CN118159738A - 用于控制流体系统中的正压和负压或流量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制流体系统(110)中的压力或流量的装置。装置(100)包括：主入口/主出口(120)；单向泵送设备(130)，被配置为将气体从泵送设备(130)的入口(133)泵送至泵送设备(130)的出口(134)；阀阵列(140)；以及控制单元(160)；其中，控制单元(160)被配置为将阀阵列(140)设定为至少两种状态，至少两种状态包括：第一状态，其中，第一气体源(170)流体地连接至泵送设备(130)的入口(133)，并且泵送设备(130)的出口(134)流体地连接至主入口/主出口(120)；以及第二状态，其中，主入口/主出口(120)流体地连接至泵送设备(130)的入口(133)，并且泵送设备(130)的出口(134)流体地连接至第二气体源(180)。

Description

用于控制流体系统中的正压和负压或流量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制流体系统中的压力或流量的装置。本发明还涉及一种用于控制流体系统中的压力的方法、以及一种用于控制流体系统中的流体的流速的方法。更具体地，本发明提出一种装置，该装置能够以高于或低于大气压力的压力水平控制储存器或流体系统中的压力或流量，或者以优于现有技术的性能、成本和简单性控制双向流动。
背景技术
在各种技术领域中，调节压力源(regulated pressure source)是强烈且日益增长的需求。特别地，它们可以用于控制储存器或通道中的压力，或者用于控制流体系统中的流速。若干类型的系统(诸如，基于微流体的系统或生物医学系统)需要高效的压力源并且避免通常由注射泵或蠕动泵产生的脉冲。在许多应用中，能够将正压和负压(例如，相对于大气)两者施加至同一出口是有用的。
标准调节压力源通常包括外部压力源，因此相当庞大。这种外部压力源可以是建筑物中的加压空气管线、外部活塞泵或加压空气瓶；然而，它们需要专门的固定设备，并且它们不是便携式的。具有足以驱动标准压力源的功率的泵需要通常超过10W的高功耗，相当嘈杂，并且可能引起振动。此外，它们必须连续操作，这增加了滋扰和功耗。由于流体从入口至出口的连续流动，这些压力源还具有高的气体消耗。高气体消耗需要外部压力源来递送相对高流量的气体，并且因此需要高的泵送功率。
标准调节压力源的控制是另一个挑战。一些压力源采用比例阀，这些比例阀在全封闭件附近难以精确地控制。为了保证稳定的性能，这些比例阀应该远离接近全封闭件的运行状态而运行，这导致了相对高的气体消耗。而且，为了控制正压和负压(例如，相对于大气)，现有技术是使用两个泵，一个泵产生正压并且另一泵产生真空(即，负压)。然后，泵与空气储存器和压力调节器耦接，以便实现稳定性和所需的压力。本领域中已知的这类压力调节器可以是被动型的(passive type)(例如使用膜，诸如由出售的一系列调节器并且尤其是调节器R119)，或者是主动型的(诸如，由Fluigent出售的MFCS-ez)。在这种系统中，泵没有被调节，并且通常总是以其标称功率运行，而与系统的输出压力无关。压力调节器控制阀开度，并且输出压力取决于由泵产生的最大工作负荷和压力调节器的阀开度。因此，这种系统中的总效率较低，因为恒定的空气流在泵的两个入口流动路径之间通过系统。而且，采用两个泵使得装置(set-up)的尺寸相当大，并且由于泵大部分时间都以其标称速度工作，所产生的噪声是令人烦扰的。
为控制信号提供合理的响应时间是另一问题。通常，允许气体泄漏减少响应时间，但代价是降低可实现的最大压力和气体流速。
文件US7972561涉及一种压力监测系统，该压力监测系统包括被配置为连接在至少一个微通道的一端的腔室、与腔室流体连通的入口回路以及与所述入口回路分离并与腔室流体连通的出口回路。入口回路和出口回路中的至少一个包括逐渐可控的阀，以便控制入口回路和出口回路中的流速，从而改变微通道的所述端部处的压力。
文件WO2018184971涉及一种微流体设备，该微流体设备包括向微通道供应第一流体的罐，和回路，在该回路中能够在不与微通道接触的情况下建立第二流体的流动。回路穿过罐或通过管道连接至罐。回路包括与比例阀并联安装的开/关阀。比例阀和开/关阀是可控的，以便通过第二流体改变在罐中施加至第一流体的压力。
文件GB2569417涉及一种微流体驱动系统，该微流体驱动系统包括谐振压电气泵和压电致动器，该谐振压电气泵包括由腔壁限定的基本上圆柱形的腔体，该腔体具有入口和出口孔，该压电致动器被布置为产生腔壁的振荡运动以驱动入口与出口之间的气体。驱动电路被布置为在压电致动器上施加电压波形，使得腔体的振荡具有至少500Hz的频率。此外，微流体通道被布置为与泵的入口或出口流体连通，使得在使用中，变化的气体压力提供驱动力以使液体移动通过微流体通道。
上述文件没有解决上述挑战，也不能使调节压力源适用于许多应用。特别地，与所使用的外部参考压力(例如，大气压力)相比，上述文件仅能够提供在一个单一方向上改变的压力。
因此，需要一种具有快速响应、没有脉冲、小的便携式尺寸以及实现正压和负压两者的能力的压力或流量控制装置和方法。
发明内容
本发明涉及一种用于控制流体系统中的压力或流量的装置，装置包括：
主入口/主出口，其被配置为流体地连接至流体系统或流体地连接至与流体系统连接的流体储存器；
单向泵送设备，其被配置为将气体从泵送设备的入口泵送至泵送设备的出口；
阀阵列；以及
控制单元，其被配置为控制阀阵列和泵送设备；
其中，控制单元被配置为将阀阵列设定为至少两种状态，至少两种状态包括：
第一状态，其中，第一气体源流体地连接至泵送设备的入口，并且泵送设备的出口流体地连接至主入口/主出口；以及
第二状态，其中，主入口/主出口流体地连接至泵送设备的入口，并且泵送设备的出口流体地连接至第二气体源。
在一些实施方式中，在第一状态下，泵送设备的出口进一步流体地连接至第二气体源；和/或在第二状态下，泵送设备的入口进一步流体地连接至第一气体源。
在一些实施方式中，第一气体源和第二气体源是公共气体源，优选地是大气。
在一些实施方式中，阀阵列包括：
第一阀，其被配置为布置在第一气体源与泵送设备的入口之间；
第二阀，其被配置为布置在泵送设备的入口与主入口/主出口之间；
第三阀，其被配置为布置在泵送设备的出口与主入口/主出口之间；
第四阀，其被配置为布置在泵送设备的出口与第二气体源之间；
并且其中，第一阀、第二阀、第三阀和第四阀是双向阀。
在一些实施方式中，四个双向阀中的至少一个是开关阀。
在一些实施方式中，四个双向阀中的至少一个是连续可控阀，优选地，至少第一阀和第四阀是连续可控阀。
在一些实施方式中，阀阵列包括第一阀和第二阀，第一阀和第二阀均为三通两位阀，三通两位阀包括公共端口和两个可切换端口，并且
第一阀的公共端口被配置为流体地连接至泵送设备的入口；
第一阀的两个可切换端口被配置为流体地连接至第一气体源和主入口/主出口；
第二阀的公共端口被配置为流体地连接至泵送设备的出口；并且
第二阀的两个可切换端口被配置为流体地连接至第二气体源和主入口/主出口。
在一些实施方式中，阀阵列包括一个四通二位阀。
在一些实施方式中，装置还包括连续可控阀，该连续可控阀被配置为布置在主入口/主出口与第三气体源之间，优选地，第三气体源、第一气体源和/或第二气体源是公共气体源，仍优选地，连续可控阀被配置为由控制单元控制。
在一些实施方式中，泵送设备包括一个或多个压电泵和/或一个或多个活塞泵和/或一个或多个蠕动泵和/或一个或多个涡轮泵，优选地，泵送设备包括单个压电泵、单个活塞泵、单个蠕动泵或单个涡轮泵。
在一些实施方式中，控制单元被进一步配置为控制由泵送设备递送的流量和/或压力。
在一些实施方式中，装置是用于控制流体系统中的液体的流动的压力的装置。
本发明还涉及一种组件，该组件包括上述装置和流体系统，该流体系统流体地连接至装置的主入口/主出口；或者该组件包括上述装置、流体的储存器和流体系统，储存器流体地连接至装置的主入口/主出口，并且流体系统流体地连接至储存器。
本发明还涉及一种用于控制流体系统中(特别是液体)的压力或流量的方法，其中，所述流体系统流体地连接至上述装置的主入口/主出口，该方法包括调节所述泵送设备和所述阀阵列中的一个或多个。
在一些实施方式中，该方法包括步骤：同时使气体从第一气体源流过泵送设备到达主入口/主出口和第二气体源两者；或同时使气体从第一气体源和主入口/主出口两者流过泵送设备到达第二气体源。
本发明还涉及一种非暂时性计算机可读存储介质，具有存储在其上的指令，指令当被执行时使至少一个控制单元设备执行上述方法。
本发明的实施方式使得可以解决上述需求。特别地，一个或多个实施方式提供一种装置，该装置使得可以通过在与流体系统的接口处提供压力(取决于用户的选择，正压或负压)来有效地控制流体系统中的(优选地，液体的)压力或流量。此外，一个或多个实施方式提供一种用于控制流体地连接至装置的主出口的流体系统中的压力的方法。进一步，实施方式提供一种用于控制流体系统中的流体的流速的方法，其中，流体系统或者直接流体地连接至装置的主出口，或者流体地连接至与装置的主出口流体地连接的储存器。
更特别地，本发明的装置被配置为连接至第一气体源和第二气体源并且连接至流体系统或连接至与流体系统连接的流体储存器。装置包括阀阵列和泵送设备以及控制阀阵列的控制单元。泵送设备和阀阵列的组合使得可以控制主入口/主出口处的压力和/或流速。该组合允许以理想的气体消耗、功率消耗和噪声水平进行快速响应。
附图说明
图1A-图1B示出根据本发明的一个实施方式的装置的示意图，该装置包括泵和阀阵列，该阀阵列包括四个双向阀。
图2A-图2B示出根据本发明的一个实施方式的装置的示意图，该装置包括泵和阀阵列，该阀阵列包括两个三通两位阀。
图3示出根据本发明的一个实施方式的装置的示意图，该装置包括泵和阀阵列，该阀阵列包括两个三通两位阀并且还包括额外的阀。
图4A-图4B示出根据本发明的一个实施方式的装置的示意图，该装置包括泵和阀阵列，该阀阵列包括一个四通两位阀。
图5A-图5C示出根据本发明的一个实施方式的装置的示意图，该装置包括两个泵和阀阵列，该阀阵列包括两个双向阀。
图6示出包括驱动系统的装置的实施方式的示意图。
图7示出图5A-图5C的实施方式的压力响应的实例，具有主动泵操作A和被动泵操作B，其响应于作为目标压力的方波输入C。装置的主入口/主出口处的压力可以在Y轴上读取，并且时间(以s计)可以在X轴上读取。
图8示出图1A-图1B的实施方式的压力响应A，响应于作为目标压力的输入B的实例。装置的主入口/主出口处的压力可以在Y轴上读取，并且时间(以s计)可以在X轴上读取。
图9示出图1A的实施方式的压力稳定性A与图5C的实施方式的压力稳定性B响应于作为输入目标的恒定压力的比较。装置的主入口/主出口处的压力可以在Y轴上读取，并且时间(以s计)可以在X轴上读取。
图10示出与图9中的压力响应B相关的泵功率命令的实例，包括负泵(即，提供负压的泵)的功率命令A和正泵(即，提供正压的泵)的功率命令B。功率命令可以在Y轴上读取，并且时间(以s计)可以在X轴上读取。
图11示出与图9中的压力响应A相关的泵功率命令的实例。泵的功率命令可以在Y轴上读取，并且时间(以s计)可以在X轴上读取。
图12示出图1A-图1B的实施方式的压力响应A和图5A-图5C的实施方式的压力响应B对正弦波形C命令的实例。时间(以s计)表示在X轴上。压力(以mbar计)表示在Y轴上。
具体实施方式
现在将更详细地描述本发明的实施方式，而不限于以下描述。
用于控制正压和负压或流量的装置(全桥配置)
本发明的一个或多个实施方式涉及如图1A-图1B和图2A-图2B所描绘的用于控制流体系统110中的正压和负压或流量的装置100。“流体系统”是指与施加关于一种或多种流体的一项或多项任务相关联的一个或多个仪器的组合。“仪器”是指一种集成设备，该集成设备能够执行至少一项功能，而无需添加除操作环境中可用部件之外的其他部件，例如能源或耗材。在实例中，装置100可以被配置为通过控制流体系统中的(例如，对应的)流速来控制所述流体系统(在特定位置处)的压力。可替代地或另外地，装置100可以被配置为通过控制流体系统(例如，对应位置)处的压力来控制所述流体系统中的流速。在特别相关的实例中，流体系统110中的流体中的至少一种是液体。在这种特别相关的实例中，装置100可以被配置为控制流体系统110的液体流的相应流速。“控制流量(controlling flow)”是指控制流速。
流体系统可以包括至少一个通道，但任选地包括其他部件。流体系统可以包括在其性质和/或功能上是流体的部件。流体系统可以涉及不同级别的集成。例如，它们可以被限制为集成一个或若干个功能的单个流体芯片或部件。本发明中使用的流体系统还可以包括其他类型的元件和部件，其中一些元件和部件在本文明确描述，诸如泵、阀、传感器、致动器、检测器和本领域中已知的许多其他元件和部件，这些都包含在本发明的范围内。特别地，流体系统还可以是完整的仪器，并且包括例如支架、壳体、电源、控制软件和硬件、通信装置、存储装置、操纵装置、人机接口中的任何一个。
在特别相关的实例中，所述流体系统可以形成用于分析样品的系统或者是用于分析样品的系统的一部分。例如，样品可以是生物样品。流体系统可以形成执行分析(诸如例如诊断)的生物医学系统者或是被配置为执行分析(诸如例如诊断)的生物医学系统的一部分。在实例中，流体系统可以是芯片实验室(lab-on-chip)装置。在实例中，所述流体系统可以形成测量仪器(例如，用于诊断)和/或用于系统的化学分析的仪器或者是测量仪器(例如，用于诊断)和/或用于系统的化学分析的仪器的一部分。
流体系统可以值得注意地是微流体、毫流体或纳米流体系统或其任意组合。“毫流体系统”是指最小通道尺寸为1mm-10mm量级的流体系统。“微流体系统”是指最小通道尺寸为1至小于1000μm量级的流体系统。“纳米流体系统”是指最小通道尺寸为小于1μm量级的流体系统。
“流体芯片”或等效地“芯片”或等效地“流体部件”是指包括至少一个通道或通道的至少一个组合的对象。通道或通道的组合至少部分地嵌入在矩阵中。流体芯片或设备可以是微流体芯片或设备，即包括至少一个微通道(具有1μm至小于1000μm量级的最小尺寸的通道)。流体芯片或设备可以是毫流体芯片或设备，即包括至少一个毫通道(具有1mm-10mm量级的最小尺寸的通道)。流体芯片或设备可以是纳米流体芯片或设备，即包括至少一个纳米通道(具有小于1μm的最小尺寸的通道)。流体芯片或设备可以包括毫通道、纳米通道或微通道的任何组合。
装置100包括主入口/主出口120，该主入口/主出口被配置为连接至流体系统或连接至与所述流体系统相连的流体储存器。主入口/主出口120可以允许气体流在向内和向外的方向上流动，这取决于跨所述主入口/主出口120的压力差。
装置100进一步包括单向泵送设备130和阀阵列140，单向泵送设备130被配置为将气体从泵送设备的入口133泵送至泵送设备的出口134。单向泵送设备130可以是仅用作正压供应或仅用作负压供应的基于止回阀的泵，从而在入口与出口之间产生压差。“阀阵列”是指装置中的一个或多个阀的阵列。阀阵列140可以形成围绕泵送设备130的桥接配置。桥接配置可以使得能够在主入口/主出口120处供应正压和负压(例如，相对于大气压力，或更一般地相对于压力源)。一个或多个阀可以是相同类型或不同类型。泵送设备130和阀阵列140的一个或多个阀可以通过一个或多个连接设备彼此流体地连接并且流体地连接至主入口/主出口。一个或多个连接设备中的每个可以包括管道。管道的尺寸和材料可以根据众所周知的实践和/或标准来选择。每个管道可以是线性的或分支的。可替代地，“连接设备”也可以是指没有任何中间管道的直接连接件。例如，任何泵可以直接连接至任何阀。
A“流体连接”至B是指气体可以在A与B之间流动，即，A和B之间的流体路径不是完全闭合的。
装置还包括被配置为控制阀阵列140的控制单元160。控制阀阵列140是指控制单元160控制阀阵列140中的一个或多个阀中的每一个的孔。
这种设置在下文中被称为全桥配置。在这种设置中可以使用不同的阀模型，例如双态阀(bimodal valve)、比例阀、三通两位(3/2)阀或三通三位(3/3)阀，这些阀具有将两个单一阀组合成一个的优点。
在图1A-图1B所示的全桥配置的一些实施方式中，阀阵列140包括四个双向阀141、142、143、144。第一阀141被配置为布置在第一气体源170与泵送设备130的入口133之间。第二阀142被配置为布置在泵送设备的入口133与主入口/主出口120之间。第三阀143被配置为布置在泵送设备的出口134与主入口/主出口120之间，并且第四阀144被配置为布置在泵送设备的出口134与第二气体源180之间。“双向阀”是指允许流体在两个相反方向上流过阀(与例如止回阀(check valve)相反)的阀。在实例中，每个阀可以是电磁阀。
因此，连接设备存在于第一阀141与泵送设备130的入口133之间、第二阀142与泵送设备130的入口133之间、泵送设备130的出口134与第三阀143之间、泵送设备130的出口134与第四阀144之间、第二阀142与主入口/主出口120之间、以及第三阀142与主入口/主出口120之间。连接设备还可以存在于第一阀141与第二阀142之间、以及第三阀143与第四阀144之间、或者第二阀142与第三阀143之间。这些连接设备中的一些可以分组为组合式连接设备。例如，公共分支连接设备可以流体连接第一阀141、第二阀142和泵送设备130的入口133；公共分支连接设备可以流体连接第三阀143、第四阀144和泵送设备130的出口134；并且公共分支连接设备可以流体连接第二阀143、第三阀143和主入口/主出口120。
相应的连接设备还可以设置在第一阀141与第一气体源170之间以及第四阀144与第二气体源180之间。可替代地，如果第一气体源170和/或第二气体源180是大气(参见下文)，则可以在没有连接设备的情况下进行，即第一阀141和/或第一阀144可以直接向大气开放。
在实例中，连接设备的体积(即，包含在其中的气体体积)是尽可能低的。这提高了装置的性能，因为其允许(例如，在正压与负压之间)更平滑的转换。在一个或多个连接设备包括管道的实例中，管道长度因此足够小以实现低体积。
在一些优选实施方式中，管道中的总体积小于储存器的体积或至少比储存器的体积小2倍。
为了在储存器或流体系统中增加压力(第一状态，图1A)，第一阀141和第三阀143打开，并且第二阀142关闭。第一阀141和第三阀143可以部分打开或完全打开。第四阀144可以关闭。因此，气体从第一气体源170流到主入口/主出口120，然后流到储存器或流体系统。可替代地，第四阀144可以打开。在这种情况下，优选地，第一阀141的开口大于第四阀144的开口。例如，第一阀141可以完全打开，而第四阀144仅部分打开。在这种情况下，可以通过第四阀144实现到第二气体源180的泄漏。
根据本公开，可以提供泄漏的任何阀可以称为泄漏阀。
为了在储存器或流体系统中产生真空或降低压力(第二状态，图1B)，第二阀142和第四阀144打开，并且第三阀143关闭。第二阀142和第四阀144可以部分打开或完全打开。第一阀141可以关闭。因此，气体从主入口/主出口120(并且因此从储存器或流体系统)流到第二气体源180。可替代地，第一阀141可以打开。在这种情况下，优选地，第四阀144的开口大于第一阀141的开口。例如，第四阀143可以完全打开，而第一阀141仅部分打开。在这种情况下，可以通过第一阀141实现到第一气体源170的泄漏。
在第一状态(或加压)和第二状态(或减压)的任一个中，装置使得能够精确控制连接至流体系统的主入口/主出口处的压力，从而使得能够控制流体系统中的流量，例如液体流量。
由于泄漏，并且特别是通过或多或少地打开泄漏阀，可以实现流量或压力的小且精确的变化。
当储存器或流体系统减压时(第二状态)，泵送设备130可以是被动或主动的。
在一些实施方式中，泵送设备130总是在第二状态下(并且因此在两种状态下)保持主动，并且可以在正配置与真空配置之间进行切换，以便增加或减小压力。这可以更快，但是这也增加了泵负荷并且在阀切换期间可能产生小的中断。
在其他实施方式中，泵送设备130在第二状态下处于被动模式，并且空气可以穿过泵送设备130，同时其内部止回阀自然打开。
在其他实施方式中，泵送设备130可以在第二状态中处于主动模式或被动模式。这对于可以使用两种不同的“减压速度”的调节是有利的。
上述全桥配置是有利的，因为其能够用相同的装置产生真空和正压。它是稳定的(相对于压力和/或流速变化)并且能够更快地进行减压。
在如图2A-图2B所示的全桥配置的其他实施方式中，阀阵列140包括两个三通两位(即，3/2)阀145、146，每个三通两位阀145、146包括公共端口和两个可切换端口。处于每种功能状态的3/2阀可以将两个可切换端口中的至多一个流体连接至公共端口。第一阀145的公共端口流体连接至泵送设备130的入口133，并且第一阀145的两个可切换端口分别流体连接至第一气体源170和主入口/主出口120。第二阀146的公共端口流体连接至泵送设备130的出口134，并且第二阀146的两个可切换端口流体连接至第二气体源180和主入口/主出口120。此类实施方式提高了可实现的最大压力并且降低了泵送功率。
因此，连接设备存在于第一阀145与泵送设备130的入口133之间、泵送设备130的出口134与第二阀146之间、第一阀145与主入口/主出口120之间、以及第二阀146与主入口/主出口120之间。这些连接设备中的一些可以分组为组合式连接设备。例如，公共分支连接设备可以流体连接第一阀145、第二阀146和主入口/主出口120。
相应的连接设备还可以设置在第一阀145与第一气体源170之间以及第二阀146与第二气体源180之间。可替代地，如果第一气体源170和/或第二气体源180是大气(参见下文)，则可以在没有连接设备的情况下进行，即第一阀145和/或第二阀146可以直接向大气开放。
第一阀145和第二阀146可以是具有两种状态的双态型的，或者更精确地是两种不同的流动路径，并且因此包括有限数量的开口。控制可以通过从完全关闭切换到完全打开或从完全打开切换到完全关闭来实现。这种阀通常被称为开/关阀。
这与图1A-图1B的实施方式形成鲜明对比，其中，优选地，第一阀141、第二阀142、第三阀143和第四阀144是连续可控的(诸如成比例的)，使得它们可以由一系列多个开口来表示。这些也可以被指定为可调阀或可调开口，并且因此可以实现多个(三个或更多个)流动路径。
为了在储存器或流体系统中增加压力(第一状态，图2A)，第一阀145和第二阀146被配置为使得气体从第一气体源170流过泵送设备130，并且流到主入口/主出口120，然后流到储存器或流体系统。
为了在储存器或流体系统中产生真空或降低压力(第二状态，图2B)，第一阀145和第二阀146被配置为使得气体从主入口/主出口120(并且由此从储存器或流体系统)流向第二气体源180。
如以上结合图1A-图1B所描述的，泵送设备130在减压期间可以是主动的或被动的。
在其他实施方式(未示出)中，阀阵列140可以包括如图1A-图1B中所示的双向阀以及如图2A-图2B中所示的至少一个三通两位阀。
例如，在一个变型中，装置类似于图1A-图1B中所示的装置，该装置包括第一阀141和第二阀142，不同之处在于，第三阀143和第四阀144被对应于图2A-图2B中所示的第二阀146的三通两位阀所代替。在该变型中，可以在减压期间(通过打开第一阀141)发生泄漏。
例如，在另一变型中，装置类似于图1A-图1B中所示的装置，该装置包括第三阀143和第四阀144，不同之处在于，第一阀141和第而阀142被对应于图2A-图2B中所示的第一阀145的三通两位阀所代替。在该变型中，可以在加压期间(通过打开第四阀144)发生泄漏。
在如图3中所示的另一实施方式中，装置的阀阵列140(在这种情况下阀阵列包括两个三通两位阀，并且另外与结合图2A-图2B中所描述的装置类似)还包括附加阀158，该附加阀158被配置为布置在主入口/主出口120与第三气体源190之间。附加阀158可以是连续可控阀。
如上所述，“连续可控阀”是指其孔可以在完全打开与完全关闭之间连续控制的阀。连续可控阀被配置为响应于一系列不同的控制信号而采用一系列多个(即，多于2个)打开阀或一系列连续的流阻阀。在实例中，连续可控阀可以是比例阀。在这种比例阀中，多个打开阀的系列是连续的系列。
优选地，第三气体源190、第一气体源和/或第二气体源是公共气体源。附加阀158可以被配置为由控制单元控制。可以提供公共分支连接设备来流体连接第一阀145、第二阀146、附加阀158和主入口/主出口120。
每当附加阀158打开(优选地部分打开)时，提供泄漏。
在如图4A-图4B所示出的另一实施方式中，阀阵列140包括一个四路两位阀148。阀包括多个外部端口，例如如图4A-图4B所示的四个外部端口。连接设备设置在阀与泵送设备130的入口133之间、阀与泵送设备130的出口134之间、阀与主入口/主出口120之间。任选地，连接设备可以设置在阀与第一气体源170和/或第二气体源180之间(除非阀仅具有向大气开放的一个或多个端口)。优选地，第一气体源170和第二气体源180相同，并且阀包括至该公共气体源的单个连接件(或开放端口)。
当阀处于第一位置时(图4A)，气体从第一气体源170流过泵送设备130，并且流向主入口/主出口120，然后流到储存器或流体系统。这是第一状态，其中储存器或流体系统被加压。当阀处于第二位置(图4B)时，气体从主入口/主出口120(并且因此从储存器或流体系统)流过泵送设备130并且流向第二气体源180。这是第二状态，其中储存器或流体系统被减压。
图4A-图4B中所示的配置特别紧凑并且操作简单。另一方面，结合图1A至图3描述的其他实施方式在其他方面是优选的。在以上讨论的实施方式中，关于图1A、图1B和图3的实施方式允许在小步骤的情况下平稳减压并且调节接近大气压力，尤其是当它们包括比例阀时。对阀像开/关阀进行致动需要打开时间，这取决于阀的机械和电气设计。使用比例阀对阀的定时控制的精度不太敏感。使用比例阀在非常低的递减中是更有益的，因为这些阀不会产生太大的压降。比例阀在切换过程中不会由于容积排量而产生不期望的残余压力。另一方面，诸如2/3或3/3阀的开/关阀提供了更加紧凑、简化的使用和更低的成本。
以下陈述适用于以上描述的所有实施方式。
根据一些实施方式，泵送设备130能够在可控制的输出流量和/或压力范围内操作。根据一些实施方式，所述泵送设备130包括一个或多个压电泵。根据一些实施方式，所述泵送设备130包括谐振泵。根据一些其他实施方式，所述泵送设备130可以包括其他类型的泵或其他类型的泵的组合，诸如，涡轮泵、蠕动泵、活塞泵或隔膜泵。在这些不同类型的泵之间的选择可以如本领域中已知的那样进行，以对于每种应用在尺寸、重量、成本、功耗、电源类型(例如，AC或电池)以及装置的给定应用所需的最大压力和流速之间做出最佳折衷。本发明使得可以使用单个泵作为泵送设备130。
根据一些实施方式，泵送设备130可以被配置为经由所述主入口/主出口120将气体从所述第一气体源170泵送至所述流体系统110。在一些优选实施方式中，装置100被配置为增加主出口120和流体系统110处的压力，即加压。在加压期间，气体可以显著地流到主入口/主出口120并进入流体系统110。在加压期间，气体还可以流动，即经由第四阀144“泄漏”到第二气体源180。
根据一些实施方式，泵送设备130可以被配置为经由所述主入口/主出口120将气体从所述流体系统110泵送至所述第一气体源170。在一些优选实施方式中，装置100被配置为减小主入口/主出口120和流体系统110处的压力，即减压。在减压期间，气体可以显著地流动，即经由第四阀141“泄漏”到第一气体源170。
加压和减压可以根据一些其他实施方式进行组合，其中，所述泵送设备130可以被配置为根据从驱动系统接收的信号，将气体从入口105经由主入口/主出口102泵送至所述流体系统110或者从所述流体系统110经由主入口/主出口120泵送至入口105。例如，加压和减压可以根据一些实施方式进行组合以便在装置的主入口/主出口102处提供特定的压力分布。特定的压力可以是恒定压力。
在一些实施方式中，所述第一气体源170、所述第二气体源180和所述(任选的)第三气体源190可以是空气或不同的气体的源。根据一些众所周知的实践和标准，可以使用不同的气体以不将有害气体排放到大气中。每个气体源170、180及190可以是大气或包含气体的容器。
在一些其他实施方式中，所述第一气体源、所述第二气体源和所述第三气体源中的任一个可以包括若干种气体和/或可以包括多个气体容器。根据一些实施方式，第一气体源170、第二气体源180和第三气体源190、或气体源170、180和190之间的任何组合是相同的气体源。在一些优选实施方式中，所述公共气体源是大气。在其他实施方式中，第一气体源和第二气体源可以是气体容器(优选地包含除空气之外的气体)，而第三气体源190是大气。
根据本发明的实施方式，特定部件、它们的流体路径的精确位置和配置可以根据给定的应用而变化。
用于控制正压和负压或流量的装置(半桥配置)
本发明的另一方面是如图5A-图5C所示的用于控制流体系统110中的正压和负压或流量的装置100。
根据这方面，并且通过图示的方式参见图5A-图5C，本发明涉及以下项目：
1.一种用于控制流体系统110(优选毫流体、微流体或纳米流体系统，更优选微流体或纳米流体系统)中的压力或流量(例如，液体流量)的装置100，该装置100包括：
主入口/主出口120，其被配置为流体地连接至所述流体系统110或流体地连接至与所述流体系统110连接的流体储存器；
第一单向泵送设备131和第二单向泵送设备132，所述第一单向泵送设备131和第二单向泵送设备132各自被配置为将气体泵送穿过相应泵送设备的入口133到相应泵送设备的出口134；
阀阵列140，其包括第一阀148和第二阀149；以及
控制单元160，其被配置为控制阀阵列140以及第一泵送设备和第二泵送设备；
其中，控制单元160被配置为将阀阵列140设定为至少两种状态，至少两种状态包括：
第一状态，其中，第一气体源170流体地连接至第一泵送设备131的入口，并且第一泵送设备131的出口流体地连接至主入口/主出口120；以及
第二状态，其中，主入口/主出口120流体地连接至第二泵送设备132的入口，并且第二泵送设备132的出口流体地连接至第二气体源180。
2.根据项目1所述的装置，其中，控制单元160被进一步配置为将阀阵列140设定为第三状态，在第三状态中，第一气体源170流体连接至第一泵送设备131的入口，第一泵送设备131的出口流体连接至主入口/主出口120，主入口/主出口进一步流体连接至第二泵送设备132的入口，并且第二泵送设备132的出口流体连接至第二气体源180。
3.根据项目1或2所述的装置100，其中，第一气体源170和第二气体源180是公共气体源，优选地是大气。
4.根据项目1至3中任一项所述的装置100，其中，阀阵列140包括两个双向阀，并且
第一阀148被配置为布置在第一泵送设备131的出口与主入口/主出口120之间，并且
第二阀149被配置为布置在第二泵送设备132的入口与主入口/主出口120之间。
5.根据项目4所述的装置100，其中，双向阀148、149中的至少一个是连续可控阀。
6.根据项目1至5中任一项所述的装置100，还包括连续可控阀，该连续可控阀被配置为布置在主入口/主出口120设备与第三气体源之间，优选地，第三气体源、第一气体源170和/或第二气体源180是公共气体源，仍优选地，第三阀被配置为由控制单元160控制。
7.根据项目1至6中任一项所述的装置100，其中，控制单元160包括电动驱动器系统，优选电子驱动器系统，仍优选地，控制单元160被进一步配置为控制由第一泵送设备131和/或第二泵送设备132递送的流量和/或压力。
8.根据项目1至7中任一项所述的装置100，其中，每个泵送设备包括一个或多个压电泵和/或一个或多个活塞泵和/或一个或多个蠕动泵和/或一个或多个涡轮泵，优选地，每个泵送设备包括单个压电泵、单个活塞泵、单个蠕动泵或单个涡轮泵。
9.一种组件，包括：
根据项目1至8中任一项所述的装置100和流体系统110，流体系统110流体地连接至装置100的主入口/主出口120；或
根据项目1至8中任一项所述的装置100、流体的储存器和流体系统110，储存器流体地连接至装置100的主入口/主出口102，并且流体系统110流体地连接至储存器。
10.一种用于控制流体系统110中的压力或流量的方法，其中，所述流体系统110流体地连接至根据项目1至8中任一项所述的装置100的主入口/主出口102，所述方法包括调节所述泵送设备131和132和所述阀阵列140中的一个或多个。
11.根据项目10所述的方法，包括步骤：同时使气体从第一气体源170流过第一泵送设备131到达主入口/主出口120和第二气体源180两者；或同时使气体从第一气体源170和主入口/主出口120两者流过第二泵送设备132到达第二气体源180。
12.一种非暂时性计算机可读存储介质，具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使至少一个控制单元160执行根据项目10或11所述的方法。
在这方面，装置设置配备有两个泵送设备和两个阀。除了泵送设备和阀阵列结构的不同之外，整个上述描述(包括全桥配置的所有特定特征)类似地应用于这方面。具体地，根据这方面的一些实施方式，装置100包括用于使用第一泵送设备131进行加压的第一流体路径以及用于使用第二泵送设备132进行减压的第二流体路径。
泵送设备和阀在同一装置内部。这使得能够通过相同的控制系统控制泵的功率和阀。与比较组件相比，这提供了改进的解决方案，因为它使得能够根据压力输出来适配泵驱动功率；例如，为了增加输出压力，可以仅驱动第一流体路径。
在图5A-图5B所示的半桥配置的一些实施方式中，阀阵列140包括两个双向阀148和149。第一阀148被配置为布置在第一泵送设备131的出口与主入口/主出口120之间，即在第一路径上。第二阀149被配置为布置在主入口/主出口120与第二泵送设备131的入口之间，即在第二路径上。
因此，连接设备存在于第一泵送设备131的出口与第一阀148之间、第一阀148与主入口/主出口120之间、主入口/主出口120与第二阀149之间、以及第二阀149与第二泵送设备132之间。连接设备也可以存在于第一阀148与第二阀149之间。这些连接设备中的一些可以分组为组合式连接设备。例如，公共分支连接设备可以流体连接第一阀148、第二阀149和主入口/主出口120。
相应的连接设备还可以设置在第一泵送设备131与第一气体源170之间以及第二泵送设备132与第二气体源180之间。可替代地，如果第一气体源170和/或第二气体源180是大气，则可以在没有连接设备的情况下进行，即第一泵送设备131和第二泵送设备132可以直接向大气开放。
为了在储存器或流体系统中增加压力(第一状态，图5A)，第一阀148打开，并且第二阀149关闭。因此，气体从第一气体源170流到主入口/主出口120，然后流到储存器或流体系统。可替代地，第一阀148打开，而第二阀149部分打开或完全打开(第三状态，图5C)。在这种情况下，优选地，第一阀148的开口大于第二阀149的开口。例如，第一阀148可以完全打开，而第二阀149仅部分打开。在这种情况下，可以通过第二阀149实现到第二气体源180的泄漏。在这种情况下，第二泵送设备132可以处于被动模式或主动模式。
为了在储存器或流体系统中产生真空或降低压力(第二状态，图5B)，第二阀148打开，并且第一阀148关闭。因此，气体从主入口/主出口120(并且因此从储存器或流体系统)流到第二气体源180。可替代地，第二阀149打开，而第一阀148可以打开或部分打开。在这种情况下，优选地，第二阀149的开口大于第一阀148的开口。例如，第二阀149可以完全打开，而第一阀148仅部分打开。在这种情况下，可以通过第一阀148实现到第一气体源170的泄漏。
根据本发明的该方面的装置提供了一种在短响应时间和有限的或没有滞后的情况下控制系统中的压力或流速的方式。根据这方面，在加压或减压中的任一个中，装置使得能够精确控制连接至流体系统的主入口/主出口处的压力，从而使得能够控制流体系统中的流量，例如液体流量。
压力和/或流速的控制
本发明的至少一个实施方式还涉及参见图6讨论的控制流体系统110中的压力和/或流速的方法。在根据该实施方式的实例中，本发明的装置100可以是组件的一部分。这种组件可以用来控制流体的流入/流出和/或流体系统处的压力。在根据该实施方式的实例中，流体系统中的流速的控制可以是控制所述流体系统中的液体流速。在图6中，装置100是根据如上所述的图3的。但是，本描述同样适用于全桥配置或半桥配置中的装置的任何其他实施方式。
当流体系统110流体连接至本发明的装置100的主入口/主出口120时，控制压力的方法控制所述流体系统110中的压力。该方法包括调节泵送设备130和阀阵列140中的一个或多个。
当所述流体系统110流体连接至本发明的装置100的主入口/主出口120或流体连接至流体(例如，液体)的储存器时，控制流速的方法控制流体系统110中的流体(例如，液体)的流速，该储存器流体连接至本发明的装置100的主入口/主出口120。该方法包括调节泵送设备130和阀阵列140中的一个或多个。
在一些实施方式中，流体系统110可以通过其流体端口中的至少一个而流体连接至本发明的装置100的主入口/主出口120。在一些优选实施方式中，流体系统110连接至包含液体的储存器上，所述储存器另外连接至本发明的装置100的主入口/主出口120。所述流体系统可以通过其端口中的至少另一端口而连接至处于与所述装置的主入口/主出口120处的压力不同的压力下的气体或液体源。
控制压力的方法和控制流速的方法可以同时施加在同一流体系统110上。
在一些优选实施方式中，阀阵列140和泵送设备130由驱动器系统控制。在一些优选实施方式中，阀阵列140和泵送设备130由单个驱动器系统控制。驱动器系统可以是电驱动器系统，或优选电子驱动器系统。一个或多个驱动器系统的集合可以等效地称为控制单元。
参见图6，装置可以包括控制单元160。控制单元160使得用户可以控制装置100的主入口/主出口120处的流速和压力的参数中的一个或多个。控制单元160可以包括图形用户界面，其允许选择一个或多于一个参数的输入值。
控制单元160可以确保装置100和组件的完全自动化操作。
控制单元160可以包括耦接至存储介质的一个或多个处理器或微处理器705以及包括存储在其上的指令的计算机程序，以用于执行下面更详细描述的各个步骤。控制单元160可以包括电子板、计算机、微处理器或手动控制器中的任一种。
控制单元160可以被配置为接收来自一个或多个传感器(包括压力传感器和/或流量计)的任意组合的输入610以及来自用户的输入。一个或多个压力传感器和/或流量计可以在装置100内或连接至装置100。
控制单元160可以被配置为接收来自一个或多个压力传感器的输入，诸如：在装置100的主入口/主出口120处的压力传感器703，和/或在泵送设备130的入口133或出口134处的压力/流量传感器。在一些优选实施方式中，传感器被定位成靠近主入口/主出口120，以便较少地受泵之后的波动的影响。
控制单元160还可以被配置为接收来自任何其他压力传感器、流量计、光传感器、pH传感器、相机、和/或电流或电压传感器的输入，这些传感器可以存在于组件中、存在于装置内或不存在于装置内，诸如外部压力传感器702。传感器可以具体地位于流体系统110中或与流体系统110相关联。
控制单元可以处理输入数据和/或用户指令，并且因此向各种控制阀和压力控制器、并且特别是向阀阵列140提供指令。控制单元160可以包括一个或多个区段，每个区段被配置为控制装置100的特定部分。例如，控制单元160可以包括用于控制泵送设备130的功率的区段707和/或用于控制阀阵列140的一个或多个阀的区段708。
控制单元160可以根据控制工程领域中的任何已知调节算法来提供指令，以使压力或流速中的一个或多个对应于用户指令，例如在装置的主出口处的期望压力或流速分布。在一些优选实施方式中，调节算法涉及闭环配置。调节算法可以是比例类型(proportional，P)、积分类型(integral，I)、微分类型(derivative，D)、比例-积分类型(proportional-integral，PI)、比例-微分类型(proportional-derivative，PD)、积分-微分类型(integral-derivative，ID)，优选地比例-积分-微分类型(proportional-integral-derivative，PID)，或者控制理论中的任何其他已知算法，包括线性模型、确定性系统控制、模糊逻辑和机器学习。
在一些优选实施方式中，装置可以如下操作：
阀阵列被设置为使得，第一气体源流体连接至泵送设备的入口或该泵送设备，并且泵送设备的出口或该泵送设备流体连接至主入口/主出口，同时泵送设备对所连接的储存器或流体系统进行加压时；和/或
阀阵列被设置为使得，第一气体源流体连接至泵送设备的入口或该泵送设备，并且泵送设备的出口流体连接至主入口/主出口并且泵送设备的出口或该泵送设备进一步流体连接至第二气体源(以便提供泄漏)，同时泵送设备对所连接的储存器或流体系统进行加压；和/或
阀阵列被设置为使得，主入口/主出口流体连接至泵送设备的入口或该泵送设备，并且泵送设备的出口或该泵送设备流体连接至第二气体源，同时泵送设备对所连接的储存器或流体系统进行减压；和/或
阀阵列被设置为使得，主入口/主出口流体连接至泵送设备的入口或该泵送设备，泵送设备的出口流体连接至第二气体源，并且主入口/主出口进一步流体连接至第一气体源，同时泵送设备对所连接的储存器或流体系统进行减压；和/或
阀阵列被设置为使得，当如上所述泵送设备对所连接的储存器或流体系统进行减压时，泄漏阀可以显著地打开并且泵送设备可以关掉，以便减小主入口/主出口处的压力；和/或
阀阵列被设置为使得，当如上所述泵送设备对所连接的储存器或流体系统进行减压时，泄漏阀可以显著地打开，并且泵送设备可以在压力转换结束时操作，以便允许更平滑的转换；和/或
在操作泵送设备的同时，任何泄漏阀都可以关闭，以维持主入口/主出口处的恒定压力。
在允许控制系统完全或部分打开泄漏阀的同时操作泵送设备提供了更可调谐的系统。当在可实现的压力范围的边界(即接近最小或接近最大压力)下操作时，使泄漏阀打开并且同时操作泵送设备也是有用的。在低压下，由于泵送设备上的微小变化会产生较高的压力相对变化，因此泄漏阀可以始终保持打开。类似地，在高压下，当阀打开时，其产生显著的压降，该压降可以通过保持泵送设备操作而减弱。
实施例
以下实施例说明本发明而不限制本发明。
使用图6的设置以及具有半桥配置的变型。实验装置包括一个或两个压电空气泵，这些压电空气泵能够递送高达0.75L/min以及400mbar的可实现的最大压力。系统出口通过管道在其出口处连接至20mL储存器。实验装置还包括带有来自两个至四个比例驱动器的阀阵列。根据装置，阀可以是成比例的或双稳态的(开/关)，并且由相同的电子器件得到。压力传感器也安装在相同的空气路径上，以测量储存器的压力。驱动电路设定泵的功率，在测量压力的同时打开阀阵列。
表1提供了装置的详细信息。
表1
实施例1
实验装置包括关于图5A-图5C所描述的半桥配置，其中，半桥配置中的每个泵131和133是表1中的类型。对装置进行了测试，以确定泵的每次被动使用与主动使用之间的减压时间。针对方波输入C的命令测试装置。
图7示出了主动泵A的压力响应、被动泵B的压力响应和方波输入C。Y轴上的单位是mbar。在被动使用中，当不使用泵并且在其输入处施加压力时，泵由于其内部止回阀而打开，并且流体可以自由通过。泵的额外动力增强了响应时间。
实施例2
实验装置包括全桥配置。将该全桥配置设定为300mbar并然后-200mbar的命令。图8示出了响应于作为目标压力的输入B的压力响应A的实例。Y轴上的单位是mbar。
实施例3
对上述两种半桥装置和全桥装置进行了对比试验。使用算法来驱动空气泵和双态阀，从而允许压力调节。将数据发送到计算机用于记录和后处理。
图9示出了在低压下的压力稳定性，其中，对于全桥配置A和半桥配置B，施加恒定的低正压力级数(＜5％全刻度)。Y轴上的单元是mbar。两种配置都显示出低的压力噪声水平。由于泵的较高工作状态，半桥配置显示出稍小的振荡。
图10和图11是分别示出半桥配置和全桥配置的泵功率命令的曲线图。Y轴上的单位是mW。图10示出了负泵(即，产生真空的泵)功率命令A和正泵(即，产生正压的泵)B。图11示出了泵功率命令。泵是以非常低的命令运行的(derived)，仅用于维持恒定的压力，补偿其内部泄漏。如图9中所示，在泵的较高工作状态下，半桥噪声水平较低。此外，与通常高于系统需求的以恒定速率得到泵的现有技术的实际状态相比，这里精确地运行泵以达到并保持压力设定点。整体效率非常高，因为没有(全桥)或非常低(半桥)的浪费空气。
发送接近大气压力(即，零压力)的正弦波形激发命令作为压力设定点。在图12中，绘出了作为对正弦波形命令C(虚线)的响应的全桥阵列A和半桥阵列B随时间的测量压力。Y轴上的单位是mbar。
以上实验表明，使用两个泵(一个用于正压并且一个用于负压)的半桥配置允许具有更好性能且更通用的解决方案。使用受控阀的全桥设置允许从单个泵实时在正压产生与真空产生之间切换。
如果使用比例阀，全桥设置和半桥设置也受益于受控泄漏的优点。这是用于精确压力调节应用的基于止回阀的泵改进的非常完全的解决方案。
在半桥配置呈现出所有技术优势并且允许产生压力和真空两者的情况下，由于需要两个泵和两个阀，该设置是最昂贵的。全桥配置以较低的成本带来了来自半桥几乎所有的好处。通过使用不同的阀类型，例如2位/3通阀，也可以进一步减小尺寸。该解决方案是最有效的，并且在总成本、尺寸和性能之间取得了平衡。

Claims (15)

1.一种用于控制流体系统(110)中的压力或流量的装置(100)，其中，所述流体系统(110)是微流体系统或纳米流体系统，所述装置(100)包括：
主入口/主出口(120)，其被配置为流体地连接至所述流体系统(110)或流体地连接至与所述流体系统(110)连接的流体储存器；
单向泵送设备(130)，其被配置为将气体从所述泵送设备(130)的入口(133)泵送至所述泵送设备(130)的出口(134)；
阀阵列(140)；以及
控制单元(160)，其被配置为控制所述阀阵列(140)和所述泵送设备(130)；
其中，所述控制单元(160)被配置为将所述阀阵列(140)设定为至少两种状态，所述至少两种状态包括：
第一状态，其中，第一气体源(170)流体地连接至所述泵送设备(130)的所述入口(133)，并且所述泵送设备(130)的所述出口(134)流体地连接至所述主入口/主出口(120)；以及
第二状态，其中，所述主入口/主出口(120)流体地连接至所述泵送设备(130)的所述入口(133)，并且所述泵送设备(130)的所述出口(134)流体地连接至第二气体源(180)。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，
在所述第一状态下，所述泵送设备(130)的所述出口(134)进一步流体地连接至所述第二气体源(180)；和/或
在所述第二状态下，所述泵送设备(130)的所述入口(134)进一步流体地连接至所述第一气体源(170)。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述第一气体源(170)和所述第二气体源(180)是公共气体源，优选地是大气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，其中，所述阀阵列(140)包括：
第一阀(141)，其被配置为布置在所述第一气体源(170)与所述泵送设备(130)的所述入口(133)之间；
第二阀(142)，其被配置为布置在所述泵送设备(130)的所述入口(133)与所述主入口/主出口(120)之间；
第三阀(143)，其被配置为布置在所述泵送设备(130)的所述出口(134)与所述主入口/主出口(120)之间；
第四阀(144)，其被配置为布置在所述泵送设备(130)的所述出口(134)与所述第二气体源(180)之间；
并且其中，所述第一阀(141)、所述第二阀(142)、所述第三阀(143)和所述第四阀(144)是双向阀。
5.根据权利要求4所述的装置(100)，其中，所述四个双向阀中的至少一个是开关阀。
6.根据权利要求3或4所述的装置(100)，其中，所述四个双向阀中的至少一个是连续可控阀，优选地，至少所述第一阀(141)和所述第四阀(144)是连续可控阀。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，其中，所述阀阵列(140)包括第一阀(145)和第二阀(146)，所述第一阀和所述第二阀均为三通两位阀，所述三通两位阀包括公共端口和两个可切换端口，并且
所述第一阀(145)的所述公共端口被配置为流体地连接至所述泵送设备(130)的所述入口(133)；
所述第一阀(145)的所述两个可切换端口被配置为流体地连接至所述第一气体源(170)和所述主入口/主出口(120)；
所述第二阀(146)的所述公共端口被配置为流体地连接至所述泵送设备(130)的所述出口(134)；并且
所述第二阀(146)的所述两个可切换端口被配置为流体地连接至所述第二气体源(180)和所述主入口/主出口(120)。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的装置(100)，其中，所述阀阵列(140)包括一个四通两位阀。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置(100)，还包括连续可控阀(158)，所述连续可控阀(158)被配置为布置在所述主入口/主出口(120)与第三气体源(100)之间，优选地，所述第三气体源(190)、所述第一气体源(170)和/或所述第二气体源(180)是公共气体源，仍优选地，所述连续可控阀(158)被配置为由所述控制单元(160)控制。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置(100)，其中，所述泵送设备(130)包括一个或多个压电泵和/或一个或多个活塞泵和/或一个或多个蠕动泵和/或一个或多个涡轮泵，优选地，所述泵送设备(130)包括单个压电泵、单个活塞泵、单个蠕动泵或单个涡轮泵。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置(100)，其中，所述控制单元(160)被进一步配置为控制由所述泵送设备(130)递送的流量和/或压力。
12.一种组件，包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的装置(100)，和流体系统(110)，所述流体系统(110)是微流体系统或纳米流体系统，所述流体系统(110)流体地连接至所述装置(100)的所述主入口/主出口(120)；或
根据权利要求1至11中任一项所述的装置(100)、流体的储存器和流体系统(110)，所述流体系统(110)是微流体系统或纳米流体系统，所述储存器流体地连接至所述装置(100)的所述主入口/主出口(120)，并且所述流体系统(110)流体地连接至所述储存器。
13.一种用于控制流体系统(110)中的压力或流量的方法，其中，所述流体系统(110)是微流体系统或纳米流体系统，其中，所述流体系统(110)流体地连接至根据权利要求1至11中任一项所述的装置(100)的所述主入口/主出口(120)，所述方法包括调节所述泵送设备(130)和所述阀阵列(140)中的一个或多个。
14.根据权利要求13所述的方法，包括步骤：
同时使气体从所述第一气体源(170)流过所述泵送设备(130)到达所述主入口/主出口(120)和所述第二气体源(180)两者；或
同时使气体从所述第一气体源(170)和所述主入口/主出口(120)两者流过所述泵送设备(130)到达所述第二气体源(180)。
15.一种非暂时性计算机可读存储介质，具有存储在其上的指令，所述指令当被执行时使至少一个控制单元(160)执行根据权利要求13或14所述的方法。
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