CN105864006B - 泵系统和泵异常检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种泵系统(10)和泵异常检测方法，泵系统(10)配备有本体(22)、位移体(74)、波纹管构件(82)、间接介质(M)和隔膜(40)。泵系统(10)还配备有压力检测器(32)，该压力检测器(32)被构造成检测填充腔室(42)内的间接介质(M)的压力；填充腔室(42)形成为在本体(22)的内部包括波纹管构件(82)的内部空间(86)。基于由压力检测器(32)检测的检测值，泵系统(10)的控制器(18)确定隔膜(40)的异常。

Description

泵系统和泵异常检测方法
技术领域
本发明涉及一种泵异常检测方法及一种泵系统，用于在定量地排出流体的泵中检测异常。
背景技术
在各种类型的装置，例如，用于制造半导体的设备、涂层设备、医疗器械等中，都存在寻求用于将流体(如工艺气体、清洁液、涂料、化学液体等)具有高的精确性地以恒定速率供应至排出目标的功能的情况。在这种情况下，一种恒值传输型泵(被称作分配泵)被附接于这些装置。
作为一个这种类型的泵，在日本特开专利申请No.2010255578公开的技术已经由本专利申请人在先提出，日本特开专利申请No.2010255578中公开的泵包括主体，泵腔室，该泵腔室设置在本体的内部并且流体能够在其中流动，和填充腔室，该填充腔室由间接介质填充，并且该填充腔室被布置泵腔室的相对侧上，在本体的内部的填充腔室和泵腔室之间置入隔膜。泵的填充腔室由位移机构和波纹管等封闭，并且填充腔室被构造成使得该填充腔室能够膨胀和收缩。更具体地，通过填充腔室的膨胀和收缩，泵致使间接介质流动并使隔膜变形，从而致使泵腔室内部的流体以定量的方式流入和流出。
发明内容
顺便提及，在这种类型的泵中，由于长期使用的负载等的积聚或由于老化，易于发生异常。例如，由于隔膜是由强度相对较低的材料(弹性材料等)构成，出现异常的可能较大，从而导致恒值传输功能降低。因此，需要在早期阶段检测隔膜的这种异常。
本发明被设计为与上述提出的技术相关，并且目的在于提供一种泵系统和一种泵的异常检测方法，通过在早期阶段检测隔膜的异常，能够抑制由于泵的故障造成的影响并且能够增强可用性。
为了实现上述目的，本发明的特征在于：泵系统，包括本体，该本体具有泵腔室，流体能够流入该泵腔室和从该泵腔室流出；位移体，该位移体被构造成能够在本体的内部沿着本体的轴线方向位移；连接构件，该连接构件置于位移体和本体之间；间接介质，该间接介质由不可压缩流体形成，并且包括内部空间的填充腔室由间接介质填充，连接构件在本体的内部将间接介质液体密封在内部空间中；和隔膜，该隔膜布置在本体内部的填充腔室和泵腔室之间，并且被构造成在间接介质的流动作用下，使得流体流入和流出泵腔室；泵系统还包括压力检测器，该压力检测器被构造成检测间接介质在填充腔室中的压力；和判断处理器，该判断处理器被构造成基于由压力检测器检测的检测值确定隔膜的异常。
根据上文所述，通过提供具有检测间接介质压力的压力检测器和基于检测值确定隔膜异常的判断处理器的泵系统，使用者能够容易并且迅速地确认隔膜的异常。更具体地，由于被液体密封在填充腔室内的间接介质的压力直接地影响隔膜的变形，通过判断处理器监控这种压力，隔膜的异常能够迅速被发现。因此，例如，能够在早期阶段实现泵的维护或者替换(交换)，并且能够适宜地抑制由于可能会在设备中发生的长期使用的负载积聚或者劣化而导致的泵的异常(流体的排出速率的变化、间接介质的渗漏等)。
在这种情况下，本体可以包括填充端口，该填充端口与填充腔室连通，填充腔室通过填充端口被间接介质填充；并且，压力检测器可以包括检测器，该检测器被插入并固定在填充端口中，并且封闭填充端口。
通过这样的方式，通过在填充端口中插入并且固定压力检测器的检测器，能够容易地封闭并密封被间接介质填充的填充腔室，并且能够可靠地检测填充腔室的压力。此外，因为不需要用于在本体上等单独布置压力检测器的构造，能够简化泵系统的结构。
此外，压力检测器可以布置在靠近隔膜的位置。
通过这样的方式，通过在隔膜附近的位置布置压力检测器，能够具有高的精确性地检测到间接介质施予隔膜的压力。
泵系统优选地还包括通知单元，该通知单元被构造成，在判断处理器确定隔膜存在异常的情况下，通知异常的出现。
通过这样的方式，在判断处理器确定隔膜存在异常的情况下，通过由通知单元通知异常的出现，操作者能够容易地确认泵的异常。
泵系统还可以进一步包括电磁阀，该电磁阀被构造成将流体供应至泵腔室或者从泵腔室排出流体，并且在确定隔膜存在异常的情况下，判断处理器可以暂停电磁阀的运行。
通过这样的方式，在判断处理器确定隔膜存在异常的情况下，通过暂停电磁阀的运行，中断流体进入泵腔室之内的流动，并且能够防止间接介质溢漏进入电磁阀之中并在其中与流体混合。
泵系统还可以包括在本体的端部上的驱动单元，驱动单元被构造成在驱动单元通电时使位移体沿着轴线方向位移，并且在确定隔膜存在异常的情况下，判断处理器可以暂停驱动单元的通电。
通过这样的方式，在判断处理器确定隔膜存在异常的情况下，通过暂停驱动单元通电，由于泵中流体的流动被停止，能够有效地抑制间接介质的流出。
更进一步，泵系统可以布置在接收从泵腔室流出的流体的设备上，并且判断处理器可以连接至该设备的控制单元或者相对于控制单元安安置，并且在确定隔膜存在异常的情况下，暂停该设备的运行。
因此，能够及时地暂停其上设置泵系统的设备的运行，并且能够抑制对该设备的排出目标带来的不利影响。
此外，判断处理器可以通过将检测值的压力波形中的稳定状态周期内的最大压力与阈值进行比较，确定隔膜的异常。
进一步，判断处理器可以通过将检测值的压力波形中的稳定状态周期内的平均压力与阈值进行比较，确定隔膜的异常。
判断处理器可以通过将检测值的压力波形中的稳定状态周期内的最小压力与阈值进行比较，确定隔膜的异常。
判断处理器可以通过将检测值的压力波形中的压力上升期间的最大压力与阈值进行比较，确定隔膜的异常。
判断处理器可以通过计算检测值在预定周期内的总和并且将该总和与总和阈值进行比较，确定隔膜的异常。
判断处理器可以通过将检测值的压力波形的斜率与角度阈值进行比较，确定隔膜的异常。
判断处理器可以通过检测检测值的压力波形中的压力上升或下降的时间延迟，确定隔膜的异常。
判断处理器可以通过检测检测值的压力波形中过渡至稳定状态的时间延迟，确定隔膜的异常。
根据上述的判断处理器的判断方法，泵系统能够基于间接介质的压力变化容易地检测隔膜的异常。
在这种情况下，判断处理器优选地应该通过执行多个不同类型的判断，确定隔膜的异常。
通过这样的方式，通过执行多个不同类型的判断，由于泵系统能够使用不同的方法确定隔膜的状态，能够更可靠地确定隔膜的异常。
此外，判断处理器可以使用检测值的多个压力波形来确定隔膜的异常。
通过这样的方式，通过使用检测值的多种形式的压力波形来判断隔膜的异常的出现，泵系统能够具有更大精度地确定隔膜的异常。
此外，为了解决上述问题，本发明的特征在于一种用于泵的泵异常检测方法，该泵包括：本体，该本体具有泵腔室，流体能够流入该泵腔室和从该泵腔室流出；位移体，该位移体被构造成能够在本体内部沿着本体的轴线方向位移；连接构件，该连接构件置于位移体和本体之间；间接介质，该间接介质由不可压缩流体形成，并且包括内部空间的填充腔室由该间接介质填充，连接构件在本体的内部将间接介质液体密封在内部空间中；隔膜，该隔膜在本体的内部布置在填充腔室和泵腔室之间，并且被构造成在间接介质的流动作用下，使得流体流入和流出泵腔室。泵的异常检测方法包括如下步骤：利用压力检测器，检测填充腔室内的间接介质的压力；和利用判断处理器，基于由压力检测器检测的检测值确定隔膜的异常。
根据本发明，通过在早期阶段检测隔膜的异常，可以抑制由泵的故障产生的影响，并且增强可用性。
本发明的上述及其他目的、特征和优势将通过以下结合附图的描述变得更加明显，其中本发明的优选实施方案通过示例性的实例来展示。
附图说明
图1是局部的横截面侧视图，示出根据本发明的实施例的泵系统的总体结构；
图2是功能块示意图，示意性地示出泵系统的结构元件之间的关系；
图3是第一描述性的附图，示出泵系统的流体抽吸状态(初始条件)；
图4是第二描述性的附图，示出泵系统的流体排出状态；
图5是通过实例的方式描述间接介质的压力的检测值变化的图表；
图6是用于描述隔膜异常检测方法的第一说明性图表；
图7是用于描述隔膜异常检测方法的第二说明性图表；和
图8是流程图，示出泵系统的流动异常的检测过程。
具体实施方式
以下，关于根据本发明的泵系统，将参考附图详细描述关于用于泵的异常检测方法的优选实施例。
根据该实施例的泵系统10安置在用于制造半导体等的设备、涂层设备或者医疗设备等上(以下被称为“应用设备12”，参见图2)，并且包括以恒定速率将流体L排出至应用设备12的排出目标上的功能。应该注意，泵系统10并不局限于任何特别的应用用途，并且可被应用于多种装置和流体路径。
如图1所示，泵系统10包括泵主体部分14(下文简称泵14)，三通阀16，该三通阀16执行流体相对于泵14的供应和排出，以及控制器18，该控制器18控制泵14的运行。此外，用于通知泵14存在异常的通知单元20(通知手段)连接至控制器18。
下文中，除了图1中沿着箭头A方向和箭头B方向描述泵系统10的各种组件的位置和方向之外，箭头A方向也称作泵14的近端方向(近端侧)，而箭头B方向也称作泵14的远端方向(远端侧)。
泵14包括本体22，该本体22具有由各种构件构成的内部结构，后文将描述。泵14的本体22，例如，由金属材料构成的，并且包括外壳24，外壳24其中具有中空空间26，以及泵头28，在箭头B方向上封闭外壳24的一端。此外，用于运行泵14的旋转驱动源30(驱动单元)安置在本体22的另一端侧上(在箭头A的方向侧)。此外，三通阀16，压力传感器32(压力检测器)以及控制器18安装在本体22的圆周表面侧。
构成本体22的外壳24是具有锥形形状的筒形体，其内径和外径沿着箭头B的方向变大。在外壳24的箭头B方向侧，弯折的背部24a与外壳24整体地形成。弯折的背部24a实质上以直角弯曲并且在径向向外的方向轻微的向外突出，并且进一步实质上以直角弯曲并从其突出的端部沿着箭头A的方向延伸预定的长度。弯折的背部24a与外壳24的主体部的外圆周表面是分隔开的，并且与泵头28一起稳定地支撑三通阀16。
泵头28是块状体，其布置在壳体24的远端并封闭中空空间26的开口。泵头28通过在本体22的轴线方向上将一个块配置在另一块上(第一块34和第二块36)构成，其以分离的方式形成。在装配状态中，在泵头28的内部，形成预定体积的中空空腔38。此外，后文描述的隔膜40夹在第一块34和第二块36之间并且夹持在二者之间。
因此，泵头28的中空空腔38是一个分体结构，隔膜40夹在其中。相对于隔膜40在近端侧的中空空腔38a(由第一块34形成的空间)构成填充腔室42的一部分，填充腔室42由间接介质M填充，间接介质M是由不可压缩流体组成的。另一方面，相对于隔膜40在远端侧的中空空腔38b(由第二块36形成的空间)形成泵腔室44，流体L从泵腔室44流入和流出。
用来对填充腔室42进行填充的间接介质M没有特别限制，但是优选地是比泵腔室44的流体L密度更高的流体，为此，如硅油等作业油可以作为给定的示例。另一方面，流入泵腔室44的流体L(从泵14排出的流体L)，根据泵系统被应用的用途，例如可以是任何不同的流体，诸如工艺气体、清洁液、涂层材料(包括涂层液体)、以及化学溶液等。以下，将描述具有代表性的情形，其中泵系统10被安置在作为某一类型的应用设备12的半导体制造设备上，并且涂层液体作为流体L从其中排出。
泵头28的第一块34包括近端平板构件46，其固定至外壳24的远端表面，和侧壁48，其围绕近端平板构件46。由近端平板构件46的径向向内边缘限定的开口空间46a形成有小的内径，该内径与稍后描述的波纹管构件82的内部空间86适配，并且在被附接于外壳24的状态下与内部空间86连通。另一方面，由侧壁48在相对于近端平板构件46的远端围绕的空间形成有相对大的内径，该内径与泵腔室44的内径适配。
泵头28的第二块36的外径与第一块34的侧壁48的外径适配，并且形成为具有足够厚度的平板形状。在第二块36的外边缘的近端，设置凹陷的接合部36a，其能够与隔膜40的突出部40c接合。第一块34的外边缘的远端面对接合部36a并且将隔膜40夹在二者之间。
泵14的泵腔室44由半球形的表面44a构成，其在远离第一块34的方向，在第二块36的近端表面侧凹陷为实质上半球形的形状。此外，第二块36包括流体通道50，流体通道50在泵腔室44的预定位置径向向外延伸。流体通道50通过半球形的表面44a的预定部分被切割为凹槽形状与泵腔室44连通，从泵腔室44朝向第二块36的侧圆周表面沿直线延伸，并且与在侧圆周表面开口的流体端口52连通。
连接栓塞54被固定至泵头28的侧圆周表面与流体端口52互相面对，并且三通阀16被固定至连接栓塞54的近端表面。与流体端口52连通的连接通道56布置在连接栓塞54的内部。连接通道56经过连接栓塞54的内部并且到达近端表面，在此连接通道56与三通阀16的流道连通。
三通阀16，例如，包括第一端口58，其与连接通道56连通，第二端口60，连接至未图示的半导体涂层液体供应源，以及第三端口62，连接至未图示的涂层液体分配器。另外，电磁阀60a、62a分别布置在三通阀16内的第二端口60和第三端口62的后侧流动路径上，并且电磁阀能够切换端口之间的相互连通状态。
例如，当流体L被供应至泵14，第二端口60和第一端口58在电磁阀60a、62a的切换作用下安放为连通，并且流体L从涂层液体供应源经过第二端口60、第一端口58、以及连接通道56供应至泵14。相反地，当流体L从泵14排出，第三端口62和第一端口58在电磁阀60a、62a的切换作用下安放为连通，并且流体L从泵14经过连接通道56、第一端口58、以及第三端口62排出至液体涂层分配器。此外，三通阀16不仅可以在其内部配备电磁阀60a、62a，如上所述，而且也可以在第二端口60和第三端口62上分别沿彼此相反的方向设置止回阀(未示出)。
另一方面，步进马达被应用于旋转驱动源30，步进马达被设置在本体22上箭头A方向上的一端，并且包括驱动轴64，该驱动轴64基于控制器18的控制信号S(通电动作)旋转。在旋转驱动源30连接至外壳24的状态，驱动轴64以预定的长度插入外壳24的中空空间内。此外，外螺纹部分64a形成在驱动轴64的外圆周表面上，并且在本体22的内部构成的位移机构66的位移螺母68螺合在外螺纹部分64a上。应当注意，用于驱动位移机构66的结构并不局限于旋转驱动源30，并且各种类型的致动器(按压装置等)都可以应用于这种结构。
位移机构66包括上述位移螺母68，底部管状体70，其固定至位移螺母68的远端并且覆盖部分位移螺母68和驱动轴64，环状体72，其布置在管状体70的外圆周表面上。此外，在旋转驱动源30的驱动轴64的旋转作用下，位移螺母68连同管状体70和环状体72一起沿着外壳24的轴线方向产生位移。下文中，位移螺母68、管状体70和环状体72将被共同称为位移体74。
位移机构66在外壳24的内部还配备有弹簧引导76和弹簧78，弹簧引导76引导弹簧78的膨胀和收缩并且形成为管状，以非接触方式向外地覆盖后文描述波纹管构件82的侧圆周表面。此外，弹簧引导76在箭头B方向上的一端径向向外地突出并且形成用于弹簧78的基座，并且作为固定构件76a，连同外壳24一起固定在第一块34的端面上。
弹簧78，例如，是由螺旋弹簧构成的，并且被布置以围绕弹簧引导76的外圆周侧。弹簧78的远端安装在弹簧引导76的固定构件76a上，而弹簧78的近端安装在形成在环状体72的远端上的基座上，弹簧78在箭头A的方向(近端方向)上推动位移体74。
当旋转驱动源30的旋转驱动力转化为位移体74沿着轴线方向的直线运动时，弹簧78和弹簧引导76防止驱动轴64和位移螺母68的齿隙。因此，位移体74具有高的精确性地被位移，并且流体L以稳定的方式排出。
此外，执行流体L恒值输送的排出机构80在泵14的内部布置在位移体74的远端侧上。排出机构80包括上述隔膜40，和波纹管构件82(连接构件)，其被置于第一块34的近端和位移机构66的环状体72的远端之间。
隔膜40由树脂材料(如弹性材料，诸如包含聚四氟乙稀(PTEF)的橡胶等)形成并构成为圆盘形状。隔膜40包括圆盘形状的主膜片40a，其位于中心附近，外周缘膜片40b，其与主膜片40a径向外侧连续，和突出部分40c，其在外周缘膜片40b的最外缘朝向远端侧弯曲。通过将突出部分40c固定至泵头28，主膜片40a和外周缘膜片40b能够在与隔膜40的平面方向相垂直的方向上产生位移。
波纹管构件82，例如，由诸如SUS等金属材料形成为中空的圆筒形状。波纹管构件82的侧圆周表面形成为波纹区域84，其沿着驱动轴64的轴线方向(以波状的或褶皱状的形状)重复地径向凹陷和突出。波纹管构件82的远端固定至第一块34形成开口空间46a的一端，而波纹管构件82的远端固定至管状体70的凸缘70a。波纹管构件82固定至第一块34和管状体70通过例如焊接等执行。
在波纹管构件82内侧的内部空间86与第一块34的中空空腔38连通，并且充满间接介质M。更具体地，第一块34的中空空腔38a和波纹管构件82的内部空间86构成填充腔室42，其中容纳间接介质M，并且将间接介质M液体密封在其中。此外，管状体70配置在内部空间86的轴向中心部。
波纹管构件82的波纹区域84较薄地形成，从而其凹陷部和凸起部能够容易地互相接近和分离。因此，波纹管构件82随着位移体74的位移，在驱动轴64(即，泵14)的轴线方向上膨胀和收缩。因此，在内部空间86内，压力被施加于间接介质M，并且间接介质M沿着轴线方向流动通过填充腔室42。应当注意，在泵14内构成填充腔室42的连接构件并不局限于波纹管构件82，并且可以以多种不同的方式构成。例如，连接构件可以形成为圆筒形形状，并且构造为具有在其内部(填充腔室42)可位移的活塞。
此外，用来以间接介质M对填充腔室42进行填充的填充端口88布置在泵头28(第一块34)。在填充腔室42被充满间接介质M之后，压力传感器32被插入并且固定在填充端口88内。更具体地，通过在填充端口88内接合和适配压力传感器32，填充腔室42变成封闭空间。
压力传感器32是压力检测装置，其检测对填充腔室42进行填充的间接介质M的压力。压力传感器32包括在填充端口88内部面向填充腔室42的表面侧的检测器32a，和在本体22外圆周表面上露出的传输器32b，传输器32b被连接从而能够将信号传输至控制器18。此外，响应于来自控制器18的指令(或者以一定的时间间隔)，压力传感器32将检测到的间接介质M的压力(检测值)作为检测信号P传输至控制器18。
压力传感器32的检测器32a优选地配置在靠近隔膜40的位置。因此，流体L施加于隔膜40上的压力能够具有高的精确性地被检测。压力传感器32不一定要布置在填充端口88中，可以布置在能够检测填充腔室42内的压力的任何适当的位置。此外，传输器32b可以用作封装，其在泵头28的外侧可靠地封闭并密封填充端口88。
控制器18被安装在与外壳24有距离的位置，并靠近外壳24的外圆周表面的近端侧，以控制泵系统10的运行。对于控制器18，可使用熟知类型的电子电路(计算机)，其包括输入/输出单元、存储单元和计算单元，上述均未示出。
如图2所示，控制器18接收例如来自应用设备12的控制单元90的控制指令，并且在预定时刻使旋转驱动源30的驱动轴64旋转。因此，位移体74产生位移从而使间接介质M增压，从而隔膜40在间接介质M的压力下经受变形，并且使得泵头28(在泵腔室44内)的流体L流动。此外，控制器18也用作判断处理器，用于接收来自压力传感器32的间接介质M的压力检测值，并且基于检测值确定泵14的异常。由控制器18执行的用于检测泵14的异常的异常检测方法将在后文详细描述。判断处理器不需要仅设置在各个泵14的控制器18内，也可以配置在总体地控制应用设备12的控制单元90内。
通知单元20被连接至控制器18。当检测到异常，控制器18通过通知单元20通知应用设备12的操作者泵14出现异常。对于通知单元20，例如，可以使用扬声器用来输出警告声音或者声音输出，使用显示器用来显示警告指示，或者光线发射装置等。
替换的，在三通阀16作为电磁阀运行的情况下，控制器18可以暂停三通阀16的运行。因此，在隔膜40发生损害的情况下，能够中断流体L向泵14的流动，并且也能够一同防止间接介质流向三通阀16。此外，当检测到异常，控制器18可以停止向旋转驱动源30通电，或者换句话说，可以暂停泵14的运行。因此，在隔膜40发生损害的情况下，能够有效地抑制间接介质M的流出。更进一步，当检测到异常，控制器18可以暂停应用设备12的运行。因此，能够在早期阶段停止应用设备12，并且能够抑制带给应用设备12的排出目标的不利影响。
根据本实施例的泵系统10基本如上所述构造。接下来，将参考图3、图4和图5描述泵系统10的运行。以下，图3所示的位置，其中位移体74(位移螺母68、管状体70、环状体72)被位移至旋转驱动源30侧，将作为初始状态(初始位置)进行描述。
在泵系统10的初始状态，基于来自旋转驱动源30的旋转驱动，位移体74的环状体72被放置在与外壳24的内侧阶梯部分靠近或者接触的位置。在该位置，通过波纹管构件82在轴线方向的膨胀，间接介质M朝向近端侧流动，并且隔膜40的主膜片40a相比于外周缘膜片40b朝向近端侧凹陷更多。因此，在初始状态的泵腔室44内产生负压，并且导致出现这种状态：使得预定量的流体L从三通阀16通过第一端口58、连接通道56、流体端口52和流体通道50流动进入泵腔室44内。
在泵系统10内，从如上所述的初始状态，控制器18在预定时刻(图5所示的时刻t1)将控制信号S输出至旋转驱动源30，于是使旋转驱动源30的驱动轴64旋转。因此，位移机构66将驱动轴64的旋转转换成直线运动，并且位移体74在远端方向产生位移。伴随位移体74的位移、波纹管构件82的近端在远端方向上移动，并且波纹管构件82整体被轴向压缩。因此，按压力被施加于波纹管构件82内部的间接介质M上。
换句话说，如图5所示，间接介质M的压力在略晚于时刻t1的时刻t2开始上升。此外，如图5所示，间接介质M的检测值，在压力上升后，以微小的时间间隔上下波动。应该考虑到，这是由于间接介质M在波纹管部分84中流动时，与波纹区域84的凹面部分/凸出部分相接触造成的。因此，在下文，间接介质M的压力将基于上/下波动的检测值的中间值(图5中所示的实线)描述。当检测值在控制器中被处理时，可以通过提供适当的校正来计算中间值，
通过按压力的作用，间接介质M从停止状态开始在填充腔室42的远端方向流动，从而间接介质M的压力急剧上升。因此，在图5中，在从时刻t2至时刻t3的上升周期期间，检测值沿着较陡的斜率上升。
如图4所示，隔膜40通过朝向泵腔室44的半球形表面44a流动的间接介质M被按压，并且主膜片40a和外周缘膜片40b朝向远端侧变形。因此，流入泵腔室44的流体L通过隔膜40被压出并流入流体通道50，并且以预定量流出的流体L从流体端口52进入三通阀16内部并且经过连接通道56和第一端口58。
在三通阀16中，第三端口62的电磁阀62a打开，并且允许流体L从第一端口58流动，于是流体L被供应至涂层液体分配器并且排出(分配)在半导体上。更具体地，关于填充腔室42中的间接介质M，由于被隔膜40按压而从泵腔室44排出的流体L的流量与位移体74的位移量成正比，因此，响应于泵14的位移体74的位移量，应用设备12能够以稳定的方式接收流体L的恒值排出量。
在泵系统10中，位移体74被推进至预定的位置，该位置环状体72的远端与弹簧引导76的近端靠近或者接触。如图5所示，当位移体74在远端方向上产生位移，间接介质M的压力为：在压力超过时刻t3的最大压力后，压力在时刻t3至时刻t4的间隔内回落，此后平缓的振动或者波动，并且在时刻t5过渡至稳定状态。然后，在从时刻t5到时刻t6的稳定状态期间内，伴随波纹管构件82的压缩，检测值呈现逐渐上升的趋势。
随着流体L的排出(在图5中的t6时刻后)，泵系统10从控制器18输出控制信号S，以使得旋转驱动源30的驱动轴64反向旋转，并且位移体74在近端方向被拉回。因此，波纹管构件82经受膨胀，并且在时刻t7，间接介质M获得最大负压(最低压力)，并且沿近端方向(箭头A的方向)流动。
位移体74在相对短的一段时间内被拉回，并且通过间接介质M响应于波纹管构件82的膨胀在近端方向的流动，如图3所示，隔膜40再一次在近端方向上凹陷。因此，在泵腔室44中产生负压，流体L从三通阀16的第二端口60流入第一端口58，并且下一数量的流体L被吸入泵腔室44。此外，通过位移体74基于驱动轴64的旋转恢复至初始状态(初始位置)，该系列运行结束。通过重复上述运行，泵系统10连续的喷射或者排出定量的流体L，用于每个运行系列。
此外，在根据本实施例的泵系统10中，间接介质M的压力通过压力传感器32被检测，并且检测到的检测值通过控制器18分析和监控，从而泵14(并且尤其是隔膜40)的状态被适当的确定。作为用于通过控制器18检测隔膜40异常的方法，例如，该方法可以大致被分成以下技术(A)至(C)。
(A)将检测值与阈值进行比较；
(B)确定检测值的压力波形；和
(C)确定检测值的响应延迟。
以下，将更加详细描述通过控制器18执行的各种判断方法。
(A)将检测值与阈值进行比较；
[A-l.比较阈值与将稳定状态周期内检测值的最大值]
在用于隔膜40的异常检测方法中，如图6所示，控制器18通过将上述稳定状态周期(从时刻t5至时刻t6)内施加到间接介质M的检测值的最大值(最大压力)与阈值th1进行比较，以确定隔膜40的异常。阈值thl是根据隔膜40的性能设定的值，并且预先被保留(存储)在控制器18(存储单元)中。并且，在检测值的最大值超过阈值thl情况下，确定隔膜40的状态为正常，反之如果检测值的最大值没有超过阈值thl，则确定隔膜40的状态为异常。换言之，在隔膜40已经发生劣化或者损害的情况下，通过间接介质M施加于隔膜40的压力被减弱。特别地，在稳定状态周期内，检测值的最大值与泵的运行在常规时刻重复地执行时是基本上相同的数值。因此，通过设定阈值thl，并且监控检测值的最大值相对于阈值thl的减小，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[A-2.比较阈值和上升期间检测值的最大值]
控制器18可以预先保留阈值th2，用于和上述上升时刻(时刻t3)施加于间接介质M上的压力的最大值进行比较，并且可以被构造成将检测值的最大值与阈值th2进行比较。例如，在检测值的最大值超过阈值th2的情况下，确定隔膜40为正常，反之如果检测值的最大值没有超过阈值th2，则确定隔膜40为异常。同样利用这个方法，由于间接介质M的压力在上升时刻由于隔膜40的异常运行而改变，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[A-3.比较阈值和稳定状态周期内检测值的平均值]
控制器18可以预先保留阈值th3，用于和上述稳定状态周期内(时刻t5至时刻t6)施加于间接介质M上的压力的平均值(平均压力)进行比较，并且可以被构造成将检测值的平均值与阈值th3进行比较。例如，在检测值的平均值超过阈值th3的情况下，确定隔膜40为正常，反之如果检测值的平均值没有超过阈值th3，则确定隔膜40为异常。
换言之，在隔膜40已经发生劣化或者损害的情况下，通过间接介质M施加于隔膜40的压力被总体减弱。因此，通过监控检测值的平均值相对于阈值th3的减小，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[A-4.比较阈值和稳定状态周期内检测值的最小值]
控制器18可以预先保留阈值th4，用于和在上述稳定状态周期(时刻t5至时刻t6)施加于间接介质M上的压力的最小值(最小压力)进行比较，并且可以被构造成将检测值的最小值与阈值th4进行比较。例如，在检测值的最小值超过阈值th4的情况下，确定隔膜40为正常，反之如果检测值的最小值没有超过阈值th4，则确定隔膜40为异常。因此，通过监控检测值的最小值相对于阈值th4的减小，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[A-5.比较阈值和下降期间检测值的最小值]
控制器18可以预先保留阈值th5，用于比较当间接介质M沿近端方向流动时的压力在下降时刻(时刻t7)施加于间接介质M上的压力的最小值，并且可以被构造成将阈值th5与检测值的最小值进行比较。例如，在检测值的最小值小于阈值th5的情况下，确定隔膜40为正常，反之如果检测值的最小值不小于阈值th5，则确定隔膜40为异常。因此，通过相对于阈值th5监控检测值的最小值，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
(B)确定检测值的压力波形
[B-l.确定检测值的和的总体波形]
此外，在用于隔膜40的异常检测方法中，如图7所示，可以设置一种构造，其中控制器18通过监控泵14稳定地排出流体L的稳定排出运行过程中(从时刻t5至时刻t6)的检测值的总和来确定隔膜40的异常。换句话说，通过判断由间接介质M施加的总压力，能够更加精确地确定隔膜40的异常。作为图7所示的压力波形区域(积分值)，能够容易地计算检测值的总和。在这种情况下，控制器18预先保留未图示的总和阈值，用于与检测值的总和进行比较，并且将检测值的总和与总和阀值进行比较。并且，例如，在检测值的总和超过总和阈值的情况下，确定隔膜40为正常，反之如果检测值的总和没有超过总和阈值，则确定隔膜40为异常。同样在这种情况下，因为间接介质M的压力由于隔膜40的异常运行而总体改变，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[B-2.确定波形的上升斜率]
控制器18可以具有这样的构造，其中通过监控间接介质M的压力在上升时间周期(从时刻t2至时刻t3)内的上升斜率(角度)来确定隔膜的异常。可以通过从时刻t2至时刻t3的时间周期和时刻t3的压力值容易地计算出上升斜率。控制器18预先保留一个用于与该上升斜率进行比较的第一角度阈值(阈值th6)，并将检测到的上升斜率与第一角度阈值进行比较。进一步，例如，在上升斜率大于第一角度阈值的情况下，确定隔膜40为正常，反之，如果上升斜率小于第一角度阈值，确定隔膜40为异常。同样在这种情况下，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[B-3.确定波形的下降斜率]
控制器18可以具有这样的构造：其中隔膜40的异常通过监控间接介质M的压力在下降时间周期内(时刻t6至时刻t7)的下降斜率(角度)来确定。可以通过从时刻t6至时刻t7的时间周期和时刻t6、t7的压力值容易地计算出下降斜率。控制器18预先保留用于比较该下降斜率的第二角度阀值(阈值th7)，并且将检测到的下降斜率与第二角度阈值进行比较。进一步，例如，在下降斜率大于第二角度阈值的情况下，确定隔膜40为正常，反之，如果下降斜率小于第二角度阈值，确定隔膜40为异常。同样在这种情况下，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
[B-4.确定稳定状态周期内的检测值的斜率]
控制器18可以具有这样的构造：其中隔膜40的异常通过监控间接介质M在稳定状态周期内的压力的逐渐上升(以下称为稳定状态斜率)来确定。控制器18预先保留用于比较稳定状态斜率的第三角度阈值(阈值th8)，并且将检测到的稳定状态斜率与第三角度阈值进行比较。进一步，例如，在稳定状态斜率大于第三角度阈值的情况下，确定隔膜40正常，反之如果稳定状态斜率小于第三角度阈值，确定隔膜40为异常。同样在这种情况下，能够适宜地检测到隔膜40的异常。
(C)确定检测值的响应延迟
[C-1.确定旋转驱动源30的运行和间接介质M的压力上升之间的时间延迟]
回到图5，控制器18可以构造为其中隔膜40的异常通过计算旋转驱动源30的运行被启动的时刻t1和间接介质M的压力开始上升的时刻t2之间时间延迟来确定。更具体地，在隔膜40已经发生劣化或者损害的情况下，即使间接介质M发生流动，压力的变化的响应也被认为是缓慢的。在这种情况下，控制器18预先保留用于与上升时间比较的时间周期阀值(未示出)，并且将该阀值与检测到的时间延迟(从时刻t1至时刻t2)进行比较，进一步，例如，在上升时刻延迟的时间周期小于时间周期阀值的情况下，确定隔膜40正常，反之如果上升时刻延迟的时间周期大于时间周期阀值，确定隔膜40为异常。同样在这种情况下，能够适宜地检测到隔膜40的异常。此外，基于压力时刻延迟的确定并不局限于压力上升，也可以根据压力下降的时刻来确定。
[C-2.确定从上升到稳定状态周期间接介质M的压力过渡中的延迟]
控制器18可以构造为其中隔膜40的异常通过计算从间接介质M被施加压力的时刻t3至过渡到稳定状态周期的时刻t5之间的过渡时间来确定。更具体地，在隔膜40发生劣化等情况下，可以认为用于过渡到稳定状态的时间周期从正常状态产生变化(变得更长或者更短)。因此，控制器18预先保留用于比较该过渡时间的时间周期阈值(未示出)，并且通过将该阈值与检测到的过渡时间进行比较，能够检测隔膜40的异常。
此外，控制器18不需要仅仅执行一种上述检测隔膜40异常的方法，可以结合多个不同的方法使用。因此，能够具有更高精确性地检测到隔膜40的异常。此外，控制器18可以重复地执行从泵的14多个排出活动，可以获得多次的检测值的压力波形，并且可以使用多个压力波形确定隔膜40的异常。因此，能够具有更高精确性地检测到隔膜40的异常。
此外，泵系统10还可以包括检测从泵头28排出的流体L的流量的流量计，并且可以被构造成，除上述方法之外，通过考虑流体L的流量变化确定泵14(隔膜40)的异常。更进一步，虽然根据本实施例，使用向上/向下波动的检测值的中间值来确定隔膜40的异常，控制器18也可以基于向上/向下波动的波峰的峰值或者波谷的深度来确定隔膜40的异常。
如上所述，通过采用上述方法，泵系统10能够在早期状态基于由压力传感器32检测到的检测值确定隔膜40的异常。例如，控制器18根据图8所示的流程图实现泵14的异常检测。
在泵系统10的运行启动后，控制器18接收从压力传感器32传输的检测信号P(步骤S1：压力检测步骤)。此外，控制器18对获取的检测信号P执行适当的处理，计算代表间接介质M的压力的检测值(压力波形)，并且临时存储检测值(步骤S2)。在计算时，通过执行对应于所采用的用于泵14的异常检测方法的处理获得检测值。此后，处理负载被减少。
此外，控制器18通过上述用于泵14的异常检测方法，根据计算的检测值确定隔膜40的异常(步骤S3：确定处理步骤)。如果隔膜40被确定为正常，泵14继续运行(步骤S4)，并且异常检测处理结束。此外，在经过预定时间周期后，再次从最开始重复该处理。另一方面，如果确定隔膜40存在异常，在步骤S5，运行通知单元20，并且发出通知以指示泵14存在异常。因此，应用设备12的操作者就有可能适宜地识别泵14的异常。此外，关于确定异常出现后的处理，除了通知单元20的通知(或者代替通知单元20的通知)，可以实现诸如暂停旋转驱动源30的驱动，暂停三通阀16的运行，或者暂停应用设备12的运行等处理。
根据如上所述的泵系统10，通过提供检测间接介质M的压力的压力传感器32，以及根据检测值确定隔膜40异常的控制器18，能够容易地并且迅速地确认隔膜40的异常。更具体地，由于在填充腔室42内的间接介质M的压力直接地影响隔膜的变形，通过处理器18监控这种压力，能够迅速发现隔膜40的异常。因此，例如，能够在早期阶段实现泵14的维护或者替换，并且能够适宜地抑制可能发生在应用设备12上的泵14的异常(流体L的排出速率的变化、间接介质M的渗漏等)。
此外，在泵系统10中，也在泵14的使用过程中流体L变空的情况下，由于间接介质M的压力波形有变化，能够通过压力传感器32以及控制器18确认流体L的状态。此外，如果存在由旋转驱动源30或者电磁阀60a、62a导致流体L的流速发生变化，由于间接介质M的波形也会经历变化，除了隔膜40的异常，泵系统10也能够检测旋转驱动源30或者电磁阀60a、62a的异常。
另外，在泵系统10中，通过将压力传感器32的检测器32a插入并固定在填充端口88，能够容易地封闭并且密封填充腔室42，并且能够可靠地检测到填充腔室42的压力。此外，因为没有必要将压力传感器32独立地布置在本体22等上，能够简化泵系统的结构。
如上所述，虽然公开了本发明的优选实施例，本发明并不局限于该实施例。显然地，可以采用不偏离本发明的基本的要旨范围内的各种的变型，例如控制器18不必一定预先保留或存储用于检测异常的阈值，这些阈值可以使用压力波形在正常运行的时刻来设定。此外，控制器18可以通过选取各个预定的周期的压力波形并且比较其变化程度来确定隔膜40存在异常。

Claims (16)

1.一种泵系统(10)，其特征在于，包括：
本体(22)，所述本体(22)具有泵腔室(44)，流体能够流入所述泵腔室(44)和从所述泵腔室(44)流出；
位移体(74)，所述位移体(74)被构造成能够在所述本体(22)的内部沿着所述本体(22)的轴线方向位移；
连接构件(82)，所述连接构件(82)置于所述位移体(74)和所述本体(22)之间；
间接介质(M)，所述间接介质(M)由不可压缩流体形成，并且设置在所述本体(22)的内部的填充腔室(42)由所述间接介质(M)填充；
隔膜(40)，所述隔膜(40)在所述本体(22)的内部布置在所述填充腔室(42)和所述泵腔室(44)之间，并且被构造成在所述间接介质(M)的流动作用下，使得所述流体流入和流出所述泵腔室(44)；
所述泵系统(10)进一步包括：
压力检测器(32)，所述压力检测器(32)被构造成检测所述填充腔室(42)中的所述间接介质(M)的压力；和
判断处理器(18)，所述判断处理器(18)被构造成获取由所述压力检测器(32)检测的检测值并且仅使用所述检测值作为检测信息而确定所述隔膜(40)的异常；
其中，所述填充腔室(42)至少由所述连接构件(82)的内表面和所述隔膜(40)的一个表面围绕，并且所述填充腔室(42)将所述间接介质(M)液体密封，
所述本体(22)包括填充端口(88)，所述填充端口(88)与所述填充腔室(42)连通，所述填充腔室(42)通过所述填充端口(88)被所述间接介质(M)填充；
所述压力检测器(32)包括检测器(32a)，所述检测器(32a)被插入并固定在所述填充端口(88)，并且封闭所述填充端口(88)；并且
所述填充端口(88)和所述检测器(32a)布置在靠近所述隔膜(40)的位置。
2.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述泵系统(10)进一步包括通知单元(20)，所述通知单元(20)被构造成，在所述判断处理器(18)确定所述隔膜(40)存在异常的情况下，通知异常的出现。
3.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中：
所述泵系统(10)进一步包括电磁阀(60a，62a)，所述电磁阀(60a，62a)被构造成将所述流体供应至所述泵腔室(44)或者从所述泵腔室(44)排出所述流体；并且
在确定所述隔膜(40)存在异常的情况下，所述判断处理器(18)暂停所述电磁阀(60a，62a)的运行。
4.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中：
所述泵系统(10)进一步包括在所述本体(22)的端部上的驱动单元(30)，所述驱动单元(30)被构造成在所述驱动单元(30)通电时使所述位移体(74)沿着所述轴线方向位移；并且
在确定所述隔膜(40)存在异常的情况下，所述判断处理器(18)暂停所述驱动单元(30)的通电。
5.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中：
所述泵系统(10)布置在设备(12)上，所述设备(12)接收从所述泵腔室(44)流出的流体；并且
所述判断处理器(18)连接至所述设备(12)的控制单元(90)或者相对于所述控制单元(90)安置，并且在确定所述隔膜(40)存在异常的情况下，暂停所述设备(12)的运行。
6.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过将所述检测值的压力波形中的稳定状态周期内的最大压力与阈值进行比较，确定所述隔膜(40)的异常。
7.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过将所述检测值的压力波形中的稳定状态周期内的平均压力与阈值进行比较，确定所述隔膜(40)的异常。
8.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过将所述检测值的压力波形中的稳定状态周期内的最小压力与阈值进行比较，确定所述隔膜(40)的异常。
9.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过将所述检测值的压力波形中的压力上升期间内的最大压力与阈值进行比较，确定所述隔膜(40)的异常。
10.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过计算所述检测值在预定周期内的总和并且将所述总和与总和阈值进行比较，确定所述隔膜(40)的异常。
11.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过将所述检测值的压力波形的斜率与角度阈值进行比较，确定所述隔膜(40)的异常。
12.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过检测所述检测值的压力波形中的压力上升或下降的时间延迟，确定所述隔膜(40)的异常。
13.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过检测所述检测值的压力波形中过渡至稳定状态的时间延迟，确定所述隔膜(40)的异常。
14.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过执行多个不同类型的判断，确定所述隔膜(40)的异常。
15.如权利要求1所述的泵系统(10)，其特征在于，其中，所述判断处理器(18)通过利用所述检测值的多个压力波形，确定所述隔膜(40)的异常。
16.一种用于泵(14)的泵异常检测方法，其特征在于，其中，所述泵(14)包括：
本体(22)，所述本体(22)具有泵腔室(44)，流体能够流入所述泵腔室(44)和从所述泵腔室(44)流出；
位移体(74)，所述位移体(74)被构造成能够在所述本体(22)的内部沿着所述本体(22)的轴线方向位移；
连接构件(82)，所述连接构件(82)置于所述位移体(74)和所述本体(22)之间；
间接介质(M)，所述间接介质(M)由不可压缩流体形成，并且设置在所述本体(22)的内部的填充腔室(42)由所述间接介质(M)填充；
隔膜(40)，所述隔膜(40)在所述本体(22)的内部布置在所述填充腔室(42)和所述泵腔室(44)之间，并且被构造成在所述间接介质(M)的流动作用下，使得所述流体流入和流出所述泵腔室(44)；
所述泵异常检测方法包括如下步骤：
利用压力检测器(32)，检测所述填充腔室(42)内的所述间接介质(M)的压力；和
利用判断处理器(18)，获取由所述压力检测器(32)检测的检测值并且仅使用所述检测值作为检测信息而确定所述隔膜(40)的异常；
其中，所述填充腔室(42)至少由所述连接构件(82)的内表面和所述隔膜(40)的一个表面围绕，并且所述填充腔室(42)将所述间接介质(M)液体密封，
所述本体(22)包括填充端口(88)，所述填充端口(88)与所述填充腔室(42)连通，所述填充腔室(42)通过所述填充端口(88)被所述间接介质(M)填充；
所述压力检测器(32)包括检测器(32a)，所述检测器(32a)被插入并固定在所述填充端口(88)，并且封闭所述填充端口(88)；并且
所述填充端口(88)和所述检测器(32a)布置在靠近所述隔膜(40)的位置。
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