KR101809508B1 - 초음파 액체 수위 감지 시스템 - Google Patents

초음파 액체 수위 감지 시스템 Download PDF

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찰스 미카엘 버쳐
토마스 앤드류 슈타이들
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버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 밀봉된 컨테이너 내 액체의 수위를 측정하기 위한 초음파 센서 (예컨대, 압전 결정체) 및 컨테이너가 비어있는 상태에 근접할수록 프로브를 더 신뢰할 만하게 만들고 보다 정밀한 액체 수위 측정값을 가능케 하는 특징부를 갖는 초음파 프로브에 관한 것이다. 구체예는 프로브의 하단부에 더 가깝게 초음파 센서를 이격시키고, 더 빽빽한 세로 간격이 가능하도록 센서를 상쇄시키고, 중복을 위해 센서의 쌍을 매칭시키고, 하향 센서를 프로브의 하단부에 위치시켜 프로브에 의해 정확하게 측정될 수 있는 최소 액체 수위를 감소시키는 것을 포함한다. 프로브에 의해 정확하게 측정될 수 있는 최소 액체 수위를 추가로 감소시키기 위해 배수조가 또한 제공될 수 있다.

Description

초음파 액체 수위 감지 시스템{ULTRASONIC LIQUID LEVEL SENSING SYSTEMS}
관련 출원의 전후 참조
본 출원은 2014년 8월 29일 출원된 미국 가특허출원 62/043,668호의 이익을 주장한다. 2014년 1월 24일 출원된 공동-계류중인 미국 특허 출원 14/163,407호는 충분히 개시된 바와 같이 참조로서 포함된다.
발명의 배경
반도체 제작 공정은 엄격한 순도 요건을 충족해야 하는 화학적 시약의 이용을 수반한다. 이러한 액체 화학적 시약은 전형적으로 밀봉된 컨테이너 (예컨대, 앰풀)에 함유되어 화학적 시약의 오염을 막고 누수를 방지한다. 화학적 시약은 전형적으로 부식, 오염, 또는 압력 상승에 따른 누수를 피하기 위해 금속 대 금속 시일(metal-on-metal seal)을 이용한 금속 컨테이너 및 컨테이너 피팅부(container fittings)를 필요로 한다. 이러한 컨테이너에 저장된 화학적 시약을 이용할 때, 화학적 시약을 환경에 노출하지 않거나 오퍼레이터가 화학적 시약에 노출되지 않으며 컨테이너에 남아 있는 화학적 시약의 양을 측정할 수 있는 것이 종종 필요하다.
반도체 산업에서는 밀봉된 컨테이너 내 화학적 시약의 수위를 측정하기 위해 흔히 초음파 프로브를 이용한다. 전형적인 설계는 프로브 내의 도관의 길이를 따라 연속하여 정위된 다수의 초음파 센서, 예컨대 Dam 등에 의한 미국 특허 5,663,503호에 기재된 센서 및 배치를 포함한다. 신호 처리 장치 (예컨대, 제어기, 계량장치, 퍼스널 컴퓨터 등)는 전자 신호를 초음파 센서로 전송하고, 이는 차례로 도관을 통과하여 센서로 에코 백(echo back)되는 음파의 파열을 발생시킨다. 각각의 센서는 센서가 받은 에코 파를 전자 신호로 전환시키고, 전자 신호는 신호 처리 장치로 다시 전송된다. 이어서 신호 처리 장치는 전자 신호를 해석하여 에코 파의 세기 뿐만 아니라 에코 파의 방출 및 도착 사이에 경과된 시간을 측정한다. 도관의 특정부를 따라 정위된 각각의 센서에 대해, 초음파가 도관을 통해 이동하는 속도 및 에코 초음파의 세기는 도관의 일부가 화학적 시약 또는 가스 또는 증기를 함유하는지 여부에 따라 상이할 것이다 (즉, 소리는 가스 또는 증기에 비해 액체 매질을 통해 더 빠르게 이동한다). 이러한 방식으로, 신호 처리 장치는 도관의 길이를 따라 화학적 시약의 수위 및 이에 따라 컨테이너 내의 화학적 시약의 양을 측정할 수 있다.
일반적으로, 초음파 프로브 내에 배치된 더 많은 수의 초음파 센서는 화학적 시약 수위를 측정함에 있어서 증가된 정확도로 해석된다. 그러나 그러한 센서는 프로브의 하단부 근처나 아래에 있는 화학적 시약 수위를 정확하게 측정할 수 없다는 점에서 제한적이다. 이는 반도체 제작 공정 및 환경의 정확한 특성, 화학적 시약과 관련된 비용 및 컨테이너를 청소할 때 남은 화학적 시약의 폐기와 관련된 비용 때문에 문제가 된다.
따라서, 컨테이너 내의 소량 수준의 화학적 시약을 측정하는 능력을 지닌 초음파 프로브에 대한 요구가 당 분야에 존재한다.
발명의 개요
본 발명의 여러 특수한 양태가 하기에 개요된다.
양태 1. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가 피팅 어셈블리(fitting assembly)로부터 하향 연장되고 내측 튜브(inner tube) 및 배럴 내에 세로로 배치된 도관에 의해 규정된 내부 용적을 포함하는 배럴로서, 내측 튜브가 세로축 및 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖고, 배럴이 소정의 길이를 갖는 배럴; 및 배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성되고, 복수의 초음파 센서 각각이 수직 간격을 갖는 복수의 초음파 센서를 포함하고, 여기서, 복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고; 여기서, 복수의 초음파 센서가 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 상부 그룹 및 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 하부 그룹을 포함하고, 상부 그룹의 초음파 센서가 하부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부로부터 더 멀리 위치하고, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서의 수직 간격이 상부 그룹의 임의의 초음파 센서의 수직 간격보다 작은, 초음파 프로브.
양태 2. 양태 1에 있어서, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서가 하부 그룹의 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 수직으로 오프셋(offset)되는 초음파 프로브.
양태 3. 양태 2에 있어서, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서의 수직 오프셋이 하부 그룹의 다른 모든 초음파 센서의 수직 오프셋과 동일한 원주 방향에 있는 초음파 프로브.
양태 4. 양태 1 내지 3에 있어서, 상부 그룹 또는 하부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격이 동일한 초음파 프로브.
양태 5. 양태 4에 있어서, 상부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격이 동일하고 하부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격이 동일한 초음파 프로브.
양태 6. 양태 1 내지 5에 있어서, 복수의 초음파 센서가 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 중간 그룹을 포함하고, 중간 그룹의 초음파 센서가 하부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부로부터 더 멀리 그리고 상부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부에 더 가깝게 위치하고, 중간 그룹의 각각의 초음파 센서의 수직 간격이 상부 그룹의 임의의 초음파 센서의 수직 간격보다 작고 하부 그룹의 임의의 초음파 센서의 수직 간격보다 큰 초음파 프로브.
양태 7. 양태 1 내지 6에 있어서, 하부 그룹의 초음파 센서의 수직 간격이 0.3인치 (0.76 cm) 미만인 초음파 프로브.
양태 8. 양태 1 내지 7에 있어서, 하부 그룹이 적어도 4개의 초음파 센서를 포함하는 초음파 프로브.
양태 9. 양태 1 내지 8에 있어서, 하부 그룹이 배럴의 길이의 아래쪽 4분의 1 지점에 위치하고, 아래쪽 4분의 1 지점이 피팅 어셈블리의 원위에 있는 초음파 프로브.
양태 10. 양태 1 내지 9에 있어서, 복수의 초음파 센서가 컨테이너의 기저를 향해 음파를 방출하도록 배향된 하향 센서를 포함하는 초음파 프로브.
양태 11. 양태 10에 있어서, 하향 센서가 내측 튜브에 실질적으로 수직인 배럴의 디스크 캡 끝에 부착되어, 하향 센서가 배럴의 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 음파를 방출하도록 배향되는 초음파 프로브.
양태 12. 양태 10에 있어서, 컨테이너의 기저가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 배수조의 적어도 일부가 배럴과 수직으로 정렬하도록 정위된 배수조를 포함하는 초음파 프로브.
양태 13. 양태 12에 있어서, 배수조가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 초음파 프로브의 배럴의 세로축과 동축으로 정렬되는 초음파 프로브.
양태 14. 양태 12에 있어서, 배수조가 배럴의 직경보다 큰 직경을 갖는 초음파 프로브.
양태 15. 양태 1 내지 14에 있어서, 복수의 초음파 센서가 매칭된 쌍의 초음파 센서를 포함하고, 매칭된 쌍의 초음파 센서 각각이 배럴의 매칭된 높이에서 도관을 가로질러 서로 수평으로 배치된 제 1 및 제 2 초음파 센서를 포함하는 초음파 프로브.
양태 16. 양태 15에 있어서, 초음파 프로브가 전자 신호를 송신하고 복수의 초음파 센서로부터 전자 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되고, 적어도 하나의 제어기가 한 번에 매칭된 쌍의 제 1 및 제 2 초음파 센서 중 단 하나에 전자 신호를 송신하도록 프로그래밍된 초음파 프로브.
양태 17. 양태 16에 있어서, 초음파 프로브가 전자 신호를 송신하고 복수의 초음파 센서로부터 전자 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되고, 적어도 하나의 제어기가 한 번에 매칭된 쌍의 제 1 및 제 2 초음파 센서 중 단 하나에 전자 신호를 송신하도록 프로그래밍된 초음파 프로브.
양태 18. 양태 16에 있어서, 적어도 하나의 제어기가 각각의 매칭된 쌍의 초음파 센서 중 제 1 초음파 센서에 전기적으로 커플링된 제 1 제어기, 및 각각의 매칭된 쌍의 초음파 센서 중 제 2 초음파 센서에 전기적으로 커플링된 제 2 제어기를 포함하는 초음파 프로브.
양태 19. 양태 16에 있어서, 복수의 초음파 센서 중 각각의 초음파 센서가 복합 도체 차폐 케이블의 적어도 하나의 차폐되지 않은 와이어에 의해 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되는 초음파 프로브.
양태 20. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가 피팅 어셈블리로부터 하향 연장되고 내측 튜브 및 배럴 내에 세로로 배치된 도관에 의해 규정된 내부 용적을 포함하는 배럴로서, 내측 튜브가 세로축 및 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖고, 배럴이 소정의 길이를 갖는 배럴; 및 배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성된 초음파 센서를 포함하고, 여기서, 복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고; 여기서, 복수의 초음파 센서가 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 오프셋되는 적어도 하나의 센서를 포함하는, 초음파 프로브.
양태 21. 양태 20에 있어서, 복수의 초음파 센서 각각이 수직 간격을 갖고, 복수의 초음파 센서가 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 상부 그룹 및 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 하부 그룹을 포함하고, 상부 그룹의 초음파 센서가 하부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부로부터 더 멀리 위치하고, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서가 하부 그룹의 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 수직으로 오프셋되는 초음파 프로브.
양태 22. 양태 20 내지 21에 있어서, 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 오프셋되는 복수의 초음파 센서 각각이 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 수직으로 90도 오프셋되는 초음파 프로브.
양태 23. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가 피팅 어셈블리로부터 하향 연장되고 내측 튜브 및 배럴 내에 세로로 배치된 도관에 의해 규정된 내부 용적을 포함하는 배럴로서, 내측 튜브가 세로축 및 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖고, 배럴이 소정의 길이를 갖는 배럴; 및 배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성되고, 복수의 초음파 센서 각각이 수직 간격을 갖는 복수의 초음파 센서를 포함하고, 여기서, 복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고; 여기서, 복수의 초음파 센서가 컨테이너의 기저를 향해 음파를 방출하도록 배향된 하향 센서를 포함하는, 초음파 프로브.
양태 24. 양태 23에 있어서, 하향 센서가 내측 튜브에 실질적으로 수직인 배럴의 디스크 캡 끝에 부착되어, 하향 센서가 배럴의 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 음파를 방출하도록 배향되는 초음파 프로브.
양태 25. 양태 23 내지 24에 있어서, 컨테이너의 기저가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 배수조의 적어도 일부가 배럴과 수직으로 정렬하도록 정위된 배수조를 포함하는 초음파 프로브.
양태 26. 양태 25에 있어서, 배수조가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 초음파 프로브의 배럴의 세로축과 동축으로 정렬되는 초음파 프로브.
양태 27. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가 피팅 어셈블리로부터 하향 연장되고 내측 튜브 및 배럴 내에 세로로 배치된 도관에 의해 규정된 내부 용적을 포함하는 배럴로서, 내측 튜브가 세로축 및 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖고, 배럴이 소정의 길이를 갖는 배럴; 및 배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성된 복수의 초음파 센서를 포함하고, 여기서, 복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고; 여기서, 복수의 초음파 센서가 매칭된 쌍의 초음파 센서를 포함하고, 매칭된 쌍의 초음파 센서 각각이 배럴의 매칭된 높이에서 도관을 가로질러 서로 수평으로 배치된 제 1 및 제 2 초음파 센서를 포함하고; 초음파 프로브가 전자 신호를 송신하고 복수의 초음파 센서로부터 전자 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되고, 적어도 하나의 제어기가 한 번에 매칭된 쌍의 제 1 및 제 2 초음파 센서 중 단 하나에 전자 신호를 송신하도록 프로그래밍된, 초음파 프로브.
도면의 간단한 설명
본 발명의 구체예는 이하에서 첨부된 도면과 함께 기술될 것이며, 같은 번호는 같은 요소를 나타낸다.
도 1A는 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 초음파 프로브의 분해된 투시도이다.
도 1B는 도 1A의 초음파 프로브에서 라인 1B-1B에 따라 취해진 분해되지 않은 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구체예에 따라 컨테이너 상에 설치된 도 1A 및 1B의 초음파 프로브의 투시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 구체예에 따라 도 1A의 초음파 프로브에서 라인 1B-1B에 따라 취해진 분해되지 않은 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 예시적인 구체예에 따라 도 1A의 초음파 프로브에서 라인 1B-1B에 따라 취해진 분해되지 않은 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 구체예에 따라 도 1A의 초음파 프로브에서 라인 1B-1B에 따라 취해진 분해되지 않은 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적인 구체예에 따라 도 1A에 도시된 초음파 프로브의 투시도이다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
이어지는 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 구체예를 제공하며, 본 발명의 범위, 이용가능성, 또는 구성을 제한하려는 것이 아니다. 오히려, 이어지는 바람직한 예시적인 구체예의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 예시적인 구체예를 실현할 수 있는 설명을 당업자에게 제공할 것이다. 다양한 변경이 첨부된 청구범위에 개시된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며 요소의 기능 및 배열에서 이루어질 수 있다.
도면에서, 본 발명의 다른 구체예의 요소들과 유사한 요소들은 100의 값만큼 증가한 참조 번호에 의해 표시된다. 그러한 요소들은 본원에서 달리 언급되거나 묘사되지 않는 한 동일한 기능 및 특징을 갖는 것으로 간주되어야 하며, 따라서 그러한 요소들의 논의는 다수의 구체예에서 반복되지 않을 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 이용되는 용어 "도관"은 이를 통해 유체가 시스템의 2개 이상의 부품 간에 수송될 수 있는 하나 이상의 구조물을 의미한다. 예를 들어, 도관은 액체, 증기, 및/또는 가스를 수송하는 파이프, 관, 통로, 및 이의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 이용되는 용어 "유체 소통 관계"는 액체, 증기, 및/또는 가스가 부품들 간에 제어된 양상으로 (즉, 누수 없이) 수송될 수 있게 하는 2개 이상의 부품들 사이의 연결 특성을 나타낸다. 2개 이상의 부품이 서로 유체 소통 관계에 있도록 이들을 커플링하는 것은 용접, 플랜지 도관, 개스킷, 및 볼트의 이용과 같은, 당 분야에 알려진 임의의 적합한 방법을 수반할 수 있다. 2개 이상의 부품은 또한 이들을 분리시킬 수 있는 시스템의 다른 부품을 통해 함께 커플링될 수 있다.
본 발명을 기술하는 것을 돕기 위해, 지향성 용어가 본 발명의 일부를 기술하기 위해 본 명세서 및 청구범위에서 이용될 수 있다 (예컨대, 상부, 하부, 좌측, 우측 등). 이러한 지향성 용어는 단지 본 발명을 기술하고 청구하는 것을 돕고자 한 것이며, 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한하려는 것이 아니다. 또한, 도면에 관해 본 명세서에 도입된 참조 번호는 다른 특징에 대한 전후 사정을 제공하기 위해 본 명세서에서 추가의 설명 없이 하나 이상의 후속 도면에서 반복될 수 있다.
도 1A 및 1B는 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 초음파 프로브(100)를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 1A는 초음파 프로브(100)의 분해된 투시도를 나타내고, 도 1B는 도 1A에서 라인 1B-1B에 따라 취해진 초음파 프로브(100)의 분해되지 않은 단면도를 나타낸다. 점선 1D는 프로브(100)의 세로축을 나타낸다.
초음파 프로브(100)는 시일 피팅 부재 (102a 및 102b), 가요성 커넥터(가요성 커넥터)(104), 케이블 시스(cable sheath)(106), 숄더부(113)를 지닌 목 튜브(108), 및 배럴(123)을 포함한다. 본원에서 더욱 상세하게 논의되는 대로, 시일 피팅 부재(102a 및 102b)는 초음파 프로브(100)를 컨테이너(159)에 고정시키는 시일 피팅 어셈블리(157)의 일부이다. 예컨대 그 교시가 본원에 참조로서 포함되는 2014년 1월 24일 출원된 공동-계류중인 관련 미국 특허 출원 일련번호 14/163,407호에 개시된, 예시적인 구체예에서, 시일 피팅 어셈블리(157)는 페이스 시일 피팅 어셈블리이고, 이 때 시일 피팅 부재(102a)는 쓰루 홀(103)을 지닌 페이스 시일 피팅 글랜드이고, 시일 피팅 부재(102b)는 4분의 3인치 (19.1 mm)의 육각 너트를 갖는 표준 크기의 페이스 시일 피팅부이다. 이러한 구체예에서, 시일 피팅 부재(102b)는 시일 피팅 부재(102a)의 립(149) 상에 놓이고, 쓰루 홀(103)을 통해 뽑힌 축 주위로 시일 피팅 부재(102a)에 대해 회전할 수 있다. 대안적인 구체예에서, 당업자에게 자명한 바와 같이, 시일 피팅 부재들(102a 및 102b)은 더 긴 글랜드, 2분의 1인치 (12.7 mm) 또는 비표준 크기의 페이스 시일 피팅부, 및/또는 시일 피팅 부재(102a)에 결합된 시일 피팅 부재(102b)와 같은, 다른 치수 및 특징을 지닐 수 있다. 유사하게, 시일 피팅 어셈블리(157)에, 예를 들어 표면 실장 C-시일 (surface mount C-seal)과 같은 다른 유형의 피팅부를 이용할 수 있다.
시일 피팅 부재(102a)는 가요성 커넥터(104) 및 케이블 시스(106)에 커플링된다. 목 튜브(108)는 상부 개구를 규정하는 상단부(110), 하부 개구를 규정하는 하단부(112), 및 측벽(114)을 포함한다. 이러한 구체예에서, 목 튜브(108)의 숄더부(113)는 상부 개구를 규정하는 상단부(118) 및 하부 개구를 규정하는 하단부(120)를 갖는 숄더 튜브(116)를 포함한다. 도 1A에 도시되고 공동-계류중인 관련 미국 특허 출원 일련 번호 14/163,407호에 기재된 바와 같은 예시적인 구체예에서, 숄더 튜브(116)는 원뿔형이고, 목 튜브(108)에서 배럴(123)의 외측 튜브(122)로의 매끄러운 이행을 제공한다. 목 튜브(108)의 하단부(112)는 숄더 튜브(116) 내에 배치되고, 숄더 튜브(116)는 목 튜브(108)의 측벽(114)에 커플링된다. 다른 구체예에서, 숄더부(113)를 포함하는 전체 목 튜브(108)는 단일한 통합부로 형성될 수 있다. 목 튜브(108)의 상단부(110)는 시일 피팅 부재(102a)의 쓰루 홀(103) 내와 가요성 커넥터(104) 내에 배치된다.
배럴(123)은 외측 튜브(122), 내측 튜브(132), 및 디스크 캡(disc cap)(140)을 포함한다. 외측 튜브(122)는 상부 개구를 규정하는 상단부(124), 하부 개구를 규정하는 하단부(126), 측벽(128), 및 상단부(124)에 가까운 측벽(128)에 배치된 쓰루 홀(130)을 지닌다. 외측 튜브(122)의 상단부(124)는 숄더 튜브(116)의 하단부(120)에 커플링된다.
내측 튜브(132)는 상부 개구를 규정하는 상단부(124), 하부 개구를 규정하는 하단부(136), 및 측벽(138)을 포함한다. 이러한 예시적인 구체예에서, 상단부(134)는 하단부(136)에 의해 규정된 하부 개구에 대략 수직인 상부 개구를 규정한다. 내측 튜브(132)는 도관(144)을 규정한다 (도 1B 참조). 본 발명의 다른 구체예에서, 도관은 초음파 프로브(100)의 경우처럼, 완전히 에워싸이지 않을 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, "소리 굽쇠" 유형 배럴을 지니는 (즉, 아래로 연장되는 2개의 이격된 부재를 지니는) 프로브에서, 도관은 2개의 이격된 부재 사이에 위치한 공간을 포함할 수 있었다.
디스크 캡(140)은 개구를 규정하는 내측 림(inner rim)(142)을 포함한다. 어셈블링된 배치에서, 내측 튜브(132)의 전체는 외측 튜브(122) 내에 배치되고, 내측 튜브(132)의 상단부(134)는 측벽(128)에 배치된 쓰루 홀(130)과 정렬되며, 내측 튜브(132)의 하단부(136)는 외측 튜브(122)의 하단부(126)와 정렬된다. 내측 튜브(132)의 상단부(134)는 측벽(128)에 커플링된다. 디스크 캡(140)은 외측 튜브(122)의 하단부(126) 및 내측 튜브(132)의 하단부(136)에 커플링됨으로써, 외측 튜브(122)의 하단부(126)를 내측 튜브(132)의 하단부(136)에 커플링시킨다.
도관(144)은 배럴(123) 내에 배치되고, 내측 튜브(132)의 하단부(136)에 의해 규정된 하부 개구를 지닌다 (하부 개구는 또한 디스크 캡(140)의 내측 림(142)에 의해 규정된 것으로 간주될 수 있다)(도 1B를 참조하라). 배럴(123)이 컨테이너에 삽입될 때 (도 2의 컨테이너(159)를 참조하라), 도관(144)은 액체가 도관(144)을 통해 흐를 수 있도록 액체를 보유하고 있는 컨테이너의 내부 용적과 유체 소통 관계에 있다.
외측 튜브(122)의 측벽(128) 및 내측 튜브(132)의 측벽(138)은 그 사이에 내부 용적(146) (즉, 구획)을 규정하는데, 이러한 내부 용적은, 도시된 대로, 디스크 캡(140)에도 결합된다. 내부 용적(146)은 도관(144)으로부터 격리되어 (즉, 내부 용적(146)은 도관(144)과 유체 소통 관계에 있지 않다) 도관(144)을 통해 흐르는 어떠한 유체도 내부 용적(146)으로 들어갈 수 없다.
복수의 초음파 센서(156)는 배럴(123)의 내부 용적(146) 내에 배치된다. 한 예시적인 구체예에서, 복수의 초음파 센서(156)는 내측 튜브(132)의 측벽(138)에 커플링된 12개의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및, 일부 구체예에서, 측벽(138)에 커플링되고, 대안적인 구체예에서 디스크 캡(140)에 커플링된 초음파 센서(177)를 포함한다. 이러한 구체예에서, 복수의 초음파 센서(156a 내지 156l)는 각각, 에폭시로, 측벽(138)에 결합되고, 초음파 센서(177)는 디스크 캡(140)에 결합된다. 이에 따라, 초음파 센서(156a 내지 156l)는 측벽(138)을 향한 방향으로 (예컨대, 세로축 1D에 수직임) 음파를 방출하도록 배향되고, 초음파 센서(177)는 디스크 캡(140)의 방향으로 (예컨대, 세로축 1D에 평행함) 음파를 방출하도록 배향된다. 양면 테이프 또는 그 밖의 접착제와 같은, 커플링을 위한 다른 적합한 수단이 또한 이용될 수 있다. 그 밖의 구체예에서, 복수의 초음파 센서(156)는 더 많거나 더 적은 수의 센서를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 복수의 초음파 센서(156)는 적어도 5개의 초음파 센서를 포함한다. 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)는, 예를 들어, 압전 결정체와 같은 당업자에게 알려진 임의의 적합한 초음파 센서로 수행될 수 있다. 복수의 초음파 센서(156a 내지 156l) 중 각각의 초음파 센서는 측벽(138) 및 도관(144) (그리고 그 안에 존재하는 임의의 액체)을 통해 음파를 방출하고 에코 백되는 음파를 검출하도록 배향된다. 초음파 센서(177)는 디스크 캡(140)을 통해 컨테이너(159)의 기저(179)의 내면(178) (그리고 그 안에 존재하는 임의의 액체)에 음파를 방출하고 에코 백되는 음파를 검출하도록 배향된다.
이러한 구체예에서, 센서(156a 내지 156l)는 세로축 1D에 평행한 측벽(138)에 부착된 것으로 도시된다. 대안적인 구체예에서, 센서(156a 내지 156l)는 세로축 1D에 수직이 아닌 방향으로 파를 방출하도록 배향되지 않을 수 있는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 센서(156a 내지 156l)가 도관(144)에서 액체의 존재를 검출하도록 배향되는 것은 중요하다. 유사하게, 초음파 센서(177)는 세로축 1D에 평행하지 않은 축을 따라 음파를 방출하고 수신하도록 배향될 수 있었다. 그러나, 하향 초음파 센서(177)가 배럴(123)의 바닥과 컨테이너(159)의 기저(179) 사이의 공간을 채우는 액체의 존재를 검출할 수 있도록 배향되는 것은 중요하다.
복수의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)의 각각의 초음파 센서는 내부 용적(146)으로부터, 목 튜브(108)를 통해, 그리고 케이블 시스(106)를 통해 연장되는 배선(158) (하나 이상의 와이어 포함)을 포함한다. 배선(158)은 제어기(109)에 플러깅된 커넥터(107)에서 끝난다 (도 2를 참조하라).
제어기(109)는 전자 신호를 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)로 전송하고, 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)로부터 전자 신호를 수신하고, 초음파 프로브(100)가 삽입되어 있는 컨테이너(159) 내 액체의 수위를 결정하는, 프로그래밍할 수 있는 데이터 처리 장치이다. 이러한 구체예에서, 제어기(109)는 하나 이상의 마이크로프로세서 (도시되지 않음), 파워 서플라이 (도시되지 않음), 커넥터(107)를 수용하기 위한 하나 이상의 입/출력 포트 (도시되지 않음), 및 컨테이너 내 액체량의 시각적 표시를 제공하는 발광 다이오드 (LED) 계량장치 또는 액정 디스플레이(LCD)(111)를 포함한다. 대안적인 구체예에서, 제어기(109)는 그 밖의 입/출력 포트 및/또는 컨테이너 내 액체의 수위를 나타내기 위한 그 밖의 청각 및 시각 메카니즘을 포함할 수 있다. 유사하게, 제어기(109)는 제어 소프트웨어를 실행시키는 퍼스널 컴퓨터를 포함하는, 어떠한 유형의 프로그래밍할 수 있는 데이터 처리 장치로도 실현될 수 있다.
복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177) 중 각각의 초음파 센서에 대해, 제어기(109)는 전자 신호 (예컨대, 하나 이상의 전자 펄스)를 배선(158)을 통해 초음파 센서로 전송하고, 이는 초음파 센서로 하여금 음파를 방출하도록 한다 (즉, 압전 결정체 오실레이트(oscillate)). 그 후 초음파 센서는 에코된 음파를 수신하고, 에코 파를 전자 신호로 전환시켜 배선(158)을 통해 제어기(109)로 다시 전송한다. 바람직한 구체예에서, 제어기(109)는 일련의 다중 펄스 (예컨대, 20 펄스)를 초음파 센서(156 및 177) 중 개개의 하나에 전송하고, 초음파 센서는 펄스에 상응하는 음파를 방출시킨다. 제어기(109)는 소정의 기간 (예컨대, 타임 윈도) 동안 기다려서 초음파 센서가 방출된 음파로부터 돌아오는 임의의 에코 파를 수신하게 할 수 있다. 에코 파가 초음파 센서에 의해 수신되면, 센서는 제어기(109)로 전송되는 신호를 발생시킨다 (예컨대, 수신된 에코 파의 주파수 및 세기에 기반한 주파수 및 세기의 압전 결정체 오실레이트). 어떠한 에코 파가 타임 윈도에 수신되는지에 기반하여 (예컨대, 초음파 센서에 의해 생성되는 임의의 신호의 주파수 및/또는 세기에 기반하여), 제어기(109)는 액체가 도관(144)에 존재하는 지를 주어진 초음파 센서에서 결정한다. 전형적으로, 어떠한 액체도 존재하지 않을 때, 에코 파는 타임 윈도에서 초음파 센서에 의해 거의 또는 전혀 감지되지 않을 것이고 (예컨대, 압전 결정체 진동의 세기는 매우 낮거나, 전혀 없을 것이다), 액체가 존재할 때, 에코 파는 주파수 및 세기에 있어서 일반적으로 전송된 파와 유사하다. 타임 윈도가 만료되면, 제어기(109)는 일련의 다중 펄스를 다음 하나의 초음파 센서에 전송하여 다음 수준의 초음파 프로브(100)에서 액체의 존재를 감지한다.
앞서 논의된 대로, 제어기(109)는 수신된 신호의 세기, 및 전자 신호를 초음파 센서로 송신하고 초음파 센서로부터 전자 신호를 수신하는데 걸린 시간을 해석하여 특정 센서가 배치된 도관(144)의 일부에 액체가 존재하는지 여부를 결정한다. 따라서, 복수의 초음파 센서(156)를 이용하여, 제어기(109)는 도관(144)의 길이에 따른 액체의 수위 및 이에 따라 배럴(123)이 삽입된 컨테이너 내 액체량을 결정할 수 있다. 유사하게, 초음파 센서(177)를 이용하여, 제어기(109)는 디스크 캡(140)(예컨대, 초음파 프로브(100)의 바닥 끝) 및 컨테이너(159)의 기저(179)의 내면(178) 간의 거리, D5를 채우는 액체의 유무를 결정할 수 있다. 복수의 초음파 센서(156)의 각각의 센서 및 초음파 센서(177)은 LED 계량 장치(111)의 LED에 의해 표시되어 컨테이너 내 액체량의 시각적 표시를 제공할 수 있다 (예컨대, 액체가 특정 센서에 의해 검출될 때에만 각각의 LED가 밝아진다).
디스크 캡(140)(예컨대, 초음파 프로브(100)의 바닥 끝) 및 컨테이너(159)의 기저(179)의 내면(178) 간의 거리, D5는 액체가 초음파 프로브(100)에 의해 측정되는 도관(144)으로 흐를 수 있도록 0이 아닌 값이므로, 측벽(138) 및 도관(144)을 통해 음파를 방출하도록 배향된 복수의 초음파 센서(156) 중 바닥 초음파 센서 (예컨대, 초음파 센서(156l))는 컨테이너의 기저의 내면(178) 위의 일정한 거리에 있을 것이다. 따라서, 초음파 프로브(100)는 컨테이너(159) 내 액체의 정확한 수위를 측정함에 있어서 일부 고유의 부정확성을 지닐 것이다. 이에 따라, 기재된 구체예는 디스크 캡(140)(예컨대, 초음파 프로브(100)의 바닥 끝) 및 컨테이너(159)의 기저(179)의 내면(178) 간의 간격, D5에 존재하는 액체의 수위를 결정하기 위해 바람직하게 초음파 센서(177)를 이용할 수 있다. 디스크 캡(140) 및 컨테이너(159)의 기저(179)의 내면(178) 간의 간격, D5는 상이한 컨테이너 간에 달라질 수 있지만, 프로브(100)는 바람직하게는 내면(178)에 접촉하지 않는다. 초음파 센서(177)를 이용함에 의해, 초음파 프로브(100)는 컨테이너(159)의 가득 찬 수위를 검출함에 있어서 개선된 정확성을 갖는다 (예컨대, 컨테이너(159)의 완전히 빈 상태에 가까운 수위를 검출함에 의해). 초음파 센서(177)는 초음파 프로브(100)의 바닥에 배치되어, 초음파 에너지 신호를 컨테이너(159)의 기저(179)의 내면(178)을 향해 아래로 방출시킴으로써, 초음파 센서(177)로 하여금 컨테이너(159)가 완전히 비어 있음에 매우 가까운 상태임을 나타내는, 액체가 초음파 프로브(100)와 내면(178) 사이에 더 이상 존재하지 않을 때를 검출할 수 있게 하고, 컨테이너(159) 내 액체를 완벽에 가깝게 사용할 수 있게 한다. 따라서, 기재된 구체예는 유해 폐기물로서 제거하고 폐기하기 위해 종종 고비용이 되는 사용되지 않은 액체의 잔류 "힐(heel)"을 회피한다. 추가로, 공급업체는 새로운 컨테이너 함대 (예를 들어, 보다 낮은 잔류 액체 수위를 측정하기 위한 배수조가 있는 새로운 컨테이너)를 제공할 필요가 없고, 오히려 공급업체는 단지 초음파 프로브를 현존하는 컨테이너로 업그레이드할 수 있다.
제어기(109)는 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177) 중 전부가 아닌 초음파 센서(156a 내지 156l)로 동시에 신호를 전송하고 신호를 수신하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 특징은 배선(158)을 위해 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)가 개별적으로 차폐될 필요를 없애고, 또한 초음파 센서들(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)가 더 가깝게 함께 배치될 수 있다. 종래 시스템에서, 초음파 센서를 제어기에 연결시키는 배선은 전형적으로, 전자 신호들이 프로브의 모든 초음파 센서로 그리고 모든 초음파 센서로부터 동시에 전송됨으로 인해 초래된 간섭 (즉, 혼선)을 막기 위해 개별적으로 차폐된다. 예를 들어, 전형적인 종래 설계에서 각각의 초음파 센서의 배선은 내부 도체가 초음파 센서로의 신호 라인으로서 기능하고 외부 차폐부가 접지 (예컨대, 프로브의 강철 튜브에 접지됨) 및 초음파 센서로부터의 신호 복귀부로서 기능하는 동축 케이블을 포함할 수 있다. 종래 시스템에서, 프로브 내 초음파 센서들은 또한 동시에 음파를 방출시키는 초음파 센서로부터 초래된 간섭을 피하기 위해 더욱 떨어지도록 간격을 두어야 한다. 이러한 각각의 특징들 (즉, 다수의 차폐 케이블로부터 추가된 벌크 및 센서들간 더 큰 간격)은 프로브 및 관련 하드웨어의 크기를 증가시키지 않으면서 프로브에 배치될 수 있는 초음파 센서의 수를 제한한다.
바람직한 구체예에서, 제어기(109)는 한 번에 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177) 중 하나의 초음파 센서에 신호를 전송하고 이로부터 신호를 수신하도록 프로그래밍되거나 달리 작동적으로 구성된다. 예를 들어, 제어기(109)는 먼저 전자 신호를 초음파 센서(156a)로 전송하고 초음파 센서(156a)로부터의 복귀 신호의 수신을 기다린 다음, 전자 신호를 초음파 센서(156b)로 전송하고 초음파 센서(156b)로부터의 복귀 신호의 수신을 기다리고, 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)의 각각의 초음파 센서에 대해서도 그렇게 하도록 프로그래밍될 수 있다. 처음으로 전자 신호를 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177) 각각으로 전송하고 이로부터 전자 신호를 수신한 후에 (예를 들어, 비록 다른 순서도 가능하지만, 초음파 센서(156a)에서 시작하고 초음파 센서(177)에서 끝난다), 제어기(109)는 전자 신호를 재차 초음파 센서(156a) 및 복수의 초음파 센서(156) 각각으로 전송하고 이로부터 전자 신호를 수신하며, 초음파 프로브(100)가 동작하고 있는 한 이러한 순서를 반복한다. 이러한 방식으로, 각각의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)에 대한 배선(158)간 그리고 초음파 센서 자신들간 간섭 가능성이 크게 감소되거나 제거되는데, 그 이유는 초음파 센서들(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)가 모두 동시에 음파를 방출하거나 수신하는 것이 아니고 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)의 각각에 대한 배선(158)이 동시에 전자 신호를 보내는 것이 아니기 때문이다.
복수의 초음파 센서(156 및 177)를 작동시키는 이러한 방법은 배선(158)을 위해 각각의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)가 개별적으로 차폐될 필요를 없애고 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)가 종래 시스템보다 더욱 가깝게 함께 배치될 수 있게 하는데 (즉, 심지어 도 1B에 도시된 것보다 더욱 가깝게), 이러한 두 가지 사항 모두는 더 많은 수의 초음파 센서가 배럴(123) 내에 배치될 수 있게 한다. 예시적인 배치에서, 배선(158)은 개별적으로 차폐되지 않은 복수의 내부 도체를 갖는 복합 도체 차폐 케이블을 포함하고, 이 때 분리된 내부 도체는 신호 라인으로서 기능하기 위해 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177) 중 각각의 초음파 센서에 연결되고, 복합 도체 차폐 케이블의 외부 차폐부는 공통의 복귀 라인 및 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)의 모든 초음파 센서에 대한 접지로서 기능한다. 예를 들어, 동축 케이블은 복합 도체 차폐 케이블로서 이용될 수 있으며, 이 때 내부 도체는 신호 라인으로서 기능하기 위해 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)에 연결되고 동축 케이블의 외부 차폐부는 공통의 복귀 라인으로서 기능한다. 바람직한 구체예에서, 복합 도체 차폐 케이블은 Belden, Inc.(St. Louis, Missouri, USA)에 의해 제조된 모델 83562 케이블과 같이 시판되는 케이블이다.
목 튜브(108)는 시일 피팅 부재(102a 및 102b) 및 가요성 커넥터(104) 내에 배치된다. 목 튜브(108)는 용접 구역(148) 내에 만들어진 용융 접점 (즉, 비드)에 의해 시일 피팅 부재(102a)에 고정된다. 바람직하게는, 용접부는 용접 구역(148)의 일부만을 차지하고 목 튜브(108)의 측벽(114)이 시일 피팅 부재(102a)에 인접한 곳에 만들어진다. 시일 피팅 부재(102a)는 목 튜브(108) 주위로 연장되는 돌출 밀봉면 (즉, 시일 페이스(seal face))(150)을 포함한다. 돌출 밀봉면(150)은 목 튜브(108)의 측벽(114)으로부터 간격 D1 만큼 떨어져 있는 내측날(151)을 지닌다. 용접 구역(148) 내에서 용접에 의한 돌출 밀봉면(150)의 손상을 방지하기 위해 (예컨대, 용접 물질이 상승된 표면을 발생시킬 수 있고/거나 용접열이 돌출 밀봉면(150)을 변형시킬 수 있다), 간격 D1은 바람직하게는 적어도 2.0 mm (0.079인치), 더욱 바람직하게는, 적어도 6.0 mm (0.24인치)이다. 시일 피팅 부재(102b)는 시일 피팅 어셈블리(157)의 또 다른 시일 피팅 부재(164)의 반대쪽 쓰레드 영역(166)을 채용하고 있는 쓰레드 영역(152)을 포함한다. 초음파 프로브(100)는 초음파 프로브(100)를 컨테이너(159)에 고정할 때 누수 검출에 이용되는 시험구(도시되지 않음)를 또한 포함할 수 있다. 대안적인 구체예에서, 시일 피팅 부재(102a) 및 목 튜브(108)는, 예를 들어 단일한 라운드의 강철로부터 하나의 통합 조각으로서 제작될 수 있어서, 이러한 부분을 별도로 제작하고 이들을 함께 용접시킬 필요를 없앤다.
배럴(123)은 외경 D3을 지닌다 (즉, 외측 튜브(122)의 외경). 목 튜브(108) 및 내측 튜브(132)는 배럴(123)의 외경 D3보다 작은 외경 D2를 지닌다. 내측 튜브(132)의 외경 D2에 비해 더 큰 배럴(123)의 외경 D3은 증가된 수의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177) 및 이들의 개개 배선(158)을 수용하는데 필요한 증가된 양의 공간을 내부 용적(146) 내에 제공한다. 바람직하게는, 내측 튜브(132)의 외경 D2 대 배럴(123)의 외경 D3의 비율은 0.95 또는 그 미만이다. 보다 바람직하게는, 내측 튜브(132)의 외경 D2 대 배럴(123)의 외경 D3의 비율은 0.95 또는 그 미만 및 0.3 또는 그 초과이다. 보다 바람직하게는, 내측 튜브(132)의 외경 D2 대 배럴(123)의 외경 D3의 비율은 0.8 또는 그 미만이고, 배럴(123)의 외경 D3은 0.827 인치 (21.0 mm) 이하이다. 보다 바람직하게는, 내측 튜브(132)의 외경 D2 대 배럴(123)의 외경 D3의 비율은 0.8 또는 그 미만 및 0.4 또는 그 초과이다. 보다 바람직하게는, 내측 튜브(132)의 외경 D2는 1인치의 약 16분의 5이고 (7.9 mm), 배럴(123)의 외경 D3은 1인치의 약 8분의 5이다 (15.9 mm). 바람직하게는, 외측 튜브(122)의 측벽(128)과 내측 튜브(132)의 측벽(138) 간에 적어도 0.10 인치 (2.5 mm)의 최소 간격이 존재하는데, 이 때 복수의 초음파 센서(156) 및 초음파 센서(177)는 적어도 네 개의 초음파 센서를 포함하고, 복수의 초음파 센서(156)가 12개의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177)를 포함할 때 최소 간격은 적어도 0.15 인치 (3.8 mm)이다.
예컨대 공동-계류중인 관련 미국 특허 출원 일련 번호 14/163,407호에 기재된, 다른 구체예에서, 초음파 프로브(100)는 다른 구조의 목 튜브(108) 및 배럴(123)을 채용할 수 있다. 예를 들어, 예컨대 공동-계류중인 관련 미국 특허 출원 일련 번호 14/163,407호에 기재된, 다른 구체에에서, 목 튜브(108)의 숄더부(113)는 분리된 조각이라기보다 측벽(114)에 의해 형성되고, 예를 들어 목 튜브(108)의 외경 D2으로부터 배럴(123)의 외경이기도 한 목 튜브(108)의 외경 D3으로 이행시키는 종 모양의 숄더부(113)에 의해 목 튜브(108)의 나머지 부분과 일체형을 이룬다 (즉, 목 튜브(108) 및 숄더부(113)는 단일한 조각의 재료이다),
추가로, 공동-계류중인 관련 미국 특허 출원 일련 번호 14/163,407호에 기재된 그 밖의 구체예는 측벽(128)에 배치된 쓰루 홀을 포함하지 않는 초음파 프로브(100)의 외측 튜브(122)를 채용할 수 있고, 이 때 외측 튜브(122)의 상단부(124)는 숄더 튜브 또는 목 튜브(108)의 하단부(112)에 커플링되지 않는다. 대신, 내측 튜브(132)의 상단부(134)는 목 튜브(108)의 하단부(112) 및 외측 튜브(122)의 상단부(124)에 커플링된 칼라의 측벽에 배치된 쓰루 홀과 정렬될 수 있다. 칼라는 배럴(123)이 하나 이상의 어셈블리로서 구성되게 할 수 있는데, 이는 유리하게는 배럴(123)의 어셈블리가 완성되기 전에 복수의 초음파 센서(156)가 시험되는 것을 가능케 할 수 있다. 또한, 이러한 특징은 배럴(123)의 대부분의 부품이 복수의 초음파 센서(156)가 설치되기 전에 함께 용접될 수 있으므로 유리한데, 용접으로부터의 열은 복수의 초음파 센서(156) 및/또는 내부 용적(146) 내의 위치에 복수의 초음파 센서(156)를 유지하고 있는 결합에 달리 손상을 입힐 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구체예에 따라 컨테이너(159) 상에 설치된 초음파 프로브(100)의 투시도를 도시한다. 초음파 프로브(100)는 앞서 논의된 대로, 제어기(109) 및 LED 계량 장치(111)를 포함한다. 컨테이너(159)는 바디(160), 윗 부분(162), 및 윗 부분(162)에 커플링된 시일 피팅 부재(164)를 포함한다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 컨테이너(159)는 명료함 및 예시적인 목적을 위해 도 2에 도시되지 않은 그 밖의 부품들을 포함할 수 있다 (예컨대, 컨테이너(159)를 재충전하기 위한 추가 밸브 및 하드웨어). 바디(160) 및 윗 부분(162)은 유체를 함유할 수 있는 내부 용적을 규정한다. 이러한 구체예에서, 윗 부분(162)은 바디(160)에 커플링된 리드(lid)이다. 그 밖의 구체예에서, 윗 부분(162)은 바디(160)의 일체부일 수 있다. 시일 피팅 부재(102a 및 102b)와 같은 시일 피팅 부재(164)는 초음파 프로브(100)를 컨테이너(159)에 고정시키는 시일 피팅 어셈블리(157)의 일부이다. 이러한 예시적인 구체예에서, 컨테이너(159)의 부품은 하나 이상의 금속으로 구성된다.
초음파 프로브(100)의 정확성을 더 증가시키기 위해, 일부 구체예에서, 컨테이너(159)의 기저(179)는 액체를 여전히 도관(144)으로 흐르게 하면서, 디스크 캡(140)(예컨대, 초음파 프로브(100)의 바닥 끝)이 컨테이너(159)의 기저(179)에 더 가깝게 배치될 수 있게 하는 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 대로, 배수조(280)가 컨테이너(259)에 기저(279)에 첨가될 수 있다. 도 3에 도시된 대로, 예시적인 구체예에서, 배수조(280)는 배럴(123)의 외경 D3 보다 약간 더 넓다 (예컨대, 간격 D6만큼). 바람직한 구체예에서, 배수조(280)는 컨테이너(259)의 기저(279)로 가공된 둥근 구멍일 수 있고, 배수조(280)의 중심은 도관(144)의 중심과 동축으로 정렬되고 0.15인치 (0.38 cm)의 깊이 D7 및 0.80인치 (2.03 cm)의 직경 D6을 갖는다.
예를 들어, 초음파 프로브(100)의 바닥에 가깝게 함몰 구역을 형성하도록 각을 이룬 컨테이너(259)의 기저(279)를 지니는, 컨테이너(259)의 기저(279)에 가공되거나 형성된 채널과 같은, 배수조(280)의 다른 구체예, 및 그 밖의 유사한 구현이 가능하다. 다른 구체예에서 배수조(280)의 형상과 무관하게, 배수조(280)의 상부 개구는 전체 디스크 캡(140)과 수직으로 중첩하도록 형상화되고 컨테이너(259)의 기저(279)에 위치하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 프로브(100)가 이의 정상적인 설치 위치에서 수직으로 낮아졌을 때 배수조(280)의 상부 개구의 단면 형상, 프로브(100)의 바닥 끝은 배수조(280)에 맞을 것이다. 배수조(280)가 원형 상부 개구를 갖고 배럴(223)이 원통형인 구체예에서, 배수조의 직경은 바람직하게는 배럴(223)의 직경의 100.1% 내지 110%이다. 또한 배수조는 비교적 적은 용적을 지니는 것이 바람직하므로, 배수조(280)의 용적은 바람직하게는 컨테이너(259)의 전체 사용가능한 액체 용량의 1% 미만이다. 보다 바람직하게는, 배수조(280)의 용적은 컨테이너(259)의 전체 사용가능한 액체 용량의 0.2% 미만이다.
배수조를 이용하는 구체예에서, 비록 공급업체가 배수조를 지닌 컨테이너를 생산해야 하지만, 배수조(280)를 컨테이너(259)의 기저(279)로 가공하는 것은 컨테이너를 완전히 실행시키지 않고 가장 낮은 잔여 액체 수위를 검출한다. 예를 들어, 표준 1.2L 앰풀에서, 역시 배수조(280)를 이용한 컨테이너에서 초음파 프로브(100)의 기재된 구체예는 65-75cc의 가장 낮은 액체 수위만을 검출할 수 있었던 전형적인 종래 기술보다 더 낮은, 10-20cc의 가장 낮은 액체 수위를 측정할 수 있다.
도 4에 도시된 대로, 초음파 프로브(200)의 일부 구체예는 배럴(223)의 길이 D15를 따라 초음파 센서(256) 사이에 상이한 수직 간격 (가변적인 간격)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 초음파 프로브(200)의 위쪽에 가깝게 배치된 초음파 센서(256)는 컨테이너(159)가 비교적 가득할 때 (예컨대, 도관(244)이 높은 수위의 액체를 함유한다) 컨테이너(159) 내 액체의 측정 수위에 상응한다. 컨테이너(159)가 비교적 가득할 때, 액체 수위 측정의 높은 정확성에 대한 요구는 컨테이너(159)가 비교적 비었을 때 (예컨대, 도관(244)이 낮은 수위의 액체를 함유한다) 보다 상대적으로 낮을 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 대로, 초음파 프로브(200)의 일부 구체예는, 컨테이너(159)가 적은 양의 액체를 함유하고, 이에 따라 완전히 비워진 것에 더 가까울 때, 컨테이너(159) 내 액체 수위를 더욱 정확하게 측정하기 위해, 초음파 프로브(200)의 바닥 가까이에 있는 복수의 초음파 센서(256) 중 2개 이상을 더 가깝게 함께 클러스터링할 수 있다 (예컨대, 더 비어 있는 컨테이너(159)에 상응함).
예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 초음파 센서(256i, 256j, 256k, 및 256l)는 초음파 프로브(200) 내에 더 높이 배치된 복수의 초음파 센서(256a 내지 256h) 중 어느 것(예컨대, 도관(244) 및, 이에 따라, 컨테이너(159) 내 더 높은 수위의 액체에 상응하는 복수의 초음파 센서(256) 중 어느 것)보다 더욱 가깝게 함께 모여 있다. 비록 도 4에는 초음파 프로브(200)의 바닥에 가깝게 있는 4개의 복수의 초음파 센서(256)의 그룹을 이용하는 것이 도시되나, 도 4는 예시를 위한 것이며, 다른 그룹, 간격, 및 다양한 초음파 센서(256) 간의 가변적인 간격의 수가 대안적인 구체예에서 이용될 수 있다. 추가로, 도 4는 일정한 비례로 그려진 것이 아니다.
상이한 수직 간격을 갖는 2개 초과의 초음파 센서 그룹을 포함하는 것이 또한 가능할 수 있다. 도 4에 도시된 구체예에서, 상부 그룹 (센서 256a, 256b, 256c), 중간 그룹 (센서 256d 내지 256h), 및 하부 그룹 (센서 256i 내지 256l)의 세 그룹의 센서가 제공된다. 상부 그룹의 센서는 가장 큰 수직 간격 D8을 갖고, 중간 그룹의 센서는 수직 간격 D8보다 작지만 하부 그룹의 센서의 수직 간격 D10보다 큰 수직 간격 D9를 갖는다. 대안적인 구체예에서, 상부 그룹 또는 하부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격은 동일하다. 추가의 대안적인 구체예에서, 상부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격은 동일하고 하부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격은 동일하다. 본원에서 이용되는 용어 "수직 간격"은 배럴(232) (길이 D15와 평행함)의 세로축 (도 1B의 축 1D를 참조하라)을 따라 2개의 인접한 센서의 중심 간의 거리를 나타내기 위한 것이다.
다양한 초음파 센서(256) 사이에 가변적인 수직 간격을 이용함에 의해, 초음파 프로브(200)의 구체예는, 특히 액체 수위가 낮고 컨테이너(159)가 빈 것에 가까울 때, 초음파 센서(256)의 수를 증가시키지 않고도 컨테이너(159) 내 액체 수위를 측정함에 있어서 더 큰 정밀도를 달성할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 6개 지점이 컨테이너(159) 내 액체의 약 1.8 인치에서 측정되는 종래 시스템에 비해, 6개 지점이 컨테이너(159) 내 액체의 0.375 인치 (0.95 센티미터)만큼 작게 측정될 수 있다.
다수의 적용에서, 더 가깝고/더 빽빽한 간격의 센서가 이용된 배럴(223)의 부분보다 더 큰 부분의 배럴(223)에 보다 넓은 수직 간격의 센서를 갖는 것이 바람직할 것이다. 대부분의 적용에서, 보다 넓은 간격의 센서는 배럴(223)의 절반 이상에 바람직하고, 다수의 적용에서, 보다 넓은 간격의 센서는 배럴(223)의 길이의 3/4 이상에 바람직하여, 더 가깝고/더 빽빽한 간격의 센서는 배럴(223)의 길이의 1/4 이하에 남게 된다.
도 5는 초음파 프로브(300)의 또 다른 예시적인 구체예를 도시한다. 도 5에 도시된 대로, 초음파 프로브(300)의 일부 구체예는 초음파 프로브(300) 내에 및 배럴(323)을 따라 수직으로 매칭된 높이 수준에 초음파 센서의 쌍을 이용할 수 있다. 예를 들어, 초음파 센서(356a)는 초음파 센서(355a)와 쌍을 이루고, 초음파 센서(356b)는 초음파 센서(355b)와 쌍을 이루며, 초음파 센서(355l)와 쌍을 이룬 초음파 센서(356l)까지 계속된다. 유사하게, 하향 초음파 센서(377a)는 하향 초음파 센서(377b)와 쌍을 이룰 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같은 일부 구체예는 초음파 센서(355, 356 및 377)을 제어하기 위한 중복 전자장치(예컨대, 제어기 109)를 추가로 이용할 수 있어서, 추가 중복을 제공한다. 심지어 중복 전자장치를 이용하는 구체예에서도, 비용 및 공간 요건을 감소시키기 위해 두 세트의 전자장치가 모두 한 인클로저 내에 설치될 수 있다. 중복 전자장치를 이용하는 구체예에서, 둘 모두의 제어기는 서로 전기적 통신상태일 수 있고, 한 제어기는 마스터로서 구성되고 다른 제어기는 슬레이브로서 구성되는데, 제 1 서브세트의 초음파 센서(355, 356 및 377)는 한 제어기와 전기적 통신상태이고 제 2 서브세트의 초음파 센서(355, 356 및 377)는 다른 제어기와 전기적 통신상태이다.
본원에서 2개의 제어기를 포함시키는 것이 기재되었으나, 다른 구체예는 다른 수의 중복 제어기를 이용할 수 있다. 마스터 및 슬레이브 구성은 제어기 중 하나가 응답하지 않게 되면 어느 한 쪽의 제어기에 의해 자동으로 업데이트될 수 있다. 그 밖의 구체예는 비용 및 복잡성을 줄이기 위해 모든 초음파 센서(355, 356 및 377)를 제어하는 단 한 세트의 전자장치를 이용할 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같은 구체예는 중복 액체 수위 감지를 제공하여, 초음파 프로브(300)의 더 큰 내구성과 정확성을 제공한다. 추가로, 단일한 초음파 프로브에 중복 감지 능력을 제공함에 의해, 기재된 구체예는 비용이 많이 들고 공간 소모적일 수 있는, 분리된 2개의 프로브 및 컨테이너(159)의 리드의 관통에 대한 요구를 제거한다. 하향 센서 (예컨대, 초음파 센서(377a 및 377b))를 갖는 12개 수위의 초음파 프로브 (예컨대, 초음파 센서 355 및 356)로서 도 5에 도시되어 있으나, 초음파 프로브(300)의 구체예는 초음파 프로브(300) 내 수직으로 매칭된 높이 수준에 배치된 다른 수의 초음파 센서를 이용할 수 있다.
초음파 센서가 수직으로 더욱 가깝게 이격될 수 있도록 하기 위해, 각각의 초음파 센서는 그 바로 위와 아래에 있는 센서로부터 오프셋될 수 있다 - 이는 각각의 초음파 센서가 그 바로 위 또는 그 바로 아래에 있는 센서와 수직으로 중첩되지 않음을 의미한다. 이를 달성하기 위한 한 방법은 초음파 프로브(400)가 배럴(423)의 내부 용적(446) 내 내측 튜브(432) 주위에 (예컨대, 측벽(438) 상에) 나선형 배열로 배치된 복수의 초음파 센서(456)를 갖는 것을 도시하고 있는 도 6에 도시된다. 복수의 초음파 센서(456)를 내측 튜브(432) 주위에 나선형 배열로 위치시킴에 의해, 복수의 초음파 센서 중 인접한 것들 사이의 수직 간격이 감소될 수 있어서, 각각의 초음파 센서(456) 사이의 더 작은 증분 수직 간격을 허용하고, 이에 의해 컨테이너(159) 내 (예컨대, 도관(444) 내) 액체 수위의 더욱 정밀한 측정을 달성한다. 바람직한 구체예에서, 복수의 초음파 센서(456) 일부의 나선형 배열은 예를 들어 도 3에 관해 기재된 다양한 초음파 센서의 가변적인 간격을 실행하기 위해 초음파 프로브(400)의 바닥 끝에 가깝게 이용될 수 있다. 예시적인 구체예에서, 초음파 센서(456)는 일반적으로 0.25 인치 (0.64 센티미터)의 높이, D11, 0.050 인치 (0.13 센티미터)의 깊이, D12 및 0.18 인치 (0.46 센티미터)의 너비, D13을 갖는 직사각형이다. 나선형 배열의 복수의 초음파 센서(456)를 이용하는 예시적인 구체예에서, 각각의 초음파 센서(456) 간의 수직 간격은 초음파 센서(456) 중 아래에 있는 하나의 중심 및 초음파 센서(456) 중 위에 있는 하나의 중심 사이에서 약 0.075 인치 (약 0.19 센티미터)의 수직 간격까지 감소될 수 있었다 (예를 들어, 초음파 센서(456l) 및 초음파 센서(456k)의 수직 중심-대-중심은 0.075 인치 (0.19 센티미터)이다). 종래의 초음파 센서는 약 0.3 인치 (약 0.76 센티미터)의 수직 중심-대-중심의 인접한 초음파 센서의 가장 가까운 간격을 달성하였다. 수직으로 오프셋된 센서의 수직 간격은 0.3 인치 (0.76cm) 미만인 것이 바람직하다.
또 다른 대안적인 구체예에서 (도시되지 않음), 초음파 센서 중 적어도 일부는 각각의 인접한 센서가 그 바로 위와 아래에 있는 센서로부터 90도 수직 오프셋으로 정위되는 나선형 배열로 배열된다 (즉, 모든 수직 오프셋은 같고 동일한 방향이다). 이러한 배열 하에 모든 다섯 번째 센서는 수직으로 정렬될 것이다. 이러한 배열에서, 나선형 배열의 각각의 센서의 최소 수직 간격은 수직으로-정렬된 각각의 센서 사이에 갭을 제공하기에 충분해야 한다. 각각의 센서는 수직으로 인접한 센서로부터 수직으로 (예컨대, 센서(456h 및 456j)는 센서(456i)에 수직으로 인접한다) 적어도 30도, 보다 바람직하게는, 적어도 60도, 가장 바람직하게는 90도로 오프셋되는 것이 바람직하다. 90도 수직 오프셋은 더욱 균일한 센서의 배치를 만드는 이점을 갖는다.
예를 들어, 표준 1.2L 앰풀에서, 0.075 인치 (0.19 센티미터)의 중심-대-중심의 수직 초음파 센서 간격을 이용하여 컨테이너(159) 내 액체의 24cc의 추적 증분이 가능하다. 바람직한 구체예에서, 나선형 배열은 초음파 프로브(400)의 하부에 배치된 복수의 초음파 센서(456) 중 일부에 이용되는 한편 (예컨대, 컨테이너(159)가 적은 액체를 함유한다), 표준 수직 배열은 초음파 프로브(400)의 상부에 배치된 복수의 초음파 센서(456) 중 일부에 이용된다 (예컨대, 컨테이너(159)가 많은 액체를 함유한다). 특정 예에서, 하부의 6개 초음파 센서 (예컨대, 센서(456g 내지 456l))는 각각의 사이에 0.075 인치 (0.19 센티미터)의 중심-대-중심의 수직 간격을 갖는 나선형 배열로 내측 튜브(432)의 측벽(438)에 배치되고, 상부의 6개 초음파 센서 (예컨대, 센서(456a 내지 456f))는 각각의 사이에 약 0.5 인치 (약 1.3 센티미터) 의 중심-대-중심의 간격을 갖는 표준 수직 배열로 내측 튜브(432)의 측벽(438)에 배치된다. 따라서, 하부의 6개 초음파 센서 (예컨대, 센서(456g 내지 456l))는 각각의 센서 사이에서 24cc의 증분으로 컨테이너(159)에 함유된 액체를 측정하였고 (컨테이너(159)가 빈 것에 가깝기 때문에 정밀도가 더 큰 것이 바람직하다), 상부의 6개 초음파 센서 (예컨대, 센서(456a 내지 456f))는 각각의 센서 사이에서 160cc의 증분으로 컨테이너(159)에 함유된 액체를 측정하였다 (컨테이너(159)가 가득 찬 것에 가깝기 때문에 정밀도는 그렇게 중요하지 않다). 비록 도 6에 내측 튜브(432) 주위에 나선형 배열로 배치된 것처럼 도시되었으나, 초음파 센서(456) 중 인접한 것들이 수직으로 정렬되지 않은 그 밖의 배열도 가능하다.
따라서, 기재된 초음파 프로브의 구체예는 표준화 치수를 갖는 현존하는 컨테이너 피팅부에 이용될 수 있는 증가된 수의 초음파 센서를 갖는 초음파 프로브에 대한 당 분야의 요구를 만족시킨다. 배럴(123)은 증가된 수의 초음파 센서(156a 내지 156l) 및 초음파 센서(177) 및 이들의 개개 배선(158)을 수용하는데 필요한 내부 용적(146) 내에 증가된 양의 공간을 제공하는 외경 D3을 갖는다. 종래 초음파 프로브 설계에서, 배럴은 전형적으로 시일 피팅 어셈블리 내로 연장된다. 따라서, 증가된 배럴의 외경은 더 크고/거나 표준이 아닌 시일 피팅 어셈블리를 요구하거나, 쓰루 홀 (예컨대, 시일 피팅 부재(102a)의 쓰루 홀(103))에 구멍을 뚫음에 의해 이것이 더 큰 배럴 직경을 수용할 수 있게 하는 등의 표준 시일 피팅 어셈블리를 변형시킬 것을 요구할 것이다. 그러나, 비-표준 피팅 어셈블리는 이들의 표준화 대응부에 비해 전형적으로 훨씬 많은 비용이 들고, 또한 그 밖의 비-표준화 부품의 이용을 요구할 수 있다. 비-표준 피팅 어셈블리는 또한 반도체 제작 공정에 사용되는 표준화 피팅 어셈블리의 광범한 시험 및 증명된 이력으로부터 이익을 얻지 못한다. 더 큰 시일 피팅부는 또한 컨테이너의 리드 (예컨대, 윗 부분(162)) 상에 더 큰 공간을 요구하며, 빈틈없는 시일을 획득하는 것이 더욱 어려워질 수 있다. 마지막으로, 본 발명자들은 더 큰 배럴 직경을 수용하도록 표준 시일 피팅 어셈블리를 변형시키는 시도가 초음파 프로브 및/또는 시일 피팅 어셈블리의 구조 보전에 부정적인 영향을 줄 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 도 1B를 참조하면, 목 튜브(108)의 외경 D2 대신 더 큰 외경 D2를 수용하도록 시일 피팅 부재(102a)의 쓰루 홀(103)에 구멍을 뚫을 경우, 간격 D1이 감소될 것이다. 결과적으로, 용접 구역(148)의 크기도 감소될 것이고, 용접 열은 돌출 밀봉면(150)을 손상시키고 (즉, 휘어짐), 돌출 밀봉면(150)과 금속 개스킷(176) 사이에 만들어진 시일의 보전에 나쁜 영향을 줄 수 있었다,
종래 프로브 설계와 달리, 초음파 프로브(100)의 배럴(123)은 시일 피팅 부재(102a) 내로 연장되지 않는다. 대신, 배럴(123)은 목 튜브(108)에 커플링되고, 목 튜브는 차례로 시일 피팅 부재(102a)에 커플링된다. 굴대(168)의 내경 D4가 배럴(123)의 외경 D3보다 더 커지고 배럴(123)이 굴대(168) 내에 삽입될 수 있도록 굴대(168)에 구멍을 뚫는다. 목 튜브(108)는 배럴(123)의 외경 D3보다 작은 외경 D2를 갖는데 (즉, D2 대 D3의 비율은 1보다 작다), 이는 배럴(123)의 증가된 외경 D3을 제공하기 위해 더 큰 시일 피팅부 (예컨대, 1인치 시일 피팅부)를 요구하거나 시일 피팅 부재(102a)의 쓰루 홀(103)에 구멍을 내는 것과 대조적으로, 시일 피팅 부재(102a)의 쓰루 홀(103)이 보다 작은 구멍 크기를 갖도록 한다. 목 튜브(108)의 더 작은 외경 D2는 또한 충분히 큰 용접 구역(148)을 갖기 위해 필수적인 간격 D1을 제공하여, 돌출 밀봉면(150)을 손상시키는 용접 물질 및/또는 용접 열 없이도 목 튜브(108) 및 시일 피팅 부재(102a)가 함께 용접될 수 있게 한다. 돌출 밀봉면(150)에 대한 그러한 손상을 방지하는 것은 돌출 밀봉면(150)과 금속 개스킷(176) 사이의 시일의 완전성을 유지하고, 이에 따라 반도체 제작에 사용되는 화학적 시약의 시금(순도)을 유지하는데 중요하다.
추가로, 기재된 본 발명의 구체예는 디스크 캡(140)과 컨테이너(159)의 기저의 내면(178) 사이의 액체 수위를 측정하기 위한 적어도 하나의 하향 초음파 센서 (예컨대, 초음파 센서(177))를 포함함에 의해 컨테이너(159) 내 액체 수위의 보다 정확한 감지를 제공한다. 일부 구체예는 또한 여전히 액체가 도관(144)으로 흐르도록 하면서, 디스크 캡(140) (예컨대, 초음파 프로브(100)의 바닥 끝)이 컨테이너(259)의 기저(279)에 가깝게, 또는 아래에 배치되게 하여, 초음파 프로브(100)가 종래 초음파 프로브보다 컨테이너(259) 내 낮은 잔류 액체 수위를 검출할 수 있도록 하기 위해, 컨테이너(259)의 기저에 배수조를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기재된 초음파 프로브(100)의 구체예는 컨테이너에서 배수조(280)를 이용하여, 65-75cc의 최저 액체 수위를 검출하는 종래 전형적인 프로브에 비해, 10-20cc의 최저 액체 수위를 측정할 수 있다.
본 발명의 그 밖의 구체예는 초음파 프로브(200)의 바닥에 더 가깝게 배치된 복수의 초음파 센서(256) 중 어느 것이 (예컨대, 컨테이너(159)가 더 빈 것에 해당함), 컨테이너(159)가 적은 액체를 함유하고, 이에 따라 완전히 비어 있음에 가까운 상태가 됨에 따라 컨테이너(159) 내 액체 수위를 더욱 정밀하게 측정할 수 있도록, 초음파 센서(256) 사이에 가변적인 간격을 이용할 수 있다. 다양한 초음파 센서(156) 사이에 가변적인 간격을 이용함에 의해, 초음파 프로브(200)의 구체예는, 특히 액체 수위가 낮고 컨테이너(159)가 빈 것에 가까울 때, 초음파 센서(256)의 수를 증가시키지 않고도 컨테이너(159) 내 액체 수위를 측정함에 있어서 더 큰 정밀도를 달성할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 6개 지점이 컨테이너(159) 내 액체의 약 1.8 인치 (약 4.6 센티미터)에서 측정되는 종래 시스템에 비해, 6개 지점이 컨테이너(159) 내 액체의 0.375 인치 (0.95 센티미터)만큼 작게 측정될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 구체예는 중복 액체 수위 감지를 제공하여, 초음파 프로브(300)의 더 큰 내구성과 정확성을 제공하고 분리된 2개의 프로브 및 컨테이너(159)의 리드의 2회 관통에 대한 요구를 제거하기 위해, 초음파 프로브(300) 내 수직으로 매칭된 높이 수준에 초음파 센서의 쌍을 이용할 수 있다. 중복 초음파 센서를 이용하는 일부 구체예는, 비록 두 세트 모두의 전자장치가 비용 및 공간 요건을 줄이기 위해 단일 하우징 내에 설치될 수 있으나, 중복 전자장치를 추가로 이용하여 초음파 센서의 세트 중 대응하는 하나를 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 구체예에서, 초음파 프로브(400)의 복수의 초음파 센서(456) 중 일부는 내부 용적(446) 내의 내측 튜브(432)(예컨대, 측벽(438) 위) 주위에 나선형 배열로 배치된다. 복수의 초음파 센서(456) 중 일부를 내측 튜브(432) 주위에 나선형 배열로 위치시킴에 의해, 복수의 초음파 센서 중 인접한 것들 간의 수직 거리가 감소되어, 초음파 센서(456)의 각각의 사이에 더 작은 수직 간격의 증가를 가능케 함으로써, 컨테이너(159) 내 액체 수위의 더욱 정밀한 측정을 달성한다. 본 발명의 추가의 구체예는 초음파 프로브(400)의 바닥에 가까이 있는 인접한 초음파 센서 간의 간격을 더 가깝게 하기 위해 복수의 초음파 센서(456) 중 일부의 나선형 배열 및 복수의 초음파 센서(456)의 가변적인 간격의 조합을 이용할 수 있다. 추가적인 구체예는 또한 하향 초음파 센서 (예컨대, 초음파 센서(177)), 복수의 초음파 센서(256)의 가변적인 간격, 복수의 초음파 센서(456) 중 일부의 나선형 배열, 및 중복을 위해 매칭된 쌍의 초음파 센서 (예컨대, 초음파 센서 355, 356 및 377)의 포함의 임의의 조합을 이용할 수 있다.
본 발명의 원리가 바람직한 구체예에 관해 상기 기재되었으나, 이러한 기재는 단지 예로서 제공된 것이고 본 발명의 범위를 제한하지 않음이 명백히 이해되어야 한다.

Claims (27)

  1. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가:
    피팅 어셈블리(fitting assembly)로부터 하향 연장되고 소정의 길이를 갖는 배럴로서,
    공통의 세로축을 갖고, 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖는 내측 튜브 및 외측 튜브;
    외측 튜브 및 내측 튜브 사이에 형성된 내부 용적; 및
    내측 튜브 내에 세로로 형성된 도관을 포함하는 배럴; 및
    배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성되고, 복수의 초음파 센서 각각이 수직 간격을 갖는 복수의 초음파 센서를 포함하고,
    여기서, 내부 용적은 도관과 유체 소통 관계에 있지 않고;
    복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고;
    복수의 초음파 센서가 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 상부 그룹 및 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 하부 그룹을 포함하고, 상부 그룹의 초음파 센서가 하부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부로부터 더 멀리 위치하고, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서의 수직 간격이 상부 그룹의 임의의 초음파 센서의 수직 간격보다 작은, 초음파 프로브.
  2. 제 1항에 있어서, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서가 하부 그룹의 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 수직으로 오프셋(offset)되는 초음파 프로브.
  3. 제 2항에 있어서, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서의 수직 오프셋이 하부 그룹의 다른 모든 초음파 센서의 수직 오프셋과 동일한 원주 방향에 있는 초음파 프로브.
  4. 제 1항에 있어서, 상부 그룹 또는 하부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격이 동일한 초음파 프로브.
  5. 제 4항에 있어서, 상부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격이 동일하고 하부 그룹의 각각의 초음파 센서 간의 수직 간격이 동일한 초음파 프로브.
  6. 제 1항에 있어서, 복수의 초음파 센서가 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 중간 그룹을 포함하고, 중간 그룹의 초음파 센서가 하부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부로부터 더 멀리 그리고 상부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부에 더 가깝게 위치하고, 중간 그룹의 각각의 초음파 센서의 수직 간격이 상부 그룹의 임의의 초음파 센서의 수직 간격보다 작고 하부 그룹의 임의의 초음파 센서의 수직 간격보다 큰 초음파 프로브.
  7. 제 1항에 있어서, 하부 그룹의 초음파 센서의 수직 간격이 0.3인치 (0.76 cm) 미만인 초음파 프로브.
  8. 제 1항에 있어서, 하부 그룹이 적어도 4개의 초음파 센서를 포함하는 초음파 프로브.
  9. 제 1항에 있어서, 하부 그룹이 배럴의 길이의 아래쪽 4분의 1 지점에 위치하고, 아래쪽 4분의 1 지점이 피팅 어셈블리의 원위에 있는 초음파 프로브.
  10. 제 1항에 있어서, 복수의 초음파 센서가 컨테이너의 기저를 향해 음파를 방출하도록 배향된 하향 센서를 포함하는 초음파 프로브.
  11. 제 10항에 있어서, 하향 센서가 내측 튜브에 실질적으로 수직인 배럴의 디스크 캡 끝에 부착되어, 하향 센서가 배럴의 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 음파를 방출하도록 배향되는 초음파 프로브.
  12. 제 10항에 있어서, 컨테이너의 기저가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 배수조의 적어도 일부가 배럴과 수직으로 정렬하도록 정위된 배수조를 포함하는 초음파 프로브.
  13. 제 12항에 있어서, 배수조가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 초음파 프로브의 배럴의 세로축과 동축으로 정렬되는 초음파 프로브.
  14. 제 12항에 있어서, 배수조가 배럴의 직경보다 큰 직경을 갖는 초음파 프로브.
  15. 제 1항에 있어서, 복수의 초음파 센서가 매칭된 쌍의 초음파 센서를 포함하고, 매칭된 쌍의 초음파 센서 각각이 배럴의 매칭된 높이에서 도관을 가로질러 서로 수평으로 배치된 제 1 및 제 2 초음파 센서를 포함하는 초음파 프로브.
  16. 제 15항에 있어서, 초음파 프로브가 전자 신호를 송신하고 복수의 초음파 센서로부터 전자 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되고, 적어도 하나의 제어기가 한 번에 매칭된 쌍의 제 1 및 제 2 초음파 센서 중 단 하나에 전자 신호를 송신하도록 프로그래밍된 초음파 프로브.
  17. 삭제
  18. 제 16항에 있어서, 적어도 하나의 제어기가 각각의 매칭된 쌍의 초음파 센서 중 제 1 초음파 센서에 전기적으로 커플링된 제 1 제어기, 및 각각의 매칭된 쌍의 초음파 센서 중 제 2 초음파 센서에 전기적으로 커플링된 제 2 제어기를 포함하는 초음파 프로브.
  19. 제 16항에 있어서, 복수의 초음파 센서 중 각각의 초음파 센서가 복합 도체 차폐 케이블의 적어도 하나의 차폐되지 않은 와이어에 의해 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되는 초음파 프로브.
  20. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가:
    피팅 어셈블리로부터 하향 연장되고 소정의 길이를 갖는 배럴로서,
    공통의 세로축을 갖고, 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖는 내측 튜브 및 외측 튜브;
    외측 튜브 및 내측 튜브 사이에 형성된 내부 용적; 및
    내측 튜브 내에 세로로 형성된 도관을 포함하는 배럴; 및
    배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성된 초음파 센서를 포함하고,
    여기서, 내부 용적은 도관과 유체 소통 관계에 있지 않고;
    복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고;
    복수의 초음파 센서가 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 오프셋되는 적어도 하나의 센서를 포함하는, 초음파 프로브.
  21. 제 20항에 있어서, 복수의 초음파 센서 각각이 수직 간격을 갖고, 복수의 초음파 센서가 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 상부 그룹 및 적어도 3개의 초음파 센서를 포함하는 하부 그룹을 포함하고, 상부 그룹의 초음파 센서가 하부 그룹의 임의의 초음파 센서보다 내측 튜브의 하단부로부터 더 멀리 위치하고, 하부 그룹의 각각의 초음파 센서가 하부 그룹의 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 수직으로 오프셋되는 초음파 프로브.
  22. 제 20항에 있어서, 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 오프셋되는 복수의 초음파 센서 각각이 수직으로 인접한 각각의 초음파 센서로부터 수직으로 90도 오프셋되는 초음파 프로브.
  23. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가:
    피팅 어셈블리로부터 하향 연장되고 소정의 길이를 갖는 배럴로서,
    공통의 세로축을 갖고, 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖는 내측 튜브 및 외측 튜브;
    외측 튜브 및 내측 튜브 사이에 형성된 내부 용적; 및
    내측 튜브 내에 세로로 형성된 도관을 포함하는 배럴; 및
    배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성되고, 복수의 초음파 센서 각각이 수직 간격을 갖는 복수의 초음파 센서를 포함하고,
    여기서, 내부 용적은 도관과 유체 소통 관계에 있지 않고;
    복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고;
    복수의 초음파 센서가 컨테이너의 기저를 향해 음파를 방출하도록 배향된 하향 센서를 포함하는, 초음파 프로브.
  24. 제 23항에 있어서, 하향 센서가 내측 튜브에 실질적으로 수직인 배럴의 디스크 캡 끝에 부착되어, 하향 센서가 배럴의 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 음파를 방출하도록 배향되는 초음파 프로브.
  25. 제 23항에 있어서, 컨테이너의 기저가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 배수조의 적어도 일부가 배럴과 수직으로 정렬하도록 정위된 배수조를 포함하는 초음파 프로브.
  26. 제 25항에 있어서, 배수조가, 초음파 프로브가 컨테이너에 설치될 때 초음파 프로브의 배럴의 세로축과 동축으로 정렬되는 초음파 프로브.
  27. 컨테이너 내 액체 수위를 감지하기 위한 초음파 프로브로서, 초음파 프로브가:
    피팅 어셈블리로부터 하향 연장되고 소정의 길이를 갖는 배럴로서,
    공통의 세로축을 갖고, 피팅 어셈블리의 원위에 있는 하단부를 갖는 내측 튜브 및 외측 튜브;
    외측 튜브 및 내측 튜브 사이에 형성된 내부 용적; 및
    내측 튜브 내에 세로로 형성된 도관을 포함하는 배럴; 및
    배럴의 내부 용적 내에 위치한 복수의 초음파 센서로서, 복수의 초음파 센서 각각이 수신된 전자 신호에 반응하여 음파를 방출하도록 구성된 복수의 초음파 센서를 포함하고,
    여기서, 내부 용적은 도관과 유체 소통 관계에 있지 않고;
    복수의 초음파 센서 중 적어도 하나가 수신된 전자 신호에 반응하여 배럴의 도관을 가로질러 음파를 방출하도록 적합화된 위치 및 배향으로 내측 튜브에 부착되어 있고;
    복수의 초음파 센서가 매칭된 쌍의 초음파 센서를 포함하고, 매칭된 쌍의 초음파 센서 각각이 배럴의 매칭된 높이에서 도관을 가로질러 서로 수평으로 배치된 제 1 및 제 2 초음파 센서를 포함하고;
    초음파 프로브가 전자 신호를 송신하고 복수의 초음파 센서로부터 전자 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어기에 전기적으로 커플링되고, 적어도 하나의 제어기가 한 번에 매칭된 쌍의 제 1 및 제 2 초음파 센서 중 단 하나에 전자 신호를 송신하도록 프로그래밍된, 초음파 프로브.
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