超声液位传感系统技术方案

一种用于测量密封容器内的液位的具有超声传感器(例如，压电晶体)的超声探头，其具有使得探头更可靠且能够随着容器接近于空的状态得到更精确的液位读数的特征。实施方式包括在探头的下端使超声传感器间隔更密切，偏置传感器以使得其垂直间隔能够更紧密，用于冗余的匹配的传感器对，和位于探头下端的面向下的传感器以降低可通过探头精确测量的最小液位。还可以提供坑槽以进一步降低可通过探头精确测量的最小液位。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】超声液位传感系统相关串请的交叉引用本申请要求2014年8月29日提交的62/043,668号美国临时申请的权益。2014年1月24日提交的共同未决的美国专利申请14/163,407号通过引用并入，如同其全部在此给出。
技术介绍
半导体制造过程包括使用必须满足严格的纯度要求的化学试剂。这些液体化学试剂通常包含在密封的容器(例如，安瓿)中以保护它们免于化学试剂的污染和防止泄漏。化学试剂通常需要金属容器和容器配件，其使用金属-金属密封以避免腐蚀、污染或在升高压力下的泄漏。当使用存储于这种容器中的化学试剂时，通常必须能够在不将化学试剂暴露于环境或将操作者暴露于化学试剂的情况下测定容器中剩余的化学试剂的量。超声探头普遍用于半导体工业中以测量密封容器内化学试剂的水平。典型的设计包括探头内沿导管的长度串联定位的多个超声传感器，例如Dam等的美国专利N0.5，663，503中公开的传感器和配置。信号处理装置(例如，控制器、计量器、个人计算机等)将电子信号传输至超声传感器，其随之产生通过所述导管并回声返回到所述传感器的声波脉冲。各传感器将其接收的回声声波转换成传输回信号处理装置的电子信号。信号处理装置然后解释该电子信号以确定回声声波的强度以及在发射和回声声波到达之间经过的时间。对于沿导管的特定部分定位的每个传感器，超声波通过导管移动的速度和回声超声波的强度根据导管的该部分是否含有化学试剂或气体或蒸汽而不同(即，与气体或蒸汽相比，声音更快地通过液体介质移动)。以这一方式，信号处理装置可以沿所述导管的长度确定化学试剂的水平并因此确定容器内化学试剂的量。—般地，布置在超声探头内的更大数目的超声传感器转化成测量化学试剂水平的更高准确度。但是这些传感器受到限制，因为它们不能准确地测量靠近或低于探头的下端的化学试剂水平。这会由于半导体制造过程和环境的精确特性、与化学试剂相关的成本和与清洁容器时处置残余化学试剂相关的成本而造成问题。因此，本领域中存在着对于具有测量容器内少量化学试剂的水平的能力的超声探头的需要。
技术实现思路
以下概述本专利技术的几个特定方面。方面1.一种用于探测容器内的液位的超声探头，该超声探头包括从装配组件向下延伸并包含由内管限定的内体积和导管的桶，所述导管纵向布置于所述桶内，所述内管具有纵轴和在所述装配组件远端的下端，所述桶具有一定长度；和位于所述桶的内体积中的多个超声传感器，所述多个超声传感器各自配置为响应于接收的电子信号发射声波，所述多个超声传感器各自具有垂直间隔；其中所述多个超声传感器中的至少一个以适应于响应于接收的电子信号而跨所述桶的导管发射声波的位置和定向固定于所述内管；其中所述多个超声传感器包括包含至少三个超声传感器的上组和包含至少三个超声传感器的下组，所述上组的超声传感器比所述下组的任何超声传感器更远离所述内管的下端，所述下组的各超声传感器的垂直间隔小于所述上组的任何超声传感器的垂直间隔。方面2.方面1的超声探头，其中所述下组的各超声传感器相对于所述下组的各垂直相邻的超声传感器垂直偏置。方面3.方面2的超声探头，其中所述下组的各超声传感器的垂直偏置与所述下组的所有其它超声传感器的垂直偏置处于相同的径向方向。方面4.方面1-3任一项的超声探头，其中所述上组或下组中各超声传感器之间的垂直间隔是相同的。方面5.方面4的超声探头，其中所述上组中各超声传感器之间的垂直间隔是相同的，且所述下组中各超声传感器之间的垂直间隔是相同的。方面6.方面1-5任一项的超声探头，其中所述多个超声传感器包括包含至少三个超声传感器的中间组，所述中间组的超声传感器的位置比所述下组的任何超声传感器更远离所述内管的下端且比所述上组的任何超声传感器更靠近所述内管的下端，所述中间组中的各超声传感器的垂直间隔比所述上组中的任何超声传感器的垂直间隔小且比所述下组的任何超声传感器的垂直间隔大。方面7.方面1-6任一项的超声探头，其中所述下组的超声传感器的垂直间隔小于0.3 英寸(0.76cm)。方面8.方面1-7任一项的超声探头，其中所述下组包含至少四个超声传感器。方面9.方面1-8任一项的超声探头，其中所述下组位于所述桶的长度的下方四分之一，所述下方四分之一在所述装配组件的远端。方面10.方面1-9任一项的超声探头，其中所述多个超声传感器包含定向为朝向容器的基部发射声波的面向下的传感器。方面11.方面10的超声探头，其中所述面向下的传感器固定于所述桶的末端盘形盖(end disc cap)，所述桶的末端盘形盖基本上垂直于所述内管，使得所述面向下的传感器定向为沿基本上平行于所述桶的纵轴的方向发射声波。方面12.方面10的超声探头，其中所述容器的基部包含坑槽(sump)，其位置使得将所述超声探头安装于所述容器中时至少一部分所述坑槽与所述桶垂直对准。方面13.方面12的超声探头，其中在将所述超声探头安装于所述容器中时所述坑槽与所述超声探头的所述桶的纵轴同轴对齐。方面14.方面12的超声探头，其中所述坑槽的直径大于所述桶的直径。方面15.方面1-14任一项的超声探头，其中所述多个超声传感器包含匹配的超声传感器对，所述匹配的超声传感器对各自包含在所述桶的匹配高度处彼此水平地跨所述导管布置的第一和第二超声传感器。方面16.方面15的超声探头，其中所述超声探头与至少一个控制器电偶联，该控制器配置为向所述多个超声传感器发送电子信号和从其接收电子信号，其中所述至少一个控制器编程为一次仅向匹配的对中的所述第一和第二超声传感器中的一个发送电子信号。方面17.方面16的超声探头，其中所述超声探头与至少一个控制器电偶联，该控制器配置为向所述多个超声传感器发送电子信号和从其接收电子信号，其中所述至少一个控制器编程为一次仅向匹配的对中的所述第一和第二超声传感器中的一个发送电子信号。方面18.方面16的超声探头，其中所述至少一个控制器包括与各匹配的超声传感器对中的第一超声传感器电偶联的第一控制器和与各匹配的超声传感器对中的第二超声传感器电偶联的第二控制器。方面19.方面16的超声探头，其中所述多个超声传感器的各超声传感器通过多导体屏蔽电缆的至少一个未屏蔽导线与所述至少一个控制器电偶联。方面20.—种用于探测容器内的液位的超声探头，所述超声探头包括:从装配组件向下延伸并包含由内管限定的内体积和导管的桶，所述导管纵向布置于所述桶内，所述内管具有纵轴和在所述装配组件远端的下端，所述桶具有一定长度；和位于所述桶的内体积中的多个超声传感器，所述多个超声传感器各自配置为响应于接收的电子信号而发射声波；其中所述多个超声传感器中的至少一个以适应于响应于接收的电子信号而跨所述桶的导管发射声波的位置和定向固定于所述内管；其中所述多个超声传感器包括至少一个相对于各垂直相邻的超声传感器偏置的传感器。方面21.方面20的超声探头，其中所述多个超声传感器的各超声传感器具有垂直间隔，所述多个超声传感器包括包含至少三个超声传感器的上组和包含至少三个超声传感器的下组，所述上组的超声传感器比所述下组的任何超声传感器更远离所述内管的下端，所述下组的各超声传感器相对于所述下组的各垂直相邻的超声传感器垂直偏置。方面22.方面20-21任一项的超声探头，其中相对于各垂直相邻的超声传感器偏置的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测容器内的液位的超声探头，所述超声探头包括：从装配组件向下延伸并包含由内管限定的内体积和导管的桶，所述导管纵向布置于所述桶内，所述内管具有纵轴和在所述装配组件远端的下端，所述桶具有一定长度；和位于所述桶的内体积中的多个超声传感器，所述多个超声传感器各自配置为响应于接收的电子信号发射声波，所述多个超声传感器的各超声传感器具有垂直间隔；其中所述多个超声传感器中的至少一个以适应于响应于接收的电子信号而跨所述桶的所述导管发射声波的位置和定向固定于所述内管；其中所述多个超声传感器包括包含至少三个超声传感器的上组和包含至少三个超声传感器的下组，所述上组的超声传感器比所述下组的任何超声传感器更远离所述内管的下端，所述下组的各超声传感器的垂直间隔小于所述上组的任何超声传感器的垂直间隔。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·伯特彻，T·A·斯泰德尔，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US