TW480330B - Sensor for the detection of a predetermined filling of a container - Google Patents

Description

480330 A7 B7 五、發明說明（ 本發明係關於用於監測容器之預定填充液位之感測器 此種感測器適用於偵測容器變空且必須K 一滿容器來 置換之時間點。在半導體產業中，電容感測器係與晶片 之接合一起使用，Μ便監測Μ樹脂填充之注射管之位準 並在注射管超過一預定量之變空後響起警鈐，此種感測 器可在KI-3015-BPKG名稱下獲得自IMF公司。 這些感測器有隱藏的嚴重性缺點。他們約l〇mm之較大 直徑之结果為·· 當交換空注射管時，仍在注射管中留 有可觀之昂貴的環氧樹脂。此外，感測信號會受到大的 變動，即，在每個注射管置換後，感測器之切換臨界必 須調整。 從US 4 002 996中，用於測量容器之位準之電容感測 器具有三個電容電極，其電容器排列或兩行且其黏在容 器上。位準信號係自兩個電容器差動信號形成。位準係 置放遠離於容器之出口且相當大量的材料仍留在容器中 本發明之目的係建議一種感測器，用於偵測注射管之 位準，使用環氧基樹脂於小片接合中，其能偵測注射管 之低位準，使得最少材料留在注射管中且容易處理。另 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之。三性電 。 項題有容個 整 1 主具電三 調第之器個過 用圍圍測三穿 不範範感。個 而利利之器 一 業專專準容 。 作請請位電上 器申.申定 二 面 測由附預第平 感藉依之及之 使明係器一行 夠發展容第平 能本發測成相 ，據的偵形互 路根利於其個 電係有用 ，三 子題。明極在 電問決發電置 一 的解本性排 議舉來據容係 提所徵根電極 外 特 個電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480330 A7 B7 五、發明說明（ 元此 RC藉 一 , 第分 是部 好的 最件 器元 容RC 電二 一 第 第是 。 好 器最 容器 受容 接電 孔二 鑽第 之而 極分 電部 性的 容件 變 的 改 细 對 詳 相 更 的 有 數。而 常整式 間調圖 時何據 個任根 兩要係 。 需例 數不施 常而實 間業之 時作明 的器發 同測本 不感 ， 有使中 具促文 件量下 元測在 RC之 之 準 位 定 預 之 器 容 之 劑 附 黏 有 含 測 監 : 於 明用 說 一 單係 簡圖 。之 1 述式第 描圖 圖 面 平 之 •，器 面測 切感 横係 之圖 器 2 測第 感 3 4 5 6 第第第第 路 電 子 電 之 ,, 器 器測 測感 感作 個操 一 於 另用 係 係 圖圖 圖 意 示 之 極 電 及之 ;器 號測 信感 入之 輸離 之隔 器氣 測電 感 一 係係 圖圖 式基 形在 為 2 器劑 射附 注黏 M用 示應 顯來 ，用 式 ， 圖用 之使 格機 規合 寸接 尺粒 依晶 不藉 ，其 圖 ， 1 器 第容 之 口含充 開是填 之別定 1 特預 管 ，之 射氧 1 注環器 由之容 經類測 氣種 空有 縮所 壓用 由使 是 ， 好 2 最劑 2 附 劑黏 附為銀 黏作或 。。粉 上縮銀 片壓有 ------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項_寫本頁) 訂： 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 監 了 為 ο 脂 樹 氧 環 之 片 極第 電如 性其 容且 電上 個面 三平 與之 係行 4 平 器相 測互 感個 ,三 準在 位置 之排 液係 用 使 其 示 所 圖 多非孔 從個鑽 是兩圓 好由一 最是有 4 層具 器體10 測導板 感氣路 。 電電 9 個刷 及三印 8 中。 器其離 容，隔 電生所 之產12 接10及 連板11 聯路層 串電體 個刷導 兩印氣 成層電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480330 A7 B7 五、發明說明（ 13,通過三個電容性電極5-7,用於接受注射管1 ,使 得電容性電極5-7完全環繞注射管1 。鑽孔13之直徑最 好對應注射管1之直徑。電容性電極5-7不再如習知技 術平行延伸，但是與注射管1之平面垂直。黏附劑2因 此置放在電容性電極5-7之漏電場中。在圖式中，黏附 劑的位準係位在兩個上方電容性電極5及6之間：注射 管1將很快被置換。典型的，非導電曆11及12約為0.2mm 至2 mm厚，每一個導電層約為30-50ιαιη,因此感測器4 約為0.5mm至2 mm。電容性電極5及7為環形（見第2圖） ，而中間電容性電極6延伸經過印刷電路板10之整個面 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 積 件 組 之 路 電 子 電 見 預 業 作 之 4 器 測 感 了 為 裝 其 1C性 板容 路電 電面 刷方 印一 統得 傳使 在為 側造 兩構 或之 一 曆 之體 10導 板氣 路電 電個 刷三 印 ， 層中 多程5-在製極 備之電 生 產 被 體 導 刷 印 之 4 1 件 組 接 a 於 用 面 方 一 另 及 接 I 電 ί 連 .直 之 於I有 用Lit所 了流 3 可 7 同 孔5-如 過極 ， 通電面 板性褢 的容的 當電管 適自射 。 注 極 電 性 容 M 線 場 之 場 H過 件流 組式 至方 T佳 最 極 電 性 容 的 管 射 注 觸、 接 接 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 間 ， 之序 6 程 及之 5 同 極相 電離 性距 容之 電間 於之 介 7 變及 改 6 化極 變電 度性 溼容 或電 度與 溫至 何離 任距 之 特感 ，之 而明 然發 ，本 。 度 據 度高根 程何此 同任因 相之。 至 1 口 變管頸 改射之 容注口 電在喉 之放之 9 置 3 及被口 0〇 可開 器 4 至 容器引 電測在 得感是 fee du 偎 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480330 A7 __B7_ 五、發明說明（4 ) 測器4能夠使得注射管1在顯示置換注射管1之前完全 變空。 第2圖顯示感測器4之平面圖。電子組件14係配置成 位於電容性電極5之旁邊。 第3圖顯示另一感測器，其中三個電容性電極5-7係 由三個平行的金鼷板形成，每一個皆有一圓形鑽孔13, 注射管1插入其中。由介電材料形成之體係置放在板間 ,作為間隔物。 第4圖顯示一電路，特別適用於感測器4之作業，具 有一振盪器15, —信號監測器16,具有兩個輸入，及一 自電阻器17, 18及電容器19形成之積體器20。再者，電 路具有一含有積體A/D轉換器22及載有邏輯”0”或邏輯”1 之輸出23之微處理器21。邏輯”0”意指注射管仍含有黏 附劑，邏輯”1”意指注射管1必須被置換。在此輸出， 振盪器15送出相對於接地m之預定頻率，通常在200kHz 至400kHz範圍之內之矩形交換電壓信號Hi 。選擇頻率 使得由電容器8及9產生之電場穿透黏附劑2 ,衹要仍 有黏附劑2存在的話。電容器8及電阻2 4以低通形式形 成第一 RC元件，電容器9及電阻25M低通形式形成第二 RC元件。 從振盪器15送出之交換電壓信號Ui係施加至兩個低 通，而電容性電極6置放在接地IR。出現在兩個低通之 輸出之交換電壓信號112或113係直接引至或經過一耦合 電容器26至信號監測器16之兩個輸入。在其輸出，信號 -6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 m 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480330 A7 ___B7_ 五、發明說明（5 ) 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 ί裝 頁 監測器16傳送一矩形電壓U4 ,其負載循環依據交換電 壓U2及113之形狀。電壓114係由積體器20平化，並且 直接由電壓Us或非直接地由電壓ϋ5轉向為ϋ6而饋入 至微處理器21之A/D轉換器。 電容性感測器4應傳送一信號，其能輕易辨別下列三 種情況： 情況1 ’ 沒有注射管1位於鑽孔13中。 情況2 填充有黏附劑2之注射管1位於鑽孔中。 情況3 情況3為一動態情況並發生在當注射管1變空及注射 管1之置放由感測器4顯示。注射管1置放在鑽孔13中 。黏附劑2之位準降於最上電容性電極5之位準之下， 但仍高於第二電容性電極6之位準。 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在作業中，兩個電容器8及9係持續地由交換電壓信 號Ui充電及放電。兩個低通之時間常數r 1及1： 2決 定兩個電容器8及9之電荷反轉之速度。信號監測器16 用來偏轉自電容器8或9之電荷反轉時間之信號，其致 能在上述三個情況之自動差動。根據本發明，兩個低通 因此而尺寸化或使得他們具有不同的時間常數r 1及r 。從公式尤1=1?1乂（：1及1 2=R2xC2,其中Ri代 表電阻24之值，R2代表電阻25之值，Ci代表電容器8 之電容值及C2代表電容器9之電容值，可得到各種可 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480330 A7 B7_ 五、發明說明（6 ) 行性，其可影響時間常數r ^及！： 2 。這些範例可於下 文中解釋得更為詳细： 節例1 電容性電極5及7具有相同的幾何形式。兩個電容器 Ci及〇2因此在相同的情況下具有相同的電容。兩個電 阻器24及25之電阻值1^及1?2不同，例如RiiOxRi 。 節例2 電容性電極5及7具有不同的幾何形狀。因此電容器 8及9在相同的情況下具有不同的電容（：1或（：2 。兩個 電阻器Ri及1?2之電阻值相同或不同。 節例3 電容性電極5及7具有相同的幾何形狀。額外的電容 器係平行連接於電容器9 。兩個電阻器1{1及1?2之電阻 值相同或不同。 特別適用於範例1之電子電路琨在詳细解釋於下。信 號監測器用來自兩個交換電壓信號U2及113擷取含在時 間常數r 1及2： 2內之資訊並表示在信號U4中。為此 目的，最好使用商業PLL組件（例如自國際牌半導體之CD 4046或自摩托羅拉之MC 14046)。此種PLL組件包含一振 盪器及數個相位監測器，其中一個是X0R元件。形成X0R 元件之相位監測器最好當做信號監測器16。信號U2被 饋入X0R元件之一輸入，信號U3饋入另一輸入。如所知 ，當相同的邏輯信號施加在兩個輸入時，X0R元件在其 輸人負載一邏輯”0”信號，當不同的邏輯信號施加至兩 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 冉填办 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480330 A7 B7_ 五、發明說明（7 ) 個輸人時，X0R元件負載邏輯”1”信號。由時間常數r i 定義之變化電壓信號II2之上升時間決定在X0R元件之對 應輸入之信號自邏輯” 0 ”改變至邏輯” 1 ”或自邏輯"1 ”改 變至邏輯” 0 ”之時間點。由時間常數r 2定義之交換電 壓信號U3之上升時間決定X0R元件之另一輸入之切換點 。因此，當兩個時間常數r 1及1： 2中之至少一個改變 時，交換電壓信號U4及電壓1)&亦改變。 為了能測量時間常數r ：1及1 2上的改變，時間常數 r 1及1： 2必須能與交換電壓信號Ui之頻率f之振盪 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 之 通 低 個 兩 於 大 需 f 率 頻 著 味 意 這 Ο 較 比 期 週 之 壓小 電之 換 3 交J 為 2 作 U 通號 低信 是壓 點電 缺換 〇 交 率起 頻引 斷此 切因 大 夠 幅 振 之 2 U 號 信 壓 壓 電 換 彐 U 交 及是 2 但

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ο X 之 件 元 直 壓 電 換 交 之 放加作 要胞換 需大切 而放之 小動中 業 故 緣 此 為 其 路 電 1 有 經 已 入 輸 元由 OR經 X係 在 彐 ϋ ΤΠΠΠ ft 啟號 夠信 足壓 準電 位換 其交 到 ， 放 的 外 另 要 需 不 而 〇 入 輸 之 件 元 R ο X 至 入 饋 器 容 電 合 自件耦大 線· 器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Η 5 地 U 當壓 適電 能之 路出 電輸 此之 然20 雖器 分 作 積 在 別 差 之 況 情 個 三 是 但 時 f 率 頻 之 5 11 器 盪 振 制 控 來 用 位 移 U 及 壓大 電放 將數 能因 好設 最預 此一 因由 。 其 著 ， 顯27 為路 更迴 授 回 之 8 2 器 大 放 入 饋 壓 電 流 直 之 定 固

6 U 之 路 壓電 電子 制電 控之 率中 頻 1 M例 並範 份在 組 5 器 盪 振 入 饋 下 如 現 表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 480330 A7 B7 五、發明說明（ 情況1 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 基於兩個低通的不同時間常數r 1及r 2,造成電壓 U6之最大值4.5V及交換電壓信號號h之頻率約360kHz。 情況2 兩個電容器8及9之電容值（：1及（：2與情況1之值比 較改變至相同程同。時間常數改變至不同程度。對於雷 壓這造成較低值，約為2V及交換電壓信號111之頻 率掉到3 1 0 k Η z。 情況3 電容器8之電容值（：1及時間常數r 1隨黏附劑2之 位準而改變。電容器9之電容值C2及時間常數r 2並 未改變。電壓U6隨著電容器8之電容值（：1及時間常數 之變化增加而增加。當黏附劑2之位準達到第二電容性 電極6之位準時，電壓116之值達到約2.6V而交換電壓 信號之頻率具有約323kHz之值。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電壓U6係供應至微處理器21之A/D轉換器22。微處理 器21連續地訊問A/D轉換器22並在範例1中表現如下： -假使II 6大於4V,則微處理器21之輸出23載有邏輯”1”， -假使U 8小於2 . 6 V ,則微處理器2 1儲存ϋ 6值作為值Z 〇 。微處理器2 1之輸出2 3則負載邏輯” 0 ”。 -假使ϋ 6小於2 . 6 V且小於Ζ 〇 ,則微處理器2 1儲存11 6 值作為新值Ζ 〇 ,微處理器2 1之輸出2 3負載邏輯” 0 ”。 -假使Us小於2.6V且大於Ζ〇+ΛΖ,其中ΔΖ代表一預 設之臨界值，約為0.4V(或0.5V),則微處理器21之輸 10-本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規槔（210 X 297公釐） 480330 A7 ___B7_ 五、發明說明（9 ) 出23被設定成邏輯”1”K顯示注射管是空的且必須置 換。 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 第5圖顯示時間t上之製程116 。可清楚辨識的是兩 個電壓位準，其對應到情況1 = ”無注射管”及2 = ”填充 有黏附劑之注射管”及在情況3 = ”注射管變空”期間從時 間點t 〇增加之電壓U 6 。在時間點t i時，電壓U 6到達 Ζο+ΔΖ,在此微處理器21顯示改變注射管1且停止進 一步空化注射管1 。電壓ϋ6接受稍微的變動，因為外 部影響，例如注射管1之溫度，黏附劑2之溫度，環境 溫度等。這些變動小於ΔΖ。電壓U6之位準在情況2中 係額外地依據黏附劑2本身。感測器4自動地調適成適 應不同的黏附劑。在改變黏附劑後不需要重新調整感測 器4 ,在改變注射管後亦不需要重設感測器4 。 能預見高通代替低通作為RC元件，即是在電路中對調 電容器8及電容器24及在另一側對調電容器9及電阻器 25 〇 第6圖顯示另一感測器4之電極之横切面。感測器4 有5個平行配置之電極5,6,7,29及30。兩個外側電極29 及30用來隔離內部電極5, 6及7 。他們係直接地（如圖 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 示）或經由耦合電容器電氣連接至中間電極6 。這個感 測器4之測量感測區係兩倍的，另一方面，當他們接地 時，兩個外側電極29及30將中間電極5,6及7隔離於外 部影響外，兩個外側電極29及30亦可作為外殻之一部分。 參考符號說明 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480330 A7 _B7 五、發明說明（1Q ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1..... 注射管 2..... 黏附劑 3..... 開口 4..... 感測器 5-7… ..電容性電極 8,9... 雷容器 10 .... .印刷電路板 11,12· ____非導體層 13 .... .圓形鑽孔 14…. .組件 1 5…… .振盪器 16 ·… .信號監測器 17,18, ____電阻器 19 .... .電容器 20 .... .積分器 21 ,… .微處理器 22 .... .A/D轉換器 23 ·… .輸出 24,25. ____電阻器 26 .... .電容器 2Ί…· .回授迴路 28 .... .放大器 29,30. ....電極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 480330 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種感測器，用於監測具有三個電容性電極（5-7)之 容器之預設填充液位準，三個電容性電極形成第一及 第二電容器（8,9),其特徵在於三個電容性電極（5-7) 配置在三個互相平行之平面上，且穿過三個電容性電 極（5-7)之鑽孔存在用於接受容器。 2. 如申請專利範圍第1項之感測器（4),其中第一電容 器（8)及第一電阻器（24)形成第一 RC元件之部分，而 第二電容器（9)及第二電阻器（25)形成第二RC元件之 部分，且兩個RC元件具有不同的時間常數。 3. 如申請專利範圍第2項之感測器（4),其中第二RC元 件之第二電阻（25)至少是10倍大於第一 RC元件之第一 電阻（2 4 )。 4. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中三個電容性電 極（5-7)係由三個多層印刷電路板（10)之電氣導體層 形成，其係由兩個電氣非導體層（11)及（12)分隔。 5. 如申請專利範圍第2項之感測器，其中三個電容性電 極（5-7)係由三個多層印刷電路板（10)之電氣導體層 形成，其係由兩個電氣非導體層（11)及（12)分隔。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6. 如申請專利範圍第3項之感測器，其中三個電容性電 極（5-7)係由三個多層印刷電路板（10)之電氣導體層 所形成，其係由兩個電氣非導體層（11)及（12)隔開。 7. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中可預見另兩個 電容性電極（29,30 ),其係直接地或經由耦合電容器 連接至中間電極（6)。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480330 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 第30ί 圍9，極 範丨電 利極間 專電中 請性至 申容接 如電連 8 湏0 之 項 個 兩 另 見 預 可 中 其 器 容 電 合0 由 經 或 地 接 直 傺 其 第 3(£ 麗 9 極 2 範丨電 利極間 專電中 請性至 申容接 如電連 9 器 測0 之 項 個 兩 另 見 預 可 中 其 器 容 電 合0 由 經 或 地 接 直 像 其 第 圍 範 利 專 請 串 如 9,極 2 /TV ipar 極間 電中 性至 容接 電連 個器 兩容 另電 見 合 預耦 可 由 中經 其或 ，地 器接 測直 感傺 之其 項 ， 第 圍 範 MU 禾 專 請 Φ 如 9 極 2 I /fv 霄 極間 電中 性至 容接 電連 個器 兩容 另電 見 合 預耩 可由 中經 其或 ，地 器接 測直 感偽 之其 項 ， 第 圍 範 利 專 請 申 如 9,極 (2電 極間 電中 性至 容接 電連 個器 兩容 另電 見‘合 預繙 可由 中經 其或 ，地 器接 測直 之其 項 ， ---------------------訂---------線 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）