УКАЗАНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
INDICATION OF LIQUID LEVEL

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] В настоящее время для измерения (восприятия) уровня жидкости в объеме (емкости) используют различные устройства. Некоторые из этих устройств могут быть относительно сложными и дорогими в изготовлении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0002] Фиг. 1А является схемой участка примерного жидкостного интерфейса для примерного датчика уровня (уровнемера) жидкости.
[0003] Фиг. 1В является схемой участков другого жидкостного интерфейса для примерного датчика уровня жидкости.
[0004] Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций примерного способа определения уровня жидкости с использованием датчика уровня жидкости по фиг. 1.
[0005] Фиг. 3 является схемой примерной системы измерения уровня жидкости.
[0006] Фиг. 4 является схемой примерной системы подачи жидкости, включающей в себя систему измерения уровня жидкости по фиг. 3.
[0007] Фиг. 5 является схемой другой примерной системы подачи жидкости, включающей в себя систему измерения уровня жидкости по фиг. 3.
[0008] Фиг. 6 является схемой участка другого примерного жидкостного интерфейса датчика уровня жидкости.
[0009] Фиг. 7 является примерной схемой цепи датчика уровня жидкости по фиг. 6.
[00010] Фиг. 8 является видом в сечении примерного жидкостного интерфейса по фиг. 6.
[00011] Фиг. 9А является частичным видом спереди датчика уровня жидкости по фиг. 6, показывающим примерный тепловой пик, получающийся в результате работы нагревателя в импульсном режиме.
[00012] Фиг. 9В является частичным видом спереди другого примерного датчика уровня жидкости, показывающим примерный тепловой пик, получающийся в результате работы нагревателя в импульсном режиме.
[00013] Фиг. 9С является видом в поперечном сечении примерного датчика уровня жидкости по фиг. 9В, показывающим примерный тепловой пик, получающийся в результате работы нагревателя в импульсном режиме.
[00014] Фиг. 10 является графиком, показывающим пример разных измеренных температурных откликов на импульс нагревателя с течением времени.
[00015] Фиг. 11 является схемой другого примерного датчика уровня жидкости.
[00016] Фиг. 12 является увеличенным видом участка примерного датчика уровня жидкости по фиг. 11.
[00017] Фиг. 13 является видом в перспективе другого примерного датчика уровня жидкости.
[00018] Фиг. 14 является видом спереди примерного датчика уровня жидкости по фиг. 13.
[00019] Фиг. 15 является видом в поперечном сечении примерного датчика уровня жидкости по фиг. 14.
[00020] Фиг. 16 является блок-схемой последовательности операций примерного способа формирования примерного датчика уровня жидкости по фиг. 13.
[00021] Фиг. 17 является видом спереди примерной панели, на которой были сформированы множественные датчики уровня жидкости, перед разделением.
[00022] Фиг. 18A-18E являются видами в поперечном сечении, иллюстрирующими примерный датчик уровня жидкости по фиг. 13 при его формировании.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ
[00023] Многие существующие устройства, которые используются в настоящее время для измерения уровня жидкости в емкости, могут быть относительно сложными и дорогими в изготовлении. Например, многие доступные в настоящее время устройства измерения уровня жидкости используют дорогие компоненты и дорогие материалы. Многие доступные в настоящее время устройства измерения уровня жидкости включают в себя специальные сложные способы изготовления.
[00024] Это раскрытие описывает различные примерные жидкостные интерфейсы для измерения уровня жидкости, которые являются менее дорогими в изготовлении. Как будет описано ниже, в некоторых реализациях раскрытые жидкостные интерфейсы для измерения уровня жидкости обеспечивают использование материалов, имеющих широкий диапазон температурного коэффициента сопротивления. В некоторых реализациях раскрытые жидкостные интерфейсы для измерения уровня жидкости хорошо адаптированы для измерения уровня других коррозионных жидкостей без использования, в общем, более дорогих, устойчивых к коррозии материалов.
[00025] Фиг. 1 показывает примерный интерфейс 24 измерения уровня жидкости для датчика уровня (уровнемера) жидкости. Жидкостной интерфейс 24 взаимодействует с жидкостью в емкости 40 и выдает сигналы, которые указывают на текущий уровень жидкости в емкости 40. Такие сигналы обрабатывают для определения уровня жидкости в емкости 40. Жидкостной интерфейс 24 обеспечивает детектирование уровня жидкости в емкости 40 малозатратным способом.
[00026] Как схематично показано на фиг. 1, жидкостной интерфейс 24 содержит полосу 26, последовательность (ряд) 28 нагревателей 30 и последовательность 32 датчиков 34. Полоса 26 является удлиненной полосой, которая предназначена простираться в содержащую жидкость 42 емкость 40. Полоса 26 поддерживает нагреватели 30 и датчики 34 таким образом, что подмножество нагревателей 30 и датчиков 34 погружено в жидкость 42 при наличии жидкости 42.
[00027] В одной реализации полоса 26 поддерживается (сверху или снизу) таким образом, что те участки полосы 26, которые погружены в жидкость 42, и поддерживаемые ими нагреватели 30 и датчики 34, полностью окружены со всех сторон жидкостью 42. В другой реализации полоса 42 поддерживается вдоль стороны емкости 40 таким образом, что лицевая сторона полосы 42, смежная со стороной емкости 40, не находится напротив жидкости 42. В одной реализации полоса 42 является удлиненной, прямоугольной по существу плоской полосой. В другой реализации полоса 42 является полосой, имеющую различное многоугольное поперечное сечение или круглое, или овальное поперечное сечение.
[00028] Нагреватели 30 содержат отдельные нагревающие элементы, разнесенные вдоль длины полосы 26. Каждый из нагревателей 30 находится достаточно близко к датчику 28, так что тепло, излучаемое отдельным нагревателем, может быть измерено связанным с ним датчиком 28. В одной реализации каждый нагреватель 30 может независимо приводиться в действие для излучения тепла независимо от других нагревателей 30. В одной реализации каждый нагреватель 30 содержит электрический резистор. В одной реализации каждый нагреватель 30 предназначен излучать тепловой импульс длительностью по меньшей мере 10 мкс с мощностью по меньшей мере 10 мВт.
-1
[00029] В показанном примере нагреватели 30 используются для излучения тепла и не служат в качестве датчиков температуры. В результате каждый из нагревателей 30 может быть сконструирован из самых разнообразных электрорезистивных материалов, имеющих широкий диапазон температурного коэффициента сопротивления. Резистор может характеризоваться своим температурным коэффициентом сопротивления или TCR. TCR является изменением сопротивления резистора в зависимости от температуры окружающей среды. TCR может быть выражен в млн./°С, что означает число частей на миллион, деленое на градус Цельсия. Температурный коэффициент сопротивления вычисляют следующим образом:
температурный коэффициент резистора: TCR=(R2-R1)e-6/ R1*(T2-T1),
-1
где TCR выражен в млн./°С, R1 является сопротивлением в Ом при комнатной температуре, R2 является сопротивлением при рабочей температуре в Ом, T1 является комнатной температурой в °С, а T2 является рабочей температурой в °С.
-1
[00030] Поскольку нагреватели 30 являются отдельными и отличными от датчиков 34 температуры, в процессах изготовления полупроводниковых пластин для формирования нагревателей 30 доступны выборы самых разнообразных вариантов тонкопленочных материалов. В одной реализации каждый из нагревателей 30 имеет относительно высокое рассеяние тепла (теплоотдачу) на единицу площади, высокую температурную стабильность (TCR < 1000 млн./°С) и тесную связь генерации тепла с окружающей средой и датчиком температуры. Пригодные материалы могут быть тугоплавкими металлами или их соответствующими сплавами, такими как, например, тантал и его сплавы и вольфрам и его сплавы, если назвать некоторые; однако, также могут использоваться другие устройства рассеяния тепла, подобные легированным кремнию или поликремнию.
[00031] Датчики 34 содержат отдельные воспринимающие (измерительные) элементы, разнесенные вдоль длины полосы 26. Каждый из датчиков 34 находится достаточно близко к соответствующему нагревателю 30, так что датчик 34 может детектировать или откликаться (реагировать) на перенос тепла от связанного с ним или соответствующего нагревателя 30. Каждый из датчиков 34 выдает сигнал, который указывает или отражает количество тепла, передаваемого к конкретному датчику 34, сопровождающее импульс тепла от связанного с ним нагревателя и соответствующее ему. Количество тепла, передаваемое от связанного нагревателя, будет изменяться в зависимости от среды, через которую тепло передавалось перед достижением датчика. Жидкость термически проводит тепло с большей скоростью по сравнению с воздухом. В результате различия между сигналами от датчиков 34 указывают уровень жидкости 42 в емкости 40.
[00032] В одной реализации каждый из датчиков 34 содержит диод, который имеет характеристический температурный отклик. Например, в одной реализации каждый из датчиков 34 содержит диод с p-n-переходом. В других реализациях может быть использован другой диод или другие датчики температуры.
[00033] В показанном примере нагреватели 30 и датчики 34 поддерживаются полосой 26 таким образом, чтобы они перемежались или чередовались друг с другом вдоль длины полосы 26. В целях настоящего раскрытия термин «поддерживать» или «поддерживаемый» в отношении нагревателей и/или датчиков и полосы означает, что полоса несет на себе нагреватели и/или датчики таким образом, что полоса, нагреватели и датчики образуют единый соединенный блок. Такие нагреватели и датчики могут поддерживаться на внешней стороне или в пределах и во внутренней части полосы. В целях настоящего раскрытия термин «перемежающийся» или «чередующийся» означает, что два элемента чередуются относительно друг друга. Например, перемежающиеся нагреватели и датчики могут содержать первый нагреватель, за которым следует первый датчик, за которым следует второй нагреватель, за которым следует второй датчик и т.д.
[00034] В одной реализации отдельный нагреватель 30 может излучать импульсы тепла, которые предназначены для измерения несколькими датчиками 34, ближайшими к отдельному нагревателю 30. В одной реализации каждый датчик 34 разнесен на не более чем 20 мкм от отдельного нагревателя 30. В одной реализации нагреватели 30 имеют минимальную одномерную плотность вдоль полосы 24 по меньшей мере 100 датчиков 34 на дюйм (по меньшей мере 40 датчиков 34 на сантиметр). Упомянутая одномерная плотность является числом датчиков на единицу измерения в направлении вдоль длины полосы 26, причем это протяжение полосы 26 простирается на разные глубины, определяя глубину или разрешение при измерении уровня жидкости жидкостного интерфейса 24. В других реализациях датчики 30 имеют другие одномерные плотности вдоль полосы 24. Например, в другой реализации датчики 34 имеют одномерную плотность вдоль полосы 26 по меньшей мере 10 датчиков на дюйм. В других реализациях датчики 34 могут иметь одномерную плотность вдоль полосы 26 порядка 1000 датчиков на дюйм (400 датчиков на сантиметр) или более.
[00035] В некоторых реализациях вертикальная плотность или число датчиков на вертикальный сантиметр или дюйм может изменяться вдоль вертикальной или продольной длины полосы 26. Фиг. 1B показывает примерную полосу 126 датчиков, имеющую переменную плотность датчиков 34 вдоль ее главного измерения или по длине. В показанном примере полоса 126 датчиков имеет большую плотность датчиков 34 в тех областях вдоль вертикальной высоты или глубины, где можно получить большую пользу от большей степени разрешения по глубине. В показанном примере полоса 126 датчиков имеет нижний участок 127, имеющий первую плотность датчиков 34, и верхний участок 129, имеющим вторую плотность датчиков 34, причем вторая плотность является меньшей, чем первая плотность. В такой реализации полоса 126 датчиков обеспечивает большую степень точности или разрешения, когда уровень жидкости в емкости приближается к пустому состоянию. В одной реализации нижний участок 127 имеет плотность по меньшей мере 40 датчиков 34 на сантиметр, в то время как верхний участок 129 имеет плотность менее чем 10 датчиков на сантиметр, а в одной реализации 4 датчика 34 на сантиметр. В других реализациях верхний участок или средний участок полосы 126 датчиков может альтернативно иметь большую плотность датчиков по сравнению с другими участками полосы 126 датчиков.
[00036] Каждый из нагревателей 30 и каждый из датчиков 34 является выборочно приводимым в действие под управлением контроллера. В одной реализации контроллер является частью полосы 26 или поддерживается ею. В другой реализации контроллер содержит удаленный контроллер, электрически соединенный с нагревателями 30 на полосе 26. В одной реализации интерфейс 24 содержит компонент, отдельный от контроллера, обеспечивающий замену интерфейса 24 или обеспечивающий управление несколькими интерфейсами 24 отдельным контроллером.
[00037] Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций примерного способа 100, который может быть выполнен с использованием жидкостного интерфейса, такого как жидкостной интерфейс 24, для измерения и определения уровня жидкости в емкости. Как указано этапом 102, на нагреватели 30 отправляют управляющие сигналы, предписывающие подмножеству нагревателей 30 или каждому из нагревателей 30 включиться и выключиться для излучения теплового импульса. В одной реализации управляющие сигналы отправляют на нагреватели 30 таким образом, что нагреватели 30 приводятся в действие или последовательно включаются и выключаются (включаются в импульсном режиме) для последовательного излучения импульсов тепла. В одной реализации нагреватели последовательно включают и выключают в некотором порядке, например, в порядке сверху-вниз вдоль полосы 26 или снизу-вверх вдоль полосы 26.
[00038] В другой реализации нагреватели 30 приводят в действие на основе алгоритма поиска, в котором контроллер идентифицирует, какие из нагревателей 30 должны сначала включиться в импульсном режиме, с целью уменьшения общего времени или общего числа нагревателей, которые включаются в импульсном режиме для определения уровня жидкости 42 в емкости 40. В одной реализации идентификация того, какие нагреватели 30 должны сначала включиться в импульсном режиме, основана на данных за прошедший период. Например, в одной реализации контроллер обращается к памяти для получения данных относительно последнего измеренного уровня жидкости 42 в емкости 40 и включает в импульсном режиме те нагреватели 30, которые являются наиболее близкими к последнему измеренному уровню жидкости 42, перед включением в импульсном режиме других нагревателей 30, более удаленных от последнего измеренного уровня жидкости 42.
[00039] В другой реализации контроллер предсказывает текущий уровень жидкости 42 в емкости 40 на основе полученного последнего измеренного уровня жидкости 42 и включает в импульсном режиме те нагреватели 30, которые являются ближайшими к предсказанному текущему уровню жидкости 42 в емкости 44, включая в импульсном режиме другие нагреватели 30, более удаленные от предсказанного текущего уровня жидкости 42. В одной реализации предсказанный текущий уровень жидкости 42 основан на последнем измеренном уровне жидкости 42 и интервале времени с момента последнего измерения уровня жидкости 42. В другой реализации предсказанный текущий уровень жидкости 42 основан на последнем измеренном уровне жидкости 42 и данных, указывающих на потребление или отвод жидкости 42 из емкости. Например, в случаях, когда жидкостной интерфейс 42 измеряет объем чернил в устройстве подачи чернил, предсказанный текущий уровень жидкости 42 может быть основан на последнем измеренном уровне жидкости 42 и данных, таких как число страниц, напечатанных с использованием чернил, и т.п.
[00040] В еще одной реализации нагреватели 30 могут последовательно включаться в импульсном режиме, причем нагреватели, ближайшие к центру диапазона глубин емкости 40, включают в импульсном режиме сначала, и причем другие нагреватели включают в импульсном режиме в порядке, основанном на их расстоянии от центра диапазона глубин емкости 40. В еще одной реализации подмножества нагревателей 30 включают в импульсном режиме одновременно. Например, первый нагреватель и второй нагреватель могут быть одновременно включены в импульсном режиме, если первый нагреватель и второй нагреватель достаточно разнесены друг от друга вдоль полосы 26, так что тепло, излучаемое первым нагревателем, не передается или не достигает датчика, предназначенного для измерения передачи тепла от второго нагревателя. Одновременное включение в импульсном режиме нагревателей 30 может уменьшить общее время определения уровня жидкости 42 в емкости 40.
[00041] В одной реализации каждый тепловой импульс (импульс тепла) имеет длительность по меньшей мере 10 мкс и мощность по меньшей мере 10 мВт. В одной реализации каждый тепловой импульс имеет длительность между 1 и 100 мкс и вплоть до миллисекунды. В одной реализации каждый тепловой импульс имеет мощность по меньшей мере 10 мВт и вплоть до и включая 10 Вт.
[00042] Как указано этапом 104 на фиг. 2, для каждого излучаемого импульса, соответствующий датчик 34 измеряет перенос тепла от связанного с ним нагревателя к соответствующему датчику 34. В одной реализации каждый датчик 34 приводится в действие, включается или опрашивается по прошествии заданного периода времени после импульса тепла от связанного нагревателя. Этот период времени может быть основан на начале импульса, конце импульса или некотором другом временном значении, связанным с синхронизацией импульса. В одной реализации каждый датчик 34 измеряет тепло, передаваемое от связанного с ним нагревателя 30, начиная по меньшей мере через 10 мкс после окончания теплового импульса от связанного с ним нагревателя 30. В одной реализации каждый датчик 34 измеряет тепло, передаваемое от связанного с ним нагревателя 30, начиная через 1000 мкс после окончания теплового импульса от связанного с ним нагревателя 30. В другой реализации датчик 34 начинает измерять тепло после окончания теплового импульса от связанного с ним нагревателя по прошествии периода времени, равного длительности теплового импульса, причем такое измерение происходит в течение периода времени в промежутке между двумя-тремя длительностями теплового импульса. В других реализациях временная задержка между тепловым импульсом и измерением тепла связанным датчиком 34 может иметь другие значения.
[00043] Как указано этапом 106 на фиг. 2, упомянутый контроллер или другой контроллер определяет уровень жидкости 42 в емкости 40 на основе измеренного переноса тепла от каждого излученного импульса. Например, жидкость может переносить или передавать тепло с более высокой скоростью по сравнению с воздухом. Если уровень жидкости 42 в емкости 40 является таким, что между конкретным нагревателем 30 и связанным с ним датчиком 34 находится жидкость, то перенос тепла от конкретного нагревателя 32 к связанному с ним датчику 34 будет происходить быстрее по сравнению со случаями, когда между конкретным нагревателем 30 и связанным с ним датчиком 34 находится воздух. Исходя из количества тепла, измеренного связанным датчиком 34 после излучения теплового импульса связанным с ним нагревателем 30, контроллер определяет, находится ли воздух или жидкость между конкретным нагревателем 30 и связанным с ним датчиком. Используя это определение и известное местоположение нагревателя 30 и/или датчика 34 вдоль полосы 26, и относительного расположения полосы 26 относительно дна емкости 40, контроллер определяет уровень жидкости 42 в емкости 40. Исходя из определенного уровня жидкости 42 в емкости 40 и характеристик емкости 40, контроллер дополнительно может определить фактический объем или количество жидкости, оставшейся в емкости 40.
[00044] В одной реализации контроллер определяет уровень жидкости 42 в емкости 40 путем обращения к поисковой таблице, хранимой в памяти, причем поиск по таблице связывает разные сигналы от датчиков 34 с разными уровнями жидкости в емкости 40. В еще одной реализации контроллер определяет уровень жидкости в емкости 40 с использованием сигналов от датчиков 34 в качестве входных данных для алгоритма или формулы.
[00045] В некоторых реализациях способ 100 и жидкостной интерфейс 32 могут быть использованы не только для определения самого верхнего уровня или верхней поверхности жидкости в емкости 40, но также для определения разных уровней разных жидкостей, одновременно находящихся в емкости 40. Например, благодаря разным плотностям или другим свойствам, разные жидкости могут наслаиваться друг на друга при одновременном нахождении в единой емкости 40. Каждая из таких разных жидкостей может иметь отличную характеристику теплопереноса. В таком применении способ 100 и жидкостной интерфейс 24 могут быть использованы для идентификации того, где заканчивается слой первой жидкости в емкости 40 и где начинается слой второй иной жидкости, находящейся под или поверх первой жидкости.
[00046] В одной реализации определенный уровень (или уровни) жидкости в емкости 40 и/или определенный объем или количество жидкости в емкости 40 выводятся через устройство отображения или звуковое устройство. В других реализациях определенный уровень жидкости или объем жидкости используют как основу для запуска оповещения о тревоге, предупреждения и т.п. для пользователя. В некоторых реализациях определенный уровень жидкости или объем жидкости используют для запуска автоматического переупорядочения пополнения жидкости или закрывания клапана для остановки втекания жидкости в емкость 40. Например, в принтерах, определенный уровень жидкости в емкости 40 может автоматически запустить переупорядочение сменного картриджа с чернилами или сменного устройства подачи чернил.
[00047] Фиг. 3 показывает примерную систему 220 измерения уровня жидкости. Система 220 измерения уровня жидкости содержит носитель 222, жидкостной интерфейс 24 (описанный выше), электрическое межсоединение 226, контроллер 230 и устройство 232 отображения. Носитель 222 является структурой, которая поддерживает полосу 26. В одной реализации носитель 222 является полосой, образованной из полимера, стекла или другого материала, или содержащую их. В одной реализации носитель 222 имеет внедренные электрические дорожки или проводники. Например, в одной реализации носитель 222 содержит композитный материал, состоящий из стеклоткани со связующим на основе эпоксидной смолы. В одной реализации носитель 222 содержит многослойный лист, трубку, стержень или печатную плату, выполненные из эпоксидной смолы, усиленной стекловолокном.
[00048] Вышеописанный жидкостной интерфейс 24 простирается вдоль длины носителя 222. В одной реализации жидкостной интерфейс 24 приклеен, присоединен или иным образом прикреплен к носителю 222. В некоторых реализациях, в зависимости от толщины и прочности полосы 26, носитель 222 может быть исключен.
[00049] Электрическое межсоединение 226 содержит интерфейс, посредством которого сигналы от датчиков 34 (показанных на фиг. 1) интерфейса 24 передаются на контроллер 230. В одной реализации электрическое межсоединение 226 содержит электрические контактные площадки 236. В других реализациях электрическое межсоединение 226 может принимать другие формы. Электрическое межсоединение 226, носитель 222 и полоса 24 совокупно образуют датчик 200 уровня жидкости, который может быть встроен в емкость контейнера для жидкости и установлен в качестве её части или может быть отдельным портативным измерительным устройством, которое может быть временно вставлено вручную в разные контейнеры или емкости для жидкости.
[00050] Контроллер 230 содержит блок 240 обработки и связанный с ним невременный считываемый компьютерном носитель данных или память 242. В одной реализации контроллер 230 является отдельным от датчика 200 уровня жидкости. В других реализациях контроллер 230 встроен в качестве части датчика 200. Блок 240 обработки обращается к командам, содержащимся в памяти 242. Для целей этой заявки, термин «блок обработки» означает блок обработки, который разработан в настоящее время или будет разработан в будущем, который выполняет последовательность команд, содержащихся в памяти. Выполнение последовательности команд вызывает то, что блок обработки выполняет этапы, такие как генерирование управляющих сигналов. Команды могут быть загружены в память с произвольным доступом (RAM) для выполнения блоком обработки из постоянного запоминающего устройства (ROM), запоминающего устройства большой емкости или некоторой другой постоянной памяти. В других вариантах осуществления для реализации описанных функций вместо команд программного обеспечения или в комбинации с ними могут быть использованы схемы с жесткими соединениями. Например, контроллер 230 может быть реализован в виде части одной или более специализированных интегральных схем (ASIC). Если конкретно не указано иное, то контроллер не ограничен никакой конкретной комбинацией аппаратных схем и программного обеспечения, а также никаким конкретным источником команд, выполняемых блоком обработки.
[00051] Блок 240 обработки, руководствуясь командами, содержащимися в памяти 242, выполняет способ 100, показанный и описанный выше в отношении фиг. 2. Процессор 240, руководствуясь командами, обеспеченными в памяти 242, выборочно включает в импульсном режиме нагреватели 30. Процессор 240, руководствуясь командами, обеспеченными в памяти 242, получает информационные сигналы от датчиков 34 или информационные сигналы, которые указывают на рассеяние тепла от импульсов и на перенос тепла к датчикам 34. Процессор 240, руководствуясь командами, обеспеченными в памяти 242, определяет уровень жидкости в емкости на основе сигналов от датчиков 34. Как отмечено выше, в некоторых реализациях контроллер 230 может дополнительно определить количество или объем жидкости с использованием характеристик емкости или камеры, содержащей жидкость.
[00052] Устройство 232 отображения принимает сигналы от контроллера 230 и представляет видимые данные на основе определенного уровня жидкости и/или определенного объема или количества жидкости в емкости. В одной реализации устройство 232 отображения представляет пиктограмму или другой графический знак, показывающий процент емкости, на который она заполнена жидкостью. В другой реализации устройство 232 отображения представляет буквенно-цифровое указание уровня жидкости или процент емкости, на который она заполнена жидкостью или на который она не заполнена жидкостью. В еще одной реализации устройство 232 отображения представляет оповещение о тревоге или «приемлемое» состояние на основе определенного уровня жидкости в емкости. В других реализациях устройство 232 отображения может быть исключено, причем определенный уровень жидкости в емкости используют для автоматического запуска события, такого как переупорядочение пополняемой жидкости, приведение в действие клапана для добавления жидкости в емкость или приведение в действие клапана для завершения текущего добавления жидкости в емкость.
[00053] Фиг. 4 является видом в поперечном сечении, показывающим систему 220 измерения уровня жидкости, встроенную в качестве части системы 310 подачи жидкости. Система 310 подачи жидкости содержит контейнер 312 для жидкости, камеру 314 и порты 316 для жидкости или текучей среды. Контейнер 312 ограничивает камеру 314. Камера 314 образует примерную емкость 40, в которой содержится жидкость 42. Как показано на фиг. 4, носитель 222 и жидкостный интерфейс 24 выступают в камеру 314 с нижней стороны камеры 314, обеспечивая определения уровня жидкости, когда камера 314 приближается к состоянию, в котором она является совершенно пустой. В других реализациях носитель 222 в жидкостном интерфейсе может быть альтернативно подвешен с верха камеры 314.
[00054] Порты 316 для жидкости содержат каналы для жидкости, по которым жидкость доставляется из пределов камеры 314 и которые направлены к внешнему получателю. В одной реализации порты 316 для жидкости содержат клапан или другой механизм, обеспечивающий выборочный выпуск жидкости из камеры 314. В одной реализации система 310 подачи жидкости содержит внеосевое устройство подачи чернил для системы печати. В другой реализации система 310 подачи жидкости дополнительно содержит печатающую головку 320, которая гидравлически соединена с камерой 314 для приема жидкости из камеры 314 через жидкостной интерфейс 316. Например, в одной реализации система 310 подачи жидкости, включающая в себя печатающую головку 320, может образовывать картридж для печати. Для целей этого раскрытия термин «гидравлически соединен» означает, что две или более передающих текучую среду емкостей соединены непосредственно друг с другом или соединены друг с другом посредством промежуточных емкостей или пространств таким образом, что текучая среда может протекать из одной емкости в другую емкость.
[00055] В примере, показанном на фиг. 4, связь между контроллером 230, который является удаленным или отдельным от блока настройки системы подачи жидкости и 10, обеспечивается через скользящий соединитель 324, такой как соединитель универсальной последовательной шины или соединитель другого типа. Контроллер 230 и устройство 232 отображения работают, как описано выше.
[00056] Фиг. 5 является видом в поперечном сечении, показывающим систему 410 подачи жидкости, другую примерную реализацию системы 310 подачи жидкости. Система 410 подачи жидкости подобна системе 310 подачи жидкости, за исключением того, что система 410 подачи жидкости содержит порт 416 для жидкости вместо порта 316 для жидкости. Порт 416 для жидкости подобен жидкостному интерфейсу 316, за исключением того, что порт 416 для жидкости обеспечен в крышке 426 выше камеры 314 контейнера 312. Остальные компоненты системы 410, которые соответствуют компонентам системы 310, пронумерованы подобным образом.
[00057] Фиг. 6-8 показывают датчик 500 уровня жидкости, который является одним примером датчика 200 уровня жидкости. Фиг. 6 является схемой, показывающей участок жидкостного интерфейса 224. Фиг. 7 является принципиальной схемой датчика 500. Фиг. 8 является видом в поперечном сечении жидкостного интерфейса 224 по фиг. 6, взятом по линиям 8-8. Как показано на фиг. 6, жидкостной интерфейс 224 подобен вышеописанному жидкостному интерфейсу 24 в том, что жидкостной интерфейс 224 содержит полосу 26, которая поддерживает последовательность нагревателей 530 и последовательность датчиков 534 температуры. В показанном примере нагреватели 530 и датчики 534 температуры перемежаются или чередуются вдоль длины L полосы 26, причем длина L является главным измерением полосы 26, простирающейся на разные глубины при использовании датчика 500. В показанном примере каждый датчик 500 разнесен со связанным с ним или соответствующим нагревателем 530 на расстояние S разнесения, измеряемое в направлении вдоль длины L, меньшее или равное 20 мкм и номинально равное 10 мкм. В показанном примере датчики 534 и их связанные нагреватели 530 расположены парами, причем нагреватели 530 смежных пар отделены друг от друга расстоянием D, измеряемым в направлении вдоль длины L, равным по меньшей мере 25 мкм для уменьшения перекрестных тепловых искажений между последовательными нагревателями. В одной реализации последовательные нагреватели 530 отделены друг от друга расстоянием D от 25 мкм до 2500 мкм и номинально равным 100 мкм.
[00058] Как показано фиг. 7, в показанном примере каждый нагреватель 530 содержит электрический резистор 550, который может быть выборочно включен и выключен посредством выборочного приведения в действие транзистора 552. Каждый датчик 534 содержит диод 560. В одной реализации диоды 560, служащие в качестве датчиков температуры, содержат диод с p-n-переходом. Каждый диод 550 имеет характеристический отклик на изменения температуры. В частности, каждый диод 550 имеет прямое напряжение, которое изменяется в ответ на изменения температуры. Диод 550 демонстрирует почти линейную взаимосвязь между температурой и приложенным напряжением. Поскольку датчики 530 температуры содержат диоды или полупроводниковые переходы, датчик 500 имеет низкую стоимость, и они могут быть изготовлены на полосовом средстве 26 с использованием технологий изготовления полупроводников.
[00059] Фиг. 8 является видом в поперечном сечении участка одного примера датчика 500. В показанном примере полоса 26 поддерживается носителем 222 (описанным выше). В одной реализации полоса 26 содержит кремний, в то время как носитель 222 содержит полимер или пластик. В показанном примере нагреватель 530 содержит поликремниевый нагреватель, который поддерживается полосой 26, но отделен от полосы 26 электрически изолирующим слоем 562, таким как слой диоксида кремния. В показанном примере нагреватель 530 дополнительно герметизируется (инкапсулируется) внешним пассивирующим слоем 564, который препятствует контакту между нагревателем 530 и измеряемой жидкостью. Слой 564 защищает нагреватель 530 и датчики 534 от повреждения, которое иначе могло бы произойти в результате коррозионного контакта с измеряемой жидкостью или чернилами. В одной реализации внешний пассивирующий слой 564 содержит карбид кремния и/или тетраэтилортосиликат (TEOS). В других реализациях слои 562, 564 могут быть исключены или могут быть образованы из других материалов.
[00060] Как показано на фиг. 7 и 8, конструкция датчика 500 создает различные слои или барьеры, обеспечивающие дополнительные тепловые сопротивления R. Импульс тепла, излучаемого нагревателем 530, передается через такие тепловые сопротивления к связанному датчику 534. Скорость, с которой тепло от конкретного нагревателя 530 передается к связанному с ним датчику 534, изменяется в зависимости от того, граничит ли конкретный нагреватель 530 с воздухом 41 или с жидкостью 42. Сигналы от датчика 534 будут изменяться в зависимости от того, были ли они переданы по воздуху 41 или по жидкости 42. Для определения текущего уровня жидкости в емкости используются разностные сигналы.
[00061] Фиг. 9A, 9B и 9C показывают жидкостные интерфейсы 624 и 644, другие примерные реализации жидкостного интерфейса 24. На фиг. 9А нагреватели и датчики расположены в парах, обозначенных 0, 1, 2, …N. Жидкостной интерфейс 624 подобен жидкостному интерфейсу 24, за исключением того, что вместо вертикального перемежения или чередования вдоль длины полосы 26, нагреватели 30 и датчики 34 расположены в массиве пар бок-о-бок вертикально вдоль длины полосы 26.
[00062] Фиг. 9B и 9C показывают жидкостной интерфейс 644, другую примерную реализацию жидкостного интерфейса 24. Жидкостной интерфейс 644 подобен жидкостному интерфейсу 24, за исключением того, что нагреватели 30 и датчики 34 расположены в массиве пакетов, вертикально разнесенных вдоль длины полосы 26. Фиг. 9С является видом в поперечном сечении интерфейса 644, дополнительно показывающим блочное расположение пар нагревателей 30 и датчиков 34.
[00063] Фиг. 9A-9C дополнительно показывают примерное включение в импульсном режиме нагревателя 30 пары 1 нагреватель/датчик и последующее рассеяние тепла через смежные материалы. На фиг. 9A-9C температура или интенсивность тепла уменьшается или снижается, когда тепло перемещается дальше от источника тепла, нагревателя 30 пары 1 нагреватель/датчик. Рассеяние тепла показано изменяемой штриховкой на фигурах.
[00064] Фиг. 10 показывает пару синхронизированных во времени графиков примерного включения в импульсном режиме, показанного на фиг. 9A-9C. Фиг. 10 показывает взаимосвязь между включением в импульсном режиме нагревателя 30 пары 1 нагреватель/датчик и отклик с течением времени датчиков 34 пар 0, 1 и 2 нагреватель/датчик. Как показано на фиг. 10, отклик каждого из датчиков 34 каждой пары 0, 1 и 2 изменяется в зависимости от того, находится ли воздух или жидкость поверх или смежно с соответствующей парой 0, 1 и 2 нагреватель/датчик. Характеристическая переходная кривая и амплитуда имеют разный масштаб в присутствии воздуха и в присутствии жидкости. В результате сигналы от интерфейса 644, а также от других интерфейсов, таких как интерфейсы 24 и 624, указывают уровень жидкости в емкости.
[00065] В одной реализации контроллер, такой как вышеописанный контроллер 230, определяет уровень жидкости в измеряемой емкости за счет отдельного включения в импульсном режиме нагревателя 30 некоторой пары и сравнения амплитуды температуры, которая измерена датчиком той же самой пары, относительно параметров включения в импульсном режиме нагревателя, для определения того, находится ли смежно с отдельной парой нагреватель/датчик жидкость или воздух. Контроллер 230 осуществляет такое включение в импульсном режиме и измерение для каждой пары массива до тех пор, пока не будет найден или идентифицирован уровень жидкости в измеряемой емкости. Например, контроллер 230 может сначала включить в импульсном режиме нагреватель 30 из пары 0 и сравнить измеренную температуру, выданную датчиком 34 пары 0, с заданным порогом. Затем контроллер 30 может включить в импульсном режиме нагреватель 30 из пары 1 и сравнить измеренную температуру, выданную датчиком 34 пары 1, с заданным порогом. Этот процесс повторяют до тех пор, пока не будет найден или идентифицирован уровень жидкости.
[00066] В другой реализации контроллер, такой как вышеописанный контроллер 230, определяет уровень жидкости в измеряемой емкости за счет отдельного включения в импульсном режиме нагревателя 30 некоторой пары и сравнения нескольких амплитуд температуры, измеренной датчиками нескольких пар. Например, контроллер 230 может включить в импульсном режиме нагреватель 30 пары 1 и затем сравнить температуру, измеренную датчиком 34 пары 1, температуру, измеренную датчиком 34 пары 0, температуру, измеренную датчиком 34 пары 2, и т.д., причем каждую температуру получают в результате включения в импульсном режиме нагревателя 30 пары 1. В одной реализации контроллер может использовать анализ нескольких амплитуд температуры от разных датчиков, расположенных вертикально вдоль жидкостного интерфейса, получаемых в результате единственного импульса тепла, для определения того, находится ли смежно с той парой нагреватель/датчик, нагреватель которой был включен в импульсном режиме, жидкость или воздух. В такой реализации контроллер 230 осуществляет такое включение в импульсном режиме и измерение за счет отдельного включения в импульсном режиме нагревателя каждой пары массива и анализа результирующих соответствующих нескольких разных амплитуд температуры до тех пор, пока не будет найден или идентифицирован уровень жидкости в измеряемой емкости.
[00067] В другой реализации контроллер может определить уровень жидкости в измеряемой емкости на основе различий в нескольких амплитудах температуры в вертикальном направлении вдоль жидкостного интерфейса, получаемых в результате единственного теплового импульса. Например, если амплитуда температуры конкретного датчика резко изменяется относительно амплитуды температуры смежного датчика, то резкое изменение может указывать на то, что уровень жидкости находится около этих двух датчиком или между ними. В одной реализации контроллер может сравнить различия между амплитудами температуры смежных датчиков с заранее заданным порогом для определения того, находится ли уровень жидкости около известных вертикальных местоположений двух датчиков или между ними.
[00068] В других реализациях контроллер, такой как вышеописанный контроллер 230, определяет уровень жидкости в измеряемой емкости на основе профиля кривой температуры в переходном режиме на основе сигналов от единственного датчика или нескольких кривых температуры в переходном режиме на основе сигналов от нескольких датчиков. В одной реализации контроллер, такой как вышеописанный контроллер 230, определяет уровень жидкости в измеряемой емкости за счет отдельного включения в импульсном режиме нагревателя 30 некоторой пары и сравнения кривой температуры в переходном режиме, производимой датчиком той же самой пары, относительно заранее заданного порога или заранее заданной кривой для определения того, находится ли смежно с отдельной парой нагреватель/датчик жидкость или воздух. Контроллер 230 осуществляет такое включение в импульсном режиме и измерение для каждой пары массива до тех пор, пока не будет найден или идентифицирован уровень жидкости в измеряемой емкости. Например, контроллер 230 может сначала включить в импульсном режиме нагреватель 30 пары 0 и сравнить результирующую кривую температуры в переходном режиме, производимую датчиком 34 пары 0, с заданным порогом или заранее заданной кривой сравнения. Затем контроллер 30 может включить в импульсном режиме нагреватель 30 пары 1 и сравнить результирующую кривую температуры в переходном режиме, производимую датчиком 34 пары 1, с заданным порогом или заранее заданной кривой сравнения. Этот процесс повторяют до тех пор, пока не будет найден или идентифицирован уровень жидкости.
[00069] В другой реализации контроллер, такой как вышеописанный контроллер 230, определяет уровень жидкости в измеряемой емкости за счет отдельного включения в импульсном режиме нагревателя 30 некоторой пары и сравнения нескольких кривых температуры в переходном режиме, производимых датчиками нескольких пар. Например, контроллер 230 может включить в импульсном режиме нагреватель 30 пары 1 и затем сравнить результирующую кривую температуры в переходном режиме, производимую датчиком 34 пары 1, результирующую кривую температуры в переходном режиме, производимую датчиком 34 пары 0, результирующую кривую температуры в переходном режиме, производимую датчиком 34 пары 2, и т.д., причем каждую кривую температуры в переходном режиме получают в результате включения в импульсном режиме нагревателя 30 пары 1. В одной реализации контроллер может использовать анализ нескольких кривых температуры в переходном режиме от разных датчиков, расположенных вертикально вдоль жидкостного интерфейса, получаемых в результате единственного импульса тепла, для определения того, находится ли смежно с той парой нагреватель/датчик, нагреватель которой включали в импульсном режиме, жидкость или воздух. В такой реализации контроллер 230 осуществляет такое включение в импульсном режиме и измерение путем отдельного включения в импульсном режиме нагревателя каждой пары массива и анализа результирующих соответствующих нескольких разных кривых температуры в переходном режиме до тех пор, пока не будет найден или идентифицирован уровень жидкости в измеряемой емкости.
[00070] В другой реализации контроллер может определить уровень жидкости в измеряемой емкости на основе различий в нескольких кривых температуры в переходном режиме, производимых разными датчиками, расположенными вертикально вдоль жидкостного интерфейса, получаемых в результате единственного импульса тепла. Например, если кривая температуры в переходном режиме конкретного датчика резко изменяется относительно кривой температуры в переходном режиме смежного датчика, то резкое изменение может указывать на то, что уровень жидкости находится около этих двух датчиков или между ними. В одной реализации контроллер может сравнить различия между кривыми температуры в переходном режиме смежных датчиков с заранее заданным порогом для определения того, находится ли уровень жидкости около известных вертикальных местоположений двух датчиков или между ними.
[00071] Фиг. 11 и 12 показывают датчик 700, примерную реализацию датчика 500. Датчик 700 содержит носитель 722, жидкостной интерфейс 224, электрический интерфейс 726, драйвер 728 и фланец 730. Носитель 722 подобен вышеописанному носителю 222. В показанном примере носитель 722 содержит формованный полимер. В других реализациях носитель 722 может содержать стекло или другие материалы.
[00072] Жидкостной интерфейс 224 описан выше. Жидкостной интерфейс 224 соединяется, склеивается или иным образом связывается с лицевой стороной носителя 722 вдоль длины носителя 722. Носитель 722 может быть образован из стекла, полимеров, FR4 или других материалов, или может содержать их.
[00073] Электрическое межсоединение 226 содержит печатную плату, имеющую электрическую контактную площадку 236 и обеспечивающую электрическое соединение с контроллером 230 (описан выше в отношении фиг. 3-5). В показанном примере электрическое межсоединение 226 соединено или иным образом связано с носителем 722. Электрическое межсоединение 226 электрически соединено с драйвером 728, а также с нагревателями 530 и датчиками 534 жидкостного интерфейса 224. Драйвер 728 содержит специализированную интегральную схему (ASIC), которая возбуждает нагреватели 530 и датчики 534 в ответ на сигналы, принимаемые через электрическое межсоединение 726. В других реализациях возбуждение нагревателей 530 и измерение датчиками 534 могут альтернативно управляться полностью интегральной схемой возбуждения вместо ASIC.
[00074] Фланец 730 простирается вокруг носителя 722. Фланец 730 служит в качестве интеграционного интерфейса подачи между носителем 722 и контейнером для жидкости, в котором для детектирования уровня жидкости в емкости используется датчик 700. В некоторых реализациях фланец 730 обеспечивает жидкостное уплотнение, разделяющее жидкость, содержащуюся в емкости, которую измеряют, и обеспеченное межсоединение 726. Как показано на фиг. 11, в некоторых реализациях драйвер 728, а также электрические соединения между драйвером 728, жидкостным интерфейсом 224 и электрическим межсоединением 722 дополнительно покрыты защитным электроизолирующим связующим веществом для проводных соединений или герметиком 735, таким как слой эпоксидного формовочного компаунда.
[00075] Фиг. 13-15 показывают датчик 800, другую реализацию датчика 500. Датчик 800 подобен датчику 700, за исключением того, что датчик 800 содержит носитель 822 вместо носителя 722 и не включает в себя электрическое межсоединение 726. Носитель 822 содержит печатную плату или другую структуру, имеющую внедренные электрические дорожки и контактные площадки для обеспечения электрического соединения между различными электронными компонентами, установленными на носителе 722. В одной реализации носитель 822 содержит композитный материал, состоящий из стеклоткани со связующим на основе эпоксидной смолы. В одной реализации носитель 222 содержит многослойный лист, трубку, стержень или печатную плату, выполненные из эпоксидной смолы, усиленной стекловолокном, такую как печатная плата на основе FR4.
[00076] Как показано на фиг. 14 и 15, жидкостной интерфейс 224 легко присоединяется к носителю 822 посредством адгезива 831 для крепления кристаллов. Жидкостной интерфейс 224 дополнительно имеет проводные соединения с выводами драйвера 728, и электрические контактные площадки 836 обеспечены в качестве части носителя 822. Герметик 735 перекрывает или покрывает проводные соединения между жидкостным интерфейсом 224, драйвером 728 и электрическими контактными площадками 836. Как показано на фиг. 13, фланец 730 расположен около герметика 735 между нижним концом жидкостного интерфейса 224 и электрическими контактными площадками 836.
[00077] Фиг. 16, 17 и 18A-18E показывают один примерный способ формирования датчика 800. Фиг. 16 показывает способ 900 формирования датчика 800. Как указано этапом 902, к носителю 822 прикрепляют жидкостной интерфейс 224. Как указано этапом 904, также к носителю 822 прикрепляют драйвер 728. Фиг. 18А показывает носитель 822 перед скреплением жидкостного интерфейса 224 и драйвера 728. Фиг. 18В показывает датчик 800 после скрепления жидкостного интерфейса 224 и драйвера 728 (показанного на фиг. 14) слоем 831 адгезива. В одной реализации слой 831 адгезива отпечатывают на носителе 822 для точного размещения адгезива 831. В одной реализации скрепление жидкостного интерфейса 224 и драйвера 728 дополнительно включает в себя отверждение адгезива.
[00078] Как указано этапом 906 по фиг. 16, жидкостной интерфейс 224 соединяют проводными соединениями с контактными площадками 836 носителя 822, служащими в качестве электрического межсоединения. Как указано этапом 908 на фиг. 16, проводные соединения 841, показанные на фиг. 18С, затем герметизируют внутри герметика 735. В одной реализации герметик отверждают. Как показано на фиг. 17, в одной реализации несколько датчиков 800 могут быть образованы в качестве части единственной панели 841. Например, единственная FR4-панель, имеющая электрически проводящие дорожки и контактные площадки для нескольких датчиков 800, может быть использована в качестве подложки, на которой могут быть образованы жидкостные интерфейсы 224, драйверы 728 и герметик. Как указано этапом 910 фиг. 16, в такой реализации отдельные датчики 800 отделяют от панели. Как показано фиг. 18Е, в применениях, где датчик 800 предназначен для встраивания в качестве части устройства подачи жидкости или текучей среды, фланец 730 дополнительно прикрепляют к носителю 822 между проводными соединениями 841 и нижним концом 847 жидкостного интерфейса 224. В одной реализации фланец 730 адгезионно соединяют с носителем 822 с помощью адгезива, который затем отверждают.
[00079] Хотя настоящее раскрытие было описано со ссылкой на примерные реализации, специалисты в данной области техники поймут, что могут осуществляться изменения в форме и деталях, не выходя за рамки сущности и объема заявленного объекта изобретения. Например, хотя может быть описано, что разные примерные реализации включают в себя один или более признаков, обеспечивающих одно или более преимуществ, предполагается, что описанные признаки могут быть взаимозаменяемыми друг с другом или, альтернативно, могут быть объединены друг с другом в описанных примерных реализациях или в других альтернативных реализациях. Поскольку технология настоящего раскрытия является относительно сложной, не все изменения в этой технологии можно предвидеть. Настоящее раскрытие, описанное со ссылкой на примерные реализации и изложенное в нижеследующей формуле изобретения, очевидно предполагается являющимся как можно более широким. Например, если конкретно не отмечено иное, пункты формулы изобретения, излагающие единственный конкретный элемент, также охватывают множество таких конкретных элементов. Термины «первый», «второй», «третий» и т.д. в формуле изобретения предназначены лишь для различения разных элементов и, если не указано иное, не должны конкретно ассоциироваться с особенным порядком или особенной нумерацией элементов в раскрытии.