CN102705213A - 使用电机校正压力变化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于补偿可以在泵送装置的各种封闭空间中发生的压力增加的系统和方法。本发明的实施例可以通过移动泵送装置的泵送机构以调节室的体积来补偿泵送装置的室中的压力增加，从而补偿室中的压力增加。更具体而言，在一个实施例中，为了解决分配室中流体的不希望的压力增加，分配电机可以被反转以退回活塞以补偿分配室中的任何压力增加。

Description

使用电机校正压力变化的系统和方法

本分案申请是基于申请号为200680045074.0（其国际申请号为PCT/US2006/045176）、申请日为2006年11月20日、发明名称为“使用电机校正压力变化的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求申请日为2005年12月2日，发明名称为“使用电机校正压力变化的系统和方法”，发明人为George Gonnella，JamesCedrone，Raymond Zagars和Robert McLoughlin，序列号为60/741,681的美国临时专利申请的优先权，上述专利的全部内容全面被清楚地引用于此作为参考。本申请是申请日为2005年2月4日，发明名称为“精确泵送装置的泵控制器”，发明人为Raymond A.Zagars等人，序列号为11/051,576的美国专利申请的部分继续申请，上述申请是申请日为1999年11月23日，发明人为Zagars等人，发明名称为“精确泵送装置的泵控制器”的美国专利申请No.09/447,604的分案申请，上述申请又根据35U.S.C.§119要求申请日为1998年11月23日的临时专利申请No.60/109,568的优先权，上述申请全面被清楚地引用于此作为参考。

技术领域

本发明通常涉及流体泵。尤其是，本发明的实施例涉及多级泵。更特别地，本发明的实施例涉及用在半导体制造中的泵中的部件致动所导致的压力变化的校正。

背景技术

对于许多应用来说对泵送装置分配流体的量和/或速度的精确控制是必需的。例如在半导体加工中，重要的是控制将光化学制品例如光致抗蚀化学制品施加到半导体晶片的量和速度。在加工期间施加到半导体晶片的涂层典型地需要横过晶片的表面以埃度量的平整度。必须控制将加工化学制品施加到晶片的速度以便保证均匀地施加加工液体。

如今半导体工业中使用的许多光化学制品非常昂贵，经常成本高达＄1000每公升。所以，优选的是保证使用最少但是足够量的化学制品并且化学制品不被泵送装置破坏。目前的多级泵可以导致液体中的陡压力尖峰。例如，负压尖峰可以导致化学制品中产生气体和气泡形成，这可以导致晶片涂层的缺陷。类似地，正压尖峰可以导致过早聚合物交联，这也可以导致涂层缺陷。

可以看出，这样的压力尖峰和随后的压力下降可以破坏流体（即，可以不利地改变流体的物理特性）。另外，压力尖峰可以导致累积流体压力，这可以导致分配泵多于预期的流体或以具有不良动力学的方式分配流体。

更具体而言，当阀关闭以在泵送装置内产生圈闭空间时，该阀的关闭可以导致该封闭空间内的压力增加。当发生在包含等待分配的流体的分配室中时该压力增加是特别有害的。因此，希望有一种方式补偿由于阀在泵送装置内的移动导致的压力增加。

发明内容

补偿可以发生在泵送装置的各种封闭空间中的压力增加（或减小）的系统和方法。本发明的实施例可以通过移动泵送装置的泵送机构以调节腔室的体积来补偿泵送装置的腔室中的压力增加（或减小），从而补偿腔室中的压力增加（或减小）。更具体而言，在一个实施例中，为了解决分配室中流体的不希望的压力增加，分配电机可以被反转以收回活塞以补偿分配室中的任何压力增加。

本发明的实施例提供了校正压力波动的系统和方法，其基本消除或减小了先前开发的泵送系统和方法的缺陷。尤其是，本发明的实施例提供了校正在多级泵或与多级泵结合使用的设备内部的各种机构或部件的致动所导致的分配室中的压力波动的系统和方法。

本发明的一个实施例可以在分配阶段的开始之前校正通过关闭净化阀所导致的分配室中的压力变化。该校正通过反转分配电机使得分配室的体积增加大体净化阀的滞留体积来实现。

本发明的另一实施例通过在分配阶段之前反转分配电机附加距离并且向前移动分配电机等于该附加距离的量来保证分配电机的最后运动沿向前方向。

本发明的实施例可以提供在分配阶段之前允许在分配室中获得用于分配的理想基线压力的技术优点。

本发明的其他实施例可以提供补偿与多级泵结合使用的设备中的差异例如系统之间的压头差的能力。

本发明的某些实施例通过解决可以在分配电机的驱动组件中发生的任何齿隙游移（backlash）使得齿隙游移对分配的影响可忽略提供了优点。

当结合以下描述和附图考虑时将会更好地领会和理解本发明的这些和其他方面。尽管指出了本发明的各种实施例及其许多特定细节，以下描述作为举例说明而不是限制被给出。可以在本发明的范围内进行许多替换、修改、增加或重布置，并且本发明包括所有这样的替换、修改、增加或重布置。

附图说明

结合附图可以通过参考以下描述获得对本发明及其优点的更全面理解，其中相似的参考数字指示相似的特征，并且其中：

图1是泵送系统的一个实施例的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的多级泵（“多级泵”）的示意图；

图3A，3B，4A，4C和4D是多级泵的各种实施例的示意图；

图4B是分配块体的一个实施例的示意图；

图5是本发明的一个实施例的阀和电机定时（timing）的示意图；

图6是与泵一起使用的致动序列的一个实施例的示例压力分布图；

图7是与泵一起使用的致动序列的一个实施例的一部分的示例压力分布图；

图8A和8B是泵的操作的各个阶段的阀和电机定时的一个实施例的示意图；

图9A和9B是泵的操作的各个阶段的阀和电机定时的一个实施例的示意图；

图10A和10B是与泵一起使用的致动序列的一个实施例的一部分的示例压力分布图；和

图11是泵送系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

在图中示出了本发明的优选实施例，相似的数字用于指示各个图的相似和相应的部分。

本发明的实施例涉及使用泵精确地分配流体的泵送系统，所述泵可以是单级泵或多级（“多级”）泵。尤其是，本发明的实施例可以补偿可以在泵送装置的各种封闭空间中发生的压力增加（或减小）。本发明的实施例可以通过移动泵送装置的泵送机构以调节腔室的体积而补偿泵送装置的腔室中的压力变化，从而补偿压力变化。更具体而言，在一个实施例中，为了解决分配室中流体的不希望压力增加，分配电机可以被反转以退回活塞以补偿分配室中的任何压力增加。这样的泵送系统的实施例在申请日为2005年12月5日，发明人为JamesCedrone，George Gonnella和Iraj Gashgaee，发明名称为“具有减小的形状因数的多级泵的系统和方法”，序列号为60/742,435的美国临时专利申请中被公开，上述申请全文被引用于此作为参考。

图1是泵送系统10的这样一个实施例的示意图。泵送系统10可以包括流体源15，泵控制器20和多级泵100，它们一起工作以将流体分配到晶片25上。多级泵100的操作可以由泵控制器20控制，其可以是机载多级泵100，或通过用于传递控制信号，数据或其他信息的一个或多个通信链路连接到多级泵100。另外，泵控制器20的功能可以在机载控制器和另一控制器之间被分配。泵控制器20可以包括包含用于控制多级泵100的操作的一组控制指令30的计算机可读介质27（例如RAM，ROM，闪存，光盘，磁驱动或其他计算机可读介质）。处理器35（例如CPU，ASIC，RISC，DSP或其他处理器）可以执行指令。处理器的一个例子是Texas Instruments TMS320F2812PGFA 16位DSP（Texas Instruments是位于德克萨斯放，达拉斯市的公司）。在图1的实施例中，控制器20通过通信链路40和45与多级泵100通信。通信链路40和45可以是网络（例如以太网，无线网络，全局网，DeviceNet网络或本领域中已知或开发的其他网络），总线（例如SCSI总线）或其他通信链路。控制器20可以作为机载PCB板，远程控制器或以其他合适的方式实现。泵控制器20可以包括连接到控制器的合适接口（例如网络接口，I/O接口，模拟数字转换器和其他部件）以与多级泵100通信。另外，泵控制器20可以包括本领域中已知的各种计算机部件，包括处理器，存储器，接口，显示设备，外围设备或为了简化起见未显示的其他计算机部件。泵控制器20可以控制多级泵中的各种阀和电机以导致多级泵精确地分配流体，包括低粘度流体（即小于100厘泊）或其他流体。如申请日为2005年12月2日，发明人为Cedrone等人，发明名称为“用于泵的I/O接口系统和方法”，序列号为60/741,657的美国专利申请，和申请日为________，[ENTG1810-1]，发明名称为“用于连接泵控制器的I/O系统，方法和设备”，序列号为_________的美国专利申请中所述的I/O接口连接器可以用于将泵控制器20连接到各种接口和制造工具，上述两个申请被完全引用于此作为参考。

图2是多级泵100的示意图。多级泵100包括进给级部分105和独立分配级部分110。从流体流动观点来看，过滤器120位于进给级部分105和分配级部分110之间以从过程流体过滤杂质。许多阀可以控制通过多级泵100的流体流动，例如包括入口阀125，隔离阀130，阻挡阀135，净化阀140，排放阀145和出口阀147。分配级部分110可以进一步包括确定在分配级110中的流体的压力的压力传感器112。压力传感器112确定的压力可以用于控制如下所述的各种泵的速度。示例性压力传感器包括陶瓷和聚合物压阻（pesioresistive）和电容压力传感器，包括由德国Korb的Metallux AG制造的那些传感器。根据一个实施例，接触过程流体的压力传感器112的面是全氟聚合物。泵100可以包括附加压力传感器，例如读取进给室155中的压力的压力传感器。

进给级105和分配级110可以包括泵送多级泵100中的流体的滚动隔膜泵。进给级泵150（“进给泵150”）例如包括收集流体的进给室155，在进给室155内移动并且移动流体的进给级隔膜160，移动进给级隔膜160的活塞165，导螺杆170和步进电机175。导螺杆170通过螺母，齿轮或用于将能量从电机施加到导螺杆170的其他机构联接到步进电机175。根据一个实施例，进给电机170旋转螺母，所述螺母又旋转导螺杆170，导致活塞165致动。分配级泵180（“分配泵180”）可以类似地包括分配室185，分配级隔膜190，活塞192，导螺杆195，和分配电机200。分配电机200可以通过螺纹螺母（例如Torlon或其他材料螺母）驱动导螺杆195。

根据其他实施例，进给级105和分配级110可以是各种其他泵，包括气压或液压致动泵，液压泵或其他泵。使用进给级的气压致动泵和步进电机驱动液压泵的多级泵的一个例子在美国专利申请No.11/051,576中被描述。然而，在两级使用电机提供了消除液压管道系统，控制系统和流体的优点，由此减小了空间和潜在泄漏。

进给电机175和分配电机200可以是任何合适的电机。根据一个实施例，分配电机200是永磁体同步电机（“PMSM”）。PMSM可以由在电机200，控制器机载多级泵100或独立泵控制器（例如如图1中所示）的利用磁场定向控制（“FOC”）或本领域中已知的其他类型的位置/速度控制的数字信号处理器（“DSP”）控制。PMSM 200可以进一步包括用于实时反馈分配电机200的位置的编码器（例如细线旋转位置编码器）。位置传感器的使用提供了活塞192的位置的精确和可重复控制，这导致对分配室185中的流体运动的精确和可重复控制。例如，使用根据一个实施例将8000个脉冲提供给DSP的2000线编码器，有可能精确地测量和控制0.045的旋转度。另外，PMSM可以在低速度下振动很小或没有振动地运转。进给电机175也可以是PMSM或步进电机。也应当注意进给泵可以包括内部传感器（home sensor）以指示进给泵何时处于其原始位置（home position）。

图3A是多级泵100的泵组件的一个实施例的示意图。多级泵100可以包括分配块体205，所述分配块体限定通过多级泵100的各种流体流动路径并且至少部分限定进给室155和分配室185。根据一个实施例，分配泵块体205可以是PTFE，改性PTFE或其他材料的单块体。由于这些材料不与或很少与许多过程流体相互作用，因此这些材料的使用允许流动通道和泵室直接加工到分配块体205中，使附加的硬件最少化。因此通过提供集成流体歧管，分配块体205减小了对管道系统的需要。

分配块体205可以包括各种外部入口和出口，例如包括通过其接收流体的入口210，用于在排放阶段排放流体的排放出口215，和在分配阶段通过其分配流体的分配出口220。在图3A的例子中，当净化流体返回到进给室时（如图4A和图4B中所示）分配块体205并不包括外部净化出口。然而在本发明的其他实施例中，流体可以在外部被净化。申请日为2005年12月2日，发明人为Iraj Gashgaee，发明名称为“O形圈低型面配件及其组件”的美国临时专利申请No.60/741,667描述了配件的一个实施例，其可以用于将分配块体205的外部入口和出口连接到流体管线，上述申请被完全引用于此作为参考。

分配块体205将流体传送到进给泵，分配泵和过滤器120。泵盖225可以保护进给电机175和分配电机200免于受损，而活塞罩227可以为活塞165和活塞192提供保护，并且根据本发明的一个实施例，可以由聚乙烯或其他聚合物形成。阀板230提供可以被配置成将流体流引导到多级泵100的各种部件的阀系统（例如图2的入口阀125，隔离阀130，阻挡阀135，净化阀140和排放阀145）的阀罩。根据一个实施例，入口阀125，隔离阀130，阻挡阀135，净化阀140和排放阀145均至少部分集成到阀板230中并且是取决于是否有压力或真空施加到相应隔膜而打开或关闭的隔膜阀。在其他实施例中，一些阀可以在分配块体205的外部或者布置在附加阀板中。根据一个实施例，PTFE的片层夹在阀板230和分配块体205之间以形成各种阀的隔膜。阀板230包括用于每个阀的阀控制入口以将压力或真空施加到相应隔膜。例如，入口235对应于阻挡阀135，入口240对应于净化阀140，入口245对应于隔离阀130，入口250对应于排放阀145，并且入口255对应于入口阀125（在该情况下出口阀147在外部）。通过将压力或真空选择性地施加到入口，相应的阀被打开和关闭。

阀控制气体和真空通过阀控制供给管线260被提供给阀板230，所述供给管线从阀控制歧管（在顶盖263或罩盖225之下的区域中）穿过分配块体205到达阀板230。阀控制气体供给入口265将加压气体提供给阀控制歧管并且真空入口270将真空（或低压）提供给阀控制歧管。阀控制歧管充当三通阀以通过供给管线260将加压气体或真空传送到阀板230的合适入口以致动一个或多个相应的阀。在一个实施例中，诸如全文被引用于此作为参考的申请日为_________，[ENTG1770-1]，发明人为Gashgaee等人，发明名称为“固定体积阀系统”的美国专利申请No._________中所述的阀板可以被使用，其减小了阀的滞留体积，消除了由于真空波动产生的体积变化，减小了真空要求并且减小了阀隔膜上的应力。

图3B是多级泵100的另一实施例的示意图。图3B中所示的许多特征类似于上面结合图3A中所述的那些特征。然而，图3B的实施例包括防止流体液滴进入多级泵100容纳电子设备的区域的几个特征。例如当操作者从入口210，出口215或排放口220连接或断开管子时流体液滴可以出现。“防液滴”特征被设计成防止潜在有害的化学制品的液滴进入泵，特别是电子设备室并且不一定需要泵是“防水的”（例如可潜入流体中而不会泄漏）。根据其他实施例，泵可以完全被密封。

根据一个实施例，分配块体205可以包括从接触顶盖263的分配块体205的边缘向外突出的垂直突出法兰或唇边272。根据一个实施例，在顶部边缘上，顶盖263的顶部与唇边272的顶部表面齐平。这导致靠近分配块体205和顶盖263的顶部接口的液滴倾向于到达分配块体205上，而不是通过所述接口。然而，在侧面上，顶盖263与唇边272的基部齐平或以另外方式从唇边272的外表面向内偏移。这导致液滴倾向于流下由顶盖263和唇边272产生的拐角，而不是在顶盖263和分配块体205之间流动。另外，橡胶密封件放置在顶盖263的顶部边缘和后板271之间以防止液滴在顶盖263和后板271之间泄漏。

分配块体205也可以包括倾斜部件273，所述倾斜部件包括在分配块体205中限定的倾斜表面，所述倾斜表面向下和远离泵100容纳电子设备的区域倾斜。因此，靠近分配块体205的顶部的液滴被引导远离电子设备。另外，泵盖225也可以稍稍向内偏离分配块体205的外侧边缘在泵100的侧面下方的液滴将倾向于流经泵盖225的接口和泵100的其他部分。

根据本发明的一个实施例，在金属盖与分配块体205相接的任何地方，金属盖的垂直表面可以从分配块体205的相应垂直表面稍稍向内偏移（例如1/64英寸或0.396875毫米）。另外，多级泵100可以包括密封件，倾斜部件和其他特征以防止液滴进入多级泵100容纳电子设备的部分。此外，如下面所述的图4A中所示，后板271可以包括进一步“防液滴”多级泵100的特征。

图4A是多级泵100的一个实施例的示意图，其中分配块体205被制造成透明以显示在其中限定的流体流动通道。分配块体205限定用于多级泵100的各种室和流体流动通道。根据一个实施例，进给室155和分配室185可以被直接加工到分配块体205中。另外，各种流动通道可以被加工到分配块体205中。流体流动通道275（图5C中所示）从入口210通向入口阀。流体流动通道280从入口阀通向进给室155以完成从入口210到进给泵150的路径。阀罩230中的入口阀125调节入口210和进给泵150之间的流动。流动通道285将流体从进给泵150传送到阀板230中的隔离阀130。隔离阀130的输出由另一流动通道（未显示）传送到过滤器120。流体从过滤器120流动通过将过滤器120连接到排放阀145和阻挡阀135的流动通道。排放阀145的输出被传送到排放出口215，而阻挡阀135的输出通过流动通道290被传送到分配泵180。分配泵可以在分配阶段期间通过流动通道295将流体输出到出口220，或者在净化阶段中通过流动通道300将流体输出到净化阀。在净化阶段期间，流体可以通过流动通道305返回到进给泵150。由于流体流动通道可以直接在PTFE（或其他材料）块体中形成，因此分配块体205可以充当多级泵100的各种部件之间的过程流体的管道系统，从而消除或减小了对附加管道系统的需要。在其他情况下，管道系统可以被插入分配块体205中以限定流体流动通道。图4B根据一个实施例提供了被制造成透明以显示其中的几个流动通道的分配块体205的示意图。

返回图4A，图4A也显示了包括进给级电机190，包括分配电机200的分配泵180，和阀控制歧管302的多级泵100，其中泵盖225和顶盖263被去除以显示进给泵150。根据本发明的一个实施例，进给泵150，分配泵180和阀板230的部分可以使用插入分配块体205中的相应腔中的棒（例如金属棒）联接到分配块体205。每个棒可以包括接收螺杆的一个或多个螺纹孔。作为例子，分配电机200和活塞罩227可以通过一个或多个螺杆（例如螺杆275和螺杆280）安装到分配块体205，所述螺杆穿过分配块体205中的螺纹孔以拧入棒285的相应孔中。应当理解用于将部件联接到分配块体205的该机构仅仅作为例子被提供并且任何合适的附连机构可以被使用。

根据本发明的一个实施例，后板271可以包括向内延伸凸耳（例如托架274），顶盖263和泵盖225安装到所述凸耳。由于顶盖263和泵盖225重叠托架274（例如在顶盖263的底部和后缘和泵盖225的顶部和后缘），因此防止液滴流入顶盖263的底部边缘和泵盖225的顶部边缘之间或在顶盖263和泵盖225的后部边缘的任何空间之间的电子设备区域中。

根据本发明的一个实施例，歧管302可以包括一组电磁阀以选择性地将压力/真空引导到阀板230。当取决于实现方式特定螺线管打开，由此将真空或压力引导到阀时，螺线管将产生热量。根据一个实施例，歧管302安装在PCB板（其安装到后板271并且在图4C中更好地被显示）之下远离分配块体205特别是分配室185。歧管302可以安装到托架，所述托架又安装到后板271或者可以以另外方式联接到后板271。这帮助防止来自歧管302中的螺线管的热量影响分配块体205中的流体。后板271可以由不锈钢，加工铝或可以消散来自歧管302和PCB的热量的其他材料制造。换句话说，后板271可以充当用于歧管302和PCB的散热托架。泵100可以进一步安装到后板271可以将热量传导到的表面或其他结构。因此，后板271和它所附连的结构充当用于歧管302和泵100的电子设备的散热器。

图4C是多级泵100的示意图，其显示了用于将压力或真空提供给阀板230的供给管线260。如结合图3所述，阀板230中的阀可以被配置成允许流体流到多级泵100的各种部件。阀的致动由将压力或真空引导到每个供给管线260的阀控制歧管302控制。每个供给管线260可以包括带有小孔口的配件（典型配件在318被指示）。所述孔口可以具有比配件318所附连的相应供给管线260的直径更小的直径。在一个实施例中，所述孔口直径可以为大约0.010英寸。因此，配件318的孔口可以用于在供给管线260中设置限制。每个供给管线260中的孔口帮助减轻将压力和真空施加到供给管线之间的陡压力差的影响，并且因此使压力和真空施加到阀之间的过渡平滑。换句话说，所述孔口帮助减小压力变化对下游阀的隔膜的影响。这允许阀更平滑和更缓慢地打开和关闭，这可以导致由阀的打开和关闭引起的系统内更平滑的压力过渡增加并且实际上可以增加阀自身的寿命。

图4C也示出了歧管302可以联接到其上的PCB 397。根据本发明的一个实施例，歧管302可以接收来自PCB板397的信号以导致螺线管打开/关闭以将真空/压力引导到各种供给管线260以控制多级泵100的阀。再次地，如图4C中所示，歧管302可以位于PCB 397离分配块体205的远端以减小热量对分配块体205中的流体的影响。另外，在基于PCB设计和空间限制的可行范围内，产生热量的部件可以放置在PCB远离分配块体205的侧面上，从而再次减小了热量的影响。来自歧管302和PCB 397的热量可以由后板271消散。在另一方面，图4D是泵100的一个实施例的示意图，其中歧管302直接安装到分配块体205。

现在有用的是描述多级泵100的操作。在多级泵100的操作期间，多级泵100的阀被打开或关闭以允许或限制流体流动到多级泵100的各个部分。根据一个实施例，这些阀可以是气压致动（即气体驱动）隔膜泵，其取决于是否施加压力或真空而打开或关闭。然而，在本发明的其他实施例中，可以使用任何合适的阀。

以下提供了多级泵100的操作的各个阶段的概述。然而，可以根据各种控制方案控制多级泵100以排序阀和控制压力，所述控制方案包括但不限于申请日为2006年8月11日，发明人为Michael Clarke，Robert F.McLoughlin和Marc Laverdiere，发明名称为“用于浸入式平版印刷术系统中的流体流动控制的系统和方法”的美国专利申请No.11/502,729中所述的那些控制方案。根据一个实施例，多级泵100可以包括准备阶段，分配阶段，填充阶段，过滤前阶段，过滤阶段，排放阶段，净化阶段和静态净化阶段。在进给阶段期间，入口阀125被打开并且进给级泵150移动（例如牵拉）进给级隔膜160以将流体抽吸到进给室155中。一旦足够量的流体填充进给室155，入口阀125被关闭。在过滤阶段期间，进给级泵150移动进给级隔膜160以从进给室155排出流体。隔离阀130和阻挡阀135被打开以允许流体通过过滤器120流到分配室185。根据一个实施例，隔离阀130可以首先被打开（例如在“过滤前阶段”）以允许压力在过滤器120中形成并且然后打开阻挡阀135以允许流体流入分配室185。根据一个实施例，隔离阀130和阻挡阀135都可以被打开并且移动进给泵以在过滤器的分配侧形成压力。在过滤阶段期间，可以将分配泵180置于其原始位置。如两者都被引用于此作为参考的申请日为2004年11月23日，发明人为Laverdiere等人，发明名称为“用于可变原始位置分配系统的系统和方法”的美国临时专利申请No.60/630,384和申请日为2005年11月21日，发明人为Laverdiere等人，发明名称为“用于可变原始位置分配系统的系统和方法”的PCT申请No.PCT/US2005/042127中所述，分配泵的原始位置可以是这样一个位置，该位置为分配周期提供在分配泵的最大可用体积，但是小于分配泵可以提供的最大可用体积。基于分配周期的各种参数选择原始位置以减小多级泵100的未使用滞留体积。进给泵150可以类似地被置于原始位置，该原始位置提供的体积小于其最大可用体积。

在排放阶段的开始，隔离阀130被打开，阻挡阀135被关闭并且排放阀145被打开。在另一实施例中，阻挡阀135可以在排放阶段期间保持打开并且在排放阶段结束时关闭。在这时，如果阻挡阀135打开，控制器可以感觉到压力，原因是可以由压力传感器112测量的分配室中的压力将受过滤器120中的压力影响。进给级泵150将压力施加到流体以通过打开的排放阀145从过滤器120去除气泡。进给级泵150可以被控制以导致以预定速度发生排放，允许更长的排放时间和更低的排放速度，由此允许排放废物量的精确控制。如果进给泵是气动型泵，流体流动限制可以放置在排放流体路径中，并且施加到进给泵的气压可以增加或减小以便保持“排放”设置点压力，提供其他未受控方法的一些控制。

在净化阶段开始时，隔离阀130被关闭，如果在排放阶段是打开的，阻挡阀135被关闭，排放阀145被关闭，净化阀140被打开并且入口阀125被打开。分配泵180将压力施加到分配室185中的流体以通过净化阀140排放气泡。在静态净化阶段期间，分配泵180被停止，但是净化阀140保持打开以继续排放空气。在净化或静态净化阶段期间去除的任何过多流体可以被传送到多级泵100之外（例如返回到流体源或被丢弃）或者再循环到进给级泵150。在准备阶段期间，入口阀125，隔离阀130和阻挡阀135可以被打开并且净化阀140被关闭使得进给级泵150可以达到该源（例如源瓶）的环境压力。根据其他实施例，在准备阶段所有阀可以被关闭。

在分配阶段期间，出口阀147打开并且分配泵180将压力施加到分配室185中的流体。由于出口阀147可以比分配泵180更慢地对控制起反应，出口阀147可以首先被打开并且在预定的一段时间以后分配电机200被启动。这防止分配泵180推动流体通过部分打开的出口阀147。而且，这防止阀打开所导致的流体沿分配喷嘴向上移动，继之以电机动作所导致的流体向前运动。在其他实施例中，出口阀147可以被打开并且同时由分配泵180开始分配。

可以执行分配喷嘴中的过多流体被去除的附加倒吸阶段。在倒吸阶段期间，出口阀147可以关闭并且副电机或真空可以用于将过多流体吸到出口喷嘴之外。备选地，出口阀147可以保持打开并且分配电机200可以被反转以将流体吸回到分配室中。倒吸阶段帮助防止过多流体滴到晶片上。

主要参考图5，该图提供了用于图2的多级泵100的各个操作阶段的阀和分配电机定时的示意图。尽管在阶段变化期间几个阀被显示成同时关闭，但是阀的关闭可以被定时成稍稍分隔（例如100毫秒）以减小压力尖峰。例如，在排放和净化阶段之间，隔离阀130可以在排放阀145之前不久被关闭。然而应当注意，其他阀定时可以在本发明的各种实施例中被利用。另外，几个阶段可以一起被执行（例如填充/分配阶段可以同时被执行，在该情况下入口和出口阀可以在分配/填充阶段中都是打开的）。进一步应当注意特定阶段并不一定在每个周期重复。例如，净化和静态净化阶段可以不在每个周期被执行。类似地，排放阶段可以不在每个周期被执行。

各种阀的打开和关闭可以导致多级泵100内的流体的压力尖峰。由于出口阀147在静态净化阶段期间被关闭，例如在静态净化阶段结束时关闭净化阀140可以导致分配室185中的压力增加。发生该情况的原因是每个阀当其关闭时可以移走少量体积的流体。尤其是，在许多情况下在从室185分配流体之前净化周期和/或静态净化周期用于净化来自分配室185的空气以便在从多级泵100分配流体中防止溅射或其他扰动。然而在静态净化周期结束时，净化阀140关闭以便密封分配室185以准备开始分配。当净化阀140关闭时它将额外流体体积（大约等于净化阀140的滞留体积）推入分配室185中，这又导致分配室185中流体的压力增加到用于分配流体的基线压力以上。该过大压力（高于基线）可以导致随后流体分配的问题。这些问题在低压应用中被加剧，原因是净化阀140的关闭所导致的压力增加可以占期望用于分配的基线压力的更大百分比。

更具体而言，由于关闭净化阀140产生的压力增加，在随后的分配阶段期间如果压力不减小则会发生流体“喷射”到晶片上，双倍分配或其他不想要的流体动力学。另外，当在多级泵100的操作期间该压力增加不恒定时，这些压力增加可以在连续分配阶段期间导致分配流体量或者其他分配特性的变化。这些分配上的变化又可以导致晶片废品的增加和晶片的返工。本发明的实施例解决了由于系统内的各种阀关闭产生的压力增加以实现用于开始分配阶段的想要的开始压力，通过在分配之前允许在分配室185中实现几乎任何基线压力解决了系统之间的不同压头和其他设备差异。

在一个实施例中，为了解决分配室185中流体不希望的压力增加，在静态净化阶段期间分配电机200可以被反转以退回活塞192预定距离以补偿阻挡阀135，净化阀140和/或可以导致分配室185中的压力增加的任何其他来源的关闭所导致的任何压力增加。可以如引用于此的申请日为2005年12月2日，发明人为George Gonnella和JamesCedrone，发明名称为“用于控制流体压力的系统和方法”的美国专利申请No.11/292,559和申请日为2006年2月28日，发明人为GeorgeGonnella和James Cedrone，发明名称为“用于监视泵的操作的系统和方法”的美国专利申请No.11/364,286中所述通过调节进给泵150的速度控制分配室185中的压力。

因此，本发明的实施例提供了带有温和流体操作特性的多级泵。通过在分配阶段之前补偿分配室中的压力波动，可以避免或减轻潜在的破坏性压力尖峰。本发明的实施例也可以利用其他泵控制机构和阀定时以帮助减小压力和压力变化对过程流体的有害影响。

为此，注意用于补偿可能在泵送装置的各种封闭空间中出现的压力增加或减小的系统和方法。本发明的实施例可以通过移动泵送装置的泵送机构调节室的体积以补偿泵送装置的室中的压力增加或减小，从而补偿室中的压力增加或减小。更具体而言，在一个实施例中，为了解决分配室中流体不希望的压力增加，分配电机可以被反转以退回活塞，从而补偿分配室中的任何压力增加。

可以参考图6更好地理解这些压力变化的减小，图6示出了用于操作根据本发明的一个实施例的多级泵在分配室185的示例性压力分布图。在点440，分配开始并且分配泵180将流体推出出口。分配在点445结束。在填充阶段期间在分配室185的压力保持相当恒定，原因是在该阶段中典型地不涉及分配泵180。在点450，过滤阶段开始并且进给级电机175以预定速度前进以推动来自进给室155的流体。在图6中可以看到，分配室185中的压力开始升高以在点455到达预定设定点。当分配室185中的压力到达设定点时，分配电机200以恒定速度反转以增加分配室185中的可用体积。在点455和点460之间的压力分布图的相对平直部分中，当压力下降到设定点之下时进给电机175的速度增加并且当到达设定点时减小。这将分配室185中的压力保持在大致恒定的压力。在点460，分配电机200到达其原始位置并且过滤阶段结束。在过滤结束时阻挡阀135的关闭导致在点460的陡压力尖峰。

在排放和净化阶段之后并且在静态净化阶段结束之前，净化阀140被关闭，导致在压力分布图中的点1500开始的压力尖峰。可以看出在压力分布图中的点1500和1502之间分配室185中的压力可以由于该关闭经历显著增加。由于净化阀140的关闭产生的压力增加通常不是一致的，并且取决于系统的温度和用于多级泵100的流体的粘度。

为了解决发生在点1500和1502之间的压力增加，分配电机200可以被反转以退回活塞192预定距离以补偿由阻挡阀135，净化阀140和/或任何其他来源导致的任何压力增加。在一些情况下，由于净化阀140需要一定的时间来关闭，因此理想的是在反转分配电机200之前延迟一定的时间。因此，压力分布图上的点1500和1504之间的时间反映了关闭净化阀140的信号和分配电机200的反转之间的延迟。该时间延迟足以允许净化阀140完全关闭，并且分配室185内的压力基本确定，其可以为大约50毫秒。

当净化阀140的滞留体积是已知量（例如在制造公差内）时，分配电机200可以被反转以退回活塞192a补偿距离以使分配室185的体积增加大约等于净化阀140的滞留体积。当分配室185和活塞192的尺寸是已知量时，分配电机200可以被反转特定数量的电机增量，其中通过反转分配电机200该数量的电机增量，分配室185的体积增加大约净化阀140的滞留体积。

通过分配电机200的反转退回活塞192的影响导致分配室185中的压力从点1504减小到大约在点1506的期望用于分配的基线压力。在许多情况下，该压力校正可以足以在随后的分配阶段中获得满意的分配。然而，取决于用于分配电机200的电机的类型或用于净化阀140的阀的类型，反转分配电机200以增加分配室185的体积可以在分配电机200的驱动机构中产生空隙或“齿隙游移”。该“齿隙游移”意味着在分配阶段期间当分配电机200沿正向方向被启动以将流体推出分配泵180时在分配电机200的部件例如电机螺母组件之间可能有一定量的松弛或空隙，其必须在分配电机200的驱动组件物理地启用使得活塞192移动之前被占据。由于该齿隙游移量可变，当确定向前移动活塞192多远以获得预期分配压力时可能难以解决该齿隙游移。因此，分配电机200的驱动组件中的该齿隙游移可以导致每个分配阶段期间分配的流体量的可变性。

因此，理想的是保证分配电机200的最后运动在分配阶段之前沿正向方向以将分配电机200的驱动组件中的齿隙游移量减小到大体可忽略或不存在的水平。所以，在一些实施例中，为了解决分配泵200的驱动电机组件中的不希望的齿隙游移，分配电机200可以被反转以退回活塞192预定距离以补偿由阻挡阀135，净化阀140和/或可以导致分配室185中的压力增加的任何其他来源的关闭导致的任何压力增加，并且另外分配电机可以被反转以退回活塞192额外超调距离以使分配室185增加超调体积。然后可以沿正向方向启用分配电机200以沿正向方向移动活塞192基本等于超调距离。这导致分配室185中近似的预期基线压力，同时也保证了分配之前分配电机200的最后运动沿正向方向，从而从分配电机200的驱动组件基本去除了任何齿隙游移。

仍参考图6，如上所述在压力分布图中的点1500开始的压力尖峰可以由净化阀140的关闭导致。为了解决在点1500和1502之间出现的压力增加，在延迟之后分配电机200可以被反转以退回活塞192用以补偿净化阀140（和/或任何其他来源）的关闭所导致的任何压力增加的预定距离加上额外超调距离。如上所述补偿距离可以使分配室185增加大约等于净化阀140的滞留体积的体积。超调距离也可以使分配室185的体积增加大约等于净化阀140的滞留体积，或更小或更大体积的体积，这取决于特定执行方式。

通过分配电机200的反转退回活塞192补偿距离加上超调距离的影响导致分配室185中的压力从点1504减小到1508。然后可以沿正向启用分配电机200以沿正向方向移动活塞192基本等于超调距离。在一些情况下，理想的是在沿正向方向启用分配电机200之前允许分配电机200基本完全停止；该延迟可以为大约50毫秒。通过分配电机200的正向启用产生的活塞192的正向运动的影响导致分配室185中的压力从点1510大致增加到在点1512的用于分配所需的基线压力，同时保证了在分配阶段之前分配电机200的最后运动沿正向方向，从而从分配电机200的驱动组件去除基本所有齿隙游移。在静态净化阶段结束时分配电机200的反向和正向运动在图3的时序图中被描绘。

关于图7可以更清楚地描述本发明的实施例，图7示出了在操作根据本发明的一个实施例的多级泵的某些阶段期间在分配室185的示例性压力分布图。线1520代表用于分配流体所需的基线压力，尽管它可以是任何所需压力，典型地为大约0p.s.i.（例如标准度量），或大气压。在点1522，在净化阶段期间分配室185中的压力可以刚好在基线压力1520以上。在净化阶段结束时分配电机200可以停止，导致分配室185中的压力在点1524开始下降到大约在点1526的基线压力1520。然而在静态净化阶段结束之前，泵100中的阀例如净化阀140可以被关闭，导致压力分布图的点1528和1530之间的压力尖峰。

分配电机200然后可以被反转以移动活塞192补偿距离和超调距离（如上所述），导致分配室185中的压力在压力分布图中的点1532和1534之间下降到基线压力1520以下。为了使分配室185中的压力返回到大约基线压力1520和从分配电机200的驱动组件去除齿隙游移，可以沿正向方向启用分配电机200基本等于超调距离。该运动导致分配室185中的压力返回压力分布图的点1536和1538之间的基线压力1520。因此，分配室185中的压力基本返回到用于分配所需的基线压力，齿隙游移从分配电机200的驱动组件被去除，并且在随后分配阶段期间可以实现所需分配。

尽管主要结合校正静态净化阶段期间由净化阀的关闭导致的压力增加描述了本发明的以上实施例，然而将显而易见这些相同技术可以适用于校正在多级泵100的任何操作阶段期间由在多级泵100的内部或外部的几乎任何来源导致的压力增加或减小，并且可以对校正由进出分配室185的流动路径中的阀的打开或关闭导致的分配室185中的压力变化特别有用。

另外，这些相同技术可以用于通过补偿与多级泵100结合使用的其他设备中的变化实现分配室185中所需的基线压力是显而易见的。为了更好地补偿设备中的这些差异或工艺、环境或在多级泵100的外部或内部使用的设备中的其他变化，本发明的某些方面或变量，例如分配室185中所需的基线压力，补偿距离，超调距离，延迟时间等，可以由泵100的用户配置。

此外，本发明的实施例可以利用压力换能器112类似地获得分配室185中所需的基线压力。例如，为了补偿净化阀140（和/或任何其他来源）的关闭所导致的任何压力增加，活塞192可以被退回（或向前移动）直到获得分配室185中所需的基线压力（由压力换能器112测量）。类似地，为了在分配之前将分配电机200的驱动组件中的齿隙游移量减小到基本可忽略或不存在的水平，活塞193可以被退回直到分配室185中的压力低于基线压力，并且然后沿正向方向被启用直到分配室185中的压力达到分配所需的基线压力。

不仅可以如上所述解决流体中的压力变化，而且另外，过程流体中的压力尖峰，或其他压力波动也可以通过避免关闭阀以产生圈闭空间和打开圈闭空间之间的阀而被减小。在多级泵100的完整分配周期期间（例如从分配阶段到分配阶段），多级泵100内的阀可以多次改变状态。在这些无数变化期间不希望压力尖峰和下降会出现。不仅这些压力波动可以导致敏感过程化学制品的破坏，而且另外，这些阀的打开和关闭可以导致流体分配的中断或变动。例如，由联接到分配室185的一个或多个内部阀的打开导致的滞留体积的突然压力增加可以导致分配室185内的流体压力的相应下降并且可以导致在流体中形成气泡，这又会影响随后的分配。

为了改善由多级泵100内的各种阀的打开和关闭导致的压力变化，各种阀的打开和关闭和/或电机的启用和切断可以被定时以减小这些压力尖峰。一般而言，根据本发明的实施例为了减小压力变化，如果可以被避免的话，阀将从不关闭以在流体路径中产生封闭或圈闭空间，并且作为这不可缺少的一部分，如果可以被避免的话，两个圈闭空间之间的阀将不被打开。相反地，打开任何阀应当被避免，除非有通向多级泵100的外部区域的开放的流体路径或通向大气或多级泵100的外部环境的开放的流体路径（例如出口阀147，排放阀145或入口阀125是打开的）。

表达用于打开和关闭根据本发明的实施例的多级泵100内的阀的一般准则的另一方式是在多级泵100的操作期间，只有当外部阀，例如入口阀125，排放阀145或出口阀147打开时，多级泵100中的内部阀，例如阻挡阀135或净化阀140将被打开或关闭以便消除可以由阀的打开产生的体积变化（大约等于被打开的内部阀的滞留体积）所导致的任何压力变化。这些准则可以以又一方式被认为是当打开多级泵100内的阀时，阀应当从外到内被打开（即外部阀应当在内部阀之前被打开），而当关闭多级泵100内的阀时，阀应当从内到外被关闭（即内部阀应当在外部阀之前被关闭）。

另外，在一些实施例中，在某些变化之间将利用足够的时间以保证在另一变化（例如阀打开或关闭，电机启动或停止）发生（例如被启动）之前特定阀被完全打开或关闭，电机完全启动或停止，或者系统或系统的一部分内的压力基本在0p.s.i.（例如标准度量）或其他非零水平。在许多情况下在100和300毫秒之间的延迟应当足以允许多级泵100内的阀基本完全打开或关闭，然而将在这些技术的特定应用或实现方式中使用的实际延迟可以至少部分取决于用于多级泵100的流体的粘度以及各种各样的其他因素。

参考图8A和8B可以更好地理解上述准则，所述图提供了用于多级泵100的各种操作阶段的阀和电机定时的一个实施例的示意图，其用于改善多级泵100的操作期间的压力变化。应当注意图8A和8B未按比例绘制并且每个编号阶段均可以具有不同或唯一的时间长度（包括零时间），而不管这些图中它们的描绘如何，并且每个这些编号阶段的长度可以基于各种各样的因素，例如被执行的用户制法（recipe），在多级泵100中使用的阀的类型（例如打开或关闭这些阀耗费多少时间）等。

参考图8A，在时刻2010准备阶段信号可以指示多级泵100准备执行分配，在这之后的某时，在时刻2010，一个或多个信号可以在时刻2020被发送以打开入口阀125，沿正向方向操作分配电机200以分配流体，和反转填充电机175以将流体抽取到填充室155中。在时刻2020之后但是在时刻2022之前（例如在阶段2期间）信号可以被发送以打开出口阀147，使得流体可以从出口阀147被分配。

在阅读该公开内容之后将显而易见阀信号和电机信号的定时可以基于启动泵的各种阀或电机所需的时间，与多级泵100结合执行的制法或其他因素而变化。例如，在图8A中，在信号被发送以沿正向方向操作分配电机200之后信号可以被发送以打开出口阀147，原因是在该例子中，出口阀147可以比分配电机200更快地操作，并且因此理想的是定时出口阀147的打开和分配电机200的启动使得它们基本同时获得更好的分配。然而其他阀和电机可以具有不同的启动速度，等等，并且因此不同的定时可以用于这些不同的阀和电机。例如，打开出口阀147的信号可以早于或与启动分配电机200的信号基本同时被发送，并且类似地，关闭出口阀200的信号可以早于、晚于或与停止分配电机200的信号同时被发送，等等。

因此，在时期2020和2030之间流体可以从多级泵200被分配。取决于由多级泵200执行的制法，分配电机200的操作速度可以在时期2020和2030之间（例如在阶段2-6的每一个中）变化使得不同流体量可以在时期2020-2030之间的不同点被分配。例如，分配电机可以根据多项式函数操作使得分配电机200在阶段2期间比在阶段6期间更快地操作并且相应地在阶段2中与在阶段6中相比更多流体从多级泵200被分配。在分配阶段发生之后，在时刻2030之前信号被发送以关闭出口阀147，此后在时刻2030信号被发送以停止分配电机200。

类似地，在时刻2020和2050之间（例如阶段2-7）进给室155可以通过填充电机175的反转用流体填充。然后在时刻2050，信号被发送以停止填充电机175，此后结束填充阶段。为了允许填充室155内的压力基本返回到0p.s.i.（例如标准度量），可以在采取任何其他行动之前在时刻2050和时刻2060之间（例如阶段9，延迟0）将入口阀打开。在一个实施例中，该延迟可以为大约10毫秒。在另一实施例中，时刻2050和时刻2060之间的时期可以是可变的，并且可以取决于在填充室155中读出的压力。例如，压力换能器可以用于测量填充室155中的压力。当压力换能器指示填充室155中的压力到达0p.s.i.时阶段10可以在时刻2060开始。

然后在时刻2060，信号被发送以打开隔离阀130，并且在允许隔离阀130完全打开的足够长的合适延迟（例如大约250毫秒）之后信号在时刻2070被发送以打开阻挡阀135。再次地在允许阻挡阀135完全打开的足够长的合适延迟（例如大约250毫秒）之后，信号在时刻2080被发送以关闭入口阀125。在允许入口阀125完全关闭的合适延迟（例如大约350毫秒）之后，信号可以在时刻2090被发送以启动填充电机175，并且在时刻2100信号可以被发送以启动分配电机200使得填充电机175在过滤前和过滤阶段（例如阶段13和14）期间是运行的并且分配电机200在过滤阶段（例如阶段14）期间是运行的。时刻2090和2100之间的时期可以是过滤前阶段，可以是运动或电机的设定时期或设定距离以允许正被过滤的流体的压力达到预定设定点，或者可以使用如上所述的压力换能器被确定。

备选地压力换能器可以用以测量流体的压力并且当压力换能器指示流体的压力到达设定点时过滤阶段14可以在时刻2100开始。在被引用于此作为参考的申请日为2005年12月2日，发明人为GeorgeGonnella和James Cedrone，发明名称为“用于控制流体压力的系统和方法”的美国专利申请No.11/292,559和发明人为George Gonnella和James Cedrone，发明名称为“用于监视泵的操作的系统和方法”的美国专利申请No.11/364,286中更详尽地描述了这些过程的实施例。

在过滤阶段之后，一个或多个信号在时刻2110被发送以停止填充电机175和分配电机200。时刻2100和时刻2110之间的长度（例如过滤阶段14）可以取决于所需过滤速度，填充电机175和分配电机200的速度，流体的粘度等而变化。在一个实施例中，当分配电机200到达原始位置时过滤阶段可以在时刻2110结束。

在允许填充电机175和分配电机200完全停止的合适延迟之后，所述延迟可能根本不需要时间（例如无延迟），在时刻2120信号被发送以打开排放阀145。移到图8B，在允许排放阀145完全打开的合适延迟（例如大约225毫秒）之后，信号可以在时刻2130被发送到填充电机175以启动步进电机175进行排放阶段（例如阶段17）。尽管在排放阶段期间可以让阻挡阀135打开以在排放阶段期间允许通过压力换能器112监视多级泵100内的流体的压力，阻挡阀135也可以在排放阶段开始之前在时刻2130被关闭。

为了结束排放阶段，信号在时刻2140被发送以停用填充电机175。如果需要的话，可以在时刻2140和2142之间进行延迟（例如大约100毫秒）以允许合适地消散流体的压力，例如如果在排放阶段期间流体的压力高的话。在一个实施例中，时刻2142和2150之间的时期可以用于使压力换能器112归零并且可以大约为10毫秒。

然后在时刻2150，信号被发送以关闭阻挡阀125。在时刻2150之后，允许合适的延迟使得阻挡阀125可以完全关闭（例如大约250毫秒）。然后信号在时刻2160被发送以关闭隔离阀130，并且在允许隔离阀130完全关闭的合适延迟之后（例如大约250毫秒），信号在时刻2170被发送以关闭排放阀145。允许合适的延迟使得排放阀140可以完全关闭（例如大约250毫秒），此后在时刻2180信号被发送以打开入口阀125，并且在允许入口阀125完全打开的合适延迟之后（例如大约250毫秒），信号在时刻2190被发送以打开净化阀140。

在允许排放阀145完全打开的合适延迟之后（例如大约250毫秒），信号可以在时刻2200被发送到分配电机200以启动分配电机200进行净化阶段（例如阶段25），并且在可以依赖制法的净化阶段的时期之后，信号可以在时刻2210被发送以停止分配电机200并且结束净化阶段。在时刻2210和2212之间允许足够的时期（例如预定的或使用压力换能器112确定的）使得分配室185中的压力可以基本设置为0p.s.i.（例如大约10毫秒）。随后，在时刻2220信号可以被发送以关闭净化阀140，并且在允许净化阀140完全关闭的足够延迟之后（例如大约250毫秒），信号可以在时刻2230被发送以关闭入口阀125。在启动分配电机200以校正由多级泵100内的阀的关闭导致的任何压力变化之后（如上所述），多级泵100可以在时刻2010再次准备执行分配。

应当注意在准备阶段和分配阶段之间可以有一些延迟。由于当多级泵100进入准备阶段时阻挡阀135和隔离阀130可以关闭，因此有可能将流体引入填充室155中而不影响多级泵的随后分配，而不管该填充期间或该填充之后分配是否被启动。

在多级泵100处于准备状态时填充填充室155可以关于图9A和9B更清楚地被描绘，所述图提供了用于多级泵100的各种操作阶段的阀和电机定时的另一实施例的示意图，其用于改善多级泵100的操作期间的压力变化。

参考图9A，在时刻3010准备阶段信号可以指示多级泵100准备执行分配，在这之后的某时，在时刻3012，信号可以被发送以打开出口阀147。在允许出口阀147打开的合适延迟之后，一个或多个信号可以在时刻3020被发送以沿正向方向操作分配电机200以从出口阀147分配流体，和反转填充电机175以将流体抽取到填充室155中（如下面更全面地所述，入口阀125可以仍然从先前的填充阶段打开）。在时刻3030信号可以被发送以停止分配电机200并且在时刻3040信号被发送以关闭出口阀147。

在阅读该公开内容之后将显而易见阀信号和电机信号的定时可以基于启动泵的各种阀或电机所需的时间，与多级泵100结合执行的制法或其他因素而变化。例如（如图8A中所示），在信号被发送以沿正向方向操作分配电机200之前信号可以被发送以打开出口阀147，原因是在该例子中，出口阀147可以比分配电机200更快地操作，并且因此理想的是定时出口阀147的打开和分配电机200的启动使得它们基本同时获得更好的分配。然而其他阀和电机可以具有不同的启动速度，等等，并且因此不同的定时可以用于这些不同的阀和电机。例如，打开出口阀147的信号可以早于或与启动分配电机200的信号基本同时被发送，并且类似地，关闭出口阀200的信号可以早于，晚于或与停用分配电机200的信号同时被发送，等等。

因此，在时期3020和3030之间流体可以从多级泵200被分配。取决于由多级泵200执行的制法，分配电机200的操作速度可以在时期3020和3030之间（例如在阶段2-6的每一个中）变化使得不同流体量可以在时期3020-3030之间的不同点被分配。例如，分配电机可以根据多项式函数操作使得分配电机200在阶段2期间比在阶段6期间更快地操作并且相应地在阶段2中与在阶段6中相比更多流体从多级泵200被分配。在分配阶段发生之后，在时刻3030之前信号被发送以关闭出口阀147，此后在时刻2030信号被发送以停止分配电机200。

类似地，在时刻3020和3050之间（例如阶段2-7）进给室155可以通过填充电机175的反转用流体填充。然后在时刻3050，信号被发送以停止填充电机175，此后结束填充阶段。为了允许填充室155内的压力基本返回到0p.s.i.（例如标准度量），可以在采取任何其他行动之前在时刻3050和时刻3060之间（例如阶段9，延迟0）让入口阀打开。在一个实施例中，该延迟可以为大约10毫秒。在另一实施例中，时刻3050和时刻3060之间的时期是可变的，并且可以取决于在填充室155中读出的压力。例如，压力换能器可以用于测量填充室155中的压力。当压力换能器指示填充室155中的压力到达0p.s.i.时阶段10可以在时刻3060开始。

然后在时刻3060，信号被发送以打开隔离阀130，并且信号在时刻3070被发送以打开阻挡阀135。然后信号在时刻3080被发送以关闭入口阀125，此后信号可以在时刻3090被发送以启动填充电机175，并且在时刻3100信号可以被发送以启动分配电机200使得填充电机175在过滤前和过滤阶段期间是活动的并且分配电机200在过滤阶段期间是活动的。

在过滤阶段之后，一个或多个信号在时刻3110被发送以停用填充电机175和分配电机200。在时刻3120信号被发送以打开排放阀145。移到图9B，信号可以在时刻3130被发送到填充电机175以启动步进电机175进行排放阶段。为了结束排放阶段，信号在时刻3140被发送以停用填充电机175。然后在时刻3150，信号被发送以关闭阻挡阀125，而在时刻3160信号被发送以关闭隔离阀130并且在时刻3170关闭排放阀145。

在时刻3180信号被发送以打开入口阀125，并且之后信号在时刻3190被发送以打开净化阀140。然后信号可以在时刻3200被发送到分配电机200以启动分配电机200进行净化阶段，并且在净化阶段之后，信号可以在时刻3210被发送以停止分配电机200。

随后，在时刻3220信号可以被发送以关闭净化阀140，之后信号在时刻3230被发送以关闭入口阀125。在启动分配电机200以校正由多级泵100内的阀的关闭导致的任何压力变化之后（如上所述），多级泵100可以在时刻3010再次准备执行分配。

一旦多级泵100在时刻3010进入准备阶段，信号可以被发送以打开入口阀125并且另一信号被发送以反转填充电机175使得当多级泵100处于准备状态时液体被抽取到填充室175中。尽管在准备阶段期间填充室155用液体填充，然而该填充决不会影响多级泵100在进入准备阶段之后的任何点分配流体的能力，原因是阻挡阀135和隔离阀130被关闭，基本上使填充室155从分配室185分离。此外，如果在填充完成之前开始分配，填充可以基本与流体从多级泵100的分配同时继续进行。

当多级泵100初始进入准备阶段时分配室185中的压力可以大约为用于分配阶段的所需压力。然而，由于在进入准备阶段和开始分配阶段之间可以有一定的延迟，分配室185内的压力可以在准备阶段期间基于各种因素例如分配室185中的分配级隔膜190的性质，温度变化或各种其他因素而变化。因此，当分配阶段开始时分配室185中的压力可以从分配所需的基线压力漂移相对显著的程度。

参考图10A和10B可以更清楚地证明该漂移。图10A描绘了在分配室185的示例性压力分布图，其示出了准备阶段期间分配室中的压力漂移。大致在点4010可以校正由阀移动或其他原因导致的任何压力变化，如上面参考图22和23所述。该压力校正可以大致在点4020将分配室185中的压力校正到大约分配所需的基线压力（由线4030表示），在所述点多级泵100可以进入准备阶段。可以看出，大致在点4020进入准备阶段之后分配室185中的压力可以由于例如上述的各种因素而稳定上升。当随后的分配阶段发生时，然后，从基线压力4030的该压力漂移可能导致不能令人满意的分配。

另外，由于进入准备阶段和随后的分配阶段之间的时间延迟是可变的，并且分配室185中的压力漂移可以与延迟时间关联，因此在每个连续分配阶段中发生的分配可以由于在不同延迟期间发生的不同漂移量而不同。因此，该压力漂移也可以影响多级泵100精确地重复分配的能力，这又可以在加工制法重复中阻碍多级泵100的使用。所以，理想的是在多级泵100的准备阶段期间基本保持基线压力以改善随后分配阶段期间的分配和分配阶段之间的分配可重复性，同时获得可接受的流体动力学。

在一个实施例中，为了在准备阶段期间基本保持基线压力，分配电机200可以被控制以补偿或解决可以在分配室185中发生的向上（或向下）压力漂移。尤其是，可以使用“死区”闭环压力控制来控制分配电机200以基本保持分配室185中的基线压力。暂时返回图2，压力传感器112可以规则间隔将压力读数报告给泵控制器20。如果报告的压力从所需基线压力偏离一定的量或公差，泵控制器20可以将信号发送到分配电机200以反转（或向前移动）最小距离，该最小距离为分配电机200有可能移动的可在泵控制器20检测的最小距离（电机增量），因此退回（或向前移动）活塞192和分配级隔膜190，产生分配室185内压力的相应减小（或增加）。

由于压力传感器112采样和报告分配室185中的压力的频率与分配电机200的操作速度相比稍快，因此在围绕将信号发送到分配电机200的某个时间窗口期间，泵控制器20可以不处理压力传感器112所报告的压力测量，或者可以禁用压力传感器112，使得分配电机200可以在另一压力测量由泵控制器20接收或处理之前完成其移动。备选地，在处理由压力传感器112报告的压力测量之前泵控制器20可以等待直到它检测到分配电机200完成其移动。在许多实施例中，压力传感器112采样分配室185中的压力并且报告该压力测量的采样间隔可以为大约30khz，大约10khz或另一间隔。

然而，上述实施例并非没有自身的问题。在一些情况下，当如上所述进入准备阶段和随后的分配阶段之间的时间延迟可变时，一个或多个这些实施例可以表现出明显的分配变化。然而，在一定程度上，在通过利用进入准备阶段和随后的分配之间的固定时间间隔减少这些问题和增强可重复性，当执行特定过程时这并不总是可行的。

为了在多级泵100的准备阶段期间基本保持基线压力同时增强分配的可重复性，在一些实施例中可以使用闭环压力控制来控制分配电机200以补偿或解决可能在分配室185中出现的压力漂移。压力传感器112可以规则间隔将压力读数报告给泵控制器20（如上所述，在一些实施例中该间隔可以为大约30khz，大约10khz或另一间隔）。如果报告的压力高于（或低于）所需基线压力，泵控制器20可以将信号发送到分配电机200以反转（或向前移动）分配电机200电机增量，因此退回（或向前移动）活塞192和分配级隔膜190并且减小（或增加）分配室185内的压力。该压力监视和校正可以基本连续地发生直到分配阶段开始。这样可以保持分配室185中的大致所需的基线压力。

如上所述，压力传感器112采样和报告分配室185中的压力的频率与分配电机200的操作速度相比稍快。为了解决该差异，在围绕将信号发送到分配电机200的某个时间窗口期间，泵控制器20可以不处理压力传感器112所报告的压力测量，或者可以禁用压力传感器112，使得分配电机200可以在另一压力测量由泵控制器20接收或处理之前完成其移动。备选地，在处理由压力传感器112报告的压力测量之前泵控制器20可以等待直到它检测到或接收到分配电机200完成其移动的通知。

可以参考图10B容易地看出如上所述利用闭环控制系统的实施例基本保持基线压力的有益效果，所述图描绘了在准备阶段期间在分配室185的示例性压力分布图，其中正好利用闭环控制系统的这一实施例。大致在点4050校正由阀移动或其他原因导致的任何压力变化，如上面参考图6和7所述。该压力校正可以大致在点4060将分配室185中的压力校正到大约分配所需的基线压力（由线4040表示），在所述点多级泵100可以进入准备阶段。大致在点4060进入准备阶段之后闭环控制系统的实施例可以解决准备阶段期间的任何压力漂移以基本保持所需基线压力。例如，在点4070闭环控制系统可以检测压力上升和解决该压力上升以基本保持基线压力4040。类似地，在点4080，4090，4100，4110闭环控制系统可以解决或校正分配室185中的压力漂移以基本保持所需基线压力4040，无论准备阶段的长度如何（注意点4080，4090，4100和4110仅仅是代表性的并且闭环控制系统的其他压力校正在图10B中被描绘，其未标有参考数字，因此未照这样被论述）。因此，由于在准备阶段期间闭环控制系统基本保持分配室185中的所需基线压力4040，在随后的分配阶段中可以获得更满意的分配。

然而在随后的分配阶段期间，为了获得该更满意的分配，理想的是当促动分配电机200以从分配室185分配流体时解决基本保持基线压力的任何校正。更具体而言，恰好在压力校正发生并且多级泵100初始进入准备阶段之后的时刻4060，分配级隔膜190可以处于初始位置。为了从该初始位置获得所需分配，分配级隔膜190应当移动到分配位置。然而，在如上所述校正压力漂移之后，分配级隔膜190可以处于不同于初始位置的第二位置。在一些实施例中，在分配阶段应当通过将分配级隔膜190移动到分配位置以实现所需分配而解决该差异。换句话说，为了实现所需分配，分配级隔膜190可以从准备阶段期间的压力漂移的任何校正发生之后的它的第二位置移动到当多级泵100初始进入准备阶段时的分配级隔膜190的初始位置，之后分配级隔膜190可以移动从初始位置到分配位置的距离。

在一个实施例中，当多级泵100初始进入准备阶段时泵控制器20可以计算初始距离（分配距离）以移动分配电机200从而实现所需分配。当多级泵100处于准备阶段时泵控制器20可以记住分配电机200移动以校正准备阶段期间发生的任何压力漂移的距离（校正距离）。在分配阶段期间，为了实现所需分配，泵控制器20可以向分配电机200发信号以移动校正距离加上（或减去）分配距离。

然而在其他情况下，不希望的是在致动分配电机200时解决这些压力校正以从分配室185分配流体。更具体而言，刚好在压力校正发生并且多级泵100初始进入准备阶段之后的点4060，分配级隔膜190可以处于初始位置。为了从该初始位置获得所需分配，分配级隔膜190应当移动分配距离。在如上所述校正压力漂移之后，分配级隔膜190可以处于不同于初始位置的第二位置。在一些实施例中，仅仅通过移动分配级隔膜190分配距离（从第二位置开始）就可以实现所需分配。

在一个实施例中，当多级泵100初始进入准备阶段时泵控制器20可以计算移动分配电机200以实现所需分配的初始距离。然后在分配阶段期间，为了实现所需分配，泵控制器20可以向分配电机200发信号以移动该初始距离，而不管分配电机200移动以校正准备阶段期间的压力漂移的距离。

很明显在任何指定环境中使用或应用的上述实施例之一的选择将取决于许多因素，例如将与其中的选定实施例结合使用的系统，设备或经验条件。还很明显的是尽管用于基本保持基线压力的控制系统的以上实施例关于解决准备阶段期间的向上压力漂移进行了描述，这些相同系统和方法的实施例可以同样应用于解决多级泵100的准备阶段，或任何其他阶段中的向上或向下压力漂移。此外，尽管本发明的实施例关于多级泵100进行了描述，将会理解这些发明的实施例（例如控制方法学等）可以同样好地应用于，和有效地用于单级或实质上任何其他类型的泵送装置。

在这里有用的是描述这样一种单级泵送装置的例子，其可以与本发明的各种实施例结合使用。图11是泵4000的泵组件的一个实施例的示意图。泵4000可以类似于上述多级泵100的一级，比如分配级，并且可以包括由步进、无刷DC或其他电机驱动的滚动隔膜泵。泵4000可以包括分配块体4005，所述分配块体限定通过泵4000的各种流体流动路径并且至少部分限定泵室。根据一个实施例，分配泵体4005可以是PTFE，改性PTFE或其他材料的单块体。由于这些材料不与或很少与许多过程流体相互作用，因此这些材料的使用允许流动通道和泵室直接加工到分配块体4005中，使附加的硬件最少化。因此通过提供集成流体歧管，分配块体4005减小了对管道系统的需要。

分配块体4005可以包括各种外部入口和出口，例如包括通过其接收流体的入口4010，用以净化/排放流体的净化/排放出口4015，和在分配阶段期间通过其分配流体的分配出口4020。在图11的例子中，由于泵仅仅具有一个室，分配块体4005包括外部净化出口4010。完全被引用于此作为参考的申请日为2005年12月2日，发明人为IrajGashgaee，发明名称为“O形圈低型面配件及其组件”的美国临时专利申请No.60/741,667和申请日为________[ENTG1760-1]，发明人为IrajGashgaee，发明名称为“O形圈低型面配件及安装组件”的美国专利申请描述了配件的一个实施例，其可以用于将分配块体4005的外部入口和出口连接到流体管线。

分配块体4005将流体从入口传送到入口阀（例如至少部分由阀板4030限定），从入口阀传送到泵室，从泵室传送到排放/净化阀和从泵室传送到出口4020。泵盖4225可以保护泵电机免于受损，而活塞罩4027可以为活塞提供保护，并且根据本发明的一个实施例，其可以由聚乙烯或另一聚合物形成。阀板4030提供用于阀系统（例如入口阀，和净化/排放阀）的阀罩，其被配置成将流体流引导到泵4000的各种部件。阀板4030和相应的阀可以类似于结合上述阀板230所述的方式形成。根据一个实施例，入口阀和净化/排放阀的每一个均至少部分集成到阀板4030中并且是取决于是否有压力或真空施加到相应隔膜而打开或关闭的隔膜阀。在其他实施例中，一些阀可以在分配块体4005的外部或布置在附加阀板中。根据一个实施例，PTFE的片层夹在阀板4030和分配块体4005之间以形成各种阀的隔膜。阀板4030包括用于每个阀的阀控制入口（未显示）以将压力或真空施加到相应隔膜。

与多级泵100相同，泵4000可以包括防止流体液滴进入多级泵100容纳电子设备的区域的几个特征。“防液滴”特征可以包括突出唇边，倾斜特征，部件之间的密封，在金属/聚合物分界面的偏移和使电子设备隔绝液滴的上述其他特征。电子设备和歧管可以类似于上述方式被配置以减小热量对泵室中流体的影响。因此，多级泵中用于减小形状因数和热影响和防止流体进入电子设备壳体的类似特征可以用在单级泵中。

另外，上述许多控制方法学也可以与泵4000结合使用以实现基本满意的分配。例如，本发明的实施例可以用于控制泵4000的阀以保证根据阀序列操作泵送装置的阀系统，所述阀序列被配置成基本最小化通过泵送装置的流体流动路径被关闭的时间（例如到泵送装置的外部区域）。而且，在某些实施例中，当泵4000在操作中时在阀状态变化之间将使用足够的时间以保证在另一变化开始之前特定的阀被完全打开或关闭。例如，泵4000的电机的移动可以被延迟足够的时间以保证在填充阶段之前泵4000的入口阀完全打开。

类似地，用于补偿或解决可以在泵送装置的室中发生的压力漂移的系统和方法的实施例可以基本同样有效地应用于泵4000。在分配之前分配电机可以被控制以基于在分配室中感测的压力基本保持分配室中的基线压力，如果分配室中的压力不同于所需压力（例如高于或低于），可以使用控制回路使得它被重复确定，并且如果这样的话，泵送机构的移动被调节以基本保持分配室中的所需压力。

尽管泵4000的室中的压力调节实质上可以在任何时刻发生，在分配阶段开始之前它尤其有用。尤其是，当泵4000初始进入准备阶段时分配室185中的压力可以处于基线压力，该基线压力大约为用于随后分配阶段的所需压力（例如从校准或先前的分配确定的分配压力）或其某个分数。该所需分配压力可以用于实现具有所需一组特性，例如所需流速，量等。通过在出口阀打开之前的任何时刻使分配室185中的流体达到该所需基线压力，可以在分配阶段之前解决顺应性和泵4000的部件的变化并且实现满意的分配。

然而由于在进入准备阶段和开始分配阶段之间有一定的延迟，泵4000的室内的压力可以在准备阶段期间基于各种因素变化。为了防止该压力漂移，可以使用本发明的实施例使得在泵4000的室中基本保持所需基线压力并且在随后的分配阶段中实现满意的分配。

除了控制单级泵中的压力漂移之外，本发明的实施例也可以用于补偿在泵4000或与泵4000结合使用的设备内部的各种机构或部件的促动所导致的分配室中的压力变动。

本发明的一个实施例可以在分配阶段（或任何其他阶段）开始之前校正由净化或排出阀的关闭导致的泵室中的压力变化。该补偿可以类似于上面关于多级泵100所述通过反转泵4000的电机使得当净化或入口阀关闭时泵4000的室的体积基本增加这样的阀的滞留体积而实现。

因此，本发明的实施例提供了一种具有温和流体操作特性的泵送装置。通过排列泵送装置内的阀的打开和关闭和/或电机的启动的顺序，可以避免或减轻潜在的破坏性压力尖峰。本发明的实施例也可以利用其他泵控制机构和阀衬（valve lining）以帮助减小压力对过程流体的有害影响。

在前面的说明书中，参考特定实施例描述了本发明。然而，本领域的普通技术人员应当理解可以进行各种修改和变化而不脱离如下面的权利要求中所述的本发明的范围。因此，说明书和附图应当被视为是示例意义而不是限制意义，并且所有这样的修改应当包括在本发明的范围内。

在上面关于特定实施例描述了益处，其他优点，和问题的解决方案。然而，益处，优点，问题的解决方案，和可以导致任何益处，优点，或问题的解决方案发生或变得更显著的任何部件（一个或多个）应当被理解为任何或所有权利要求的主要、必需或基本的特征或部件。

Claims (10)

1.一种方法，其包括：

将流体引入泵送装置的分配室中；和

移动泵送装置的泵送机构的隔膜以调节所述室的体积从而补偿分配室中的压力变化，其中利用电机直接移动所述隔膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力变化是由于阀的打开产生的压力减小。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力变化是由于阀的关闭产生的压力增加。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述压力增加大致与所述阀的缩进体积成比例。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述隔膜被移动以使分配室的体积增加基本等于所述阀的缩进体积的量。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括移动所述隔膜以从泵送装置分配流体。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述隔膜被移动以使分配室的体积增加大约超调体积，然后隔膜被移动以使分配室的体积减小大约超调体积。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括移动所述隔膜以从泵送装置分配流体。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述隔膜被移动以增加分配室的体积直到在所述室中获得所需压力。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括移动所述隔膜以从泵送装置分配流体。

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