JPS628726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は各種の産業における種々の製造工程に
おける技術的パラメータを音響振動により自動的
に制御することに関し、更に詳しくいえば、単層
貯蔵器内の気体―液体界面または液体―液体皆面
を製造する方法および装置に関する。本発明は鉄
および非鉄金属の治金における湿式治金および選
鉱を制御する自動装置、化学工業、石油化学工
業、食品工業等において、単層貯蔵器内の各種の
媒体の界面を自動的に非接触制御するために使用
できる。 界面の制御はそのような媒体の任意の性質の違
いを基にしている。制御される製造工程は媒体の
性質を不安定にする各種の要因を特徴とし、それ
らは気体−液体界面と液体―液体界面の制御を阻
害する。これらの要因の中には液体密度の変化す
なわち低下、圧力と粘度の上昇、誘電率の変化、
気泡による液体の撹拌、液体表面上の可変密度の
かなりの泡層、液体中の各種のけん濁物質、その
他のいくつかの要因がある。 気体―液体界面と液体―液体界面を制御する方
法と装置に課せられる主な要求は、制御の信頼度
と確度に及ぼす前記不安定化要因の影響を小さく
することである。また、この制御方法は感度が高
く、取り扱い者にとつて安全であり、制御装置は
構造が簡単で安価であること、という要求も課さ
れる。 界面の制御に使用される方法と装置は、それら
の技術的特徴に従つてプローブ式と、非接触式と
の２種類に分けられる。第１の種類に属する方法
と装置においては、制御される界面についての情
報を与える検出素子が、前記媒体を含む貯蔵器の
中に入れられてそれらの媒体に接触する。第２の
種類に関する限りは、検出素子は貯蔵器の外側に
置かれて、界面を制御すべき媒体の直接的な影響
は受けない。 第１の種類に属する浮子式の界面制御方法およ
び装置が知られている（たとえばアジエイキン
（D.I.Ageikin）、コスチナ（E.N.Kostina）、クズ
ネツツオフア（N.N.Kuznetsova）著「制御およ
び調節用センサ（Da―tchiki Kontrolyai
Regulirovaniya）」1965年「Mashinost‐roenie」
発行、参照）。この公知方法は、密度が低く、上
側の媒体に対しては負の浮力を持ち、下側の媒体
に対しては正の浮力を有する閉じられた中空体ま
たは非吸湿性の物体を、それらの媒体を含む貯蔵
器内に入れてその物体の鉛直方向の変位を記録す
る。その物体の位置はそれらの媒体の間の制御さ
れる界面を示す、この公知の装置は、浮子に加え
て浮子の変位を記録する装置も含む。その変位記
録装置は誘導コイルと、この誘導コイルに対する
浮子の変位によりひき起されるコイルの電磁場の
変化を指示する指示器とを使用できる。 しかし、粘度の高い媒体間の界面を制御する場
合には浮子が一方の媒体にくつつくから制御確度
と信頼度が低く、気体―液体の界面を制御する場
合には液体表面に厚い泡ができて、液体表面から
予測できない距離の所で浮子を包み込むことがあ
るので、信頼度と確度がやはり低下する。 第１種類に属し、容量を利用して界面の制御を
行う技術も知られている（たとえば雑誌「プリボ
リ・イ・スレドストウワ・オートマチザツイ
（Pribory ｉ Sredstva Avtomatizatsii）」1962
年第７号、439〜440ページ参照、モスクワ発
行）。 この制御技術は、２枚の板（または２本の棒）
を一定の間隔をおいて配置したものを含む検出素
子を容器の中に入れ、それらの板（棒）の間の容
量を測定するようにしたもので、この容量は板
（棒）の間の媒体の誘電率に関係し、界面の位置
はこのようにして測定した容量から決定するよう
になつている。この制御技術を用いた装置は容量
性検出素子に加えて、制御される界面が検出素子
に対して変位した時に生ずる容量の変化を記録す
る記録計も含む。 この制御技術は、媒体の誘電率が変化し、かつ
検出素子の間隙も変化することがあるため、界面
が変位しなくても容量が変化するために測定の信
頼性が低いという欠点がある。 また、第１の種類に属するものとしてインピー
ダンス法と装置も知られている（たとえば、米国
特許第3246516号参照）。この方法は容器内に置か
れている超音波発生器のインピーダンスを測定す
ることを基にしている。超音波発生器が設けられ
ているレベルを界面が通ると、超音波発生器のイ
ンピーダンスが変化するようになつている。この
制御装置は超音波発生器と、これに結合される発
振器と、超音波発生器のインピーダンスの変化を
記録する記録計とを含む。 この方法と装置は液体媒体の密度に対する気体
―液体界面の制御のダイナミツクレンジが狭く、
制御の信頼度が低いことが欠点である。制御の信
頼性が低いのは、界面が制御される液体により音
響的にダンピングされる超音波発生器のインピー
ダンスの違いが小さいのが理由である。 以上あげた方法と装置に共通の欠点は、容器の
内部に検出素子を挿入する必要があることであ
る。そのために装置の点検や修理を行う必要が生
じた時に、その装置を用いている製造装置の動作
を一時的に停止させることが必要となる。その他
に、容器の中に化学的に活性で腐食性の強い液体
が入れられている場合には、制御装置の寿命が極
めて短くなり、信頼性も非常に低くなる。 第２の種類に属する方法と装置にはこのような
欠点はない。 界面を制御するためのラジオアイソトープ法と
装置は公知である（たとえば、マカロフ（A.K.
Makarov）およびスベルドリン（U.M.
Sverdlin）著「レベル制御用自動装置
（Avtomaticheskie ustroistva kontrolya
urovnya）」エネルギヤ（Energiya）出版社1966
年参照）。 この方法は、界面を制御すべき媒質が入つてい
る容器に、その容器の縦軸に平行な方向に放射線
を照射して、容器内の媒質による放射線の吸収の
差を決定することを基にしている。この方法を実
施する装置は放射線源と放射線検出器とを含み、
これらは容器の外面の異なる側に配置し、放射線
検出器に記録計を結合したものである。 この方法と装置は制御確度が低く、構造が複雑
で、高価であり、取り扱い者に放射能が危険なこ
とであるのが欠点である。 単層容器内の気体―液体界面および液体―液体
界面を制御する他の方法も知られている（たとえ
ば、米国特許第3213438号参照）。 この方法は、単層容器の一部に接触している音
響変換器を介して容器内へ音波を送り込み、送り
込まれた音波は容器内部の媒体中を通つて容器の
壁の他方の側に接触させられている他の音響変換
器で受けられ、容器内を通過した音波の振幅から
界面を確認することを基にしている。振幅は容器
内部の媒質を通る音波の通過量の違いにより変化
させられる。 発振器に結合された電気―音響変換器と、この
変換器から発信された音波の通路上に設けられる
音波受信器とを備え、電気―音響変換器と音波受
信器とは単層容器の壁に取りつけられ、この取り
つけは音響導体を介して行われ、音波受信器の出
力端子は増幅器と、この増幅器の出力を記録する
記録計とで構成される回路に結合され、前記出力
の振幅は気体―液体界面と液体―液体界面を確認
するために用いられる。 気体―液体界面および特に液体―液体界面を制
御する上記方法と、この方法を実施する装置と
は、たとえば選鉱、湿式治金、化学工業のような
各種の産業プロセスに使用される場合には、必要
な制御確度を達成できず、装置の構造が複雑で、
価格も高いのが欠点である。 このような欠点が生ずるのは容器の横断面が８
〜10ｍと大きく、そのために音波が拡がつて受信
側での音波の振幅がかなり小さくなるためであ
る。音波の回折を小さくするためには電気―音響
変換器の寸法を大きくし、周波数を高くしなけれ
ばならないが、変換器を大きくすると発振器の出
力をかなり増大させなければならないが、そうす
ると装置の構造が複雑となつて価格が高くなる。 その他に、気泡と固体粒子が容器内の液体媒体
中に存在すると、その媒体中を伝わる音波がかな
り散乱させられ、容器の寸法が増大するにつれて
受信音波の振幅が指数関数的に減少することにな
る。これらのことがすべて原因となつてかなりの
誤差が生じ、ある場合にはこの方法と装置は実用
に耐えなくなることがある。 本発明の目的は媒体の広い範囲の物理―化学的
組成、状態および性質にわたつて、気体―液体界
面と気体―気体界面を単層容器内で制御する方法
と、この方法を実施する装置を提供することであ
る。 本発明の目的は界面制御の確度を高くすること
である。 本発明の更に別の目的は装置の構造を簡単にし
て、その動作コストと価格を低くすることであ
る。 これらの目的は、単層容器の壁の一部に接触し
ている音響導体を介して容器の中へ音波を送り込
み、容器の壁の他の部分に接触している音響導体
を介して容器内を通つてきた音波を受け、受けた
音波の振幅から容器内の気体―液体界面と液体―
液体界面を確認する。単層容器内の気体―液体界
面と液体―液体界面を制御する方法であつて、送
り込まれる音波は単層容器の壁に対して鋭角また
は鈍角をなすようにして第１の音響導体内へ予め
向けられ、前記音波は対応する壁の部分内で機械
的な振動を起させるために用いられ、それらの機
械的な振動（ラム波、以下機械的振動と表記す
る）は音波の伝播する向きと音波の入射角度とに
より決定される方向へ壁に沿つて伝播し、音波の
伝播速度は前記のような向きに向けられた時には
壁に沿う機械的振動の伝播速度にほぼ等しく、壁
に沿つて伝播する機械的振動から音波へ変換され
た音波の振幅から界面を確認する単層容器内の気
体―液体界面と液体―液体界面を制御する方法に
より達成される。 単層容器の壁の横断面を変えることができる場
合には、壁の一部を発散または集束する音波によ
り励振し、θ_１とθ_２とを音波の伝播方向と音波
が入射する容器の壁位置への法線とにより決定さ
れる音波の入射角度、C₁，C₂を音波により励振
される容器の壁の内部における機械的振動のそれ
ぞれ最高速度および最低速度として、音波の最大
入射角と最小入射角θ_１，θ_２を関係 ｓｉｎθ_１／ｓｉｎθ_２≧Ｃ_１／Ｃ_２ から選択するようにすると便利である。 また、第２の音波により前記容器の壁の中で機
械的振動を励振させ、この第２の機械的振動の減
衰を第１の音波で励振される機械的振動の減衰と
は異ならせ、それを２種類の機械的振動の振幅の
関係から界面を確認することを便利である。 容器の壁部分をパルス状音波で周期的に励振
し、このパルス音波のスペクトラムは容器の壁の
機械的振動の周波数範囲をこえる範囲を選択し、
インタフエースを振動壁部分に関して種々の位置
で見出し、インタフエースすなわち界面が容器の
壁の振動部分の上または下にある時に液体の種類
を確認するように、パルス状音波の充填周波数
（filling frequency）を更に決定すると有用であ
る。 パルス状音波で容器の壁部分を周期的に励振
し、そのスペクトラムの相対的な幅を壁の振動す
る部分の厚みの相対的な変化に等しいか、または
それ以上となるように選択することも可能であ
る。 前記目的は、発振器に結合される音波発生器
と、この音波発生器から発生された前記音波の伝
播路中に設けられる音波受信器とを備え、これら
の音波発生器と音波受信器は単層容器の壁に適当
な音響導体を介して取りつけられ、各音響導体の
容器壁への接触面積と、音波発生器たは音波受信
器とのそれぞれの有効面積に接触する各音響導体
の有効面積と、前記音波受信器の出力端子は、そ
の受信器の出力信号を増幅する増幅器と前記出力
信号の振幅を記録する記録器とで構成される回路
に接続され、前記振幅は容器内の気体―液体界面
または液体―液体界面の確認に使用される単層容
器内の気体―液体界面または液体―液体界面を制
御するための装置において、C₃を各音響導体内
の音波の伝播速度、Ｃを音波により励振された機
械的振動の容器の壁に沿う伝播速度として、各音
響導体の接触面積と有効面積は式 θ＝arc sinＣ_３／Ｃ から決定される角度を互いになし、前記音響導
体はその内部を伝わる音波の伝播速度が容器の壁
に沿つて伝わる機械的振動の伝播速度よりも低い
ような材料から作られる、単層容器内の気体―液
体界面または液体―液体界面を制御する装置によ
つても達成される。 （容器の壁の横断面が可変の場合には、音響導
体を２つの部分から作り、各部品はその内部を伝
わる音波の伝播速度が異なる物質で作り、それら
の部品は円筒形の接触面を有し、それらの接触面
の対称軸は音波発生器の軸と同じ平面内、または
その軸に垂直な音波受信器の軸と同じ平面内に含
まれ、C₁とC₂を音波により励振される容器の壁
部分内における機械的振動のそれぞれ最高速度お
よび最低速度とし、C₄とC₅を音響導体の異なる
部分における音波の伝播速度、Ａを音波により励
振される容器の壁の内部における機械的振動の伝
播方向に一致する線と音響導体の有効面への法線
とを通る平面内におけるその有効面の長さとし
て、接触面の半径Ｒが次式で決定され、） Ｒ≦Ｃ_１＋Ｃ_２／Ｃ_４＋Ｃ_５・｜Ｃ_４−Ｃ_５／Ｃ_１−
Ｃ_２｜Acotθ それにより音波の集束と発散を行わせるようにす
ると便利である。 容器の壁の横断面が可変の場合には、音響導体
は円筒形の有効面を有し、その円筒の曲率半径Ｒ
は次式から決定され、 Ｒ≦Ｃ_１＋Ｃ_２／２（Ｃ_１−Ｃ_２）Acotθ 音波の発散と収束を確実に行わせるように、音波
発生器と音波受信器は音響導体の有効面に類似す
る形の有効面とするように作ると便利である。 また、容器の壁の横断面が可変の場合には、音
響導体の有効面への法線と、容器の壁内部で励振
された機械的振動の伝播方向に一致する直線とを
通る平面内の音響導体の有効面の長さＡは、ｋを
音響導体の有効面の形により決定される係数、λ
を音響導体内の音波の波長として、式 Ａ≦ｋ｜Ｃ_１＋Ｃ_２／Ｃ_１−Ｃ_２｜λcotθ から決定され、音波の集束と発散と確実に行うた
めに、有効面と接触面の間の最短距離Hminは、
式 Hmin＞Ａ^２／４λcosθ から決定するようにするとよい。 容器の壁の部分が音波により再び励振される場
合には、装置の音響導体は、C₆を容器の壁内部
で再び励振される機械的振動の伝播速度として、
接触面に対して次式で定められる角度γを成す第
２の有効面を有し、 γ＝arc sinＣ_３／Ｃ_６ この装置にはそれぞれの音響導体の前記第２の
有効面上にそれぞれ配置される付加的な音波発信
器と付加的な音波受信器とが設けられ、付加的な
音波発信器は主音波発信器とともに発振器に結合
され、この装置は付加的な音波受信器の出力端子
に結合される付加的な電気信号増幅器と、基準電
気信号形成器と、情報電気信号を基準信号と比較
するためのブロツクと、情報電気信号を形成する
形成器とを直列に接続して有し、この情報信号形
成器の入力端子は主増幅器の出力端子に結合さ
れ、出力端子は比較ブロツクの別の入力端子に結
合され、主増幅器と記録器との電気的接続は情報
電気信号形成器と比較ブロツクを介して行われる
ようにすることもできる。 音響導体の接触面上の音響導体の主有効面と付
加的な有効面との中央の突起との間の距離Ｅを、
H₁とH₂を主有効面および付加的な有効面と接触
面との中央の間の距離として、式 Ｅ＝H₁ tanθ−H₂ tanθ から決定されるようにすると有用である。 また、容器の壁が音波で再び励振される場合に
は、音響導体は式 β＝π／２−（θ−arc sinＣ_３／Ｃ_１） から決定される角度βを有効面に対して成す反
射面を持ち、装置には第１電気信号選択ブロツク
と、情報電気信号形成器と、基準信号を情報電気
信号との比較ブロツクとを直列に接続して構成さ
れる回路を設け、第１電気信号選択ブロツクの入
力端子は電気信号増幅器の出力端子に接続し、か
つ前記比較ブロツクの別の入力端子に出力端子が
接続される基準電気信号形成器と、この基準電気
信号形成器の入力端子に結合される出力端子と前
記増幅器の出力端子に接続される入力端子を有す
る第２電気信号選択ブロツクと、第１と第２の電
気信号選択ブロツクの制御入力端子に結合される
出力端子を有する選択パルス形成器と、振幅変調
パルス発生器とを備え、このパルス発生器の出力
端子は選択パルス形成器の入力端子に結合され、
増幅器と記録器の電気的接続は直列接続されてい
る第１選択ブロツクと、情報電気信号形成器と、
比較ブロツクとを介して行うようにすることも便
利である。 容器の壁がパルス状音波により励振される場合
には、発振器は広帯域スペクトラムパルス形成器
と、このパルス形成器に結合される電力増幅器と
で構成し、この電力増幅器の出力端子は音波発生
器に結合させ、かつこの装置は電気信号増幅器の
出力端子に結合される入力端子を有する情報電気
信号形成器と、この信号形成器の出力端子に結合
される入力端子を有する情報電気信号を基準電気
信号と比較するブロツクと、電力発振器に結合さ
れる入力端子と比較ブロツクの別の入力端子に結
合される出力端子を有する基準電気信号形成器
と、電気信号増幅器の別の出力端子に結合される
入力端子を有し、電気信号の周波数を測定するブ
ロツクとを含み、電気信号増幅器と記録器との電
気的接続は、直列接続された情報電気信号形成器
と比較ブロツクとにより構成される回路によつて
行うようにすることも便利である。 この装置の音波伝導体を融解石英、けい酸ガラ
ス、鉛、スズ、または鉛とスズの合金のような、
音波の発振器と受信器の音響インピーダンスの
0.3〜1.7の範囲の音響インピーダンスを有する材
料から作ると便利である。 また、アルコール、アルカリまたは酸の水溶
液、あるいは無機酸の塩の水溶液を基にして音響
導体を作ることも可能である。これらの物質は音
波の伝播速度に対してほぼ放物線関数的な温度依
存性を有し、音波伝播速度の最高値が容器の壁の
平均温度領域内に入るように、溶液の濃度を選択
する。 このような、単層容器内の気体―液体界面また
は液体―液体界面を制御する方法と装置は、従来
のものよりもいくつかの利点を有する。 本発明の方法と装置により単層容器内の界面を
制御する場合の誤差をかなり小さくでき、したが
つて制御の確度と信頼度を高くできる。 まず第１に、本発明の方法は容器内で界面を制
御すべき媒体中の音波伝播を記録する必要がない
から、媒体中での音波の回折発散によりひき起さ
れる制御誤差が全くなくなる。容器の壁の中を伝
播する機械的振動の回折効果は本発明に従つて記
録されるが、その回折効果はかなり弱く、制御確
度には影響を及ぼさない。 第２に、本発明の方法は界面を制御すべき液体
媒体中を伝播する音波のかなりの散乱によつて起
る誤差を完全に除去する。これは、本発明の方法
において、界面の確認のために採用されているパ
ラメータは、容器の壁に沿つて伝播する機械的振
動から変換される音波の振幅であり、それらの機
械的振動の伝播が容器内部の液体媒体中で散乱さ
れる音波とは独立しているために達成されるので
ある。更に、本発明の方法を実施するための装置
は、小型の音波発振器を使用していることと、小
電力の発振器とを用いているために、構造が極め
て簡単である。このように音波発振器や発振器を
小型にできるのは、音波出力を大幅に増大させる
必要がないからであるが、従来の装置では大きな
工業用容器内部を音波を通過させる必要があるた
めに、音波出力を大きくする必要があつたのであ
る。本発明の装置では、情報を担つている音波は
実用上一桁低い出力で、音波が発信される部分か
ら離れている部分に設けられている受信器により
受信されることと、容器の横断面寸法が小さいこ
とのために、音波を従来のように大幅に増大させ
る必要がなくなつたのである。 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 単一層容器内の気体―液体界面または液体―液
体界面を制御する本発明の装置は音波２（第２
図）の発信器１を有する。この音波発信器１は液
体媒体６と７を含む単層容器５の壁４に、音響導
体３を介して装着される。音波発信器１は壁４の
部分９の範囲内で、送られてきた音波により機械
的振動１０が励振されるように、壁４の部分９に
装着される。この機械的振動は指定された方向へ
伝播する。 本発明の装置は機械的振動１０から変換された
音波の受信器１２も有する。この音波受信器１２
は機械的振動１０の伝播路内で、音響導体１１を
介して部分９に装着される。電気信号発振器１４
（第３図）は音波発信器１に結合され、電気信号
増幅器１５の入力端子は音波受信器１２の出力端
子に結合され、この増幅器１５の出力端子は電気
信号の振幅記録器１７の入力端子に結合される。
前記電気信号の振幅は壁４の部分９に接触してい
る媒体１６の種類に依存する。媒体１６は界面８
の上または下にある。 容器５へ送り込まれて壁に沿つて伝播する音波
２の伝播速度を、壁４に沿つて伝播する機械的振
動の伝播速度にほぼ等しくするために、音波発信
器１と音波受信器１２とが装着されている音響導
体３，１１の有効面１８と、音響導体３，１１の
接触面１９とは互いに角度θをなして配置され
る。これらの角度θは次式から決定される。 θ＝arc sinＣ_３／Ｃ ……(1) ここに、C₃は音響導体３，１１内部の音波
２，３の伝播速度、Ｃは音波２により励振された
機械的振動が容器５の壁４に沿つて伝播する伝播
速度である。 音響導体３，１１は壁４に沿つて伝わる機械的
振動１０の伝播速度よりも低い伝播速度で音波
２，３を伝播させるような材料で作られる。音響
導体３，１１は同じ材料で作ることもできれば、
異なる材料で作ることもできる。異なる材料で作
る場合には、(1)式からわかるように、音響導体
３，１１内の角度θも異なる。以下に説明するす
べての実施例においては、音響導体３，１１は同
じ材料で作つたと仮定している。ここで説明して
いる実施例では、音響導体３，１１はプレキシガ
ラス（Plexiglass）（商品名）から作られている
が、エチルアルコールの16％溶液で作ることもで
きる。 音響導体３，１１はそれらの接触面１９が壁４
の面に接触した状態で、容器５の壁４の部分９に
装着される。壁４の部分９はフランジ２０を介し
て励振される。このフランジ２０は容器５に予め
溶接されているスタツド（図示せず）により固定
される。フランジ２０は壁に接着させることもで
きる。 ここで説明している音響導体３，１１の一部に
は音波吸収物質層２１が被覆される。この物質は
タングステン粉末を充填剤として用いた、エポキ
シ樹脂と重合剤との混合物である。 音波発信器１としては圧電形音波発信器（たと
えば米国特許第2931223号参照）を用いる。音波
受信器１２も音波発信器１と同じ構造のものであ
る。発振器１４は周知の連続波水晶発振器で構成
される。電気信号の振幅記録器１７は公知のアナ
ログ記録器（たとえば米国特許第3345861号参
照）。記録器１７は、制御される界面が指定され
たレベルに存在することについてリレー接点によ
る信号発生の必要がある場合には、リレーブロツ
クとして作ることができる。 以上説明した装置は、容器５の壁４が一定横断
面の場合の最も簡単なものである。 媒体６と７の間の界面８の制御に及ぼされる、
容器５の壁の横断面の変化の影響は、壁４の部分
９を次式で定められる入射角で発散音波または束
音波を入射させて励振させることにより小さくで
きる。 ｓｉｎθ_１／ｓｉｎθ_２≧Ｃ_１／Ｃ_２ ……(2) ここに、θ_１とθ_２は音波２の伝播方向と、容
器５の壁の入射領域における壁に対する法線との
間に成す音波の入射角、C₁，C₂は音波２により
励振された機械振動１０の容器５の壁４の部分９
における最高伝播速度と最低伝播速度である。 d₁〜d₂の範囲の壁４の横断面の変動の各値に対
して、前記範囲内における音波２の伝播速度と機
械的振動１０の伝播速度とを等しくする条件が満
される入射角が存在するから、機械的振動１０の
伝播速度に対する最適条件が維持される。 入射角θ_１〜θ_２の範囲内で集束音波または発
散音波を導入するために、第１実施例では、各音
響導体３，１１は２つの部分２２，２３で作られ
る（第４図）。これらの部分を通る音波２，１３
の速度が異なるから、それらの部分は異なる材料
で作られる。部分２２と２３は円筒形接触面２４
を有し、その対称軸は、音波発信器１の軸と、そ
れに垂直な音波受信器１２の軸とが含まれている
平面と同じ平面内に含まれる。接触面２４の半径
は次式から決定される。 Ｒ≦Ｃ_１＋Ｃ_２／Ｃ_４＋Ｃ_５｜Ｃ_４−Ｃ_５／Ｃ_１−Ｃ
_２｜Acotθ……(3) ここに、C₄，C₅は音響導体３，１１の部分２
２，２３における音波２，１３の伝播速度、Ａは
壁４内で励振された機械的振動１０の伝播方向に
一致する直線と、実効面１８への法線とを通る平
面内における音響導体３，１１の前記実効面１８
の長さＡである。 音波２の中央部分２５（第４図）は屈折なしに
接触面２４を通り、音響導体３の部分２２の実効
面１８の傾斜角８に等しい法線に対する角度で壁
４に入射する。音波２の横の部分２６，２７は接
触面２４で屈折し、角度θ_１，θ_２で壁４に入射
する。これらの入射角は中央音波部分２５の入射
角θよりもそれぞれ大きく、または小さい。 音波２，１３の多重反射によりひき起される音
響導体の体積反響をなくすために、音響導体３，
１１の一部は音波吸収物質層２１（第３図に示す
実施例のように）で被覆される。 容器５の壁４の厚さの変動の影響は音響導体
３，１１の実効面１８は曲率半径Ｒ（第６図）の
円筒形に作られる。この半径Ｒと実効面１８の長
さＡとの比は次式から決定される。 Ａ／Ｒ≧２Ｃ_１−Ｃ_２／Ｃ_１＋Ｃ_２tanθ ……(4) 音波発信器１と音波受信器１２は中空円筒の一
部の形として作られ、その内径は音響導体３，１
１の実効面１８の半径Ｒに等しくする。集束音波
束はθ_１〜θ_２の入射角範囲で壁４に導入され、
それにより厚みがd₁〜d₂の範囲で変動する壁４の
部分の機械的振動１０を最適に励振する。容器５
の壁４の厚みの変動の影響は、音響導体３，１１
の実効面１８への法線と、壁４で励振された機械
的振動の伝播方向に一致する直線とを通る平面内
に含まれる前記実効面１８が、次式から決定され
るという事実によつても小さくすることもでき
る。 Ａ≦ｋ｜Ｃ_１＋Ｃ_２／Ｃ_１−Ｃ_２｜λcotθ ……(5) ここに、ｋは音響導体３，１１の実効面１８の
形で決定される係数で、円形の実効面に対しては
0.86に等しく、角形の実効面に対しては0.7に等
しい（これらの数値は上記の形の音波発信面を有
する音波発信器の指向性パターンに対する解析か
ら得られる）、λは音響導体３，１１における音
波２，１３の波長、θは音響導体３，１１の実効
面１８の傾斜角である。 音響導体３，１１の実効面１８と接触面１９の
最短距離Hmin（第９図）は次式から決定され
る。 Hmin＞Ａ^２／４λcosθ ……(6) 結果として、接触領域１９を発散線の部分的な
球状前線中に進ませるとき、距離Ｂに亘つて音響
振動の波２の平面前線２８が変換される。前記発
散線の入口における壁４中への角度は最大角θ_１
から最小角θ_２に選ばれる。この角度は、容器５
の壁４の前述の厚さ範囲d₁乃至d₂内の機械的振動
１０の励起を行う。 容器５の壁４の前記部分内での機械的振動を励
起するために用いられる、音響導体３における音
響振動の波２（第１０図）の励起の不安定さは、
発生器１４の電気振動から基準電気信号を整形す
るための、入力端が前記発生器の出力に結合され
ている縦続接続された波形整形器２９、情報電気
信号を基準電気信号と比較するためのブロツク３
０、および増幅器１５の電気信号から情報電気信
号を整形するための、入力端が前記増幅器の出力
に結合されている波形整形器３１によつて付加的
な回路が構成される。本発明装置の電気回路の動
作によつて除去される。比較ブロツク３０の出力
は、記録器１７に結合されている。記録器１７
は、情報電気信号と基準電気信号との差または比
に比例し、且つ制御によつて追跡される物体に依
存する信号が与えられる。 本発明の上述の装置において、単層容器５にお
ける媒体６および７（第１図）間の気体―液体ま
たは液体―液体境界面８の制御の程度による発生
器１４の電気振動の振幅の不安定さの影響は、こ
の不安定さが基準および情報電気信号の振幅を等
しく減ずるということによつて除去される。 接触領域１９を介して壁４に至る音響振動の波
２（第１０図）の導入状態は装置の作動中変化す
る。これは、容器５の壁４の励起部分９内の機械
的振動１０の振幅の変化を含み、結果として、界
面８（第１図）の制御に誤差を生じる。 これらの誤差を除去するために、容器５の壁４
の前記部分内の機械的振動は再び音響振動の波に
よつて励起され、後者の機械的振動の減衰は１次
波によつて励起された機械的振動の減衰と異つて
いる。界面８は、１次および２次波により励起さ
れた機械的振動の振幅間の比によつて確められ
る。 音響振動によつて容器５の壁４における機械的
振動の２次励起を起すために、第１１図および第
１２図に２つの実施例がそれぞれ示されている。 これらの実施例中の第１のものによれば、その
装置は電気振動の発生器１４に結合され、音波伝
導体３上に取付けられている音響振動の波２の前
記発信器１（第１１図）、および増幅器１５に結
合され音響導体１１上に取付けられている音波１
３の受信器１２を有する。本発明のこの実施例の
電気回路は、記録器１７、基準電気信号の波形整
形器２９、情報電気信号を基準電気信号と比較す
るためのブロツク３０、および情報電気信号の波
形整形器３１をも有する。 この実施例における音響導体３および１１は、
接触領域１９と角度γをなす付加的な有効領域３
２を有する。角度γは、 γ＝sin^-1Ｃ_３／Ｃ_６ ……(7) ここで、C₅は容器５の壁４の前記部分の内で
再励起された機械的振動の伝播速度から選ばれ
る。 この装置は、音響振動の波３４の付加的な発信
器３３および音波３６の付加的な受信器３５を更
に有する。これらの発信器および受信器は、対応
する音響導体３および１１の付加的な有効領域３
２上に取付けられる。付加的な発信器３３は、主
発信器１と共に電気振動の発生器１４に結合され
る。この装置の電気回路は、更に電気信号の付加
的増幅器３７を有する。この増幅器は音波３６の
付加的受信器３５に結合され、この波３６は波３
４によつて壁４内にて再励起された機械的振動か
ら変換される。これら機械的振動３８の減衰は、
１次的に励起された機械的振動１０の減衰とは異
なる。増幅器３７の出力は基準電気信号を整形す
るための波形整形器２９の入力に結合され、この
波形整形器の出力は、情報電気信号を基準電気信
号と比較するためのブロツク３０の一方の入力端
に結合される。比較ブロツク３０のもう１つの入
力は、情報電気信号を整形するための波形整形器
３１の出力に結合され、この波形整形器の入力は
増幅器１５の出力に結合される。比較ブロツク３
０の出力は記録器１７に結合される。 この実施例において、接触領域１９上における
主および付加的有効領域１８および３２の中心の
突起間の距離Ｅは次のように選べばよい。すなわ
ち、 Ｅ＝H₁tanθ−H₂tanr ……(8) ここで、H₁およびH₂は、主および付加的有効
領域１８および３２の各中心と音波伝導体３およ
び１１の接触領域１９との間の距離である。 付加的音響チヤンネル（音響振動の波３４の発
信器３３―壁４の機械的振動―波３６の受信器）
および基準信号の電気回路（増幅器３７―波形整
形器２９）は、音響導体３の接触領域を介して壁
４へ音響振動を導入期間中、および接触領域１９
を介しての音響導体１における波１３の受信期間
中の不安定さにおいて、制御精度をかなり増すこ
とを可能にする。 第１２図に示した装置の実施例では、音響導体
３，１１は発振器１からの音響振動波によつて壁
４の部分９の二次励起を確保するための反射面積
３９をもつている。この反射面積は有効面積１８
と角度βをなしている。この角度は次式から求め
られる。 β＝π／２−（θ−arc sinＣ_３／Ｃ_６） ……(9) 速度C₆で壁４を伝播する機械的振動３８の二
次励起は音響振動波３４によつて得られる。この
波３４は波４０が反射面積３９で反射した後に発
信器１の波４０から変成される。二次励起機械的
振動から変成した附加波３６は、音響導体１１に
おける反射面積で反射し音波４１に変成した後
に、主音波１３を受ける同じ受信器１２で受けら
れる。この装置実施例の電気回路は、電気信号選
択の直列接続された第１のブロツク４２でその入
力が電気信号の増幅器１５の出力に接続されたも
のと、情報信号の成形器（シエーパ）と、情報信
号を基準信号に比較するブロツク３０とで構成さ
れている。この回路は、更に、基準電気信号の成
形器２９でその入力がブロツク３０の入力に接続
されたものと、電気信号選択の第２のブロツク４
３でその入力が増幅器１５の出力に、出力が成形
器２９の入力にそれぞれ接続されたものをそなえ
ている。電気回路は選択用パルスの成形器４４を
含み、その出力は選択ブロツク４２，４３の制御
入力に接続されている。 この実施例の電気的発振の発生器１４として、
パルス振幅変調発振式発生器が用いられ、（各変
調周期が持続時間τを有する）選択パルスの成形
器４４の入力は発生器の出力に接続されている。
選択ブロツク４２，４３は、選択パルス用の附加
制御入力をそなえた増幅器の公知の回路に従つて
形成され、選択した信号の受信に対する時間的一
致は電気信号の増幅器１５から到来する。選択信
号の成形器４４はゲートパルス発生器の回路に従
つて形成されている（例えば、I.N.Yermolov著
“Methods of Ultrasonic Flaw Detection”，
Russian，Moscow，MGI publishers，1966，p.
p.118〜119参照）。 物理的特性が大きく異なつた媒体間の界面８
（第１図）の制御の際に、壁４の励起部分９内の
機械的振動１０（第２図）の周波数はその界面の
位置に応じて変化する。従つて音響振動波２によ
る機械的振動の励起状態が変化し、これら機械的
振動の振幅および受信器１２の出力における電気
的発信の振幅は減少する。これらすべては界面
（第１図）制御の際に大きな誤差を生ずる原因と
なる。 このような逆効果を除去するために壁４（第２
図）の部分が音響振動のパルス波２によつて周期
的に励起され、この波のスペクトルは、振動部分
９に関する媒体６，７間の界面８（第１図）の異
つた位置の、壁４の機械的振動１０の周波数範囲
をこえた範囲から選択される。これによつて、界
面８の位置に無関係に、従つて壁４の励起部分９
の内方面に接する媒体１６（第３図）のタイプに
無関係にこれらの振動周波数で波２によつて壁４
内に機械的振動を励起することができる。パルス
音響波１３の充填周波数も決定されるが、この周
波数は、界面８（第１図）が壁４（第２図）の振
動部分９の上或は下にある場合に、液のタイプを
確認するのに用いられる。 音響振動のパルス波で壁４の部分９を周期的に
励起するために、この装置実施例の電気回路の電
気的発振発生器１４（第１３図）は広スペクトル
電気的パルスの成形器４５と、この成形器に接続
した出力増幅器４６とをそなえ、この増幅器４６
の出力は音響振動波２の発信器１に接続されてい
る。この電気回路は更に、情報電気信号の成形器
３１で、その出力が電気信号増幅器１５に接続さ
れたものと、情報電気信号を基準電気信号と比較
するブロツク３０で、その入力が成形器３１の出
力に接続されたものと、基準電気信号の成形器２
９で、その入力が出力増幅器４６に、その出力が
比較ブロツク３０の入力にそれぞれ接続されたも
のをそなえている。電気回路は、また、電気信号
の周波数を測定するブロツク４７でその入力が電
気信号増幅器１５の出力に接続されたものを含ん
でいる。比較ブロツク３０の出力は記録器１７に
接続されている。 この装置実施例の広スペクトル電気パルスの成
形器は、公知のブロツキング発振回路を用いた電
気的ビデオパルスの成形器として形成されてい
る。このビデオパルスの持続時間τ_０は次式によ
つて選定される。 τ_０〓0.5₀ ^-1 ……(10) ここに_０は発信器１の、従つて受信器１２の
平均通過帯域周波数である。 圧電プレートを発信器および受信器の素子とし
て用いた場合は、この値_０はこのプレートの同
調振動周波数である。 前述の実施例では、出力増幅器４６は公知のエ
ミツタホロワ回路に従つて構成されている。 一次励起機械振動１０および二次励起機械振動
３８（第１１，１２図）の周波数は容器５の励起
部分９の壁４の断面の変化に応じて変化する。こ
れによつて、前記振動の励起の状態および続く音
波への変形の状態が変り、従つて、前記機械的振
動の振幅、および機械的振動１０，３８から得た
音波１３，３６の受信器１２，３５の出力におけ
る電気信号の大きさが減少する。結果として、界
面８の制御をする際に大きな誤差が発生する。 この誤差を消去するために、容器５の壁４（第
２図）の部分９は音響振動パルス波で周期的に励
起される。この波の相対スペクトル幅は、容器５
の壁４の振動部分９の厚さの相対変化に等しいか
或はそれ以上に選択される。 △／_３＝２（_２−_１）／_１＋_２〓２（ｄ
_１−ｄ_２）／ｄ_１＋ｄ_２……(11) ここに＝_２＋_１は音響振動パルス波の絶
対スペクトル幅、_２と_１はそれぞれ音響振動
パルス波の上方境界、下方境界、_３＝0.5（
_１＋_２）は前記スペクトルの平均周波数、d₁お
よびd₂はそれぞれ容器５の壁４の最大厚さ、最小
厚さである。 工学的な解決を得るために、第１３図の装置の
音響導体３，１１は溶融石英或はポーセリン、或
はシリカガラス、スズ、鉛、スズ鉛合金で構成さ
れ、これらの音響インピーダンスＺは音波の発信
器１および受信器１２の音響インピーダンスZ₀の
0.3〜1.7の範囲にある。 Ｘ状石英結晶、リードメタニオベート、バリウ
ムチタネート、およびジルコネートチタネートの
圧電発信器および受信器の音響インピーダンスZ₀
（ダイメンジヨナリテ10⁶Kg／m²Ｓ）の平均値を下
の表１に示す。

【表】 上記物質で作製した音響導体３，１１の音響イ
ンピーダンス（ダイメンジヨナリテ10⁶Kg／m²
Ｓ）Ｚと速度C₃の平均値を下の表２に示す。

【表】 これによつて、音響振動波のスペクトルをかな
り拡げることができ、従つて容器５の壁４の可変
断面による誤差を減少させることができる。 音響導体３，１１の温度、従つて音響振動波
２，１３の伝搬速度は容器５の壁４の温度に応じ
て変化する。結果として、壁４の機械的振動１
０，３８（第１１，１２図）の一次および二次の
励起が乱され、界面８にあらたに温度誤差が加わ
る。 これらの誤差は音響導体３，１１を特称な構成
とすることによつて減少させることができる。第
１４図乃至第２０図に示した、装置の他の実施例
では、これらの導体は、一方の導体３を例として
説明されている。 第１４図乃至第２０図の音響導体３は第３図、
第４図、第１１図、第１２図のものと形状が似て
いる。 しかし、第１４図乃至第２０図の実施例の音響
導体３は、音響振動波２の伝搬速度C₃に対する
ほぼ放物線状の温度依存性を有するアルコール、
或はアルカリ或は酸、或は無機酸の塩の水溶液を
もとにして形成され、これら水溶液の密度は波２
の伝搬速度の最大値C₃maxが壁４の平均温度t₀の
範囲にあるように、選択されている。 下記の表３は、水および多数の媒体水溶液、即
ちH₂SO₄，HNO₃，HCl，NaOH，C₂H₅OH，
ZnSO₄，HCONH₂，CH₃CNで重量濃度ｑなるも
のの水溶液に対するC₃maxとt₀の値を拠す。これ
らは前述した音響振動波２の伝播速度に関し放物
線状温度依存性をもつている。

【表】 第１４図、第１８図、第２０図に示した音響導
体３は中空本体４８からなり、この中に表３から
選択した化合物の水溶液４９が満たされている。
この化合物は前述した音響振動波２の伝播速度に
関する放線状温度依存性をもつている。 第１４図、第１８図、第１９図の音響導体にお
いて、音波吸収物質がつくられた層２１が中空本
体４８の内面に設けられている。音響振動波２の
発信器１は所定の角度で本体４８内に配され、適
切に封止されている。酸およびアルカリの水溶液
が前記水溶液４９として用いられる場合、発信器
１の有効面積には、対薬品性であり且つ音響的に
非吸収性である塗膜がほどこされている（第１４
図乃至第２０図には示さず）このような塗膜材と
してはテトラフルオロエチレンポリマーを用いる
ことができる。 第４図の音響導体３と同様な第１５図の音響導
体では、その部分で発信器１が配設されている所
は中空本体５０として構成され、その中に表３か
ら選択した化合物の水溶液５１が満たされてい
る。壁４と接触する音響導体３の接触部分は表２
から選んだ化合物でつくられている。 これも、第４図の音響導体３と同様である第１
６図の音響導体３では容器５の壁４と接触する音
響導体３の接触部分は中空本体５２からなり、そ
の中に表３から選択した水溶液５３がみたされて
おり、また発信器１を配した音響導体の部分は表
２から選んだ物質で形成されている。 同様に、第４図の音響導体に類似した第１７図
の音響導体３では、その２つの部分は水溶液５
１，５３をそれぞれ充満した別々の本体５０，５
２をそれぞれ有し、これらの溶液の音波速度は、
それぞれ異つた値のC₄，C₅である。音響導体３
の両部分は曲率半径Ｒの音響伝導性隔壁５４で分
離されている。この半径は関係式(3)から決める。
隔壁としては、中空円筒体の内方面をこの半径Ｒ
とすれば、中空円筒体の部分を利用できるので、
円筒体はテトラフルオロエチレンポリマーでつく
られている。この隔壁５４の厚さとしては、音響
振動波２の波長よりも小さい厚さを採用してい
る。 第６図、第１１図、第１２図の音響導体３の実
施例に類似した第１８図、第１９図、第２０図の
音響導体３は、前述した実施例のように、表３か
ら選択した化合物の水溶液４９でみたされた本体
４８をそなえている。 上記実施例はすべて、液体―液体界面を決定す
るのに用いられ、充分な成果をおさめることがで
きる。 単層容器の気体―液体或は液体―液体界面を制
御する方法は、本発明による装置実施例を用いて
次のようにして行なわれる。 音響振動波２は発信器１を介して励起され（第
１図乃至第３図）、単層容器５の壁４に接触する
音響導体３を介して、界面８をもつ２つの媒体６
（第１図）と７で満たされた前記容器５に導入さ
れる。この波２は容器５の部分９内に導入され
る。この部分９は所定のレベルに位置し、このレ
ベルでの界面の存在が提起した装置によつて制御
される。 容器５に音響振動波２を導入する前に、音響振
動波２の波頭は単層容器５の壁４に対し鋭角或は
鈍角θ（第３図）に音響導体３内で方向づけら
れ、機械的振動１０が壁４の部分９内の前記波に
よつて励起される。この機械的振動は音響振動波
２の伝播方向と、入射角θとによつてきまる方向
に壁４にそつて伝播する。第３図乃至第２０図の
装置実施例において、音響振動波２の伝播の先頭
と、励起中の機械振動１０の伝播方向とがなす角
θは常に鋭角である。この角度θは、極めて特定
な条件下では、即ち励起中の機械的振動１０が第
３図乃至第２０図に示した方向と反対方向に伝播
する場合には、鈍角となる、音響振動波２を方向
づける際、容器５の壁にそつたその通跡（ウエー
キ）の速度C₇は壁４にそつた機械振動の伝播速
度Ｃにほぼ等しいように設定する。 C₇＝Ｃ_３／ｓｉｎθ ……(12) この式で、C₃は音響導体３内の音響振動波２
の伝播速度である。 波２，１３の通跡の速度C₇の要求値は入射角
θの値と音響導体３の物質を適切に選択して設定
される。壁４への音響振動波２の入射角は壁４に
接触する接触面積１９に対する音響導体３の有効
面積１８の傾斜角度に対応する。 容器１は連続変調された或はパルス振幅変調さ
れた電気的振動で励起されるが、この電気的振動
は発生器１４によつて得られる。 機械的振動１０は、壁４にそつて伝播する間
に、振幅減衰を受ける。この振幅減衰は壁４の振
動部分９の内方面に接する媒体１６の音響インピ
ーダンスに左右される。この媒体が気体であれ
ば、振幅減衰は最小であり、また液体であれば最
大である。容器５に２つの液体がある場合、機械
的振動の減衰は液の音響インピーダンスが高くな
るにつれて大きくなる。 機械的振動１０が音響導体１１のある領域に到
達すると、変形されて音波１３となり、この音波
はπ／２θに等しい角度を接触面積１９となして音響 導体１１内を伝播する。これは、機械振動が、受
信器２の在る有効面積１８に対し直角な方向へ伝
播することを意味する。この受信器は、音響導体
１１のある領域の機械的振動１０の振幅に比例し
た振幅をもつた電気信号に波１３を変換する。受
信器１２からの電気信号は、増幅器１５の入力に
加えられる。増幅された電気信号は、容器５の壁
４の部分９内での機械振動の減衰度に関し従つて
界面８（第１図）に関する情報を含んで、記録器
１７（第３図）の入力に到達する。界面８（第１
図）は増幅電気信号の振幅から確かめられる。こ
の振幅は、壁４にそつて伝搬する機械振動１０か
ら得た音波１３（第３図）の振幅に比例する。 特に、記録中の電気信号の振幅が最大の場合
は、気体―液体界面８（第１図）は部分９の下に
あり、またこの振幅が最小の場合は、界面は前記
部分の上方にある。制御界面８が液体―液体のと
きは、上記の場合は液体に関し、この液体の一方
は他方よりも音響インピーダンスが低い。 記録中に電気信号の振幅が飛躍的に変化する時
は、音波の発信器１と受信器１２が音響導体３を
介して部分９にとりつけられている場合界面８は
壁４の振動部分９の高さ位置にあることを示して
いる。 上記の気体―液体或は液体―液体界面を制御す
る方法は技術的に簡単であり、壁４の断面が一定
であれば有効に制御を行うことができる。この断
面が変化すれば壁４にそつた機械振動の伝播速度
Ｃも変化し、従つてこの機械振動伝播速度と導入
された音響振動波の通跡（ウエーキ）の速度との
間の同等性が乱される。従つて、壁４に励起され
ている機械振動１０の振幅が減少し、結果として
情報電気信号の振幅が減少し、制御誤差の発生と
なる。 このような誤差を減少させるには、第４図乃至
第９図の音響導体の実施例と組合せて第３図の装
置を用いた気体―液体或は液体―液体界面制御方
法を用いればよい。 この方法の第一の実施例によれば、単層容器５
の壁４の部分９は音響振動の発散或は収斂波２で
励起され、この波２の入射最大角θ_１および最小
角θ_２は関係式(2)から選定される。d₁〜d₂の範囲
にある壁４（第４図）の各厚さと、C₁〜C₂の範
囲にある機械振動伝播の各速度とに対し、入射角
θはθ_１〜θ_２の範囲にあり、しかも機械振動１
０の最良励起の条件(1)を満足する。 θ_１〜θ_２の角度範囲での発散波は音響導体３
の２部分２２，２３の円筒状接触面２４上の発信
器１の波２から形成される。この円筒状面の曲率
半径はＲである。波２の中央の線（レイ）２５は
屈折せずに面２４を通り、前記音響導体の接触面
積１９に対するこの音響導体の有効面積１８の傾
斜角に等しい角度θをなして壁４に入る。前記波
２の側方の線（レイ）２６，２７は面２４に対し
て垂直でなく角度εをなしているので屈折され
る。この角度εは次の関係式から求められる。 sin ε＝Ａ／２Ｒ ……(13) ここにＡは音響導体３の有効面積１８の（或は
発信器１の）長さで、従つて壁４内に励起された
機械振動の伝播方向と一致した線を通り且つこの
面１８に直角に通る面にある受信器１２（第３
図）の長さである。 円筒状面２４（第４図）で屈折した後、線２
６，２７は面２４への法線に対し角度ε_１をなす
音響導体３の第２の部分２３内を伝播する。 ε_１＝arc sin（Ｃ_５／Ｃ_４sinε） ＝arc sinＡＣ_５／２Ｃ_４Ｒ ……(14) ここに、C₄，C₅は音響導体３の部分２２，２
３での音響振動波３の伝播速度で、次の関係式で
きまる角度θ_１，θ_２で壁４に入る。 θ_１＝θ−arc sinＡ／２Ｒ＋arc sinＡＣ_４／２Ｃ_５
Ｒ……(15) θ_２＝θ−arc sinＡＣ_５／２Ｃ_４Ｒ＋acr sinＡ／２
Ｒ……(16) 屈折後、波の最大角θ_１最小角θ_２が波の必要
とする発散、収斂に対応するように、２つの音響
導体３，１１（第３図）の部分２２，２３間の接
触円筒状面２４の曲率半径Ｒは条件(2)および式
（15），（16）を満足する関係式(3)から選定され
る。第４図はC₄＞C₅の場合の発散波２の例を示
す。C₄＜C₅ならば、波２は収斂性である。 情報電気信号の減少に関連した誤差を除去する
前述の方法の第１の実施例を行なうにあたり、与
えられた装置の実施例では円筒状接触面２４をも
つた音響導体３，１１をつくることはやや複雑で
ある。この音響導体を簡単化した構成は、本装置
の他の実施例で、第６図、第７図に示されてい
る。 この実施例では、音響導体３，１１は円筒状有
効面積１８を有し、音波１３の発信器１と受信器
１２（第３図）は音響導体３，１１の有効面積１
８と同様な有効面積をもつていて、音響振動波
２，１３の発散或は収斂を確保する。波２の発散
は音響導体３の有効面積１８が凹面の時に生じ、
一方波２の収斂は（第６図に示す）凸面の時に発
生する。波２の中央の線（レイ）２５は有効面積
１８の中心へ切線と音響導体３の接触面積１９と
の間の角度に等しい角度（θ）で壁４に入る。波
２の側方の線（レイ）２６，２７は関係式（13）
の値εによる角度θより、それぞれ大きいか或は
小さい角度θ_１，θ_２で壁４に入る。 θ_１＝θ＋arc sinＡ／２Ｒ ……(17) θ_２＝θ−arc sinＡ／２Ｒ ……(18) 上記関係式（17），（18）によつて定まる角度θ
_１，θ_２が波２の発散或は収斂の条件(2)を満足す
るように、音響導体３の有効面積（18）の（或は
発信器１の、従つて受信器１２の）の長さＡは、
(4)の有効面積１８の曲率半径がＲである関係式に
従つて求める必要がある。 第６図、第７図の装置によれば、音響振動波２
の長さに関して何等の制限なしで、音響導体３，
１１の有効面積１８を円筒状にすることによつて
界面制御時の前述した誤差を減少させることがで
きる。 第８図、第９図に示した装置実施例は、音響振
動波２の波長λに関する限りある限定を必要とす
るが、前述した実施例よりも簡単な構成である。 この実施例では、音響導体３の有効面積１８と
接触面１９との間の最小距離Hminは関係式(6)か
ら選定し、側方の線（レイ）２７の伝播路が、波
２が必発散振動の面フロント２８をもつ、発信器
１の音響界のフレネル帯の長さＢ以上となるよう
にする。このフレネル帯をはなれると、波２の面
フロント２８は変形されて音響線２６，２７の発
散束をもつた部分的に球形のフロントとなり、側
方の線はそれぞれ角度θ_１，θ_２で壁４に入る。
θ_１は、中央の線２５の入射角θより小さく、θ
_２は大きい。 フレネル帯の境界から充分にはなれた距離で
は、波２の発散角は発信器１の指向性パターンで
きまり、音響放出のほぼ全エネルギーが次式に等
しい発散角内に限定される。 θ_１−θ_２＝1.4arc sinＫ_１λ／Ａ ……(19) ここにk₁は音響導体３の有効面積１８の形式に
よつて決まる係数で、例えば球形状の場合1.22、
矩形の場合１である。従つてθ_１，θ_２は次の等
式から得られる。 θ_１＝θ＋0.7arc sinｋ_１λ／Ａ ……(20) θ_２＝θ−0.7acr sinｋ_１λ／Ａ ……(21) 等式(2)，（20），（21）を解けば、有効面積１８
の長さＡと、波長λとの関係式(5)が得られ、この
式から波２の求める発散が得られ、従つて機械振
動１０の伝播速度の範囲C₁〜C₂内で壁４の部分
９（第３図）の最良の励起が得られる。 第３図の装置および、その実施例で第４図乃至
第９図に示した異つた構成の音響導体３を有する
ものは、簡単な電子チヤンネルを有し、このチヤ
ンネルは発振器１４の電気発振の（時間に対す
る）振幅不安定性が小さい時に、これを制御する
ものである。この発振は発信器１の励起に用いら
れる。発振器の発振の振幅が変れば、記録器１７
を周期的に再調整するか、或は繊幅器１５の利得
率を変化させる必要があるが、これは制御の効率
と安定性に影響をあたえる。 第１０図の装置を使用すれば、気体―液体或は
液体―液体界面の制御に関する効率と安定性を良
くすることができる。 この実施例において、アナログ或はデスクリー
トの形の基準電気信号は、発振器１４の電気的発
振から成形器２９によつて成形される。情報電気
信号は、増幅器１５の電気信号を用いて成形器３
１によつて同じ形に成形される。この基準電気信
号と情報電気信号とは比較ブロツク３０で比較さ
れる。比較ブロツク３０の出力信号は、比較され
る信号の差或は比例するもので、記録器１７に加
えられる。発生器１４の電気的信号の振幅不安定
性は情報信号および基準信号の値に影響するので
界面制御の結果は、実際は、この不安定性に左右
されない。 音響導体（第４図〜第９図）と組合せた前述の
装置は、発振器１４の電気発振が種々に振幅不安
定である場合に極めて有効であり、また壁４の励
起部分９の機械振動１０の速度Ｃがc₁〜c₂の範囲
で変化する場合に極めて有効である。しかし、機
械振動１０（第１０図）の振幅は、音響導体３の
接触面１９を介して壁４に波２が入射する条件が
装置の安定動作中或は界面８（第１図）の急速制
御中に変化する時に、変化する。このような入射
条件の変化は、例えば、音響導体３，１１の接触
面積１９と壁４の間の接触グリースの厚さが異な
ることによつて、また急速制御中、壁４の面の粗
さによつて、また界面の安定制御中音響導体３，
１１の接触面積１９と、壁とを接着する接着層の
ひび割れ、切かけ、部分的破損等によつて生ず
る。このような変化が発生すれば、情報電気信号
の成形器３１を周期的再調整する必要が生じ、こ
の再調整の時点には界面制御に大きな誤差が発生
する。 このような誤差を、第１１図および第１２図に
示した装置を用いた気体―液体或は液体―液体界
面制御方法によつて減少させることはできない。 界面を制御する本発明の方法によれば、容器５
の壁４の部分９内において機械的振動３８が音響
振動の波３４によつて再び起され、この機械的振
動の減衰は１次波２による機械的振動１０の減衰
とは異つている。この場合波２および３４の壁４
への入口の状態の変化、さらに発生器１４の電気
振動の振幅変化は１次および２次機械的振動１
０，３８の振幅に同じような変化を生じさせる。
同様に、音響導体１１における接触領域１９のパ
ラメータ変化は、壁４内で１次的に生じる機械的
振動１０から変換された音波１３、および壁４に
おいて再び生じた機械的振動３８から変換された
音波３６に同じような変化を生じさせる。上述の
点によれば、機械的振動の１次および２次波２お
よび３４によつて生じる機械的振動１０（第１１
および１２図）および３８の振幅の間に関係から
媒体６および７の間の界面８（第１図）を確める
ことは可能であり、そして、これは、音響導体３
における接触領域１９を通る波２および３４の入
口、および音響導体１１の接触領域１９の変換に
よつて決定される条件の変化とは無関係に行うこ
とができる。 第１１図に示された装置において、波３４は、
付加的発信器３３の助けにより機械的振動の２次
発生のために壁４内に導入される。この発信器３
３は、音響導体３の付加的な有効領域３２と一致
させるべく、その有効領域を接触領域１９と角度
γを形成するように方向付けされる。角度γは波
３４の軌跡の速度と機械的振動３８の速度の等し
さの条件を満足する関係式(7)から選ばれる。波３
４はこの角度γで壁４内に導入される。第１次に
発生された機械的振動から変換された音波１３
は、接触領域１９に対して垂直方向に角度γにて
音響導体１１中に伝播し、その有効領域に垂直方
向に沿つて付加的受信器３５に入る。 主増幅器１５を径由した主受信器１２の電気信
号から波形整形器３１は（不連続またはアナログ
形式で）、音響導体１１の位置する領域に入る１
次的に発生した機械的振動のそれに比例した振幅
を有する情報信号を形成する。もう１つの波形整
形器２９は付加的受信器３５から入来し、付加的
増幅器２７を通つた電気信号から基準電気信号を
形成する。この基準電気信号を形成する。この基
準電気信号の振幅は、音響導体１１の位置する領
域にて再び発生した機械的振動３８の振幅に比例
する。波形整形器２９および３１による基準およ
び情報の両信号は、音響振動の波２および３４の
導入時に音響導体３の接触領域１９内にて、およ
び１次的におよび２次的に生じた機械的振動を音
波１３および３６にそれぞれ変換する時に音響導
体１１の接触領域１９内に生じる不安定さによつ
て等しく影響される。これにより、比較ブロツク
３０に入る情報および基準信号から形成された該
比較ブロツク３０の出力信号は上記両信号間の比
に比例しており、上述の不安定さには依拠しな
い。 １次および２次励起により生じた機械的振動１
０，３８は、壁４の振動部分９の内表面に接触し
ている媒体１６への部分的なエネルギ漏洩によつ
て生じる容器５の壁４内にて異なつた減衰を起
す。このため、比較ブロツク３０の出力信号は、
制御される容器５内の媒体６および７間の界面８
（第１図）の位置に関する明確な情報を提供し、
この情報は記録器１７に記録される。 音響導体３の接触領域１９内の音響振動の主お
よび付加的音波２および３４の入口領域の結合、
および音響導体１１の接触領域１９内における主
音波１３および付加的音波３６への１次および２
次励起により形成される機械的振動１０，３８の
変換領域の結合は、接触領域１９の主および付加
的有効領域１８，３２の中心の突起間の距離Ｅ、
および関係式(8)により接触領域１９から上記中心
までの高さH₁およびH₂の選択によつて得られ
る。 本発明装置は上述の不安定さの影響を有効に除
去し、装置の電子化部分はかなり簡単であるが、
発信器の変換特性の変化は可能であり、このこと
は相当する誤差を生じる。 このような誤差は第１２図に示された装置の使
用によつて達成される上述の方法を実現すること
により除くことができる。上記装置は、１つの発
信器１、１つの受信器１２、およびより複雑な電
子化部分を有する。この場合、角度γで壁４内に
導入され、この壁４内で機械的振動３８の２次励
起のために用いられる付加的音波３４は、音響導
体３の反射領域３９から音波の発信器１の波４０
の一部を反射することによつて形成される。上記
反射領域は有効領域１８と角度βをなし、この角
度βは(7)式および(9)式の関係から、 π／２＋γ−θ として決定される。発信器１からの波２のもう
１つの部分は角度θで壁４内に導入され、部分９
内における壁４内にて機械的振動１０の１次励起
のために用いられる。音響導体１１において１次
的に励起された機械的振動１０は、音響導体１１
の接触領域１９に垂直方向に角度θで伝播する主
音波１３に変換される。２次的に励起された機械
的振動３８は音響導体１１において反射領域３９
に向う方向で、接触領域１９に垂直に、角度γで
伝播する音波３６に変換される。この波３６は上
記反射器領域から付加的音波４１として反射さ
れ、その有効領域に垂直に受信器１２に入る。 ２次的に励起された機械的振動３８は壁４に沿
つて速度c₆の伝播を行い、この速度は１次的に励
起された機械的振動１０の速度Ｃと異なる（第１
２図の実施例においてc₆＞Ｃ）。この結果、放射
された波２の前縁をかなり超える壁４に沿う機械
的振動１０の伝播路によつて、主および付加的音
波１３および４１は互いに時間シフト△ｔにて受
信器１２に入る。このシフトは発信器１に入る発
生器１４のパルス振幅変調された電気発振の時間
間隔を優に超える。これにより、１次的および２
次的に励起された機械的振動１０および３８の振
幅に比例する振幅は有する、受信器１２の主およ
び付加的パルス信号は時間的に分離される。 受信器１２のパルス信号は共通増幅器１５を介
して選択ブロツク４２および４３の入力に至る。
この制御入力は波形整形器４４の出力から選択パ
ルスが供給される。選択ブロツク４２に来る選択
パルスは主パルス信号の時間位置に対応し、ブロ
ツク４３に来る選択パルスは基準パルス信号の時
間位置に対応する。 選択ブロツク４２および４３においてそれぞれ
分離された主および副電気信号は情報電気信号を
整形するように設けられた波形整形器３１、およ
び基準電気信号を整形するための波形整形器２９
に達し、次いで比較ブロツク３０の入力に給電さ
れる。このブロツクの出力から、制御されるべき
界面に関する明確な情報を有する信号が記録器１
７に来る。 上述した容器における界面制御の方法は、長期
間動作において極めて正確かつ安定な制御を提供
する。同時にこの方法は、音響振動が容器の壁に
導入されたとき、および容器の壁内で励起された
機械的振動が受信器の取付けられている音響導体
の接触領域の領域内にて音波に変換されたときに
生じる不安定さによつて惹き起こされる誤差を除
くことを可能にする。しかしながら、上述の方法
において誤差は、容器における界面の異なる位置
での、容器壁の励起された部分内における機械的
振動の変化の結果起るであろう。 これらの誤差は、第１３図の装置の使用によつ
て上記容器における気体―液体または液体―液体
界面を制御する方法が達成されたとき、除かれ
る。 この方法により、容器５の壁４の部分９は音響
振動のパルス波２により周期的に励起される。こ
のパルス波２のスペクトルは、壁４の振動部分９
（第１３図）に関して異なつた位置にある媒体６
および７の間の界面８（第１図）を有する容器５
の壁４の機械的振動１０の周波数範囲を超える範
囲から選ばれる。波形整形器４５で形成され電力
増幅器４６を通つた広にスペクトルのパルスは、
発信器１に作用する。これらのパルスは持続時間
τ_０を有する矩形ビデオパルスの形を有し、持続
時間は関係式(10)によつて定まる。この結果、発信
器１は音響導体３中に、異なつた位置にある境界
面８（第１図）を有する壁４内の機械的振動の
種々の周波数の全てを含む一連の超音波振動を放
射する。 受信器１２のパルス信号は、制御される境界面
８（第１図）の位置に依拠する前記パルス信号
（これらの電気信号の形状は受信したパルス音波
１３と同様である）を満たす電気振動の振幅を有
する。そして、該パルス信号は、前記受信器によ
り音波１３（第１３図）、すなわち音響導体１１
の接触領域１９の領域に入る機械的振動１０から
変換される。一方、電気振動の周波数は容器５
の壁４の振動部分９に接触する媒体１６（第１３
図）の形式に依拠する。 前記周波数は電気信号の周波数を測るための
ブロツク４７に記録され、信号は受信器１２から
増幅器１５を介してブロツク４７に供給される。
このように測定された周波数は、界面８（第１
図）が容器５の壁４（第１３図）の振動部分９の
上または下にあるとき、液体の形態（たとえば、
その音響インピーダンスの値によつて特徴づけら
れる）を確かめるために用いられる。 情報信号は、情報電気信号を整形するための波
形整形器３１において、受信器１２のパルス信号
から整形される。このパルス信号は増幅器１５を
介して前記波形整形器３１に給電される。このよ
うに整形された前記情報信号の振幅はパルス信号
の振幅に比例する。基準電気信号は、波形整形器
２９において、電力増幅器４６の出力にて得られ
るビデオパルスから整形される。前記基準信号お
よび情報電気信号は比較ブロツク３０に至る。ブ
ロツク３０の出力信号は制御される界面８（第１
図）に関する情報を提供し、記録器１７（第１３
図）に記録される。 上述の方法についての実施例は、制御される境
界面の異なる位置によつて惹き起される機械的振
動の周波数変化の影響を有効に減ずる。そして、
励起される壁部分の断面が一定であるとき液体の
形態の副次的な制御を行うことができる。しかし
ながら、前記断面がかなり変化するとき誤差は起
き、容器における界面の変化よりも広い範囲内で
の機械的振動の周波数の変化を起す。 これらの誤差は、気体―液体または液体―液体
界面を制御する方法が第１３図に示された装置に
おいて達成されたとき減少する。 この方法により、容器５の壁４の部分９が音響
振動のパルス波２によつて周期的に励起される。
そして、このパルス波のスペクトルの関連した幅
は、容器５の壁４の振動部分９の厚さの関連した
変化と等しく又はこれを超えるように関係(11)にし
たがつて選ばれる。これは、音響導体３および１
１が溶融水晶、磁器、硅素、ガラス、鉛、錫、鉛
―錫合金等の音響インピーダンスが音波の放射器
１および受信器１２の音響インピーダンスの0.3
から1.7の範囲以内であるものによつて製作され
ることにより達成される。音響導体が製作される
材料は第２表中に示されている。 音響導体３および１１のこのような設計によ
り、音響振動の波２および１３の放射および受量
スペクトルの境界を対応して広げ、発信器１およ
び受信器１２の音響制動を提供する。発信器１お
よび受信器１２の音響インピーダンスに関して、
音響導体の材料に依拠する。音響導体３および１
１の音響インピーダンスの減少はスペクトル幅を
小さくする。音響導体３および１１の材料の形式
および各々のインピーダンス（第２表参照）は関
係式(11)によつて要求されるスペクトル幅にしたが
つて選ばれる。 上述の方法は、界面が励起される容器壁部分の
上または下に位置しているとき（気体―液体装置
の場合、界面は部分の上にある）、界面および液
体形式の制御が行われる。しかしながら、温度変
化により制御誤差が生じる。誤差の値は音響導体
における音響振動の波の伝播速度に依存する温度
によつて主として決まる。 温度誤差は第３図乃至第１３図に示した、第１
４図乃至第２０図に示すような音響導体を有す
る。気体―液体または液体―液体界面を制御する
ための装置を用いることにより略々除去すること
ができる。 温度誤差の低減は、音響導体３および１１がア
ルコール、アルカリ、酸、または無機酸塩の水溶
液を基礎として作られることによつて達成され
る。これらの材料は温度ｔにおける音波２，１３
の伝播の速度c₃に殆んど２次曲線的に依存し、 c₃＝c₃ max〔１−（ｔ−t₀）²〕 ……(22) ここで、c₃ max：ｔ＝t₀における水溶液中で
の波２，１３の最大伝播速度。 となる。 水溶液の濃度ｑは、伝播速度の最大値c₃ max
が容器５の壁４の平均温度t₀の領域になるように
選ばれる。これにより動作温度範囲に亘る音響導
体３における音波の速度は非常に少ししか変わら
ない。たとえば、温度変化がその平均値t₀の±20
℃のとき、速度は0.6％以上変化しない。これは
界面制御の精度を向上する。 上述の第３図乃至第２０図の装置によつて達成
される、上記容器における気体―液体または液体
―液体界面を制御する方法は、治金、鉱石仕上
げ、化学、石油化学、食料品、および他の産業に
おける種々の技術工程において容器における界面
の非接触自動制御を極めて有効に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は容器の側壁表面に装着された本発明に
よる音波発信器と音波受信器を備えた単層容器の
概略図、第２図は槽壁を断面図で示した第１図に
図示の構成の上面図、第３図は第１実施例の音響
導体を備えた単層容器における気―液界面または
液―液界面を制御するための本発明装置の説明
図、第４図は第２実施例の音波伝導器により容器
壁に装着された音波発信器の断面説明図、第５図
は第４図の構成の側面説明図、第６図は第３実施
例の音響導体により容器壁に装着された音波発信
器の断面説明図、第７図は第６図の構成の側面説
明図、第８図は第４実施例の音響導体により容器
に装着された音波発信器の断面説明図、第９図は
第８図の構成の側面説明図、第１０図は基準信号
を電気的に処理する電子回路チヤンネルを備えた
第３図に図示の装置と同様の本発明装置の説明
図、第１１図は第５実施例の音響導体を備え、基
号信号を処理するための電気―音響チヤンネルを
備えた第３図に図示の装置と同様の本発明装置の
説明図、第１２図は第６実施例の音響導体を備
え、基準信号を処理するための電気―音響チヤン
ネルを備えた第３図に図示の装置と同様の本発明
装置の説明図、第１３図はパルス励振音波を発生
する電気回路を備えた第３図に図示の装置と同様
の本発明装置の説明図、第１４図は第７実施例の
音響導体により容器壁に装着された音波発信器の
断面説明図、第１５図は第８実施例の音響導体に
より容器壁に装着された音波発信器の断面説明
図、第１６図は第９実施例の音響導体により容器
壁に装着された音波発信器の断面説明図、第１７
図は第10実施例の音響導体により容器壁に装着さ
れた音波発振器の断面説明図、第１８図は第11実
施例の音響導体により容器壁に装着された音波発
信器の断面説明図、第１９図は第12実施例の音響
導体により容器壁に装着された音波発信器の断面
説明図、第２０図は第13実施例の音響導体により
容器壁に装着された音波発信器の断面説明図であ
る。 １…音波発信器、２…音波、３…音響導体、４
…単層容器壁、５…単層容器、８…界面、９…壁
４の区画、１０…機械的振動波、１１…音響導
体、１２…音波受信器、１３…音波、１４…電気
振動発生器、１５…電気振動信号増幅器、１７…
電気振動振幅記録器、１８…音響導体３，１１の
実効面、１９…音響導体３，１１の接触面、２
２，２３…音響導体３，１１の部分、２４…部分
２２，２３間接触面、２９…基準電気信号成形
器、３０…情報電気信号を基準電気信号と比較す
る比較器、３１…情報電気信号成形器、３２…音
響導体３，１１の実効面、３３…音波発信器、３
４，３６…音波、３７…電気振動信号増幅器、３
８…機械的振動波、３９…音響導体３，１１の反
射面、４２，４３…電気信号選択器、４４…選択
パルス成形器、４５…広域スペクトル電気パルス
成形器、４６…電気パルス電力増幅器、４７…電
気信号周波数測定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単層容器における気―液界面および液―液界
   面を検査するための方法であつて、前記単層容器
   の壁に接した音響導体を介して励起することによ
   り所定角度を以つて前記容器に対し音響振動波を
   導入し、その一部が前記容器壁に沿つて伝播する
   機械的振動（ラム波）に変換されて前記導入点か
   ら所定距離だけ離れた点で前記機械的振動から発
   生されたものとして受信され、この受信波の振幅
   が被監視界面を予測するのに役立つようにした方
   法において、前記導入点では発散波または収歛波
   が与えられ、この波の最大導入角θ_１および最小
   導入角θ_２は次式により選定されることを特徴と
   する単層容器における気―液界面または液―液界
   面を検査する方法。 ｓｉｎθ_１／ｓｉｎθ_２Ｃ_１／Ｃ_２ ここでθ_１，θ_２は容器壁の波導入点に直角な
   面内における音響振動波の伝播方向に関するもの
   であり、C₁，C₂は発散または集束する音響振動
   波によつて励起される壁領域内における機械的振
   動（ラム波）の最高および最低伝播速度である。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   前記容器壁部分内部の機械的振動がさらに２次音
   波により相乗的に励振されており、前記２次音波
   により励振されている機械的振動の減衰が１次音
   波により励振されている機械的振動の減衰と異な
   るように別個に減衰し、前記１次音波と２次音波
   により励振された機械的振動の振幅の相関関係に
   より界面状態が検知されることを特徴とする方
   法。 ３ 特許請求の範囲第１または２項の何れかに記
   載の方法において、前記容器壁部分が音響振動パ
   ルス波により周期的に励振され、前記励振されて
   いる容器壁部分に関し異なる位置に界面が存在し
   ているとき前記パルス波スペクトルが前記容器壁
   の機械的振動（ラム波）の周波数範囲を越えた周
   波数範囲から選ばれており、前記界面が前記励振
   されている容器壁部分よりも上方あるいは下方に
   位置しているとき前記パルス波の所要周波数が液
   体の種類を確認できるようにさらに決定されてい
   ることを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の方法において、
   前記容器壁部分が音響振動パルス波により周期的
   に励振され、前記パルス波スペクトルの相対幅が
   励振されている容器壁部分の厚さの相対変化に等
   しいかそれより大きく選ばれていることを特徴と
   する方法。 ５ 電気振動発生器１４に結合され且つ接触面１
   ９が容器５の壁４の外面に接触する傾斜した音響
   導体３の実効面１８上に固定された音響振動波２
   の発生器１、接触面１９が前記容器の外面に接触
   する第２の傾斜した音響導体を具え、前記壁を介
   して伝わよる機械的振動１０から生じる音響振動
   波１３の受信器１２を有し且つ記録器１７に接続
   される前記受信器１２の電気信号用増幅器１５の
   電気的に接続されてなる装置において、音響導体
   ３および１１は２つの部材２２および２３により
   構成され、これら部材の各々は音響振動波２およ
   び音響波１３の伝播速度が互いに他と異なる物質
   により形成され、また前記部材２２，２３は円筒
   状接触面２４を有し、この面２４の対称軸は音響
   振動波２の発生器１および音響波１３の受信器１
   ２の各軸に平行であり、しかも前記面２４の半径
   Ｒは次死により定められる気―液界面または液―
   液界面を検査するための装置。 ＲＣ_１＋Ｃ_２／Ｃ_４＋Ｃ_５・｜Ｃ_４−Ｃ_５／Ｃ_１−
   Ｃ_２｜Acotθ ここでC₁，C₂は音響振動波２によつて励起さ
   れた容器５の壁４の領域９内における機械的振動
   １０の伝播最高速度および最低速度、C₄，C₅は
   音響導体３および１１の独立部分２２，２３内に
   おける波１３の音響振動波２の伝播速度、Ａは容
   器５の壁４内で励起された機械的振動１０が伝播
   する方向に延びる実効面１８に直角な平面内の音
   響導体３，１１の実効面１８の長さ、θは傾斜し
   た音響導体３，１１の有効領域１８と接触領域１
   ９との間の角度に等しい波導入角で、音響振動波
   ２および音響波１３は発散性でも集束性でもよ
   い。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の装置において、
   前記よう機壁４の断面厚が一様でない場合に前記
   音響導体３，１１が関係式 Ｒ≦Ｃ_１＋Ｃ_２／２（Ｃ_１−Ｃ_２）・Acotθにより決定
   される曲率半 径Ｒを有する円筒形実効面１８を備え、音波発信
   器１と音波受信器１２が前記音響導体３，１１の
   円筒形実効面１８と合致する相補形実効面を有す
   るように構成され、これにより音波２および音波
   １３の発散あるいは収歛が確実に行なわれること
   を特徴とする装置。 ７ 特許請求の範囲第５項記載の装置において、
   前記実効面１８の法線と容器壁４に励振されてい
   る機械的振動波１０の伝播方向に一致する線を通
   過する平面における音響導体３，１１の実効面１
   ８の長さＡが関係式 Ａ≦Ｋ・｜Ｃ_１＋Ｃ_２／Ｃ_１−Ｃ_２｜・λcotθにより
   決定され、 ここにＫは音響導体３，１１の実効面１８の形状
   により定まる係数定数、λは音響導体３，１１に
   おける音波２，１３の波長であり、音響導体３，
   １１の実効面１８と接触面１９間の最小距離
   Hminが関係式 Hmin＞Ａ^２／λcosθにより決定され、これにより音 波２，１３の発散あるいは収歛が確実に行なわれ
   ることを特徴とする装置。 ８ 特許請求の範囲第５項乃至第７項の何れかに
   記載の装置において、容器壁４の部分９が音波２
   によりさらに相乗的に励振される場合に、音響導
   体３，１１が接触面１９と角度γを成す第２の実
   効面３２を有し、前記角度γが関係式 γ＝sin^-1Ｃ_３／Ｃ_６により決定され、ここにC₃は音響
   導 体３，１１の機械的振動波伝播速度、またC₆は
   容器壁４の部分９内部に重複励振されている機械
   的振動波３８の伝播速度であり、各音響導体３，
   １１の前記第２の実効面３２に音波３４の第２の
   音波発信器３３と音波３６の第２の音波受信器３
   ５が装着されており、前記第２の音波発信器３３
   は音波２の第１の音波発信器１と共に電気振動発
   生器１４に結合されており、前記第２の音波受信
   器３５は第２の電気振動信号増幅器３７の入力に
   結合されており、前記第２の増幅器の出力は基準
   電気信号成形器２９の入力に結合されており、前
   記成形器２９の出力は情報電気信号を基準電気信
   号と比較する比較器３０の入力に結合されてお
   り、前記比較器３０の他方の入力は情報電気信号
   成形器３１の出力に結合されており、前記成形器
   ３１の入力は第１の電気振動信号増幅器１５の出
   力に結合されており、前記情報電気信号を基準電
   気信号と比較する比較器３０の出力は電気振動振
   幅記録器１７の入力に結合されていることを特徴
   とする装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の装置において、
   前記音響導体３，１１の第１の実効面１８と第２
   の実効面３２を接触面１９上に当影したときの実
   効面中心間距離Ｅが関係式Ｅ＝H₁tanθ−H₂tanr
   により決定され、ここにH₁とH₂は音響導体３，
   １１の接触面１９からそれぞれ第１の実効面１８
   の中心および第２の実効面３２の中心までの距離
   であることを特徴とする装置。 １０ 特許請求の範囲第５項記載の装置におい
   て、前記容器壁４の部分９が音波３４により相乗
   的に励振される場合に、音響導体３，１１がそれ
   ぞれの実効面１８と角度βを成す反射面３９を有
   し、前記角度βが関係式β＝π／２−（θ−sin^-1Ｃ_３
   ／Ｃ_６） により決定され、ここに、C₃は音響導体３，１
   １の機械的振動波伝播速度またC₆は容器壁４の
   部分９内部に重複励振されている機械的振動波３
   ８の伝播速度であり、電気振動信号増幅器１５の
   出力が第１と第２の２つの電気回路に結合されて
   おり、前記第１の電気回路の入力が電気信号を選
   択する選択器４２の入力であり選択器４２の被制
   御入力が選択パルス成形器４４の第１の出力に結
   合されており選択器４２の出力が情報電気信号成
   形器３１の入力に結合されており情報電気信号成
   形器３１の出力が情報電気信号を基準電気信号と
   比較する比較器３０の入力に結合されており、前
   記第２の電気回路の入力が電気信号を選択する第
   ２の選択器４３の入力であり選択器４３の被制御
   入力が選択パルス成形器４４の第２の出力に結合
   されており選択器４３の出力が基準電気信号成形
   器２９の入力に結合されており基準電気信号成形
   器２９の出力が前記比較器３０の第２の入力に結
   合されており、前記比較器３０の出力が電気信号
   振幅記録器１７に結合されており、選択パルス成
   形器４４の入力がパルス振幅変調された振動波の
   発生器として使用されている電気振動発生器１４
   の出力に結合されていることを特徴とする装置。 １１ 特許請求の範囲第５，６または７項の何れ
   かに記載の装置において、前記容器壁４の部分９
   が音響振動波のパルス波により励振される場合
   に、電気振動発生器１４が広域スペクトル電気パ
   ルス成形器４５と電気パルスを電力増幅する電力
   増幅器４６とを含み、前記増幅器４６の入力は成
   形器４５の出力に結合されており、前記増幅器４
   ６の出力は基準電気信号成形器２９の入力に結合
   された電気振動発生器１４の出力になつており、
   成形器２９の出力は情報電気信号を基準電気信号
   と比較する比較器３０の第１の入力に結合されて
   おり、前記比較器３０の出力は電気信号振幅の記
   録器１７の入力に結合されており、前記比較器３
   ０の第２の入力は情報電気信号成形器３１の出力
   に結合されており、前記成形器３１の入力は電気
   信号増幅器１５の出力に結合されており、前記増
   幅器１５の出力は電気信号周波数測定器４７の入
   力に結合されていることを特徴とする装置。 １２ 特許請求の範囲第１０項記載の装置にお
   い、前記音響導体３，１１が溶融石英、磁器、シ
   リカガラス、鉛、スズ、または鉛―スズ合金によ
   り作られ、これら材料の音響インピーダンスが音
   波２の音波発信器１および音波１３の音波受信器
   １２の音響インピーダンスを有していることを特
   徴とする装置。 １３ 特許請求の範囲第５項乃至第１０項の何れ
   かに記載の装置において、前記音響導体３，１１
   がアルコール、アルカリ、酸または無機酸塩の水
   溶液を含むものとして構成され、前記溶液が溶液
   中の音波２，３４，１３，３６の伝播速度に依存
   したほぼ放物線温度特性を有し、前記溶液の濃度
   は音波２，３４，１３，３６の伝播速度の最大値
   が容器壁４の平均温度の範囲内に存在するように
   選ばれていることを特徴とする装置。