CN110178002B - 液面计、具备该液面计的气化器以及液面检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液面计(20)，具备：测温电阻体(R11)；位于其上方的温度测定体(R12)；检测测温电阻体以及温度测定体的温度的温度检测部(27)；以测温电阻体和温度测定体成为预定的温度差的方式，确定流动于测温电阻体的电流值的电流控制部(28)；使确定的电流值的电流流动于测温电阻体的电源部(22)；以及检测液面的位置的液面检测部(29)，液面检测部通过流动于测温电阻体的电流值的预定的一定期间的变化幅度的正负、和变化幅度是否为预定的值以上，从而检测液面相对于测温电阻体的相对位置的变化。由此，能够高精度地检测液面的位置，而不会受到测温电阻体的特性偏差的影响。

Description

液面计、具备该液面计的气化器以及液面检测方法
技术领域
本发明涉及检测液面水平的液面计、基于由该液面计检测到的液面水平来适当地管理所容纳的液体量的气化器以及液面检测方法。另外，在气化器中，也包括液体贮存用的罐等，若为液体供给系统(液体供给装置)的罐，则既可以是在常温下使用的罐，也可以是在高温下使用的罐。
背景技术
以往，例如提出了向使用有机金属气相成长法(MOCVD：Metal Organic ChemicalVapor 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(以下亦称为气化器)的方案(例如专利文献1～3)。
这种液体原料气化供给装置是使TEOS(Tetraethyl orthosilicate)等液体原料在气化腔内加热而气化，并通过流量控制装置将气化后的气体控制成预定的流量并供给至半导体制造装置。而且，为了弥补使原料液体气化所造成的原料液体的减少，需要通过检测原料液体的液面，并供给减少的份量，从而控制液面。
作为检测原料液体液面的方法，例如已知有利用散热常数在液相和气相下不同的热式液面检测装置(专利文献4～6)。
在这种热式液面检测装置中，如图8所示，将分别封入有铂等测温电阻体(Resistive Temperature Detector)R1、R2的两根保护管P在竖直方向上插入容器C内，在一个测温电阻体R1中，为了通过自己发热而保持在比周围温度高的温度而使测温电阻体R1流动比较大的定电流I1(加热电流)，在另一个测温电阻体R2中，流动以能够测定周围温度的程度且能够无视发热大小的微小的恒定电流I2(周围温度测定用电流)。
如此一来，流动大电流I1的测温电阻体R1会发热。此时，测温电阻体处于液相L中的情况下的散热常数比处于气相G中的情况下的散热常数大，因此处于气相G中的情况下的测温电阻体的温度比处于液相L中的情况下高。
而且，此情形意味着气相中的测温电阻体的电阻值比液相中的测温电阻体的电阻值高，因此通过观测流动大电流的测温电阻体R1的电压输出与流动微小电流的测温电阻体R2的电压输出的差值(绝对值)，能够判别测温电阻体是位于液面的上方还是位于下方。即，能够判断在差值小的情况下测温电阻体处于液面下方，在差值大的情况下测温电阻体处于液面上方。
现有技术文献
专利文献
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：日本专利特许第3009809号公报
专利文献5：日本专利特许第5400816号公报
专利文献6：日本专利特开2001-99692号公报
在上述以往的液面检测中，由于通过将测温电阻体R1以及R2的电压差的大致瞬间值与预定的基准值(阈值)作比较而判断液相中或气相中，因此除了噪声等的影响所造成的误检测以外，也会受到所使用的测温电阻体的个体差异，即特性值的偏差所产生的影响而存在误检测的问题。例如，可以想到使用对测温电阻体R1输出高值者，且使用对测温电阻体R2输出低值者的情况，或者使用对测温电阻体R1输出低值者，且使用对测温电阻体R2输出高值者的情况。在前者的情况和后者的情况中，即使测温电阻体R1以及R2与液面的位置关系为相同的状态，前者的情况下的测温电阻体R1以及R2的电压差也会比后者的情况下大。虽通过对每个使用的测温电阻体设定适当的基准值，能够提高检测精度，但调整费时费工，不适合量产。
另外，由于使用配置在相同高度的两个测温电阻体，因此为了以多个n(n为正的正数值)的水平来检测液面位置，需要设置2n的测温电阻体，在n较大的情况下，存在测温电阻体会占据容器中较大空间的问题。
为了减少测温电阻体的数量，可以想到在不同的高度配置多个测温电阻体。将一个测温电阻体用于测定基准温度(流动微弱电流)，关于其他的测温电阻体，以与基准温度产生一定温度差的方式使电流值变化。通过将变化的各电流值的瞬间值与预定的基准值(阈值)作比较，能够检测液面位置。但是，该情况也如上所述受到测温电阻体的特性值偏差所产生的影响，存在误检测的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种解决上述问题，并能够高精度地检测液面的液面计、具备该液面计的气化器以及液面检测方法。
为了达到上述目的，本发明的第一方式所涉及的液面计，具备：第一测温电阻体；温度测定体，所述温度测定体配置在比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置；以及控制部，所述控制部利用所述温度测定体以及所述第一测温电阻体来检测液面的位置，所述控制部在流动于所述第一测温电阻体的电流值在预定的一定时间内变化预定的一定值以上时，检测到所述液面的位置从比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置，或者，检测到所述液面的位置从比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置。
也可以是，所述控制部包括温度检测部、液面检测部以及电流控制部，所述温度检测部检测出所述温度测定体以及所述第一测温电阻体的温度，所述电流控制部以通过所述温度检测部检测到的所述第一测温电阻体的温度与所述温度测定体的温度的温度差成为预定的第一值的方式，确定流动于所述第一测温电阻体的电流值，所述液面检测部根据流动于所述第一测温电阻体的电流值的变化检测所述液面的位置。
也可以是，上述液面计还具备电源部，所述电源部使由所述电流控制部确定的所述电流值的电流流动于所述第一测温电阻体。
也可以是，所述液面检测部为：若流动于所述第一测温电阻体的所述电流值在所述一定时间内的变化幅度为负值，且该变化幅度的绝对值为正的预定第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置，若所述变化幅度为正值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置。
也可以是，所述第一测温电阻体以及所述温度测定体通过支撑部件而被固定在水平方向。
也可以是，所述温度测定体为流动比流动于所述第一测温电阻体的电流值小的值的电流的测温电阻体。
也可以是，所述电流控制部为：在为了使所述温度差成为所述第一值而流动于所述第一测温电阻体的所述电流值比预定的上限值大的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值维持在所述上限值，在为了使所述温度差成为所述第一值而流动于所述第一测温电阻体的所述电流值比预定的下限值小的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值维持在所述下限值。
也可以是，上述液面计还具备电压测定部，所述电压测定部测定所述第一测温电阻体的两端的电压，所述温度检测部根据通过所述电压测定部测定的所述第一测温电阻体的两端的电压确定所述第一测温电阻体的温度，所述电流控制部为：在所述温度差比预定的基准值大的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值确定为比流动于所述第一测温电阻体的电流值小的值，在所述温度差比所述基准值小的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值确定为比流动于所述第一测温电阻体的电流值大的值，在所述温度差等于所述基准值的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值确定为与流动于所述第一测温电阻体的电流值相同的值。
也可以是，所述液面检测部在判断所述液面位于比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置的情况下，输出应当使所述液面上升的信号，所述液面检测部在判断所述液面位于比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置的情况下，输出应当使所述液面的上升停止的信号。
也可以是，上述液面计还具备第二测温电阻体，所述第二测温电阻体被施加任意大小的电流，所述第二测温电阻体配置在比配置所述温度测定体的位置低的位置，且配置在与配置所述第一测温电阻体的位置不同高度的位置，所述温度检测部检测所述第二测温电阻体的温度，所述电流控制部以通过所述温度检测部检测到的所述第二测温电阻体的温度与所述温度测定体的温度的温度差成为所述第一值的方式，确定流动于所述第二测温电阻体的电流值，所述电源部使由通过所述电流控制部确定的流动于所述第二测温电阻体的所述电流值的电流流动于所述第二测温电阻体，所述液面检测部为：若流动于所述第二测温电阻体的所述电流值的变化幅度为负值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第二测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述第二测温电阻体的位置低的位置，若流动于所述第二测温电阻体的所述电流值的变化幅度为正值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第二测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述第二测温电阻体的位置高的位置，所述液面检测部根据利用所述第一测温电阻体的所述液面的位置检测结果和利用所述第二测温电阻体的该液面的位置检测结果来检测该液面的位置。
也可以是，所述第二测温电阻体在竖直方向上配置在所述第一测温电阻体与所述温度测定体之间，所述液面检测部在判断所述液面在比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置的情况下，输出应当使所述液面上升的信号，所述液面检测部在判断所述液面在比配置所述第二测温电阻体的位置高的位置的情况下，输出应当使所述液面的上升停止的信号。
也可以是，所述第一测温电阻体、所述第二测温电阻体以及所述温度测定体为铂测温电阻体。
本发明的第二方式所涉及的气化器具备：安装有上述任一的液面计，并通过所述液面计检测所容纳的液体的液面的容器，气化的液体被容纳于所述容器。
本发明的第三方式所涉及的液面检测方法利用测温电阻体以及配置在比配置所述测温电阻体的位置高的位置的温度测定体来检测液面，所述液面检测方法包括如下步骤：在电流流动于所述测温电阻体的状态下，检测所述测温电阻体以及所述温度测定体的温度的步骤；以检测到的所述测温电阻体的温度与所述温度测定体的温度的温度差成为预定的第一值的方式，调整流动于所述测温电阻体的电流值的步骤；以及根据流动于所述测温电阻体的电流值在预定的一定时间内的变化幅度检测所述液面的位置的检测步骤，所述检测步骤包括如下步骤：若所述变化幅度为负值，且该变化幅度的绝对值为正的预定第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述测温电阻体的位置低的位置的步骤；以及若所述变化幅度为正值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述测温电阻体的位置高的位置的步骤。
发明效果
根据本发明的液面计、具备该液面计的气化器以及液面检测方法，能够高精度地检测液面位置，而不会受到所使用的测温电阻体的特性值偏差的影响。
通过对流动于测温电阻体的电流值设置上限，能够抑制尽管处于液相中但变动幅度超过基准值所造成的误检测。并且，通过对流动于测温电阻体的电流值设置下限，能够抑制尽管处于气相中但变动幅度超过基准值所造成的误检测。
附图说明
图1是表示具备本发明的实施方式所涉及的液面计的气化器的局部截面侧视图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的液面计的框图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的液面计的第一以及第二测温电阻体的配置的示意图。
图4是表示控制部的功能的框图。
图5是示意性地表示液相/气相判定原理的曲线图。
图6是表示图2的液面计的动作的流程图。
图7是表示实验结果的曲线图。
图8是表示以往的液面计的概略结构图。
符号说明
1 容器
2 支撑部
3 液体供给管
4 第一保护管
5 第二保护管
L 液相(液体)
G 气相(气体)
S 液面
20 液面计
21 控制部
22 电源部
23 电压测定部
24 存储部
25 计时器
26 时钟发生部
27 温度检测部
28 电流控制部
29 液面检测部
R11 第一测温电阻体(液面检测用)
R12 第二测温电阻体(基准温度)
具体实施方式
下面一边参照附图，一边对本发明所涉及的液面计、气化器以及液面检测方法的实施方式进行说明。另外，贯穿全部的图以及全部的实施方式，对相同或类似的构成部分标注了相同的符号。
图1表示具备本发明的实施方式所涉及的液面计的气化器的概略结构。气化器具备：容纳液体的容器1；支撑容器1的支撑部2；用于从液体供给装置(未图示)向容器1供给液体L的液体供给管3；配置于容器1的壁面的不同高度的第一保护管4以及第二保护管5；和用于使容器1内的液体L气化的加热器(未图示)。气化气体被供给至流量控制装置(未图示)。在第一保护管4以及第二保护管5中封入有后述的测温电阻体，用于测定温度。在图1中，液体L的液面S位于第一保护管4和第二保护管5之间。液面S随着液体L的气化而下降，通过由液体供给装置供给液体L而上升。液面S的上方空间是包含气化气体的气相G。
图2表示本发明的实施方式所涉及的液面计的概略结构。本实施方式所涉及的液面计20具备第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12、控制部21、电源部22、电压测定部23、存储部24、计时器25以及时钟发生部26。在图2中虽未图示，但液面计20也具备用于对各部分供给所需电力的电源等的、为了作为液面计发挥功能的必要构成要素。
第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12均是使用相当于由日本工业规格(JIS)或IEC规格规定的Pt100的铂测温电阻体，额定电阻值(0℃时)是100Ω。铂测温电阻体的电阻值与温度的关系线性变化，其变化率大，且再现性也优异，因此适用于测温电阻体。铂测温电阻体一般可由铂电阻元件、内部导线、绝缘物、保护管、端子等构成。
参照图3，将第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12分别封入到第一保护管4以及第二保护管5，并配置于容纳有液相(液体)L的容器1。第二测温电阻体R12以通常配置于气相(气体)G中的方式，配置在比配置第一测温电阻体R11的位置高的位置。在图3中，初始液面S0位于第一测温电阻体R11与第二测温电阻体R12之间。通过液体L气化后的气体从容器1排出，并被供给至外部装置(流量控制装置等)，液体L的液面从初始液面S0下降(用S表示下降后的液面位置)。
控制部21控制液面计20整体。控制部21例如由公知的半导体运算元件(CPU)以及半导体存储元件(RAM等)构成。控制部21所执行的预定程序存储于存储部24。当液面计20的电源接入时，控制部21从存储部24读取预定的程序并执行。如后述，控制部21以能够通过第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12检测液面的变化并根据液面的位置进行作为外部装置的液体供给装置向容器1内供给或停止供给液体的方式，向液体供给装置输出液体供给信号SG。
电源部22被从控制部21输入电流设定数据，分别使第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12中流动与输入的电流设定数据对应的电流I11以及I12。电源部22具备D/A转换器，生成与从控制部21接收的数字式电流设定数据对应的模拟电流I11以及I12。电源部22可以使用两组的公知的D/A转换器以及放大器来构成。
电压测定部23测定第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的各自两端的电压V11以及V12，并将测定值V11以及V12输出至控制部21。电压测定部23具备A/D转换器，测定值V11以及V12是根据模拟的电压生成的数字数据。电压测定部23也可使用公知的数字电压计IC或使用两组公知的放大器以及A/D转换器来构成。
存储部24也存储控制部21为了控制液面计20整体所需的参数的初始值。控制部21在执行上述的程序后马上从存储部24读取初始参数。
计时器25根据输入的时钟生成时刻数据，并输出至控制部21。时钟发生部26生成各部分的动作所需的时钟，并供给至各部分。
以下表示液面计20的工作原理。第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12在被通电时温度上升。通过铂测温电阻体的电阻值的温度线性，并根据第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的两端电压V11以及V12，能够算出第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的各自温度T1以及T2。具体而言，R1j(j＝1或2)的温度Tj(℃)可以利用0℃的电阻值R1j(0)以及当前的电流值I1j，通过
Tj＝{(V1j/I1j)-R1j(0)}/(α×R1j(0))…(式1)
算出。在此，α是将电阻值作为温度的一次函数时的温度系数(1/℃)。
若为铂测温电阻体Pt100，则α＝0.003851。另外，由于Pt100在0℃的电阻值R1j(0)为100Ω，因此若表记为V1j/I1j＝Rj，则上述的式1也可以记载成
Tj＝(Rj-100)/0.3851…(式2)。
在第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12中的第二测温电阻体R12中，流动微小的恒定电流(例如2mA)。另一方面，在第一测温电阻体R11中，流动比第二测温电阻体R12大的电流(加热电流)，通过自己发热而将第一测温电阻体R11保持在比周围温度高的温度，以T1-T2(T1>T2)成为预定值(例如T1-T2＝10(℃))的方式，调整(反馈控制)流动于第一测温电阻体R11的电流值。第二测温电阻体R12配置于气相中，相对于此，第一测温电阻体R11受到随着液面上下而周围环境(热传导性)发生变化所产生的影响。即，在流动恒定电流的状态下，对于T1，若第一测温电阻体R11处于液相L中则小(放热效果高)，若第一测温电阻体R11处于气相G中则大(放热效果低)。为了使T1-T2成为预定值，需要调整成：若第一测温电阻体R11处于液相L中，则增大电流值，若第一测温电阻体R11处于气相G中，则减小电流值。因此，通过为了将T1-T2维持为预定的值而应通电至第一测温电阻体R11的电流值来限定(指定、确定)液面S。
具体而言，参照图4所示的控制部21的功能框图，温度检测部27根据电压V1j(j＝1或2)以及上述的式1或式2算出当前的温度Tj(j＝1或2)，电流控制部28接收算出结果，以满足T1-T2＝ΔT的方式，使电流I11的值变化。即，电流控制部28以如下方式控制电源部22：若T1-T2>ΔT，则减小电流I11，若T1-T2<ΔT，则增大电流I11，若T1-T2＝ΔT，则维持当前的电流值。然后，温度检测部27、电流控制部28以及电源部22重复上述的反馈控制，液面检测部29在预定的期间存储第一测温电阻体R11的电流值的变动，并利用存储的数据来限定第一测温电阻体R11处于液相中或是处于气相中，并限定当前的液面S。即，液面检测部29检测处于比配置第一测温电阻体R11的位置高的位置的液面，或处于比配置第一测温电阻体R11的位置低的位置的液面。液面检测部29根据限定的液面位置来控制液体供给装置。
图5示意性地表示容器1内的液体的液面位置的变化以及伴随于此的第一测温电阻体R11的电流值I11的变化。图5表示如图3所示的液面S0从位于第一测温电阻体R11和第二测温电阻体R12之间的状态因液体气化而液面下降，一旦第一测温电阻体R11位于气相中，然后从液体供给装置供给液体，第一测温电阻体R11再次位于液相中的情况下的第一测温电阻体R11的电流变化。图5的最下面的记载表示第一测温电阻体R11的周围环境。配置于气相中的第二测温电阻体R12的电流值I12与时间经过无关地被维持在一定的微弱电流I0(例如2mA)。
最初，第一测温电阻体R11处于液相中，为了相对于第二测温电阻体R12维持在预定温度差的高温，第一测温电阻体R11的电流I11的值较大。在图5中，被上限值Imax限制。即，在第一测温电阻体R11中，不流动超过上限值Imax的电流。然后，虽暂时维持恒定的电流值Imax(此期间，第一测温电阻体R11处于液相中)，但当达到时刻t1时，电流I11的值开始减少。这是因为液体气化而液面下降，第一测温电阻体R11位于气相中。当第一测温电阻体R11位于气相中时，为了将第一测温电阻体R11相对于第二测温电阻体R12维持在预定温度差的高温，第一测温电阻体R11的电流I11为较小的电流值就足够了。在图5中，被下限值Imin限制。即，在第一测温电阻体R11中，不流动比下限值Imin小的电流。
第一测温电阻体R11在从稳定状态(例如处于液相中且被通电比较大的电流的状态)迁移至其他的稳定状态(例如处于气相中且被通电比较小的电流的状态)的期间，电流值会过渡性地变化。将第一测温电阻体R11的周围环境的变化(从液相中向气相中的变化或其相反的变化)所产生的第一测温电阻体R11的电流值变化称为过渡电流值变化。
以往，设定预定的阈值，若测温电阻体的电流值(瞬间值)大于阈值Ith，则判断处于液相中。若测温电阻体的电流值(瞬间值)小于阈值Ith，则判断处于气相中，判断液面比测温电阻体低。
相对于此，在本实施方式中，存储预定的期间Δt、电流值I11，算出期间Δt内的I11的过渡电流值变化的幅度ΔI，将该幅度与预定的阈值ΔA作比较。具体而言，过渡电流值变化减小，若其幅度ΔI(ΔI<0)满足ΔI≦-ΔA，则判断第一测温电阻体R11的周围环境从液相变化为气相。
在图5中，电流I11从时刻t1开始减小，但到达时刻t2之前，变化幅度小，为ΔI>-ΔA，当到达时刻t2时，成为ΔI≦-ΔA，判断第一测温电阻体R11处于气相中。接收判断为第一测温电阻体R11处于气相中的情况而能够从液体供给装置向气化器内供给液体。
当液体被供给至气化器内时，液面上升，第一测温电阻体R11再次位于液相中。这在图5中表示为时刻t3以后的电流值I11的增大。电流值I11从时刻t3开始增大，但在到达时刻t4之前，变化幅度小，为ΔI<+ΔA，当到达时刻t4时，成为ΔI≧+ΔA，判断第一测温电阻体R11的周围环境从气相变化为液相。接收判断为第一测温电阻体R11处于液相中的情况而能够停止液体的供给。
因此，只要适当地设定预定的阈值ΔA，就能够通过将过渡电流值变化的幅度ΔI与预定的阈值ΔA包括这些符号在内进行比较，从而限定第一测温电阻体R11的当前的周围环境(液相中或气相中)。
对于测温电阻体为了维持预定的温度差而应通电的电流量，即使为相同的周围环境，也会依测温电阻体而有偏差。因此，在将电流值的瞬间值与阈值作比较的方法中，其课题与上述同样，受到测温电阻体的特性偏差(例如使用输出高值者的情况或使用输出低值者的情况)的影响。在本发明中，由于不是使用电流值的瞬间值，而是利用预定期间中的一个测温电阻体(在上述中为第一测温电阻体R11)的测定数据(电流值)的变化幅度，因此不受测温电阻体的特性偏差的影响，能够高精度地判断液相/气相。
另外，之所以不将第一测温电阻体R11的电流I11设定为比上限值Imax大的值，是为了防止在第一测温电阻体R11流动大电流，且为了防止尽管第一测温电阻体R11处于液相中但变动幅度超过基准值所造成的误检测。另外，之所以不将第一测温电阻体R11的电流I11设定为比下限值Imin小的值，是为了防止尽管第一测温电阻体R11处于气相中但变动幅度超过基准值所造成的误检测。因此，虽优选设置上限值Imax以及下限值Imin，但在液面的检测中并不是不可缺少的。
图6表示控制部21所进行处理的流程图。下面参照图6来更具体地说明液面计20整体的动作。在此，如图3所示配置第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12，初始液面S0设为位于第一测温电阻体R11和第二测温电阻体R12之间。
在步骤30中，控制部21从存储部24读取控制参数(初始值等)，将控制参数中的用于限定第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的初始电流值的数据作为电流设定数据输出至电源部22。
并且，控制部21在存储部24中确保变量区域。作为变量，具有表示第一测温电阻体R11的周围环境的变量。在此，若为液相，则被设定为“0”，若为气相，则被设定为“1”。
在控制参数中，例如包括如下参数。
·表示第一测温电阻体R11的周围环境的变量初始值：在此设定为“0”。
·温度差的基准值ΔT：ΔT是正值，例如10℃。
·电流变化幅度的基准值ΔA：ΔA是正值，例如6mA。
·第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的电流I11以及I12的初始值：例如I11＝25(mA)，I12＝2(mA)。
·电流I11的上限值Imax以及下限值Imin：例如Imax＝30(mA)，Imin＝16(mA)。
·第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12在0℃的电阻值R11(0)以及R12(0)：若为Pt100，则均为100Ω。
输入第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的初始电流值数据的电源部22通过内部的D/A转换器向第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12流动对应的电流(模拟)I11以及I12。在此，电流I12如上所述是微小的恒定电流(例如2mA)，且维持其值。
在步骤31中，控制部21从电压测定部23获取第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的各自两端的电压V11以及V12(模拟)被A/D转换的数字数据。电压测定部23以预定的时序(例如50毫秒间隔)如上所述测定第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的各自两端的电压V11以及V12(模拟)，通过A/D转换器转换为数字数据，输出至控制部21。
在步骤32中，控制部21根据在步骤31获取的电压V11以及V12，通过上述的式1或式2算出第一测温电阻体R11以及第二测温电阻体R12的各自温度T1以及T2。
在步骤33中，控制部21根据在步骤32求得的温度T1以及T2来确定应流动于第一测温电阻体R11的电流值。具体而言，控制部21为了反馈控制使得T1-T2＝ΔT，确定流动于第一测温电阻体R11的电流值。例如，若T1-T2<ΔT，则控制部21将比当前的电流值I11大的值，且上限值Imax以下的值确定为下一个应流动的第一测温电阻体R11的电流值。若T1-T2>ΔT，则控制部21将比当前的电流值I11小的值，且下限值Imin以上的值确定为下一个应流动的第一测温电阻体R11的电流值。若T1-T2＝ΔT，则控制部21将与当前的电流值I11相同的值确定为下一个应流动的第一测温电阻体R11的电流值。
在步骤34中，控制部21将在步骤33确定的电流值存储于存储部24，将对应于该电流值的电流设定数据输出至电源部22。由此，电源部22如上所述，使对应于输入的电流设定数据的电流在第一测温电阻体R11流动。此时，第二测温电阻体R12的电流值维持初始值。如下所述，通过重复步骤34，存储预定的期间Δt、电流值I11。
在步骤35中，控制部21判断是否到达判定液面位置的时间(判定时间)。具体而言，判断从测定开始时刻或从上次的判定液面位置的时刻是否经过了预定的时间。预定的时间为例如500毫秒。在判断经过了预定的时间(到达判定时间)的情况下，控制转移至步骤36。在判断未经过预定的时间(未到达判定时间)的情况下，控制返回到步骤31，重复上述的步骤31～34，将50毫秒间隔的第一测温电阻体R11的电流值存储于存储部24。在此，使用存储部24的容量中的能够存储一定期间的测定值(电流值)的容量，在测定数据超过该容量的情况下，新的测定数据覆盖最旧的数据而存储。例如，存储测定数据的一定期间为30秒。被存储的测定数据全部被用于在后述的步骤36算出电流值的变化。即，Δt＝30(秒)。
对于预定时间的经过，能够通过预先从计时器25获取当前时刻并作为基准时刻加以存储，然后将从计时器25获取的时刻与基准时刻作比较来进行判定。在判定经过了预定时刻的情况下，通过将存储的基准时刻更新为此时的时刻，能够重复判定预定时间的经过。
在步骤36中，控制部21读取存储于存储部24的电流值，包含符号算出电流值变化(过渡电流值变化)的最大变化幅度ΔI。符号根据作为最大变化幅度的两个电流值的大小和测定它们的时间的前后关系进行确定。作为最大变化幅度的两个电流值的中，若测定时间为后面的值大，则符号为「正」，若测定时间为后面的值小，则符号为「负」。
在步骤37中，控制部21利用在步骤36确定的电流值的最大变化幅度ΔI来判定第一测温电阻体R11处于液相中或处于气相中。具体而言，若ΔI>0，ΔI≧+ΔA，则控制部21判断第一测温电阻体R11的周围环境从气相变化为液相，若ΔI<0，ΔI≦-ΔA，则控制部21判断第一测温电阻体R11的周围环境从液相变化为气相。若变化后的周围环境为液相，则对表示周围环境的变量设为“0”，若为气相，则对表示周围环境的变量设为“1”。在ΔI均未满足上述任一条件的情况下，控制部21什么都不做，对表示周围环境的变量维持所存储的值。
在步骤38中，控制部21读取表示周围环境的变量，输出对应于该值的液体供给信号SG。具体而言，若表示周围环境的变量为“1”，则由于第一测温电阻体R11处于气相中，因此控制部21向液体供给装置输出使液体L供给至容器1的电平(例如高电平)的液体供给信号SG。若表示周围环境的变量为“0”，则由于第一测温电阻体R11处于液相中，因此控制部21向液体供给装置输出使液体L向容器1的供给停止的电平(例如低电平)的液体供给信号SG。
步骤38之后，控制返回到步骤31。步骤31～38的一连串的处理通过关闭液面计20的电源而结束。
以上，通过步骤30～38，液面计20能够利用每500毫秒之前的30秒期间以50毫秒间隔测定的数据，以第一测温电阻体R11的位置作为基准，检测液面位置。因此，液面计20能够每500毫秒重复监视液面的位置，若液面S比配置第一测温电阻体R11的位置低，则使液体从外部的液体供给装置供给至容器1内，若液面S超过配置第一测温电阻体R11的位置，则使从外部的液体供给装置向容器1内的液体供给停止。由此，能够将容器1内的液体L的液面维持在适当的范围。
在上述中，说明了使用两个测温电阻体的情况，但并不限于此。按照用途，也可以使用三个以上的测温电阻体。例如，使用四个测温电阻体，只要将其中的一个配置于气相中以测定基准温度，将剩余的三个分别配置在不同的高度，就能够检测出液面的下限、上限以及溢出(overflow)。图7表示这样的使用例的实验结果。
在实验中，容器内配置有：配置于气相中，且用于测定基准温度的测温电阻体；以及在比配置该测温电阻体的位置低的位置，配置在不同的高度的三个测温电阻体。三个测温电阻体中的配置在最高位置的测温电阻体用于检测液面的溢出。配置在最低的位置的测温电阻体用于检测液面到达下限位置的情形。配置于它们中间的测温电阻体用于检测液面到达上限位置的情形。
在容器空的状态下，在将容器内的温度设定为约200℃的状态下，开始液体的供给，在供给液体直至液面位于溢出检测用测温电阻体以上后，停止液体的供给，将液体的气化气体排出至外部。这期间，将三个测温电阻体的各电流值与图6同样地控制在上限值和下限值之间。
在图7中，附记为“基准温度”的曲线图是用于测定基准温度的测温电阻体的检测温度(左侧的标度)。附记为“下限检测用”、“上限检测用”以及“溢出检测用”的曲线图是分别对应的测温电阻体的电流值(右侧的标度)。
当供给液体时，液面上升，达到比依次配置三个测温电阻体的位置高的位置，为了相对于基准温度维持预定的温度差，三个测温电阻体的电流值依次增大(经过约2分钟后)。因此，三个测温电阻体的各自电流值的最大变化幅度ΔI(ΔI>0)比电流变化量的基准值ΔA大(ΔI≧+ΔA)，检测到从气相中变化为液相中，判断液面位于比配置溢出检测用测温电阻体的位置靠上的位置。此时，之所以基准温度降低，是因为供给了比较低温的液体。
然后，随着时间经过，液面因气化而下降，经过约4分钟时，溢出检测用测温电阻体的电流值急剧降低，其最大变化幅度ΔI(ΔI<0)成为ΔI≦-ΔA，检测到溢出检测用测温电阻体从液相中出去至气相中(液面位置比配置溢出检测用测温电阻体的位置低)。此期间，上限检测用测温电阻体以及下限检测用测温电阻体的电流值也变动，但变动幅度的绝对值比ΔA小，能够判断它们的周围环境未变化(均处于液相中)。
随着时间经过，液面因气化而进一步下降，经过约5分半钟时，上限检测用测温电阻体的电流值急剧降低，其最大变化幅度ΔI(ΔI<0)成为ΔI≦-ΔA，检测到上限检测用测温电阻体从液相中出去至气相中(液面位置比配置上限检测用测温电阻体的位置低)。此期间，下限检测用测温电阻体以及溢出检测用测温电阻体的电流值也变动，但变动幅度的绝对值是比ΔA小，能够判断它们的周围环境未变化(溢出检测用测温电阻体处于气相中，下限检测用测温电阻体处于液相中)。
然后，随着时间经过，液面因气化而进一步下降，经过约8分半钟时，下限检测用测温电阻体的电流值急剧降低，其最大变化幅度ΔI(ΔI<0)成为ΔI≦-ΔA，检测到下限检测用测温电阻体从液相中出去至气相中(液面位置比配置下限检测用测温电阻体的位置低)。此期间，上限检测用测温电阻体以及溢出检测用测温电阻体的电流值也变动，但变动幅度的绝对值比ΔA小，能够判断它们的周围环境未变化(均处于气相中)。
这样，通过将三个以上的测温电阻体配置在不同的高度，能够更精密地检测液体的气化以及供给所造成的液面变化，能够更正确地控制液面位置。
上述列举的数值只不过是一例，其意并不限于此。用于判断的控制参数(ΔA、ΔT、Imax、Imin)只要考虑所使用的液体种类、气化器中的气相温度以及液相温度等来适当确定即可。取样时间、判定时间、Δt以及其间的数据存储容量等也同样确定即可。
图2所示的结构为一例，只要是能够按照上述的工作原理(根据测温电阻体的过渡电流值变化幅度进行判断)来判断测温电阻体的周围环境(液相或气相)，并检测液面位置的结构即可。
并且，对控制部21执行从存储部24读取的程序的情况进行了说明，但也可以将控制部21通过ASIC、FPGA等的专用IC来实现。在这种情况下，可以将控制部21通过一个IC来实现，也可以通过多个IC来实现。例如，也可以将图4所示的各个功能模块通过IC来实现。
在上述中，说明了假定在控制的开始时位于液相(表示周围环境的变量初始值为“0”)，检测液面，控制液体供给的情况。为了防止液体的过量供给而优选将初始的周围环境设为液相，但并不限于此。也可以假定成在控制开始时位于气相(表示周围环境的变量初始值为“1”)。
上述的图6的流程图为一例，可进行各种变更。例如，若为能够进行多重任务的环境，则也可以将测定并存储数据的处理(步骤31～34)以及判断液相/气相的处理(步骤36～38)作为单独的程序来实现。多个程序通过插入处理等，能够一边互相调整时序，一边并列执行。
在上述中，说明了从计时器25获取当前时刻，并判断经过时间的情况，但并不限于此。控制部21也可以通过对从时钟发生部26供给的时钟CLK的数进行计数来判断经过时间。
另外，在以形成一定的温度差ΔT的方式反馈控制测温电阻体的电流值的方法中，可以采用任意的方法。
另外，温度差ΔT可以是具有预定幅度的值。即，T1-T2是否等于ΔT也可以在预定的误差的范围内判断。例如，将δ设为微小的值，T1-T2＝ΔT的含义也可以是ΔT-δ<T1-T2<ΔT+δ。
基准温度测定用的第二测温电阻体R12并不限于测温电阻体，只要能够测定温度的部件(温度测定体)即可。例如，也可以是公知的热电偶。在使用热电偶测定温度的情况相下，需要冷接点补偿，但只要使用公知的技术(例如，中村黄三、“将数mV的直流信号高精度分解至一万分之一”，晶体管技术SPECIAL，CQ出版社，2015年7月1日发行，No.131，pp.47-62)即可。也可以使用内置冷接点补偿电路的A/D转换器IC(例如MAXIM社制的MAX6675或MAX31855)。
并且，只要在气化器(容器)内，则基准温度在哪个部位测定均可，也可以将传感器(例如封入有测温电阻体的棒状保护管)固定为水平，测定偏离容器中央的位置的温度。另外，也可以测定传感器的途中的部位、或气化器内部的内面上部或侧面等的温度。
在气化器中，还包括液体贮存用的罐等。若为液体供给系统(液体供给装置)的罐，则既可以是在常温下使用的罐，也可以是在高温下使用的罐。它们也能够适用本发明。
此次公开的实施方式为示例，本发明并不限于上述的实施方式。本发明的范围包含参考发明的详细的说明的记载而被权利要求书的各权利要求限定的、记载于各权利要求的语句的均等的范围内的所有变更。
产业上的可利用性
根据本发明，在具备测温电阻体以及配置在比测温电阻体高的位置的温度测定体的液面计中，在流动于测温电阻体的电流值在预定的时间内变化至一定值以上时，判定液面的位置超过配置测温电阻体的位置而变化，由此能够高精度地检测液面位置，而不会受到所使用的测温电阻体的偏差影响。

Claims (12)

1.一种液面计，具有：
第一测温电阻体；
温度测定体，所述温度测定体配置在比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置；以及
控制部，所述控制部利用所述温度测定体以及所述第一测温电阻体来检测液面的位置，
其特征在于，
所述控制部在流动于所述第一测温电阻体的电流值在预定的一定时间内变化了预定的一定值以上时，
检测到所述液面的位置从比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置；或者
检测到所述液面的位置从比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置，
所述控制部包括温度检测部、液面检测部以及电流控制部，
所述温度检测部检测出所述温度测定体以及所述第一测温电阻体的温度，
所述电流控制部以通过所述温度检测部检测出的所述第一测温电阻体的温度与所述温度测定体的温度的温度差成为预定的第一值的方式，确定流动于所述第一测温电阻体的电流值，
所述液面检测部根据流动于所述第一测温电阻体的电流值的变化检测所述液面的位置，
对于所述液面检测部，
若流动于所述第一测温电阻体的所述电流值在所述一定时间内的变化幅度为负值，且该变化幅度的绝对值为正的预定的第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置，
若所述变化幅度为正值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置。
2.根据权利要求1所述的液面计，其特征在于，
还具备电源部，所述电源部使由所述电流控制部确定的所述电流值的电流流动于所述第一测温电阻体。
3.根据权利要求1所述的液面计，其特征在于，
所述第一测温电阻体以及所述温度测定体通过支撑部件而被固定在水平方向。
4.根据权利要求1所述的液面计，其特征在于，
所述温度测定体为流动比流动于所述第一测温电阻体的电流值小的值的电流的测温电阻体。
5.根据权利要求1所述的液面计，其特征在于，
对于所述电流控制部，
在为了使所述温度差成为所述第一值而流动于所述第一测温电阻体的所述电流值比预定的上限值大的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值维持在所述上限值，
在为了使所述温度差成为所述第一值而流动于所述第一测温电阻体的所述电流值比预定的下限值小的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值维持在所述下限值。
6.根据权利要求1所述的液面计，其特征在于，
还具备电压测定部，所述电压测定部测定所述第一测温电阻体的两端的电压，
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体的两端的电压确定所述第一测温电阻体的温度，
对于所述电流控制部，
在所述温度差比预定的基准值大的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值确定为比流动于所述第一测温电阻体的电流值小的值，
在所述温度差比所述基准值小的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值确定为比流动于所述第一测温电阻体的电流值大的值，
在所述温度差等于所述基准值的情况下，将流动于所述第一测温电阻体的所述电流值确定为与流动于所述第一测温电阻体的电流值相同的值。
7.根据权利要求1所述的液面计，其特征在于，
所述液面检测部在判断所述液面位于比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置的情况下，输出应当使所述液面上升的信号，
所述液面检测部在判断所述液面位于比配置所述第一测温电阻体的位置高的位置的情况下，输出应当使所述液面的上升停止的信号。
8.根据权利要求2所述的液面计，其特征在于，
还具备第二测温电阻体，所述第二测温电阻体被施加任意大小的电流，
所述第二测温电阻体配置在比配置所述温度测定体的位置低的位置，且配置在与配置所述第一测温电阻体的位置不同的高度的位置，
所述温度检测部检测所述第二测温电阻体的温度，
所述电流控制部以通过所述温度检测部检测到的所述第二测温电阻体的温度与所述温度测定体的温度的温度差成为所述第一值的方式，确定流动于所述第二测温电阻体的电流值，
所述电源部使由所述电流控制部确定的流动于所述第二测温电阻体的所述电流值的电流流动于所述第二测温电阻体，
对于所述液面检测部，
若流动于所述第二测温电阻体的所述电流值的变化幅度为负值，且该变化幅度的绝对值为正的预定的第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第二测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述第二测温电阻体的位置低的位置，
若流动于所述第二测温电阻体的所述电流值的变化幅度为正值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述第二测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述第二测温电阻体的位置高的位置，
所述液面检测部根据利用所述第一测温电阻体的所述液面的位置的检测结果和利用所述第二测温电阻体的该液面的位置的检测结果来检测该液面的位置。
9.根据权利要求8所述的液面计，其特征在于，
所述第二测温电阻体以竖直方向配置在所述第一测温电阻体与所述温度测定体之间，
所述液面检测部在判断所述液面位于比配置所述第一测温电阻体的位置低的位置的情况下，输出应当使所述液面上升的信号，
所述液面检测部在判断所述液面位于比配置所述第二测温电阻体的位置高的位置的情况下，输出应当使所述液面的上升停止的信号。
10.根据权利要求8所述的液面计，其特征在于，
所述第一测温电阻体、所述第二测温电阻体以及所述温度测定体为铂测温电阻体。
11.一种气化器，其特征在于，具备：
安装有权利要求1所述的液面计，并通过所述液面计检测所容纳的液体的液面的容器，
气化的液体被容纳于所述容器。
12.一种液面检测方法，利用测温电阻体以及配置在比配置所述测温电阻体的位置高的位置的温度测定体来检测液面，其特征在于，包括：
在电流流动于所述测温电阻体的状态下，检测所述测温电阻体以及所述温度测定体的温度的步骤；
以检测到的所述测温电阻体的温度与所述温度测定体的温度的温度差成为预定的第一值的方式，调整流动于所述测温电阻体的电流值的步骤；以及
根据流动于所述测温电阻体的电流值在预定的一定时间内的变化幅度检测所述液面的位置的检测步骤，
所述检测步骤包括：
若所述变化幅度为负值，且该变化幅度的绝对值为正的预定的第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述测温电阻体的位置高的位置变化至比配置所述测温电阻体的位置低的位置的步骤；以及
若所述变化幅度为正值，且该变化幅度的绝对值为所述第二值以上，则检测到所述液面从比配置所述测温电阻体的位置低的位置变化至比配置所述测温电阻体的位置高的位置的步骤。
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