JP2009281729A - System and method for diagnosing attached state of ultrasonic sensor, and ultrasonic type level switch and ultrasonic type level gage using the system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タンク外側面などに設置した超音波センサの取付状態診断システムおよび方法、これを用いた超音波式液面スイッチおよび超音波式液面計に関し、詳細には、超音波センサの取付けに関する自己診断機能検出能力を向上させたシステムおよび方法、並びに、超音波センサの取付けに関する自己診断機能検出能力を向上させた超音波式液面スイッチ及び超音波式液面計に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic sensor mounting state diagnosis system and method installed on an outer surface of a tank, etc., an ultrasonic liquid level switch and an ultrasonic liquid level gauge using the system, and more particularly to mounting of an ultrasonic sensor. The present invention relates to a system and method with improved self-diagnosis function detection capability, and an ultrasonic liquid level switch and ultrasonic liquid level meter with improved self-diagnosis function detection capability with respect to attachment of an ultrasonic sensor.
工場や施設園芸等の農業分野では熱源としてA重油を燃焼させ蒸気発生や加温用温風の発生等に広く利用されている。これらの熱源に求められるのは低コスト、長期間安定して稼動することで、A重油を屋外設置された1.9kL程度の小型タンクから20kL等の大型タンク等まで、消費量により適宜選択設置されている。これらのタンクは消防法で定められた設置要件を満たすとともに、A重油の残量を確認するための液面計としてA重油に浮き子とバランスウエイトをタンク上部の滑車を介してロープで繋いだ釣瓶落式の液面計が多用されている。 In agricultural fields such as factories and horticultural horticulture, A heavy oil is burned as a heat source, and it is widely used for generating steam and warm air for heating. These heat sources are required to operate stably at low cost for a long period of time, so that A heavy oil can be selected and installed as appropriate depending on consumption, from small tanks of about 1.9 kL installed outdoors to large tanks of 20 kL, etc. Has been. These tanks meet the installation requirements stipulated by the Fire Service Law, and floats and balance weights are connected to the A heavy oil with a rope via a pulley at the top of the tank as a level gauge to check the remaining amount of the A heavy oil. There are many fishing bottle drop-type liquid level gauges.
しかしながら、前述の液面計は機械式であり、稼動各部を常時グリスアップしておかないと、摩擦が増加し正確な液面を表示しなくなるという欠点がある。また、A重油の配送効率を上げようとした場合、誰かが目視で残量確認するしかなく、テレメトリー監視等との適合性が低く、気象条件の急変や製品の急な増産等があると、一般的に行われている計画配送やエンドユーザによるオンコール配送ではA重油を切らしてしまい、経済的な損失が発生することがあった。 However, the above-described liquid level gauge is a mechanical type, and unless the operating parts are constantly greased, there is a drawback that friction is increased and an accurate liquid level cannot be displayed. In addition, when trying to increase the delivery efficiency of A heavy oil, someone has to check the remaining amount visually, the compatibility with telemetry monitoring etc. is low, there is a sudden change in weather conditions, a sudden increase in production of products, etc. In general planned delivery and on-call delivery by an end user, A heavy oil is cut off, and an economic loss may occur.
残量を確認する他の方法として、上面から空中超音波を用いた液面計や、圧力計により水頭圧を計測し、液残量を連続計測する残量計等色々試みられているが、A重油タンク上面は、降雨がタンク内に進入しづらくする目的で、タンク中央部から周辺部に向け下り勾配が設けられていたり、また、タンク下部は結露等で発生する水滴がタンク底部に溜まったりするので、これを排出するドレイン配管が設けられており、ドレインを効率よく抜く為に小型タンクでは下部中央がロート状になっているものもある。これらのことから、上面からの空中超音波式ではタンクに追加工が必要となったり、圧力式では最下部のドレイン対策が必要となったりするなど、運用中のタンクでは追加施工しづらく、新規タンクでも加工コストが高くなるなどの問題がある。 As other methods to check the remaining amount, various attempts have been made, such as a liquid level meter using aerial ultrasonic waves from the upper surface, a hydrometer that measures the water head pressure with a pressure gauge, and continuously measures the remaining amount of liquid, The upper surface of the A heavy oil tank is provided with a downward slope from the center of the tank to the periphery for the purpose of making it difficult for rain to enter the tank. In order to remove the drain efficiently, some small tanks have a funnel shape at the bottom center. For these reasons, it is difficult to perform additional work on the tank in operation, such as an additional work on the tank is required for the aerial ultrasonic method from the top surface, and the bottom drain is necessary for the pressure method. There are problems such as high processing costs even in tanks.
また、A重油の消費量は分単位での液面残量を確認することは皆無であり、通常は日単位の管理を行っており、最短でも時間単位の管理を行えばよいことから、機能面・コスト面・設置性のバランスを満たすものとしてタンク外側面に超音波センサを取付け、側面より超音波を発射し対向するタンク内壁面までの超音波の伝播時間を計測して、液の有無を検出する超音波式液面スイッチが考案されている(例えば、特許文献1を参照)。
超音波式液面スイッチには反射型と透過型があるが、設置性、コストの両面から反射式が優位である。反射型超音波式液面スイッチを安定動作させるには、タンク内の液有り時に対向するタンク壁面に直角に超音波を発射し、タンク対向壁面での反射エコーを確実に捕捉でき、尚且つ、誤判定を防止するために、タンク内の液無し時に残響波の継続時間が距離換算でタンク直径の半分以下となるようにマージンを取ることが望ましい。 There are two types of ultrasonic liquid level switches: reflective type and transmissive type, but the reflective type is advantageous in terms of installation and cost. In order to stably operate the reflective ultrasonic liquid level switch, ultrasonic waves can be emitted at right angles to the opposite tank wall surface when there is liquid in the tank, and the reflected echo on the opposite tank wall surface can be reliably captured. In order to prevent erroneous determination, it is desirable to take a margin so that the duration of the reverberation wave is less than half of the tank diameter in terms of distance when there is no liquid in the tank.
また、反射型超音波式液面スイッチでは送受信型超音波センサをタンク壁側面に取付け、液有り時はタンク対向壁面による反射エコーを認識でき、尚且つ液無し時の駆動残響エコー長が液有り時の反射エコー検出レベル以下に減衰している必要がある。 In addition, the reflective ultrasonic liquid level switch is equipped with a transmission / reception ultrasonic sensor on the side of the tank wall. When there is liquid, the reflected echo from the tank facing wall can be recognized, and the drive reverberation echo length when there is no liquid is present. It must be attenuated below the reflected echo detection level at the time.
ところで、反射型超音波式液面スイッチでは超音波センサがタンク壁面に取付けられているため、超音波センサがタンク壁面から脱落した場合は、当然、液面の検出ができないという問題があった。
そのため、超音波センサの取付状態の良否を判別する自己診断機能を持っていることが、液面検出器として安定稼動するうえで重要であり、その診断方法としては、タンク内の液の有無によらない判断方法である必要があり、超音波センサの残響エコーの継続時間長を監視し超音波センサの取付状態を判断することが考えられる。
送受信型超音波センサを用いた場合、残響エコーは超音波センサ脱落時<超音波センサ取付部にタンク内液有<超音波センサ取付部液無となるが、残響エコーはタンク鋼板厚みやタンク形状、超音波センサ駆動条件等で変化するため、超音波センサ脱落の検出を安定的かつ着実に行うことは難しかった。
By the way, in the reflection type ultrasonic liquid level switch, since the ultrasonic sensor is attached to the tank wall surface, there is a problem that the liquid level cannot be detected when the ultrasonic sensor falls off the tank wall surface.
For this reason, having a self-diagnosis function to determine whether the ultrasonic sensor is attached or not is important for stable operation as a liquid level detector. The diagnosis method is based on the presence or absence of liquid in the tank. It is necessary to use an unrecognized determination method, and it is conceivable to determine the attachment state of the ultrasonic sensor by monitoring the duration of the reverberation echo of the ultrasonic sensor.
When a transmission / reception type ultrasonic sensor is used, the reverberation echo is when the ultrasonic sensor falls off <with the ultrasonic sensor mounting liquid in the tank <with no ultrasonic sensor mounting part liquid, but the reverberation echo is the tank steel plate thickness and tank shape Since it changes depending on the driving conditions of the ultrasonic sensor, it has been difficult to stably and steadily detect the drop of the ultrasonic sensor.
また、例えば、施設園芸等の農業分野では熱源として利用されるのは外気温が低下した場合のみであり、作物にもよるが夏季前後の約半年間は燃料消費が無くタンクの液位変動がなくなる。タンク内燃料残量が液面検出器の取付け位置を下回った状態で非暖房期に入ると、約半年間液無し状態となり、反射エコーも補足できず残響エコー長も大きくなるため、センサ取付け状態の自己診断機能の安定性を確保するのが困難であった。 Also, for example, in the agricultural field such as horticulture, it is used as a heat source only when the outside air temperature is lowered, and depending on the crop, there is no fuel consumption and tank level fluctuations for about half a year before and after summer. Disappear. If the remaining fuel level in the tank falls below the level detector mounting position and enters the non-heating period, it will be in the absence of liquid for about half a year. It was difficult to ensure the stability of the self-diagnosis function.
以上のことは、超音波式液面スイッチのみならず、タンク外底部に設置した超音波センサより、タンク内液部界面へ発信した超音波エコーの液部伝播遅延時間を計測し、液位を計測する超音波式液面計においても同様の問題があった。 The above measures the liquid level propagation delay time of the ultrasonic echo transmitted to the liquid part interface in the tank not only from the ultrasonic liquid level switch but also from the ultrasonic sensor installed at the tank bottom. There was a similar problem in the ultrasonic liquid level gauge to be measured.
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、超音波式センサの取付状態の自己診断機能検出能力を向上させることにより、計測安定性を向上させた超音波センサ取付状態診断システムおよび方法を提供するとともに、本システムおよび方法を超音波式液面スイッチ及び超音波式液面計に適用することにより、超音波センサの計測安定性を向上させるとともに、超音波センサの取付状態の良否の明示によりメンテナンス性の向上を図った超音波式液面スイッチに超音波式液面計を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an ultrasonic sensor mounting state diagnostic system that improves measurement stability by improving the self-diagnosis function detection capability of the mounting state of an ultrasonic sensor. In addition to improving the measurement stability of the ultrasonic sensor by applying the system and method to an ultrasonic liquid level switch and an ultrasonic liquid level gauge, An ultrasonic liquid level gauge is provided for an ultrasonic liquid level switch that is improved in maintainability by clearly indicating pass / fail.
請求項1の発明は、液体を収容する容器に送信用の超音波センサを設けるとともに、該送信用の超音波センサに隣接配置して受信用の超音波センサを設け、前記送信用の超音波センサから発射した超音波の伝搬を受信用の超音波センサで受信することにより、超音波の伝搬の有無を判別し、該超音波の伝搬の有無から、前記送信用の超音波センサおよび受信用の超音波センサの取付状態を診断することを特徴としたものである。 According to the first aspect of the present invention, an ultrasonic sensor for transmission is provided in a container that contains a liquid, an ultrasonic sensor for reception is provided adjacent to the ultrasonic sensor for transmission, and the ultrasonic wave for transmission is provided. By receiving the propagation of the ultrasonic wave emitted from the sensor by the receiving ultrasonic sensor, it is determined whether or not the ultrasonic wave is propagated, and from the presence or absence of the ultrasonic wave propagation, the transmission ultrasonic sensor and the receiving wave are detected. It is characterized by diagnosing the mounting state of the ultrasonic sensor.
請求項2の発明は、タンク外の側面に送受信兼用の超音波センサを設置し、タンク対向壁面からの反射エコーの有無によりタンク内の液の有無を判別する超音波液面スイッチにおいて、前記送受信兼用の超音波センサに近接配置して受信用の超音波センサを設け、前記送受信兼用の超音波センサから発射した超音波の伝搬を受信用の超音波センサで受信することにより、超音波の伝搬の有無を判別し、該超音波の伝搬の有無から、送受信兼用の超音波センサおよび受信用の超音波センサの取付状態を診断することを特徴としたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic liquid level switch, an ultrasonic sensor for transmitting and receiving is installed on a side surface outside the tank, and the presence or absence of liquid in the tank is determined based on the presence or absence of reflection echo from the tank facing wall surface. Propagation of ultrasonic waves by providing an ultrasonic sensor for reception in close proximity to the ultrasonic sensor for combined use and receiving the propagation of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensor for combined transmission and reception by the ultrasonic sensor for reception The presence / absence of the ultrasonic wave is discriminated, and the mounting state of the ultrasonic sensor for transmission and reception and the ultrasonic sensor for reception is diagnosed from the presence or absence of propagation of the ultrasonic wave.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記送受信兼用の超音波センサおよび受信用の超音波センサが一体に構成されていることを特徴としたものである。 According to a third aspect of the invention, in the second aspect of the invention, the transmitting / receiving ultrasonic sensor and the receiving ultrasonic sensor are integrally formed.
請求項4の発明は、タンク外の底部に送受信兼用の超音波センサを設置し、液面へ発信した超音波の液面エコーの受信タイミングをもとに液位を計測する超音波液面計において、前記送受信兼用の超音波センサに近接配置して受信用の超音波センサを設け、前記送受信兼用の超音波センサから発射した超音波の伝搬を受信用の超音波センサで受信することにより、超音波の伝搬の有無を判別し、該超音波の伝搬の有無から、送受信兼用の超音波センサおよび受信用の超音波センサの取付状態を診断することを特徴としたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic liquid level meter for measuring a liquid level based on a reception timing of an ultrasonic liquid level echo transmitted to a liquid surface by installing a transmission / reception ultrasonic sensor on a bottom portion outside the tank. In the above, the reception ultrasonic sensor is provided in the proximity of the transmission / reception ultrasonic sensor, and the propagation of the ultrasonic wave emitted from the transmission / reception ultrasonic sensor is received by the reception ultrasonic sensor, It is characterized in that the presence / absence of ultrasonic wave propagation is discriminated, and the mounting state of the ultrasonic sensor for transmission / reception and the ultrasonic wave sensor for reception is diagnosed from the presence / absence of the ultrasonic wave propagation.
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記送受信兼用の超音波センサをタンク外の底部の最下部に設置するとともに、前記受信用の超音波センサをタンク外の底部の曲面状に隣接配置し、前記送受信兼用の超音波センサから発射した超音波の液面エコーを受信用の超音波センサで受信することにより、液位を検出することを特徴としたものである。 The invention of claim 5 is the invention of claim 4, wherein the transmitting / receiving ultrasonic sensor is installed at the bottom of the bottom outside the tank, and the receiving ultrasonic sensor has a curved surface at the bottom outside the tank. The liquid level is detected by receiving the ultrasonic level ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor for transmission / reception with the ultrasonic sensor for reception.
請求項6の発明は、請求項4または5の発明において、前記送受信兼用の超音波センサおよび受信用の超音波センサが一体に構成されていることを特徴としたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect of the invention, the transmitting / receiving ultrasonic sensor and the receiving ultrasonic sensor are integrally formed.
請求項7の発明は、液体を収容する容器に設けた超音波センサから超音波を送出するステップ、前記超音波センサに隣接配置して設けた受信用の超音波センサによって、前記超音波センサから発射した超音波の伝搬を受信するステップ、前記超音波の伝搬の有無を判別するステップ、該超音波の伝搬の有無から前記超音波センサおよび受信用の超音波センサの取付状態を診断するステップを有することを特徴としたものである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a step of transmitting ultrasonic waves from an ultrasonic sensor provided in a container that contains a liquid, and an ultrasonic sensor for reception provided adjacent to the ultrasonic sensor from the ultrasonic sensor. Receiving the propagation of the emitted ultrasonic wave, determining the presence or absence of the propagation of the ultrasonic wave, and diagnosing the attachment state of the ultrasonic sensor and the receiving ultrasonic sensor from the presence or absence of the propagation of the ultrasonic wave. It is characterized by having.
本発明に係る超音波センサ取付診断システムおよび方法によれば、駆動超音波センサの超音波出力を受信超音波センサがモニタリングすることにより、超音波センサの取付状態を安定して判断できる。また、これを用いた本発明に係る超音波式液面スイッチによれば、駆動超音波センサの超音波出力を受信超音波センサがモニタリングすることにより、タンク内の液の有無にかかわらず超音波センサの取付状態を安定して判断できるので動作安定性の向上が計れる。特に長期間液無し情況が続いた場合に、従来では安定して良否判断できないことがあったが、これを解決することができる。 According to the ultrasonic sensor attachment diagnostic system and method according to the present invention, the reception ultrasonic sensor monitors the ultrasonic output of the drive ultrasonic sensor, whereby the attachment state of the ultrasonic sensor can be determined stably. Further, according to the ultrasonic liquid level switch according to the present invention using this, the ultrasonic output of the driving ultrasonic sensor is monitored by the reception ultrasonic sensor, so that the ultrasonic wave is detected regardless of the presence or absence of liquid in the tank. Since the sensor mounting state can be determined stably, the operational stability can be improved. In particular, when a liquid-free situation has continued for a long time, it has been difficult to determine whether or not the product has been stable, but this can be solved.
また、本発明に係る超音波式液面計によれば、上記超音波式液面スイッチと同様の効果を奏するほか、受信超音波センサの残響エコーが少ないことから最低検出距離の短縮が可能となる。 In addition, according to the ultrasonic level gauge according to the present invention, the same effect as the ultrasonic level switch described above can be obtained, and since the reverberation echo of the reception ultrasonic sensor is small, the minimum detection distance can be shortened. Become.
以下、本発明に係る超音波センサシステムについて、まず、A重油タンクの超音波式液面スイッチに適用した実施態様について説明するが、超音波式液面スイッチであれば液種、タンク形状に限ったものではない。なお、液界面へ発信した超音波の液面反射エコーの受信タイミングをもとに液位を検知する超音波式液面計については後述する。 Hereinafter, the ultrasonic sensor system according to the present invention will be described first with respect to an embodiment applied to the ultrasonic liquid level switch of the A heavy oil tank. However, the ultrasonic type liquid level switch is limited to the liquid type and tank shape. Not a thing. An ultrasonic liquid level meter that detects the liquid level based on the reception timing of the ultrasonic wave level reflection echo transmitted to the liquid interface will be described later.
本発明は、送受信兼用型超音波センサを用いた超音波式液面スイッチに切替回路と、同型の超音波センサを一個追加するとともに、CPUのソフトウェアの制御アルゴリズムを追加することで実現している。 The present invention is realized by adding a switching circuit and one ultrasonic sensor of the same type to an ultrasonic liquid level switch using a transmission / reception ultrasonic sensor and adding a control algorithm of CPU software. .
図1は、小型A重油タンクに、本発明の一実施形態に係る超音波液面式スイッチを設けた場合を示す図である。A重油液2の液面30に浮き子8が浮遊しており、上部滑車6、接続ワイヤ7、錘兼表示指針9からなる液面計が設けられている。液面30の液上下動に応じて指針9も追従して上下動し、液残量目盛り10のどの位置に指針9があるかで液残量が読み取れる。タンク構造は平鋼板をロール加工し上下のロート状鋼板を溶接した構造で溶接線5と下部鋼板の中央にドレインバルブ4が設けられている。また、上部鋼板には点検口3が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a case where an ultrasonic liquid level switch according to an embodiment of the present invention is provided in a small A heavy oil tank. A float 8 floats on the
ここで、超音波センサユニット20は小型A重油タンク1の側面鋼板に設けられており、この超音波センサユニット20に接続されたコントロールユニット31を操作することにより、超音波センサユニット20からタンク内に超音波を発射し、タンク内壁で反射された超音波を受信することにより、超音波センサユニット20の取付状態と超音波センサユニット20を取付けた位置でのA重油液の存在を検出している。
Here, the
図4は、本発明に係わる超音波式液面スイッチのセンサユニット20の例を示す。
A重油タンク1の側面鋼板に超音波センサ21、22が永久磁石23により波スプリング24を介して押し付けられている。鋼板と各超音波センサ21、22との間には音響結合、熱結合を図るためセンサシート26を設けている。また、コントロールユニット31との接続のためセンサケーブル25を設けている。
なお、センサシート26は無機微粉末をシリコーンゴムに分散したものである。センサユニット20は、各超音波センサ21、22の取付け位置出しと設置作業性を確保する為、ベース板27で一体化されている。ベース板27はシリコーンゴムまたはNBRゴムからなり適度な可撓性を持たせてある。
FIG. 4 shows an example of the
The sensor sheet 26 is obtained by dispersing inorganic fine powder in silicone rubber. The
図5は本発明に係る超音波式液面スイッチの回路ブロック図を示す。なお、超音波式液面計でもCPUのソフトウェア処理が違うだけで回路ブロック図は同一である。A重油タンク1に超音波センサ21、22が取付けられ、センサケーブル25でコントロールユニット31に接続されている。
図5では超音波センサ21、22を便宜上上下に図示しているが、実際の取付方向は図1および図4で示すように、センサユニット20の2つの超音波センサ20、21が水平に並ぶように取付ける。この事により対向壁面での超音波エコーを両センサにて受けやすくなる。
また、後述するように、一方の超音波センサ21を送受信用センサとして、他方の超音波センサ22を受信用センサとして用いている。
FIG. 5 shows a circuit block diagram of an ultrasonic liquid level switch according to the present invention. Note that the circuit block diagram is the same even in an ultrasonic liquid level gauge except that the software processing of the CPU is different.
In FIG. 5, the
Further, as will be described later, one
タンク1の液面30の有無確認時は受信波切替スイッチSW−Rが非動作状態にし、超音波センサ21を送受兼用型センサとして動作させている。CPUのT端子からの信号により駆動回路DRVを有効にし、タンク鋼板通過帯の周波数で超音波センサ21を駆動し、タンクの対向壁面で反射した超音波エコーが増幅回路AMPにて増幅・波形整形され、CPUのR端子に到着するまでの遅延時間を計測する。
また、超音波センサ21の内蔵サーミスタTHRの抵抗値が、温度変換回路を経てCPUA/D端子に入力され温度値に変換される。遅延時間計測値および温度計測値とCPUが予め持っている超音波伝播音速とを用いて対向壁面までの距離をCPUで算出する。そして、この動作を複数回繰返し、平均化した距離値がタンク直径の例えば±20%以内かどうかを判断し、判定範囲以内の距離であれば液有と判断する。
When the presence or absence of the
Further, the resistance value of the built-in thermistor THR of the
超音波センサ取付状態の自己診断動作はCPUにより受信波切替スイッチSW−Rを動作させ、超音波センサ21を送信用センサ、超音波センサ22を受信用センサとして動作させる。
図6は、種々の条件における、超音波センサの駆動波形と、反射エコーおよび残響エコーの受信波形を示す図である。図6では、エコー波形の比較をし易くするため、SW−Rの非動作時の超音波センサ21の送受兼用動作時と、受信波切替スイッチSW−R動作時の受信センサ22の受信波形とを同一チャート上に示している。
In the self-diagnosis operation of the ultrasonic sensor attached state, the reception wave changeover switch SW-R is operated by the CPU, and the
FIG. 6 is a diagram illustrating the driving waveform of the ultrasonic sensor and the reception waveforms of the reflected echo and the reverberant echo under various conditions. In FIG. 6, in order to facilitate comparison of echo waveforms, the reception waveform of the
超音波センサ21、22ともタンク鋼板と上手く音響結合が取れており、超音波センサユニットを取付けた位置までタンク内に液がある場合の反射エコー波形と残響エコー波形を図6(A)に示す。この場合、センサ21、22とも残響エコーも小さく反射エコーも大きく良好である。
先述したように、センサ21の駆動から反射エコーが得られるまでの時間を温度計測値で補正することにより、タンク対抗壁面までの距離を算出し、この距離が判定範囲内であれば液ありと判断することができる。なお、この距離を反射エコーが得られるまでの時間で判別することも可能である。
FIG. 6A shows the reflected echo waveform and the reverberant echo waveform when both the
As described above, by correcting the time from the driving of the
次に、超音波センサ21、22ともタンク鋼板と上手く音響結合が取れており、超音波センサユニットを取付けた位置までタンク内に液が無い場合の反射エコー波形と残響エコー波形を図6(B)に示す。この場合、残響エコーが少し大きくなり、わずかではあるが反射エコーの時間域まで達している。
したがって、タンク対抗壁面まで超音波が往復する時間以内に、所定の大きさの反射エコーが得られない場合に、液無しと判断することができる。
Next, both the
Accordingly, it can be determined that there is no liquid when a reflection echo having a predetermined size cannot be obtained within the time required for the ultrasonic wave to reciprocate to the tank facing wall.
次に、超音波センサ22はタンク鋼板と上手く音響結合が取れているが、超音波センサ21がタンクから外れた場合の反射エコー波形と残響エコー波形を図6(C)に示す。この場合、タンク内の液の有無にかかわらず、超音波センサ21の受信波形は自己残響のみとなり、超音波センサ22の受信波形には残響エコーも反射エコーも無くなる。したがって、超音波センサ21のみを送受信兼用センサーとして用いた場合と比べ、超音波センサ21の残響エコーの存在のみから液なしと誤った判断をすることを避けることができる。
Next, although the
さらに、超音波センサ21はタンク鋼板と上手く音響結合が取れているが、超音波センサ22がタンクから外れ、かつ、タンク内に液がある場合の反射エコー波形と残響エコー波形を図6(D)に示す。超音波センサ21の受信波形は図6(A)と同様に残響エコーが小さく反射エコーも大きく良好であるが、超音波センサ22の受信波形は残響エコーも反射エコーも無くなる。
Further, although the
この場合、超音波センサ21がタンク鋼板と音響結合がとれているため、タンク内の液の有無を検出することは一応可能ではあるが、超音波センサ22が何らかの原因でタンクから外れているため、超音波センサ21から反射エコーが検出できなくなった場合、液無しの状態であるのか、あるいは超音波センサ21もタンクから外れたのか、その判断が難しくなる。したがって、センサユニット20の取付状態を確認しておく必要がある。
In this case, since the
以上のことから、センサ取付状態の自己診断動作はCPUにより受信波切替スイッチSW−Rを動作させ超音波センサ21を送信用センサ、超音波センサ22を受信用センサとして動作させ超音波センサ21を駆動開始後、センサ残響時間域、具体的には50〜100μS後の超音波センサ22の残響エコーの有無を確認することによりセンサの取付状態が確実に判断できる。具体的には、超音波センサ22によって所定時間域での残響エコーが検出できない場合は、両超音波センサのいずれかが外れていると判断し、残響エコーが検出できた場合は、両超音波センサの取付状態が良好であると判断する。
From the above, the self-diagnosis operation of the sensor mounting state is performed by operating the reception wave changeover switch SW-R by the CPU to operate the
このように、送信用超音波センサで発信した超音波を近傍の受信用超音波センサがモニタすることにより、タンク内の液の有無に係わらす安定して両超音波センサとタンク鋼板が音響結合されていることを確認できる。そして、回路切替えにより、送信用超音波センサを送受信兼用センサとして動作させ反射エコーの有無の確認により液の有無を確認している。 As described above, the ultrasonic wave transmitted from the transmitting ultrasonic sensor is monitored by the nearby receiving ultrasonic sensor, so that both ultrasonic sensors and the tank steel plate are stably coupled regardless of the presence or absence of liquid in the tank. Can be confirmed. Then, by switching the circuit, the transmitting ultrasonic sensor is operated as a transmission / reception sensor, and the presence or absence of liquid is confirmed by confirming the presence or absence of the reflection echo.
次に、本発明に係る超音波センサ取付状態診断システムを、液界面へ発信した超音波の液面反射エコーの受信タイミングをもとに液位を検知する、超音波式液面計に適用した場合について説明する。
図2、図3はLP用バルク貯槽の一例で、内部圧力に耐えうる密閉高圧容器である。図2の横型と図3の竪型に大別され、内部はLPガスの液面12があるが、超音波式液面計であれば液種、タンク形状に限ったものではない。
Next, the ultrasonic sensor mounting state diagnostic system according to the present invention was applied to an ultrasonic liquid level gauge that detects the liquid level based on the reception timing of the ultrasonic reflection echo transmitted to the liquid interface. The case will be described.
2 and 3 are examples of a bulk storage tank for LP, which is a sealed high-pressure vessel that can withstand internal pressure. The horizontal type of FIG. 2 and the vertical type of FIG. 3 have a
超音波式液面計においては図2の横型バルク貯槽11の場合、センサユニット20をバルク貯槽底部に取付ける。この時、液面計測をする送受兼用センサとして動作させる超音波センサ21を横型バルク貯槽11真下(6時方向の最下部)に、また受信用の超音波センサ22をバルク貯槽円周方向に近接させて取付ける。
また、図3の竪型バルク貯槽13においては、図2の横型バルク貯槽11同様で超音波センサ21を真下(6時方向の最下部)に取付けるが、超音波センサ22の取付方向は超音波センサ21の近くであれば自由である。
超音波センサ21、22は図4に示すようなセンサユニット20として一体にしたものを用いてもよい。なお、31はコントロールユニットである。
In the ultrasonic liquid level gauge, in the case of the horizontal
In addition, in the vertical
The
超音波式液面計においては、図6で示した超音波センサの駆動波形と、反射エコーおよび残響エコーの受信波形のうち、タンク対向壁面での反射エコーが液面での反射エコーに代わるだけで、超音波式液面スイッチの場合とほぼ同様の反射エコーおよび残響エコーの受信波形が得られる。 In the ultrasonic liquid level gauge, the reflected echo on the tank facing wall of the ultrasonic sensor drive waveform and the reflected echo and reverberant echo received waveforms shown in FIG. Thus, the reception waveform of the reflection echo and the reverberation echo is almost the same as in the case of the ultrasonic liquid level switch.
そして、図6(A)に示す状態が通常の運用状態とり、超音波式液面スイッチと同様に、超音波センサ22の残響エコーを確認することによりセンサの取付状態が確認できる。
すなわち、超音波センサ22はタンク鋼板と上手く音響結合が取れているが、超音波センサ21がタンクから外れた場合の反射エコー波形と残響エコー波形を図6(C)に示すものと同様であり、超音波センサ21はタンク鋼板と上手く音響結合が取れているが、超音波センサ22がタンクから外れた場合の反射エコー波形と残響エコー波形を図6(D)に示すものと同様になる。
The state shown in FIG. 6A is a normal operation state, and the sensor mounting state can be confirmed by confirming the reverberation echo of the
That is, the
超音波式液面計による液面までの距離の測定方法については、既知の方法が利用できるため詳述しないが、センサの取付状態が確認できれば、受信波切替スイッチSW−Rを切り替えて、超音波センサ21を送受信センサとして動作させることにより、液面までの距離を測定することが可能である。
The measuring method of the distance to the liquid level by the ultrasonic liquid level gauge is not described in detail because a known method can be used. However, if the sensor mounting state can be confirmed, the reception wave changeover switch SW-R is switched to switch the supersonic level. By operating the
なお、本実施形態では、超音波センサ22が受信センサとして動作しうるので、送受兼用型動作をしている超音波センサ21より超音波センサ22の残響エコーが小さいことから、一定の液面高を下回ったら、受信波切替スイッチSW−Rを動作させる事により最小検出距離を小さくすることが出来る。
これは、超音波センサ21、22の配置が曲面上に配置される事により、送信用の超音波センサ21からの超音波が液面30で反射し受信用の超音波センサ22に到達する幾何学的な配置となるので、反射エコーの感度が確保され、かつ、残響エコーが小さくなる事が両立することによる。
In the present embodiment, since the
This is because the
また、送受信兼用の超音波センサ21と受信用の超音波センサ22とは、同一仕様のものが利用可能であるが、受信用の超音波センサ22は送受信兼用の超音波センサ21で発信した超音波をモニタできるものであればよく、小型化等の面を考慮して、両超音波センサ21、22を別仕様にすることも可能である。
さらに、AMP回路ブロックを受信波切替スイッチSW−Rより低コストで実現できれば、超音波センサ22をAMP回路経由でCPUの別ポートに接続し、超音波センサ21と22からの受信信号をソフト的に切替える構成とすることも可能である。
The
Furthermore, if the AMP circuit block can be realized at a lower cost than the reception wave changeover switch SW-R, the
以上のように、本発明の超音波式液面計では、送受信型超音波センサで発信した超音波を近傍の受信用超音波センサがモニタすることにより、両超音波センサとタンク鋼板が音響結合されていることが確認でき、さらに、回路切替えにより液界面までの距離を精度よく計測することができる。 As described above, in the ultrasonic level gauge according to the present invention, the ultrasonic wave transmitted by the transmission / reception type ultrasonic sensor is monitored by the nearby receiving ultrasonic sensor, so that both the ultrasonic sensor and the tank steel plate are acoustically coupled. In addition, it is possible to accurately measure the distance to the liquid interface by switching the circuit.
1…小型A重油タンク、2…A重油液、3…点検口、4…ドレインバルブ、5…溶接線、6…滑車、7…ワイヤ、8…浮き子、9…錘兼表示指針、10…液残量目盛り、11…横型バルク貯槽、12…LPガス液面、13…竪型バルク貯槽、20…センサユニット、21、22…超音波センサ、23…永久磁石、24…波スプリング、25…センサケーブル、26…センサシート、27…ベース板、30…液面、31…コントロールユニット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Small A heavy oil tank, 2 ... A heavy oil liquid, 3 ... Inspection port, 4 ... Drain valve, 5 ... Welding wire, 6 ... Pulley, 7 ... Wire, 8 ... Float, 9 ... Weight and indication pointer, 10 ... Liquid level scale, 11 ... Horizontal bulk tank, 12 ... LP gas liquid level, 13 ... Vertical bulk tank, 20 ... Sensor unit, 21, 22 ... Ultrasonic sensor, 23 ... Permanent magnet, 24 ... Wave spring, 25 ... Sensor cable, 26 ... sensor sheet, 27 ... base plate, 30 ... liquid level, 31 ... control unit.
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