質量とΔＣ及びΔρとの間に比例関係
が成立する。従つて、比例定数をＫとすると ΔＣ＝ＫΔρ∝溶質の量（溶液濃度） ………(3) となり従つて(2)式は次式(4)のようになる。 ΔＰ＝−２Ｚ／（Ｚ＋ＺＡ）２（ＣA＋ＫρA）Δρ……
…(4) さて、(4)式において密度差Δρの係数は温度、
圧力、溶媒、溶質の種類が一定であれば変らな
い。故に音波透過率の差ΔＰを測定することによ
り類似物質の密度差を求めることができる。とこ
ろで比例定数Ｋは物質によつて決まるものであり
従つて(4)式は１種類の溶質を対象とした式であ
る。多種類の溶質が溶けている液体の場合、(4)式
は液体に溶けている溶質の比例定数が等しい場合
に適用できる。都合のよいことに例えばシヨ糖、
乳糖、KCl、HCl等の物質がわずかに水に溶けて
いる場合、これら物質の比例定数Ｋは０〓Δρ〓
0.04の密度差の範囲では互に極めて近い値を示
す。 上記説明では液体を透過する音波に関して述べ
たが反射音波に関しても本質的には同様の原理に
より密度差を求めることができる。また、被反射
又は被透過層がいくつもある場合には各層の界面
での反射及び透過があり、透過率の差ΔＰを求め
る式は複雑となるが各層の取扱いを厳密に行なう
とやはり密度差Δρに比例した式が導出できる。
さらに音速度についてもΔρに比例した式が導出
できる。物質中を通過する音波の音速度は次式に
よつて表わされる。 Ｅ＝体積弾性率 音響インピーダンスの場合と同様に純物質Ａと
この純物質に１種類のわずかな溶質を含有する物
質Ｂとについて考えると次のようになる。
【表】
溶質の濃度はΔρ及びΔＥに完全に比例するか
ら ΔＥ＝K′Δρ ………(6) (5)、(6)より (7)式は音速度差ΔＣが密度差Δρに比例関係に
あることを示す(3)式に相当する。この(7)式の比例
定数K′はほとんど温度に影響されない。 第１図は水と食塩水溶液とのΔＣとΔρの比例
関係を示しており、この図から明らかなように温
度10℃〜30℃の範囲において比例定数は殆んど温
度に影響されていない。 次に音波の透過部分の長さをｌとしたときの物
質Ａ及びＢにおける音波透過時間ｔAとｔBとの差
は次のように求められる。 物質Ａを標準液体そして物質Ｂを被測定液体と
すると以上のように両者に対する透過音波の音圧
差または透過音速度差もしくは音波透過時間差が
密度差に比例する。従つて、前記音波の音響学的
パラメータの差に対する密度差の検量線を作つて
おけば音波の音響学的パラメータの差の測定値か
ら標準液体と被測定液体との密度差を求めること
ができる。 ところで、上記説明からも明らかなように、標
準液体は純溶媒に限らずいかなる溶液でも差支え
ない。例えば高濃度食塩水が標準液体であつても
かまわない。通常標準液体として水を用いること
が多いがこの水の音響学的パラメータはサーミス
タの抵抗値と相関関係を有していることから本発
明の実施例では標準液体の代りにサーミスタを用
いて液体の密度が測定されている。 第２図に示す実施例では例えば1kHzのパルス
信号を発生するパルス発振器１１の出力が試料液
体即ち被測定液体１２が入れられる液槽１３に取
り付けられた発振用超音波振動子１４に接続され
る。発振用超音波振動子１４に対向する液槽１３
の面に取り付けられる超音波受信素子１５の出力
端が増幅・波形整形回路１６に接続される。増
幅・波形整形回路１６の出力はフリツプフロツプ
１７のリセツト端子に入力される。このフリツプ
フロツプ１７のセツト端子は発振器１１の出力に
接続され出力端はANDゲート１８の一方入力端
に接続される。このANDゲート１８の他方入力
端にはクロツク発振器１９の出力端が接続され
る。ANDゲート１８の出力端はカウンタ２０に
接続される。 前記液槽１３に密接して設けられるサーミスタ
２１の一端は接地され他端は抵抗２２を介して定
電流源２３及び増幅器２４に接続される。この増
幅器２４の出力はＡ／Ｄ変換器２５を介してレジ
スタ２６に接続される。このレジスタ２６の出力
及び前記カウンタ２０の出力並びに定数入力器２
７の出力が加減算回路２８に接続される。この加
減算回路２８の出力は表示器２９に接続されると
共にＤ／Ａ変換器３０を介して記録計３１に接続
される。 第２図の実施例においてはサーミスタ２１と抵
抗体２２との直列回路が標準器として用いられて
いる。第３図には水中の音速度の逆数並びに２％
及び４％食塩水溶液における音速度の逆数曲線が
示されている。この逆数曲線において水中音速度
逆数曲線をサーミスタと固定抵抗との直列回路に
よつて得る場合には市販の例えば、サーミスタ
TM−550（日立製）と45.14kΩの抵抗値を有す
る抵抗体を用いサーミスタと抵抗体との直列合成
抵抗値を1.421×10-10倍することによつて得られ
る。即ち、標準液体として用いられる水に対応す
る特性がサーミスタと抵抗体との直列回路によつ
て得られる。 第２図の回路において発振器１１が1kHzのパ
ルス信号を発生するとこのパルス信号のパルスに
応答してフリツプフロツプ１７がセツトされると
共に発振用超音波振動子１４が付勢される。超音
波振動子１４から発生した超音波は被測定液体１
２を伝つて受信素子１５に達する。受信素子１５
は受信音波を電気信号に変換しこの信号を増幅・
波形整形回路１６に供給する。この増幅・波形整
形回路１６において受信信号は増幅され波形整形
されトリガパルスとしてフリツプフロツプ１７の
リセツト端子に入力されこのフリツプフロツプを
リセツトする。即ち、このフリツプフロツプは超
音波振動子１４の発振開始に応答してセツトされ
受信素子１５の受信信号に応答してリセツトされ
る。このセツトからリセツトまでの期間は超音波
の伝達期間に対応する。フリツプフロツプ１７の
出力パルスはANDゲート１８に供給される。こ
の結果、クロツク発振器１９からクロツクパルス
がフリツプフロツプ１７の出力パルスのパルス幅
に相当する数だけカウンタ２０に供給される。即
ち、このカウンタ２０は被測定液体１２を伝わる
超音波の透過時間を測定することになる。 一方、標準器として作用するサーミスタ２１と
固定抵抗２２との直列回路に現われる電圧は増幅
器２４により増幅されＡ／Ｄ変換器２５によりデ
ジタル信号に変換されレジスタ２６に記憶され
る。尚、Ａ／Ｄ変換器２５は発振器１１のパルス
信号に同期して出力を発生するように構成され
る。レジスタ２６に記憶されたデータは標準液体
例えば水に対する音響学的パラメータを示しこの
音響学的パラメータデータは加減算回路２８に送
られる。この加減算回路２８ではカウンタ２０の
カウント値即ち被測定液体の音響学的パラメータ
と前記標準液体の音響学的パラメータとの差が計
算され更にこの差に定数回路２７から標準液体の
所要温度換算密度に対応するデジタル量が加算さ
れる。この結果、加減算回路２８からは被測定液
体の所要温度における密度に対応するデータが出
力されこの密度データは表示器２９に表示されま
た同時にＤ／Ａ変換器３０によりアナログ信号に
変換された後記録計３１に記録される。 以上のようにこの発明によると被測定液体に接
して設けられたサーミスタの抵抗値を利用して被
測定液体と等しい温度における標準液体中におけ
る音波透過時間を求めこの標準音波透過時間と被
測定液体中における音波透過時間との差から標準
液体と被測定液体との密度差が求められ、この密
度差に標準液体の所要温度における密度が加算さ
れることにより被測定液体の密度が求められる。 尚、上記実施例では音波透過時間の測定及びそ
の後のデータ処理をデジタル的におこなつている
が上記測定及び処理をアナログ的におこなうこと
ができる。この場合、クロツク発振器１９は定電
圧回路に置き換えられまたカウンタ２０は積分回
路とサンプルホールド回路に置き換えられ更に増
幅器２４の出力は直接に加減算回路２８に供給さ
れる。 第４図には他の実施例に従つた透過音速度測定
の場合による液体密度測定装置の回路が示されて
いる。この実施例においては発振器３２が高周波
増幅・波形整形回路を介して受信素子１５に接続
されるトリガ入力端子と超音波発信用振動子１４
に接続される発振出力端とを有する。この発振器
３２は液槽１３に液体１２が入つていないとき１
Hzの低周波パルスを発生し液槽１３に液体１２が
入れられると液体１２を伝わつた音波に応答して
受信素子１５から出力されるパルスが増幅・波形
整形回路１６により増幅及び波形整形され発振器
３２のトリガ入力端にトリガパルスとして供給さ
れる。発振器３２はトリガされると出力端からト
リガパルスに同期して出力パルスを発生する。こ
の出力パルスが振動子１４を付勢し音波を発生さ
せる。この音波が被測定液体１２を介して受信素
子１５を付勢したときに受信素子１５から発生す
るパルスが増幅・波形整形回路１６を介して再び
発振器３２に入力される。このように発振器３２
において発信・受信が繰返されこの発振器３２の
発信出力信号がＦ−Ｖ変換器３３に供給され発振
周波数に対応する電圧信号に変換される。 一方、液槽１３に接して設けられるサーミスタ
２１と定電圧源５０に接続された抵抗体２２とで
なる標準回路の出力電圧は演算増幅器３４の反転
入力に供給される。この演算増幅器３４の非反転
入力は接地され反転入力と出力との間に帰還抵抗
３５が接続される。演算増幅器３４の出力電圧は
加減算回路３６に供給されＦ−Ｖ変換器３３の変
換出力電圧と差引きされ両電圧の差が求められ
る。この電圧差は標準液体と被測定液体との密度
差に対応する。この密度差は定数回路からの標準
液体の密度に加算される。加減算回路３６の被測
定液体の密度に対応するアナログ信号は記録計３
１に供給されて記録されまたＡ／Ｄ変換器３７を
介して表示器２９に供給されデジタル表示され
る。 第５図には本発明を尿比重計に利用した場合の
尿比重検出部が示されている。図において試料液
体容器、即ち尿容器４０は使いすて可能な容器で
あり上下にチユーブ４１ａ，４１ｂを接続するこ
とにより尿比重の連続測定が可能となるる摺動可
能な容器保持体４２には容器４０をスプリング４
３の力により圧接する圧接部材４２ａが設けられ
る。サーミスタ４４は尿容器４０に近接するよう
に圧接部材４２ａに設けられた孔４５に挿入され
尿の温度を測定する。容器保持体４２はベツドサ
イド４６に簡単に装着できるように両面接着テー
プまたはマグネツト等の取付部材４７が設けられ
る。また、超音波発振用振動子４８及び受信素子
４９が容器保持体４２に取り付けられる。 本発明の液体密度測定装置は上記尿比重測定に
限らず一般の液体、輸液剤、血液、透析液等の液
体の密度、比重等の測定に用いることができる。 上記実施例においては標準液体の代用としてサ
ーミスタと固定抵抗との直列回路を用いたがサー
ミスタと固定抵抗の並列回路を用いてもよい。
ら ΔＥ＝K′Δρ ………(6) (5)、(6)より (7)式は音速度差ΔＣが密度差Δρに比例関係に
あることを示す(3)式に相当する。この(7)式の比例
定数K′はほとんど温度に影響されない。 第１図は水と食塩水溶液とのΔＣとΔρの比例
関係を示しており、この図から明らかなように温
度10℃〜30℃の範囲において比例定数は殆んど温
度に影響されていない。 次に音波の透過部分の長さをｌとしたときの物
質Ａ及びＢにおける音波透過時間ｔAとｔBとの差
は次のように求められる。 物質Ａを標準液体そして物質Ｂを被測定液体と
すると以上のように両者に対する透過音波の音圧
差または透過音速度差もしくは音波透過時間差が
密度差に比例する。従つて、前記音波の音響学的
パラメータの差に対する密度差の検量線を作つて
おけば音波の音響学的パラメータの差の測定値か
ら標準液体と被測定液体との密度差を求めること
ができる。 ところで、上記説明からも明らかなように、標
準液体は純溶媒に限らずいかなる溶液でも差支え
ない。例えば高濃度食塩水が標準液体であつても
かまわない。通常標準液体として水を用いること
が多いがこの水の音響学的パラメータはサーミス
タの抵抗値と相関関係を有していることから本発
明の実施例では標準液体の代りにサーミスタを用
いて液体の密度が測定されている。 第２図に示す実施例では例えば1kHzのパルス
信号を発生するパルス発振器１１の出力が試料液
体即ち被測定液体１２が入れられる液槽１３に取
り付けられた発振用超音波振動子１４に接続され
る。発振用超音波振動子１４に対向する液槽１３
の面に取り付けられる超音波受信素子１５の出力
端が増幅・波形整形回路１６に接続される。増
幅・波形整形回路１６の出力はフリツプフロツプ
１７のリセツト端子に入力される。このフリツプ
フロツプ１７のセツト端子は発振器１１の出力に
接続され出力端はANDゲート１８の一方入力端
に接続される。このANDゲート１８の他方入力
端にはクロツク発振器１９の出力端が接続され
る。ANDゲート１８の出力端はカウンタ２０に
接続される。 前記液槽１３に密接して設けられるサーミスタ
２１の一端は接地され他端は抵抗２２を介して定
電流源２３及び増幅器２４に接続される。この増
幅器２４の出力はＡ／Ｄ変換器２５を介してレジ
スタ２６に接続される。このレジスタ２６の出力
及び前記カウンタ２０の出力並びに定数入力器２
７の出力が加減算回路２８に接続される。この加
減算回路２８の出力は表示器２９に接続されると
共にＤ／Ａ変換器３０を介して記録計３１に接続
される。 第２図の実施例においてはサーミスタ２１と抵
抗体２２との直列回路が標準器として用いられて
いる。第３図には水中の音速度の逆数並びに２％
及び４％食塩水溶液における音速度の逆数曲線が
示されている。この逆数曲線において水中音速度
逆数曲線をサーミスタと固定抵抗との直列回路に
よつて得る場合には市販の例えば、サーミスタ
TM−550（日立製）と45.14kΩの抵抗値を有す
る抵抗体を用いサーミスタと抵抗体との直列合成
抵抗値を1.421×10-10倍することによつて得られ
る。即ち、標準液体として用いられる水に対応す
る特性がサーミスタと抵抗体との直列回路によつ
て得られる。 第２図の回路において発振器１１が1kHzのパ
ルス信号を発生するとこのパルス信号のパルスに
応答してフリツプフロツプ１７がセツトされると
共に発振用超音波振動子１４が付勢される。超音
波振動子１４から発生した超音波は被測定液体１
２を伝つて受信素子１５に達する。受信素子１５
は受信音波を電気信号に変換しこの信号を増幅・
波形整形回路１６に供給する。この増幅・波形整
形回路１６において受信信号は増幅され波形整形
されトリガパルスとしてフリツプフロツプ１７の
リセツト端子に入力されこのフリツプフロツプを
リセツトする。即ち、このフリツプフロツプは超
音波振動子１４の発振開始に応答してセツトされ
受信素子１５の受信信号に応答してリセツトされ
る。このセツトからリセツトまでの期間は超音波
の伝達期間に対応する。フリツプフロツプ１７の
出力パルスはANDゲート１８に供給される。こ
の結果、クロツク発振器１９からクロツクパルス
がフリツプフロツプ１７の出力パルスのパルス幅
に相当する数だけカウンタ２０に供給される。即
ち、このカウンタ２０は被測定液体１２を伝わる
超音波の透過時間を測定することになる。 一方、標準器として作用するサーミスタ２１と
固定抵抗２２との直列回路に現われる電圧は増幅
器２４により増幅されＡ／Ｄ変換器２５によりデ
ジタル信号に変換されレジスタ２６に記憶され
る。尚、Ａ／Ｄ変換器２５は発振器１１のパルス
信号に同期して出力を発生するように構成され
る。レジスタ２６に記憶されたデータは標準液体
例えば水に対する音響学的パラメータを示しこの
音響学的パラメータデータは加減算回路２８に送
られる。この加減算回路２８ではカウンタ２０の
カウント値即ち被測定液体の音響学的パラメータ
と前記標準液体の音響学的パラメータとの差が計
算され更にこの差に定数回路２７から標準液体の
所要温度換算密度に対応するデジタル量が加算さ
れる。この結果、加減算回路２８からは被測定液
体の所要温度における密度に対応するデータが出
力されこの密度データは表示器２９に表示されま
た同時にＤ／Ａ変換器３０によりアナログ信号に
変換された後記録計３１に記録される。 以上のようにこの発明によると被測定液体に接
して設けられたサーミスタの抵抗値を利用して被
測定液体と等しい温度における標準液体中におけ
る音波透過時間を求めこの標準音波透過時間と被
測定液体中における音波透過時間との差から標準
液体と被測定液体との密度差が求められ、この密
度差に標準液体の所要温度における密度が加算さ
れることにより被測定液体の密度が求められる。 尚、上記実施例では音波透過時間の測定及びそ
の後のデータ処理をデジタル的におこなつている
が上記測定及び処理をアナログ的におこなうこと
ができる。この場合、クロツク発振器１９は定電
圧回路に置き換えられまたカウンタ２０は積分回
路とサンプルホールド回路に置き換えられ更に増
幅器２４の出力は直接に加減算回路２８に供給さ
れる。 第４図には他の実施例に従つた透過音速度測定
の場合による液体密度測定装置の回路が示されて
いる。この実施例においては発振器３２が高周波
増幅・波形整形回路を介して受信素子１５に接続
されるトリガ入力端子と超音波発信用振動子１４
に接続される発振出力端とを有する。この発振器
３２は液槽１３に液体１２が入つていないとき１
Hzの低周波パルスを発生し液槽１３に液体１２が
入れられると液体１２を伝わつた音波に応答して
受信素子１５から出力されるパルスが増幅・波形
整形回路１６により増幅及び波形整形され発振器
３２のトリガ入力端にトリガパルスとして供給さ
れる。発振器３２はトリガされると出力端からト
リガパルスに同期して出力パルスを発生する。こ
の出力パルスが振動子１４を付勢し音波を発生さ
せる。この音波が被測定液体１２を介して受信素
子１５を付勢したときに受信素子１５から発生す
るパルスが増幅・波形整形回路１６を介して再び
発振器３２に入力される。このように発振器３２
において発信・受信が繰返されこの発振器３２の
発信出力信号がＦ−Ｖ変換器３３に供給され発振
周波数に対応する電圧信号に変換される。 一方、液槽１３に接して設けられるサーミスタ
２１と定電圧源５０に接続された抵抗体２２とで
なる標準回路の出力電圧は演算増幅器３４の反転
入力に供給される。この演算増幅器３４の非反転
入力は接地され反転入力と出力との間に帰還抵抗
３５が接続される。演算増幅器３４の出力電圧は
加減算回路３６に供給されＦ−Ｖ変換器３３の変
換出力電圧と差引きされ両電圧の差が求められ
る。この電圧差は標準液体と被測定液体との密度
差に対応する。この密度差は定数回路からの標準
液体の密度に加算される。加減算回路３６の被測
定液体の密度に対応するアナログ信号は記録計３
１に供給されて記録されまたＡ／Ｄ変換器３７を
介して表示器２９に供給されデジタル表示され
る。 第５図には本発明を尿比重計に利用した場合の
尿比重検出部が示されている。図において試料液
体容器、即ち尿容器４０は使いすて可能な容器で
あり上下にチユーブ４１ａ，４１ｂを接続するこ
とにより尿比重の連続測定が可能となるる摺動可
能な容器保持体４２には容器４０をスプリング４
３の力により圧接する圧接部材４２ａが設けられ
る。サーミスタ４４は尿容器４０に近接するよう
に圧接部材４２ａに設けられた孔４５に挿入され
尿の温度を測定する。容器保持体４２はベツドサ
イド４６に簡単に装着できるように両面接着テー
プまたはマグネツト等の取付部材４７が設けられ
る。また、超音波発振用振動子４８及び受信素子
４９が容器保持体４２に取り付けられる。 本発明の液体密度測定装置は上記尿比重測定に
限らず一般の液体、輸液剤、血液、透析液等の液
体の密度、比重等の測定に用いることができる。 上記実施例においては標準液体の代用としてサ
ーミスタと固定抵抗との直列回路を用いたがサー
ミスタと固定抵抗の並列回路を用いてもよい。
第１図は水と食塩水との音速度差に対する密度
差を示すグラフ図、第２図はこの発明の一実施例
に従つた超音波液体密度測定装置の回路図、第３
図は水と食塩水との音速度逆数曲線図、第４図は
他の実施例に従つた超音波液体密度測定装置の回
路図、そして第５図は液体密度検出部の斜示図を
示す。 １１……発振器、１２……被測定液体、１３…
…液槽、１４……超音波発振用振動子、１５……
受信素子、１６……増幅・波形整形回路、１７…
…フリツプフロツプ、１９……クロツク発振器、
２０……カウンタ、２１……サーミスタ、２２…
…固定抵抗、２３……定電流源、２７……定数回
路、２８……加減算回路、２９……表示器、３１
……記録計、５０……定電圧源。
差を示すグラフ図、第２図はこの発明の一実施例
に従つた超音波液体密度測定装置の回路図、第３
図は水と食塩水との音速度逆数曲線図、第４図は
他の実施例に従つた超音波液体密度測定装置の回
路図、そして第５図は液体密度検出部の斜示図を
示す。 １１……発振器、１２……被測定液体、１３…
…液槽、１４……超音波発振用振動子、１５……
受信素子、１６……増幅・波形整形回路、１７…
…フリツプフロツプ、１９……クロツク発振器、
２０……カウンタ、２１……サーミスタ、２２…
…固定抵抗、２３……定電流源、２７……定数回
路、２８……加減算回路、２９……表示器、３１
……記録計、５０……定電圧源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測定液体を入れる液槽と、この液槽に取り
付けられ前記被測定液体に音波を放射する音波発
生素子と、前記被測定液体を伝わる音波を受ける
受信素子を含み受信音波から前記被測定液体の音
響学的パラメータを測定する手段と、前記被測定
液体の温度に応じた抵抗値を示すサーミスタと固
定抵抗とで構成される標準回路により構成され前
記被測定液体と等しい温度の標準液体の音響学的
パラメータを出力する手段と、前記被測定液体の
音響学的パラメータと標準液体の音響学的パラメ
ータとの差を前記標準液体の既知の密度情報に加
算し前記被測定液体の密度を計算する手段とで構
成される超音波液体測定装置。 ２ 前記音響学的パラメータ測定手段は前記被測
定液体中を透過する音波の透過時間を測定する特
許請求の範囲第１項記載の超音波液体密度測定装
置。 ３ 前記音響学的パラメータ測定手段は前記被測
定液体中を透過する音波の透過音速度を測定する
特許請求の範囲第１項記載の超音波液体密度測定
装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16329178A JPS5589744A (en) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | Liquid density measuring method of ultrasonic wave and its unit |
| CA326,463A CA1133626A (en) | 1978-12-27 | 1979-04-26 | Ultrasonic apparatus and method for measuring the density of liquid |
| EP79101268A EP0012788B1 (en) | 1978-12-27 | 1979-04-26 | Ultrasonic method and apparatus for measuring the density of liquid |
| DE7979101268T DE2967124D1 (en) | 1978-12-27 | 1979-04-26 | Ultrasonic method and apparatus for measuring the density of liquid |
| US06/033,527 US4235099A (en) | 1978-12-27 | 1979-04-26 | Ultrasonic apparatus and method for measuring the density of liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16329178A JPS5589744A (en) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | Liquid density measuring method of ultrasonic wave and its unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5589744A JPS5589744A (en) | 1980-07-07 |
| JPS6129449B2 true JPS6129449B2 (ja) | 1986-07-07 |
Family
ID=15771024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16329178A Granted JPS5589744A (en) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | Liquid density measuring method of ultrasonic wave and its unit |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4235099A (ja) |
| EP (1) | EP0012788B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5589744A (ja) |
| CA (1) | CA1133626A (ja) |
| DE (1) | DE2967124D1 (ja) |
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| JPS5589744A (en) | 1980-07-07 |
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