TWI582395B - 超音波液位感測系統 - Google Patents

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TWI582395B
TWI582395B TW104127563A TW104127563A TWI582395B TW I582395 B TWI582395 B TW I582395B TW 104127563 A TW104127563 A TW 104127563A TW 104127563 A TW104127563 A TW 104127563A TW I582395 B TWI582395 B TW I582395B
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查理 麥克 伯特奇兒
湯瑪斯 安得魯 斯坦多
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氣體產品及化學品股份公司
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Description

超音波液位感測系統 相關申請案之交互參照
本案請求2014年，8月29日申請的美國臨時申請案第62/043,668號的權益。在此以完全闡述引用的方式將2014年，1月24日申請的同在申請中的美國專利案第14/163,407號併入本文。
本發明關於一種超音波探針，其具有用於測量密封容器內的液位的超音波感測器(例如，壓電晶體)而且具有使該探針更可靠而且當該容器接近空態時能得到更精確的液位讀數的特徵。
許多半導體製程涉及必須符合嚴格純度要求的化學試劑的應用。這些液態化學試劑通常裝入密封容器(例如安瓿)中以預防該等化學試劑的污染並且防止洩漏。該等化學試劑通常需要運用金屬對金屬密封(metal-on-metal seal)的金屬容器和容器附件以避免在提高壓力之下的腐蝕、污染及洩漏。當使用存於此容器中的化學試劑時，其經常必須得能測 定留在該容器中的化學試劑的量而不會使該化學試劑暴露於環境或使操作員受到該化學試劑影響。
超音波探針於半導體業常被用來測量密封容器內的化學試劑位準。典型的設計包括沿著該探針內的導管縱長串聯佈置的多重超音波感測器，例如准予Dam等人的美國專利第5,663,503號所揭示的感測器及構型。信號處理裝置(例如，控制器、計量器、個人電腦等等)將電子信號發放給該等超音波感測器，其接著產生通過該導管的音波爆炸及返回該等感測器的回波。各感測器將其接收的回波(echoed wave)轉換成發送回該信號處理裝置的電子信號。該信號處理裝置接著解析該等電子信號以推斷該等回波的強度以及該等回波發射與到達之間經過的時間。對沿著該導管特定部位佈置的各感測器，該等超音波行經該導管的速度及該超音波回波的強度將隨著該導管部位含有化學試劑或氣體或蒸氣而不同(亦即，聲音行經液態介質比氣體或蒸氣更快)。依此方式，該信號處理裝置能測定沿著該導管縱長的化學試劑位準而且從而該容器內的化學試劑的量。
一般，較大量佈置於該超音波探針內的超音波感測器在測量化學試劑水位時轉變為提高的精確度。然而，這樣的感測器卻受限於其無法精確地測量接近或低於該探針下端的化學試劑水位。這由於半導體製程和環境的嚴苛特性、與該等化學試劑相關的成本及與清潔容器時剩餘化學試劑處理相關的成本而會有問題。
因此，此技藝中需要一種能測量該容器內的小量 化學試劑水位的超音波探針。
本發明的數個特定態樣係概述於下文。
態樣1. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其係從一裝配組合件向下延伸並且包含由內管來界定的內部容積及縱向佈置於該筒體內的導管，該內管具有一縱軸及在該裝配組合件遠側的下端，該筒體具有一長度；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波，該多數超音波感測器各自具有一垂直間隔；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包括含至少三超音波感測器的上方群和含至少三超音波感測器的下方群，該上方群的超音波感測器係設置得比該下方群的任何超音波感測器離該內管的下端更遠，該下方群的各自超音波感測器的垂直間隔比該上方群中的任何超音波感測器的垂直間隔更小。
態樣2. 如態樣1之超音波探針，其中該下方群的各自超音波感測器與該下方群的各垂直相鄰的超音波感測器垂直偏置。
態樣3. 如態樣2之超音波探針，其中該下方群的各自超音波感測器的垂直偏置與該下方群的所有其他超音 波感測器的垂直偏置係於相同的徑向方向。
態樣4. 如態樣1至3中任一項之超音波探針，其中該上方群或該下方群任一者中的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同。
態樣5. 如態樣4之超音波探針，其中該上方群中的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同而且該下方群的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同。
態樣6. 如態樣1至5中任一項之超音波探針，其中該多數超音波感測器包括含至少三超音波感測器的中間群，該中間群的超音波感測器係設置得比該下方群的任何超音波感測器離該內管的下端更遠而且比該上方群的任何超音波感測器靠該內管的下端更近，該中間群中的各自超音波感測器的垂直間隔比該上方群中的任何超音波感測器的垂直間隔更小而且比該下方群中的任何超音波感測器的垂直間隔更大。
態樣7. 如態樣1至6中任一項之超音波探針，其中該下方群中的超音波感測器的垂直間隔小於0.3吋(0.76cm)。
態樣8. 如態樣1至7中任一項之超音波探針，其中該下方群包含至少四超音波感測器。
態樣9. 如態樣1至8中任一項之超音波探針，其中該下方群係利用該筒體長度的下方四分之一來設置，該下方四分之一在該裝配組合件的遠側。
態樣10. 如態樣1至9中任一項之超音波探針， 其中該多數超音波感測器包含朝該容器基部發射聲波之面向下的感測器。
態樣11. 如態樣10之超音波探針，其中該面向下的感測器係固定於該筒體的末端碟形蓋(end disc cap)，該筒體的末端碟形蓋與該內管實質上垂直，致使該面向下的感測器朝與該筒體的縱軸實質上平行的方向發射聲波。
態樣12. 如態樣10之超音波探針，其中該容器基部包含一貯槽，該貯槽係佈置成當該超音波探針係設於該容器中時使該貯槽的至少一部分與該筒體垂直對齊。
態樣13. 如態樣12之超音波探針，其中當該超音波探針係設於該容器中時該貯槽與該超音波探針的筒體縱軸共軸地對齊。
態樣14. 如態樣12之超音波探針，其中該貯槽的直徑比該筒體的直徑更大。
態樣15. 如態樣1至14中任一項之超音波探針，其中該多數超音波感測器包含配對的超音波感測器，該配對的超音波感測器各自包含第一和第二超音波感測器，該第一和第二超音波感測器彼此於該筒體的配對高度處橫過該導管水平地配置。
態樣16. 如態樣15之超音波探針，其中該超音波探針係電耦合於至少一控制器，該至少一控制器係改造成能往返該多數超音波感測器傳送電子信號及接收電子信號，其中該至少一控制器係輸入程式以同時傳送電子信號給成對的第一和第二超音波感測器中的唯一者。
態樣17. 如態樣16之超音波探針，其中該超音波探針係電耦合於至少一控制器，該至少一控制器係改造成能往返該多數超音波感測器傳送電子信號及接收電子信號，其中該至少一控制器係輸入程式以同時傳送電子信號給成對的第一和第二超音波感測器中的唯一者。
態樣18. 如態樣16之超音波探針，其中該至少一控制器包含被電耦合於各成對超音波感測器的第一超音波感測器的第一控制器，及被電耦合於各成對超音波感測器的第二超音波感測器的第二控制器。
態樣19. 如態樣16之超音波探針，其中該多數超音波感測器的各超音波感測器係藉由多芯遮蔽電纜的至少一無遮蔽線電耦合於該至少一控制器。
態樣20. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其係從一裝配組合件向下延伸並且包含由內管來界定的內部容積及縱向佈置於該筒體內的導管，該內管具有一縱軸及在該裝配組合件遠側的下端，該筒體具有一長度；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包含與各垂直相鄰的超音波感測器偏置的至少一感測器。
態樣21. 如態樣20之超音波探針，其中該多數 超音波感測器各自具有一垂直間隔，該多數超音波感測器包括含至少三超音波感測器的上方群和含至少三超音波感測器的下方群，該上方群的超音波感測器係設置得比該下方群的任何超音波感測器離該內管的下端更遠，該下方群的各自超音波感測器與該下方群的各垂直相鄰的超音波感測器垂直偏置。
態樣22. 如態樣20至21中任一項之超音波探針，其中該多數超音波感測器各自，其與各垂直相鄰的超音波感測器偏置，與各垂直相鄰的超音波感測器垂直偏置90度。
態樣23. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其係從一裝配組合件向下延伸並且包含由內管來界定的內部容積及縱向佈置於該筒體內的導管，該內管具有一縱軸及在該裝配組合件遠側的下端，該筒體具有一長度；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波，該多數超音波感測器各自具有一垂直間隔；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包含朝該容器基部發射聲波之面向下的感測器。
態樣24. 如態樣23之超音波探針，其中該面向下的感測器係固定於該筒體的末端碟形蓋，該筒體的末端碟形蓋與該內管實質上垂直，致使該面向下的感測器朝與該筒 體的縱軸實質上平行的方向發射聲波。
態樣25. 如態樣23至24中任一項之超音波探針，其中該容器基部包含一貯槽，該貯槽係佈置成當該超音波探針係設於該容器中時使該貯槽的至少一部分與該筒體垂直對齊。
態樣26. 如態樣25之超音波探針，其中當該超音波探針係設於該容器中時該貯槽與該超音波探針的筒體縱軸共軸地對齊。
態樣27. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其係從一裝配組合件向下延伸並且包含由內管來界定的內部容積及縱向佈置於該筒體內的導管，該內管具有一縱軸及在該裝配組合件遠側的下端，該筒體具有一長度；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包含配對的超音波感測器，該配對的超音波感測器各自包含第一和第二超音波感測器，該第一和第二超音波感測器係彼此於該筒體的配對高度處橫過該導管水平地配置；其中該超音波探針係電耦合於至少一控制器，該至少一控制器係改造成能往返該多數超音波感測器傳送電子信號及接收電子信號，其中該至少一控制器係輸入程式以同時傳送電子信號給成對的第一和第二超音波感測 器中的唯一者。
1D‧‧‧探針的縱軸
D1‧‧‧凸出密封面內緣與頸管側壁的距離
D2‧‧‧頸管外徑
D3‧‧‧筒體外徑
D5‧‧‧碟形蓋與容器基部內表面之間的間隔
D6‧‧‧貯槽直徑
D7‧‧‧貯槽深度
D8‧‧‧上方群感測器的最大垂直間隔
D9‧‧‧中間群感測器的垂直間隔
D10‧‧‧下方群感測器的垂直間隔
D11‧‧‧超音波感測器高度
D12‧‧‧超音波感測器深度
D13‧‧‧超音波感測器寬度
D15‧‧‧筒體長度
100‧‧‧超音波探針
102a‧‧‧密封裝配構件
102b‧‧‧密封裝配構件
103‧‧‧貫通孔
104‧‧‧可撓性連接器
106‧‧‧電纜護套
107‧‧‧連接器
108‧‧‧頸管
109‧‧‧控制器
110‧‧‧頸管上端
111‧‧‧發光二極體計量器
112‧‧‧頸管下端
113‧‧‧肩部部位
114‧‧‧側壁
116‧‧‧肩部管
118‧‧‧肩部管上端
120‧‧‧肩部管下端
122‧‧‧筒體的外管
123‧‧‧筒體
124‧‧‧外管上端
126‧‧‧外管下端
128‧‧‧側壁
130‧‧‧貫通孔
132‧‧‧筒體的內管
134‧‧‧內管上端
136‧‧‧內管下端
138‧‧‧側壁
140‧‧‧碟形蓋
142‧‧‧碟形蓋的內部邊緣
144‧‧‧導管
146‧‧‧筒體的內部容積
148‧‧‧熔接區
149‧‧‧唇部
150‧‧‧凸出密封面
151‧‧‧凸出密封面的內緣
152‧‧‧螺紋區
154a‧‧‧測試埠
154b‧‧‧測試埠
156、156a~156l‧‧‧超音波感測器
157‧‧‧密封裝配組合件
158‧‧‧配線
159‧‧‧容器
160‧‧‧容器本體
162‧‧‧上方部位
164‧‧‧密封裝配構件
166‧‧‧相反螺紋區
168‧‧‧心柱
177‧‧‧超音波感測器
178‧‧‧容器基部的內表面
179‧‧‧容器基部
200‧‧‧超音波探針
223‧‧‧筒體
232‧‧‧內管
234‧‧‧內管上端
238‧‧‧側壁
240‧‧‧碟形蓋
244‧‧‧導管
246‧‧‧筒體的內部容積
256、256a~256l、277‧‧‧超音波感測器
300‧‧‧超音波探針
323‧‧‧筒體
332‧‧‧內管
334‧‧‧內管上端
338‧‧‧側壁
344‧‧‧導管
346‧‧‧筒體的內部容積
355、355a~355l‧‧‧超音波感測器
356、356a~356l‧‧‧超音波感測器
377、377a、377b‧‧‧超音波感測器
400‧‧‧超音波探針
423‧‧‧筒體
432‧‧‧內管
434‧‧‧內管上端
438‧‧‧側壁
444‧‧‧導管
446‧‧‧筒體的內部容積
456、456a~456l‧‧‧超音波感測器
477‧‧‧超音波感測器
後文中將聯合隨附圖式來描述本發明，其中類似的編號表示類似的元件。
圖1A係依據本發明的示範具體實施例的超音波探針的爆炸透視圖；圖1B係圖1A的超音波探針沿著線1B-1B取得的非爆炸截面圖；圖2依據本發明的示範具體實施例將圖1A和1B之超音波探針安裝於容器上的透視圖；圖3係依據本發明的另一示範具體實施例沿著圖1A的超音波探針的1B-1B線取得的非爆炸截面圖；圖4係依據本發明的另一示範具體實施例沿著圖1A的超音波探針的1B-1B線取得的非爆炸截面圖；圖5係依據本發明的另一示範具體實施例沿著圖1A的超音波探針的1B-1B線取得的非爆炸截面圖式；及圖6係依據本發明的另一示範具體實施例之圖1A的超音波探針的透視圖。
隨附的詳細描述僅提供較佳的示範具體實施例，而且無意限於本發明的範圍、適用性或構型。更確切地 說，該等較佳示範具體實施例的隨附詳細說明將提供給熟悉此技藝者用於實施本發明的較佳示範具體實施例的許可說明。如後附申請專利範圍所述的，各種不同變更能依照元件的功能及配置做到而不會悖離本發明的精神及範圍。
在該等圖式中，類似於本發明的其他具體實施例者的元件係藉由增加數值100的參考編號來表示。除非在文中另行指明或描述，否則這樣的元件應該被視為具有相同功能及特徵，而且此類元件的討論可能因此對於多重具體實施例不再重述。
用於本說明書及申請專利範圍時，該措辭“導管”表示一或更多結構，流體能通過該一或更多結構運送於一系統的二或更多零件之間。舉例來說，導管能包括運送液體、蒸氣及/或氣體的輸送管、導管、通路及其組合。
用於本說明書及申請專利範圍時，該措辭“流體連通”表示使液體、蒸氣及/或氣體能依照控制方式(亦即，不洩漏)運送於該等零件之間的二或更多零件之間的連結性質。連接二或更多零件以便使其彼此流體連通會涉及此技藝中已知的任何適合方法，例如使用熔接件、凸緣導管、墊片及螺釘。二或更多零件也可能經由可以將其分開的系統其他零件連接在一起。
為了協助描述本發明，本說明書及申請專利範圍中可使用方向用語來描述本發明的部位(例如，上方、下方、右側、右側等等)。這些方向用語僅欲協助描述並且主張此發明，而且無意依任何方式限制本發明。另外，為了提供其他 特徵的前後關係，本說明書中關聯圖式加進來的參考編號可能在一或更多其後的圖中重複出現而不在此說明書中另行描述。
圖1A和1B顯示依據本發明的示範具體實施例之超音波探針100。更明確地說，圖1A顯示該超音波探針100的爆炸透視圖而且圖1B顯示圖1A的超音波探針沿著線1B-1B取得的非爆炸截面圖。虛線1D表示探針100的縱軸。
該超音波探針100包含密封裝配構件102a和102b、可撓性連接器104、電纜護套106、具有肩部部位113的頸管108及筒體123。如本文更詳細討論的，該密封裝配構件102a和102b係密封裝配組合件157的部件，該等部件將該超音波探針100鎖緊於容器159。在此示範具體實施例中，例如2014年，1月24日申請的同在申請中的相關美國專利案序號第14/163,407號，在此以引用的方式將其教導併入本文，該密封裝配組合件157係一面密封裝配組合件(face seal fitting assembly)，其中該密封裝配構件102a係一具有貫通孔103的面密封配合填函蓋(face seal fitting gland)而且該密封裝配構件102b係一具有4分之3吋(19.1mm)六角螺帽的標準尺寸的面密封附件。在此具體實施例中，該密封裝配構件102b擺在該密封裝配構件102a的唇部149上並且能相對於該密封裝配構件102a繞著繪製通過該貫通孔103的軸旋轉。在可供選擇的具體實施例中，如普通熟悉此技藝者顯而易見的，該密封裝配構件102a和102b能具有其他尺寸及特徵，例如較長的填函蓋、半吋(12.7mm)或非標準尺寸的面密封附件及/ 或接合於該密封裝配構件102a的密封裝配構件102b。同樣地，其他類型的附件也能用於密封裝配組合件157，例如，舉例來說，表面安裝C形密封件。
該密封裝配構件102a係連接至該可撓性連接器104及該電纜護套106。該頸管108包含界定上方開口的上端110、界定下方開口的下端112及側壁114。在此具體實施例中，例如圖1A所示者及同在申請中的相關美國專利申請案序號第14/163,407號所述者中，該頸管108的肩部部位113包含一肩部管116，該肩部管116具有界定上方開口的上端118及界定下方開口的下端120。該肩部管116係圓錐形並且提供從該頸管108至該筒體123的外管122之平滑過渡部分。該頸管108的下端112係配置於該肩部管116內而且該肩部管116係連接至該頸管108的側壁114。在其他具體實施例中，整個頸管108，包括該肩部部位113在內，能由單一單件式零件構成。該頸管108的上端110係配置於該密封裝配構件102a的貫通孔103內及該可撓性連接器104內。
該筒體123包含外管122、內管132及碟形蓋(disc cap)140。該外管122具有界定上方開口的上端124、界定下方開口的下端126、側壁128及配置於該側壁128中並接近該上端124的貫通孔130。該外管122的上端124係連接至該肩部管116的下端120。
該內管132包含界定上方開口的上端134、界定下方開口的下端136及側壁138。在此示範具體實施例中，該上端134界定一上方開口，該上方開口大約與該下端136所 界定的下方開口垂直。該內管132界定一導管144(參見圖1B)。理應了解的是，在本發明的其他具體實施例中，該導管可能沒完全被包住，超音波探針100就是這樣。舉例來說，在具有“音叉”型筒體(亦即，具有二間隔開並向下伸出的組件)探針中該導管可能包含位於該二間隔開的組件之間的空間。
該碟形蓋140包含界定一開口的內部邊緣142。在一組合構型中，該內管132完全配置於該外管122內，該內管132的上端134對準中配置於該側壁128的貫通孔130，而且該內管132的下端136對準該外管122的下端126。該內管132的上端134係連接至該側壁128。該碟形蓋140係連接至該外管122的下端126及該內管132的下端136，藉以將該外管122的下端126連接至該內管132的下端136。
該導管144係配置於該筒體123內而且具有該內管132的下端136所界定的下方開口(該下方開口也能視為由該碟形蓋140的內部邊緣142界定)(參見圖1B)。當該筒體123係插入一容器時(參見圖2的容器159)，該導管144與盛裝液體的容器內部容積流體連通以致於該液體能流過該導管144。
該外管122的側壁128及該內管132的側壁138之間界定出一內部容積146(亦即，隔間)，該內部容積146也以該碟形蓋140為界，如示。該內部容積146與該導管144隔離(亦即，該內部容積146沒與該導管144流體連通)以致於流經該導管144的任何液體均無法進入該內部容積146。
多數超音波感測器156係配置於該筒體123的內 部容積146內。在一示範具體實施例中，該多數超音波感測器156包括耦合於該內管132的側壁138的十二(12)超音波感測器156a至156l及超音波感測器177，該超音波感測器177在某些具體實施例中耦合於側壁138，而且在可供選擇的具體實施例中耦合於碟形蓋140。在此具體實施例中，該多數超音波感測器156a至156l中的各者係利用環氧樹脂黏接於側壁138，而且超音波感測器177係黏接於碟形蓋140。因此，超音波感測器156a至156l朝著面對側壁138(例如，與縱軸1D垂直)的方向發射聲波，而且超音波感測器177朝著該碟形蓋140(例如，與縱軸1D平行)的方向發射聲波。其他適用於耦合的手段也能運用，例如雙面膠帶或其他黏著劑。在其他具體實施例，該多數超音波感測器156能包括更多或更少數目的感測器。較佳地，該多數超音波感測器156包括至少五超音波感測器。該多數超音波感測器156和超音波感測器177能提供普通熟悉此技藝者已知的任何適合超音波感測器，例如，舉例來說，壓電晶體。該多數超音波感測器的各超音波感測器156a至156l朝著穿過該側壁138和該導管144(和存於其中的任何液體)的方向發射聲波並且偵測返回的聲波。超音波感測器177朝著穿過碟形蓋140至該容器159基部179的內表面178(和存於其中的任何液體)的方向發射聲波並且偵測返回的聲波。
在此具體實施例中，據示該等感測器156a至156l係裝附於該側壁138，該側壁138與該縱軸1D平行。有可能，在可供選擇的具體實施例中，感測器156a至156l可不朝與該 縱軸1D垂直的方向發射聲波。然而，重要的是這些感測器156a至156l朝著能偵測該導管144中液體的存在之方向。同樣地，超音波感測器177可能朝沿著不與該縱軸1D平行的軸的方向發射並且接收聲波。然而，重要的是該面向下的超音波感測器177朝著使其能偵測裝在介於該筒體123的底部與該容器159的基部179之間的間隔之液體的存在之方向。
該多數超音波感測器156a至156b及超音波感測器177中的各超音波感測器包括自該內部容積146拉出，通過該頸管108，並且通過該電纜護套106的配線158(包含至少一電線)。配線158終止於接上控制器109的連接器107(參見圖2)
該控制器109係一可程式資料處理裝置，其發送電子信號給該多數超音波感測器156及超音波感測器177，接收來自該多數超音波感測器156及超音波感測器177的信號，並且測定該超音波探針100插入的容器內的液位。在此具體實施例中，該控制器109包含一或更多微處理器(沒顯示)、電源供應器(沒顯示)、接受該連接器107的至少一輸入/輸出埠(沒顯示)及提供該容器內的液體量的目視度數指示的發光二極體(LED)計量器或液晶顯示器111。在可供選擇的具體實施例中，該控制器109能包括其他輸入/輸出埠及/或其他用於指示該容器內的液位的聽覺和視覺機構。同樣地，該控制器109可提供任何類型的可程式資料處理裝置，包括個人電腦執行控制軟體。
關於該多數超音波感測器156中的各超音波感測 器，該控制器109經由該配線158發送電子信號(亦即，脈衝)給該超音波感測器，其造成該超音波感測器發射聲波(亦即，該等壓電性晶體振盪)。該超音波感測器接著接收返回的聲波並且將該回波轉換成經由該配線158送返該控制器109的電子信號。在一較佳具體實施例中，控制器109發送一系列多脈波(例如，20脈波)給該等超音波感測器156和177之個別者，該個別超音波感測器發射相應於該等脈波的聲波。控制器109等待經過預定時期(例如，時間窗)之後讓該超音波感測器接收由該等發射的聲波返抵的任何回波(echoed wave)。若該超音波感測器接收到一回波，該感測器便產生發送給控制器109的信號(例如，該壓電晶體於以該接收到的回波的頻率和強度為基礎的頻率和強度下振盪)。依據在該時間窗中是否有接收到任何回波(例如，依據該超音波感測器產生的任何信號的頻率及/或強度)，控制器109得於特定超音波感測器確定導管144中是否存有液體。典型地，當該超音波感測器在該時間窗中感測到液體不存在，有少許或無回波(例如，該壓電晶體振盪的強度可能非常低，或完全沒有)時，而且當存有液體時，該等回波的頻率和強度大體上與發送波類似。等到該時間窗結束時，控制器109發送一系列多脈波給下一超音波感測器以感測於超音波探針100的下一水位處液體的存在。
如先前討論的，該控制器109解析收到的信號強度以及傳送該電子信號給該超音波感測器與接收來自該超音波感測器的電子信號之間經過的時間以測定於配置特定感測器的導管144部位是否有液體。相應地，藉由使用該多數超 音波感測器156，該控制器109能測定沿著該導管144縱長的液位及插入該筒體123的容器內的液體量。同樣地，藉由運用超音波感測器177，控制器109能確定裝滿介於碟形蓋140(例如，該超音波探針100的底端)與容器159基部179的內表面178之間的距離，D5，的液體存在與否。該多數超音波感測器156及超音波感測器177中的各感測器可藉由該LED計量器111中的LED來表示以提供該容器內的液體量的目視度數指示(例如，各LED只有在特定感測器偵測到液體時才點亮)。
因為介於碟形蓋140(例如，該超音波探針100的底端)與容器159基部179的內表面178之間的距離，D5，係非零值讓流入導管144的液體能被超音波探針100測量到，所以朝穿過該側壁138和該導管144的方向發射聲波的多數超音波感測器156的底部超音波感測器(例如，超音波感測器156l)將會高於該容器基部的內表面178某個距離。因此，在測量容器159內的精準液位時超音波探針100會有某程度的固有不準確度。由此，所述的具體實施例可能適合運用超音波感測器177來測定存於介於碟形蓋140(例如，該超音波探針100的底端)與該容器159基部179的內表面178之間的間隔，D5，中的液位。該介於碟形蓋140與該容器159基部179的內表面178之間的間隔，D5，在不同容器之間可能有不同，但是探針100不直接觸到內表面178。藉由運用超音波感測器177，在偵測容器159的裝填水位時(例如，藉由偵測更接近容器159的全空狀態的水位)超音波探針100將具有改良的準確 度。超音波感測器177係佈置於該超音波探針100底部上，其向下朝該容器159基部179的內表面178發射超音波能量信號，於是使超音波感測器177能偵測到液體不再存在於超音波探針100與內表面178之間的情形，那可能表示容器159非常接近全空而且能更接近完全利用該容器159內的液體。因此，所述的具體實施例避免未利用液體的剩餘"尾部"，那經常得花很多費用移除而且得當危害性廢棄物清整。再者，供應商不需製造新容器組(舉例來說具有貯槽以測量下方殘餘液位的新容器)，而是供應商能夠僅升級加入現存容器的超音波探針。
該控制器109能經程式編寫以於同一時間發送信號給該多數超音波感測器156中的超音波感測器156a至156l的不到所有者及超音波感測器177並且接收來自該等感測器的信號。此特徵消除該多數超音波感測器156及超音波感測器177的配線158得個別遮蔽的需求而且也讓該等超音波感測器156a至156l及超音波感測器177能更緊密地配置在一起。在先前技藝系統中，將該等超音波感測器連接至控制器的配線經常個別遮蔽以防止於同一時間發送給該探針中的所有超音波感測器及來自該等超音波感測器的電子信號引起的干擾(亦即，串擾)。舉例來說，在典型先前技藝設計中的各超音波感測器的配線可能包括一同軸電纜，其中該內導線擔任往該超音波感測器的信號線的任務而且該外部遮蔽件擔任地線(例如，接地到該探針的鋼管)及來自該超音波感測器的信號返回線的任務。在先前技藝的系統中，該探針內的超音波感 測器也必須遠遠地間隔開以避免同時發射聲波的超音波感測器引起的干擾。這些特徵(亦即，多重遮蔽電纜增加的體積及感測器之間更大的空間)各個均限制能配置於探針中的超音波感測器數目而無法加大該探針的尺寸及相關的硬體。
在一較佳具體實施例中，該控制器109係經程式編寫或以操作方式建構以於一時間發送信號給該多數超音波感測器156及超音波感測器177中之一超音波感測器，並且接收來自該超音波感測器的信號。舉例來說，該控制器109能經程式編寫以便先發送電子信號給該超音波感測器156a並且等候收取來自該超音波感測器156a的返回信號，接著發送電子信號給該超音波感測器156b並且等候收取來自該超音波感測器156b的返回信號，關於該多數超音波感測器156及超音波感測器177中的各超音波感測器均依此類推。如果該超音波探針100正在運作，等到已經於第一時間發送電子信號給該多數超音波感測器156及超音波感測器177中的各者並且接收來自各者的電子信號以後(在此具體實施例中，開始於超音波感測器156a而且終止於超音波感測器157，但是其他順序也可行)，該控制器109重複此順序並且於第二時間發送電子信號給該超音波感測器156a及該多數超音波感測器156中的各者並且接收來自彼等的電子信號，以此類推。依此方式，各超音波感測器156a至156l及超音波感測器177的配線158之間及該等超音波感測器本身之間發生干擾的可能性將大幅降低或消除，因為該等超音波感測器156a至156l及超音波感測器177並非全都同時發射接收聲波而且該等超音波感 測器156a至156l及超音波感測器177中各自的配線158並非同時運送電子信號。
這個操作該多數超音波感測器156的方法消除各超音波感測器156a至156l及超音波感測器177的配線158得個別遮蔽的需求而且該等超音波感測器156a至156l及超音波感測器177能更緊密地配置在一起(亦即，比圖1B所示者又更緊密)，該二者使更大數目的超音波感測器能配置於該筒體123內。在一示範構型中，該配線158包含一多導線遮蔽電纜，該多導線遮蔽電纜具有沒經個別遮蔽的多數內導線，其中一單獨內導線係連接至該多數超音波感測器156及超音波感測器177中的各超音波感測器以擔任該信號線的任務，而且該多導線遮蔽電纜的外部遮蔽件擔任該多數超音波感測器156及超音波感測器177中的所有超音波感測器的共同返回線及接地線。舉例來說，能使用一同軸電纜當作該多導線遮蔽電纜，其中該等內導線係連接至該多數超音波感測器156及超音波感測器177擔任信號線的任務，而且該同軸電纜外部遮蔽件擔任該共同返回線的任務。在一較佳具體實施例中，該多芯遮蔽電纜係市售可得的電纜例如美國，密蘇里州，路易士街的Belden股份有限公司製造的83562型電纜。
該頸管108係配置於該密封裝配構件102a和102b及該可撓性連接器104內。該頸管108係藉由製作在熔接區148內的熔化熔接件(亦即，焊珠)固定於該密封裝配構件102a。較佳地，該熔接件僅佔據該熔接區148的一部分而且製作在該頸管108的側壁114緊鄰該密封裝配構件102a之 處。該密封裝配構件102a包括繞著該頸管108伸出的凸出密封面(亦即，密封面)150。該凸出密封面150具有與該頸管108的側壁114分隔距離D1的內緣151。為了防止該熔接區148內的熔接損及該凸出密封面150(例如，熔接材料會創造隆起的表面及/或熔接的熱會使該凸出密封面150變形)，距離D1較佳為至少2.0mm(0.079吋)而且，更佳為至少6.0mm(0.24吋)。該密封裝配構件102b包括一螺紋區152，該螺紋區152咬合該密封裝配組合件157的另一密封裝配構件164。超音波探針100也可能包括測試埠(沒顯示)，當該超音波探針100鎖緊於該容器159時該等測試埠係用於洩漏偵測。在一可供選擇的具體實施例中，該密封裝配構件102a和該頸管108可能由，舉例來說單一不銹鋼圓部，製造成單一整合件，從而排除單獨製造這些零件並且將其熔接在一起的需求。
該筒體123具有一外徑D3(亦即，該外管122的外徑)。該頸管108和該內管132具有小於該筒體123外徑D3的外徑D2。相較於該內管132的外徑D2，該筒體123的較大外徑D3提供該內部容積146內的增量空間，那是儲存增加數目的超音波感測器156a至156l及超音波感測器177及其個別配線158所必需的。較佳地，該內管132的外徑D2對該筒體123的外徑D3之比值小於或等於0.95。更佳地，該內管132的外徑D2對該筒體123的外徑D3之比值小於或等於0.95而且大於或等於0.3。更佳地，該內管132的外徑D2對該筒體123的外徑D3之比值小於或等於0.8，而且該筒體123的外徑D3不大於0.827吋(21.0mm)。更佳地，該內管132的外徑 D2對該筒體123的外徑D3之比值小於或等於0.8而且大於或等於0.4。更佳地，該內管132的外徑D2大約是16分之5吋(7.9mm)，而且該筒體123的外徑D3大約是8分之5吋(15.9mm)。較佳地，在該多數超音波感測器156及超音波感測器177包括至少4個超音波感測器的情形下該外管122的側壁128與該內管132的側壁138之間的最小距離為至少0.10吋(2.5mm)，而且在在該多數超音波感測器156包括12個超音波感測器156a至156l及超音波感測器177的情形下最小距離為至少0.15吋(3.8mm)。
在其他具體實施例，如同在申請中的相關美國專利案序號第14/163,407號所述的，超音波探針100可運用不同結構的頸管108和筒體123。舉例來說，在某些具體實施例中，例如同在申請中的相關美國專利案序號第14/163,407號所述的，頸管108的肩部113係由側壁114構成而非單獨物件而且與該頸管108剩餘部分合為一體(亦即，該頸管108和肩部113為一單件材料)，舉例來說經由從該頸管108的外徑D2轉變到該頸管108的外徑D3之啞鈴形肩部113，該頸管108的外徑D3也是該筒體123的外徑。
再者，同在申請中的相關美國專利案第14/163,407號所述的其他具體實施例可運用超音波探針100的外管122，該外管122不包括被佈置於該側壁128的貫通孔，而且其中外管122的上端124沒耦合於肩部管或該頸管108的下端112。而是該內管132的上端134可與佈置於該套管側壁的貫通孔對齊，該套管側壁係耦合於該頸管108的下 端112和該外管122的上端124。該套管可使筒體123能被建構成一或更多組合件，其可有益地使該多數超音波感測器156能在完成筒體123的組合件之前先予以測試。除此之外，此特徵有益處的原因是該筒體123大部分的組件皆能在安裝該多數超音波感測器156之前熔接在一起，然而熔接產生的熱卻可能損壞該多數超音波感測器156及/或將該多數超音波感測器156固持於該內部容積146內的正確位置的黏著劑。
圖2顯示依據本發明的示範具體實施例將該超音波探針100安裝於容器159上的透視圖。該超音波探針100包括該控制器109和該LED計量器111，如先前討論的。該容器159包含本體160、上方部位162及連接至該上方部位162的密封裝配構件164。普通熟悉此技藝者將顯而易見，為了達到清晰及例示的目的該容器159可包括圖2中沒顯示的其他零件(例如，用於再填滿該容器159的額外的閥及硬體)。該本體160和上方部位162界定能容納流體的內部容積。在此具體實施例中，該上方部位162係連接至該本體160的蓋子。在其他具體實施例中，該上方部位162可能是該本體160的整體部分。該密封裝配構件164，像是該密封裝配構件102a和102b，係將該超音波探針100鎖緊於該容器159的密封裝配組合件157之一部位。在此示範具體實施例中，該容器159的零件係由一或更多金屬構成。
為了進一步提高該超音波探針100的準確度，在某些具體實施例中，容器159的基部179可加入使碟形蓋140(例如，該超音波探針100的底端)能佈置得更靠近容器159基 部179，然而卻讓液體還能流入導管144的特徵。舉例來說，如圖3所示，貯槽280可被加入容器259的基部279中。如圖3所示，在示範具體實施例中，貯槽280比筒體123的外徑，D3，稍寬(例如，D6的距離)。在一較佳具體實施例中，貯槽280可能是在容器259的基部279中機械加工而成的圓孔，該貯槽280的中央與該導管144的中央共軸地對齊而且具有0.15吋(0.38cm)的深度，D7，及0.80吋(2.03cm)的直徑，D6。
貯槽280的其他具體實施例也可行，舉例來說，例如在容器259的基部279中機械加工或形成的通道，其具有有角度的容器259基部279以在該超音波探針100底部附近形成中央凹下的區域，及其他類似的器具。不管在其他具體實施例中的貯槽280形狀為何，較佳為該貯槽280的上方開口係成形而且設置於該容器259的基部279而與整個碟形蓋140垂直重疊。換句話說，該貯槽280上方開口的截面形狀若該探針100從其正常安裝位置垂直降下，則該探針100的底端可能套進該貯槽280中。在該貯槽280具有圓形上方開口而且該筒體223係圓柱形的具體實施例中，該貯槽的直徑較佳為介於該筒體223直徑的100.1%與110%之間。也較佳為該貯槽具有較小的容積，相應地，該貯槽280的容積較佳為小於該容器259總體可利用液體容量的1%。更佳地，該貯槽280的容積較佳為小於該容器259總體可利用液體容量的0.2%。
在運用貯槽的具體實施例中，儘管供應商可能必 須生產具有貯槽的容器，但是貯槽280機械加工加入容器259的基部279卻能偵測到最低殘餘液位而不會使該容器完全耗盡。舉例來說，在標準1.2L安瓿中，同樣運用貯槽280的容器中的超音波探針100之所述的具體實施例能測到10至20cc的最低液位，比可能僅能偵測65-75cc最低液位的典型先前技藝更小。
如圖4所示，超音波探針200的一些具體實施例可能於超音波感測器256之間沿著該筒體223的長度D15運用不同垂直間隔(可變間隔)。舉例來說，佈置得較接近超音波探針200頂端的超音波感測器256表示測量該容器159較滿(例如，導管244含有高液位)的情形中該容器159內的液位。當容器159較滿時，對高準確度液位測量的需求可能比當容器159較空(例如，導管244含有低液位)時更小。因此，如圖4所示，超音波探針200的一些具體實施例可能在該超音波探針200底部附近將該多數超音波感測器256中的二或多者更接近地靠在一起(例如，表示容器159更空)以在容器159含有較少液體而且，因此，更接近變成全空的情形中更準確地測量容器159內的液位。
舉例來說，如圖4所示，超音波感測器256i、256j、256k及256l比佈置於超音波探針200內更高處的數超音波感測器256a至256h者群集的更接近(例如，多數超音波感測器256中對應導管244及，從而，容器159內較高液位者)。儘管圖4所示為在該超音波探針200的附近運用該多數超音波感測器256中的4個為一組，但是圖4意謂著示範， 而且在可供選擇的具體實施例中可能運用不同超音波感測器256之間的其他群、間隔及可變間隔數目。再者，圖4並未按比例繪製。
較佳也可包括二群不同垂直間隔的超音波感測器。在圖4所示的具體實施例中，提供三群感測器，上方群(感測器256a、256b、256c)、中間群(感測器256d至256h)及下方群(感測器256i至256l)。該上方群的感測器具有最大垂直間隔D8，該中間群的感測器具有垂直間隔D9，該垂直間隔比垂直間隔D8更小但是比該下方群的感測器的垂直間隔D10更大。在可供選擇的具體實施例中，介於該上方群或該下方群任一者中的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同。在其他可供選擇的具體實施例中，介於該上方群的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同而且介於該下方群的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同。用於本文時，該措辭“垂直間隔”意欲表示介於二相鄰感測器中心之間沿著該筒體232(其與該長度D15平行)縱軸(參見圖1B的軸1D)的距離。
藉由運用不同超音波感測器256之間的可變垂直間隔，超音波探針200的具體實施例能在測量該容器159的液位時達成更高的精確度，尤其是在該液位較低而且容器159較接近空態的情形，而不需增加超音波感測器256的數目。在示範具體實施例中，能依照像0.375吋(0.95公分)那麼少的容器159中液體測量6點，對比於先前系統，其依照大約1.8吋(大約4.6公分)的容器159中液體測量6點。
在許多應用中，吾人所欲為使比運用更接近/更緊 密感測器間隔的筒體223部分更大的筒體223部分具有較寬大的感測器垂直間隔。在大部分應用中，較寬大的感測器間隔宜分佈於該筒體223大於一半的部分上而且在許多應用中，較寬大的感測器間隔宜分佈於該筒體223長度大於四分之三的部分上，留下更接近/更緊密感測器間隔於該筒體223長度小於四分之一的部分上。
圖5顯示超音波探針300的另一示範具體實施例。如圖5所示，超音波探針300的某些具體實施例可能於超音波探針300內及沿著該筒體323垂直地於配對高度處運用多對超音波感測器。舉例來說，超音波感測器356a與超音波感測器355a配成一對，超音波感測器356b與超音波感測器355b配成一對，依此類推，一直到超音波感測器356l，其與超音波感測器355l配成一對。同樣地，面向下的超音波感測器377a可能與面向下的超音波感測器377b配成一對。有些具體實施例例如如圖5所示者可能另外運用成雙的電子裝置(例如，控制器109)來控制超音波感測器355、356及377，其提供額外的冗餘度。甚至是在運用雙重電子裝置的具體實施例中，可能將兩組電子裝置安裝於單一圍壁中以降低成本及空間需求。在運用雙重電子裝置的具體實施例中，二控制器可能彼此電子通訊，並且將一控制器設定為主裝置而且另一控制器設定為從裝置，其中第一子群超音波感測器355、356和377與一控制器電子通訊而且第二子群超音波感測器355、356和377與另一控制器電子通訊。
儘管本文所述為涉及二控制器，但是其他具體實 施例可能運用其他數目的冗餘控制器。若該等控制器中之其一變得無回應，該主裝置和從裝置構型可由任一控制器來自動改善。其他具體實施例可僅運用一組電子裝置來控制所有超音波感測器355、356和377以降低成本及複雜度。
因此，具體實施例例如圖5所示者提供冗餘液位感測，從而提供較高的超音波探針300耐用性和準確度。再者，藉由以單一超音波探針提供冗餘感測能力，所述的具體實施例將消除對二單獨探針及穿入該容器159蓋部的必要性，其可能既昂貴又浪費空間。儘管據圖5顯示為具有面向下的感測器(例如，超音波感測器377a和377b)的12階超音波探針(例如，超音波感測器355和356)，但是超音波探針300的具體實施例可能運用垂直佈置於超音波探針300內的配對高度處的其他數目的超音波感測器。
為了使該等超音波感測器能被垂直隔得更近，該等超音波感測器各者可能與其正上方和下方的感測器偏置-意指該等超音波感測器各者未與其正上方或其正下方的感測器垂直重疊。要完成此之一方式係顯示於圖6，其顯示超音波探針400將多數超音波感測器456依照螺旋排列佈置於該筒體423內部容積446內的內管432周圍(例如，於側壁438上)。藉由將該多數超音波感測器456依照螺旋排列設置於內管432周圍，能減小該多數超音波感測器中的相鄰者之間的垂直距離，使超音波感測器456各者之間能有較小的增量垂直間隔而且，從而，達成容器159內(例如，導管444內)的液位更精確的測量。在一較佳具體實施例中，該多數超音波感測器456 者的螺旋排列可能運用在該超音波探針400底端附近，舉例來說以實行關於圖3所述的不同超音波感測器的可變間隔。在示範具體實施例中，超音波感測器456的形狀一般為矩形，其具有0.25吋(0.64公分)的高度(D11)、0.050吋(0.13公分)的深度(D12)及0.18吋(0.46公分)的寬度(D13)。在運用該多數超音波感測器456的螺旋排列的示範具體實施例中，各超音波感測器456之間的垂直間隔可能減至該等超音波感測器456的較低者中心與該等超音波感測器456的較高者中心之間大約0.075吋(大約0.19公分)垂直間隔(舉例來說，超音波感測器456l與超音波感測器456k的中心至中心垂直地為0.075吋(0.19公分))。先前技藝超音波感測器達成中心至中心垂直地大約0.3吋(大約0.76公分)的相鄰超音波感測器的最近間隔。較佳為該等垂直偏置感測器的垂直間隔小於0.3吋(0.76cm)。
在另一可供選擇的具體實施例(沒顯示)中，該等超音波感測器中有至少一些係依照螺旋排列佈置(亦即，包括所有垂直偏置皆相等而且依照相同方向)，其中各相鄰感測器與其正上方和下方的感測器係佈置於90度垂直偏置。在此排列之下，每到第五個感測器將會垂直對齊。依照此排列，依照螺旋排列的各感測器的最小垂直間隔將必須足以提供該等垂直對齊感測器各者之間的間隙。較佳為各感測器與垂直相鄰的感測器垂直偏置(例如，感測器456h和456j與感測器456i垂直相鄰)至少30度，更佳地，至少60度而且，最佳地90度。90度垂直偏置具有使該等感測器配置更均勻的優點。
舉例來說，在標準1.2L安瓿中，運用0.075吋 (0.19公分)中心至中的垂直超音波感測器間隔能探知該容器159內液體的24cc增量。在一較佳具體實施例中，螺旋排列係運用於佈置於超音波探針400較低處(例如，含有較少液體的容器159)的多數超音波感測器456中的一部分，而標準垂直排列係運用於佈置於超音波探針400較高處(例如，含有較多液體的容器159)的多數超音波感測器456中的一部分。在一特定實施例中，該下方的六超音波感測器(例如，感測器456g至456l)係依照各者中心至中心之間的垂直間隔為0.075吋(0.19公分)的螺旋排列佈置於內管432的側壁438上，而且該上方的六超音波感測器(例如，感測器456a至456f)係依照各者中心至中心之間的間隔為大約0.5吋(大約1.3公分)的標準垂直排列佈置於內管432的側壁438上。因此，該下方的六超音波感測器(例如，感測器456g至456l)依照各感測器之間的24cc增量測量該容器159所含的液體(在此情形中因為容器159更接近空態而期望更高精確度)，而且該上方的六超音波感測器(例如，感測器456a至456f)依照各感測器之間的160cc增量測量該容器159所含的液體(在此情形中因為容器159較接近全滿所以精確度不那麼重要)。儘管據圖6顯示為依照螺旋排列佈置於內管432的周圍，超音波感測器456的相鄰者未垂直對齊的其他排列也有可能。
因此，所述的超音波探針具體實施例滿足此技藝對具有增加數量的超音波感測器的超音波探針之要求，該等超音波感測器能與具有標準尺寸的現行容器附件一起使用。該筒體123的外徑D3能提供該內部容積146內增量的空間， 為了收藏增量的超音波感測器156a至156l及超音波感測器177和其分別配線158那是有必要的。在先前技藝超音波探針設計中，該筒體典型地伸入密封裝配組合件。增大的筒體外徑因此將會需要較大及/或非標準密封裝配組合件，改良標準密封裝配組合件例如藉由搪出一貫通孔(例如該密封裝配構件102a的貫通孔103)使其能接受較大的筒體直徑。然而，非標準裝配組合件通常比其標準對應物更昂貴許多而且也可能必需使用其他非標準組件。非標準裝配組合件並未從用於半導體製程的標準化裝配組合件的大量測試和實證歷史而獲益。較大的密封附件也需要在該容器的蓋子上更大的空間(例如，上方部位162)而且會使獲得緊密的密封更加困難。最終，發明人發現努力改良標準密封裝配組合件以接收較大筒體直徑會負面地影響該超音波探針及/或該密封裝配組合件的結構完整性。舉例來說，參照圖1B，若在該密封裝配構件102a中搪出一貫通孔103以接受較大外徑D2而非該頸管108的外徑D2，該距離D1將會減小。結果，該熔接區148的大小也會減小，而且熔接熱可能損害(亦即，扭歪)凸出密封面150並且負面地影響該凸出密封面150與一金屬墊片(未示於圖中)之間創造的密封件的完整性。
不像先前技藝探針設計，該超音波探針100的筒體123沒有伸入該密封裝配構件102a。而是，該筒體123係耦合於該頸管108，該頸管108接著耦合於該密封裝配構件102a。該頸管108的外徑D2比該筒體123的外徑D3更小(亦即，該D2對D3的比率小於1)，其使該密封裝配構件102a 的貫通孔103具有較小孔徑，與需要較大密封附件(例如，1吋密封附件)或在該密封裝配組件102a中搪出該貫通孔103以收納該筒體123的增大外徑D3相對。該頸管108的較小外徑D2也提供必需距離D1而擁有夠大的熔接區148，以致於該頸管108和該密封裝配構件102a能熔接在一起而使熔接材料及/或熔接熱不會損害到該凸出密封面150。預防對該凸出密封面150之類的損害對於保持該凸出密封面150與該金屬墊片之間的密封件完整性，而且進而保持用於半導體製造的化學藥劑的化驗結果(純度)很重要。
再者，本發明所述的具體實施例藉由包括至少一面向下的超音波感測器(例如，超音波感測器177)來測量介於碟形蓋140與該容器159基部內表面178之間的液位而提供容器159內的液位更準確的感測。一些具體實施例也可能包括於該容器159基部形成一貯槽以使碟形蓋140(例如，該超音波探針100的底端)能被佈置得更靠近，或低於，容器259的基部279，然而卻仍使液體能流入導管144，藉以使超音波探針100能偵測比先前技藝超音波探針更低的殘餘液位。舉例來說，運用貯槽280的容器中的超音波探針100的描述具體實施例能測量10至20cc的最低液位，對比於典型先前技藝探針能偵測65至75cc的最低液位。
本發明的其他具體實施例可能運用超音波感測器256之間的可變間隔以使該多數超音波感測器256中佈置得更靠近該超音波探針200底部(例如，相當於更空的容器159)者能在容器159含有較少液體而且進而更接近變成全空時更 準確地測量容器159內的液位。藉由運用不同超音波感測器156之間的可變間隔，超音波探針200的具體實施例在測量容器159內的液位時能達成更高的精確度，尤其是在該液位較低而且容器159較接近空態的情形，而不需增加該超音波感測器256的數目。在示範具體實施例中，能依照像0.375吋(0.95公分)那麼少的容器159中液體測量6點，對比於先前系統，其依照大約1.8吋(大約4.6公分)的容器159中液體測量6點。
本發明還有其他具體實施例可能於超音波探針300內垂直地於配對高度處運用多對超音波感測器以提供冗餘液位感測，從而提供較高的超音波探針300耐用性和準確度並且消除對二單獨探針及穿入該容器159蓋部的必要性。一些運用雙重超音波感測器的具體實施例可能進一步運用雙重電子裝置以控制該組超音波感測器中的對應者，但是兩組電子裝置可能設於單一外殼中以降低成本和空間的要求。
在本發明的又另一具體實施例中，該超音波探針400的多數超音波感測器456中多者係依照螺旋排列佈置於內部容積446內的內管432周圍(例如，於側壁438上)。藉由將該多數超音波感測器456中多者依照螺旋排列設置於內管432周圍，使該多數超音波感測器中的相鄰者之間的垂直距離減小，使超音波感測器456各者之間能保有較小的增量垂直間隔而且，進而，達成該容器159內液位的更精確測量。本發明的其他具體實施例可能結合運用該多數超音波感測器456的可變間隔及該多數超音波感測器456中多者的螺旋排列以 達成較接近該超音波探針400底部的相鄰超音波感測器的較接近間隔。其他具體實施例也可能結合運用面向下的超音波感測器(例如，超音波感測器177)、該多數超音波感測器256的可變間隔、該多數超音波感測器456中多者的螺旋排列及包括配對的超音波感測器(例如，超音波感測器355、356和377)以獲得冗餘度。
儘管本發明的原理已經關聯較佳具體實施例做了描述，但是咸能清楚了解此描述僅以示範方式完成而且不得視為本發明範疇的限制。
100‧‧‧超音波探針
102a‧‧‧密封裝配構件
102b‧‧‧密封裝配構件
103‧‧‧貫通孔
104‧‧‧可撓性連接器
106‧‧‧電纜護套
108‧‧‧頸管
110‧‧‧頸管上端
112‧‧‧頸管下端
114‧‧‧側壁
116‧‧‧肩部管
118‧‧‧肩部管上端
120‧‧‧肩部管下端
122‧‧‧筒體的外管
123‧‧‧筒體
124‧‧‧外管上端
126‧‧‧外管下端
128‧‧‧側壁
130‧‧‧貫通孔
132‧‧‧筒體的內管
134‧‧‧內管上端
136‧‧‧內管下端
138‧‧‧側壁
140‧‧‧碟形蓋
142‧‧‧碟形蓋的內部邊緣

Claims (27)

  1. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其具有一長度且係從一裝配組合件向下延伸，並且該筒體包含一外管及一內管，其中一內部容積被形成於該外管與該內管之間，及一導管被縱向形成於該內管內，其中該導管與該內部容積未流體連通，該內管具有一縱軸及一在該裝配組合件遠側的下端；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波，該多數超音波感測器各自具有一垂直間隔；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的一位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包括含至少三超音波感測器的上方群和含至少三超音波感測器的下方群，該上方群的超音波感測器係設置得比該下方群的任何超音波感測器離該內管的下端更遠，該下方群的各自超音波感測器的垂直間隔比該上方群中的任何超音波感測器的垂直間隔更小。
  2. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該下方群的各自超音波感測器與該下方群的各垂直相鄰的超音波感測器垂直偏置。
  3. 如申請專利範圍第2項之超音波探針，其中該下方群的各自超音波感測器的垂直偏置與該下方群的所有其他超音波感測器的垂直偏置係於相同的徑向方向。
  4. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該上方群或該下方群任一者中的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同。
  5. 如申請專利範圍第4項之超音波探針，其中該上方群中的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同而且該下方群的各自超音波感測器之間的垂直間隔相同。
  6. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該多數超音波感測器包括含至少三超音波感測器的中間群，該中間群的超音波感測器係設置得比該下方群的任何超音波感測器離該內管的下端更遠而且比該上方群的任何超音波感測器靠該內管的下端更近，該中間群中的各自超音波感測器的垂直間隔比該上方群中的任何超音波感測器的垂直間隔更小而且比該下方群中的任何超音波感測器的垂直間隔更大。
  7. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該下方群中的超音波感測器的垂直間隔小於0.3吋(0.76cm)。
  8. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該下方群包含至少四超音波感測器。
  9. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該下方群係利用該筒體長度的下方四分之一來設置，該下方四分之一在該裝配組合件的遠側。
  10. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該多數超音波感測器包含朝該容器基部發射聲波之面向下的感測器。
  11. 如申請專利範圍第10項之超音波探針，其中該面向下的感測器係固定於該筒體的末端碟形蓋，該筒體的末端碟形蓋與該內管實質上垂直，致使該面向下的感測器朝與該筒體的縱軸實質上平行的方向發射聲波。
  12. 如申請專利範圍第10項之超音波探針，其中該容器基部包含一貯槽，該貯槽係佈置成當該超音波探針係設於該容器中時使該貯槽的至少一部分與該筒體垂直對齊。
  13. 如申請專利範圍第12項之超音波探針，其中當該超音波探針係設於該容器中時該貯槽與該超音波探針的筒體縱軸共軸地對齊。
  14. 如申請專利範圍第12項之超音波探針，其中該貯槽的直徑比該筒體的直徑更大。
  15. 如申請專利範圍第1項之超音波探針，其中該多數超音波感測器包含配對的超音波感測器，該配對的超音波感測器各自包含第一和第二超音波感測器，該第一和第二超音波感測器彼此於該筒體的配對高度處橫過該導管水平地配置。
  16. 如申請專利範圍第15項之超音波探針，其中該超音波探針係電耦合於至少一控制器，該至少一控制器係改造成能往返該多數超音波感測器傳送電子信號及接收電子信號，其中該至少一控制器係輸入程式以同時傳送電子信號給成對的第一和第二超音波感測器中的唯一者。
  17. 如申請專利範圍第16項之超音波探針，其中該超音波探針係電耦合於至少一控制器，該至少一控制器係改造成能往返該多數超音波感測器傳送電子信號及接收電子信號，其中該至少一控制器係輸入程式以同時傳送電子信號給成對的第一和第二超音波感測器中的唯一者。
  18. 如申請專利範圍第16項之超音波探針，其中該至少一控制器包含被電耦合於各成對超音波感測器的第一超音波感測器的第一控制器，及被電耦合於各成對超音波感測器的第二超音波感測器的第二控制器。
  19. 如申請專利範圍第16項之超音波探針，其中該多數超音波感測器的各超音波感測器係藉由多芯遮蔽電纜的至少一無遮 蔽線電耦合於該至少一控制器。
  20. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其具有一長度且係從一裝配組合件向下延伸，並且該筒體包含一外管及一內管，其中一內部容積被形成於該外管與該內管之間，及一導管被縱向形成於該內管內，其中該導管與該內部容積未流體連通，該內管具有一縱軸及一在該裝配組合件遠側的下端；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包含與各垂直相鄰的超音波感測器偏置的至少一感測器。
  21. 如申請專利範圍第20項之超音波探針，其中該多數超音波感測器各自具有一垂直間隔，該多數超音波感測器包括含至少三超音波感測器的上方群和含至少三超音波感測器的下方群，該上方群的超音波感測器係設置得比該下方群的任何超音波感測器離該內管的下端更遠，該下方群的各自超音波感測器與該下方群的各垂直相鄰的超音波感測器垂直偏置。
  22. 如申請專利範圍第20項之超音波探針，其中該多數超音波感測器各自，其與各垂直相鄰的超音波感測器偏置，與各垂直相鄰的超音波感測器垂直偏置90度。
  23. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其具有一長度且係從一裝配組合件向下延伸，並且該筒體包含一外管及一內管，其中一內部容積被形成於該外管與該內管之間，及一導管縱向形成於該內管內，其中該導管與該內部容積未流體連通，該內管具有一縱軸及一在該裝配組合件遠側的下端；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波，該多數超音波感測器各自具有一垂直間隔；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包含朝該容器基部發射聲波之面向下的感測器。
  24. 如申請專利範圍第23項之超音波探針，其中該面向下的感測器係固定於該筒體的末端碟形蓋，該筒體的末端碟形蓋與該內管實質上垂直，致使該面向下的感測器朝與該筒體的縱 軸實質上平行的方向發射聲波。
  25. 如申請專利範圍第23項之超音波探針，其中該容器基部包含一貯槽，該貯槽係佈置成當該超音波探針係設於該容器中時使該貯槽的至少一部分與該筒體垂直對齊。
  26. 如申請專利範圍第25項之超音波探針，其中當該超音波探針係設於該容器中時該貯槽與該超音波探針的筒體縱軸共軸地對齊。
  27. 一種超音波探針，其係用於感測一容器內的液位，該超音波探針包含：一筒體，其係從一裝配組合件向下延伸並且包含由內管來界定的內部容積及縱向佈置於該筒體內的導管，該內管具有一縱軸及在該裝配組合件遠側的下端，該筒體具有一長度；及多數超音波感測器，其係設置於該筒體的內部容積內，該多數超音波感測器中的各者係改造成能響應接收到的電子信號而發射聲波；其中該多數超音波感測器中的至少一者係固定於該內管的某位置而且朝著適於響應接收到的電子信號而橫過該筒體的導管發射聲波的方向；其中該多數超音波感測器包含配對的超音波感測器，該配對的超音波感測器各自包含第一和第二超音波感測器，該第 一和第二超音波感測器彼此於該筒體的配對高度處橫過該導管水平地配置；其中該超音波探針係電耦合於至少一控制器，該至少一控制器係改造成能往返該多數超音波感測器傳送電子信號及接收電子信號，其中該至少一控制器係輸入程式以同時傳送電子信號給成對的第一和第二超音波感測器中的唯一者。
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