超声液位传感系统的制作方法

超声液位传感系统的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供了用于测量密封容器内液位的具有增加数量（例如，十二个）的超声传感器的超声探头。所述超声探头包括颈管，其使得所述超声探头尽管具有容纳所述增加数量的超声传感器的加大的桶，也可与现有的标准化容器配件一起使用。本发明的实施方式还提供了系统和方法，其中超声探头中的超声传感器被一次一个地激活，以减少所述超声传感器及其配线之间的串扰。
【专利说明】超声液位传感系统
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2013年5月15日提交的美国临时申请号61/823, 625的权益，其在此 通过引用全文并入。
[0003] 发明背景
[0004] 半导体制造工艺涉及使用必须符合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）中以预防化学试剂污染和防止渗漏。化学试剂通 常需要金属容器和使用金属-对-金属密封的容器配件，以避免腐蚀、污染和在升高的压力 下的泄漏。当使用存储在该容器中的化学试剂时，经常需要能够确定留在容器中的化学试 剂的量，而不将化学试剂暴露在环境下或将操作者暴露在化学试剂下。
[0005] 半导体工业中常用超声探头来测量密封容器内的化学试剂水平。典型的设计包括 沿探头内的管道长度串联定位的多个超声传感器，如Dam等人的美国专利号5, 663, 503中 公开的传感器和构造。信号处理装置（例如，控制器、仪表、个人电脑等）将电子信号传送 给所述超声传感器，其反过来产生通过管道并回音返回传感器的一阵阵声波。每个传感器 将其接收到的回波转化为电子信号，所述电子信号被传送回该信号处理装置。该信号处理 装置随后解读该电子信号以确定回波强度以及在回波的发射和到达之间的时间推移。对于 沿该管道特定部分定位的每个传感器，超声波通过该管道的速度和回音超声波的强度会有 所不同，取决于管道的该部分包含化学试剂还是气体或蒸气（即，声音通过液体介质相比 于气体或蒸气传播更快）。以这种方式，信号处理装置可以确定沿管道长度的化学试剂的水 平,并由此确定容器内化学试剂的量。
[0006] 通常，配置在超声探头内的更大数量的超声传感器在测量化学试剂水平时对应于 提高的精确度。然而，通常需要更大的探头来容纳增加数量的超声传感器及其配线。考虑 到半导体制造工艺和环境的严格性，密封容器、容器配件、密封件和相关硬件的尺寸大部分 是标准化的，在不要求变为更大的配件和/或非标准化部件的情况下，这限制了超声探头 可以适于包括更大数量的超声传感器（例如，大于四个）的程度。
[0007] 因此，本领域需要具有增加数量的超声传感器、并可以与现有的标准化容器配件 一起使用的超声探头。
[0008] 发明概沭
[0009] 根据本发明的一个实施方式，公开了用于与容器一起使用的超声探头。该超声探 头包含具有外径的桶和配置在所述桶内的管道，所述管道具有上部开口和下部开口。颈管 耦联到所述桶和部分装配组件，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开口、侧壁和由 所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径。内体积配置在所述桶 内，所述内体积与所述管道隔离。多个超声传感器配置在所述内体积内，所述多个超声传感 器中的每个超声传感器都具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。
[0010] 另外，本发明的系统和方法的若干具体方面概述如下。
[0011] 方面1、用于与容器一起使用的超声探头，所述超声探头包含：
[0012] 具有外径的桶；
[0013] 配置在所述桶内的管道；
[0014] 耦联（couple)到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部 限定的下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的 外径；
[0015] 配置在所述桶内的内体积，所述内体积与所述管道隔离；和
[0016] 配置在所述内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声传感 器都具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。
[0017] 方面2、方面1的超声探头，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所 述内边缘距离所述颈管的侧壁至少2. 0_。
[0018] 方面3、方面1或2的超声探头，其中所述桶的外径至少为十六分之五英寸 (7. 9mm)。
[0019] 方面4、方面1至3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径 之比小于或等于0.95。
[0020] 方面5、方面1至3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径 之比大于或等于0. 3并且小于或等于0. 95。
[0021] 方面6、方面1至5任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径不大于21. 0_。
[0022] 方面7、方面1至6任一项的超声探头，其中所述桶包含：
[0023] 具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定 的外径的环管（collar);
[0024] 包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管；和
[0025] 包含上部开口、下部开口和侧壁的内管，所述内管的上部开口与所述环管的侧部 开口对齐；
[0026] 其中所述内管限定所述管道，所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁 之间，所述环管的侧部开口与所述内管的上部开口对齐，并且所述环管置于所述颈管和所 述外管之间。
[0027] 方面8、方面1至7任一项的超声探头，其中所述桶包含：
[0028] 具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定 的外径的环管，所述环管的上部开口耦联到所述颈管的下部开口；
[0029] 包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管，所述外管的上部 开口耦联到所述环管的下部开口；和
[0030] 耦联到所述外管和所述环管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所 述内管的上部开口与所述环管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开 口对齐；
[0031] 其中所述内管限定所述管道，并且所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的 侦幢之间。
[0032] 方面9、方面1至8任一项的超声探头，其中由所述颈管的肩部限定的下部开口具 有第二外径，所述第二外径大于所述颈管的第一外径。
[0033] 方面10、方面9的超声探头，其中所述第二外径基本上等于所述外管的外径和所 述环管的外径。
[0034] 方面11、方面1至6任一项的超声探头，其中所述桶包含：
[0035] 包含上部开口、下部开口、侧壁和配置在所述侧壁中的侧部开口的外管；和
[0036] 耦联到所述外管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内管的上 部开口与所述外管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对齐，其 中所述内管限定所述管道，其中所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之间。
[0037] 方面12、方面11的超声探头，其中所述颈管的肩部包含：
[0038] 耦联到所述颈管的侧壁的肩管，所述肩管耦联到所述外管，所述肩管具有大于所 述第一外径的外径。
[0039] 方面13、方面1至12任一项的超声探头，其中所述部分装配组件包含：
[0040] 耦联到部分所述颈管的第一密封装配构件，所述第一密封装配构件包含第一螺纹 区域和凸出的密封面，所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面绕所述颈管延伸，所述 第一密封装配构件的所述凸出的密封面与所述颈管的侧壁分开第一距离。
[0041] 方面14、方面13的超声探头，其进一步包含：
[0042] 第二密封装配构件，所述第二密封装配构件包含第二螺纹区域，其中所述第二螺 纹区域适于啮合所述第一螺纹区域；和
[0043] 具有通孔的垫片，所述颈管配置为通过所述通孔，所述垫片适于配置在所述第一 密封装配构件的所述凸出的密封面和所述容器的凸出的密封面之间。
[0044] 方面15、方面13或14的超声探头，其中所述第一距离为至少2. 0mm。
[0045] 方面16、方面13至15任一项的超声探头，其中所述第一密封装配构件包含四分之 三英寸（19. 1mm)的面密封配件。
[0046] 方面17、一种系统，其包含：
[0047] 用于容纳液体的容器，所述容器包含：
[0048] 具有上部和内体积的主体；和
[0049] 配置在所述主体的上部的孔中的杆，所述杆具有内径、侧壁、凸缘（lip)和凸起的 密封面；和
[0050] 用来测量所述容器的内体积中液位的超声探头，所述超声探头包含：
[0051 ] 具有外径的桶，所述外径小于所述杆的内径，所述桶具有配置在所述桶内的管道， 所述管道与所述容器主体的内体积流动连通；
[0052] 耦联到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下 部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径，其中 所述颈管的一部分配置在所述杆内；
[0053] 配置在所述桶内的内体积，所述桶的内体积与所述管道和所述容器主体的内体积 隔离；和
[0054] 配置在所述桶的内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声 传感器都具有从所述桶的内体积伸出并通过所述颈管的导线，所述多个超声传感器中的每 个超声传感器都布置和定位为将声波发射到所述管道的至少一部分内。
[0055] 方面18、方面17的系统，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所述 内边缘距离所述颈管的侧壁至少2. 0mm。
[0056] 方面19、方面17或18的系统，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比小于 或等于0. 95。
[0057] 方面20、方面17至19任一项的系统，其中所述桶进一步包含：
[0058] 具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定 的外径的环管，所述环管的上部开口耦联到所述颈管；
[0059] 包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管，所述外管的上部 开口耦联到所述环管的下部开口；和
[0060] 耦联到所述外管和所述环管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所 述内管的上部开口与所述环管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开 口对齐，其中所述内管限定所述管道，其中所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的 侦幢之间。
[0061] 方面21、方面17至20任一项的系统，其中当所述超声探头完全安装在所述容器上 时，由所述颈管的肩部限定的下部开口位于所述杆的最低部分的下方。
[0062] 方面22、方面17至21任一项的系统，其中由所述颈管的肩部限定的下部开口具有 第二外径，所述第二外径大于所述颈管的第一外径。
[0063] 方面23、方面20至22任一项的系统，其中所述第二外径基本上等于所述外管的外 径和所述环管的外径。
[0064] 方面24、方面17至19任一项的系统，其中所述桶包含：
[0065] 包含上部开口、下部开口、侧壁和配置在所述侧壁中的侧部开口的外管；和
[0066] 耦联到所述外管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内管的上 部开口与所述外管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对齐，其 中所述内管限定所述管道，其中所述桶的内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之 间。
[0067] 方面25、方面24的系统，其中所述颈管的肩部包含：
[0068] 耦联到所述颈管的侧壁的肩管，所述肩管耦联到所述外管，所述肩管具有大于所 述第一外径的外径。
[0069] 方面26、方面25的系统，其中当所述超声探头完全安装在所述容器上时，所述肩 管的下部开口位于所述杆的最低部分的下方。
[0070] 方面27、方面17至26任一项的系统，其中所述部分装配组件包含：
[0071] 耦联到部分所述颈管的第一密封装配构件，所述第一密封装配构件包含第一螺纹 区域和绕所述颈管延伸的凸出的密封面，所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面与所 述颈管的侧壁分开至少2. 0_。
[0072] 方面28、方面27的系统，其进一步包含：
[0073] 第二密封装配构件，所述第二密封装配构件包含第二螺纹区域，其中所述第二螺 纹区域啮合所述第一螺纹区域，并且所述容器的杆的凸缘接合部分所述第二密封装配构 件；和
[0074] 配置在所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面和所述容器的杆的凸出的密 封面之间的垫片，所述垫片具有通孔，所述颈管配置为通过所述通孔。
[0075] 方面29、方面17至28任一项的系统，其中配置在所述杆内的所述部分颈管与所述 杆的侧壁分开大于或等于〇. 70mm的距离。
[0076] 方面30、一种系统，其包含：
[0077] 控制器，其可操作地构造为发送和接收电子信号；和
[0078] 超声探头，其包含装配组件、从所述装配组件向下延伸的桶和位于所述桶内的多 个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个都适于接收从所述控制器发送的电子信号， 回应于从所述控制器发送的电子信号而发射声波，检测声波，并且将指示所述检测到的声 波的电子信号传送给所述控制器；
[0079] 其中所述控制器被编程为一次将电子信号发送给所述多个超声传感器中的仅一 个。
[0080] 方面31、方面30的系统，其中所述控制器被编程为将电子信号发送给所述多个超 声传感器中的第一超声传感器，并且在将电子信号发送给所述多个超声传感器中的任何其 他超声传感器之前，从所述多个超声传感器中的所述第一超声传感器接收电子信号。
[0081] 方面32、方面30或31的系统，其中所述多个超声传感器包括至少5个超声传感 器。
[0082] 方面33、方面30或31的系统，其中所述多个超声传感器包括至少12个超声传感 器。
[0083] 方面34、方面30至33任一项的系统，其中所述多个超声传感器中的每个超声传感 器通过至少一个无屏蔽导线被电耦联到所述控制器。
[0084] 方面35、方面30至34任一项的系统，其进一步包含多导体屏蔽电缆，其中所述多 个超声传感器中的所有超声传感器通过所述多导体屏蔽电缆被电耦联到所述控制器。
[0085] 方面36、操作具有多个超声传感器的探头的方法，所述方法包含：
[0086] (a)将电子信号发送给所述多个超声传感器中的一个；
[0087] (b)从步骤（a)所述的超声传感器接收电子信号；
[0088] (c)仅在已经执行步骤（b)之后，将电子信号发送给所述多个超声传感器中的另 一个；和
[0089] (d)从步骤（c)所述的超声传感器接收电子信号。
[0090] 方面37、方面36的方法，其进一步包含如下步骤：
[0091] (e)重复步骤（a)至（d)，使得步骤（a)和（b)或步骤（c)和⑷对于所述多个超 声传感器中的每个超声传感器都执行了第一次。
[0092] 方面38、方面37的方法，其进一步包含如下步骤：
[0093] (f)重复步骤（a)至（d)，使得步骤（a)和（b)或步骤（c)和⑷对于所述多个超 声传感器中的每个超声传感器都执行了第二次，其中仅在已经执行步骤（e)之后才执行步 骤（f)。
[0094] 方面39、方面36至38任一项的方法，其中使用多导体屏蔽电缆的多个内导体将电 子信号发送给所述多个超声传感器，并且其中使用所述多导体屏蔽电缆的外护罩从所述多 个超声传感器接收电子信号。
[0095] 方面40、装配含有颈管、环管、内管、外管和多个超声传感器的探头的方法，所述方 法包含：
[0096] (a)将所述内管耦联到所述环管；
[0097] (b)将所述环管耦联到所述颈管；
[0098] (c)将所述多个超声传感器耦联到所述内管的侧壁；和
[0099] ⑷仅在执行步骤（a)至（c)后，将所述外管耦联到所述环管，由此在所述内管和 所述外管之间产生内体积，所述内体积包含所述多个超声传感器。
[0100] 方面41、方面40的方法，其进一步包含：
[0101] (e)在将所述外管耦联到所述环管之前，通过一个或多个导线提供电流给所述多 个超声传感器中的一个或多个超声传感器，所述一个或多个导线从所述多个超声传感器中 的每个延伸，通过所述内体积，通过所述环管，并且通过所述颈管。
[0102] 方面42、方面40或41的方法，其中所述内管的上部开口焊接到所述环管的侧部开 口，所述环管的上部开口焊接到所述颈管的下部开口，并且所述环管的下部开口焊接到所 述外管的上部开口。
[0103] 方面43、方面40至42任一项的方法，其中将所述外管耦联到所述环管包括将所述 外管焊接到所述环管。
[0104] 方面44、方面40至43任一项的方法，其进一步包括：
[0105] (e)在将所述外管耦联到所述环管之前，将所述多个超声传感器中的所有超声传 感器通过单一的多导体屏蔽电缆连接到控制器。
[0106] 方面45、方面40至44任一项的方法，其进一步包括：
[0107] (e)在将所述外管耦联到所述环管之前，将未个别屏蔽的单独信号线连接到所述 多个超声传感器中的每个超声传感器，并且将所述多个超声传感器中的每个超声传感器连 接到公共回线。
[0108] 方面46、方面45的方法，其中每个单独信号线都是多导体屏蔽电缆的内导体。
[0109] 方面47、方面46的方法，其中所述公共回线为所述多导体屏蔽电缆的外护罩。 [0110] 方面48、装配探头的方法，所述方法包含：
[0111] (a)提供包含内管的探头桶组件；
[0112] (b)将颈管耦联到所述探头桶组件；
[0113] (c)将多个超声传感器安装到所述探头桶组件内；和
[0114] ⑷将外管耦联到所述探头桶组件，其中仅在已经执行步骤（a)至（c)后执行步骤 ⑷。
[0115] 方面49、方面48的方法，其中所述探头桶组件进一步包含焊接到所述内管的环 管。
[0116] 方面50、方面49的方法，其中将所述外管耦联到所述探头桶组件包括将所述外管 焊接到所述环管。
[0117] 方面51、方面48至50任一项的方法，其进一步包括：
[0118] (e)在将所述外管耦联到所述探头桶组件之前，通过一个或多个导线提供电流给 所述多个超声传感器中的一个或多个超声传感器，所述一个或多个导线从所述多个超声传 感器中的每个延伸。
[0119] 方面52、方面48至51任一项的方法，其中步骤（c)包含：
[0120] 将所述多个超声传感器耦联到所述内管的侧壁；和
[0121] 将所述多个超声传感器中的所有超声传感器通过多导体屏蔽电缆连接到控制器。
[0122] 方面53、方面48至51任一项的方法，其中步骤（c)包含：
[0123] 将所述多个超声传感器耦联到所述内管的侧壁；
[0124] 将未个别屏蔽的单独信号线连接到所述多个超声传感器中的每个超声传感器；和
[0125] 将所述多个超声传感器中的每个超声传感器连接到公共回线。
[0126] 方面54、方面53的方法，其中每个单独信号线都是多导体屏蔽电缆的内导体。
[0127] 方面55、方面54的方法，其中所述公共回线为所述多导体屏蔽电缆的外护罩。
[0128] 方面56、超声探头，其包含：
[0129] 配置在所述超声探头的内体积内的多个超声传感器，其中所述多个超声传感器中 的每个超声传感器连接到未个别屏蔽的单独信号线。
[0130] 方面57、方面56的超声探头，其中所述多个超声传感器中的每个超声传感器进一 步连接到公共回线。
[0131] 方面58、方面57的超声探头，其中连接到每个超声传感器的所述信号线是同轴电 缆的内导体，并且所述公共回线为所述同轴电缆的外护罩。
[0132] 方面59、方面56的超声探头，进一步包含同轴电缆，其中所述多个超声传感器中 的所有超声传感器连接到所述同轴电缆。
[0133] 附图简要说明
[0134] 本发明将在下文中结合附图来描述，其中相同的数字表示相同的元件。
[0135] 图1A是根据本发明的一个示例性实施方式的超声探头的分解透视图；
[0136] 图1B是将图1A的超声探头沿着线1B-1B截取的未分解截面图；
[0137] 图2A是根据本发明的一个示例性实施方式将图1A和1B的超声探头安装在容器 上的透视图；
[0138] 图2B是将图2A的虚线区域内显示的超声探头和容器的部分沿着线2B-2B截取的 放大的局部截面图；
[0139] 图3A是根据本发明的另一个示例性实施方式的超声探头的分解透视图；以及
[0140] 图3B是将图3A的超声探头沿着线3B-3B截取的未分解截面图。
[0141] 图4A是图3A和3B的超声探头的某些部件的分解透视图。
[0142] 图4B是图4A显示的超声探头的部件的未分解透视图。
[0143] 发明详沭
[0144] 下文的详细描述仅提供了优选的示例性实施方式，而不是旨在限制发明的范围、 适用性或构造。相反，下文对优选的示例性实施方式的详细说明将为本领域技术人员提供 使其能够实施本发明优选的示例性实施方式的描述。可以对元件的功能和排列做各种改变 而不背离本发明的精神和范围，如在附加的权利要求中所述的那样。
[0145] 在附图中，通过增加100的参考数字来表示与本发明其他实施方式的元件相似的 元件。除非本文另有声明或描述，这些元件应该被视为具有相同的功能和特征，对这些元件 的讨论可以因此不在多个实施方式中重复。
[0146] 本说明书和权利要求书中使用的术语"管道"是指一个或多个结构，通过该结构可 以将流体在两个或多个系统部件之间输送。例如，管道可以包括输送液体、蒸气和/或气体 的管线、管路、通道及其组合。
[0147] 本说明书和权利要求书中使用的术语"流动连通"是指两个或多个部件之间连通 的性质，其使得液体、蒸气和/或气体能够以受控的方式（即，无泄漏）输送于部件之间。将 两个或多个部件耦联使得它们相互流动连通，可以涉及本领域任何已知的合适方法，例如 使用焊接、法兰导管（flanged conduit)、垫片和螺栓一起使用。两个或多个部件还可以通 过可以将它们分开的该系统的其他部件耦联到一起。
[0148] 为了帮助描述本发明，本说明书和权利要求书中可能使用方向性术语来描述本发 明的部分（例如，上、下、左、右等）。这些方向性术语仅仅旨在帮助描述和请求保护本发明， 而并不旨在以任何方式限制本发明。此外，结合附图引入本说明书中的参考数字可以在一 个或多个后续附图中重复，而不在本说明书中做额外描述，以便为其他特征提供上下文。
[0149] 图1A和1B显示根据本发明的一个示例性实施方式的超声探头100。更具体地，图 1A显示超声探头100的分解透视图，而图1B显示将图1A的超声探头100沿着线1B-1B截 取的未分解截面图.
[0150] 超声探头100包含密封装配构件102a和102b、挠性接头104、电缆护套106、具有 肩部113的颈管108和桶123。如本文更详细讨论的，密封装配构件102a和102b是密封装 配组件157的部分（另见图2B)，所述密封装配组件157将超声探头100固定到容器159。 在本示例性实施方式中，密封装配组件157是面密封装配组件，其中密封装配构件102a是 具有通孔103的面密封装配压盖，而密封装配构件102b是具有四分之三英寸（19. 1_)的 六角螺器的标准尺寸的面密封配件。在本实施方式中，密封装配构件l〇2b靠在密封装配构 件102a的凸缘149上，并且能够围绕穿过通孔103的轴相对于密封装配构件102a旋转。在 可替代的实施方式中，如将对本领域普通技术人员显而易见的，密封装配构件l〇2a和102b 可以具有其他的尺寸和特征，例如更长的压盖、半英寸（12.7mm)或非标准尺寸的面密封配 件、和/或结合到密封装配构件102a的密封装配构件102b。类似地，可以对密封装配组件 157使用其他类型的配件，例如表面贴装的C密封体。
[0151] 密封装配构件102a耦联到挠性接头104和电缆护套106。颈管108包含限定上部 开口的上端110、限定下部开口的下端112和侧壁114。在本实施方式中，颈管108的肩部 113包含肩管116,所述肩管116具有限定上部开口的上端118和限定下部开口的下端120。 肩管116为圆锥形状并提供从颈管108到桶123的外管122的平滑过渡。颈管108的下端 112配置在肩管116内，而肩管116耦联到颈管108的侧壁114。在其他实施方式中，全部 颈管108,包括肩部113,可以成形为一个整体部件。颈管108的上端110配置在密封装配 构件102a的通孔103内和挠性接头104内。
[0152] 桶123包含外管122、内管132和阀帽140。外管122具有限定上部开口的上端 124、限定下部开口的下端126、侧壁128,以及配置在侧壁128中、邻近上端124的通孔130。 外管122的上端124耦联到肩管116的下端120。
[0153] 内管132包括限定上部开口的上端124、限定下部开口的下端136和侧壁138。在 该示例性实施方式中，上端134限定上部开口，其大约垂直于下端136限定的下部开口。内 管132限定管道144(见图1B)。应该理解，在本发明的其他实施方式中，该管道可以不是完 全包封的，超声探头100的情况就是这样。例如，在具有"音叉"式桶（即，具有两个间隔开 的向下延伸的部件）的探头中，管道可以包含位于所述两个间隔开的部件之间的空间。
[0154] 阀帽140包含限定开口的内缘142。在装配构造中，内管132整体配置在外管122 内，内管132的上端134与配置在侧壁128中的通孔130对齐，而内管132的下端136与外 管122的下端126对齐。内管132的上端134耦联到侧壁128。阀帽140耦联到外管122 的下端126和内管132的下端136,由此将外管122的下端126耦联到内管132的下端136。
[0155] 管道144配置在桶123内，并具有由内管132的下端136限定的下部开口（该下 部开口也可以视作由阀帽140的内缘142限定）（见图1B)。当将桶123插入容器（见图 2A和2B的容器159)时，管道144与该容器装载液体的内体积流动连通，使得该液体可以流 动通过管道144。
[0156] 外管122的侧壁128和内管132的侧壁138限定其间的内体积146(即，隔间），其 还被阀帽140限制，如图所示。该内体积146与管道144隔开（S卩，内体积146与管道144 并不流动连通），使得任何流动通过管道144的液体无法进入内体积146。
[0157] 多个超声传感器156配置在桶123的内体积146内。在本示例性实施方式中，所 述多个超声传感器156包括十二（12)个超声传感器156a至1561，其耦联到内管132的侧 壁138。在本实施方式中，所述多个超声传感器156中的每个都通过环氧树脂粘合到侧壁 138。还可以使用其他合适的耦联方式，例如双面胶或其他粘合剂。在其他实施方式中，所 述多个超声传感器156可以包括更多或更少数量的传感器。优选地，所述多个超声传感器 156包括至少5个超声传感器。所述多个超声传感器156可以用本领域普通技术人员知晓 的任何合适的超声传感器实施，例如，压电晶体。所述多个超声传感器156中的每个超声传 感器都定向发射声波通过侧壁138和管道144(以及其中存在的任何液体）并且检测回音 返回的声波。所述多个超声传感器156中的每个超声传感器都包括配线158(包括至少一 条线），所述配线158从内体积146伸出，通过颈管108,并通过电缆护套106。配线158终 止于插入控制器109的连接头107 (见图2A)。
[0158] 控制器109是可编程的数据处理装置，其传送电子信号到所述多个超声传感器 156,从多个超声传感器156接收电子信号，并且确定插入超声探头100的容器内的液位。在 本实施方式中，控制器109包括一个或多个微处理器（未显示）、电源（未显示）、用来接收 连接头107的至少一个输入/输出端口（未显示），以及提供容器内液体量的视觉指示的发 光二极管（LED)仪表111。在可替代的实施方式中，控制器109可以包括其他输入/输出端 口和/或用于指示容器内液位的其他听觉和视觉机械装置。类似地，控制器109可以用任 何类型的可编程数据处理装置实施，包括执行控制软件的个人计算机。
[0159] 对于所述多个超声传感器156中的每个超声传感器，控制器109通过配线158传 送电子信号（即，脉冲）给所述超声传感器，这导致所述超声传感器发射声波（即，压电晶 体振荡）。所述超声传感器随后接收回音声波并将该回音声波转化为电子信号，该电子信号 通过配线158传送回控制器109。如上文所讨论的，控制器109解读所接收信号的强度以及 在将电子信号发送至超声传感器和从超声传感器接收电子信号之间的时间推移，以确定在 配置该特定传感器的管道144的部位是否存在液体。因此，通过使用所述多个超声传感器 156,控制器109可以确定沿着管道144长度的液位，并因此确定在插入桶123的容器内的 液体量。所述多个超声传感器156中的每个传感器都由LED仪表111中的LED代表，以提 供容器内液体量的视觉指示（例如，每个LED只当特定传感器检测到液体时才发光）。
[0160] 可以对控制器109进行编程，以不同时向所述多个超声传感器156中的所有超声 传感器156a至1561发送信号和从其中接收信号。这一特征消除了将所述多个超声传感器 156的配线158分别屏蔽的需要，并且还允许超声传感器156a至1561更加紧密地配置在一 起。在现有技术的系统中，将超声传感器连接到控制器的配线通常是分别屏蔽以预防由电 子信号同时往返于探头中的所有超声传感器所造成的干扰（例如，串扰）。例如，在典型的 现有技术设计中，每个超声传感器的配线可以包括同轴电缆，其中内导体作为超声传感器 的信号线，而外护罩作为接地导体（ground)(例如，接地到探头的钢管），并且信号从超声 传感器返回。在现有技术的系统中，在探头内的超声传感器还必须更远地间隔开，以避免由 超声传感器同时发射声波而造成的干扰。这些特性中的每个（即，由多个屏蔽电缆增加的 体积和传感器之间的较大间距）都限制了可以配置在探头中而不增大探头和相关硬件尺 寸的超声传感器的数量。
[0161] 在一个优选的实施方式中，控制器109被编程或可操作地构造用来一次对所述多 个超声传感器156中的一个超声传感器发送信号和接收信号。例如，控制器109可以被编 程以首先发送电子信号给超声传感器156a并等待接收来自超声传感器156a的返回信号， 随后发送电子信号给超声传感器156b并等待接收来自超声传感器156b的返回信号，对所 述多个超声传感器156中的每个超声传感器以此类推。在对所述多个超声传感器156中的 每个已经进行了第一次发送电子信号和接收电子信号后（在本实施方式中，以超声传感器 156a开始并以超声传感器1561结束），控制器109重复该顺序并对超声传感器156a和所 述多个超声传感器156中的每个进行第二次发送电子信号和接收电子信号，只要超声探头 100在运行就以此类推。以这种方式，由于超声传感器156a至1561不是全部同时发射或接 收声波，并且每个超声传感器156a至1561的配线158不是同时携带电子信号，因此在每个 超声传感器156a至1561的配线158之间以及在超声传感器本身之间干扰的可能性大幅降 低或消除。
[0162] 这种操作所述多个超声传感器156的方法消除了将每个超声传感器156a至1561 的配线158分别屏蔽的需要，并且超声传感器156a至1561可以更紧密地配置在一起（即， 比图1B中显示的甚至更紧密），二者都使得更大数目的超声传感器能够配置在桶123中。 在一个示例性构造中，配线158包含具有多个未分别屏蔽的内导体的多导体屏蔽电缆，其 中单独的内导体连接到所述多个超声传感器156中的每个超声传感器以作为信号线，而所 述多导体屏蔽电缆的外护罩作为所述多个超声传感器156中的所有超声传感器的公共回 线和接地导体。例如，同轴电缆可用作该多导体屏蔽电缆，其中内导体连接到所述多个超声 传感器156以作为信号线，而该同轴电缆的外护罩作为公共回线。
[0163] 颈管108配置在密封装配构件102a和102b以及挠性接头104内。颈管108通过 在焊接区148内进行的熔焊（即，焊珠）固定到密封装配构件102a。优选地，该焊接仅占焊 接区148的一部分并且在颈管108的侧壁114邻接密封装配构件102a的情况下进行。密封 装配构件102a包括绕颈管108延伸的凸出的密封面（S卩，密封面）150。凸出的密封面150 具有内边缘151，其与所述颈管108的侧壁114分开D1的距离。为了防止在焊接区148内 进行的焊接损伤凸出的密封面150 (例如，焊接材料可以造成凸起的表面和/或焊接的热可 以令凸出的密封面150变形），距离D1优选至少为2. 0mm，并且更优选地，至少6. 0mm。密封 装配构件102b包括螺纹区域152,其啮合密封装配组件157的另一密封装配构件164 (见图 2B)的相反螺纹区域166,如本说明书下文所讨论的。当超声探头100固定到容器159时， 测试端口 154a和154b用于泄漏检测，如参考图2B更详细地讨论的。
[0164] 桶123具有外径D3( S卩，外管122的外径）。颈管108和内管132具有小于桶123 的外径D3的外径D2。相对于内管132的外径D2,更大的桶123的外径D3提供了内体积146 内增加量的空间，这是容纳增加数量的超声传感器156a至1561及其相应配线158所必需 的。优选地，内管132的外径D2与桶123的外径D3之比小于或等于0. 95。更优选地，内管 132的外径D2与桶123的外径D3之比小于或等于0. 95并且大于或等于0. 3。更优选地， 内管132的外径D2与桶123的外径D3之比小于或等于0. 8,并且桶123的外径D3不大于 0. 827英寸（21. 0mm)。更优选地，内管132的外径D2与桶123的外径D3之比小于或等于 0. 8并且大于或等于0. 4。更优选地，内管132的外径D2约为十六分之五英寸（7. 9mm)，并 且桶123的外径D3约为八分之五英寸（15. 9mm)。优选地，在所述多个超声传感器156包括 四个超声传感器的情况下，在外管122的侧壁128和内管132的侧壁138之间存在的最小 距离为至少0. 10英寸（2. 5_)，而在所述多个超声传感器156包括所述十二（12)个超声传 感器156a至1561的情况下，最小距离为至少0. 15英寸（3. 8mm)。
[0165] 图2A显示根据本发明的一个示例性实施方式将超声探头100安装在容器159上 的透视图。超声探头100包括控制器109和LED仪表111，如前面所讨论的。容器159包含 主体160、上部162,以及耦联到上部162的密封装配构件164。如将对本领域普通技术人员 显而易见的，容器159可以包括出于清楚和说明目的而未显示在图2A和2B中的其他部件 (例如，用于回填容器159的额外的阀和硬件）。主体160和上部162限定可以包含流体的 内体积。在本实施方式中，上部162是耦联到主体160的盖。在其他实施方式中，上部162 可以是主体160的组成部分。密封装配构件164,如同密封装配构件102a和102b，是密封 装配组件157的一部分，其将超声探头100固定到容器159。在本示例性实施方式中，容器 159的部件由一种或多种金属构成。
[0166] 图2B是将图2A的虚线框内的超声探头100和容器159的部分沿着线2B-2B截取 的横截面图。如图所示，杆168配置在容器159的主体160的上部162的孔中。在本实施 方式中，杆168是结合（例如，焊接）于主体160的上部162的面密封装配压盖。杆168包 含凸起的密封面170、凸缘172和侧壁174。杆168的侧壁174具有大于桶123的外径D3 的内径D4,使得桶123可以插入杆168内。密封装配构件164绕杆168配置并包含啮合密 封装配构件102b的螺纹区域152的螺纹区域166 (即，螺纹区域152和166具有互补的螺 纹，例如分别为阴螺纹和阳螺纹）。具有通孔的金属垫片176配置在密封装配构件102a的 凸起的密封面150和杆168的凸起的密封面170之间。
[0167] 在完全安装的构造中，桶123插入通过金属垫片176和杆168,使得该桶配置在容 器159内，并且颈管配置在杆168和金属垫片176内。密封装配构件102b的螺纹区域152 随后拧在密封装配构件164的螺纹区域166上，使得密封装配构件102b接合（S卩，挤靠）密 封装配构件102a的凸缘149,密封装配构件164接合杆168的凸缘172,并且金属垫片176 被压缩在密封装配构件102a的凸起的密封面150和杆168的凸起的密封面170之间。以 这种方式，凸起的密封面170、凸起的密封面150以及金属垫片176形成金属-对-金属密 封，这防止流体（即，液体、蒸气和/或气体）漏出或进入容器159。
[0168] 在完全安装的构造中，在本示例性实施方式中，距离S1存在于颈管108的侧壁114 和杆168的侧壁174之间；距离S2存在于容器159的上部162 (即，盖）和肩管116的上端 118之间，并且肩管116的上端118位于杆168的最低部分的下方；以及距离S3存在于容器 159的上部162和桶123的外管122的上端124之间。优选地，距离S2大于或等于0. 10英 寸（2. 5mm)而距离S1大于或等于0. 70mm。通常，距离S1、S2和S3优选足够大以允许流体 在颈管108的侧壁114和杆168的侧壁174之间流动，而且在重力作用下流下来并返回到 容器159。换句话说，距离SI、S2和S3优选足够大以避免流体停留在颈管108的侧壁114 和杆168的侧壁174之间的毛细作用。避免这样的毛细作用有助于最大化可以从容器159 抽出使用的化学试剂的可用量，并且还保证在清洁完全安装的构造中的容器159和超声探 头100的过程中，不留下残余化学物质以潜在地污染后来添加到容器159的新鲜的化学试 剂。
[0169] 超声探头100满足本领域对具有增加数量的超声传感器的超声探头的需要，所述 超声传感器可以与具有标准化尺寸的现有容器配件一起使用。桶123具有提供了内体积 146内增加量的空间的外径D3,这是容纳增加数量的超声传感器156a至1561及其相应配 线158所必需的。在现有技术的超声探头设计中，所述桶通常伸入密封装配组件。增加的 桶外径将因此需要更大的和/或非标准的密封装配组件，或改造标准的密封装配组件，例 如通过钻出通孔（例如，密封装配构件102a的通孔103)以便其能够接纳所述更大的桶直 径。然而，非标准的装配组件通常比其标准化的同类组件要昂贵很多，并且可能还需要使用 其他非标准化的部件。非标准的装配组件也不能受益于标准化装配组件用于半导体制造工 艺时广泛的测试和被证明的历史。更大的密封配件也需要在容器的盖（例如，上部162)上 有更多空间，并可以使得更难获得严密的密封。最后，本发明人发现，试图改造标准的密封 装配组件以接纳更大的桶直径会负面地影响超声探头和/或密封装配组件的结构完整性。 例如,参见图1B，如果将密封装配构件102a的通孔103钻出以接纳更大的外径D2而非颈管 108的外径D2,距离D1将减小。因此，焊接区148的尺寸也将减小，而焊接热可能损伤（即， 扭曲）凸出的密封面150并负面地影响凸出的密封面150和金属垫片176之间所制造的密 封的完整性。
[0170] 不同于现有技术的探头设计，超声探头100的桶123不延伸到密封装配构件102a 内。相反，桶123耦联到颈管108,其反过来耦联到密封装配构件102a。将杆168钻孔，使 得杆168的内径D4大于桶123的外径D3,并且桶123可以插入杆168内。颈管108具有外 径D2,其小于桶123的外径D3( S卩，D2和D3之比小于1)，这使得密封装配构件102a的通 孔103能够具有较小的孔径，而不是需要较大的密封配件（例如，1英寸的密封配件）或在 密封装配构件102a中钻出通孔103以容纳桶123增大的外径D3。颈管108的较小外径D2 还提供必要的距离D1以具有足够大的焊接区148,使得颈管108和密封装配构件102a可以 焊接到一起而焊接材料和/或焊接热不会损伤凸出的密封面150。预防这种对凸出的密封 面150的损伤，对于保持凸出的密封面150和金属垫片176之间的密封完整性是关键的，并 由此保持用于半导体生产的化学试剂的含有量（纯度）。
[0171] 图3A是根据本发明的另一个示例性实施方式的超声探头200的分解透视图。图 3B是将超声探头200沿着线3B-3B截取的未分解截面图。图4A是超声探头200的某些部 件的分解透视图，而图4B是图4A显示的超声探头200的部件的未分解透视图。
[0172] 超声探头200和超声探头100具有许多相似之处，但在颈管208和桶223的构造 上有所不同。在本实施方式中，颈管208的肩部213由侧壁214形成（而不是如超声探头 100的肩管116那样的分开的一块）并且是剩余颈管208的一部分（即，颈管208和肩部 213是同一块材料）。肩部213具有从侧壁214在211指示的部分开始、并从颈管208的外 径D2过渡到颈管208的外径D3 (其也是桶223的外径）的钟形。颈管208的下端212还 限定具有大于颈管208的外径D2的直径的下部开口。
[0173] 在本实施方式中，桶223包含环管215、外管222、内管232和阀帽240。环管215 包含限定上部开口的上端217、限定下部开口的下端219、侧壁221和配置在侧壁221中的 通孔225。
[0174] 不同于超声探头100,超声探头200的外管222不包括配置在侧壁228中的通孔， 并且外管222的上端224不耦联到肩管或颈管208的下端212。相反，内管232的上端234 与配置在环管215的侧壁221中的通孔225对齐，同时内管232的上端234耦联到环管215 的侧壁221。环管215的上端217耦联到颈管208的下端212,外管222的上端224耦联到 环管215的下端219。阀帽240耦联到外管222的下端226和内管232的下端236,由此将 外管222的下端226耦联到内管232的下端236。
[0175] 环管215使得桶223能够被构造为一个或多个组件。这一特征被认为是有利的， 因为桶223可以被部分地组装，并且多个超声传感器256可以在桶223的组装完成和将多 个超声传感器256封装在内体积246内之前被测试。另外，这一特征是有利的，因为在来自 焊接的热可能损伤多个超声传感器256和/或将多个超声传感器256固定在内体积246内 的结合物的情况下，桶223的大部分部件可以在安装多个超声传感器256之前被焊接在一 起。
[0176] 在优选的实施方式中，例如，首先通过将内管232的上端234焊接到环管215并且 将内管232的下端236焊接到阀帽240,来构造包含环管215、内管232和阀帽240的组件。 该组件随后通过将环管215的上端217焊接到颈管208的下端212来耦联到颈管208。随后 通过将多个超声传感器256经由环氧树脂或其他已知连接方式结合到侧壁238 (见图3B)， 而将多个超声传感器256安装到该组件内。耦联到所述多个超声传感器256中的每个超声 传感器的配线258 (包含至少一个导线）沿着侧壁238延伸，通过环管215,并且通过肩部 213和颈管208的剩余部分。如同超声探头100的配线158,耦联到每个超声传感器的配线 258不需要个别屏蔽，并且配线258可以与多导体屏蔽电缆一起施用，所述多导体屏蔽电缆 具有用于每个超声传感器的单独内导体，以及作为所述多个超声传感器256中的全部超声 传感器的公共回线和接地导体的外护罩。在这一点上，可以对所述多个超声传感器256进 行测试（例如，通过将它们连接到控制器并提供电流）、调节和/或当它们仍然容易取得时 更换它们。此外，所产生的热可能损坏超声传感器256和/或所述超声传感器256与侧壁 238的结合物的任何焊接已经在安装所述多个超声传感器256之前执行。
[0177] 随后可以通过将外管222耦联到所述组件来完成桶223的组装。在本实施例中， 外管222在阀帽240上和内管232上滑移，直至外管222的上端224邻接环管215的下端 219。环管215通过沿着圆周焊缝线223a(见图4B)的焊接耦联到颈管208,并且通过沿着 圆周焊缝线223b的焊接耦联到外管222,由此将多个超声传感器256封装在内体积246内， 所述内体积246限定在外管222的侧壁228和内管232的侧壁238之间。本发明人已经发 现，当沿着圆周焊缝线223a和223b从桶223的外部焊接时，内体积246内产生的任何热都 不足以大到损伤所述多个超声传感器256和/或将所述多个超声传感器256固定在内体积 246内的结合物。
[0178] 超声探头200可以连同密封装配组件157使用，以上文讨论的关于超声探头100 的方式将超声探头200安装在容器159上。然而，当超声探头200完全安装在容器159上 时，等效距离S2测定为在容器159的上部162和侧壁214在211指示的部分（g卩，肩部213 的最上部分）（而非肩管116的上端118)之间，而等效距离S3测定为在容器159的上部 162和环管215的上端217 (而非外管122的上端）之间。
[0179] 尽管上文已经通过优选的实施方式描述了本发明的原理，应清楚地理解，该描述 仅为通过举例的方式，而不是对本发明范围的限制。
【权利要求】
1. 用于与容器一起使用的超声探头，所述超声探头包含： 具有外径的桶； 配置在所述桶内的管道； 耦联到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开 口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径，任选地其 中所述颈管的第一外径不大于21. Omm ; 配置在所述桶内的内体积，所述内体积与所述管道隔离；和 配置在所述内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都 具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。
2. 权利要求1的超声探头，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所述内 边缘距离所述颈管的侧壁至少2. 0mm。
3. 权利要求1或2的超声探头，其中所述桶的外径至少为十六分之五英寸（7. 9mm)。
4. 权利要求1-3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比小 于或等于0. 95,和/或所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比大于或等于0. 3并且小于 或等于0. 95。
5. 权利要求1-4任一项的超声探头，其中所述桶包含： 具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外 径的环管； 包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管；和 包含上部开口、下部开口和侧壁的内管，所述内管的上部开口与所述环管的侧部开口 对齐； 其中所述内管限定所述管道，所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之 间，所述环管的侧部开口与所述内管的上部开口对齐，并且所述环管置于所述颈管和所述 外管之间。
6. 权利要求1-4任一项的超声探头，其中所述桶包含： 具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外 径的环管，所述环管的上部开口耦联到所述颈管的下部开口； 包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管，所述外管的上部开口 耦联到所述环管的下部开口；和 耦联到所述外管和所述环管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内 管的上部开口与所述环管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对 齐； 其中所述内管限定所述管道，并且所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁 之间。
7. 权利要求1-6任一项的超声探头，其中由所述颈管的肩部限定的下部开口具有第二 外径，所述第二外径大于所述颈管的第一外径。
8. 权利要求7的超声探头，其中所述第二外径基本上等于所述外管的外径和所述环管 的外径。
9. 权利要求1-4任一项的超声探头，其中所述桶包含： 包含上部开口、下部开口、侧壁和配置在所述侧壁中的侧部开口的外管；和 耦联到所述外管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内管的上部开 口与所述外管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对齐，其中所 述内管限定所述管道，其中所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之间。
10. 权利要求9的超声探头，其中所述颈管的肩部包含： 耦联到所述颈管的侧壁的肩管，所述肩管耦联到所述外管，所述肩管具有大于所述第 一外径的外径。
11. 权利要求1-10任一项的超声探头，其中所述部分装配组件包含： 耦联到部分所述颈管的第一密封装配构件，所述第一密封装配构件包含第一螺纹区域 和凸出的密封面，所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面绕所述颈管延伸，所述第一 密封装配构件的所述凸出的密封面与所述颈管的侧壁分开第一距离，任选地所述第一距离 为至少2. 0mm。
12. 权利要求11的超声探头，其进一步包含： 第二密封装配构件，所述第二密封装配构件包含第二螺纹区域，其中所述第二螺纹区 域适于啮合所述第一螺纹区域；和 具有通孔的垫片，所述颈管配置为通过所述通孔，所述垫片适于配置在所述第一密封 装配构件的所述凸出的密封面和所述容器的凸出的密封面之间。
13. 权利要求11或12的超声探头，其中所述第一密封装配构件包含四分之三英寸 (19. 1mm)的面密封配件。
14. 一种系统，其包含： 用于容纳液体的容器，所述容器包含： 具有上部和内体积的主体；和 配置在所述主体的上部的孔中的杆，所述杆具有内径、侧壁、凸缘和凸起的密封面；和 用来测量所述容器的内体积中液位的超声探头，所述超声探头包含： 具有外径的桶，所述外径小于所述杆的内径，所述桶具有配置在所述桶内的管道，所述 管道与所述容器主体的内体积流动连通； 耦联到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开 口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径，其中所述 颈管的一部分配置在所述杆内，任选地所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比小于或等 于 0. 95 ; 配置在所述桶内的内体积，所述桶的内体积与所述管道和所述容器主体的内体积隔 尚；和 配置在所述桶的内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声传感 器都具有从所述桶的内体积伸出并通过所述颈管的导线，所述多个超声传感器中的每个超 声传感器都布置和定位为将声波发射到所述管道的至少一部分内。
15. 权利要求14的系统，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所述内边 缘距离所述颈管的侧壁至少2. 0mm。
16. 权利要求14或15的系统，其中所述桶进一步包含： 具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外 径的环管，所述环管的上部开口耦联到所述颈管； 包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管，所述外管的上部开口 耦联到所述环管的下部开口；和 耦联到所述外管和所述环管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内 管的上部开口与所述环管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对 齐，其中所述内管限定所述管道，其中所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁 之间。
17. 权利要求14-16任一项的系统，其中当所述超声探头完全安装在所述容器上时，由 所述颈管的肩部限定的下部开口位于所述杆的最低部分的下方。
18. 权利要求14-17任一项的系统，其中由所述颈管的肩部限定的下部开口具有第二 外径，所述第二外径大于所述颈管的第一外径。
19. 权利要求16-18任一项的系统，其中所述第二外径基本上等于所述外管的外径和 所述环管的外径。
20. 权利要求14或15的系统，其中所述桶包含： 包含上部开口、下部开口、侧壁和配置在所述侧壁中的侧部开口的外管；和 耦联到所述外管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内管的上部开 口与所述外管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对齐，其中所 述内管限定所述管道，其中所述桶的内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之间。
21. 权利要求20的系统，其中所述颈管的肩部包含： 耦联到所述颈管的侧壁的肩管，所述肩管耦联到所述外管，所述肩管具有大于所述第 一外径的外径。
22. 权利要求21的系统，其中当所述超声探头完全安装在所述容器上时，所述肩管的 下部开口位于所述杆的最低部分的下方。
23. 权利要求14-22任一项的系统，其中所述部分装配组件包含： 耦联到部分所述颈管的第一密封装配构件，所述第一密封装配构件包含第一螺纹区域 和绕所述颈管延伸的凸出的密封面，所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面与所述颈 管的侧壁分开至少2. 0mm。
24. 权利要求23的系统，其进一步包含： 第二密封装配构件，所述第二密封装配构件包含第二螺纹区域，其中所述第二螺纹区 域啮合所述第一螺纹区域，并且所述容器的杆的凸缘接合部分所述第二密封装配构件；和 配置在所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面和所述容器的杆的凸出的密封面 之间的垫片，所述垫片具有通孔，所述颈管配置为通过所述通孔。
25. 权利要求14-24任一项的系统，其中配置在所述杆内的所述部分颈管与所述杆的 侧壁分开大于或等于〇. 70mm的距离。
26. -种系统，其包含： 控制器，其可操作地构造为发送和接收电子信号；和 超声探头，其包含装配组件、从所述装配组件向下延伸的桶和位于所述桶内的多个超 声传感器，所述多个超声传感器中的每个都适于接收从所述控制器发送的电子信号，回应 于从所述控制器发送的电子信号而发射声波，检测声波，并且将指示所述检测到的声波的 电子信号传送给所述控制器； 其中所述控制器被编程为一次将电子信号发送给所述多个超声传感器中的仅一个。
27. 权利要求26的系统，其中所述控制器被编程为将电子信号发送给所述多个超声传 感器中的第一超声传感器，并且在将电子信号发送给所述多个超声传感器中的任何其他超 声传感器之前，从所述多个超声传感器中的所述第一超声传感器接收电子信号。
28. 权利要求26或27的系统，其中所述多个超声传感器包括至少5个超声传感器，优 选至少12个超声传感器。
29. 权利要求26-28任一项的系统，其中所述多个超声传感器中的每个超声传感器通 过至少一个无屏蔽导线被电耦联到所述控制器。
30. 权利要求26-29任一项的系统，其进一步包含多导体屏蔽电缆，其中所述多个超声 传感器中的所有超声传感器通过所述多导体屏蔽电缆被电耦联到所述控制器。
31. 操作具有多个超声传感器的探头的方法，所述方法包含： (a) 将电子信号发送给所述多个超声传感器中的一个； (b) 从步骤（a)所述的超声传感器接收电子信号； (c) 仅在已经执行步骤（b)之后，将电子信号发送给所述多个超声传感器中的另一个； 和 (d) 从步骤（c)所述的超声传感器接收电子信号。
32. 权利要求31的方法，其进一步包含如下步骤： (e) 重复步骤（a)至（d)，使得步骤（a)和（b)或步骤（c)和⑷对于所述多个超声传 感器中的每个超声传感器都执行了第一次。
33. 权利要求32的方法，其进一步包含如下步骤： (f) 重复步骤（a)至（d)，使得步骤（a)和（b)或步骤（c)和⑷对于所述多个超声 传感器中的每个超声传感器都执行了第二次，其中仅在已经执行步骤（e)之后才执行步骤 ⑴。
34. 权利要求31-33任一项的方法，其中使用多导体屏蔽电缆的多个内导体将电子信 号发送给所述多个超声传感器，并且其中使用所述多导体屏蔽电缆的外护罩从所述多个超 声传感器接收电子信号。
35. 装配含有颈管、环管、内管、外管和多个超声传感器的探头的方法，所述方法包含： (a) 将所述内管耦联到所述环管； (b) 将所述环管耦联到所述颈管； (c) 将所述多个超声传感器耦联到所述内管的侧壁；和 (d) 仅在执行步骤（a)至（c)后，将所述外管耦联到所述环管，由此在所述内管和所述 外管之间产生内体积，所述内体积包含所述多个超声传感器。
36. 权利要求35的方法，其进一步包含： (e) 在将所述外管耦联到所述环管之前，通过一个或多个导线提供电流给所述多个超 声传感器中的一个或多个超声传感器，所述一个或多个导线从所述多个超声传感器中的每 个延伸，通过所述内体积，通过所述环管，并且通过所述颈管。
37. 权利要求35或36的方法，其中所述内管的上部开口焊接到所述环管的侧部开口， 所述环管的上部开口焊接到所述颈管的下部开口，并且所述环管的下部开口焊接到所述外 管的上部开口。
38. 权利要求35-37任一项的方法，其中将所述外管耦联到所述环管包括将所述外管 焊接到所述环管。
39. 权利要求35-38任一项的方法，其进一步包括： (e)在将所述外管耦联到所述环管之前，将所述多个超声传感器中的所有超声传感器 通过单一的多导体屏蔽电缆连接到控制器。
40. 权利要求35-38任一项的方法，其进一步包括： (e)在将所述外管耦联到所述环管之前，将未个别屏蔽的单独信号线连接到所述多个 超声传感器中的每个超声传感器，并且将所述多个超声传感器中的每个超声传感器连接到 公共回线；任选地每个单独信号线都是多导体屏蔽电缆的内导体，和/或任选地所述公共 回线为所述多导体屏蔽电缆的外护罩。
41. 装配探头的方法，所述方法包含： (a) 提供包含内管的探头桶组件； (b) 将颈管耦联到所述探头桶组件； (c) 将多个超声传感器安装到所述探头桶组件内；和 (d) 将外管耦联到所述探头桶组件，其中仅在已经执行步骤（a)至（c)后执行步骤 ⑷。
42. 权利要求41的方法，其中所述探头桶组件进一步包含焊接到所述内管的环管。
43. 权利要求41或42的方法，其中将所述外管耦联到所述探头桶组件包括将所述外管 焊接到所述环管。
44. 权利要求41-43任一项的方法，其进一步包括： (e) 在将所述外管耦联到所述探头桶组件之前，通过从所述多个超声传感器中的每个 中伸出的一个或多个导线提供电流给所述多个超声传感器中的一个或多个超声传感器。
45. 权利要求41-44任一项的方法，其中步骤（c)包含： 将所述多个超声传感器耦联到所述内管的侧壁；和 将所述多个超声传感器中的所有超声传感器通过多导体屏蔽电缆连接到控制器。
46. 权利要求41-44任一项的方法，其中步骤（c)包含： 将所述多个超声传感器耦联到所述内管的侧壁； 将未个别屏蔽的单独信号线连接到所述多个超声传感器中的每个超声传感器；和 将所述多个超声传感器中的每个超声传感器连接到公共回线； 任选地每个单独信号线都是多导体屏蔽电缆的内导体，和/或任选地所述公共回线为 所述多导体屏蔽电缆的外护罩。
47. 超声探头，其包含： 配置在所述超声探头的内体积内的多个超声传感器，其中所述多个超声传感器中的每 个超声传感器连接到未个别屏蔽的单独信号线。
48. 权利要求47的超声探头，其中所述多个超声传感器中的每个超声传感器进一步连 接到公共回线。
49. 权利要求47或48的超声探头，其中连接到每个超声传感器的所述信号线是同轴电 缆的内导体，并且所述公共回线为所述同轴电缆的外护罩。
50.权利要求47-49任一项的超声探头，进一步包含同轴电缆，其中所述多个超声传感 器中的所有超声传感器都连接到所述同轴电缆。
【文档编号】G01F23/296GK104215300SQ201410206617
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】C·M·伯特彻, T·A·斯泰德尔 申请人:气体产品与化学公司