CN107003169B - 液面检测电路、液位计、含有液位计的容器以及使用该容器的气化器 - Google Patents

液面检测电路、液位计、含有液位计的容器以及使用该容器的气化器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的液位计(30)具备第一测温电阻元件(R11);配置在第一测温电阻元件的附近的第一温度测定元件(R12);根据第一测温电阻元件及第一温度测定元件的温度检测液面的位置的液面检测部(39),检测第一测温电阻元件及第一温度测定元件的温度的温度检测部(37),按照温度检测部检测到的第一测温电阻元件的温度与第一温度测定元件的温度的差成为第一定值的方式,决定施加到第一测温电阻元件的电流值的电流控制部(38);和将所决定的电流值的电流施加到第一测温电阻元件的电源部(32),液面检测部使用施加到第一测温电阻元件的电流值,判定第一测温电阻元件存在于液体中还是存在于液体外。由此,能够不受周围温度的影响地进行液面检测,由于按固定温度差进行温度控制,所以不会对测温电阻元件施加必要以上的电力,能够实现长寿命化。

Description

液面检测电路、液位计、含有液位计的容器以及使用该容器的 气化器
技术领域
本发明涉及检测液面位置的液位计及用于该液位计的液面检测电路。
背景技术
现有技术中,提案有例如向使用有机金属气相成长法(MOCVD:Metal OrganicChemical Vapor Deposition)的半导体制造装置,供给原料流体的液体原料气化供给装置(例如专利文献1~3)。
该种液体原料气化供给装置将TEOS(Tetraethyl orthosilicate)等の液体原料在气化室内进行加热使之气化,利用流量控制装置将气化后的气体控制成规定流量供给至半导体制造装置。随后,为了弥补使原料液体气化而导致的原料液体的减少,需要通过检测出原料液体的液面,供给所减少的量,来控制液面。
作为检测出原料液体的液面的方法,例如,公知有通过监视气化器内的压力减少,检测出气化器内的原料液体因气化而减少的情况的压力检测式液面检出装置(专利文献2等),及利用液相与气相中散热常数不同的情况的热式液面检出装置(专利文献4~6等)。
这种热式液面检出装置中,如图8所示,将分别封入了白金等的测温电阻元件(Resistive Temperature Detector)R1、R2的2根保护管P于垂直方向插入容器T内,在一方的测温电阻元件R1,为了将测温电阻元件R1通过自身发热来与周围温度相比保持为高温,流通比较大的恒定电流I1(加热电流),在另一方的测温电阻元件R2,按照能够测定周围温度的程度,流通可无视发热的大小的微小的恒定电流I2(周围温度测定用电流)。
这样一来,流通了大电流I1的测温电阻元件R1发热。这时,测温电阻元件在液相L中时的散热常数,大于在气相G中时的散热常数,所以在气相G中时的测温电阻元件的温度,比在液相中时高。
于是,这就意味着气相中的测温电阻元件与液相中的测温电阻元件相比,电阻值高,所以,通过观测流通了大电流的测温电阻元件R1的电压输出,与流通了微小电流的测温电阻元件R2的电压输出的差分(绝对值),可以判别测温电阻元件是在液面的上方还是液面的下方。即,当差分小时,可判断出测温电阻元件与液面相比位于下方,当差分大时,可判断出测温电阻元件与液面相比位于上方。
图9是液面检测电路的一例,从电源Vcc经由恒定电流电路S1、S2向测温电阻元件R1,R2供给恒定电流。在测温电阻元件R2,以可测定周围温度的程度流通可无视其发热的大小的微小的电流,在测温电阻元件R1,流通比测温电阻元件R2大的电流值的电流,且为了将测温电阻元件R1加热成高温而流通比较大的电流,按照上述方式设定为在恒定电流电路S1流通比恒定电流电路S2还大的电流。测温电阻元件R1的端子电压V1与测温电阻元件R2的端子电压V2分别输入至差动放大电路D的反转输入及非反转输入,从差动放大电路D向比较器C输入相当于端子电压V1、V2的差电压(V1-V2)的电压信号。比较器C将经由分压电阻器R3、R4设定的基准电压V3与差电压(V1-V2)进行比较。
测温电阻元件R1在液相中时,测温电阻元件R1相对于周围温度的温度上升,比气相中的温度上升小。其结果,与和同样是液相中的测温电阻元件R2发出的对应周围温度的大小的电压信号之差相当的来自动作放大电路D的输出电压变得比基准电压小,比较器C的输出成为低电平。另一方面,如果液面下降,测温电阻元件R1暴露到气相中,则相对于周围温度的温度上升成为气相中的温度上升,所以,与和同样是气相中的测温电阻元件R2发出的对应周围温度的大小的电压信号之差相当的差动放大电路D的输出电压变得比基准电压大,比较器C的输出成为高电平。比较器C的输出为高电平时,可判别测温电阻元件R1,R2是在气相中,比较器C的输出是低电平时,可判别测温电阻元件R1,R2是在液相中。
若测定端子电压V1,V2,则可根据欧姆定律从电流值I1、I2求得测温电阻元件R1,R2的电阻值,若知道测温电阻元件R1,R2的电阻值,在测温电阻元件R1,R2相对于温度的电阻变化率为已知的情况下,就能够导出测温电阻元件R1,R2的温度。因此,在液面检测电路中,即使藉由比较测温电阻元件R1,R2的电阻值来代替比较测温电阻元件R1、R2的电压输出也能够进行判别,或者,利用测温电阻元件R1,R2相对于温度的电阻变化率,从各电阻值来测定测温电阻元件R1,R2的温度,比较其温度也可进行判别。
现有技术文献
专利文献1:日本专利特开2009-252760号公报
专利文献2:日本专利特开2010-180429号公报
专利文献3:日本专利特开2013-77710号公报
专利文献4:日本专利第3009809号公报
专利文献5:日本专利第5400816号公报
专利文献6:日本专利特开2001-99692号公報
发明内容
在上述现有的液面检测中,作为驱动电路,使用着对各测温电阻元件流通恒定电流,对测温电阻元件的电阻值进行比较的恒定电流电路。但是,在驱动电路使用了恒定电流电路的情况下,存在着在测定时受到周边温度的影响,需对测温电阻元件施加必要以上的电流的问题。
本发明的主要目的在于提供一种能够解决上述问题的液面检测电路及液位计。
为了实现上述目的,本发明的第1方面涉及的液位计包括:被施加任意大小的电流的第一测温电阻元件;配置在上述第一测温电阻元件的附近的第一温度测定元件;具备从上述第一测温电阻元件的温度及上述第一温度测定元件的温度检测液面的位置的液面检测部,该液位计还具备:检测上述第一测温电阻元件的温度及上述第一温度测定元件的温度的温度检测部;按照上述温度检测部检测到的上述第一测温电阻元件的温度与上述第一温度测定元件的温度的差成为第一定值的方式,决定施加到上述第一测温电阻元件的电流值的电流控制部;和将由上述电流控制部决定的电流值的电流施加到上述第一测温电阻元件的电源部,上述液面检测部使用施加到上述第一测温电阻元件的电流值,判定上述第一测温电阻元件存在于液体中还是存在于液体外。
上述第一温度测定元件,也可以是被施加比施加于上述第一测温电阻元件的电流还小的电流的测温电阻元件。
上述液面检测部,通过判定由上述电流控制部施加到上述第一测温电阻元件的电流值是否比规定的第一阈值(第一临界值)还大,来判定上述第一测温电阻元件存在于液体中还是存在于液体外。
上述液位计还具备测定上述第一测温电阻元件的两端的电压的电压测定部,上述温度检测部,根据由上述电压测定部测定的上述第一测温电阻元件的两端的电压,决定上述第一测温电阻元件的温度,上述电流控制部,在上述差大于规定的基准值时,将施加到上述第一测温电阻元件的电流值,决定为比正施加到上述第一测温电阻元件的电流值还小的值,在上述差小于上述基准值时,将施加到上述第一测温电阻元件的电流值,决定为比正施加到上述第一测温电阻元件的电流值还大的值,在上述差等于上述基准值时,将施加到上述第一测温电阻元件的电流值,决定为与正施加到上述第一测温电阻元件的电流值相同的值。
上述液位计还具备被施加任意大小的电流的第二测温电阻元件,上述第二测温电阻元件被配置在与上述第一测温电阻元件不同的高度,上述温度检测部检测上述第二测温电阻元件的温度,上述电流控制部,按照由上述温度检测部检测到的上述第二测温电阻元件的温度与上述第一温度测定元件的温度的差成为第二定值的方式,决定施加到上述第二测温电阻元件的电流值,上述电源部,将由上述电流控制部决定的施加于上述第二测温电阻元件的电流值的电流,施加于上述第二测温电阻元件,上述液面检测部,使用施加于上述第二测温电阻元件的电流值,判定上述第二测温电阻元件是存在于液体中还是存在于液体外。
上述第二测温电阻元件,配置于比上述第一测温电阻元件及上述第一温度测定元件还低的位置。
上述液位计还具备被施加任意大小的电流的第二测温电阻元件;和配置在上述第二测温电阻元件的附近的第二温度测定元件,上述第二测温电阻元件配置在与上述第一测温电阻元件不同的高度,上述温度检测部检测上述第二测温电阻元件的温度及上述第二温度测定元件的温度,上述电流控制部,按照由上述温度检测部检测到的上述第二测温电阻元件的温度与上述第二温度测定元件的温度之差成为第二定值的方式,决定施加于上述第二测温电阻元件的电流值,上述电源部,将由上述电流控制部决定的施加于上述第二测温电阻元件的电流值的电流,施加于上述第二测温电阻元件,上述液面检测部,使用施加到上述第二测温电阻元件的电流值,判定上述第二测温电阻元件是存在于液体中还是存在于液体外。
上述第二测温电阻元件及上述第二温度测定元件,配置在比上述第一测温电阻元件及上述第一温度测定元件还高的位置,若上述第一测温电阻元件的温度与上述第一温度测定元件的温度之差变得大于上述第一定值,则上述液面检测部输出应使液面上升的信号,若上述第一测温电阻元件的温度与上述第一温度测定元件的温度之差变得小于上述第一定值,则上述液面检测部输出应使液面的上升停止的信号。
上述液面检测部,在上述第一测温电阻元件的温度与上述第一温度测定元件的温度之差变成比上述第一定值还大后,在规定时间以内,上述第一测温电阻元件的温度与上述第一温度测定元件的温度之差变成比上述第一定值还小的情况下,不输出应使液面的上升停止的信号,维持应使液面上升的信号的输出。
若上述第二测温电阻元件的温度与上述第二温度测定元件的温度之差变成比上述第二定值还小,则上述液面检测部输出应使液面的上升停止的信号。
上述第一测温电阻元件、上述第二测温电阻元件、上述第一温度测定元件、及上述第二温度测定元件是铂测温电阻元件(白金测温电阻元件)亦可。
本发明的第二方面涉及的容器,安装着上述液位计,利用上述液位计检测所收容的液体的液面。
本发明的第三方面涉及的气化器,具备上述容器,气化的液体收容在上述容器中。
本发明的第四方面涉及的液面检测电路,具备:电桥电路,包含自身发热用测温电阻元件与第一电阻串联连接着的第一线路、和与上述第一线路并联连接并且比上述第一线路小的电流流通着的第二电阻及第三电阻串联连接着的第二线路;晶体管,为了将来自电源的电流供给至上述电桥电路,而串联连接于上述电桥电路;第三线路,连接到上述第二电阻与第三电阻之间,串联连接着与上述第一电阻相同电阻值的第四电阻、第五电阻、及使用与上述自身发热用电阻元件相同的测温电阻元件的周围温度测定用测温电阻元件;第四线路,连接到上述自身发热用测温电阻元件与上述第一电阻元件之间,串联连接着具有与上述第二电阻和上述第三电阻的电阻值之比相同的电阻值之比的第六电阻及第七电阻;比较仪,上述第四电阻与第五电阻之间的第一电位被输入到非反转输入端子,上述第六电阻与上述第七电阻之间的第二电位被输入到反转输入端子;和第五线路,其将上述比较仪的输出电位作为上述晶体管的基电压进行施加,上述比较仪的输出电位被作为检测输出。
上述第三线路连接有缓冲电路。
上述第四线路连接有缓冲电路。
上述第五电阻是可变电阻器。
上述自身发热用测温电阻元件与上述周围温度测定用测温电阻元件可以是铂测温电阻元件。
上述第二电阻与上述第六电阻是相同的电阻值,上述第三电阻与上述第七电阻是相同的电阻值亦可。
本发明的第五方面涉及的液位计使用着上述的液面检测电路。
发明效果
根据本发明的液面检测电路及液位计,因为对自身发热用测温电阻元件和周围温度测定用测温电阻元件进行固定温度差驱动,所以可以在不受周围温度的影响的情况下进行液面的检测,以固定温度差进行温度控制,所以不会对测温电阻元件施加必要以上的电力,能够实现长寿命化。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及到的液面检测电路的电路图。
图2是表示本发明的第2实施方式所涉及到的液位计的框图。
图3是表示本发明的第2实施方式所涉及到的液位计的第一~第四测温电阻元件的配置的示意图。
图4是表示控制部的功能的框图。
图5表示图2的液位计的动作的流程图。
图6是表示用于检测液面与上限位置的位置关系的测温电阻元件的电流值的曲线图。
图7是表示用于检测液面与下限位置的位置关系的测温电阻元件的电流值的曲线图。
图8是表示现有的液位计的大致结构图。
图9是表示现有的液位计的液面检测电路的一例的电路图。
符号说明
1 液面检测电路
2 第一电阻
3 第一线路
4 第二电阻
5 第三电阻
6 第二线路
7 电桥电路
8 晶体管
9 第四电阻
10 第五电阻
11 第三线路
12 第六电阻
13 第七电阻
14 第四线路
15 比较仪
16 第五线路
17、18 缓冲电路
R1 自身发热用测温电阻元件
R2 周围温度测定用测温电阻元件
V 电源
30 液位计
31 控制部
32 电源部
33 电压测定部
34 存储部
35 计时器
36 时钟脉冲发生器
37 温度检测部
38 电流控制部
39 液面检测部
R11 第一测温电阻元件
R12 第二测温电阻元件
R13 第三测温电阻元件
R14 第四测温电阻元件
具体实施方式
参照下图说明本发明所涉及到的液面检测电路的实施方式。此外,在全部附图及全部实施方式中,对相同或者类似的构成部分标注相同的符号。
(第1实施方式)
图1表示本发明的第1实施方式所涉及到的液面检测电路。对于使用本发明所涉及到的液面检测电路的液位计的设置例,适当参照图8。
如图1所示,液面检测电路1具备:电桥电路7,其包含串联连接自身发热用测温电阻元件R1与第一电阻2的第一线路3、和与第一线路3并联连接且以流通比第一线路3小的电流的方式串联连接第二电阻4及第三电阻5的第二线路6;nMOS晶体管8,其为了将来自电源V的电流供给到电桥电路7而与电桥电路7串联连接;第三线路11,其被连接到第二电阻4与第三电阻5之间,串联连接与第一电阻2相同电阻值的第四电阻9、第五电阻10、及使用了与自身发热用测温电阻元件R1相同的测温电阻元件的周围温度测定用测温电阻元件R2;第四线路14,其被连接到自身发热用测温电阻元件R1和第一电阻2之间,串联连接了与第二电阻4相同电阻值的第六电阻12、及与第三电阻5相同电阻值的第七电阻13;比较仪15,第四电阻9与第五电阻10之间的第一电位Va被输入到非反转输入端子,第六电阻12与第七电阻13之间的第二电位Vb被输入到反转输入端子;和第五线路16,其将比较仪15的输出电位作为晶体管8的基电压进行施加,比较仪15的输出电位被作为液面的检测输出。
为了使从电桥电路7到第三线路11的电压输出稳定,在第三线路11连接有缓冲电路17。同样,为了使从电桥电路7到第四线路14的电压输出稳定,在第四线路14连接有缓冲电路18。第三线路11及第四线路14任一方都接地。
在图示的例子中,第一电阻2及第四电阻9是100Ω,第二电阻4及第六电阻12是10kΩ,第三电阻5及第七电阻是1kΩ。在图示的例子中,第五电阻10是最大50Ω的可变电阻器,被调节成8Ω。电源V是DC12V。
另外,在图示的例子中,自身发热用测温电阻元件R1及周围温度测定用测温电阻元件R2,全都使用与日本工业标准(JIS)或者IEC标准规定的Pt100相当的铂测温电阻元件,公称电阻值是100Ω。铂测温电阻元件因其电阻值与温度的关系是线性变化,其变化率大,再现性优异,所以适用于测温电阻元件。铂测温电阻元件一般能够由白金电阻元件、内部导线、绝缘物、保护管、端子等构成。
下面,针对上述构成的液面检测电路1的动作进行说明。
晶体管8导通时,从电源V向电桥电路7供给电流,在第一线路3流通比第二线路大的电流。在第一线路3流通的电流,是使自身发热用测温电阻元件R1自身发热,并将自身发热用测温电阻元件R1保持为比周围温度还高温的加热电流。
第一线路3的与电桥电路7的连接点的电压输出Vc利用缓冲电路18被稳定化之后,被第六电阻12与第七电阻13分压,第六电阻12与第七电阻13之间的电压输出Vb被输入到比较仪15的反转输入端子。
另一方面,在电桥电路7的第二线路6,流通用于将按照能够测量周围温度的程度且可无视发热的大小的微小的电流(周围温度测定用电流)流通于第三线路11的电流。第三线路11的与电桥电路7的连接点的电压输出Vd,利用缓冲电路17被稳定化之后,被第四电阻9、第五电阻10及周围温度测定用测温电阻元件R2分压,第四电阻9与第五电阻10之间的电位输出Va被输入到比较仪15的非反转输入端子。
由图1的电路构造可知,自身发热用测温电阻元件R1的电阻值(R1),比第五电阻10的电阻值(R)与周围温度测定用测温电阻元件R2的电阻值(R2)的合计电阻值(R2+R)小时(R1<R2+R),比较仪15的非反转输入比反转输入大,比较仪15成为高电平,向晶体管8输出基电压(5V),晶体管8成为导通,从电源V对电桥电路7供给电流。
自身发热用测温电阻元件R1因自身发热而电阻值上升,其电阻值(R1)超过第五电阻10的电阻值(R)与周围温度测定用测温电阻元件R2的电阻值(R2)的合计电阻值(R2+R)(即、R1>R2+R)时,则比较仪15的反转输入比非反转输入大,比较仪15成为低电平,由于对晶体管8不输出基电压,因此晶体管8成为断开,从电源V对电桥电路7不会供给电流。因此,自身发热用测温电阻元件R1因自身发热而温度过度上升,电阻值过度提升时,则加热电流的供给会停止。
如上所述,液面检测电路1进行将自身发热用测温电阻元件R1的电阻值(R1)保持为第五电阻10的电阻值(R)与周围温度测定用测温电阻元件R2的电阻值(R2)之和(即,R1=R2+R)的反馈控制。
如果比较仪15的输出为低电平,就能够判断为自身发热用测温电阻元件R1的放热量少且电阻值变高,所以判断为在气相(G)中,相反,如果比较仪15的输出为高电平,就能够判断为自身发热用测温电阻元件R1的放热量多且电阻值变低,所以判断为在液相(L)中。
通过上述结构的液面检测电路,对自身发热用测温电阻元件R1与周围温度测定用测温电阻元件R2进行恒固定温度差驱动,所以可以不受周围温度的影响地进行液面的检出。
进而,因为以恒固定温度差进行温度控制,所以不会对测温电阻元件施加必要以上的电力,能够实现长寿命化。
另外,因为自身发热用测温电阻元件R1与周围温度测定用测温电阻元件R2,可以使用作为通用品的100Ω的铂测温电阻元件那样的相同规格的测温电阻元件,所以能够实现低成本化。
上述实施方式中,针对将第二电阻4与第六电阻12设为相同电阻值,将第三电阻5与第七电阻13设为相同电阻值的例子进行了说明,但是并不限定于此,如果第二电阻4的电阻值(Ra)与第三电阻5的电阻值(Rb)的比(Ra/Rb),与第六电阻12的电阻值(Rc)和第七电阻13的电阻值(Rd)的比(Rc/Rd)相同(即、(Ra/Rb)=(Rc/Rd))就可以。
再者,为了使图1的电路连续动作,如果设置用于使晶体管8临时断开之后再使晶体管8导通的电路,就可以。例如,与晶体管8并联地在电源V与第一电阻2之间连接规定的电阻值的电阻即可。
(第2实施方式)
图2表示本发明的第2实施方式所涉及到的液位计的大致结构。本实施方式所涉及到的液位计30具备第一~第四测温电阻元件R11~R14、控制部31、电源部32、电压测定部33、存储部34、计时器35、及时钟脉冲发生器(时钟信号发生部)36。图2中虽未图示,但是液位计30也具备为了对各部供给必要的电力的电源等、为了液位计发挥功能所必需的构成要素。
第一~第四测温电阻元件R11~R14任一个都与第1实施方式相同,是相当于Pt100(0℃的电阻值为100Ω)的铂测温电阻元件。参照图3,第一~第四测温电阻元件R11~R14与图8相同,分别被封入到保护管P内,被配置在收容有规定的液体(液相)L的容器T内。第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12被配置于相同高度(从初始液面S0起算相同的距离D1)的位置,第三测温电阻元件R13及第四测温电阻元件R14被配置于相同高度,且比第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12还高的位置(从初始液面S0起算相同的距离D2(D2<D1))。液体L气化后的气体(气相)G通过被供给至外部装置,导致液体L的液面从初始液面S0降低(以S表示降低后的液面)。
控制部31控制液位计30整体。控制部31由例如公知的半导体运算元件(CPU)及半导体存储元件(RAM等)构成。控制部31运行的规定的程序被存储在存储部34。液位计30的电源被投入时,控制部31从存储部34的规定地址读出并运行规定的程序。如后所述,控制部31利用第一~第四测温电阻元件R11~R14检出液面的变化,根据液面的位置,按照作为外部装置的液体供给装置能够进行向容器T内的液体的供给、或者供给的停止的方式,对液体供给装置输出液体供给信号SG。
电源部32会从控制部31输入电流设定数据,在第一~第四测温电阻元件R11~R14的各个流通与所输入的电流设定数据相应的电流I11~I14。电源部32具备D/A变换器,生成与从控制部31接收到的数字的电流设定数据相应的模拟的电流I11~I14。电源部32可使用四组公知的D/A转换器及放大器构成。
电压测定部33测定第一~第四测温电阻元件R11~R14的各自的两端的电压V11~V14,将测定值V11~V14输出到控制部31。电压测定部33具备A/D变换器,测定值V11~V14是由模拟的电压生成的数字数据。电压测定部33使用公知的数字电压计IC,或者使用四组公知的放大器及A/D转换器,也能够构成。
存储部34也存储有控制部31为了控制液位计30整体所需的必要的参数的初始值(以下,称为初始参数)。控制部31在上述程序的执行后立即从存储部34读出初始参数。
计时器35根据输入的时钟脉冲(时钟信号)生成时刻数据,输出到控制部31。时钟脉冲发生器36生成各部动作所需的时钟脉冲,并供给到各部。
液位计30的工作原理与第1实施方式相同。即,第一~第四测温电阻元件R11~R14若被通电则温度上升。利用铂测温电阻元件的电阻值的温度直线性,根据第一~第四测温电阻元件R11~R14的两端的电压V11~V14,能够计算出第一~第四测温电阻元件R11~R14的各自的温度T1~T4。具体而言,R1j(j=1~4)的温度Tj(℃)可使用0℃的电阻值R1j(0)及现在的电流值I1j,利用Tj={(V1j/I1j)-R1j(0)}/(α×R1j(0))算出。这里,α是将电阻值设为温度的一次函数时的温度系数(Ω/℃),若是铂测温电阻元件Pt100,则α=0.003851。
第一~第四测温电阻元件R11~R14中,在第二测温电阻元件R12及第四测温电阻元件R14,如上所述,流通微小的一恒定电流(例如2mA),在第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13,流通比第二测温电阻元件R12及第四测温电阻元件R14大的电流(加热电流),利用自身发热将第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13保持为比周围温度高的高温。第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13对应第1实施方式的自身发热测温电阻元件R1,第二测温电阻元件R12及第四测温电阻元件R14对应第1实施方式的周围温度测温电阻元件R2。T1-T2会受到第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12的周围环境(热传导性)所导致的影响。即,T1-T2当第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12在液体L中则小(散热效果高)、当第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12在气体G中则大(散热效果低)。同样地,T3-T4当第三测温电阻元件R13及第四测温电阻元件R14在液体L中则小,第三测温电阻元件R13及第四测温电阻元件R14在气体G中则大。因此,若观测T1-T2及T3-T4,能够确定液面S与作为上限位置的第1水平面Su及作为下限位置的第2水平面Sd之间的位置关系。
本实施方式中,控制部31按照将ΔTd作为规定值,成为T1-T2=ΔTd的方式,对流通于第一测温电阻元件R11电流值进行反馈控制。再者,控制部31按照将ΔTu作为规定值,成为T3-T4=ΔTu的方式,对流通于第三测温电阻元件R13的电流值进行反馈控制。具体而言,参照图4所示的控制部31的功能框图,温度检测部37根据电压V1j(j=1~4)及前述计算式算出现在的温度Tj(j=1~4),收到计算结果,电流控制部38就按照满足T1-T2=ΔTd的方式使电流I11的值变化。即,电流控制部38按照若T1-T2>ΔTd则减少电流I11,若T1-T2<ΔTd则增大电流I11,若T1-T2=ΔTd则维持现在的电流值的方式对电源部32进行控制。同样地,电流控制部38按照若T3-T4>ΔTu则减少电流I13,若T3-T4<ΔTu则增大电流I13,若T3-T4=ΔTu则维持现在的电流值的方式对电源部32进行控制。然后,温度检测部37、电流控制部38及电源部32重复进行上述的反馈控制,液面检测部39通过比较现在的电流值和规定的基准值,来确定现在的液面S、与第1水平面Su及第2水平面Sd的位置关系。液面检测部39根据液面的位置控制液体供给装置。
这时,优选以电流I11及I13不会无限制地被设定为较大值的方式,对电流I11及I13设置为上限值。即,在电流I11被增大的情况下,新设定的电流值超过规定的上限值时,维持电流I11的现在值。关于电流I13也是同样的。
图5表示控制部31所进行的处理的流程图。下面,参照图5进一步具体地说明液位计30整体的动作。这里,如图3所示,第一~第四测温电阻元件R11~R14被配置于规定的高度,初始液面S0在比第三测温电阻元件R13及第四测温电阻元件R14还高的位置。
步骤40中,控制部31从存储部34读出控制参数,将控制参数中,用于确定第一~第四测温电阻元件R11~R14的初始电流值的数据,作为电流设定数据,输出至电源部32。控制参数包含例如、第一~第四测温电阻元件R11~R14的电流I11~I14的初始电流值、第一测温电阻元件R11的电流阈值(电流临界值)Is1、第三测温电阻元件R13的电流阈值Is3、第一~第四测温电阻元件R11~R14的在0℃的电阻值R11(0)~R14(0)、温度差的基准值ΔTd及ΔTu、以及ON保持时间(接通保持时间)Tr_timer。
输入第一~第四测温电阻元件R11~R14的初始电流值的数据的电源部32,利用内部的D/A变换器,在第一~第四测温电阻元件R11~R14流通对应的电流(模拟)I11~I14。在此,电流I12及I14是如上所述的微小的一恒定电流(例如2mA)。
步骤41中,控制部31从电压测定部33取得第一~第四测温电阻元件R11~R14的各自的两端的电压V11~V14(数字)。电压测定部33在规定的时间点,按照上述方式测定第一~第四测温电阻元件R11~R14的各自的两端的电压V11~V14(模拟),利用A/D变换器转换成数字数据,输出至控制部31。
步骤42中,控制部31根据在步骤41取得的电压V11~V14,按照上述计算式,计算出第一~第四测温电阻元件R11~R14的各自的温度T1~T4。
步骤43中,控制部31根据在步骤42求得的温度T1~T4,决定应该流通于第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13的电流值。具体而言,控制部31以成为T1-T2=ΔTd及T3-T4=ΔTu的方式进行反馈控制,决定流通于第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13的电流值。例如,若T1-T2>ΔTd,则控制部31将比现在的电流值I11还小的值决定为下个应流通的第一测温电阻元件R11的电流值。若T1-T2<ΔTd,则控制部31将比现在的电流值I11还大的值决定为随后应流通(下个应流通)的第一测温电阻元件R11的电流值。若T1-T2=ΔTd,则控制部31将与现在的电流值I11相同的值决定为随后应流通的第一测温电阻元件R11的电流值。同样地,关于第三测温电阻元件R13,若T3-T4>ΔTu,则控制部31将比现在的电流值I13还小的值决定为随后应流通的电流值,若T3-T4<ΔTu,则将比现在的电流值I13还大的值决定为随后应流通的电流值,若T3-T4=ΔTu,则将与现在的电流值I13相同的值决定为随后应流通的电流值。
步骤44中,控制部31将与在步骤43中决定的电流值对应的电流设定数据输出至电源部32。由此,如上所述,电源部32将与所输入的电流设定数据对应的电流,流通于第一~第四测温电阻元件R11~R14。
步骤45中,控制部31对现在的液面S与第1水平面Su及第2水平面Sd的位置关系进行确定。具体而言,若现在的电流值I11未满阈值Is1(I11<Is1),且现在的电流值I13未满阈值Is3(I13<Is3),控制部31则判断为液面S比第2水平面Sd还低(S<Sd)。若现在的电流值I11在阈值Is1以上(I11≧Is1),且现在的电流值I13未满阈值Is3(I13<Is3),控制部31则判断为液面S位于第1水平面Su与第2水平面Sd之间(Sd≦S≦Su)。若现在的电流值I11为阈值Is1以上(I11≧Is1),且现在的电流值I13为阈值Is3以上(I13≧Is3),控制部31则判断为液面S超过第1水平面Su(S>Su)。
步骤46中,控制部31输出与在步骤45得到的判断结果相应的液体供给信号SG。
具体而言,S<Sd时,控制部31向液体供给装置输出对容器T供给液体L的电平(例如,高电平)的液体供给信号SG。同时,控制部31从计时器35取得现在时刻,作为“开始时刻”存储于内部的RAM。如果已经存储着开始时刻的话,则予以保持。开始时刻,如后所述,至少在ON保持时间Tr_timer的期间,将液体供给信号SG保持为高电平,为了使液体供给装置维持液体L的供给而使用。
Sd≦S≦Su时,现在,液体供给信号SG为高电平,RAM没有存储开始时刻的话,则控制部31对液体供给装置输出使对容器T的液体L的供给停止的电平(低电平)的液体供给信号SG。若RAM存储有开始时刻(如后所述,这意味着尚未经过ON保持时间Tr_timer),则控制部31维持液体供给信号SG的高电平。
S>Su时,控制部31对液体供给装置输出使对容器T的液体L的供给停止的电平(低电平)的液体供给信号SG。这时,控制部31不判断RAM中是否存储有开始时刻,即,不考虑是否已经过ON保持时间Tr_timer,将液体供给信号SG设置为低电平。
步骤47中,控制部31判断现在是否正在监视ON保持时间Tr_timer的经过。具体而言,控制部31判断在RAM中是否存储有开始时刻。若没有存储有开始时刻,则判断为并没有正在监视时间经过,控制回到步骤41,重复上述步骤。若存储有开始时刻,则判断正在监视时间经过,控制转移到步骤48。
步骤48中,控制部31判断是否已经过ON保持时间Tr_timer。具体而言,控制部31从计时器35取得现在时刻,与RAM的开始时刻比较,判断是否已经过ON保持时间Tr_timer。若还没有经过,控制则回到步骤41,重复上述步骤。如果已经过,控制则转移到步骤49。
步骤49中,控制部31为了结束时间经过的监视,将存储在RAM的开始时间消去。之后,控制会回到步骤41,重复上述步骤。
再者,步骤40~49的一连串处理根据液位计30的电源被断开而结束。
如上,通过步骤40~49,液位计30可重复监视液面的位置,若液面S降低至比第2水平面Sd还低,则从外部的液体供给装置对容器T内供给液体,若液面S超过第1水平面Su,则停止从外部的液体供给装置对容器T内供给液体。由此,能够将容器T内的液体L的液面维持在适当的范围。
通过重复步骤40~49,第一测温电阻元件R11的电流值I11按照成为T1-T2=ΔTd的方式,被控制在阈值Is1附近,第三测温电阻元件R13的电流值I13按照成为T3-T4=ΔTu的方式,被控制在阈值Is3附近。其情况示于图6及图7中。
图6中,在I11>Is1(液面S是S>Sd)的状态下,气体G的排出导致液面下降,若成为S<Sd,则第一测温电阻元件R11的温度上升,在时刻t1成为T1-T2>ΔTd,电流I11逐渐减少(这时,开始液体的供给),成为I11<Is1,最后成为平衡状态(T1-T2=ΔTd)。之后,液体的供给导致液面上升,若第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12没于液体中,则第一测温电阻元件R11的温度降低,在时刻t2成为T1-T2<ΔTd,电流I11逐渐增大,成为I11>Is1,最后成为平衡状态(T1-T2=ΔTd)。这时,液体的供给维持到ON保持时间Tr_timer经过的时刻t3为止。电流I11每当液面S降低而成为S<Sd时,被按图6所示控制。再者,电流I12被维持为一定的值。
图7中,在I13<Is3(液面S是S<Su)的状态下,液体的供给导致液面上升,若成为S>Su,第三测温电阻元件R13没于液体中,则第三测温电阻元件R13的温度降低,在时刻t4成为T3-T4<ΔTu,电流I13逐渐增大(这时,液体的供给被停止),成为I13>Is3,最后成为平衡状态(T3-T4=ΔTu)。之后,气体G的排出导致液面S降低,若第三测温电阻元件R13及第四测温电阻元件R14从液体露出,则第三测温电阻元件R13的温度上升,在时刻t5成为T3-T4>ΔTu,电流I13逐渐减小,成为I13<Is3,最后成为平衡状态(T3-T4=ΔTu)。电流I13每当液面S上升而成为S>Su时,被按图7所示控制。此外,电流I14被维持为一定值。
如此,液位计30与第1实施方式相同,对自身发热用测温电阻元件(第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13)与周围温度测定用测温电阻元件(第二测温电阻元件R12及第四测温电阻元件R14)进行固定温度差驱动。即,按照将第一测温电阻元件R11与第二测温电阻元件R12配置在相同高度,将第三测温电阻元件R13与第四测温电阻元件R14配置在相同高度,T1-T2及T3-T4分别成为一定的方式,控制第一测温电阻元件R11及第三测温电阻元件R13的电流值,所以可以在不受周围温度的影响的情况下进行液面的检测,对测温电阻元件不施加必要以上的电力,能够实现長寿命化。再者,因为第一~第四测温电阻元件R11~R14,可以使用作为通用品的例如100Ω的铂测温电阻元件那样的相同规格的测温电阻元件,所以能够实现低成本化。
图2所示的构造为一个例子,只要是遵从上述的动作原理(多个测温电阻元件的固定温度差驱动)能够检测液面的构造即可。也可以与第1实施方式相同,仅仅将一对测温电阻元件配置在相同的高度,以测温电阻元件的位置为基准,检测出液面的位置。
再者,也可以根据用途,使用三对以上的测温电阻元件,以三种以上的位置为基准,检测液面的位置。
再者,为了测定周围温度而流通微小电流的测温电阻元件的数量,也可以比对电流值进行反馈控制的测温电阻元件的数量少。例如,图3中,也可以不具备第二测温电阻元件R12或者第四测温电阻元件R14。省略哪一个为任意。在不具备第二测温电阻元件R12的情况下,以T1-T4成为一定值(例如ΔTd)的方式对第一测温电阻元件R11的电流I11进行反馈控制即可。再者,所有的测温电阻元件从容器T内的液体L露出的状态下,若低温的液体从外部注入,则容器T内的液体L急剧温度变化,所以,图3中,将为了测定周围温度而流通微小电流的测温电阻元件设为一个时,优选留下第四测温电阻元件R14而不设置第二测温电阻元件R12。
再者,已经说明了控制部31执行从存储部34读出的程序的情况,但是,也可以通过ASIC、FPGA等的专用IC来实现控制部31。此时,可以通过一个IC或者多个IC来实现控制部31。例如,也可以通过IC来实现图4所示的各个功能块。
上述的图5的流程图是一个例子,可进行各种变更。例如,也可以在决定随后的电流值的处理(步骤41~步骤44)之前,执行对液面的位置进行确定的处理(步骤45~步骤46)。
再者,以成为固定温度差的方式对测温电阻元件的电流值进行反馈控制的方法,能够采用任意的方法。例如,以温度差T1-T2成为规定的值ΔTd的方式,根据前述计算式算出第一测温电阻元件R11的电流值,并将该值确定为应流通于第一测温电阻元件R11的随后的电流值亦可。同样地,以温度差T3-T4成为规定值ΔTu的方式,根据前述计算式算出第三测温电阻元件R13的电流值,并将该值确定为应流通于第三测温电阻元件R13的随后的电流值亦可。
ON保持时间Tr_timer只要是考虑了容器T的容量、液体供给装置的能力(每单位时间的供给量)等的条件等的适当值既可。ON保持时间Tr_timer=0、或者初始参数不包含ON保持时间Tr_timer亦可。此时,与时间经过的监视相关的处理不被执行既可。
ΔTd及ΔTu可以是分别具有规定的幅度的值。即,将Δ1及Δ2作为微小的值,T1-T2=ΔTd意味着ΔTd-Δ1<T1-T2<ΔTd+Δ1,T3-T4=ΔTu意味着ΔTu-Δ2<T3-T4<ΔTu+Δ2亦可。
周围温度测定用的第二测温电阻元件R12及第四测温电阻元件R14不限于测温电阻元件,只要是可测定温度者(温度测定元件)既可。例如,也可以是热电偶。
另外,测温电阻元件的温度与其电阻值是一对一对应,所以以第一测温电阻元件R11及第二测温电阻元件R12的电阻值的差、及第三测温电阻元件R13及第四测温电阻元件R14的电阻值的差,分别成为一定值的方式对电流I11及I13进行反馈控制亦可。这种情况下,在图5的流程图中,取代根据第一~第四测温电阻元件R11~R14的电压值计算出温度,而是利用V1j/I1j(j=1~4)计算出现在的电阻值即可。
在上述中,说明了本发明的液位计使用于液体原料气化供给装置中的情况,但是并不限定于此。本发明的液位计也能够使用于半导体用的容器罐(搬运气体用的容器)等。即,能够实现安装着本发明的液位计的容器、或者使用着该容器的气化器。
本次公开的实施方式是示例,本发明不限定于上述的实施方式。本发明的范围能够参照发明的详细说明的记载,通过请求专利保护的范围内的各请求保护项得到确定,并包含各请求保护项记载的文字的等同范围内的全部变更。
产业上的可利用性
根据本发明,通过对自身发热用测温电阻元件与周围温度测定用测温电阻元件进行固定温度差驱动,能够在不受周围温度的影响的情况下进行液面的检测,并且通过按固定温度差进行温度控制,能够提供不对测温电阻元件施加必要以上的电力且能够实现长寿命化的液面检测电路及液位计。

Claims (14)

1.一种液位计,该液位计具备:
被施加任意的大小的电流的第一测温电阻元件;
配置在所述第一测温电阻元件的附近的第一温度测定元件;
根据所述第一测温电阻元件的温度及所述第一温度测定元件的温度检测液面的位置的液面检测部,该液位计的特征在于,还具备:
被施加任意大小的电流的第二测温电阻元件,
配置在所述第二测温电阻元件的附近的第二温度测定元件,
检测所述第一测温电阻元件的温度、所述第一温度测定元件的温度、所述第二测温电阻元件的温度及所述第二温度测定元件的温度的温度检测部;
电流控制部,按照所述温度检测部检测到的所述第一测温电阻元件的温度与所述第一温度测定元件的温度的差成为第一定值的方式,决定施加到所述第一测温电阻元件的电流值;以及按照由所述温度检测部检测到的所述第二测温电阻元件的温度与所述第二温度测定元件的温度之差成为第二定值的方式,决定施加于所述第二测温电阻元件的电流值;和
电源部,将由所述电流控制部决定的电流值的电流施加到所述第一测温电阻元件,并将由所述电流控制部决定的施加于所述第二测温电阻元件的电流值的电流,施加于所述第二测温电阻元件,
所述液面检测部使用施加到所述第一测温电阻元件的电流值,判定所述第一测温电阻元件存在于液体中还是存在于液体外,并使用施加到所述第二测温电阻元件的电流值,判定所述第二测温电阻元件是存在于液体中还是存在于液体外,
所述第二测温电阻元件及所述第二温度测定元件,配置在比所述第一测温电阻元件及所述第一温度测定元件还高的位置,
若所述第一测温电阻元件的温度与所述第一温度测定元件的温度之差变得大于所述第一定值,则所述液面检测部输出应使液面上升的信号,
若所述第一测温电阻元件的温度与所述第一温度测定元件的温度之差变得小于所述第一定值,则所述液面检测部输出应使液面的上升停止的信号。
2.根据权利要求1所述的液位计,其特征在于:
所述第一温度测定元件,是被施加比施加于所述第一测温电阻元件的电流还小的电流的测温电阻元件。
3.根据权利要求1所述的液位计,其特征在于:
所述液面检测部,通过判定由所述电流控制部施加到所述第一测温电阻元件的电流值是否比规定的第一阈值还大,来判定所述第一测温电阻元件存在于液体中还是存在于液体外。
4.根据权利要求1所述的液位计,其特征在于:
还具备测定所述第一测温电阻元件的两端的电压的电压测定部,
所述温度检测部,根据由所述电压测定部测定的所述第一测温电阻元件的两端的电压,决定所述第一测温电阻元件的温度,
所述电流控制部,
在所述差大于规定的基准值时,将施加到所述第一测温电阻元件的电流值,决定为比正施加到所述第一测温电阻元件的电流值还小的值,
在所述差小于所述基准值时,将施加到所述第一测温电阻元件的电流值,决定为比正施加到所述第一测温电阻元件的电流值还大的值,
在所述差等于所述基准值时,将施加到所述第一测温电阻元件的电流值,决定为与正施加到所述第一测温电阻元件的电流值相同的值。
5.根据权利要求1所述的液位计,其特征在于:
所述液面检测部,在所述第一测温电阻元件的温度与所述第一温度测定元件的温度之差变成比所述第一定值还大后,在规定时间以内,所述第一测温电阻元件的温度与所述第一温度测定元件的温度之差变成比所述第一定值还小的情况下,不输出应使液面的上升停止的信号,维持应使液面上升的信号的输出。
6.根据权利要求5所述的液位计,其特征在于:
若所述第二测温电阻元件的温度与所述第二温度测定元件的温度之差变成比所述第二定值还小,则所述液面检测部输出应使液面的上升停止的信号。
7.根据权利要求1所述的液位计,其特征在于:
所述第一测温电阻元件、所述第二测温电阻元件、所述第一温度测定元件、及所述第二温度测定元件是铂测温电阻元件。
8.一种容器,其特征在于:
安装着权利要求1所述的液位计,利用所述液位计检测所收容的液体的液面。
9.一种气化器,其特征在于:
具备权利要求8所述的容器,气化的液体收容在所述容器中。
10.一种液位计,该液位计具备:
被施加任意的大小的电流的第一测温电阻元件;
配置在所述第一测温电阻元件的附近的第一温度测定元件;
根据所述第一测温电阻元件的温度及所述第一温度测定元件的温度检测液面的位置的液面检测部,该液位计的特征在于,还具备:
被施加任意大小的电流的第二测温电阻元件,
配置在所述第二测温电阻元件的附近的第二温度测定元件,
检测所述第一测温电阻元件的温度、所述第一温度测定元件的温度、所述第二测温电阻元件的温度及所述第二温度测定元件的温度的温度检测部;
电流控制部,按照所述温度检测部检测到的所述第一测温电阻元件的温度与所述第一温度测定元件的温度的差成为第一定值的方式,决定施加到所述第一测温电阻元件的电流值;以及按照由所述温度检测部检测到的所述第二测温电阻元件的温度与所述第二温度测定元件的温度之差成为第二定值的方式,决定施加于所述第二测温电阻元件的电流值;和
电源部,将由所述电流控制部决定的电流值的电流施加到所述第一测温电阻元件,并将由所述电流控制部决定的施加于所述第二测温电阻元件的电流值的电流,施加于所述第二测温电阻元件,
所述液面检测部使用施加到所述第一测温电阻元件的电流值,判定所述第一测温电阻元件存在于液体中还是存在于液体外,并使用施加到所述第二测温电阻元件的电流值,判定所述第二测温电阻元件是存在于液体中还是存在于液体外,
所述第二测温电阻元件及所述第二温度测定元件,配置在比所述第一测温电阻元件及所述第一温度测定元件还高的位置,
若由所述电流控制部施加到所述第一测温电阻元件的电流值变得小于规定的第一阈值,则所述液面检测部判定所述第一测温电阻元件存在于液体外,输出应使液面上升的信号,
若在输出应使液面上升的信号后,施加到所述第一测温电阻元件的电流值变得大于所述第一阈值,则所述液面检测部判定所述第一测温电阻元件存在于液体中,输出应使液面的上升停止的信号。
11.根据权利要求10所述的液位计,其特征在于:
所述液面检测部在输出应使液面上升的信号后的规定时间内,在由所述电流控制部施加到所述第一测温电阻元件的电流值变得大于所述第一阈值的情况下,不输出应使液面的上升停止的信号,维持输出应使液面上升的信号。
12.根据权利要求11所述的液位计,其特征在于:
若由所述电流控制部施加到所述第二测温电阻元件的电流值变得大于规定的第二阈值,则所述液面检测部无论是否在输出应使液面上升的信号后的规定时间内都输出应使液面的上升停止的信号。
13.一种容器,其特征在于:
安装着权利要求10所述的液位计,利用所述液位计检测所收容的液体的液面。
14.一种气化器,其特征在于:
具备权利要求13所述的容器,气化的液体收容在所述容器中。
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