TWI707141B - 感測器系統及用以測量及控制加熱器系統之效能之整合式加熱器感測器 - Google Patents

感測器系統及用以測量及控制加熱器系統之效能之整合式加熱器感測器 Download PDF

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馬克 Ｄ. 艾弗利
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美商瓦特洛威電子製造公司
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Abstract

一種流體感測器系統偵測加熱一流體之一加熱系統的一或多個效能特性。該感測器系統包括具有一有限長度之一探針，該有限長度之一部分將浸於該流體中。該探針包括一電阻加熱元件以及用於測量一或多個效能特性的一流體溫度感測器，其中該流體溫度感測器經組態以測量一流體溫度，且該電阻加熱元件可操作為用以在該流體與空氣之間產生一溫差以偵測該流體的一加熱器，以及可操作為用以測量一流體液位的一感測器。

Description

感測器系統及用以測量及控制加熱器系統之效能之整合式加熱器感測器
相關申請案之交互參照
本申請案主張2017年7月27日申請之美國臨時專利申請案62/537,922之權益及優先權。本申請案之揭示內容以引用方式併入本文中。
本揭示案係關於用於測量加熱器系統之特性的感測器。
本部分中之陳述僅提供與本揭示案有關之背景資訊，且可能並不構成先前技術。
加熱系統諸如流體加熱裝置通常包括可操作以加熱對象(例如，晶圓、液體、氣體等)之加熱器及用於控制加熱器之控制系統。通常使用多個獨立感測器測量加熱系統之不同效能特性。舉例而言，流體加熱系統諸如電炸鍋可使用多個感測器裝置測量流體溫度、環境溫度、流體品質、流體液位等。控制系統自感測器裝置接收資料以獲得效能特性，以及最終判定適用於加熱器之適當功率 量。
具有多個感測器裝置，加熱器系統明顯變得複雜，且可能僅能夠偵測大的增量改變。本揭示案解決此等及其他問題。
本部分提供本揭示案之一般性概述，且並非其完整範疇或其所有特徵之完整揭示。
在一種形式中，本揭示案係針對一種用於一加熱系統之流體感測器系統。該感測器系統包含一探針，其具有一有限長度，該有限長度之一部分將浸於一流體中。該探針包含一電阻加熱元件以及用於測量一或多個效能特性的一流體溫度感測器。該流體溫度感測器經組態以測量一流體溫度，且該電阻加熱元件可操作為用以沿著該探針之該長度產生一溫差以偵測該流體的一加熱器，以及可操作為用以測量一流體液位的一感測器。
在另一形式中，該流體感測器系統另外包含一控制系統，該控制系統經組態以操作該探針並且基於操作為該感測器之該電阻加熱元件之一電氣響應及該流體溫度感測器之一電氣響應中之至少一者，判定該加熱系統之該一或多個效能特性。該等效能特性包括該流體液位及該流體溫度中之至少一者。
在又一形式中，該控制系統經組態以基於該流體溫度、該電阻加熱元件之一電阻以及使一給定電阻及一給定溫度與一流體液位相關之預定資訊，判定該流體液 位。
在一種形式中，該控制系統經組態以當該流體溫度與一環境溫度實質上相同時，將一第一功率量應用於該電阻加熱元件以產生該溫差，及當該流體溫度不同於該環境溫度時，應用小於該第一功率量之一第二功率量以測量該電阻加熱元件之電阻。
在另一形式中，該探針另外包含測量該環境溫度之一環境溫度感測器，其中該環境溫度感測器安置於該探針之遠離該流體之部分處。
在又一形式中，該環境溫度感測器係一熱電偶。
在一種形式中，該探針另外包含一電阻式溫度偵測器RTD，且該電阻加熱元件及該流體溫度感測器中之至少一者連接至該RTD。
在另一形式中，該探針另外包含一四線電阻式溫度偵測器RTD。具有一高電阻溫度係數之一第一環線連接至該RTD以形成該電阻加熱元件，且一第二環線連接至該RTD以形成該流體溫度感測器。
在又一形式中，該探針另外包含用於偵測一最大流體溫度之一極限感測器。
在一種形式中，該流體溫度感測器係一熱電偶。
在一種形式中，本揭示案係針對一種用於可操作以加熱流體之一加熱系統之流體感測器系統。該感測 器系統包括一探針及一控制系統，該探針具有一有限長度，該有限長度之一部分將浸於該流體中。該探針包含用以偵測該流體之一電阻加熱元件以及用以測量一流體溫度之一流體溫度感測器。該電阻加熱元件可操作為用以沿著該探針之該長度產生一溫差以偵測該流體的一加熱器，以及可操作為用以測量一流體液位之一感測器。該控制系統經組態以基於來自操作為一感測器之該電阻加熱元件之一電氣響應及該流體溫度感測器之一電氣響應中之至少一者並且基於預定資訊，判定該加熱系統之一或多個效能特性。該控制系統經組態以回應於該流體溫度與一環境溫度實質上相同而將該電阻加熱元件操作為一加熱器。
在另一形式中，該控制系統經組態以進行以下步驟中之至少一者：當該流體溫度與該環境溫度實質上相同時，將一第一功率量應用於該電阻加熱元件以產生該溫差，及當該流體溫度不同於該環境溫度時，應用小於該第一功率量之一第二功率量以測量該電阻加熱元件之一電阻。
在又一形式中，該控制系統經組態以基於該流體溫度判定作為一效能特性之該流體液位，該流體溫度係基於該流體溫度感測器之該電氣響應、該電阻加熱元件之該電阻以及使一給定電阻及一給定流體溫度與一流體液位相關之預定資訊而判定。
在一種形式中，該探針另外包含用以測量該環境溫度之一環境溫度感測器。
在另一形式中，該探針另外包括一電阻式溫度偵測器RTD，且該電阻加熱元件及該流體溫度感測器中之至少一者連接至該RTD。
在又一形式中，該探針另外包括用於偵測一最大流體溫度之一極限感測器，且該控制系統經組態以基於該極限感測器之一電氣響應測量該流體溫度並且判定該流體溫度是否高於一預定極限。
在一種形式中，本揭示案係針對一種加熱器系統，其具有感測器系統、可操作以加熱流體之加熱器、以及與感測器系統之控制系統通訊並且經組態以基於效能特性控制加熱器的加熱器控制系統。
在一種形式中，本揭示案係針對一種整合式加熱器裝置，其包括經組態以測量一或多個效能特性的至少一個多部分電阻元件。該至少一個多部分電阻元件具有藉由一第一導電材料定義之一第一部分及藉由具有低於該第一導電材料之一電阻溫度係數(TCR)之TCR的一第二導電材料定義之一第二部分。該多部分電阻元件可操作為用以產生熱量之一加熱器及一感測器，且該多部分電阻元件之該第一部分經組態以沿著一指定區域延伸以測量一第一效能特性。
在另一形式中，該多部分電阻元件包括一第一構件及一第二構件，該第二構件具有不同於該第一構件之一塞貝克係數的塞貝克係數。該第一構件及該第二構件形成測量一第一位置處之一溫度的一溫度感測結點，該溫 度作為一第二效能特性。
在又一形式中，本揭示案係係針對一種加熱器系統，其包括整合式加熱器裝置及控制系統，該控制系統經組態以將該加熱器裝置操作為且更特定地將該多部分電阻元件操作為用以加熱一對象之加熱器或操作為用以測量多部分電阻元件之一電氣響應之一感測器。
自本文中提供之描述可顯而易見地得知更多的適用領域。應理解，描述及特定實例意欲僅用於說明目的且不意欲限制本揭示案之範疇。
100、200:流體感測器系統
102、202、230、250、270:探針
103、321:護套
104、204:控制系統
106:流體
120:感測器/流體溫度感測器/熱電偶
122:環境溫度感測器/熱電偶
124:感測器/電阻加熱元件
1261、1262、1281、1282、1301:終端
150、304:加熱器控制系統
152、384:功率模組
154:探針控制模組
156:溫度模組
158:流體液位模組
160:通訊模組
164、310:功率源
170:流體監測常式
206:流體溫度感測器
208:極限感測器
210:電阻加熱元件
232、256:電阻式溫度偵測器
252:第一環路
254:第二環路
300:加熱器系統
302:整合式加熱器裝置/加熱器裝置
302B:加熱器裝置
306:液體
308:容器
320:多部分電阻元件
322:液位感測器部分/第一部分
324:加熱部分/第二部分
326:第一功率引腳
328:第三部分/流體溫度感測器部分
330:熱電偶結點
332:第一引腳
334:第二引腳
340:均勻電阻元件
342、344:功率引腳
350:第一多部分電阻元件/多部分電阻元件
352:第二多部分電阻元件/多部分電阻元件
380:加熱器控制模組
382:效能特性模組
J1、J2:結點
L1、L2、L3:流體液位
LMAX:最大液位
LMIN:最小液位
LR:液位範圍
M1、M2:材料
為了更好地理解本揭示案，現將參考隨附圖式，描述其以實例方式給出之各種形式，在隨附圖式中：圖1為根據本揭示案之教示的流體感測器系統之示意圖；圖2說明基於本揭示案之教示的電阻、溫度及流體液位之間的功能關係；圖3為描繪不同輸入處之電阻回應之實例的圖表；圖4為根據本揭示案之教示的流體感測器系統之控制系統之方塊圖；圖5為根據本揭示案之教示的藉由流體感測器系統執行之流體監測常式之流程圖；圖6A、圖6B、圖6C及圖6D說明根據本揭示案之教示的用於流體感測器系統之探針的變化形式； 圖7A至圖7J說明根據本揭示案之教示的用於流體感測器系統之探針之電阻加熱元件、流體溫度感測器及/或環境溫度感測器之額外組態；圖8說明根據本揭示案之教示的具有整合式加熱器感測器之加熱器系統；圖9為根據本揭示案之教示的呈第一形式之整合式加熱器感測器的部分剖視圖；圖10為根據本揭示案之教示的呈第二形式之整合式加熱器感測器之部分剖視圖；圖11為根據本揭示案之教示的呈第三形式之整合式加熱器感測器之部分剖視圖；及圖12為圖8之加熱器系統之加熱器控制系統之方塊圖。
本文中描述之圖式僅出於說明目的且不意欲以任何方式限制本揭示案之範疇。
以下描述在性質上僅係例示性且不意欲限制本發明之揭示內容、應用或用途。應理解，在整個圖式中，對應元件符號指示相似或對應部分及特徵。
用於加熱例如液體之加熱系統通常包括用於測量流體溫度及環境溫度之多個獨立感測器。在一種形式中，加熱系統包括加熱流體諸如油或經排出氣體之加熱器，以及基於來自感測器之測量值控制加熱器之操作的加熱器控制系統。在一種形式中，本揭示案係針對用於測量 加熱器系統之多個效能特性之流體感測器系統。效能特性可包括例如流體液位、流體溫度、環境溫度及/或其他適合資訊。
參考圖1及圖2，現在描述流體感測器系統100之實例。在一種形式中，裝置100包括具有有限長度之護套103的探針102及電耦合至探針102之控制系統104。探針102置於流體106中，使得探針102有一部分在流體106下方且有一部分在流體106上方，且控制系統104經組態以控制探針102測量效能特性之操作。
探針102包括在護套103內延伸之一或多個感測器。在一種形式中，護套103由保護性金屬合金製成，該金屬合金通常採用鎳及鉻以防止腐蝕(例如，不銹鋼、INCOLOYS及INCONELS)。在另一形式中，在低於大約260℃之應用中，感測器120及124可藉由塑膠隔離且包括熱填充或灌封以用於改進效能。對於高於大約260℃之應用，感測器120及124可固定就位且藉由通常為實密MgO之陶瓷或陶瓷粉末隔離。亦可使用固持感測器120及124之罩殼/護套的其他適合構造且在本揭示案之範疇內。舉例而言，感測元件120及124可由金屬線、箔或薄膜製成且藉由聚醯亞胺、塑膠、陶瓷、玻璃或其他絕緣材料隔離。
探針102包括用於測量效能特性諸如流體溫度(TFL)、環境溫度(TAMB)及流體液位(L)之流體溫度感測器120、環境溫度感測器122及電阻加熱元件124。在一種形式中，流體溫度感測器120及環境溫度感測器122提供為 分別用於測量流體溫度及環境溫度之熱電偶(亦即，第一熱電偶120及第二熱電偶122)。作為熱電偶，熱電偶120及122中之每一者包括由不同材料(在第1圖中為M1及M2)諸如阿盧梅爾鎳合金(ALUMEL)及克羅美鉻鎳合金(CHROMEL)製成之兩個金屬線。金屬線在一端結合在一起，分別產生結點J1及J2。為測量流體溫度，結點J1沿著探針102定位成浸在流體106中，且為測量環境溫度，結點J2沿著探針102定位在流體外部。熱電偶120及122之金屬線之另一端分別在終端1261、1262(共同地為終端126)及1281、1282(共同為終端128)處電耦合至控制系統104。金屬線可以各種適合方式電耦合至控制系統104。舉例而言，可經由功率引腳、導線、直接連接至控制系統104內之專用埠及/或其他適合方法耦合金屬線。
雖然提供針對用於熱電偶120及122之材料類型之特定實例，但可使用具有不同塞貝克(Seebeck)係數之其他適合的不同材料。舉例而言，可使用鎳合金、鐵、康銅(constantan)、Alumel®等之各種組合。另外，用於熱電偶120之金屬線之類型可不同於熱電偶122。
在操作中，當熱電偶120之結點J1經歷溫度改變時，跨越終端1261及1262產生電壓改變，且藉由控制系統104測量該電壓改變。基於電壓及預定資料(例如，參考表)，控制系統104判定結點J1處之溫度。熱電偶122與熱電偶120類似地操作。熱電偶120之結點J1浸在流體106中以測量流體106之溫度，且熱電偶122之結點J2位於流體 106上方以測量環境溫度。在下文中，熱電偶120可被稱為流體熱電偶120且熱電偶122可被稱為環境熱電偶122。
電阻加熱元件124由具有高電阻溫度係數(temperature coefficient of resistance；TCR)之材料諸如鎳製成，且測量沿著探針102之長度的平均溫度。電阻加熱元件可提供為金屬線、箔及/或薄膜。電阻加熱元件124同時受環境溫度及流體溫度兩者影響，且熱電偶120及122獨立地受環境溫度及流體溫度影響。特定地，電阻加熱元件124可經組態為「雙線」加熱元件，使得其充當加熱器及溫度感測器兩者。電阻加熱元件124藉助於終端1301及1302(共同地為終端130)連接至控制系統102並且可藉由該控制系統操作。此類雙線能力揭示於例如美國專利第7,196,295號中，該美國專利與本申請案共同轉讓且以全文引用方式併入本文中。通常，在終端1301及1302處測量電氣特性或回應(例如，電壓/電流)並且使用該等電氣特性或回應判定電阻加熱元件124之電阻。該電阻接著用以判定流體液位。特定地，電阻加熱元件124之電阻隨溫度及流體液位而變。舉例而言，圖2說明高TCR環路偵測之電阻與流體(例如，油)液位之間的實例相關性，且圖3說明控制系統提供之作用液位感測之預期電阻回應。根據圖3之圖表，電阻回應在每一溫度下隨與感測環路之長度成比例之空氣及油溫度而變。
在一種形式中，進一步在方程式1中定義藉由電阻元件偵測之總電阻，其中「R1」表示流體上方(例如， 沿著L1)之電阻，「R2」表示圍繞流體表面(例如，沿著L2)之電阻，且「R3」表示流體下方(例如，沿著L3)之電阻。在一種形式中，可使用包括感測器材料性質、感測器幾何形狀、流體性質、附接方法及甚至容器材料性質/幾何形狀之預定模型判定流體液位(亦即，L2)。分別在方程式2、3及4中定義電阻R1、R2、及R3中之每一者。如下所述，控制系統104使用RTotaL。
方程式1.....R Total =R 1 +R 2 +R 3
方程式2.....R 1 =f(T AMB ,L 1 )
方程式3.....R 2 =f(T AMB ,T FL ,L 2 )
方程式4.....R 3 =f(T FL +L 3 )
參考圖4，控制系統104可通訊地耦合至加熱器控制系統150，該加熱器控制系統操作加熱器加熱加熱器系統之流體。控制系統104將測量之效能特性傳輸至加熱器控制系統150，該加熱器控制系統基於該等特性控制加熱器之操作。在一種形式中，控制系統104包括功率模組152、探針控制模組154、溫度模組156、流體液位模組158及通訊模組160。在一種形式中，控制系統104包括電子裝置(例如，微處理器、記憶體、通訊介面、電壓-電流轉換器、電壓-電流測量電路等)與儲存於記憶體中且可由微處理器執行之軟體程式/演算法之組合以執行本文中描述之操作。
功率模組152經組態以為控制系統104內之電子裝置供電且基於探針102之所要操作狀態將指定功率 極限應用於探針102。舉例而言，功率模組152可包括用於調整來自功率源164之功率且將經調整功率應用於探針102的功率調節器電路(例如，分壓器、電壓轉換器等)。
探針控制模組154經組態以選擇探針102之電阻加熱元件之操作狀態，且指示功率模組152應用針對所選擇狀態分配之指定功率極限。更特定地，在電阻加熱元件124提供為雙線控制之情況下，元件124可操作為加熱器或感測器。為操作為感測器，功率模組152將少量功率應用於電阻加熱元件124(例如，0.1mA電流)以測量電阻加熱元件124之電阻。為操作為加熱器，功率模組152經組態以將熱量產生刺激功率應用於電阻加熱元件124(例如，75W、100W及/或基於系統特性之其他適合值)。可在啟動加熱器系統時選擇加熱器狀態，此時，流體溫度與環境溫度實質上相同。特定地，流體106具有不同於空氣之熱擴散率(α2，α1≠α1)之熱擴散率(α1)。因此，當流體溫度與環境溫度相等時，電阻加熱元件124操作為加熱器以沿著探針102之長度產生溫差，以便偵測流體之存在。可應用熱量產生功率達預置持續時間及/或直至跨越部分地浸入之探針102產生溫差。一旦偵測到流體，對於加熱器系統之加熱器而言開始加熱流體係安全的。更特定地，在無流體或具有很少流體的情況下起動加熱器系統之加熱器可能損壞加熱器。一旦沿著探針之長度偵測到適當的溫度梯度，探針控制模組154便可將電阻加熱元件124操作為感測器。
另外，如下文進一步描述，探針控制模組154可指示溫度模組156及/或流體液位模組158測量來自熱電偶120及122及電阻加熱元件124之電氣響應。特定地，在電阻加熱元件124操作為加熱器之情況下，探針控制模組154可使溫度模組156監測來自熱電偶120及122之電氣響應，以判定流體溫度及環境溫度。替代性地，在電阻加熱元件124操作為感測器之情況下，探針控制模組154可使溫度模組156及/或流體液位模組158監測來自熱電偶120及122及/或電阻加熱元件124之電氣響應。亦即，在一種形式中，探針控制模組154可控制探針102偵測熱電偶120、熱電偶122及電阻加熱元件124中之一或多者之電氣響應。因此，探針102可僅操作為加熱器(無溫度測量)，操作為加熱器感測器(藉由元件124加熱且藉由熱電偶120及122進行溫度測量)，或僅操作為感測器(無藉由電阻加熱元件124之加熱)。
溫度模組156及流體液位模組158測量來自熱電偶120及122及電阻加熱元件124之電氣響應，且經組態以基於該電氣響應及預定資料判定效能特性。舉例而言，一或多個電壓-電流測量電路測量終端126、128及130處之電壓/電流。溫度模組156分別基於跨越終端126及128測量之電壓計算流體溫度及環境溫度，且預判定使測量電壓與溫度相關之資訊。流體液位模組158測量終端130處之電阻加熱元件124之電氣響應，以判定元件124之總電阻。使用電阻、流體溫度、環境溫度及預定資訊(例如，使溫度、 電阻及流體液位相關之檢查表及/或演算法)，流體液位模組158判定流體液位。
通訊模組160經組態以與外部裝置諸如加熱器控制系統150及/或用戶介面(例如，顯示器、鍵盤、滑鼠)通訊。在一種形式中，通訊模組160將效能特性傳輸至加熱器控制系統150以控制加熱系統。通訊模組160亦可將效能特性輸出至使用者(未示出)可查看之顯示器。在一種形式中，通訊模組160包括用於形成與加熱器控制系統150之無線通訊之電子裝置，諸如收發器，或用於形成有線通信之電子裝置。
參考圖5，提供用於使用本揭示案之流體感測器系統100測量一或多個效能特性之流體監測常式170的實例。該常式170可定期執行或可應外部裝置諸如加熱器控制系統150或經由例如計算裝置可通訊地耦合至感測器系統之使用者之請求。
在172處，感測器系統100使用流體溫度感測器120及環境溫度感測器122測量流體溫度(TFL)及環境溫度(TAMB)，且在174處，感測器系統100判定流體溫度是否與環境溫度相同。亦即，感測器系統100判定是否存在溫度梯度。若存在差異，則感測器系統100移動至180。否則，感測器系統100在176處將電阻加熱元件124操作為加熱器，且在178處，判定是否存在流體。更特定地，在176處，作為加熱器，電阻加熱元件124沿著探針之長度(亦即，探針浸於流體中且在環境大氣中延伸之區域)產生溫 差，感測器系統100當在測量流體溫度及環境溫度時驗證該溫差。
在已偵測到流體之後，感測器系統100在180處將電阻加熱元件124操作為感測器，且接著在182處測量流體溫度、環境溫度及電阻加熱元件之電阻，如上所述。使用測量值及預定資訊，感測器系統100在184處判定流體液位且將效能特性(例如，流體液位、流體溫度及/或環境溫度)輸出至外部裝置。
可在保持在本揭示案之範疇內的情況下以其他適合方式組態感測器系統100，且不限於圖4之過程。舉例而言，在判定存在流體之後，系統100可通知加熱器控制系統150存在流體並加熱流體。在又一變化形式中，在存在溫度梯度之情況下，感測器系統100可藉由將低刺激功率(例如，電流0.1mA)應用於電阻加熱元件，連續地監測流體液位。在又一實例中，感測器系統100可繼續將電阻加熱元件124操作為加熱器或在偵測到流體之後切斷通往元件124之功率。
可以其他適合測量一或多個效能特性之方式組態流體感測器系統。舉例而言，圖6A、圖6B、圖6C及圖6D說明用於測量一或多個效能特性之不同類型之探針。圖6A說明具有探針202及控制系統204之流體感測器系統200。探針202包括流體溫度感測器206、用於測量上限(最大極限)諸如特定位置處之最高溫度的極限感測器208、以及電阻加熱元件210。在一種形式中，流體溫度感 測器206係以與流體熱電偶120類似之方式組態及操作以測量流體溫度之熱電偶。電阻加熱元件210以與電阻加熱元件124類似之方式組態及操作。代替環境熱電偶122，探針202包括極限感測器208，其被提供為由具有不同塞貝克係數之兩種不同材料(例如，M1及M2)製成的熱電偶。
控制系統204電耦合至流體溫度感測器206、極限感測器208及電阻加熱元件210。控制系統204以與控制系統104類似之方式經組態以操作探針202，並且測量流體溫度及流體液位。更特定地，在一種形式中，控制系統204自例如設置於控制系統內之冷端溫度補償(cold junction compensation；CJC)或設置於加熱器控制系統150中之溫度感測器獲得環境溫度。在環境溫度下，控制系統204操作探針202測量流體溫度及/或流體液位。
另外，控制系統204亦經組態以基於極限感測器208之輸出判定流體溫度是否超過預置閾值之外，並且經組態以基於高流體溫度執行保護動作。舉例而言，在極限感測器208作為熱電偶的情況下，控制系統204之溫度模組經組態以測量跨越連接至極限感測器208之終端之電壓改變並且基於預定資料判定極限感測器208之結點處之溫度(亦即，診斷溫度)。控制系統204可包括將診斷溫度與預置溫度極限進行比較之診斷模組(未示出)。若診斷溫度高於溫度極限，則診斷模組執行保護動作，其可包括經由通訊模組160通知加熱器控制系統150高流體溫度，並且建議切斷通往加熱元件之功率。保護動作亦可操作連接在功 率源與加熱器系統(未示出)之加熱器之間的功率源開關(例如，繼電器)，以切斷通往加熱器之功率。亦可在保持在本揭示案之範疇內的情況下實施其他適合保護動作，諸如通知操作者。
探針102、202之流體溫度感測器可為其他適合感測器，且不應限於熱電偶。舉例而言，圖6B說明探針230，其具有極限感測器208及電阻加熱元件210。代替熱電偶，探針230包括電阻式溫度偵測器(resistance temperature detector；RTD)232作為流體溫度感測器。在RTD 232之情況下，控制系統204之溫度模組經組態以基於RTD 232偵測之電阻回饋以及使電阻回饋與溫度相關之預定資訊，判定流體溫度。
在探針202或探針230之情況下，流體感測器系統經組態以用一個感測器裝置測量多個效能特性，諸如流體溫度、流體液位及/或診斷溫度。因此，減小提供資訊給加熱器控制系統之數個感測器之複雜性。
在又一變化形式中，圖6C說明探針250，其具有極限感測器208，以及四線RTD，其中第一環路252由高TCR材料製成以形成電阻加熱元件，且第二環路254由相同的材料製成。第二環路254形成流體溫度感測器。高TCR環路可為巴爾可鎳鐵合金(Balco)、鎳、銅、鉬等。第一環路252及第二環路254耦合至RTD 256以用於提供用於判定流體液位及流體溫度之更準確電阻測量值。同時使用第一及第二環路252及254兩者偵測穿過RTD之流體 溫度。控制系統經組態成藉由測量第一及第二環路252、254或兩者之環路電阻以在偵測穿過RTD之流體溫度與流體存在或流體液位之間快速切換。一個或兩個高TCR環路可用作加熱器或感測器或同時用作加熱器與感測器。在圖6D中示出之另一變化形式中，探針270不包括極限感測器，但具有類似於圖6C的四線RTD。
圖7A至圖7J說明可在探針中用以形成流體溫度感測器、電阻加熱元件及環境溫度感測器中之一或多者的其他金屬線組態。在圖7A至圖7J中，虛線表示第一材料(例如，克羅美鉻鎳合金)，實線表示高TCR材料(例如，鎳)，且節點說明熱電偶結點。
在一種形式中，本揭示案係針對包括探針及控制系統之流體感測器系統。探針的部分浸於藉由加熱系統加熱之流體中。探針包括用以判定流體液位且用於在流體與空氣之間產生熱梯度的電阻加熱元件。
如本文中所描述，流體感測器系統之探針可以各種適合方式組態以測量至少流體溫度、流體液位，且在流體溫度與空氣溫度相同之情況下提供加熱特徵。舉例而言，探針可為4線礦物隔離的RTD，其中鎳引線測量流體溫度及流體液位，且整合式標準熱電偶測量環境。在此類組態中，對於流體溫度測量，RTD具有比熱電偶更高之準確度。替代性地，探針可包括礦物隔離的鎳-克羅美鉻鎳合金熱電偶，其中環境假定為控制系統中之冷端溫度補償(CJC)，塞貝克效應提供流體之溫度，且鎳之高TCR提供 流體液位感測。在此形式中，減少設置於探針內之金屬線的數目。
基於前文，本揭示案之流體感測器系統包括有限長度之探針，其包括具有高電阻熱係數之至少一個電阻加熱元件(例如，電阻電路，諸如電阻線、箔、膜)，以及用於判定流體之溫度的至少一個溫度感測器，諸如RTD或熱電偶。探針亦可包括用於測量流體上方之環境溫度的第二溫度感測器，諸如RTD或熱電偶。
如本文中所描述，探針可以各種適合方式經組態以至少包括電阻加熱元件及流體溫度感測器。舉例而言，至少一個金屬線用於RTD及塞貝克效應溫度確定兩者；至少一個金屬線用於流體溫度及流體液位偵測之目的兩者(電阻元件)；至少一個金屬線用於偵測流體及環境溫度兩者；至少一個金屬線用於偵測環境溫度及流體液位偵測兩者；自4線RTD之引線在測量流體液位時使用。
流體感測器系統另外包括控制系統，其經組態以調節功率以提供預定量功率，諸如經應用以加熱電阻元件之刺激電流、應用於電阻元件之低的非加熱監測電流，及/或在為流體溫度測量而被包括的情況下應用於RTD之低監測電流。
控制系統經組態以測量電氣響應，諸如電阻元件上之電壓、來自熱電偶之電壓及/或RTD上之電壓。控制系統進一步經組態以將探針之電阻元件操作為：(1)加熱器，其將熱量產生刺激應用於電阻加熱元件以跨越部分浸 入之探針產生溫差，或(2)感測器，其在流體與環境之間已存在溫差的情況下將監測電流(亦即，刺激電流)應用於電阻加熱元件。刺激電流應用於電阻元件以感測流體之存在，以及當監測電流結合流體溫度應用時，電阻元件之回應用以判定流體液位。
控制系統可經組態以在保持在本揭示案之範疇內的情況下執行額外操作。舉例而言，控制系統可將所測量之效能特性儲存為流體歷史，該流體歷史可用以形成探針加熱器系統之操作模型。
在另一形式中，本揭示案係針對用於產生熱量並且用於測量加熱器系統之一或多個效能特性的整合式加熱器感測器。因此，在一種形式中，整合式加熱器感測器包括用於產生熱量之至少一個電阻加熱元件及用於測量指定位置處之溫度的溫度感測器。出於解釋目的，具有整合式加熱器感測器之加熱器系統描述為用於加熱液體諸如油之液體加熱器系統，且整合式加熱器感測器可操作以測量作為效能特性之流體液位、流體溫度中之至少一者。然而，本揭示案之整合式加熱器感測器可用於其他應用(例如，排氣系統、軟管加熱器等)且不應限於液體加熱器系統。另外，如下文進一步描述，整合式加熱器感測器亦可用以判定預防性維護排程，或，更一般地，基於系統特性及預定極限/演算法等之系統之各種保養參數。
參考圖8，加熱器系統300包括可操作為加熱器、感測器或其組合之整合式加熱器感測器裝置302(亦 即，整合式加熱器裝置302)，以及加熱器控制系統304，其經組態以基於來自裝置302之資料及包括但不限於演算法、系統模型、預定設定點、檢查表等預定資訊，操作整合式加熱器裝置302。加熱器系統300可操作以加熱提供於容器308中之液體306，諸如油。更特定地，加熱器控制系統304調節來自功率源310之功率，以將所要電功率應用於加熱器裝置302。基於藉由加熱器裝置302測量之一或多個效能特性，判定應用於加熱器裝置302之功率量。
此處，加熱器裝置302包括藉由具變化TCR之至少兩種不同材料定義之至少一個多部分電阻元件。更特定地，在一種形式中，參考圖9，加熱器裝置302經組態以包括嵌入於護套321內之多部分電阻元件320。多部分電阻元件320包括大體用元件符號322識別之第一部分，以及大體藉由元件符號324識別之第二部分324。在一種形式中，第一部分322耦合至第一功率引腳326，且第二部分322耦合至第一部分322且沿著護套321延伸。
第一部分322藉由第一導電材料(例如，鎳)定義，且第二部分324藉由與第一導電材料相比具有較低電阻溫度係數(temperature coefficient of resistance；TCR)之第二導電材料(例如，鎳鉻合金)定義。更特定地，第一導電材料與第二導電材料兩者皆產生熱量，但具有高TCR之第一導電材料展現歸因於溫度而變化之電阻，且因此進一步用作感測器，如本文中進一步描述。雖然提供針對第一導電材料與第二導電材料之特定實例，但可在保持 在本揭示案之範疇內的情況下使用其他適合材料。
在一種形式中，第一部分322經組態以沿著經歷溫差之指定區域延伸。舉例而言，在圖9中，部分322在最大液位與最小液位(LMax與LMin)界定之液位範圍(LR)之間延伸，在最大液位與最小液位之間提供實際液位。因此，第一部分322可操作以不但加熱液體306，而且以與上述探針類似之方式偵測流體之存在，並且測量液位，如下所述。
在一種形式中，第二部分324經組態以當加熱器裝置302安置在容器308中時完全浸入在液體306中。如第一部分322一般，第二部分324可操作以加熱液體，但不經歷電阻改變。因此，加熱部分324之電阻保持實質上恆定，即使在冷起動期間如此。在下文中，第一部分與第二部分可分別被稱為液位感測器部分322與加熱部分324。
藉由具有多部分電阻元件，加熱器裝置302可展現以下性質：(1)在與其中整個元件具有高TCR材料之構造相比，多部分電阻元件之一區段由高TCR材料製成的情況下，測量高油位對低油位之電阻變化之比的信號強度增加；(2)當與整個線圈由高TCR材料製成相比，一小區段使用此類材料時，可從歸因於液體溫度之變化引起之電阻變化辨別出與流體液位改變相關聯之信號；及(3)全高TCR線圈之電阻可在室溫下為低(例如，當在空閒週期之後首先起動加熱器裝置302時)，此當應用設計電壓時可致使高電流且直至電阻元件變熱至接近操作溫度為止。此高電流可 使功率供應電路過載。
在一種形式中，加熱器裝置302之多部分電阻元件320包括流體溫度感測器及/或環境溫度感測器。更特定地，多部分電阻元件320包括大體藉由元件符號328識別且由具有高TCR之導電材料定義之第三部分。舉例而言，第三部分328可由與液位感測器部分322相同之材料製成。第三部分328經組態以當元件320操作為感測器時，完全浸入在液體306中，以測量流體溫度。基於第三部分328之電阻改變，判定流體溫度，且由於多部分電阻元件320之大部分係由低TCR材料形成，因此可忽略或至少顯著地減少與沿著多部分電阻元件320之整個長度之溫度分佈相關聯的誤差或模糊性量。在下文中，第三部分328可被稱為流體溫度感測器部分328。
在一種形式中，多部分電阻元件320耦合至定位於最大液位上方之熱電偶結點330，以測量環境溫度。舉例而言，結點330係藉由第一引腳332及由具有不同於第一引腳332之塞貝克係數的材料製成之第二引腳334定義。此處，第二引腳334亦操作為耦合至加熱器控制系統304之其他功率引腳。在一種形式中，第一引腳332係由具有與加熱部分324之低TCR材料類似或相同之塞貝克係數之材料製成。
作為熱電偶，結點330產生隨溫度而變之電氣響應(例如，mV信號)，且加熱器控制系統304基於預定資料諸如系統模型、預定功能關係及/或使電氣響應與溫度 相關之檢查表判定溫度。此類熱電偶(thermocouple；TC)功率引腳揭示於2015年5月29日申請之標題為「RES1STIVE HEATER WITH TEMPERATURE SENSING POWER PINS」之美國序列號第14/725,537號中，該美國序列號與本申請案共同擁有且其內容以引用方式併入本文中。結點330處之溫度隨流體溫度、流體液位及加熱器功率以及環境溫度而變。如本文中所描述，可確定除環境溫度以外的值。
基於前文，加熱器裝置302提供為具有多部分電阻元件320，該多部分電阻元件具有液位感測器部分322、流體溫度感測器部分328及加熱部分324，且該加熱器裝置連接至熱電偶結點330以用於測量環境溫度。加熱器裝置302可在保持在本揭示案之範疇內的情況下以其他適合方式經組態。舉例而言，參考圖10，在一種形式中，除多部分電阻元件320之外，加熱器裝置302B亦包括與多部分電阻元件320平行延伸且由用於產生加熱之低TCR材料製成之至少一個均勻電阻元件340。為闡明，電阻元件320及340兩者係產生熱量之電阻加熱元件。然而，不同於多部分電阻元件320，均勻電阻元件340係由具有低TCR材料之一種材料製成，且可僅操作為加熱器；而多部分電阻元件320由不同TCR之多種材料形成以操作為加熱器或感測器。均勻電阻元件340經由功率引腳342及344連接至加熱器控制系統304，且因此，雖然該均勻電阻元件與多部分電阻元件320平行地延伸，但該均勻電阻元件係獨立 於多部分電阻元件320之電路的電路。電阻加熱元件可經由金屬線、箔、薄膜製程或其他適合製程形成。
沿著多部分電阻元件320設置之感測器部分可分佈在多個多部分電阻元件當中。舉例而言，圖11說明加熱器裝置302C，其包括具有液位感測器部分320之第一多部分電阻元件350，以及具有流體溫度感測器部分328之第二多部分電阻元件352。雖然未說明，但加熱器320C亦可包括一或多個均勻電阻元件。在另一變化形式中，本揭示案之整合式加熱器感測器可能不包括本文中描述之所有感測器部分。舉例而言，圖11之加熱器裝置302C可僅包括多部分電阻元件350，而非352。
亦可在保持在本揭示案之範疇內的情況下使用整合式加熱器之其他適合組態。舉例而言，在一種形式中，熱電偶結點可安置於均勻電阻元件而非多部分電阻元件之功率引腳處。在另一實例中，代替熱電偶結點，多部分電阻元件可包括由第一導電材料(亦即，具有高TCR之材料)製成之部分，該部分定位於最大流體液位上方以測量環境空氣之溫度並且形成環境感測器部分。在一種形式中，第一導電材料之電阻經選擇為足夠低的，以避免使在最大工作循環、歸因於由加熱器操作引起之電流造成的局部產生之最大功率以及最大環境溫度狀況下之加熱器之彼區段過熱。
基於加熱器裝置302之組態，加熱器控制系統304經組態以將加熱器裝置302操作為例如加熱器、加熱 器感測器或感測器。參考圖12，在一種形式中，加熱器控制系統304包括加熱器控制模組380、效能特性模組382及功率模組384。加熱器控制模組380經組態以控制加熱器裝置302(例如，加熱器、感測器、加熱器感測器或斷開狀態)之操作。舉例而言，若加熱器裝置302包括至少一個多部分電阻元件320、以及至少一個均勻電阻元件或至少兩個多部分電阻元件320，則加熱器裝置302可操作為加熱器、加熱器感測器及感測器。替代性地，若加熱器裝置302包括一個多部分電阻元件，則加熱器裝置302可操作為加熱器或感測器。
作為加熱器，加熱器控制模組380使第一功率位準(例如，75瓦特、100+瓦特或基於系統特性之其他適合功率)應用於多部分電阻元件320及/或均勻電阻元件。作為感測器，加熱器控制模組380操作加熱器裝置以藉由使少量功率(亦即，刺激功率)應用於多部分電阻元件320(例如，0.1mA電流)，偵測多部分電阻元件320中之至少一者之電特性。在一種形式中，作為感測器，加熱器控制模組380將刺激功率應用於多部分電阻元件中之至少一者且不將功率應用於均勻電阻元件及/或其他多部分電阻元件。作為加熱器感測器，加熱器控制模組380經組態以將低刺激功率應用於多部分電阻元件中之至少一者且將第一功率位準應用於均勻電阻元件及/或其他多部分電阻元件。
在一種形式中，加熱器控制模組380可基於 預定循環程式(例如，操作為感測器/加熱器感測器達5分鐘，且接著操作為加熱器)在各個操作狀態(例如，加熱器、感測器、加熱器感測器、斷開狀態)之間切換。可使用其他適合控制方案使加熱器控制模組380在不同狀態之間切換。
類似於感測器系統之功率模組152，功率模組152經組態以為加熱器控制系統304內之電子裝置供電並且基於加熱器控制模組380加熱器裝置302判定之選定操作而將指定功率極限應用於加熱器裝置302。舉例而言，功率模組152可包括用於調整來自功率源164之功率並將經調整功率應用於探針102的功率調節器電路(例如，分壓器、電壓轉換器等)。加熱器裝置302
使用加熱器之電氣響應，效能特性模組382計算加熱器裝置302之一或多個效能特性，並且將計算值提供給加熱器控制模組380以用於控制加熱器裝置302。舉例而言，流體液位隨電阻改變之量值及針對已知或預定功率位準之電阻時間變率而變。因此，效能特性模組382使用系統模型、功能關係(例如，預定演算法)或基於電阻變化及時間變率值將流體液位映射為電阻改變之檢查表來判定流體液位。電氣響應隨由系統定義之實體特性(幾何形狀、材料等)而變。
加熱器控制系統304可經組態以在保持在本揭示案之範疇內的情況下執行其他操作。舉例而言，在一種形式中，加熱器控制系統304可與外部裝置諸如計算裝 置、顯示器、鍵盤、按鈕、觸控螢幕等通訊，以用於從使用者接收資料及/或用於顯示關心加熱器系統之資訊。舉例而言，加熱器控制系統304可接收溫度、用於控制加熱器之操作狀態之命令及/或經由外部裝置之其他資訊。反過來，加熱器控制系統可顯示例如展示可選擇命令之圖形用戶界面、加熱器之當前操作狀態、當前流體溫度、流體液位、品質及/或其他適合資訊。
在一種形式中，具有感測能力之整合式加熱器可實施為用以在不使用額外感測器的情況下判定加熱系統之參數的虛擬感測系統之部分。舉例而言，具有本揭示案之整合式加熱器感測器之虛擬感測系統可用以判定諸如以下各項之參數：(1)流體貯存器溫度，(2)流體貯存器液位，及(3)藉由至少一個加熱器維持系統中之流體之溫度、液位及品質的流體貯存器品質。一個此類虛擬感測系統描述於提供於2017年3月2日申請之標題為「VIRTUAL SENSING SYSTEM」之美國序列號第15/447,942號之共同未決申請案中，該美國序列號與本申請案係共同擁有的且其內容以全文引用方式併入本文中。本申請案描述用於設置於排氣系統中之加熱系統之虛擬感測系統。通常，控制系統經組態以基於一組已知變數及預定演算法計算加熱系統之一或多個值。使用加熱系統之計算值及實體特性，控制系統控制加熱器。此類控制系統可實施用於其中正在加熱液體諸如油之流體加熱系統。
舉例而言，對於本揭示案之加熱系統，虛擬 感測系統可用以在三個其他參數中之至少兩者已知的情況下判定流體溫度、流體液位及/或流體品質。舉例而言，可在流體貯存器液位及品質已知之情況下判定流體貯存器溫度；可在流體貯存器溫度及品質已知之情況下判定流體貯存器液位；且可在流體貯存器溫度及液位已知之情況下判定流體品質。
在實施虛擬感測系統時，在一種形式中，本揭示案之加熱器控制系統經組態以接收來自以下各項當中之至少一個輸入：流體液位、流體品質、自加熱系統之實體特性導出之參數，以及其組合。該至少一個輸入另外包括至加熱器系統之加熱器之功率輸入及系統輸入中之至少一者。以實例方式，實體特性可包括電阻絲直徑、MgO(絕緣)厚度、護套厚度、傳導率、構造之材料之比熱容及密度、傳熱係數、及加熱器及流體導管之發射率，以及其他幾何及應用相關資訊。
在一種形式中，對於具有護套之加熱器，控制系統經組態以基於自加熱系統之實體特性導出之參數判定加熱器之護套溫度(Ts)。替代性地，加熱器可為具有加熱器表面溫度之分層加熱器，且加熱器控制系統經組態以藉由例如以下方程式判定加熱器表面溫度(Ts)，其中：
Figure 107126184-A0305-02-0031-1
cs係加熱器護套材料之比熱容
ms係護套材料之質量
Ts係護套材料之溫度
Tv係流體(油缸)之溫度
T1係MgO絕緣材料之溫度
D1係MgO絕緣材料之厚度
DS係護套材料之厚度
k1係MgO材料之熱阻率
A1係MgO材料之剖面積
kS係護套材料之熱阻率
As係護套之剖面積
hC1係護套之對流係數
AV1暴露於護套之流體(油缸)之剖面積
加熱器控制系統亦可經組態以自加熱系統之實體特性計算流體溫度(Tv)，且可藉由例如以下方程式判定：
Figure 107126184-A0305-02-0032-2
cv係流體貯存器之比熱容
mv係流體貯存器之質量
Ts係護套材料之溫度
Tv係流體(油缸)之溫度
Tab係環境環境溫度
DS係護套材料之厚度
k1係MgO材料之熱阻率
A1係MgO材料之剖面積
kS係護套材料之熱阻率
As係護套之剖面積
hC1係護套之對流係數
AV1係暴露於護套之流體(油缸)之剖面積
henv係流體貯存器至環境之對流係數
Aenv係暴露於環境之流體貯存器之剖面積
因此，自加熱系統之實體特性導出之參數可判定護套溫度(Ts)及流體溫度(Tv)中之至少一者。如本文中所描述，可自本揭示案之整合式加熱器及/或本揭示案之流體感測器系統獲得流體溫度(Tv)。藉由虛擬感測系統，本揭示案之加熱器控制系統可操作以在無特定感測器之情況下預測與加熱器相關聯之溫度及與流體相關聯之溫度。應注意，其他方程式可用作虛擬感測系統之部分且不應限於所提供之方程式。
加熱器控制系統可基於加熱器幾何形狀、輸入功率、高TCR元件電阻、具有系統性質之熱電偶功率引腳、油溫度及系統模型判定加熱器護套溫度。替代性地，TCR以及功率圖可用以計算護套溫度。此等方法提供諸如以下各項之益處：更快速地瞬時加熱液體而不會燒焦，安全性增強，與附接感測器之情況相比溫度感測準確度增加，液體壽命增加，以及使液體過熱之情況減少等等。
在本揭示案之一種形式中，加熱器控制系統 經組態以執行用於校準加熱系統之自校準。自校準包括使用例如以下各項中之至少一者測量在冷卻之後的流體溫度以獲得室溫下之穩態：用於TC功率引腳系統之冷端溫度補償感測器、小表面安裝RTD或印刷電路板(printed circuit board；PCB)上之熱敏電阻。在測量穩態室溫之後，控制系統將準確測量之功率脈衝應用於加熱器。測量之功率脈衝應足夠短以使得溫度回應與流體貯存器中之流體量無關。接下來，當形成流體加熱系統時，諸如在工廠校準期間或在流體加熱系統安裝期間，將觀測之時間-溫度回應與測量之預定時間-溫度回應進行比較。藉由比較時間-溫度回應，獲得例如峰值溫度下或在預定時間段之後在高溫(以及室溫點)下之第二校準點。在一種形式中，除第二校準點之外或替代地，亦可使用電阻斜率回應。
對於自校準過程，代替等待室溫下之穩態，測量來自加熱器之溫度變化率信號(亦即，電阻或mVoltage之變化率)，且系統模型用以推斷什麼信號將靜置在穩態下。接著將變化率校準至例如PCB處之室溫測量值。
在另一形式中，自校準包括等到貯存器為空，將金屬線加熱至高於居裡點，及測量最大TCR斜率點(TCR曲線之導數)處之電阻。在一個實例中，若鎳用作高TCR材料，則最大TCR斜率點係358.2℃。該校準另外包括將來自功率猝增之電阻用於潛在第二校準點。
在另一自校準中，校準點提供為用於校準點 之鎳-鉻電阻之局部最大值(例如，針對鎳鉻合金80之550℃)。該校準包括等到貯存器為空，以例如在過濾或清洗之後，將金屬線加熱至550℃。接下來，用高電流刺激加熱器使得金屬線達到550℃且護套保持較低溫度。護套應低於液體之閃燃點以抑制金屬線上之高應力並且增加加熱器壽命。
單獨液體溫度感測器亦可用於自校準。特定地，該校準包括等待加熱器溫度達到與液體之平衡溫度，使用單獨液體溫度感測器在若干溫度下校準，以及使用先前資訊推斷高於液體溫度之上限。
可在保持在本揭示案之範疇內的情況下使用其他特徵/步驟進行自校準。舉例而言，以下各項可用於自校準：具有諸如拐點或峰值斜率之唯一可調整性質之鐵鎳合金；及功率對電阻回應歷史輸入，諸如起動或在受控制冷卻期間；至少一個加熱器電路之預定及可預測漂移特性可用以消除現場校準需求。可在加熱系統壽命內定期進行自校準調整。
在一種形式中，控制系統亦可經組態以包括用於防止實體損壞或其他對加熱器系統之難以預知的影響的系統模型。舉例而言，系統模型經組態以預測與各個操作條件相關聯之溫度時間變率或用於測試能量脈衝(例如，在應用所測量之能量脈衝之前使加熱器冷卻至低於目標設定點數度，且觀測回應)。在預期範圍之外的電阻或mV改變可能意味著存在問題，且可產生警報或錯碼或以 某一其他方式用以促成關於是否允許繼續操作之決策。
關於自校準及虛擬感測特徵，可藉由使用系統模型使流體溫度與CJC匹配，該系統模型可為具有自隨時間之冷卻速率改變判定且用以推斷最終穩態溫度之參數的指數式衰減方程式。若室溫不恆定，則可需要更複雜模型。舉例而言，CJC或小且便宜的PCB安裝之感測器可用以測量室溫，且系統模型接著可基於冷卻速率判定流體溫度與室溫之間的溫度差，因此提供用於校準流體或加熱器溫度感測特徵的溫度。
流體感測器系統及具有本揭示案之整合式加熱器感測器之加熱器系統可減少用於加熱器系統之獨立感測器的數目。本文中描述之虛擬感測特徵可實施為具有流體感測器系統之加熱器系統及/或具有整合式加熱器感測器之加熱器系統的部分。
應注意，本揭示案不限於作為實例描述及說明之實施例。已描述大量變體且大部分係熟習此項技術者之常識中的一部分。此等及另外變體以及藉由技術等效物之任何替換可添加至描述及諸圖，而不會偏離本揭示案及本發明專利之保護範疇。
100:流體感測器系統
102:探針
103:護套
104:控制系統
106:流體
120:感測器/流體溫度感測器/熱電偶
122:環境溫度感測器/熱電偶
124:感測器/電阻加熱元件
1261、1262、1281、1282、1301:終端
J1、J2:結點
L1、L2、L3:流體液位
M1、M2:材料

Claims (9)

  1. 一種用於一加熱系統之流體感測器系統，該感測器系統包含：一探針，其具有一有限長度，該有限長度之一部分將浸於一流體中，該探針包含一電阻加熱元件以及用於測量該加熱系統之一或多個效能特性的一流體溫度感測器，其中該流體溫度感測器經組態以測量一流體溫度，且該電阻加熱元件可操作為一加熱器以沿著該探針之長度產生一溫差來偵測該流體的存在，並且可操作為一感測器以測量一流體液位；及一控制系統，其經組態以操作該探針並且基於該電阻加熱元件操作為該感測器以測量該流體液位時之一電氣響應、該流體溫度感測器之一電氣響應或其等之組合來判定該效能特性，其中該控制系統經組態以：當該流體溫度與一環境溫度實質上相同時，施加一第一功率量至該電阻加熱元件以驗證該流體的存在，其中，如果該流體存在，則該第一功率量導致沿著該探針之長度產生該溫差，及當該流體溫度與該環境溫度不同時，在驗證該流體的存在之後，施加小於該第一功率量之一第二功率量至該電阻加熱元件以測量該電阻加熱元件之電阻來判定該流體液位。
  2. 如請求項1之流體感測器系統，其中，該 效能特性包括該流體液位及該流體溫度中之至少一者。
  3. 如請求項1之流體感測器系統，其中該控制系統經組態以基於該流體溫度、該電阻加熱元件之一電阻以及使一給定電阻及一給定溫度與一流體液位相關聯之預定資訊，來判定該流體液位。
  4. 如請求項1之流體感測器系統，其中該探針更包含用以測量該環境溫度之一環境溫度感測器，其中該環境溫度感測器安置於該探針之遠離該流體之部分處。
  5. 如請求項4之流體感測器系統，其中該環境溫度感測器係一熱電偶。
  6. 如請求項1之流體感測器系統，其中該探針更包含一電阻式溫度偵測器(RTD)，且該電阻加熱元件及該流體溫度感測器中之至少一者連接至該RTD。
  7. 如請求項1之流體感測器系統，其中該探針更包含用於偵測一最大流體溫度之一極限感測器。
  8. 如請求項1之流體感測器系統，其中該流體溫度感測器係一熱電偶。
  9. 一種加熱器系統，其包含：如請求項1之感測器系統；一加熱器，其可操作以加熱該流體；及一加熱器控制系統，其與該感測器系統之該控制系統通訊，且經組態以基於該等效能特性來控制該加熱器。
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