专利名称：用于控制液位的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制液位的方法，更具体地说，该方法可被用于控制盛装于具有自由表面的筒和/或在压力下的罐中的液体液位，例如在半导体制造系统中存在的液体的液位。本发明还涉及一种用于实现上述方法的设备。
已知的用于控制液位的设备包括一个控制装置，该控制装置布置有一个压力传感器，该压力传感器与浸没在被控制液体中的一个测量管相连。将压力传感器所测量到的值除以液体的密度值或液体的比重来确定液体的液位。
但是，由于由压力传感器所测量到的值受到当地压力的影响，例如受到大气压力或在压力下的容器中的压力的影响，而所述的压力在测量的时间内会产生变化，因此，这些已知的设备只能提供近似结果。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于控制液位的方法和设备，该方法和设备消除了上述缺陷。利用该方法和设备可实现上述目的，权利要求1和6中分别限定该方法和设备的主要特征，而其他权利要求限定其他特征。
由于对一个辅助管道内的压力进行测量，且对辅助管道内的压力和测量管内的压力之间相应的差值进行计算，因此，根据本发明的方法和设备所得到的液位测量值比利用已知的方法和设备所得到的液位测量值更精确。
根据本发明的一个有利方面，所述的设备可根据液体的温度来校正液体的密度值或比重，从而进一步改善测量精度。
根据本发明的另一个有利方面，该设备可布置有一个单个的压力传感器和一个电动阀以交替地测量测量管中的压力和辅助管道中的压力。利用这种结构，就可降低制造成本，并且可避免由另一个压力传感器的测量差别而产生的误差。
根据本发明的另一个有利方面，该设备的测量管可被连接到压力作用下的一个气源上，这样就可测量与由液体对气体施加的压力相应的反压力。利用这种结构就可避免由液体释放的有害气体通过测量管而到达控制装置。
根据本发明的另一个有利方面，该设备布置有电子存储器和计算装置而用于确定液位和控制计算参数，以及为对设备进行校正所用的其他有用的参数。此外，利用这种结构，根据本发明的设备不仅可控制盛装在容器中的液体的液位，而且还可控制漂洗容器的工作，在将该设备应用到半导体制造系统中时，还可进一步降低成本。
为降低设备的制造和保养成本，所述电子计算装置可有利地具有一种已知类型的可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器也可与一个外部计算机相连以对本发明的设备进行远程控制。
参考附图，并通过对本发明的一些实施例的非限制性描述及其详述内容，本领域的技术人员可明确根据本发明的方法和装置的其他优点和特征，其中
图1所示为根据本发明的设备的第一个实施例的示意图；图2所示为根据本发明的设备的第二个实施例的示意图；图3所示为根据本发明的设备的第三个实施例的示意图；图4所示为图1中的设备与一个漂洗筒相连的示意图；图5所示为图1中的设备的控制装置的示意图。
参考图1，从该图中可看到根据本发明的第一个实施例的设备包括以已知的方式浸没在容器3中的液体2内的一个测量管1，所述容器3可以是例如用于盛装半导体制造系统的酸性液体的一个筒。测量管1的一端处于与容器3的底部相距为L1的位置，而其另一端与布置在控制装置4中的一个压力传感器相连，控制装置4包括有电子装置以计算由压力传感器测量到的压力值和一个存储值之间差值，该存储值与一个当地的参考压力相对应，例如，等于大气压值。然后，利用所述的电子计算装置进行计算，即将所存储的值整除该压力差值。所述存储值与液体2的密度或液体2的比重成比例。由所述的整除所得到的值以一种已知的方式与浸没在液体2中的测量管1的一部分的位置L2相对应，该值在显示器5例如一个LCD显示器上显示出来。在由显示器5显示出位置L2的值之前，可将其增加到等于L1的一个存储值上，这样就可得到液体2的自由表面的液位距容器3的底部的真正值H＝L1+L2。
根据本发明，测量管1与布置有一个电子阀7的辅助管道6相连，辅助管道6具有布置在容器3内部或外部的自由端，更具体地说，测量管1与容器3附近的环境相连通。电子阀7通过一根导线8与控制装置4相连，这样，控制装置4可周期性地打开该电子阀7，从而可设置测量管1通过辅助管道6与周围环境以确定时间相连通。当电子阀7打开时，控制装置4的压力传感器测量一个参考压力，例如局部的压力或大气压力，并将测量到的参考压力值存储在电子计算装置中，从而替换原来存储的参考压力值。在经过一段确定的时间之后，将电子阀7关闭，这样，控制装置4可再次测量由液体2施加到盛装在测量管1中的液体上的压力，从而确定测量管1中液体自身的液位。
测量管1可通过一个管道9与一个压力气体(例如氮气或空气)源10适当连接。管道9布置有一个阀11和一个节流阀12，阀11用于调节被引入气体的压力，而节流阀12用于调节被引入气体的流速。通过调节阀11和节流阀12就可使气体进入测量管，直至气体稍微进入液体2中。利用这种结构，在测量管1中测量到的反压力与由液体2施加到气体上的压力恰好相对应。
根据本发明的设备优选包括一个热探测器13，例如一个PT100型的热探测器，该热探测器浸入到液体2内且通过导线14与控制装置4相连。在控制装置4中可存储一个或多个根据液体的温度而与液体的密度或比重成比例的值的列表。通过选择与盛装在容器3中的液体2相对应的列表，电子计算装置就可根据由热探测器13测量到的温度而从该列表中得到一个确定的密度值或比重值，然后，利用该确定的密度值或比重值而以上述的方式计算液体2的液位。
在控制装置4中可存储一个或多个临界值，特别地，可存储5个这样的临界值。当这些值大于或小于液体2的液位值时，控制装置4就接通相应的指示灯15，例如LED型的指示灯，从而为使用者给出即刻的液位信息。此外，控制装置4最好布置多个口15’，特别地，可布置5个这样的口15’。可将外部电子或电动装置(图中未显示)例如警报装置连接到所述的口上。当所述的临界值大于或小于液体2的液位值时，控制装置4通过所述的口15’传输电子信号，从而关闭或打开所述的外部装置。
控制装置4还与一个电源15如一个24V的直流电源相连。该控制装置4还包括用于输入数据的一个键盘17；一个接口18，例如一个串行端口RS-232或RS-485以与一个外部计算机相连；多个连接器19；和一对按钮20。下面将对上述部件的工作进行解释。
参考图2，从该图中可看到在本发明的第二个实施例中的电动阀7是适应于将辅助管道6或辅助管道9与测量管1交替连接所用的一个三路电动阀。在通过辅助管道6测量局部的压力时，利用这种结构，就可避免来自管道9的气体被引导入测量管1。
现在参考图3，从该图中可看到在本发明的第三个实施例中，控制装置4包括两个压力传感器。象前面所述的实施例那样，第一个压力传感器测量测量管1中的压力。而第二个传感器测量辅助管道21中的压力，辅助管道21的自由端布置在容器3的环境中。在本实施例中，容器3是一个闭合的容器，这样，辅助管道21的自由端布置在容器内且处于容器盖下面的空置部分中。利用这种结构可连续测量辅助管道21内的参考压力例如大气压或局部的压力以及测量管1内的压力，这样，就不再需要电子阀以交替的方式通过相同的测量管来测量参考压力。
在图4中可看到一个液位传感器22例如具有磁浮子的一个传感器通过一条或多条导线23与控制装置4的连接器19相连。液位传感器22根据盛装在筒25中的液体24的液位而向控制装置4发出一个电信号，例如，所述液位是盛装在一个QDR(快速倾倒洗涤器)漂洗容器中的非常纯净的水的液位。筒25与容器3的区别在于例如，在半导体制作系统中，盛装酸性液体的筒通常布置在漂洗筒的附近。根据由液位传感器22发出的信号，控制装置4通过连接器19和一条或多条导线26向一对电动阀27、28发出电信号。
第一电子阀27是一个三路电动阀，该电子阀控制来自气源29的压力气体流入气动活塞30而移动筒25的底部31，从而使该底部31空置或利用由一个或多个喷嘴32排放的液体充注该底部31。
相反，第二电动阀28控制来自气源33的压力气体的流入以打开或关闭气动阀34，该阀34适于按着箭头35所示而对从外部源进入液体24的喷嘴32的流入进行控制。
由筒25通过底部31排放的液体流经排放管道36，该排放管道36最好布置有一个热导计37，例如由Thornton公司制造的一种精密的传导计，该传导计将电信号通过连接器19传送到控制装置4。热导计37最好布置有一个PT100型热传感器以根据液体24的温度来校正其传导率值。
最后，可将一个第三电子阀39连接到连接器19上。该电子阀39可控制来自气源40的压缩空气的流入以打开或关闭一个气动三路阀41，这样，就使来自排放管道36的液体24流至箭头42所示的一个管道，或者流至一个输送管道42’，该输送管道42’再将液体24朝着喷嘴32输送。输送管道42’最好布置有一个流量计，例如由Georg Fischer公司生产的Signet 2507流量计，该流量计将电信号通过连接器19输送至控制装置4。
参考图5，从该图中可看到控制装置4包括上述的电子计算装置43，该电子计算装置在本实施例中具有一个可编程的逻辑控制器(PLC)，例如，由NEC公司生产的78F0078型PLC。PLC43相应地布置一个RAM存储器44，其中，在该存储器44中可存储一些临时性的参数例如由传感器测量到的压力和密度以计算液体2的液位。PLC43还相应地布置有一个快擦写只读存储器(Flash ROM)45，在该只读存储器中可存储控制装置4工作所用的软件及相关的参数，例如-依据所述温度的比重值或密度值的列表；-测量管1的自由端的位置L1高度；-与指示灯15的临界值相应的液位高度；-电动阀7、27、28和/或39的关闭和打开时间间隔；
-在筒25中进行的漂洗循环的数目；-液体2的液位迟滞的校正值；-环境或大气压力的校正值；-与容器3的面积相应的一个值，该值用于计算盛装在容器中的液体2的容积；-压力和/或温度测量单元的变换常量；-日期和时间，以及-对根据本发明的装置进行校正工作中所用的其他参数。
这些参数可通过与PLC43相连的显示器5显示出来。
为存储其他数据，PLC43也可与一个接口46相连或通过接口18与一个外部计算机相连接，所述接口46用于可清除的存储例如，快擦写式。
利用一个精密传感器47对测量管1中的压力进行测量，所述精密传感器47为例如一种电阻型传感器如由Cristal公司生产的CS55224传感器，通过一个模拟数字转换器48将该传感器连接到PLC43上。PLC43还通过例如光绝缘体与探测器13、指示灯15、键盘17、接口18、连接器19和按钮20直接或间接相连。
在应用过程中，使用者接通控制装置4而通过键盘17输入上述的参数以用于根据本发明的装置的工作。控制装置4周期性地根据由使用者输入的参数而通过上述的方法来计算液体2的液位值，并通过显示器5和/或指示灯15来显示所述的液位值。
与此同时，使用者可启动筒25中的漂洗，并通过按钮20输入相应的循环次数。在这种情况下，控制装置4打开电动阀28而以液体24来充注筒25。在液位传感器22测量到筒25的充注时，控制装置4就关闭电动阀28且等待一段确定的时间，之后，通过电子阀27打开底部31而使筒25排空。如果由传导计37测量到的且由筒25经排放管道36排放的液体是足够纯的，控制装置4则通过电动阀39使操作阀41运行而经由输送管道42’回收(recovers)所述的液体。流量计38测量回收的液体24的量。相反，如果所述液体的纯度不足，控制装置4就通过电动阀39以相反的方式操作阀41而将所述的液体排放掉。液体24一旦被排出，控制装置4就关闭筒25的底部31且等待一段确定的时间，然后按着上述的方式重新启动一个漂洗循环，直至达到由使用者编程的循环的数目。
本领域的技术人员可对上述和显示的本发明的实施例做出进一步的变更和/或添加，但所述的变更和/或添加均包含在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种用于控制盛装在至少一个容器(3)中的液体(2)的液位的方法，其特征在于，该方法包括以下操作步骤-将一个测量管(1)插入液体(2)中；-将一个辅助管道(6；21)布置在容器(3)的内部或外部；-测量管(1)内的压力；-测量所述辅助管道(6；21)内的压力；-确定测量管(1)内的压力和辅助管道(6；21)内的压力之间的压力差；-确定容器(3)内的液体(2)的密度值或比重值；-用液体(2)的密度值或比重值除所述的压力差。
2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于容器(3)中的液体(2)的密度或比重是根据液体本身的温度确定的。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于利用同一个压力传感器(47)交替测量测量管(1)中的压力和辅助管道(6)中的压力。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于将一种压力气体引入测量管(1)，该压力气体从测量管(1)的浸没于液体(2)中的端部流出。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于将所述相除的结果(L2)加到一个值(L1)上，该值(L1)与测量管(1)的端部距容器(3)的底部的高度相对应。
6.一种用于控制盛装在至少一个容器(3)中的液体(2)的液位的设备装置，该设备包括被浸没于液体(2)中的一个测量管(1)和一个控制装置(4)，该控制装置(4)布置有与所述测量管(1)相连接的至少一个压力传感器(47)，其特征在于所述控制装置(4)还布置有一个传感器和电子计算装置(43)，所述传感器用于测量布置在容器(3)的内部或外部的辅助管道(6；21)内的压力，所述电子计算装置(43)用于计算测量管(1)内的压力和辅助管道(6；21)内的压力之间的压力差，并利用储存在一个或多个电子存储器(44，45，46)中的液体(2)的密度值或比重值来除所述的压力差，所述电子存储器(44，45，46)可由所述的计算装置(43)来读取。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于控制装置(4)所布置的压力传感器(47)只用于交替地测量浸没在液体(2)中的测量管(1)内的压力和辅助管道(6)内的压力。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于通过一根或多根导线(8)与控制装置(4)相连接的一个电动阀(7)布置在测量管(1)和辅助管道(6)之间，这样，当电动阀(7)打开或关闭时所述压力传感器(47)就分别测量辅助管道(6)或测量管(1)中的压力。
9.根据权利要求6至8之一所述的设备，其特征在于测量管(1)通过一个管道(9)与一个压力气源(10)相连，管道(9)布置有一个用于调节被引入气体，压力的阀(11)和一个用于调节被引入气体的流率的节流阀(12)。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述电动阀(7)是一个三路电子阀，该电子阀交替地将测量管(1)与压力气体的管道(9)或辅助管道(6)相连。
11.根据权利要求6所述的设备，其特征在于控制装置(4)包括一个第一传感器和一个第二传感器，所述第一传感器用于测量测量管(1)中的压力，所述第二传感器用于测量布置在容器(3)内部或外部的辅助管道(21)中的压力。
12.根据权利要求6至11之一所述的设备，其特征在于控制装置(4)与被浸没在液体(2)中的一个热探测器(13)相连，电子计算装置(43)从存储在电子存储器(44，45，46)中的列表且与液体(2)的密度或比重成比例的至少一个值中选择，所述液体(2)的密度或比重是根据由热探测器(13)测量到的温度确定的。
13.根据权利要求6至12之一所述的设备，其特征在于控制装置(4)布置有至少一个显示器(5)以显示由电子计算装置(43)计算的液体(2)的液位。
14.根据权利要求6至13之一所述的设备，其特征在于控制装置(4)布置有一个或多个电子存储器(44，45，46)以存储一个或多个临界值；所述电子计算装置(43)根据所述的临界值和液体(2)的液位来接通或切断一个或多个外置电子或电动装置，和/或一个或多个指示灯(15)。
15.根据权利要求6至14之一所述的设备，其特征在于控制装置(4)布置有至少一个接口(18)以连接一台外置计算机。
16.根据权利要求6至15之一所述的设备，其特征在于控制装置(4)布置有用于输入数据的一个键盘(17)。
17.根据权利要求6至16之一所述的设备，其特征在于控制装置(4)与一个液位传感器(22)相连且与一个或多个电动阀(27，28，39)相连，所述的电动阀(27，28，39)是由控制装置(4)根据盛装在筒(25)中的液体(24)的液位控制的，液体(24)的液位由所述液位传感器(22)探测到的。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于所述电动阀(27，28，39)之一的电动阀(27)是一个三路电动阀，该电动阀控制压力气体流入气动活塞(30)以适合打开或关闭所述筒(25)的底部(31)。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于所述电动阀(27，28，39)之一的电动阀(28)控制压力气体的流入以打开或关闭一个气动阀(34)，从而控制液体(24)流入所述筒(25)。
20.根据权利要求17至19之一所述的设备，其特征在于所述电动阀(27，28，39)之一的电动阀(39)控制压力气体的流入以打开或关闭一个三路气动阀(41)，从而使来自与所述筒(25)的底部(31)相连的一个排放管道(36)的液体(24)流入一个排放管(42)或流入一个输送管道(42’)以回收筒(25)中的液体(24)。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于与筒(25)的底部(31)相连的所述排放管道(36)布置有一个与控制装置(4)相连接的热导计(37)。
22.根据权利要求20或21所述的设备，其特征在于所述输送管道(42’)布置有一个与控制装置(4)相连的流量计(38)。
23.根据权利要求6至22之一所述的设备，其特征在于所述电子计算装置(43)包括有一个可编程的逻辑控制器，该逻辑控制器布置有一个或多个存储器(44，45)，其中，在所述的存储器中可存储用于计算液体(2)的液位的临时性参数以及控制装置(4)工作所用的软件和/或相关的工作参数。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于所述工作参数包括下述值中的一个或多个-依据所述的温度而确定的液体(2)的比重值或密度值的列表；-测量管(1)的自由端的位置(L1)高度；-与指示灯(15)的临界值相应的液位高度；-电动阀(7，27，28，39)的关闭和打开时间间隔；-在筒(25)中进行的漂洗循环的数目；-液体(2)的液位迟滞的校正值；-环境或大气压力的校正值；-与容器(3)的面积相应的一个值，该值用于计算盛装在容器中的液体(2)的容积；-压力和/或温度测量单元的变换常量；和/或-日期和时间。
25.根据权利要求23或24所述的设备，其特征在于压力传感器(47)是一个电阻型的传感器，该传感器通过一个模拟数字转换器(48)与可编程的逻辑控制器(43)相连。
26.根据权利要求24所述的设备，其特征在于所述的工作参数可由显示器(5)上的可编程逻辑控制器(43)显示出来。
全文摘要
用于控制盛装在至少一个容器(3)中的液体(2)的液位的方法，该方法包括下述运行步骤将一个测量管(1)插入液体(2)中；将一个辅助管道(6；21)布置在容器(3)之内部或外部；测量测量管(1)内的压力；测量所述辅助管道(6；21)内的压力；确定测量管(1)内的压力和辅助管道(6；21)内的压力之间的压力差；确定容器(3)内的液体(2)的密度值或比重值；利用液体(2)的密度值或比重值来除所述的压力差。本发明还涉及一种用于执行该方法的设备。
文档编号H01L21/306GK1432125SQ01810268
公开日2003年7月23日 申请日期2001年5月28日 优先权日2000年5月31日
发明者马里奥·莫利纳, 安东尼奥·帕斯夸莱 申请人:Gigi莫利纳塑料专利股份公司