JP2016503345A - 物質混合濃度を制御するための方法、システムおよび装置 - Google Patents

物質混合濃度を制御するための方法、システムおよび装置 Download PDF

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Abstract

実施形態は、結果的に得られる混合物中の1つまたは複数の物質の濃度を制御する様式で2つ以上の物質の高精度混合を行うことを可能にする混合方法、混合システム、混合装置、混合デバイス、および混合アセンブリを提供する。混合装置(100)は、混合ゾーンまたは混合導管(112)にて2つ以上の物質の混合を可能にし得る。この混合装置は、混合プロセス時に混合物の1つまたは複数の特徴を検出するための1つまたは複数のセンサ(120)を備え得る。これらのセンサは、混合物の特徴を継続的に、間断的に、またはユーザの指示に応じて検出し得る。混合物の特徴は、センサまたは制御回路にて、混合物中の第1の構成物質の濃度の示度を得るために使用され得る。検出濃度に基づき、混合装置は、混合ゾーンまたは混合導管(112)への第1の物質の供給を自動的に調節し得る。

Description

関連出願の相互参照
本願は、2012年11月16日に出願された米国特許仮出願第61/727,630号の非仮出願であり、その優先権の利益を主張するものであり、この仮出願の全内容が、参照により本明細書に明確に組み込まれる。
本発明の実施形態は、一般的には物質の高精度混合に関する。
物質の高精度混合は、マイクロエレクトロニクス(半導体、フラットパネルディスプレイ、ディスクドライブ、および太陽電池等の形成において)、生命科学(特に製薬、バイオテクノロジー、およびパーソナルケア)、化学工学、ならびに石油化学工学を含む、広範な技術分野において重要である。例えば、半導体製造での単一ウェーハ処理および薬品製造での連続反応プロセスなどの製造イノベーションは、化学物質の正確な割合での混合をしばしば必要とする。
米国特許第7,319,523号明細書 米国特許出願公開第2010/0296079号明細書
例示的な実施形態は、結果的に得られる混合物中の1つまたは複数の物質の濃度を制御する様式で2つ以上の物質の高精度混合を行うことを可能にする混合方法、混合システム、混合装置、混合デバイス、および混合アセンブリを提供する。また、例示的な実施形態は、2つ以上の物質の混合を可能にするようにそれぞれ構成された2つ以上の混合装置を備える混合アセンブリを備える。
1つの例示的な実施形態によれば、複数の物質を混合するための方法が提供される。この方法は、第1の入力物質が第2の入力物質と混合される結果として得られる混合後物質中における第1の入力物質に関する目標濃度を決定することを含み得る。この方法は、第1の入力物質が第2の入力物質と混合されている間に混合後物質中の第1の入力物質の混合後濃度値を継続的に判定することを含み得る。また、この方法は、混合後濃度が所定の目標濃度範囲または目標濃度の許容誤差範囲から外れるか否かを判定するために混合後濃度値をモニタリングすることと、混合後濃度が所定の目標濃度範囲または目標濃度の許容誤差範囲から外れると判定された場合には、第1の入力物質の混合前流量を制御するように構成された制御弁を調節することとを含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、1つまたは複数の制御パラメータに基づき制御弁の位置を調節することを含み得る制御弁の調節を含み得る。さらに、この方法は、混合後濃度が所定の目標濃度範囲または目標濃度の許容誤差範囲から外れると判定された後に、1つまたは複数の制御パラメータの中の少なくとも1つに関して少なくとも1つの調節された制御パラメータを生成することと、この調節された制御パラメータに基づき制御弁を調節することとを含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、混合後濃度と目標濃度との間の差値を判定することと、この差値および調節された制御パラメータに基づきフィードバック制御値を決定することと、フィードバック制御値に基づき制御弁を調節することとをさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、所定数の判定された混合後濃度値に基づき平均混合後濃度を生成することをさらに含み得る。さらに、この方法は、混合後濃度が所定の目標濃度範囲または目標濃度の許容誤差範囲から外れるとの判定を行うために平均混合後濃度をモニタリングすることを含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、第2の入力液体の流量を判定することと、判定された流量に基づき制御弁の初期位置を設定することとをさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、混合後物質の測定前に静止ミキサを通して混合後物質を通過させることにより、混合後濃度値の精度を上昇させることをさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、第2の入力物質は、異なる混合装置から受領し得るような出力物質であってもよい。
いくつかの実施形態では、この方法は、混合後物質の光反射率および温度を測定することと、光反射率および温度に基づき混合後物質の屈折率を判定することと、屈折率に基づき混合後物質中の第1の入力物質の混合後濃度値を判定することとをさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、第1の入力物質の混合前流量を制御するように構成された制御弁の調節が、第1の入力物質の測定流量とは無関係である。
別の例示的な実施形態によれば、第1の混合物を生成するために複数の物質の制御された混合を行うための方法が提供される。この方法は、複数の物質の混合物中の第1の物質の第1の目標濃度範囲を受領することと、第1の混合ゾーンに複数の物質を供給することであって、複数の物質が第1の混合ゾーンで混合されて第1の混合物を生成する、供給することとを含み得る。また、この方法は、第1の混合ゾーンに複数の物質を供給し続ける間に第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定することと、第1の目標濃度範囲に対して第1の物質の濃度値を比較することとを含み得る。さらに、この方法は、第1の物質の濃度値が第1の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、第1の混合ゾーンへの第1の物質の供給を自動的に調節することを含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、第1の混合物の1つまたは複数の特徴的な物理特性を検出し、第1の混合物の1つまたは複数の特徴的な物理特性に基づき第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定することにより、第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定し得る。1つまたは複数の特徴的な物理特性は、温度、露点、濃度、第1の混合物中の音速、光反射率、および屈折率からなる群より選択され得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、第1の混合物の光反射率を検出し、第1の混合物の温度を検出し、第1の混合物の光反射率および温度に基づき第1の混合物の屈折率を判定し、屈折率に基づき第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定することにより、第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定し得る。
いくつかの実施形態では、第1の混合ゾーンへの第1の物質の供給は、第1の混合ゾーンに第1の物質を供給する第1の導管に設けられた制御弁であって、第1の導管を通る第1の物質の流量を制御するように構成された制御弁を調節することにより調節され得る。いくつかの実施形態では、この制御弁は、第1の混合物中の第1の物質の濃度値に基づき、および複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴に基づき制御弁の開口サイズを制御することによって調節され得る。複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴には、粘性、密度、比重、化学組成、温度、および圧力が含まれ得る。いくつかの実施形態では、制御弁は、第1の混合物中の第1の物質の濃度値に基づき、および第1の混合物が生成される混合システムの1つまたは複数の物理特徴に基づき制御弁の開口サイズを制御することによって調節されてもよく、1つまたは複数の物理特徴は、第1の物質が混合ゾーンに供給される際に通る第1の導管のサイズと、混合ゾーンのタイプと、制御弁のタイプとからなる群より選択される。
いくつかの実施形態では、制御弁は、第1の混合物中の第1の物質の濃度値と、第1の混合物が生成される混合システムの1つまたは複数の物理特徴と、複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴とに基づき制御弁の開口サイズを制御することによって調節され得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、第1の混合ゾーンに複数の物質を供給し続ける間に、第1の混合物中の第1の物質の第2の濃度値を判定することと、第1の目標濃度範囲に対して第1の物質の第2の濃度値を比較することと、第1の物質の第2の濃度値が第1の目標濃度範囲から外れると判定された場合に、第1の混合ゾーンに第1の物質を供給するための第1の導管に設けられた制御弁の開口サイズを自動的に調節することであって、制御弁の開口サイズが第1の混合物中の第1の物質の第2の濃度値に基づき調節される、自動的に調節することとを含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、複数の物質の第1の混合物中の第2の物質の第2の目標濃度範囲を受領することと、第1の混合ゾーンに複数の物質を供給し続ける間に、第1の混合物中の第2の物質の濃度値を判定することと、第2の目標濃度範囲に対して第2の物質の濃度値を比較することと、第2の物質の濃度値が第2の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、第1の混合ゾーンへの第2の物質の供給を自動的に調節することとを含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、第2の混合ゾーンに第1の混合物を供給することと、第2の混合ゾーンに第3の物質を供給することであって、第1の混合物および第3の物質が第2の混合ゾーンで混合されて第2の混合物を生成する、供給することと、第2の混合物中の第3の物質の第3の目標濃度範囲を受領することと、第2の混合ゾーンに第1の混合物および第3の物質を供給し続ける間に、第2の混合物中の第3の物質の濃度値を判定することと、第3の目標濃度範囲に対して第3の物質の濃度値を比較することと、第3の物質の濃度値が第3の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、第2の混合ゾーンへの第3の物質の供給を自動的に調節することとを含み得る。
別の例示的な実施形態によれば、複数の物質を混合するための方法が提供される。この方法は、複数の物質の混合物中の第1の物質の第1の目標濃度範囲を受領することと、第1の混合ゾーンに複数の物質を供給することであって、複数の物質が第1の混合ゾーンで混合されて第1の混合物を生成する、供給することとを含み得る。また、この方法は、第1の混合ゾーンに複数の物質を供給し続ける間に、第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定することと、第1の目標濃度範囲に対して第1の物質の濃度値を比較することとを含み得る。さらに、この方法は、第1の物質の濃度値が第1の目標濃度範囲から外れると判定された場合に、第1の混合ゾーンに第1の物質を供給するための第1の導管に設けられた制御弁の開口サイズを調節することにより第1の混合ゾーンへの第1の物質の流量を自動的に調節することを含み得る。制御弁の開口サイズは、第1の混合物中の第1の物質の濃度値に基づき、および複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴に基づき調節され得る。複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴は、粘性、密度、比重、化学組成、温度、および圧力からなる群より選択され得る。
別の例示的な実施形態によれば、混合システムが提供される。この混合システムは、第1の混合導管と、第1の混合導管に結合されその上流に配設された第1の供給導管であって、第1の混合導管に第1の物質を供給するためのボアを備える第1の供給導管と、第1の供給導管に設けられた第1の流量制御デバイスであって、第1の供給導管のボアの開口を選択的に調節するように構成された第1の流量制御デバイスと、第1の混合導管に結合されその上流に配設された第2の供給導管であって、第1の混合導管に第2の物質を供給するためのボアを備える第2の供給導管とを備え得る。また、この混合システムは、第1の物質および第2の物質の混合により生成される第1の混合物の1つまたは複数の特徴を検出するために第1の混合導管に設けられた第1のセットの1つまたは複数のセンサを備え得る。さらに、この混合システムは、第1のセットの1つまたは複数のセンサにおよび第1の流量制御デバイスに動作的に結合された第1の制御回路であって、第1の混合導管における第1の混合物の1つまたは複数の検出された特徴に基づき第1の物質の流量を調節するために、第1の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされる、第1の制御回路を備え得る。
いくつかの実施形態では、第1の混合物の1つまたは複数の検出された特徴は、温度、露点、濃度、第1の混合物中の音速、光反射率、および屈折率からなる群より選択され得る。
混合導管は、物質が混合のために初めに接触状態になる交差領域を備え得る。好ましくは、1つまたは複数のマイクロセンサは、交差領域に可能な限り近くに、しかし濃度検出前の物質の混合を確保するのに十分な距離だけ交差領域から離れて配置される。1つの例示的な非限定的実施形態では、マイクロセンサは、交差領域から約1インチ〜約2インチの位置に配設され得る。これにより、混合プロセスと物質の供給においてなされる任意の調節との間の緊密な連携が確保され、それにより、混合物のかなりの量が交差領域を流れ過ぎる前に、供給の調節によって混合プロセスに影響がもたらされる。結果として、混合物中の物質の濃度は、混合プロセス全体を通じて厳密に制御され、いくつかの実施形態では、混合タンクが不要となり得る。
いくつかの実施形態では、第1の制御回路は、第1の混合物の1つまたは複数の検出された特徴に基づき第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定し、第1の物質に関する第1の目標濃度範囲に対して第1の物質の濃度値を比較し、第1の物質の濃度値が第1の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、第1の供給導管のボアの開口を調節するために第1の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされ得る。
いくつかの実施形態では、第1のセットの1つまたは複数のセンサは、第1の混合物の光反射率を検出するように構成された光学系と、第1の混合物の温度を検出するためのサーミスタまたは温度計とを備え得る。第1の制御回路は、第1の混合物の光反射率および温度に基づき第1の混合物の屈折率を判定するように、ならびに屈折率に基づき第1の混合物中の第1の物質の濃度値を判定するようにプログラミングされる。
いくつかの実施形態では、第1の制御回路は、第1の混合物中の第1の物質の濃度値に基づき、および複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴に基づき第1の流量制御デバイスを制御するようにプログラミングされ、1つまたは複数の物理特徴は、粘性、密度、比重、化学組成、温度、および圧力からなる群より選択される。
いくつかの実施形態では、第1の制御回路は、第1の混合物中の第1の物質の濃度値に基づき、および混合システムの1つまたは複数の物理特徴に基づき第1の流量制御デバイスを制御するようにプログラミングされ得る。1つまたは複数の物理特徴は、第1の供給導管のサイズと、第1の混合導管のタイプと、第1の流量制御デバイスのタイプとからなる群より選択される。
いくつかの実施形態では、センサの中の1つまたは複数が、第1の混合導管内の第1の物質および第2の物質の混合時に第1の混合物の1つまたは複数の特徴を検出するために所定の間隔で動作され得る。
いくつかの実施形態では、混合システムは、第2の供給導管に設けられた第2の流量制御デバイスであって、第2の供給導管のボアの開口を選択的に調節するように構成された第2の流量制御デバイスをさらに備え得る。第1の制御回路は、第2の流量制御デバイスに動作的に結合されてもよく、第1の制御回路は、第1の混合導管において第1の混合物の1つまたは複数の検出された特徴に基づき第2の物質の流量を調節するために第2の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされる。
いくつかの実施形態では、第1の制御回路は、第1の混合物の1つまたは複数の検出された特徴に基づき第1の混合物中の第2の物質の濃度値を判定し、第2の物質に関する第2の目標濃度範囲に対して第2の物質の濃度値を比較し、第2の物質の濃度値が第2の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、第2の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされ得る。
いくつかの実施形態では、混合システムは、第1の混合導管に結合されその下流に配設された第2の混合導管と、第2の混合導管に結合されその上流に配設された第3の供給導管であって、第2の混合導管に第3の物質を供給するためのボアを備える、第3の供給導管と、第3の供給導管に設けられた第3の流量制御デバイスであって、第3の供給導管のボアの開口を選択的に制御するように構成された第3の流量制御デバイスと、第1の混合物および第3の物質の混合により生成される第2の混合物の1つまたは複数の特徴を検出するために第2の混合導管に設けられた第2のセットの1つまたは複数のセンサと、第2のセットの1つまたは複数のセンサにおよび第3の流量制御デバイスに動作的に結合された第2の制御回路であって、第2の混合導管における第2の混合物の1つまたは複数の検出された特徴に基づき第3の物質の流量を調節するために第3の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされる第2の制御回路とをさらに備え得る。
いくつかの実施形態では、混合システムは、第1の混合導管に配設された混合デバイスであって、第1の物質および第2の物質を混合するように構成された混合デバイスをさらに備え得る。これらの実施形態では、第1のセットの1つまたは複数のセンサは、混合デバイスの下流に配設され得る。
いくつかの実施形態では、混合システムは、第2の供給導管に設けられた流量制御センサであって、第2の供給導管内の第2の物質の流量を検出するように構成された流量制御センサと、第2の供給導管に設けられた第2の流量制御デバイスであって、流量制御センサにより検出された流量に基づき第2の供給導管のボアの開口を選択的に調節するように構成される第2の流量制御デバイスとをさらに備え得る。
別の例示的な実施形態によれば、複数の物質を混合するための混合装置が提供される。この混合装置は、混合装置内に第1の物質を導入するための第1の入力ポートと、混合装置内に第2の物質を導入するための第2の入力ポートと、混合装置から第1の物質および第2の物質の混合物を出力するための出力ポートとを備え得る。また、この混合装置は、第1の入力ポートに結合された第1の終端部および第2の終端部を備える第1の流路と、第1の流路に配設され、制御弁にて第1の流路のボアを制御するように構成された制御弁と、第2の入力ポートに結合された第1の終端部および第2の終端部を備える第2の流路とを備え得る。また、混合装置は、第1の流路および第2の流路の下流に配設された交差領域であって、第1の流路の第2の終端部と第2の流路の第2の終端部との交差により形成される交差領域を備え得る。また、この混合装置は、交差領域の下流におよび混合装置の出力ポートの上流に配設された混合後通路を備え得る。さらに、この混合装置は、混合後通路に配設された濃度センサであって、混合後通路にて第1の物質の濃度の示度を周期的に検出するように構成された濃度センサと、第1の物質の濃度の示度をプログラムにしたがって受領し、濃度の示度に基づき交差領域への第1の物質の供給を調節するために制御弁を自動的に制御するように構成された制御回路とを備え得る。
いくつかの実施形態は、本明細書において論じる方法および/または他の機能を実施するように構成された装置および/またはシステムなどの1つまたは複数の機械を備え得る。例えば、この機械は、メモリおよび/または他の非一時的コンピュータ可読媒体に格納された命令および/または他のデータに基づき本明細書において論じる機能を実施するように構成された、1つまたは複数のプロセッサ、回路、および/または他の機械構成要素を備えてもよい。
以下、本発明のこれらの特徴ならびにさらなる特性、機能、および詳細を説明する。同様に、対応するおよびさらなる実施形態もまた以下で説明する。
例示的な実施形態の前述のおよび他の目的、態様、特徴、および利点が、添付の図面と組み合わせて以下の説明を参照することからより明確になりより良く理解されよう。
いくつかの実施形態にしたがって構成された混合装置の一例を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された混合装置の一例を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された混合装置の一例を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された一例の光センサを示す図である。 いくつかの実施形態による光センサの光反射ジオメトリおよび動作原理を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された一例の混合装置を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された2つの連結された混合装置の一例を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された液体流量制御装置に連結された混合装置の一例を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された濃度センサおよび流量センサを備える混合装置の一例を示す図である。 いくつかの実施形態にしたがって実施される閉ループ混合制御の例示的な方法の流れ図である。 いくつかの実施形態にしたがって実施される平均混合後濃度を判定する例示的な方法の流れ図である。 いくつかの実施形態にしたがって構成された回路の概略ブロック図である。
添付の図面は、縮尺通りの描画を意図したものではない。
実施形態は、結果的に得られる混合物中の1つまたは複数の物質の濃度を制御する様式で2つ以上の物質の高精度混合を行うことを可能にする混合方法、混合システム、混合装置、混合デバイス、および混合アセンブリを提供する。例示的な混合装置は、混合ゾーンまたは混合導管にて2つ以上の物質の混合を可能にする。この混合装置は、混合プロセス時に混合物の1つまたは複数の特徴を検出するための1つまたは複数のセンサを備え得る。これらのセンサは、混合物の特徴を継続的に、間断的に、またはユーザの指示に応じて検出し得る。混合物の特徴は、センサまたは制御回路にて、混合物中の第1の構成物質の濃度の示度を得るために使用され得る。検出濃度に基づき、混合装置は、混合ゾーンまたは混合導管への第1の物質の供給を自動的におよびリアルタイムで調節し得る。例えば、第1の物質の濃度が、所望の濃度範囲外になると、混合装置は、第1の物質の供給(例えば流量)を調節し、それにより混合物中の第1の物質の濃度がそれに応じて調節され得る。他方で、第1の物質の濃度が、所望の濃度範囲内になると、混合装置は、第1の物質の供給(例えば流量)を調節せずに放置し得る。
例示的な実施形態は、混合装置の動的調節を可能にする。1つの例示的な実施形態では、入力物質の流量を制御する制御弁位置が、1つまたは複数の制御パラメータに基づき目標濃度(または目標濃度範囲)に対して設定され得る。混合後に、測定濃度が、制御パラメータの調節のために目標濃度(または目標濃度範囲)と比較され、それにより制御弁が再較正され得る。そのため、いくつかの実施形態は、混合時の一体化された検査、不良解析、および/または自動補正を実現し得る。
いくつかの実施形態では、2つ以上の物質を可制御的に混合するようにそれぞれが構成された複数のモジュール式混合装置または混合デバイスを備える混合アセンブリが提供され得る。1つの例示的な直列アセンブリでは、各混合装置が、別の混合装置に直列で結合されて、他方の混合装置に混合物を供給し得るまたは他方の混合装置から混合物を受領し得る。そのため、このアセンブリによって、ある装置で生成された混合物を後段の装置における別の混合物の生成に使用することが可能となる。1つの例示的な並列アセンブリでは、アセンブリ中の混合装置は、相互に並列で結合されることにより、この装置の結果的に得られる混合物は、中心位置で収集され得る。そのため、このアセンブリによって、混合物生成量の増加が可能となる。いくつかの実施形態では、混合アセンブリ中の各モジュール式混合装置が、他の装置に差し込まれ得るまたは他の方法で結合され得ることにより全体的な混合物生成能力を増大させる、プラグ・アンド・プレイ構成を有してもよい。
濃度検出および構成物質供給調節のこの例示的な閉ループシステムは、リアルタイムで、すなわち混合プロセスの継続中に意図的な遅延を伴わずに混合プロセスを継続的にモニタリングおよび調節するために使用され得る。これにより、多数の高度な技術上および製造上のニーズに適した高精度混合が可能となる。モニタリングおよび制御のこの自動閉ループ性により、殆どまたは全く人間の介入を伴わない混合プロセスの実施が可能となり、これにより混合プロセスによる一貫した性能の実現および結果的に得られる混合物の組成の正確な制御が可能となり得る。さらに、例示的な実施形態における混合物または混合後物質の物理特徴または物理特性(光反射率、屈折率、温度、および濃度を含むがそれらに限定されない)の検出および使用により、入力物質の流量のみに基づき混合プロセスを調節する従来技術よりも高い精度による混合プロセスが可能となる。
いくつかの例示的な混合装置は、従来の混合装置に必要とされた設置面積よりも小さな設置面積で動作可能である。例示的な混合装置の精度の高さおよび応答時間の短さにより、混合物または出力物質がその目標濃度に到達しつつある間の一時的な出力物質容器としての役割を果たす混合タンクを必要としない混合が可能となる。そのため、いくつかの実施形態は、無菌環境を必要とする製薬プロセスおよび/またはウェーハ製造プロセスの場合など、空間に限りのある場合に空間要件を下げることができる。
いくつかの実施形態で実現され得る他の利点には、低コスト(例えば高精度な低コスト濃度センサの使用による)、電子機器、ファームウェア、およびソフトウェアの一体化、勾配までの時間の速さ、目標濃度までの時間の速さ(例えば混合装置が摩損を被ることにより経時的に変化し得る動的更新型制御パラメータの使用による)、信号解析(例えば時間、相互参照、平均化、バックグラウンド除去、正規化、および測定データへの他の操作)、同時的な重複性が可能となること、リアルタイム測定、電子機器の故障箇所の単一化、ファームウェア、パーツ削減(例えば混合タンクおよび/または液体流量センサの使用が不要となることによる)、より便利な通信のための物理的接続の減少、パッケージングの削減、漏出箇所および/または汚染箇所の減少、組立および検査の容易化、電子機器をフローセルから遠隔地に置き得ること、通信、データ管理、および信号解析用のI/Oの完全な一体化、バスアーキテクチャの単一化、電源の単一化、ならびにメモリに格納され処理回路により実行され得るマスターソフトウェアプログラムを実現する、一体型混合システムが含まれる。
例示的な混合方法、混合システム、混合装置、および混合アセンブリは、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、および15等を含むがそれらに限定されない任意の所望の数の物質を可制御的に混合するために使用され得る。
例示的な混合方法、混合システム、混合装置、および混合アセンブリは、約1mL〜約500Lを含むがそれらに限定されない任意の適切な量の物質を混合するために使用され得るが、量はこの例示的な範囲に限定されない。例示的な混合領域(例えば図1aの交差領域112および混合後物質通路114などを含む)は、約1mL〜約500Lを含むがそれらに限定されない物質量を収容し得る。いくつかの例示的な混合領域は、約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300L、および任意の中間量等を含むがそれらに限定されない物質量を収容し得る。
上記の数値および範囲は例であり、本発明の範囲を限定するようには意図されない点が当業者には理解されよう。
この章では、例示的な実施形態の理解を促すためにいくつかの用語を定義する。
本明細書における「物質」という用語は、任意のタイプの物理的な物または材料を指す。物質の例としては、化学物質(例えば独自の分子構成を有する物質など)、各元素、2つ以上の異なる化学元素を含む化学組成物、化学溶液、非化学物質および/または濃度センサにより測定され得る他のものが挙げられ得る。本明細書においては、例の多くは、液体の形態の物質に基づくが、実施形態は、任意の状態(例えば液体、固体、プラズマ、および/またはガスなど)の物質にも適応され得る。
本明細書における「混合物」および「混合後物質」という用語は、2つ以上の物質の混合の結果得られるものを同義的に指す。
本明細書における「液体流量制御器」および「液体流量制御装置」という用語は、入力流量を測定し、測定された入力流量に基づき入力流量を制御するように構成された装置を指す。そのため、液体流量制御器は、流量制御弁、流量センサ、および流量制御装置を備え得る。流量制御装置は、流量センサによる入力液体の流量測定値(例えば混合前測定値)に基づき流量制御弁を開閉し、これにより、入力液体が出力に追加される割合を制御する。しかし、入力液体の流量は、混合後濃度の大まかな示度に過ぎず、物質混合におけるその利用は、低コストの流量センサが入手可能であることに殆どの場合起因する。その意味において、実施形態は、低コストで高精度の濃度センサを備える混合装置に対応したものである。
本明細書における「測定データ」という用語は、測定され得る(例えば混合装置100に含まれ得る濃度センサ120および/または他のタイプのセンサによってなど)物質の任意の特性を指す。
本明細書における「濃度データ」という用語は、第1の物質と1つまたは複数の他の物質との混合物である混合後物質中における第1の入力物質の濃度値を示唆するデータ(例えば光反射率および屈折率など)を指す。
本明細書における「制御パラメータ」という用語は、制御弁開口サイズと混合濃度との関係(例えばマッピングなど)を示唆および/または規定し得る1つまたは複数の定数および/または関数を指す。
本明細書における「混合パラメータ」という用語は、モータ回転数と混合濃度との関係に影響し得る因子に対応する値を指す。
本明細書における「混合後濃度値」という用語は、単一の混合後濃度値または2つ以上の単一の濃度値の平均を指す。
本明細書における「セット」という用語は、1つまたは複数のアイテムの集合体を指す。
本明細書における「複数」という用語は、2つ以上のアイテムを指す。
本明細書における「均等な」および「実質的に均等な」という用語は、広く一般的な意味において、厳密な均等性またはある許容範囲内のおおよその均等性を互換的に指す。
本明細書における「同様の」および「実質的に同様の」という用語は、広く一般的な意味において、厳密な同一性またはある許容範囲内のおおよその同一性を互換的に指す。
本明細書における「結合する」、「結合された」、「結合している」という用語は、2つ以上の構成要素間の直接的または間接的な連結を指す。例えば、第1の構成要素が、直接的にあるいは1つまたは複数の中間構成要素を介して第2の構成要素に結合され得る。
本明細書における「モジュール」という用語は、1つまたは複数の特定の機能を実施するように構成されたハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを包含する。
本明細書における「コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ実行可能命令またはソフトウェアプログラムのエンコードのためにコントローラ、マイクロコントローラ、計算システム、または計算システムのモジュールがアクセスし得る、非一時的ストレージハードウェア、非一時的ストレージデバイス、または非一時的コンピュータシステムメモリを指す。「コンピュータ可読媒体」は、この媒体でエンコードされるコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアプログラムを検索および/または実行するために、計算システムまたは計算システムのモジュールによりアクセスされ得る。非一時的コンピュータ可読媒体としては、1つまたは複数のタイプのハードウェアメモリ、非一時的有形媒体(例えば1つまたは複数の磁気ストレージディスク、1つまたは複数の光ディスク、1つまたは複数のUSBフラッシュドライブなど)、コンピュータシステムメモリまたはランダムアクセスメモリ(DRAM、SRAM、EDO RAMなど)および同様のものが挙げられ得るが、それらに限定されない。
以下、図面を参照として例示的な実施形態を説明する。例示的な実施形態は、示される実施形態に限定されず、例示的なシステム、デバイス、および方法の構成要素は、以下に説明する示される実施形態に限定されない点が当業者には理解されよう。同様の数字は、全体を通じて同様の要素を指す。
図1aは、いくつかの実施形態にしたがって構成された混合装置100の一例を示す。混合装置100は、第1の入力物質(「物質A」)を第2の入力物質(「物質B」)と組み合わせることにより目標濃度で出力物質を生成するように構成され得る。そのため、混合装置100は、物質A入力102、物質B入力104、および物質出力106を備え得る。物質A入力102は、物質Aを受領するように構成され得る。物質Aは、物質A入力102を通り進入した後に、物質A通路108を通り進み得る。物質B入力104は、物質Bを受領するように構成されてもよく、物質Bは、物質B通路110を通り進み得る。物質A通路108および物質B通路110は、交差領域112にて合流し、そこで物質Aおよび物質Bは、組み合わさって混合後物質を形成し、この混合後物質は、混合後物質通路114を通り進み得る。混合後(または「混合された」)物質は、次いで物質出力106にて出力され得る。
いくつかの実施形態では、入力物質の中の1つ(例えば物質A)が、一定の割合で流れるように構成され、その一方で他の入力物質(例えば物質B)が、混合装置100により制御される可変的割合で流れるように構成されてもよい。そのため、混合装置100は、可変流量を制御するために制御回路118、1つまたは複数の濃度センサ120、および制御弁122をさらに備え得る。
制御回路118は、濃度センサ120および/または混合前制御弁122のハウジング内に備えられてもよい。追加的にはまたは代替的には、制御回路118の少なくとも一部分が、別個のハウジング内に備えられることにより、濃度センサ120および混合前制御弁122(以降では「制御弁」)と通信的に結合された独立した混合制御装置を形成することが可能である。制御回路118は、図10と関連してさらに論じられる。
1つまたは複数の濃度センサ120は、測定データを判定するために、交差領域112にて、その付近にて、および/またはその下流にて出力物質をモニタリングする(例えば出力物質の光反射率、露点、温度、および/または任意の他の適切な変数を測定する)ように構成され得る。好ましくは、1つまたは複数のマイクロセンサが、交差領域に可能な限り近くに、しかし濃度検出前の物質の混合を確保するために交差領域から十分な距離だけ離れて配置される。1つの例示的な非限定的実施形態では、マイクロセンサは、交差領域から約1インチまたは約2インチの位置に配設され得る。これにより、混合プロセスと物質供給においてなされる任意の調節との間の緊密な連携が確保され、それにより、混合物のかなりの量が交差領域を流れ過ぎる前に、供給の調節によって混合プロセスに影響がもたらされる。結果として、混合物中の物質の濃度は、混合プロセス全体を通じて厳密に制御され、いくつかの実施形態では、混合タンクが不要となり得る。
本明細書における「測定データ」は、測定され得る(例えば混合装置100に含まれ得る濃度センサ120および/または他のタイプのセンサによってなど)物質の任意の特性を指す。制御回路118は、濃度センサ120により生成および転送される測定データに基づき出力された(例えば混合後)混合物質中の入力物質の濃度を判定するように構成され得る。代替的にはまたは追加的には、濃度センサ120は、混合物中の入力物質の濃度を判定し、制御回路118に濃度データを送信するように構成され得る。本明細書における「濃度データ」は、第1の物質と1つまたは複数の他の物質との混合物である混合後物質中の第1の入力物質の濃度値を示唆するデータ(例えば光反射率および屈折率など)を指す。例えば、制御回路118は、濃度センサ120から濃度データとして複数の濃度値を受領し得る。本明細書における「濃度値」は、図8および図9を参照として以下で論じるように、混合後濃度の基準として利用し得る単一の濃度値(例えばパーセンテージまたは重量%)を指し得る。代替的にはおよび/または追加的には、濃度値は、単一濃度値同士の平均を指し得る。
制御回路118は、接続部124を経由して濃度データおよび/または測定データを受領するために濃度センサ120に通信接続され得る。接続部124は、直接接続(例えばツイスト対線、光ファイバケーブル、同軸ケーブル、Bluetooth(登録商標)接続、および/または2つのデバイス間で直接的に確立され得る任意の他のタイプの接続など)、および/または間接接続(例えばルータおよび/または他のタイプの別個の通信デバイスを使用する任意のタイプの接続など)を含み得る。いくつかの実施形態では、制御回路118および濃度センサ120は、同様に任意のタイプの有線通信手段または無線通信手段を介して直接的におよび/または間接的に通信し得る。そのため、本明細書において論じる構成要素は、本明細書において論じる機能を実施するために必要とされる任意のハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを含み得る。例えば、本明細書において論じる構成要素は、直接的に、および/またはインターネットなどのパブリックネットワーク、イントラネットなどのプライベートネットワーク、もしくはそれらの組合せを含み得る、ならびにTCP/IPベースネットワークプロトコルを含むがそれに限定されない現行で利用可能なまたは後に展開される様々なネットワークプロトコルを利用し得るネットワークを使用して接続され得る。いくつかの実施形態では、制御回路118および濃度センサ120は、直列データ転送および/または並列データ転送などの通信プロトコルを介して通信し得る。他の通信インターフェースが、ポイント・ツー・ポイント・プロトコル、オンデマンドプロトコル、固定伝送プロトコル、またはカスタム通信プロトコルを含んでもよい。そのため、制御回路118は、いくつかの実施形態ではハウジングとは別個であってもよく、および/または濃度センサ120から遠隔地に位置してもよい。
上記で論じたように、制御回路118は、接続部124を経由して濃度センサ120から濃度データおよび/または測定データを受領するように構成され得る。濃度データは、測定データにより生成され得るが、本明細書において論じる同様の全てのデータが、任意の適切なプロトコルおよび/または接続を使用して信号(例えば濃度データに関する濃度信号および測定データに関する測定信号など)として転送されてもよい。
制御弁122は、制御回路118からの命令に基づき物質B通路110中で調節可能な「隘路」を形成するように構成され得る。この隘路のサイズは、物質Bの流量に影響し、隘路がより小さいほど結果としてより低速の流量が得られる一方で、隘路がより大きいほど結果としてより高速の流量が得られる。いくつかの実施形態では、制御弁122は、アクチュエータおよび針を備え得る。例えば、アクチュエータは、正確かつ制御された量だけ回転するように構成された(例えばウォーム歯車を使用しておよび制御回路118の指示の下で)ステップモータであってもよい。ステップモータの回転により、針は、可制御的に物質B通路110内に突出する(例えば第1の方向へのステップモータの回転により)および物質B通路110から引き戻る(例えば第1の方向とは逆の第2の方向へのステップモータの回転により)、したがって制御弁の開口サイズをそれぞれ縮小および拡大するように構成され得る。しかし、事実上、物質B通路110内の物質Bの流量を可制御的に変更可能である任意の適切な技術を利用し得る。例えば、制御弁122は、空気圧駆動または圧電駆動であってもよい。
上記の例は、本明細書においてしばしば参照されるが、制御弁122は、物質がシステム100を通して移動される結果をもたらす任意の適切な構成要素を備えることが可能である。例えば、制御弁122は、加圧下にある特定量の液体を弁の開閉度合いに応じて通過させ得る弁を備え得る。追加的にはまたは代替的には、制御弁122は、ポンプ、ファン、および/または物質の移動を生じさせるおよび/または物質の圧力を生成するように構成された任意の他の装置を備えることが可能である。例えば、制御弁122は、いかなる実際の弁も有さず、代わりに所与の時間間隔でどれだけポンプ送給できるかで物質Aの流量を制御するように構成されたポンプシステムであってもよい。別の例としては、制御弁122は、物質Aが重力の結果として流れる割合を制御するように構成された弁である。
いくつかの実施形態では、制御回路118、濃度センサ120、および制御弁122は、閉ループ制御システムとして構成され得る。以下でさらに詳細に論じるように、制御回路118は、混合物質の目標濃度を決定、格納、および/または受領するように構成され得る。濃度センサ120は、混合物質が混合物質通路114を通り流れる際に、リアルタイムで混合物質を測定するように構成され得る。混合物質の第1の測定(または第1の測定セット)に基づき、制御回路118は、混合濃度が目標濃度にないまたは目標濃度範囲内にないという判定がなされた場合など(例えば混合濃度が許容誤差範囲外である場合など)に、制御弁122を調節するように構成され得る。例えば、制御回路118は、制御弁122を調節するために使用され得る混合濃度と目標濃度との間の差に基づきフィードバック制御値を決定し得る。制御弁122を調節することにより、結果として物質B通路110内の流量に変化がもたらされ得る。さらに、これにより、混合物質通路114を通り流れる混合物質の濃度が変化し、これが、第2の測定(または測定セット)を介して濃度センサ120により検出され得る。したがって、制御回路118は、新たな濃度が目標濃度ではないと判定された場合に、第2のフィードバック制御値(例えばステップモータのある回転数など)を決定するおよび/または制御弁122を再調節するように構成され得る。このプロセスは、目標濃度が達成されるおよび/または新たな目標濃度が求められるまで繰り返され得る。このプロセスにより、混合装置100のフィードバック制御値に濃度を関連付ける1つまたは複数の制御パラメータ(例えば定数および/または関数)が生成および更新され得る。
いくつかの実施形態では、各測定および調節サイクルが、任意の適切な時間間隔内で(例えば約100ミリ秒未満、約10ミリ秒未満、約1ミリ秒未満、約1秒ごと、および約10秒ごと等)実施され、これにより目標濃度または目標濃度範囲を厳密に(例えば約0.001重量%内など)達成する(1つまたは複数の誤差範囲内で、この例は以下で論じる)ための比較的高速の応答時間が可能となり得る(例えば1日1回の較正プロトコルなどに比べて)。そのため、いくつかの実施形態は、混合後濃度センサを備え、このセンサは、少なくとも1つの他の物質と混合される少なくとも1つの物質の量を制御するように特別に構成された制御回路(プロセッサおよび他のハードウェアを含む)によって入力として受領し得る出力信号を生成する。
いくつかの実施形態では、濃度センサ122は、濃度、温度、露点、および/または任意の他の物理特性などの混合物質の特徴的な物理特性を測定する(または判定のために測定を行う)ように構成され得る。上記で論じたように、入力物質の流量(例えば液体流量制御装置および/または他のタイプの流量測定センサにより測定され得るような)は、単位時間あたりに所与の表面を通過する入力物質の量のみを示す。そのため、2つ以上の入力物質の流量は、混合後出力濃度の大まかな示度をもたらし得るに過ぎない。その意味において、入力物質の流量を測定する流量センサではなく、混合後出力の特徴的な物理特性を測定する濃度センサ122を使用することにより、さらに高い混合精度が達成され得る。
濃度センサ122のいくつかの実施形態は、例えば混合物質の光反射率(REF)および温度などを測定するように構成されてもよく、これらは次いで、混合物質中の1つまたは複数の物質の濃度の判定のために使用され得る。そのため、濃度センサ122は、混合物質のREFを判定するように構成された1つまたは複数の光センサと、温度を測定するように構成された1つまたは複数のサーミスタ(および/または1つまたは複数の温度計)とを備えてもよい。
図2は、いくつかの実施形態にしたがって構成された、濃度センサ122において使用され得る光センサ200の一例を示す。いくつかの実施形態では、濃度センサ122は、光センサによる測定値に基づき混合物質の屈折率(IoR)を、およびそれにより濃度を判定するように構成されたセンサ制御回路をさらに備え得る。そのため、光センサ200は、小型化された、高精度の(約0.001重量%)、高速応答時間の(約1ミリ秒)IoRベース濃度センサであってもよい。
図2および図3を参照すると、光源202から放出される光は、混合物質と接触状態にあり得る窓204(例えばサファイア窓)に入射する。様々な実施形態によれば、混合物質は、静止状態または流動状態にあってもよい。光線は、窓204および窓/物質界面206の感知表面を含む界面からマルチチャネル光子検出器208へと反射される。上記で論じたように、光反射率データは、REFジオメトリを利用して生成され得る。反射率データは、窓/物質界面206間の光学的密度の変化に敏感である。したがって、窓204と接触状態にある混合物質の光学的密度は、測定された反射率に直接的に相関する。光学的密度がIoRに直接的に相関するため、IoRおよびしたがって窓204と接触状態にある混合物質の濃度は、光反射率データから判定され得る。
図2を参照すると、濃度センサ200は、光源202、サーミスタ210、および基板212(例えばプリント回路基板(PCB))に結合されたマルチチャネル光子検出器208と、窓204上の第2のサーミスタ214、ミラー216、ガラス(または他の適切な材料の)窓218(任意)、および窓204(サファイア、石英、ガラス、およびホウケイ酸ガラス等の任意の適切な誘電体材料から作製され得る)とを備え得る。いくつかの実施形態では、メモリチップ220および偏光子222もまた(任意に)含まれ得る。光源202、マルチチャネル光子検出器208、およびサーミスタ210を含む濃度センサ200の電気光学構成要素は、台形形状光学ハウジング224で囲まれ、基板212の内側表面226に結合され得る。複数の導電リード線228が、基板212の外側表面230に結合され得る。
いくつかの実施形態では、光源202は、発光ダイオード(LED)であってもよく、窓204は、サファイアから構成されてもよい。第2のサーミスタ214は、便宜的に窓204の表または裏に装着されてもよい。また、第2のサーミスタ214は、窓204の内側に、または感知表面206にてもしくはその付近にて混合物質と接触状態に配置されてもよい。
窓204は、混合物質と直接接触状態に配置され得る。いくつかの実施形態では、窓204は、機械的強度、物質に対する腐食耐性および引っかき抵抗性、耐久性、光学的品質、加圧下強度、機械加工性、および入手のしやすさをもたらすサファイアから作製され得る。窓204は、光学ハウジング224にまたはガラス窓218に接着され得る(例えば光学エポキシまたは任意の他の光学的に適した材料を介してなど)。さらに、窓204は、光源202からの光を混合物質中へと完全に通過させ得るのに十分な低さの密度を有する材料の薄層(約20〜100Å)で覆われ得る。この薄いコーティングは、損傷または劣化から窓204の表面をさらに保護し、したがって濃度センサ200の耐用寿命を延ばし得る。
上記で論じたように、濃度センサ122は、センサ制御回路をさらに備え得る(例えば光センサ200に加えて)。センサ制御回路は、良好な濃度データおよび/または測定データの取得および/または通知として光センサ200を動作させるように構成され得る。例えば、センサ制御回路は、数値的方法を利用して、光センサ200から受領したREFデータおよび/または温度データからIoRを、およびしたがって物質濃度を引き出すように構成され得る。さらに、センサ制御回路は、光センサ200から(例えば導電リード線228を経由して)受領した「未加工」データ信号に対して数値演算を実施することにより、未加工データ信号を制御回路118にとって適切な形態に変更し得る。これらの数値演算としては、バックグラウンド除去および正規化、ならびに測定データ平均化等が挙げられ得るがそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、センサ制御回路および/またはその機能の中の少なくともいくつかが、ファームウェアおよび/または集積回路に実装され得る。代替的にはおよび/または追加的には、制御回路118は、センサ制御回路に関連して本明細書において論じる1つまたは複数の機能を実施するように構成され得る。同様に、センサ制御回路は、制御回路118に関連して本明細書において論じる1つまたは複数の機能を実施するように構成され得る。
混合物中の物質の濃度を判定するための任意の適切な技術が利用されてもよい。濃度を判定するための構造体および技術のいくつかの例が、2008年1月15日に発行された「Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis System」と題する同一出願人による米国特許第7,319,523号と、2010年11月25日に公開された「Sensing System and Method」と題する同一出願人による米国特許出願公開第2010/0296079号とでさらに詳細に論じられている。上記で参照した両特許文献の全内容が、参照により本明細書に明確に組み込まれる。さらに、伝導率分光法、超音波分光法、紫外可視分光法、および近赤外分光法、電気化学反応、ならびに表面プラズモン共鳴などを含むがそれらに限定されない、REF技術および/またはIoR技術を利用しない濃度センサもまた使用し得る点が理解される。
混合装置100などのいくつかの一体型実施形態は、混合、調合、添加、ならびに他のモニタ制御機能および用途のための非一体型システムと比較すると、より少ない液体量を使用し、より少ない廃棄をもたらし得る。例えば、液体流量制御装置は、混合物質を受領するための容器として機能する混合タンクを必要とし得る。液体流量制御装置の応答時間が低速であるため(例えばより低速な流量測定と、測定された混合後出力濃度と入力物質流量との間の直接フィードバックループの欠如とにより引き起こされ得るような)、混合液体が目標濃度に達しつつある間に、より大量の混合液体が混合タンク内に一時的に貯蔵され得る。そのため、混合装置100は、液体流量制御装置よりも迅速な応答時間を実現することにより、可能な限り最小量が必要とされる製造用途およびプロセス用途のための物質量の削減が可能となり得る。また、混合タンクを用いないことにより、混合装置100は、液体流量制御装置よりも小さな設置面積を有し得る。その意味において、混合装置100のいくつかの実施形態は、目標濃度が達成されるまで混合後出力化学物質を貯蔵するように構成された混合タンクを備えなくてもよい。
図1bは、いくつかの実施形態にしたがって構成された一例の混合装置130を示す。混合装置100の構成要素に関して上記で論じたことは、混合装置130にも該当し得るものであり、本開示を過度に複雑化させるのを避けるために繰り返さない。これに関連して、同様の参照数字は、本論を通じて同様の構成要素を指すために使用される。混合装置130は、制御弁132をさらに備えてもよく、これは制御弁122と同様のものであってもよい。例えば、制御弁132は、制御回路118と通信接続され、閉ループ制御システムの一部として使用され得る。
いくつかの実施形態では、制御弁132は、制御回路118からの命令に基づき物質A通路108内に調節可能な「隘路」を形成するように構成され得る。そのため、制御回路118は、各物質通路(例えば物質A通路108および/または物質B通路110など)に1つまたは複数の弁を備える複数の制御弁を制御するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御回路118は、混合後出力物質が目標濃度にない場合に、制御弁122の代わりにおよび/または追加として制御弁132を調節するように構成され得る。
図1cは、いくつかの実施形態にしたがって構成された一例の混合装置140を示す。混合装置140は、濃度制御装置142および144を備える。濃度センサ120から受領した濃度データおよび/または測定データに基づき、濃度制御装置142は制御弁122を調節するように構成され、濃度制御装置144は制御弁132を調節するように構成され得る。その意味において、いくつかの実施形態は、種々の制御弁セットを制御するように構成された2つ以上の濃度制御装置を備え得る。
図4は、いくつかの実施形態にしたがって構成された一例の混合装置400を示す。混合装置400は、ミキサ402をさらに備え得る。ミキサ402は、混合物質の混合後測定前に、(例えば物質Aおよび物質Bの)適切な物質混合を確実に行うように構成され得る。そのため、ミキサ402は、物質Aおよび物質Bが組み合わされて混合物質を形成し得る交差領域112と、混合物質が測定され得る濃度センサ120との間に配置され得る。
いくつかの実施形態では、ミキサ402は、混合物質がミキサ402を通り流れる際に混合物質を摂動させるように構成された静的ミキサを備え得る。例えば、静的ミキサは、混合物質がミキサ402を通り流れる際に混合物質を部分的に遮るおよび/または送る1つまたは複数の固定バッフルを備え得る。代替的にはまたは追加的には、ミキサ402は、ミキサ402内で動いて(例えば旋回しておよび振動して等)混合物質を摂動させる1つまたは複数の攪拌機などの非静的ミキサを備え得る。そのため、適切な物質混合に適した任意の技術がミキサ402と共に利用し得る点が理解される。さらに、交差領域112に位置決めされる任意のデバイスなどの、本明細書において開示される例の混合装置のいずれもが、ミキサ402を備えてもよく、ミキサ402は、任意の他のタイプのミキサを備えてもまたはそれと置換されてもよい。
図5は、いくつかの実施形態にしたがって構成された第1の入力物質、第2の入力物質、および第3の入力物質(それぞれ「物質A」、「物質B」、および「物質C」)を混合するように構成された例の混合装置500および502を示す。そのため、2つの物質を混合するようにそれぞれ構成された2つ以上の混合装置(例えば混合装置500および502)が、3つ以上の物質を混合するように連結され得る。
例えば、混合装置500の物質A入力504は、物質Aを受領するように構成され、この物質Aは、物質A通路506を通り進み得る。物質B入力508は、物質Bを受領するように構成され、この物質Bは、物質B通路510を通り進み、交差領域512で物質Aと組み合わされて、第1の混合物質を形成し得る。第1の混合物質は、物質出力514を経由して混合装置500から出力され得る。
物質Cを第1の混合物質と混合するために、物質出力514は、混合装置502の第1の混合物質入力516に連結され得る。第1の混合物質は、第1の混合物質入力516を介して進入すると、第1の混合物質通路518を通り進み得る。物質C入力520は、物質Cを受領するように構成され、この物質Cは、物質C通路522を通り進み、交差領域524で第1の混合物質と組み合わされて第2の混合物質(例えば所望の濃度の物質A、B、およびCを含む)を形成し得る。第2の混合物質は、物質出力526を経由して混合装置502から出力され得る。
また図5に示すように、混合装置500および502はそれぞれ、固有の制御回路528および530を備え得る。かかる構成により、混合装置は、最終混合物質において望まれる入力物質数に基づき追加または削減され得る拡張性モジュールとしての役割を果たすことが可能となり得る。しかし、いくつかの実施形態では、2つ以上の混合装置が制御回路を共有してもよい点が理解される。例えば、共有制御回路は、混合装置の一方のハウジング内に配置されてもよく、および/または混合装置から遠隔地に位置してもよい。
いくつかの実施形態では、濃度センサ532は、第1の混合物質を測定することにより濃度データおよび/または測定データを生成し、この濃度データおよび/または測定データを制御回路528に送信するように構成され得る。濃度センサ534は、最終混合物質を測定することにより濃度データおよび/または測定データを生成し、この濃度データおよび/または測定データを制御回路530に送信するように構成され得る。そのため、濃度センサ532および534は、各物質間で混合が行われつつある間に、濃度データおよび/または測定データを制御回路に継続的にリアルタイムで供給するように構成され得る。
図6は、いくつかの実施形態にしたがって構成された、液体流量制御装置602を備える一例の混合装置600を示す。図1aを参照として上記で論じたように、入力物質の一方(例えば物質A)は、一定の割合で流れるように構成され得る。他方の入力物質(例えば物質B)は、混合装置(例えば混合装置600)により制御される可変的割合で流れるように構成され得る。
いくつかの実施形態では、液体流量制御装置602は、物質Aが物質A入力102で混合装置600に入力される前に、物質Aの流量を制御するように構成され得る。そのため、液体流量制御装置602は、混合装置600の物質A入力102に連結された流れ出力610を備え得る。液体流量制御装置602は、流れ入力606、流路608、流量センサ612、流量制御装置614、および流量制御弁616をさらに備え得る。
流れ入力606は、物質Aを受領するように構成され、この物質Aは、流路608を経由して液体流量制御装置602を通り流れ得る。流量センサ612は、流路608内の物質Aの流量を測定するように構成され得る。流量センサ612は、飛行時間超音波センサおよび差圧センサ等を含む複数のタイプの中の1つであってもよい。測定流量に基づき、流量制御装置614は、流量制御弁616を制御して流路608内の調節可能な隘路を形成するように構成され得る。制御弁122に関して上記で論じたことは、流量制御弁616にも該当し得る。例えば、流量制御弁616は、アクチュエータおよび針を備え得る。しかし、事実上、流路608内の物質Aの流量を可制御的に変更し得る任意の適切な技術を利用し得る点が理解される。
混合装置600は、少なくともいくつかの点において液体流量制御装置602と異なり得る。例えば、制御回路118は、濃度センサ120により測定されるような混合後出力物質の濃度に基づき混合前入力物質の流量を制御するように(例えば制御弁122を介してなど)構成され得る。他方で、流量制御装置614は、流量センサ612により測定されるような混合前入力物質の流量に基づき混合前入力物質の流量を制御するように(例えば流量制御弁616を介してなど)構成され得る。
上記で論じたように、流量は、物質の特徴的な物理特性(例えば濃度および温度のような)ではなく、そのため入力物質流量に基づく制御は、混合後出力濃度に基づく制御よりも精度が低くなり得る(例えばフルスケールの1%未満)。さらに、液体流量制御装置の使用は、ドリフト(したがって定期的な再ゼロ化および再較正を必要とする)、バブルの影響を被りやすさ、閉塞、水撃(例えば圧力上昇および圧力解放のサイクルなど)、低流量制限(いくつかの実施形態では約25mL/分未満で動作することができない)、動的範囲の制限、および流量測定と調節との間の応答時間の遅さ(例えば数分の1秒などに対して約数秒など)を含む、他の制約を有し得る。
動的範囲の制限により、所与の目標濃度範囲に対応するために複数の液体流量制御装置を使用することが必要となり得る。例えば、半導体(および関連)製造において、化学物質SC1(standard clean 1)は、水、アンモニア、および過酸化水素の混合物から構成され、半導体ウェーハ表面から有機物およびパーティクルを除去するために使用される。所与のプロセス用途において、濃度は、約1:1:5〜約1:1:500の範囲であることが可能であるが、この例示的な範囲に限定されない。液体流量センサは、この全範囲に対応することができないため、したがって複数のデバイスの必要性が生じる。これにより、物質混合ツールコストおよび装置設置面積が著しく増大し、製品スループットが損なわれ得る。本明細書において開示される混合装置は、液体流量制御装置のこれらのおよび他の欠点を解消するために使用され得ることが理解される。
その意味において、液体流量制御装置602は(それが含まれる場合には)、物質Aが一定の割合(本明細書においては、これは液体流量制御装置602の約1%〜約2%の流量誤差範囲内のほぼ一定を含む)で流れるのを確保することに主に関与する粗調整を実現するように構成され得る。また同時に、混合装置600は、A-B混合物質(例えば物質出力106の出力としての物質Aおよび物質Bの混合物など)が目標濃度にある(本明細書においては、これは約0.005%〜約0.01%の許容誤差範囲内の混合濃度を含む)ことを確保することに最終的に関与し得る。
いくつかの実施形態では、液体流量制御装置が、混合装置600の物質B入力104に追加的におよび/または代替的に連結され得る。この場合には、液体流量制御装置は、流量が混合装置600によりさらに細かく調整される前に、物質B流量の粗制御を実施するように構成され得る。
図7は、いくつかの実施形態にしたがって構成された、濃度センサすなわち濃度センサ122および流量センサすなわち流量センサ702を備える混合装置700の一例を示す。流量センサ702は、入力物質が物質B通路110を通り進む際に、とりわけ入力物質(例えば入力物質B)の流量を測定するように構成されてもよく、入力物質は、物質B通路110の通過後に交差領域112に到達し、そこで2つ以上の入力物質が組み合わさって今後物質を形成し得る。
いくつかの実施形態では、流量センサ702は、圧電変換器704および706を有する超音波飛行時間ベース流量センサを備え得る。圧電変換器704および706は、物質Bの一部分が物質B通路110内でこれらの圧力変換器間を流れるように離間され得る。圧電変換器704および706はそれぞれ、物質B通路110を通り他の圧電変換器に向かって送られる音波を発生および伝播させるように構成され得る。各圧電変換器により発生される音波同士の間の到達時間の差は、物質B通路110を通る物質Bの流量を判定するために利用され得る。流量センサ702は、差圧センサなどの任意の他のタイプの流量センサであってもよいことが理解される。
いくつかの実施形態では、制御回路118は、流量センサ702に通信接続され得る。そのため、流量センサ702は、濃度センサ120に加えておよび/または代替として弁122を制御するために使用され得る。例えば、流量センサ702が、閉ループ制御システム内で使用される場合には、濃度センサ120は、物質濃度値を通知するように構成され得る。同様に、濃度センサ120が、閉ループ制御システム内で使用される場合には、流量センサ702は、流量を通知するように構成され得る。この言明においては、柔軟性、重複性、および徹底性が、両流量センサ702および濃度センサ120の使用により実現され得る。
濃度センサ120は、閉ループ制御システムで使用される場合には、流量センサ702よりも高い混合精度を実現し得ることが理解される。例えば、流量測定値は、流量の約1%〜約2%の不確実性を含み得るため、翻るとこれは、流量測定値から濃度を推測する場合には最大で約4%の濃度不確実性になり得る。他方で、濃度センサ120は、約0.005%〜約0.01%のみの不確実性を伴って濃度を計測し得る。なぜならば、濃度は、流量からの推測の代わりに、本明細書において開示される技術を利用して直接的に測定され得るからである。
いくつかの実施形態では、混合装置700(または本明細書において開示される任意の他の混合装置)は、いくつか挙げると濃度(C)、流速(υ)、流体流量、体積(V)、流体中音速(cs)、温度(T)、および/または圧力(P)を含むがそれらに限定されない、入力物質および/または混合後出力物質の重要な物理特性の同時的かつリアルタイムの測定をもたらすようにさらに構成され得る。ドップラー(伝播時間の代わりに)超音波測定の利用により、速度プロファイルの判定が可能となる。濃度測定と組み合わせた場合には、流体速度が判定され得る。これらの測定値は、ディスプレイデバイスのディスプレイを介してなどさらに通知され得るか、またはデータ解析用(例えば例外、開発手順、最適化、不具合、および長期的傾向を解析するためになど)にデータ管理システムに送信され得る。
図8は、いくつかの実施形態にしたがって実施される閉ループ混合制御のための例示的な方法800の流れ図を示す。いくつかの実施形態では、方法800は、第1の入力物質(例えば物質A)を第2の入力物質(例えば物質B)と組み合わせて所望の目的濃度でA-B混合物質を形成するために、図1〜図7に示す構造体(例えば制御回路118)で実施され得る。さらに、方法800は、混合物質の測定濃度が所望の濃度と比較されてフィードバック制御値を生成し得る技術を提供し得る。フィードバック制御値は、直接フィードバックループにおいて制御弁の調節を制御することなどにより物質Bの事前混合流量を制御するために利用され得る。さらに、図1〜図7を参照として方法800を説明する。
方法800は、ステップ802にて開始し、ステップ804に進み、そこで混合物質内の物質Bの目標濃度(例えば物質Bが物質Aと混合された後の)が決定され得る。例えば、混合装置100の制御回路118は、ユーザ入力デバイス(例えばキーボード、キーパッド、タッチスクリーン、およびマウス等)を介してなど目標濃度を受領するように構成され得る。代替的にはおよび/または追加的には、目標濃度は、制御回路118にプログラミングされてもよく、回路118により自動的に決定されてもよく(例えば過去の混合物目標濃度に基づいてなど)、および/または任意の他の情報に基づき決定されてもよい。
ステップ806で、制御回路は、初期事前混合制御弁開口サイズを設定するために1つまたは複数の制御パラメータを決定するように構成され得る。図1aを参照として上記で論じたように、制御弁122は、制御回路118からの命令に基づき物質B通路110中に調節可能な「隘路」を形成するように構成され得る。そのため、制御弁は、ステップ808で、混合物質の目標濃度を結果としてもたらす流量で物質B通路110内に物質Bを流し得ることが期待され得る初期位置に設定され得る。
本明細書における「制御パラメータ」は、制御弁開口サイズと混合濃度との関係(例えばマッピングなど)を示唆および/または規定し得る1つまたは複数の定数および/または関数を指す。例えば、制御弁が、ステップモータを備える場合には、制御パラメータは、濃度当たりのモータ回転数単位を有する値を出力する混合パラメータ入力を有する関数を含み得る。別の例では、制御パラメータは、濃度当たりのモータ回転数単位を有する定数を含み得る。所望の目標濃度に基づき、制御パラメータは、制御弁の開口サイズを設定するために使用され得るモータ回転数を得るために使用され得る。
本明細書における「混合パラメータ」は、モータ回転数と混合濃度との関係に影響し得る因子に対応する値を指し得る。いくつかの実施形態では、ステップ806での制御パラメータの決定は、(例えばメモリに格納された複数の制御パラメータからのなど)1つまたは複数の制御パラメータを生成、決定、および/または選択するために使用され得る混合パラメータ(例えば物質流量、温度、物質タイプおよび/または物質粘性、ならびに目標濃度等)の受領を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、例示の混合パラメータは、物質関連混合パラメータおよび/または装置関連混合パラメータを含み得る。物質関連混合パラメータは、粘性、密度、比重、および化学組成等の、入力物質(例えば物質Aおよび/または物質B)の物理特性を示し得る。例えば、高い粘性を有する物質は、所与の所望目標濃度について、制御弁開口サイズが低い粘性を有する物質よりも大きいものとなるべきであることを示唆し得る。いくつかの実施形態では、物質関連混合パラメータは、温度および/または圧力などの、物質に影響し得る環境またはバックグラウンドの混合パラメータをさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、物質Aの流量は、混合パラメータであり得る。例えば、流量制御装置602は、物質Aが物質A入力102で混合装置600に入力される前に、物質Aの流量を制御するために使用され得る。そのため、混合装置は、流量制御装置から物質Aの流量を受領し得る。代替的にはおよび/または追加的には、混合装置は、物質Aの流量をモニタリングおよび制御するように構成され得る。例えば、流量は、物質A通路108中に調節可能な隘路を形成する制御弁を調節することなどにより、物質A通路108のサイズによって制御され得る。
装置関連混合パラメータは、通路サイズ(例えば物質A通路108および/または物質B通路110の)、制御弁タイプ(例えばステップモータのマイクロステップサイズおよび全ステップ当たりのマイクロステップ等)、混合装置タイプ、および/または他のシステム構成要素関連要素などの、流量に影響し得る混合装置の特徴を示し得る。いくつかの実施形態では、装置関連混合パラメータは、流量制御装置の機能性およびシステムの較正の両方にリアルタイムで、すなわち変数変化(例えば摩損関連の精度の問題など)を補正するための動作中におよび非動作時間中に(例えば他のシステムによる経験および/またはメンテナンス後の経験に基づき)影響し得る。例えば、混合装置が動作するにつれて、制御弁は摩耗し得る(例えば川が渓谷を通り流れるのと同様に)。制御弁が交換を必要とするだけ十分な摩耗を被るまでには数カ月またはさらには数年を要し得るが、濃度センサの精度レベルおよび精度は、週単位またはさらには日単位の摩損量の相違に影響され得る。例えば、特定のモータ回転数に基づき開くように動く制御弁は、1日は特定の目標濃度について正確さを有し得るが、一週間後には不正確になり得る。これらの変化は、摩損などの動作上の問題のみに限定されるわけではなく、さらには構成要素の交換など(例えば交換される構成要素よりも高いまたは低い耐久性を有し得る異なる制御弁および/またはステップモータが設置され得るなど)の非動作事象によっても影響され得る。
混合パラメータは、任意の適切な技術の利用により決定され得る。例えば、いくつかの混合パラメータは、メモリに格納され、メモリから検索され得る。代替的にはおよび/または追加的には、1つまたは複数の混合パラメータが、(例えば混合前に濃度センサ120により)測定され得る、および/またはユーザにより入力され得る。
ステップ810では、制御回路は、物質Bおよび物質Aの混合を容易化して混合後出力物質を形成するように構成され得る。例えば、図1aを参照すると、物質Aは、物質A通路108を通り進み、物質Bは、物質B通路110を通り進み得る。物質A通路108および物質B通路110は、交差領域112にて合流し、そこで物質Aおよび物質Bは、組み合わされて混合物質を形成し得る。混合物質は、混合物質通路114を通り進み得る。いくつかの実施形態では、ミキサ(例えば図4に示すミキサ402など)が、物質Aおよび物質Bが組み合わされて混合物質を形成し得る交差領域112と、混合物質が測定され得る濃度センサ120との間にさらに位置決めされ得る。このミキサは、適切な物質混合を確保するように構成され得る。
ステップ812では、制御回路は、物質Aおよび物質Bの混合時に混合後出力物質中の物質Bの混合後濃度値を判定するように構成され得る。制御回路は、混合後濃度値を継続的に、周期的に、および/またはユーザ命令の受領時に判定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、混合後濃度値の各判定ごとに、光センサ200は、混合物質の光反射率(REF)および温度を測定するように構成され得る。これらの測定に基づき、濃度センサ120および/または制御回路118は、屈折率(IoR)を判定するように構成され得る。IoRに基づき、濃度センサ120および/または制御回路118は、濃度値を判定するように構成され得る。そのため、制御回路は、いくつかの実施形態では濃度センサから物質Bの混合後濃度値を(例えば濃度データとして)受領するように構成され得る。混合後出力物質測定に基づき濃度値を判定するためにステップ812で利用され得るいくつかの例示的な技術は、2008年1月15日に発行された「Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis Systems」と題する同一出願人による米国特許第7,319,523号において詳細に論じられる。この特許の全内容が、参照により本明細書に明確に組み込まれる。
ステップ814では、混合後濃度値のモニタリングにより判定され得るような物質Bの混合後濃度値が、所定目標濃度範囲または目標濃度の許容誤差範囲から外れるかどうかの判定がなされ得る。例えば、ステップ814で判定された混合後出力物質中の物質Bの濃度が、ステップ804で判定された物質Bの目標濃度と比較され得る。いくつかの実施形態では、混合後濃度と目標濃度との差εが判定され得る。さらに、混合後濃度および他の測定データ(例えば測定されたREF、IoR、および温度等)が、ディスプレイデバイス上に示され得る。
本明細書における「混合後濃度値」は、単一の混合後濃度値または2つ以上の単一濃度値の平均を指し得る。図9を参照として以下で論じるように、いくつかの実施形態では、ステップ812で、所定数の混合後濃度値が平均化されて、平均混合後濃度値を決定し得る。次いで、ステップ814で、この平均混合後濃度値は、単一の混合後濃度値ではなく目標濃度と比較され得る。いくつかの実施形態では、選択される濃度値は、ステップ812で決定された混合後濃度値から使用され得る。例えば、制御回路は、ステップ814で判定のために、一定時間および/または断続的な時間に混合後濃度値をサンプリングするように構成され得る。
ステップ814での判定は、混合後濃度が目標濃度からの許容量内に含まれるかどうかに関する判定を含み得る。いくつかの実施形態では、許容誤差範囲は、濃度センサの精度により決定され得る。例えば、濃度センサが、約0.001%内の濃度を測定し得る場合には、ステップ814での判定は、混合後濃度および目標濃度が約0.001%を超えて異なることが確実にないように実施され得る。代替的にはおよび/または追加的には、ユーザは、許容誤差範囲を設定することが可能であってもよい。
いくつかの実施形態では、ステップ814での判定は、2つ以上の異なる許容誤差範囲を利用し得る。例えば、平均許容誤差範囲が、平均混合後濃度に適用され、第2の許容誤差範囲が、各混合後濃度値に適用され得る。目標濃度が10.00%である場合には、平均許容誤差範囲は0.09%であり、10.09%または9.91%から外れる平均混合後濃度は調節を生じさせ得る。さらに、第2の許容誤差範囲が約0.2%である場合には、平均混合後濃度が9.91〜10.09%の許容範囲内であっても、10.2%または9.8%から外れる各混合後濃度値が調節を生じさせ得る。かかる実施形態により、混合装置は、混合後出力物質の濃度の急激な変化により引き起こされ得るものなどの目標濃度からの大きな単一偏差の補正の応答時間の高速化を実現することが可能となり得る。
混合後濃度が、目標濃度または目標濃度範囲(例えば許容誤差範囲内など)ではない場合には、方法800は、ステップ816に進み得る。ステップ816では、制御パラメータが、混合後濃度に基づき更新され得る。いくつかの実施形態では、制御回路118は、比例積分微分(PID)制御装置をさらに備え得る(またはPID機能を備えるように構成され得る)。そのため、制御パラメータの例には、PID制御における比例値kp、積分値ki、および/または微分値kdが含まれ得る。ここで、濃度に対する以前の制御パラメータの予想される効果と混合後濃度との差が、制御パラメータの調整に利用され得る。例えば、混合後濃度が所望の目標濃度未満である場合には、kpは上昇し得る、つまり制御弁開口サイズを拡大するより大きなモータ回転数が必要となり得る。
制御パラメータの動的更新は、目標濃度を達成するためにより少ないフィードバックサイクルが必要となり得るため、応答時間の増大に対応し得ることが理解される。さらに、動的更新により、より少ないまたはゼロの混合前再較正(例えば各利用前に液体流量制御装置に必要となり得るような)での対応が可能となり得る。なぜならば、制御回路は、混合装置に対する変化(例えば摩損または交換により制御弁の)に対して、それらの変化が経時的に発生するのと同時に調節を行い得るからである。
ステップ818では、フィードバック制御値が決定され得る。例えば、制御回路118は、以下の式1に示す比例積分微分を利用してフィードバック制御値q(t)を計算するように構成され得る。
Figure 2016503345
ここでは、値εは時間に対する測定混合後濃度と目標濃度との差であり、kpは比例値であり、kiは積分値であり、kdは微分値である。いくつかの実施形態では、フィードバック制御値は、ステップ816で更新された制御パラメータ(例えばkp、ki、およびkd)を利用し得る。いくつかの実施形態では、フィードバック値q(t)は、モータ回転数単位であり、混合前制御弁の制御のために使用される値を提供し得る。
ステップ820では、混合前制御弁の開口サイズは、フィードバック制御値に基づき調節され得る。例えば、制御回路118は、制御弁122のアクチュエータに適切な方向への回転を生じさせて(例えばフィードバック制御値により決定されるようなある特定のモータ回転数など)、物質B通路108内へと針を突出させるおよび/または物質B通路108から針を引き出させ、したがって調節可能な隘路のサイズを、およびそれにより物質Bの流量をそれぞれ拡大および縮小させるように構成され得る。そのため、物質Bの流量は、混合後濃度が目標濃度未満である場合には増加され、混合後濃度が目標濃度超である場合には減少され得る。
いくつかの実施形態では、制御弁の調節は、流量センサなどによる物質B通路110内の物質Bの測定流量とは無関係であってもよい。そのため、測定流量に基づき弁を制御し得る液体流量制御装置とは異なり、制御弁を調節するための基準として混合後濃度を利用することにより、より高い精度が達成され得る。
ステップ820後に、方法800はステップ810へと戻り、混合が継続され、混合後出力物質中の物質Bの濃度が上述の技術を再び利用して判定され得る。
ステップ814に戻ると、混合後濃度が目標濃度である場合には、方法800はステップ822へと進み、そこで混合が完了したか否かに関する判定が行われ得る。混合が完了していないと判定された場合(例えば混合後出力物質が依然として流れていると濃度センサが検出した場合など)には、方法800はステップ810に戻り、そこで混合が続けられ、混合後出力物質中の物質Bの濃度が判定され得る。その意味において、濃度制御装置118は、混合後濃度を継続的にモニタリングして混合後濃度が所定の目標濃度範囲または目標濃度の許容誤差範囲を外れているかどうかを判定するように、および混合が行われるのと同時にそれに応じてリアルタイムで制御弁位置を調節するように構成され得る。ステップ822で混合が完了したと判定されると、ステップ824で方法800は終了し得る。
図9は、いくつかの実施形態による平均混合後濃度値を生成するための例示的な方法900の流れ図を示す。上記で論じたように、方法800のステップ812で、所定数の混合後濃度値が平均化されて、平均混合後濃度値が決定され得る。次いで、ステップ814で、平均混合後濃度値は目標濃度と比較され得る。
方法900は、ステップ902で開始され、ステップ904に進み、そこで制御回路は、濃度センサから混合後出力物質中の第1の入力物質の混合後濃度値を受領し得る。ステップ906で、ステップ904が所定の回数にわたり繰り返され得る。方法800のステップ812にて上記で論じたことは、ステップ904およびステップ906でも該当し得る。例えば、物質Aおよび物質Bの混合時の濃度センサ120による測定に基づき、制御回路118は、混合後出力物質中の物質Bの混合後濃度値を継続的に判定および/または受領するように構成され得る。所定数の濃度値の後に、方法900はステップ908に進み得る。
ステップ908では、制御回路は、所定数の濃度値について平均混合後濃度値を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、平均化される所定数の濃度値は、制御弁122の応答時間および/または濃度センサ120の応答時間により決定され得る。例えば、濃度センサ120は、(例えばアクチュエータおよび/またはステップモータの回転などによる)制御弁開口サイズを調節するのに制御弁122が要する時間よりも高速で(例えば毎ミリ秒など)濃度値を生成することが可能であり得ることが、本明細書に提示される開示から理解される。追加的にはおよび/または代替的には、平均化される濃度値の所定数は、濃度センサの信頼性に基づき得る。例えば、平均値は、混合後濃度が目標濃度からずれてしまう事態を生じさせ得る時として不正確な濃度値により引き起こされる問題を回避するために求められ得る。方法900は、ステップ910にて終了し得る。
図10は、回路1000の概略ブロック図を示し、その一部または全てが、例えば混合装置などに含まれ得る(例えば混合装置100の制御回路118および/または濃度センサ120など)。図10に示すように、いくつかの例の実施形態によれば、回路1000は、1つまたは複数のプロセッサ1002、メモリ1004、1つまたは複数の通信モジュール1006、および/または1つまたは複数の入出力モジュール1008などの様々な手段を備え得る。
本明細書において言及されるように、「モジュール」は、方法800および900に含まれるような1つまたは複数の特定の機能を実施するように構成されたハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを含む。これに関連して、本明細書において説明されるような回路1000の手段は、例えば回路、ハードウェア要素(例えば適切にプログラミングされたプロセッサおよび/または組合せ論理回路等)、適切に構成された処理デバイス(例えばプロセッサ1002)により実行可能な非一時的コンピュータ可読媒体(例えばメモリ1004)に格納されたコンピュータ可読プログラム命令を備えるコンピュータプログラム製品、またはそれらの何らかの組合せとして具現化され得る。
例えば、プロセッサ1002は、付随のデジタル信号プロセッサを有する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、付随のデジタル信号プロセッサを有さない1つまたは複数のプロセッサ、1つまたは複数のコプロセッサ、1つまたは複数のマルチコアプロセッサ、1つまたは複数の制御装置、処理回路、1つまたは複数のコンピュータ、例えばASIC(特定用途向け集積回路)もしくはFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)などの集積回路を含む様々な他の処理要素、またはそれらの何らかの組合せを含む様々な手段として具現化され得る。したがって、単一のプロセッサとして図10では図示されるが、いくつかの実施形態では、プロセッサ1002は、複数のプロセッサおよび/または処理回路を備える。複数のプロセッサは、単一の計算デバイス上で具現化され得るか、または回路1000として機能するように集合的に構成された複数の計算デバイス中に分散され得る。複数のプロセッサは、相互に動作通信状態にあり、本明細書において説明されるような回路1000の1つまたは複数の機能を実施するように集合的に構成され得る。一例の実施形態では、プロセッサ1002は、メモリ1004に格納されるかまたはプロセッサ1002に他の方法でアクセス可能な命令を実行するように構成される。これらの命令がプロセッサ1002により実行されることにより、回路1000は、本明細書において説明されるような回路1000の機能の中の1つまたは複数を実施し得る。
ハードウェア方法、ファームウェア/ソフトウェア方法、またはそれらの組合せのいずれにより構成される場合でも、プロセッサ1002は、それに応じて構成されつつ本発明の実施形態にしたがって動作を実施することが可能な要素を備え得る。したがって、例えば、プロセッサ1002が、ASICまたはFPGA等として具現化される場合には、プロセッサ1002は、本明細書において説明される1つまたは複数の動作を実行するために特別に構成されたハードウェアを備え得る。別の例としては、プロセッサ1002が、メモリ1004内に格納され得るような命令を実行するものとして具現化される場合には、これらの命令は、図8および図9に関連して論じられるような本明細書において説明される1つまたは複数のアルゴリズムおよび動作を実施するようにプロセッサ1002を特別に設定し得る。
メモリ1004は、例えば揮発メモリ、非揮発メモリ、またはそれらの何らかの組合せなどを備え得る。図10では単一のメモリとして図示されるが、メモリ1004は、複数のメモリ構成要素を備え得る。複数のメモリ構成要素は、単一の計算デバイス上に具現化されるか、複数の計算デバイス中に分散されてもよい。様々な実施形態では、メモリ1004は、例えばハードディスク、ランダムアクセスメモリ、キャッシュメモリ、フラッシュメモリ、コンパクトディスクリードオンリーメモリ(CD-ROM)、デジタル多目的ディスクリードオンリーメモリ(DVD-ROM)、光ディスク、情報を格納するように構成された回路、またはそれらの何らかの組合せなどを備え得る。メモリ1004は、情報、データ(例えば制御弁位置を設定するための制御パラメータおよび/または定数など)、アプリケーション、命令、または本発明の例の実施形態にしたがって様々な機能を回路1000に実行させ得るための同様のもの等を格納するように構成され得る。例えば、少なくともいくつかの実施形態では、メモリ1004は、プロセッサ1002による処理のために入力データをバッファリングするように構成される。追加的にはまたは代替的には、少なくともいくつかの実施形態では、メモリ1004は、プロセッサ1002により実行するためのプログラム命令を格納するように構成される。メモリ1004は、静的情報および/または動的情報の形態で情報を格納し得る。この格納された情報は、回路1000の機能を実施する際に回路1000により格納および/または利用され得る。
通信モジュール1006は、回路、ハードウェア、コンピュータ可読媒体(例えばメモリ1004)に格納されおよび処理デバイス(例えばプロセッサ1002)により実行されるコンピュータ可読プログラム命令を備えるコンピュータプログラム製品、または例えば第2の回路1000および/または同様のものなどの別のデバイスに/からデータを送受信するように構成されたそれらの組合せに具現化された任意のデバイスまたは手段として具現化され得る。いくつかの実施形態では、通信モジュール1006は、(本明細書において論じる他の構成要素と同様に)少なくとも部分的にプロセッサ1002として具現化され得るか、または他の方法でプロセッサ1002により制御され得る。これに関連して、通信モジュール1006は、バスを介してなどプロセッサ1002と通信状態になり得る。いくつかの実施形態では、通信モジュール1006は、別の計算デバイスとの通信を可能にするために例えばアンテナ、トランスミッタ、レシーバ、トランシーバ、ネットワークインターフェースカード、および/またはサポートハードウェアおよび/またはファームウェア/ソフトウェアなどを備え得る。通信モジュール1006は、計算デバイス間の通信に使用され得る任意のプロトコルを利用してメモリ1004により格納され得る任意のデータを送受信するように構成され得る。追加的にはまたは代替的には、通信モジュール1006は、メモリ1004、入出力モジュール1008、および/または回路1000の任意の他の構成要素と通信状態にあってもよい。
入出力モジュール1008は、プロセッサ1002と通信状態にあることにより、ユーザ入力の示度を受領し得る、および/またはユーザに可聴出力、可視出力、機械出力、もしくは他の出力を供給し得る。回路1000により視覚的ディスプレイデバイスに表示され得る可視出力のいくつかの例が、方法800および900との関連で論じられる。かかる例示的な可視出力としては、混合後濃度、目標濃度、測定光反射率(REF)、屈折率(IOR)、温度制御パラメータおよび/または温度制御定数、ならびに同様のものが挙げられるが、それらに限定されない。その意味で、入出力モジュール1008は、例えばキーボード、キーパッド、マウス、ジョイスティック、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、および/または他の入出力機構などのためのサポートをさらに備え得る。入出力モジュール1008は、バスによってなどメモリ1004、通信モジュール1006、および/または任意の他の構成要素と通信状態にあり得る。2つ以上の入出力モジュールおよび/または他の構成要素が、回路1000に含まれ得るが、図10では、図をいたずらに複雑にするのを避けるために1つのみが示される(本明細書において論じる他の構成要素と同様に)。
いくつかの実施形態では、一連のコンピュータ可読プログラムコード部分が、1つまたは複数のコンピュータプログラム製品において具現化され、コンピュータデバイスおよび/または他のプログラマブル装置と共に使用されて機械実行プロセスをもたらし得る。理解されるように、任意のかかるコンピュータプログラム命令および/または他のタイプのコードは、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル装置回路にロードされて機械を作製することができ、それによりこの機械上でコードを実行するコンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル回路は、本明細書において説明されるものを含む様々な機能を実行するための手段を形成する。
方法、装置、およびコンピュータプログラム製品のブロック図および流れ図を参照として、本発明の実施形態を上記で説明した。回路図およびプロセス流れ図の各ブロック、ならびに回路図およびプロセス流れ図のブロックの組合せはそれぞれ、コンピュータプログラム命令を含む様々な手段により実装され得る点が理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または図10を参照として上記で論じるプロセッサ1002などの他のプログラマブルデータ処理装置にロードされて機械を作製することができ、それによりこのコンピュータプログラム製品は、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置上で実行されることにより流れ図ブロックで指定される機能を実行するための手段を形成する命令を含む。
また、これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置をある特定の様式で機能させ得る1つまたは複数の非一時的コンピュータ可読記憶媒体(例えばメモリ1004)に格納されてもよく、それによりコンピュータ可読記憶媒体に格納された命令は、本明細書において論じる機能を実行するためのコンピュータ可読命令を含む製造品をもたらす。また、コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置にロードされて、一連の動作ステップをコンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実施させることによりコンピュータ実行プロセスをもたらしてもよく、それによりコンピュータまたは他のプログラマブル装置で実行される命令は、本明細書において論じる機能を実行するためのステップをもたらす。非一時的コンピュータ可読媒体は、コンピュータ実行可能命令またはソフトウェアプログラムをエンコードするためにコントローラ、マイクロコントローラ、計算システム、または計算システムのモジュールによりアクセスされ得る非一時的ストレージハードウェア、非一時的ストレージデバイス、または非一時的コンピュータシステムメモリを備え得る。非一時的コンピュータ可読媒体は、媒体上でエンコードされるコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアプログラムを検索および/または実行するために、計算システムまたは計算システムのモジュールによりアクセスされ得る。非一時的コンピュータ可読媒体としては、ハードウェアメモリ、非一時的有形媒体(例えば1つまたは複数の磁気ストレージディスク、1つまたは複数の光ディスク、1つまたは複数のUSBフラッシュドライブなど)、コンピュータシステムメモリもしくはランダムアクセスメモリ(DRAM、SRAM、EDO RAMなど)、および同様のものなどの1つまたは複数のタイプが挙げられるが、これらに限定されない。
例示的な実施形態の説明では、明瞭化のために特定の術語が使用される。説明を目的として、各特定の用語は、同様の目的を達成するために同様の様式で動作する全ての技術的均等物および機能的均等物を少なくとも含むように意図される。さらに、特定の例示的な実施形態が複数のシステム要素または方法ステップを含むいくつかの例では、これらの要素またはステップは、単一の要素またはステップと置き換えられ得る。同様に、単一の要素またはステップは、同様の目的を果たす複数の要素またはステップと置き換えられ得る。さらに、本明細書では、様々な特性に関するパラメータが、例示的な実施形態に対して指定されるが、これらのパラメータは、特に別様のことが指定されない限りは、1/20、1/10、1/5、1/3、および1/2等だけまたはそれらの丸め近似値(rounded-off approximations)だけ上下に調節されてもよい。さらに、例示的な実施形態をその特定の実施形態を参照として図示および説明したが、本明細書では本発明の範囲から逸脱することなく形状または詳細における様々な代替および変更がなされ得る点が当業者には理解されよう。さらに、他の態様、機能、および利点もまた、本発明の範囲内に含まれる。
本明細書では、例示的な流れ図は、例示を目的として提示され、方法の非限定的な例である。例示的な方法は、例示的な流れ図に示すものよりも多いまたは少ないステップを含んでもよい点、および例示的な流れ図のステップは、図示されるものとは異なる順序で実施されてもよい点が当業者には理解されよう。
ブロック図および流れ図のブロックは、特定の機能を実施するための手段の組合せ、特定の機能を実施するためのステップの組合せ、および特定の機能を実施するためのプログラム命令手段をサポートする。また、回路図およびプロセス流れ図のブロック/ステップの一部もしくは全て、ならびに回路図およびプロセス流れ図のブロック/ステップの組合せは、特定の機能もしくはステップ、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せを実施する専用ハードウェアベースコンピュータシステムにより実施され得ることが理解されよう。
本明細書に示す本発明の多数の修正形態および他の実施形態が、前述の説明および関連図面に示す教示の利益を受ける本発明のこれらの実施形態に関係する当業者には想起されよう。したがって、本発明の実施形態は、開示される特定の実施形態に限定されず、修正形態および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に含まれるように意図される点を理解されたい。特定の用語が本明細書では使用されるが、これらは一般的かつ説明的な意味のみで使用され、限定を意図するものではない。
100 混合装置
102 物質A入力
104 物質B入力
106 物質出力
108 物質A通路
110 物質B通路
112 交差領域
114 混合後物質通路
118 制御回路
120 濃度センサ
122 制御弁
124 接続部
130 混合装置
132 制御弁
140 混合装置
142 濃度制御装置
144 濃度制御装置
200 光センサ
202 光源
204 窓
206 窓/物質界面
208 マルチチャネル光子検出器
210 サーミスタ
212 基板
214 第2のサーミスタ
216 ミラー
218 窓
220 メモリチップ
222 偏光子
224 台形形状光学ハウジング
226 内側表面
228 導電リード線
230 外側表面
400 混合装置
402 ミキサ
500 混合装置
502 混合装置
504 物質A入力
506 物質A通路
508 物質B入力
510 物質B通路
512 交差領域
514 物質出力
516 第1の混合物質入力
518 第1の混合物質通路
520 物質C入力
522 物質C通路
524 交差領域
526 物質出力
528 制御回路
530 制御回路
532 濃度センサ
534 濃度センサ
600 混合装置
602 液体流量制御装置
606 液体流量制御装置
608 流路
610 流れ出力
612 流量センサ
614 流量制御装置
616 流量制御弁
700 混合装置
702 流量センサ
704 圧電変換器
706 圧電変換器
1000 回路
1002 プロセッサ
1004 メモリ
1006 通信モジュール
1008 入出力モジュール
いくつかの実施形態では、濃度センサ120は、濃度、温度、露点、および/または任意の他の物理特性などの混合物質の特徴的な物理特性を測定する(または判定のために測定を行う)ように構成され得る。上記で論じたように、入力物質の流量(例えば液体流量制御装置および/または他のタイプの流量測定センサにより測定され得るような)は、単位時間あたりに所与の表面を通過する入力物質の量のみを示す。そのため、2つ以上の入力物質の流量は、混合後出力濃度の大まかな示度をもたらし得るに過ぎない。その意味において、入力物質の流量を測定する流量センサではなく、混合後出力の特徴的な物理特性を測定する濃度センサ120を使用することにより、さらに高い混合精度が達成され得る。
濃度センサ120のいくつかの実施形態は、例えば混合物質の光反射率(REF)および温度などを測定するように構成されてもよく、これらは次いで、混合物質中の1つまたは複数の物質の濃度の判定のために使用され得る。そのため、濃度センサ120は、混合物質のREFを判定するように構成された1つまたは複数の光センサと、温度を測定するように構成された1つまたは複数のサーミスタ(および/または1つまたは複数の温度計)とを備えてもよい。
図2は、いくつかの実施形態にしたがって構成された、濃度センサ120において使用され得る光センサ200の一例を示す。いくつかの実施形態では、濃度センサ120は、光センサによる測定値に基づき混合物質の屈折率(IoR)を、およびそれにより濃度を判定するように構成されたセンサ制御回路をさらに備え得る。そのため、光センサ200は、小型化された、高精度の(約0.001重量%)、高速応答時間の(約1ミリ秒)IoRベース濃度センサであってもよい。
上記で論じたように、濃度センサ120は、センサ制御回路をさらに備え得る(例えば光センサ200に加えて)。センサ制御回路は、良好な濃度データおよび/または測定データの取得および/または通知として光センサ200を動作させるように構成され得る。例えば、センサ制御回路は、数値的方法を利用して、光センサ200から受領したREFデータおよび/または温度データからIoRを、およびしたがって物質濃度を引き出すように構成され得る。さらに、センサ制御回路は、光センサ200から(例えば導電リード線228を経由して)受領した「未加工」データ信号に対して数値演算を実施することにより、未加工データ信号を制御回路118にとって適切な形態に変更し得る。これらの数値演算としては、バックグラウンド除去および正規化、ならびに測定データ平均化等が挙げられ得るがそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、センサ制御回路および/またはその機能の中の少なくともいくつかが、ファームウェアおよび/または集積回路に実装され得る。代替的にはおよび/または追加的には、制御回路118は、センサ制御回路に関連して本明細書において論じる1つまたは複数の機能を実施するように構成され得る。同様に、センサ制御回路は、制御回路118に関連して本明細書において論じる1つまたは複数の機能を実施するように構成され得る。
図7は、いくつかの実施形態にしたがって構成された、濃度センサすなわち濃度センサ120および流量センサすなわち流量センサ702を備える混合装置700の一例を示す。流量センサ702は、入力物質が物質B通路110を通り進む際に、とりわけ入力物質(例えば入力物質B)の流量を測定するように構成されてもよく、入力物質は、物質B通路110の通過後に交差領域112に到達し、そこで2つ以上の入力物質が組み合わさって今後物質を形成し得る。

Claims (20)

  1. 第1の混合物を生成するために複数の物質の制御された混合を行うための方法であって、
    前記複数の物質の混合物中の第1の物質の第1の目標濃度範囲を受領するステップと、
    第1の混合ゾーンに前記複数の物質を供給するステップであって、前記複数の物質は、前記第1の混合ゾーンで混合されて前記第1の混合物を生成する、ステップと、
    前記第1の混合ゾーンに前記複数の物質を供給し続ける間に、前記第1の混合物中の前記第1の物質の濃度値を判定するステップと、
    前記第1の目標濃度範囲に対して前記第1の物質の前記濃度値を比較するステップと、
    前記第1の物質の前記濃度値が前記第1の目標濃度範囲から外れると判定された場合に、前記第1の混合ゾーンに前記第1の物質を供給するための第1の導管に設けられた制御弁の開口サイズを調節することにより前記第1の混合ゾーンへの前記第1の物質の流量を自動的に調節するステップであって、前記制御弁の前記開口サイズは、前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値に基づき、および前記複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴に基づき調節され、前記1つまたは複数の物理特徴は、粘性、密度、比重、化学組成、温度、および圧力からなる群より選択される、ステップと
    を含む方法。
  2. 前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値を判定する前記ステップは、
    前記第1の混合物の1つまたは複数の特徴的な物理特性を検出するステップと、
    前記第1の混合物の前記1つまたは複数の特徴的な物理特性に基づき前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値を判定するステップと
    を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記1つまたは複数の特徴的な物理特性は、温度、露点、濃度、前記第1の混合物中での音速、光反射率、および屈折率からなる群より選択される、請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値を判定する前記ステップは、
    前記第1の混合物の光反射率を検出するステップと、
    前記第1の混合物の温度を検出するステップと、
    前記第1の混合物の前記光反射率および前記温度に基づき前記第1の混合物の屈折率を判定するステップと、
    前記屈折率に基づき前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値を判定するステップと
    を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記制御弁の前記開口サイズは、前記第1の混合物が生成される混合システムの1つまたは複数の物理特徴にも基づき調節され、前記1つまたは複数の物理特徴は、前記第1の物質が前記混合ゾーンに供給される際に通る第1の導管のサイズと、前記混合ゾーンのタイプと、前記制御弁のタイプとからなる群より選択される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記第1の混合ゾーンに前記複数の物質を供給し続ける間に、前記第1の混合物中の前記第1の物質の第2の濃度値を判定するステップと、
    前記第1の目標濃度範囲に対して前記第1の物質の前記第2の濃度値を比較するステップと、
    前記第1の物質の前記第2の濃度値が前記第1の目標濃度範囲から外れると判定された場合に、前記第1の混合ゾーンに前記第1の物質を供給するための第1の導管に設けられた制御弁の前記開口サイズを自動的に調節するステップであって、前記制御弁の前記開口サイズは、前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記第2の濃度値に基づき調節される、ステップと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記複数の物質の前記第1の混合物中の第2の物質の第2の目標濃度範囲を受領するステップと、
    前記第1の混合ゾーンに前記複数の物質を供給し続ける間に、前記第1の混合物中の前記第2の物質の濃度値を判定するステップと、
    前記第2の目標濃度範囲に対して前記第2の物質の前記濃度値を比較するステップと、
    前記第2の物質の前記濃度値が前記第2の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、前記第1の混合ゾーンへの前記第2の物質の供給を自動的に調節するステップと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  8. 第2の混合ゾーンに前記第1の混合物を供給するステップと、
    前記第2の混合ゾーンに第3の物質を供給するステップであって、前記第1の混合物および前記第3の物質は、前記第2の混合ゾーンで混合されて第2の混合物を生成する、ステップと、
    前記第2の混合物中の前記第3の物質の第3の目標濃度範囲を受領するステップと、
    前記第2の混合ゾーンに前記第1の混合物および前記第3の物質を供給し続ける間に、前記第2の混合物中の前記第3の物質の濃度値を判定するステップと、
    前記第3の目標濃度範囲に対して前記第3の物質の前記濃度値を比較するステップと、
    前記第3の物質の前記濃度値が前記第3の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、前記第2の混合ゾーンへの前記第3の物質の供給を自動的に調節するステップと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  9. 第1の混合導管と、
    前記第1の混合導管に結合されその上流に配設された第1の供給導管であって、前記第1の混合導管に第1の物質を供給するためのボアを備える第1の供給導管と、
    前記第1の供給導管に設けられた第1の流量制御デバイスであって、前記第1の供給導管の前記ボアの開口を選択的に調節するように構成された第1の流量制御デバイスと、
    前記第1の混合導管に結合されその上流に配設された第2の供給導管であって、前記第1の混合導管に第2の物質を供給するためのボアを備える第2の供給導管と、
    前記第1の物質および前記第2の物質の混合により生成される第1の混合物の1つまたは複数の特徴を検出するために前記第1の混合導管に設けられた第1のセットの1つまたは複数のセンサと、
    前記第1のセットの1つまたは複数のセンサにおよび前記第1の流量制御デバイスに動作的に結合された第1の制御回路であって、前記第1の混合導管における前記第1の混合物の前記1つまたは複数の検出された特徴に基づき前記第1の物質の流量を調節するために、前記第1の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされる、第1の制御回路と
    を備える、混合システム。
  10. 前記第1の混合物の前記1つまたは複数の特徴は、温度、露点、濃度、前記第1の混合物中の音速、光反射率、および屈折率からなる群より選択される、請求項9に記載の混合システム。
  11. 前記第1の制御回路は、
    前記第1の混合物の前記1つまたは複数の検出された特徴に基づき前記第1の混合物中の前記第1の物質の濃度値を判定し、
    前記第1の物質に関する第1の目標濃度範囲に対して前記第1の物質の前記濃度値を比較し、
    前記第1の物質の前記濃度値が前記第1の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、前記第1の供給導管の前記ボアの前記開口を調節するために前記第1の流量制御デバイスを自動的に制御する
    ようにプログラミングされる、請求項9に記載の混合システム。
  12. 前記第1のセットの1つまたは複数のセンサは、
    前記第1の混合物の光反射率を検出するように構成された光学系と、
    前記第1の混合物の温度を検出するためのサーミスタまたは温度計と
    を備え、
    前記第1の制御回路は、前記第1の混合物の前記光反射率および前記温度に基づき前記第1の混合物の屈折率を判定するように、ならびに前記屈折率に基づき前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値を判定するようにプログラミングされる、請求項11に記載の混合システム。
  13. 前記第1の制御回路は、前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値に基づき、および前記複数の物質の中の少なくとも1つの1つまたは複数の物理特徴に基づき前記第1の流量制御デバイスを制御するようにプログラミングされ、前記1つまたは複数の物理特徴は、粘性、密度、比重、化学組成、温度、および圧力からなる群より選択される、請求項11に記載の混合システム。
  14. 前記第1の制御回路は、前記第1の混合物中の前記第1の物質の前記濃度値に基づき、および前記混合システムの1つまたは複数の物理特徴に基づき前記第1の流量制御デバイスを制御するようにプログラミングされ、前記1つまたは複数の物理特徴は、前記第1の供給導管のサイズと、前記第1の混合導管のタイプと、前記第1の流量制御デバイスのタイプとからなる群より選択される、請求項11に記載の混合システム。
  15. 前記センサの中の1つまたは複数が、前記第1の混合導管内の前記第1の物質および前記第2の物質の混合時に前記第1の混合物の前記1つまたは複数の特徴を検出するために所定の間隔で動作される、請求項9に記載の混合システム。
  16. 前記第2の供給導管に設けられた第2の流量制御デバイスであって、前記第2の供給導管の前記ボアの開口を選択的に調節するように構成された第2の流量制御デバイス
    をさらに備え、
    前記第1の制御回路は、前記第2の流量制御デバイスに動作的に結合され、前記第1の制御回路は、前記第1の混合導管において前記第1の混合物の前記1つまたは複数の検出された特徴に基づき前記第2の物質の流量を調節するために前記第2の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされる、請求項9に記載の混合システム。
  17. 前記第1の制御回路は、
    前記第1の混合物の前記1つまたは複数の検出された特徴に基づき前記第1の混合物中の前記第2の物質の濃度値を判定し、
    前記第2の物質に関する第2の目標濃度範囲に対して前記第2の物質の前記濃度値を比較し、
    前記第2の物質の前記濃度値が前記第2の目標濃度範囲から外れるという判定に基づき、前記第2の流量制御デバイスを自動的に制御する
    ようにプログラミングされる、請求項16に記載の混合システム。
  18. 前記第1の混合導管に結合されその下流に配設された第2の混合導管と、
    前記第2の混合導管に結合されその上流に配設された第3の供給導管であって、前記第2の混合導管に第3の物質を供給するためのボアを備える、第3の供給導管と、
    前記第3の供給導管に設けられた第3の流量制御デバイスであって、前記第3の供給導管の前記ボアの開口を選択的に制御するように構成された第3の流量制御デバイスと、
    前記第1の混合物および前記第3の物質の混合により生成される第2の混合物の1つまたは複数の特徴を検出するために前記第2の混合導管に設けられた第2のセットの1つまたは複数のセンサと、
    前記第2のセットの1つまたは複数のセンサにおよび前記第3の流量制御デバイスに動作的に結合された第2の制御回路であって、前記第2の混合導管における前記第2の混合物の前記1つまたは複数の検出された特徴に基づき前記第3の物質の流量を調節するために前記第3の流量制御デバイスを自動的に制御するようにプログラミングされる第2の制御回路と
    をさらに備える、請求項9に記載の混合システム。
  19. 前記第2の供給導管に設けられた流量制御センサであって、前記第2の供給導管内の前記第2の物質の流量を検出するように構成された流量制御センサと、
    前記第2の供給導管に設けられた第2の流量制御デバイスであって、前記流量制御センサにより検出された前記流量に基づき前記第2の供給導管の前記ボアの開口を選択的に調節するように構成される第2の流量制御デバイスと
    をさらに備える、請求項9に記載の混合システム。
  20. 複数の物質を混合するための混合装置であって、
    前記混合装置内に第1の物質を導入するための第1の入力ポートと、
    前記混合装置内に第2の物質を導入するための第2の入力ポートと、
    前記混合装置から前記第1の物質および前記第2の物質の混合物を出力するための出力ポートと、
    前記第1の入力ポートに結合された第1の終端部および第2の終端部を備える第1の流路と、
    前記第1の流路に配設され、制御弁にて前記第1の流路のボアを制御するように構成された制御弁と、
    前記第2の入力ポートに結合された第1の終端部および第2の終端部を備える第2の流路と、
    前記第1の流路および前記第2の流路の下流に配設された交差領域であって、前記第1の流路の前記第2の終端部と前記第2の流路の前記第2の終端部との交差により形成される交差領域と、
    前記交差領域の下流におよび前記混合装置の前記出力ポートの上流に配設された混合後通路と、
    前記混合後通路に配設された濃度センサであって、前記混合後通路にて前記第1の物質の濃度の示度を周期的に検出するように構成された濃度センサと、
    前記第1の物質の前記濃度の前記示度をプログラムにしたがって受領し、前記濃度の前記示度に基づき前記交差領域への前記第1の物質の供給を調節するために前記制御弁を自動的に制御するように構成された制御回路と
    を備える混合装置。
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