TW201631430A - 用於控制物質混合濃度的方法、系統及裝置 - Google Patents

用於控制物質混合濃度的方法、系統及裝置 Download PDF

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Abstract

具體實施例提供混合方法、系統、設備、裝置及總成使得兩種或更多物質能夠以控制一或更多物質在所得混合物中之濃度的方式高度準確地混合。一混合設備使得兩種或更多物質能在一混合區或導管混合。該混合設備可包含一或更多感測器用以在混合過程期間偵測該混合物的一或更多特性。該等感測器可連續、隔一定時間或由使用者引起地偵測混合物特性。該混合物特性在該等感測器或控制電路中可用來產生第一構成物質在該混合物中之濃度的示值。基於得濃度，該混合設備可自動調整該第一物質至該混合區或導管的供給量。

Description

用於控制物質混合濃度的方法、系統及裝置
本申請案為申請於2012年11月16日之美國臨時專利申請案第61/727,630號的非臨時專利申請案並主張其優先權權益，其揭示內容全部併入本文作為參考資料。
本發明的具體實施例大體有關於物質的高度準確混合。
物質的高度準確混合在各種技術領域很重要，包括微電子技術(其係形成半導體、平面顯示器、硬碟、太陽能電池及其類似者)、生命科學(製藥、生物技術及個人保健等等)，化學工程及石油化學工程。例如，製造創新(例如，半導體製造的單一晶圓加工以及製藥的連續反應過程)常常要求以精確的比例混合化學物質。
示範具體實施例提供混合方法、系統、設備、裝置及總成使得兩種或更多物質能夠以控制一或更多物質在所得混合物中之濃度的方式高度準確地混合。示範具體實施例也包含含有兩個或更多混合設備的混合總成，每個混合設備經組配成可混合兩種或更多物質。
根據一示範具體實施例，提供一種用於混合多種物質的方法。該方法可包括：測定第一輸入物質在混合後物質中的目標濃度，該混合後物質由第一輸入物質與第二輸入物質的混合產生。該方法可包括：在該第一輸入物質正與該第二輸入物質混合時，持續地測定該第一輸入物質在該混合後物質中的混合後濃度值。該方法也可包括：監視該混合後濃度值以確定混合後濃度是否在預定目標濃度範圍或目標濃度的誤差邊限(margin of error)外，以及在確定該混合後濃度在該預定目標濃度範圍或目標濃度的誤差邊限外時，調整經組配成可控制該第一輸入物質之混合前流率的一控制閥。
在一些具體實施例中，該方法可包括：調整該控制閥的步驟可包括：基於一或更多控制參數來調整該控制閥的位置。該方法更可包括：在確定該混合後濃度在該預定目標濃度範圍或目標濃度的誤差邊限外之後，建立該一或更多控制參數中之至少一者的至少一經調整之控制參數，以及基於該經調整之控制參數來調整該控制閥。
在一些具體實施例中，該方法更可包括：確定該混合後濃度與該目標濃度的差值，基於該差值及該經調整之控制參數來確定反饋控制值，以及基於該反饋控制值來調整該控制閥。
在一些具體實施例中，該方法更可包括：基於預定個數的測定混合後濃度值來產生平均混合後濃度。此外，該方法可包括：監視該平均混合後濃度以確定該混合後濃度 是否在預定目標濃度範圍或目標濃度的誤差邊限外。
在一些具體實施例中，該方法更可包括：測定該第二輸入液體的流率，以及基於該測定流率來設定該控制閥的初始位置。
在一些具體實施例中，該方法更可包括：在測量該混合後物質之前，讓該混合後物質通過一靜態混合器，藉此增加該混合後濃度值的準確度。
在一些具體實施例中，該第二輸入物質可為輸出物質，例如可接收自不同的混合設備。
在一些具體實施例中，該方法更可包括：測量該混合後物質的光學反射率及溫度，基於該光學反射率及溫度來確定該混合後物質的折射率，以及基於該折射率來確定該第一輸入物質在該混合後物質中的混合後濃度值。
在一些具體實施例中，調整經組配成可控制該第一輸入物質之混合前流率的控制閥係與該第一輸入物質的測得流率無關。
根據另一示範具體實施例，提供一種用於控制多種物質之混合以產生第一混合物的方法。該方法可包括：接收第一物質在該等多種物質之混合物中的第一目標濃度範圍，以及供給該等多種物質至第一混合區，該等多種物質在該第一混合區中混合以產生該第一混合物。該方法也可包括：測定該第一物質在該第一混合物中的濃度值同時繼續供給該等多種物質至該第一混合區，以及比較該第一物質之該濃度值與該第一目標濃度範圍。該方法更可包 括：基於該第一物質之該濃度值落在該第一目標濃度範圍外的確定，自動調整該第一物質至該第一混合區的供給量。
在一些具體實施例中，該方法測定該第一物質在該第一混合物中的濃度值可藉由偵測該第一混合物的一或更多特有物理性質，以及測定該第一物質在該第一混合物中之濃度值的步驟係基於該第一混合物的一或更多特有物理性質。該一或更多特有物理性質可選自由下列各項組成之群組：溫度、露點、濃度、聲音在該第一混合物中的速度、光學反射率及折射率。
在一些具體實施例中，該方法測定該第一物質在該第一混合物中的濃度值可藉由偵測該第一混合物的光學反射率，偵測該第一混合物的溫度，基於該第一混合物的該光學反射率及該溫度來確定該第一混合物的折射率，以及基於該折射率來確定該第一物質在該第一混合物中的濃度值。
在一些具體實施例中，調整該第一物質至該第一混合區的供給量可藉由調整一控制閥，該控制閥係設在供給該第一物質至該第一混合區的第一導管，該控制閥經組配成可控制該第一物質通過該第一導管的流率。在一些具體實施例中，藉由基於該第一物質在該第一混合物中的濃度值以及基於該等多種物質中之至少一者的一或更多物理特性來控制該控制閥的開口大小，可調整該控制閥。該等多種物質中之至少一者的一或更多物理特性可包含黏性、密度、比重、化學成分、溫度及壓力。在一些具體實施例 中，調整該控制閥可藉由基於該第一物質在該第一混合物中的濃度值以及基於該第一混合物在其中產生之混合系統的一或更多物理特性來控制該控制閥的開口大小，其中該一或更多物理特性選自由下列各項組成之群組：該第一物質通過它供給至該混合區的第一導管之大小、該混合區的類型以及該控制閥的類型。
在一些具體實施例中，藉由基於該第一物質在該第一混合物中的濃度值，該第一混合物在其中產生之混合系統的一或更多物理特性，以及該等多種物質中之至少一者的一或更多物理特性來控制該控制閥的開口大小，可調整該控制閥。
在一些具體實施例中，該方法可包括：測定該第一物質在該第一混合物中的第二濃度值同時繼續供給該等多種物質至該第一混合區，比較該第一物質之該第二濃度值與該第一目標濃度範圍，以及在確定該第一物質之該第二濃度值落在該第一目標濃度範圍外時，自動調整設在用以供給該第一物質至該第一混合區之第一導管的一控制閥之開口大小，該控制閥之該開口大小的調整係基於該第一物質在該第一混合物中的第二濃度值。
在一些具體實施例中，該方法可包括：接收第二物質在該等多種物質之該第一混合物中的第二目標濃度範圍，測定該第二物質在該第一混合物中的濃度值同時繼續供給該等多種物質至該第一混合區，比較該第二物質之該濃度值與該第二目標濃度範圍，以及基於該第二物質之該 濃度值落在該第二目標濃度範圍外的確定，自動調整該第二物質至該第一混合區的供給量。
在一些具體實施例中，該方法可包括：供給該第一混合物至第二混合區，供給第三物質至該第二混合區，該第一混合物及該第三物質在該第二混合區混合以產生第二混合物，接收該第三物質在該第二混合物中的第三目標濃度範圍，測定該第三物質在該第二混合物中的濃度值同時繼續供給該第一混合物及該第三物質至該第二混合區，比較該第三物質之該濃度值與該第三目標濃度範圍，以及基於該第三物質之該濃度值落在該第三目標濃度範圍外的確定，自動調整該第三物質至該第二混合區的供給量。
根據另一示範具體實施例，提供一種用於混合多種物質的方法。該方法可包括：接收第一物質在該等多種物質之混合物中的第一目標濃度範圍，以及供給該等多種物質至第一混合區，該等多種物質在該第一混合區中混合以產生該第一混合物。該方法也可包括：測定該第一物質在該第一混合物中的濃度值同時繼續供給該等多種物質至該第一混合區，以及比較該第一物質之該濃度值與該第一目標濃度範圍。該方法更可包括：在確定該第一物質之該濃度值落在該第一目標濃度範圍外時，藉由調整設在用以供給該第一物質至該第一混合區之第一導管的一控制閥之開口大小來自動調整該第一物質至該第一混合區的流率。調整該控制閥的開口大小可基於該第一物質在該第一混合物中的濃度值以及基於該等多種物質中之至少一者的一或 更多物理特性。該等多種物質中之至少一者的一或更多物理特性可選自由下列各項組成之群組：黏性、密度、比重、化學成分、溫度及壓力。
根據另一示範具體實施例，提供一種混合系統。該混合系統可包含第一混合導管，配置於該第一混合導管之上游及與其耦合的第一供給導管，該第一供給導管包含用以供給第一物質至該第一混合導管的一鑽孔，設在該第一供給導管的第一流量控制裝置，該第一流量控制裝置經組配成可選擇性地調整該第一供給導管之該鑽孔的一開口，以及配置於該第一混合導管之上游及與其耦合的第二供給導管，該第二供給導管包含用以供給第二物質至該第一混合導管的一鑽孔。該混合系統也可包含由一或更多感測器組成的第一集合，該第一集合設在第一混合導管用以偵測藉由混合該第一及該第二物質所產生之第一混合物的一或更多特性。該混合系統更可包含：第一控制電路，其係可操作地耦合至由一或更多感測器組成之該第一集合和該第一流量控制裝置，該第一控制電路經程式化成可基於該第一混合物在該第一混合導管的一或更多偵得特性來自動控制該第一流量控制裝置以調整該第一物質的流率。
在一些具體實施例中，該第一混合物的一或更多偵得特性可選自由下列各項組成之群組：溫度、露點、濃度、聲音在該第一混合物中的速度、光學反射率及折射率。
該混合導管可包含該等物質在此首先接觸以便混合的一交叉區域。一或更多微型感測器最好儘量靠近該 交叉區域但是與該交叉區域仍有充分的距離以確保該等物質在濃度被偵測之前混合。在一示範不具限定性具體實施例中，該微型感測器可距離該交叉區域有約1英吋至2英吋。這確保在該混合過程與對於該等物質之供給的任何調整之間有緊密的耦合，使得經調整之供給量在有實質容積之混合物流過該交叉區域之前影響混合過程。結果，在混合過程期間，緊緊地控制物質在混合物中的濃度，以及在某些具體實施例中，可排除混合槽。
在一些具體實施例中，該第一控制電路可經程式化成可基於該第一混合物的該一或更多偵得特性，確定該第一物質在該第一混合物中的濃度值，比較該第一物質的該濃度值與該第一物質的第一目標濃度範圍，以及基於該第一物質之該濃度值落在該第一目標濃度範圍外的確定，自動控制該第一流量控制裝置以調整該第一供給導管之該鑽孔的該開口。
在一些具體實施例中，由一或更多感測器組成的該第一集合可包含經組配成可偵測該第一混合物之光學反射率的一光學系統，以及用於偵測該第一混合物之溫度的一熱阻器或一溫度計。該第一控制電路經程式化成可基於該第一混合物的該光學反射率及該溫度來確定該第一混合物的折射率，以及基於該折射率來確定該第一物質在該第一混合物中的該濃度值。
在一些具體實施例中，該第一控制電路可經程式化成可基於該第一物質在該第一混合物中的濃度值以及基 於該等多種物質中之至少一者的一或更多物理特性來控制該第一流量控制裝置，其中該一或更多物理特性選自由下列各項組成之群組：黏性、密度、比重、化學成分、溫度及壓力。
在一些具體實施例中，該第一控制電路可經程式化成可基於該第一物質在該第一混合物中的濃度值以及基於該混合系統的一或更多物理特性來控制該第一流量控制裝置，其中該一或更多物理特性選自由下列各項組成之群組：該第一供給導管的大小、該第一混合導管的類型以及該第一流量控制裝置的類型。
在一些具體實施例中，該等感測器中之一或更多可以預定時距操作以在該第一及該第二物質在該第一混合導管中混合的期間偵測該第一混合物的一或更多特性。
在一些具體實施例中，該混合系統也可包含設在第二供給導管的第二流量控制裝置，該第二流量控制裝置經組配成可選擇性地調整該第二供給導管之該鑽孔的一開口。該第一控制電路可操作地耦合至該第二流量控制裝置，該第一控制電路經程式化成可基於該第一混合物在該第一混合導管的一或更多偵得特性來自動控制該第二流量控制裝置以調整該第二物質的流率。
在一些具體實施例中，該第一控制電路可經程式化成可基於該第一混合物的該一或更多偵得特性，確定該第二物質在該第一混合物中的濃度值，比較該第二物質的該濃度值與該第二物質的第二目標濃度範圍，以及基於該 第二物質之該濃度值落在該第二目標濃度範圍外的確定，自動控制該第二流量控制裝置。
在一些具體實施例中，該混合系統也可包含配置於該第一混合導管之下游及與其耦合的第二混合導管，配置於該第二混合導管之上游及與其耦合的第三混合導管，該第三供給導管包含用於供給第三物質至該第二混合導管的一鑽孔，設在該第三供給導管的第三流量控制裝置，該第三流量控制裝置經組配成可選擇性地控制第三供給導管之該鑽孔的一開口，由一或更多感測器組成的第二集合，該第二集合設在該第二混合導管用以偵測藉由混合該第一混合物及該第三物質所產生之第二混合物的一或更多特性，以及第二控制電路可操作地耦合至由一或更多感測器組成之該第二集合和該第三流量控制裝置，該第二控制電路經程式化成可基於該第二混合物在該第二混合導管的該一或更多偵得特性來自動控制該第三流量控制裝置以調整該第三物質的流率。
在一些具體實施例中，該混合系統也可包含醒於該第一混合導管的一混合裝置，該混合裝置經組配成可混合該第一及該第二物質。在該等具體實施例中，由一或更多感測器組成的第一集合可配置於該混合裝置的下游。
在一些具體實施例中，該混合系統也可包含設在該第二供給導管的一流量控制感測器，該流量控制感測器經組配成可偵測該第二物質在該第二供給導管中的流率，以及設在第二供給導管的第二流量控制裝置，該第二流量 控制裝置經組配成可基於由該流量控制感測器偵得的該流率來選擇性地調整該第二供給導管之該鑽孔的一開口。
根據另一示範具體實施例，提供一種用於混合多種物質的混合設備。該混合設備可包含用於引進第一物質至該混合設備中的第一輸入埠，用於引進第二物質至該混合設備中的第二輸入埠，以及用於自該混合設備輸出該第一及該第二物質之一混合物的一輸出埠。該混合設備也可包含包含第二端子和耦合至該第一輸入埠之第一端子的第一流動通道，一控制閥，其係配置於該第一流動通道以及經組配成可控制該第一流動通道在該控制閥的一鑽孔，以及包含第二端子和耦合至該第二輸入埠之第一端子的第二流動通道。該混合設備也可包含配置於該第一及該第二流動通道之下游的一交叉區域，該交叉區域係由該第一流動通道之該第二端子與該第二流動通道之該第二端子的相交形成。該混合設備也可包含配置於該交叉區域之下游及該混合設備之該輸出埠之上游的一混合後通道。該混合設備更可包含：配置於該混合後通道的一濃度感測器，該濃度感測器經組配成可周期性地偵測該第一物質在該混合後通道之濃度的示值，以及一控制電路，其係經組配成可程式化地接收該第一物質之該濃度示值以及基於該濃度示值來自動控制該控制閥以調整該第一物質至該交叉區域的供給量。
一些具體實施例可包含一或更多機器，例如經組配成可實作描述於本文之方法及/或其他機能的設備及/或系統。例如，該機器可包含經組配成可基於儲存於記憶體 及/或其他非暫時性電腦可讀取媒體的指令及/或其他資料來實作描述於本文之機能的一或更多處理器、電路及/或其他機器組件。
以下描述本發明的上述特性及其他特徵、功能及細節。同樣，以下也描述對應及額外的具體實施例。
100、700‧‧‧混合設備
102‧‧‧物質A輸入
104‧‧‧物質B輸入
106‧‧‧物質輸出
108‧‧‧物質A通道
110‧‧‧物質B通道
112、512、524‧‧‧交叉區域
114‧‧‧混合後物質通道
118‧‧‧控制電路
120‧‧‧濃度感測器
122、132‧‧‧控制閥
124‧‧‧連接
130、140、400、500、502‧‧‧ 示範混合設備
142、144‧‧‧濃度控制器
200‧‧‧光學感測器
202‧‧‧光源
204‧‧‧窗口
206‧‧‧窗口/物質介面
208‧‧‧多通道光子偵測器
210‧‧‧熱阻器
212‧‧‧基板
214‧‧‧第二熱阻器
216‧‧‧反射鏡
218‧‧‧玻璃窗口
220‧‧‧記憶晶片
222‧‧‧偏光鏡
224‧‧‧梯形光學殼體
226‧‧‧內表面
228‧‧‧多條傳導引線
230‧‧‧外表面
402‧‧‧混合器
504‧‧‧物質A輸入
506‧‧‧通道
508‧‧‧物質B輸入
510‧‧‧物質B通道
514、526‧‧‧物質輸出
516‧‧‧第一混合物質輸入
518‧‧‧第一混合物質通道
520‧‧‧物質C輸入
522‧‧‧物質C通道
528、530‧‧‧控制電路
532、534‧‧‧濃度感測器
600‧‧‧示範混合設備
602‧‧‧液體流控制器
606‧‧‧流動輸入
608‧‧‧流動通道
610‧‧‧流動輸出
612、702‧‧‧流動感測器
614‧‧‧流動控制器
616‧‧‧流動控制閥
704、706‧‧‧壓電式傳感器
800、900‧‧‧示範方法
802-824、902-910‧‧‧步驟
1000‧‧‧電路
1002‧‧‧處理器
1004‧‧‧記憶體
1006‧‧‧通訊模組
1008‧‧‧輸入/輸出模組
參考以下結合附圖的描述可更加明白及了解示範具體實施例的上述及其他目標、方面及優點。
圖1a圖示根據一些具體實施例組配而成的混合設備實施例；圖1b圖示根據一些具體實施例組配而成的混合設備實施例；圖1c圖示根據一些具體實施例組配而成的混合設備實施例；圖2圖示根據一些具體實施例組配而成的示範光學感測器；圖3根據一些具體實施例圖示光學感測器的光學反射率幾何及操作原理；圖4圖示根據一些具體實施例組配而成的示範混合設備；圖5圖示根據一些具體實施例組配而成的兩個相連混合設備實施例；]圖6圖示根據一些具體實施例組配而與液體流控制器連接的混合設備實施例； 圖7圖示根據一些具體實施例組配成含有濃度感測器及流動感測器的混合設備實施例；圖8的流程圖圖示閉合迴路混合控制根據一些具體實施例來進行的示範方法；圖9的流程圖根據一些具體實施例圖示測定平均混合後濃度的示範方法；以及圖10的示意方塊圖圖示根據一些具體實施例組配而成的電路。
附圖均無意按比例繪製。
具體實施例提供混合方法、系統、設備、裝置及總成使得兩種或更多物質能夠以控制一或更多物質在所得混合物中之濃度的方式高度準確地混合。一示範混合設備使得兩種或更多物質能在一混合區或導管混合。該混合設備可包含一或更多感測器用以在混合過程期間偵測該混合物的一或更多特性。該等感測器可連續、隔一定時間或由使用者引起地偵測混合物特性。該混合物特性在該等感測器或控制電路中可用來產生第一構成物質在該混合物中之濃度的示值。基於偵得濃度，該混合設備可自動和即時地調整該第一物質至該混合區或導管的供給量。例如，如果第一物質的濃度落在所欲濃度範圍外，則混合設備可調整第一物質的供給量(例如，流率)藉此相應地調整它在混合物中的濃度。另一方面，如果第一物質的濃度在所欲濃度範圍內，則混合設備可不調整第一物質的供給量(例如，流率)。
示範具體實施例致能混合設備的動態調整。在一示範具體實施例中，基於一或更多控制參數，可針對目標濃度(或目標濃度範圍)來設定控制輸入物質之流率的控制閥位置。在混合後，可比較測得濃度與標定濃度(或目標濃度範圍)以調整控制參數，藉此再校準該控制閥。同樣地，一些具體實施例在混合期間可提供整合測試，失效分析及/或自動修正。
在某些具體實施例中，可提供包含各個經組配成可控制地混合兩種或更多物質的多個模組化混合設備或裝置的混合總成。在示範串聯總成中，每個混合設備可串聯耦合至另一混合設備以便供給混合物至另一混合設備或接收來自混合設備的混合物。該總成藉此致能產生於一設備的混合物在後續設備中可用來產生另一混合物。在示範並聯總成中，該總成的混合設備可相互並聯地耦合藉此在中央位置可集中該等設備的所得混合物。該總成藉此致能混合物生產量的按比例放大(scaling up)。在一些具體實施例中，混合總成中的每個模組化混合設備可具有隨插即用(plug-and-play)組態而可插入或以其他方式耦合至其他設備以便按比例放大整體混合物產能。
偵測濃度及調整構成物質之供給量的示範閉合迴路系統可用來持續監視和即時調整混合過程，亦即，在混合過程繼續時沒有任何故意延遲。這致能適合許多精密技術及製造需要的高度準確混合。監視及控制的自動閉合迴路本質允許混合過程在很少或沒有人為干預下運行，以 及藉此對於所得混合物的成分可實現效能一致性及精確控制。另外，示範具體實施例偵測及利用混合物或混合後物質的物理特性或性質(包括但不限於：光學反射率，折射率，溫度，以及濃度)致能混合過程的準確度高於單獨基於輸入物質之流率來調整混合過程的習知技術。
某些示範混合設備能夠在一佔用面積(footprint)下操作，而該佔用面積小於習知混合設備所需佔用面積。示範混合設備的高準確度及低反應時間允許混合而在不需要混合物或輸出物質趨近目標濃度時作為臨時輸出物質容器的混合槽。同樣地，一些具體實施例在空間珍貴時可減少空間需求，例如需要無菌環境的製藥及/或晶圓製程。
一些具體實施例可實現的其他優點包括：整合混合系統而可提供較低的成本(例如，利用有高準確度的低成本濃度感測器)，整合電子設備，韌體及軟體，較快的上升時間，到達目標濃度有較快的時間(例如，利用動態更新可能經過一段時間隨著混合設備經歷損耗而改變的控制參數)，訊號分析(例如，時間、對照、平均、背景減除、常態化以及對於測得資料的其他處理)，可能由同時和即時測量造成的裕度(redundancy)，電子設備的單點失效，韌體，較少的部件(例如，不需要使用混合槽及/或液體流感測器)，較少實體連接而更便於通訊，較少封裝，洩露及/或污染點減少，更容易組裝及測試，可卸下流通池(flow cell)的電子設備，用於通訊、資料管理及訊號分析的完全整合I/O，單一匯流排架構，單一電源供應器，以及可載入記憶體以及 由處理電路執行的主軟體程式。
示範混合方法、系統、設備及總成可用來可控制地混合有任何所欲數目的物質，包括但不限於：2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等等。
示範混合方法、系統、設備及總成可用來混合有任何適當容積的物質，包括但不限於：約1毫升至約500公升，但不受限於此一示範範圍。示範混合區(例如，包括圖1a的交叉區域112及混合後物質通道114)可容納物質容積(包括但不限於)約1毫升至約500公升。某些示範混合區可容納物質容積(包括但不限於)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、300公升，任何中間容積，及其類似者。
本技藝一般技術人員會認識到上述數值及範圍皆圖解說明用無意限制本發明的範疇。
在此章節定義一些用語以利了解示範具體實施例。
如本文所使用的用語“物質”係指任何一種實物或材料。示範物質可包含化學物(例如，有不同分子成分的物質)，個別元素，包含兩個或更多不同化學元素的化合物，化學溶液，非化學物及/或可用濃度感測器測得的任何東西。描述於本文的實施例許多可基於液體形式的物質，但是具體實施例可適用處於任何狀態的物質(例如，液體、 固體、電漿及/或氣體)。
如本文所使用的可互換用語“混合物”及“混合後物質”係指兩種或更多物質的混合結果。
如本文所使用的用語“液體流控制機構”及“液體流控制器”係指經組配成可測量輸入流率及基於測得輸入流率來控制輸入流率的設備。同樣地，液體流控制機構可包括流動控制閥、流動感測器以及流動控制器。基於流動感測器的輸入液體流量測量值(例如，混合前測量值)，該流動控制器打開及關閉用以控制輸入液體增加至輸出之速率的流動控制閥。不過，輸入液體的流量只是混合後濃度的粗略指標以及它在物質混合的用途大部份起源於低成本流動感測器的可用度。在這個意義上，具體實施例考慮到包含低成本、高準確度、濃度感測器的混合設備。
如本文所使用的用語“測量資料”係指可測得的任何物質性質(例如，用濃度感測器120及/或可納入混合設備100的其他感測器)。
如本文所使用的用語“濃度資料”係指表示第一輸入物質在混合後物質(其係第一物質與一或更多其他物質之混合物)中之濃度值的資料(例如，光學反射率與折射率)。
用語“控制參數”係指可表示及/或提供控制閥開口大小與混合濃度之關係(例如，映射)的一或更多常數及/或函數。
如本文所使用的用語“混合參數”係指與可影響馬達回轉計數(motor turn count)與混合濃度之關係之因子 關連的數值。
如本文所使用的用語“混合後濃度值”係指單一混合後濃度值或兩個或更多單一濃度值的平均值。
如本文所使用的用語“集合”係指由一或更多項目組成的集合。
如本文所使用的用語“多個”係指兩個或更多項目。
如本文所使用的可互換用語“等於”及“實質等於”廣義上係指完全相等或在某一公差內大約相等。
如本文所使用的可互換用語“類似”及“實質類似”廣義上係指完全一樣或在某一公差內大致類似。
如本文所使用的用語“耦合”、“已耦合”及“耦合著”係指兩個或更多組件的直接或間接連接。例如，第一組件可直接或通過一或更多中間組件耦合至第二組件。
如本文所使用的用語“模組”涵蓋經組配成可完成一或更多特定功能的硬體、軟體及/或韌體。
用語“電腦可讀取媒體”係指控制器、微控制器、計算系統或計算系統之模組可存取以編寫電腦可執行指令或軟體程式於其上的非暫時性儲存硬體、非暫時性儲存裝置或非暫時性電腦系統記憶體。計算系統或計算系統的模組可存取“電腦可讀取媒體”以擷取及/或執行編寫於媒體上的電腦可執行指令或軟體程式。非暫時性電腦可讀取媒體可包含但不受限於：一或更多種硬體記憶體、非暫時性有形媒體(例如，一或更多儲存磁碟，一或更多光碟，一或更 多USB隨身碟)、電腦系統記憶體或隨機存取記憶體(例如，DRAM、SRAM、EDO RAM)及其類似者。
以下用參考附圖描述數個示範具體實施例。本技藝一般技術人員會認識到，示範具體實施例不限於該等示範具體實施例，以及示範系統、裝置及方法的組件不限於下述示範具體實施例。類似的元件從頭到尾用相同的元件符號表示。
圖1a圖示根據一些具體實施例組配而成的混合設備100實施例。混合設備100能被組配成第一輸入物質(“物質A”)與第二輸入物質(“物質B”)可結合以產生有標定濃度的輸出物質。同樣地，混合設備100可包含物質A輸入102、物質B輸入104及物質輸出106。物質A輸入102能被組配成可接收物質A。在通過物質A輸入102進入後，物質A可通過物質A通道108。物質B輸入104能被組配成可接收物質B而可通過物質B通道110。物質A通道108與物質B通道110可在交叉區域112相會，在此物質A與物質B可結合以形成混合後物質，它可通過混合後物質通道114。然後，混合後(或“已混合”)物質在物質輸出106可輸出。
在一些具體實施例中，輸入物質中之一者(例如，物質A)能被組配成可以恆定速率流動同時另一輸入物質(例如，物質B)能被組配成可以由混合設備100控制的可變速率流動。同樣地，混合設備100更可包含：控制電路118、一或更多濃度感測器120及控制可變流率的控制閥122。
控制電路118可包含於濃度感測器120及/或混合前控制閥122的殼體內。另外或替換地，控制電路118的至少一部份可包含於個別殼體中，藉此形成可通訊地與濃度感測器120及混合前控制閥122(以下稱為“控制閥”)耦合的獨立混合控制設備。以下用圖10進一步描述控制電路118。
一或更多濃度感測器120能被組配成可監視輸出物質(例如，在交叉區域112處、附近及/或其下游測量它的光學反射率、露點、溫度及/或任何其他適當變數(或數個))以測定測量資料。一或更多微型感測器最好儘量靠近該交叉區域但是與該交叉區域仍有充分的距離以確保該等物質在濃度被偵測之前混合。在一示範不具限定性具體實施例中，該微型感測器可距離該交叉區域有約1英吋至2英吋。這確保在該混合過程與對於該等物質之供給的任何調整之間有緊密的耦合，使得經調整之供給量在有實質容積之混合物流過該交叉區域之前影響混合過程。結果，在混合過程期間，緊緊地控制物質在混合物中的濃度，以及在某些具體實施例中，可排除混合槽。
如本文所使用的“測量資料”係指可測得(例如，用濃度感測器120及/或可包含於混合設備100的其他感測器)任何物質性質。控制電路118能被組配成基於由濃度感測器120產生及傳送的測量資料可測定輸入物質在輸出(例如，混合後)混合物質中的濃度。替換地或附加地，濃度感測器120能被組配成可測定輸入物質在混合物質中的濃度以及送出濃度資料給控制電路118。如本文所使用的“濃度 資料”係指表示第一輸入物質在混合後物質(其係第一物質與一或更多其他物質的混合物)中之濃度值的資料(例如，光學反射率與折射率)。例如，控制電路118可接收來自濃度感測器120的多個濃度值作為濃度資料。如本文所使用的“濃度值”可指可作為混合後濃度基準的單一濃度值(例如，百分比或重量%)，如以下在說明圖8及圖9時所述。替換地及/或另外，濃度值可指數個單一濃度值的平均值。
控制電路118與濃度感測器120可通訊地連接以經由連接124接收濃度資料及/或測量資料。連接124可包含直接連接(例如，雙心鉸合線、光纖佈線、同軸電纜，藍牙連接、及/或可直接建立於兩個裝置之間的任何其他連接)及/或間接連接(例如，利用路由器及/或其他個別通訊裝置的任何一種連接)。在一些具體實施例中，控制電路118與濃度感測器120同樣可直接及/或間接經由任何一種有線或無線通訊構件通訊。同樣地，描述於此的組件可包含實現描述於此之機能所需的任何硬體、軟體及/或韌體。例如，描述於此的組件可直接連接及/或使用網路(可包括公眾網路，例如網際網路，私人網路，例如內部網路，或彼等之組合)，以及可利用此時可用或以後會開發的各種網路協定，包括但不限於：基於TCP/IP的網路協定。在一些具體實施例中，控制電路118與濃度感測器120可經由通訊協定通訊，例如串列及/或並行資料轉移。其他通訊介面可包含點對點、隨選、安全傳送或定製通訊協定。同樣地，在一些具體實施例中，控制電路118可與殼體分離及/或遠離濃 度感測器120。
如上述，控制電路118能被組配成經由連接124可接收來自濃度感測器120的濃度資料及/或測量資料。該濃度資料可由測量資料產生，以及跟描述於此的所有資料一樣，用任何適當協定及/或連接可作為訊號(例如，濃度資料的濃度訊號及測量資料的測量訊號)傳送。
控制閥122能被組配成基於來自控制電路118的指令可在物質B通道110中形成可調整“瓶頸”。該瓶頸的大小影響物質B的流率，在此較小的瓶頸導致較慢的流率而較大的瓶頸導致較快的流率。在一些具體實施例中，控制閥122可包含致動器及針。例如，該致動器可為組配成可以精確及受控之數量(例如，使用蝸形齒輪在控制電路118的引導下)回轉的步進馬達。經由步進馬達的轉動，該針能被組配成可控地突出進入(例如，經由步進馬達在第一方向轉動)以及由物質B通道108抽出(例如，經由步進馬達在與第一方向相反的第二方向轉動)，從而各自可增加及減少控制閥的開口大小。不過，實際上，可使用能夠可控地改變物質B在物質B通道108內之流率的任何適當技術。例如，控制閥122也可為氣動或壓電驅動型。
儘管上述實施例在此常被提到，然而控制閥122可包含通過系統100導致物質移動的任何適當組件(或數個)。例如，控制閥122可包含閥讓液體在壓力下通過的特定數量取決於該閥如何打開或關閉。另外或替換地，控制閥122可包含泵浦、扇體及/或經組配成可造成物質移動及/ 或產生壓力的任何其他設備。例如，控制閥122可不具有任何實際閥反而可為經組配成可藉由在給定時段泵取多少來控制物質A之流動的泵取系統。作為另一實施例，控制閥122為經組配成可控制物質A由重力所致之流動速率的閥。
在一些具體實施例中，可將控制電路118、濃度感測器120及控制閥122組配成為閉合迴路控制系統。如下文所詳述的，控制電路118能被組配成可測定、儲存及/或接收混合物質的標定濃度。濃度感測器120能被組配成在混合物質流過混合物質通道114時可即時測量混合物質。基於混合物質的第一測量值(或測量值的第一集合)，可將控制電路118組配成可調整控制閥122，例如在確定混合濃度不在標定濃度或不在標定濃度範圍內時(例如，當混合濃度在可接受誤差邊限外時)。例如，基於混合濃度與標定濃度的差異，控制電路118可決定可用來調整控制閥122的反饋控制值。調整控制閥122可導致物質B通道110內的流率改變。接著，這可改變流過混合物質通道114之混合物質的濃度，這可用濃度感測器120經由第二測量值(或測量值集合)偵得。因此，控制電路118能被組配成可決定第二反饋控制值(例如，步進馬達的若干回轉計數)及/或重新調整控制閥122，如果確定新濃度不等於標定濃度的話。可重覆該處理直到到達目標濃度及/或想要新的目標濃度。經由該處理，可產生及更新使濃度與混合設備100之反饋控制值相關的一或更多控制參數(例如，常數及/或函數)。
在一些具體實施例中，每個測量及調整循環可在 任何適當的時段內發生(例如，小於約100毫秒、小於約10毫秒、小於約1毫秒，約每秒、約每10秒、及其類似者)，藉此考慮到相對快的反應時間(相較於，例如，一天一次的校準協定)用以準確地(例如，在約0.001重量%內)到達目標濃度或目標濃度範圍(在一或更多誤差邊限內，下文提及實施例)。同樣地，一些具體實施例包含其輸出訊號可被控制電路(包括處理器及其他硬體)接收作為輸入的混合後濃度感測器，該控制電路特別被組配成可控制至少一物質與至少一其他物質混合的數量。
在一些具體實施例中，濃度感測器120能被組配成可測量(或製作用以測定的測量值)混合物質的特有物理性質，例如濃度、溫度、露點及/或任何其他物理性質。如上述，輸入物質的流率(例如，可用液體流量控制器及/或其他(或數個)流動測量感測器(或數個)測得者)只表示輸入物質單位時間通過給定表面的容積。同樣地，兩個或更多輸入物質的流率可能只提供混合後輸出濃度的粗略指標。在這個意義上，使用測量混合後輸出之特有物理性質的濃度感測器120可實現較大的混合準確度，而不是測量輸入物質之流率的流率感測器。
濃度感測器120的一些具體實施例能被組配成可測量，例如，混合物質的光學反射率(REF)及溫度，然後可用來確定一或更多物質在混合物質中的濃度。同樣地，濃度感測器120可包含經組配成可偵測混合物質之REF的一或更多光學感測器以及經組配成可測量溫度的一或更多熱 阻器(及/或一或更多溫度計)。
圖2圖示根據一些具體實施例組配而可用於濃度感測器120的光學感測器200實施例。在一些具體實施例中，濃度感測器120更可包含：感測器控制電路，其係經組配成基於光學感測器的測量值可測定折射率(IoR)，從而混合物質的濃度。同樣地，光學感測器200可為迷你型、高準確度(約0.001重量%)、快速反應時間(約1毫秒)以IoR為基礎的濃度感測器。
參考圖2及圖3，由光源202射出的光係入射於可與混合物質接觸的窗口204(例如，藍寶石窗口)上。根據各種具體實施例，該混合物質可呈靜態或流動。光線由在窗口/物質介面206的介面(包括窗口204及感測表面)反射到多通道光子偵測器208上。如上述，用REF幾何可產生光學反射率資料。該反射率資料對窗口/物質介面206上的光學密度變化很敏感。因此，與窗口204接觸之混合物質的光學密度與測得反射率直接相關。由於光學密度與IoR直接相關，由光學反射率資料可確定IoR從而與窗口204接觸之混合物質的濃度。
參考圖2，濃度感測器200可包含光源202、熱阻器210、以及耦合至基板212(例如，印刷電路板(PCB))的多通道光子偵測器208，窗口204上的第二熱阻器214，反射鏡216、玻璃(或其他合適材料)窗口218(視需要)，以及窗口204(可由任何適當介電材料製成，例如藍寶石、石英、玻璃、硼矽玻璃及其類似者)。在一些具體實施例中，也可(視 需要)包含記憶晶片220及偏光鏡222。濃度感測器200的光電組件(包括光源202、多通道光子偵測器208以及熱阻器210)可囊封於梯形光學殼體224內以及耦合至基板212的內表面226。多個傳導引線228可耦合至基板212的外表面230。
在一些具體實施例中，光源202可為發光二極體(LED)以及窗口204可由藍寶石構成。為求方便，第二熱阻器214可附著至窗口204的正面或背面。第二熱阻器214也可放在窗口204內或在感測表面206處或附近與混合物質接觸。
可安置與混合物質直接接觸的窗口204。在一些具體實施例中，窗口204可由藍寶石製成以提供機械強度，對於物質衝擊及刮擦的抗力，耐久性，光學品質，在壓力下的強度，機械加工性以及可用度。窗口204可黏著(例如，經由光學環氧樹脂或任何其他光學適用材料)至光學殼體224或玻璃窗口218。此外，窗口204可塗上有充分低密度讓來自光源202之光線完全透過而進入混合物質的一材料薄層(約20至100埃)。該薄塗層更可保護窗口204的表面免於損壞或劣化，因此延長濃度感測器200的使用壽命。
如上述，濃度感測器120更可包含：(例如，除了光學感測器200以外)感測器控制電路。該感測器控制電路能被組配成也可操作光學感測器200的濃度及/或測量資料擷取及/或報告。例如，該感測器控制電路能被組配成可使用數種數值方法由接收自光學感測器200的REF資料及/或溫度資料萃取IoR，從而物質濃度。此外，該感測器控制電路可對接收自光學感測器200的“原始”資料訊號(例如，經由 傳導引線228)進行數值運算以使原始資料訊號對於控制電路118有正確的形式。該等數值運算可包含但不限於：背景減除及常態化，測量資料平均化，及其類似者。在一些具體實施例中，該感測器控制電路及/或至少一些功能可實作於韌體及/或積體電路中。替換地及/或另外，控制電路118能被組配成可完成描述於此與感測器控制電路有關的一或更多功能。同樣，該感測器控制電路能被組配成可完成描述於此與控制電路108有關的一或更多功能。
任何適當技術可用來測定物質在混合物中的濃度。用於測定濃度的某些示範結構及技術在獲准於2008年1月15日之共同轉讓美國專利第7,319,523號，標題為“Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis System”以及公開於2010年11月25日之共同轉讓美國專利公開號：2010-0296079，標題為“Sensing System and Method”中有詳細說明。上述專利文獻的全部內容併入本文作為參考資料。此外，應瞭解，也可使用不使用REF及/或IoR技術的濃度感測器，包括但不限於：導電係數，超音波，紫外線至可見光及近紅外線分光術、電化學，以及表面電漿子共振(surface plasmon resonance)。
相較於混合、摻合(blending)、摻加(spiking)及其他監視控制功能及應用的非整合系統，一些整合具體實施例(例如，混合設備100)可使用較小容積的液體以及產生較少廢料。例如，液體流量控制器可能需要當作用以接收混合物質之容器的混合槽。由於液體流量控制器的反應時間 緩慢(例如，可能由較慢的流率測量以及測得混合後輸出濃度與輸入物質流率之間缺乏直接反饋迴路造成)，在混合液體趨近目標濃度時，將較大容積的混合液體暫時儲存於混合槽中。同樣地，藉由提供比液體流量控制器更快的反應時間，混合設備100可致能減少用於製造及加工應用系統的物質容積，在此需要最小可能容積。在沒有混合槽下，混合設備100也可具有比液體流量控制器小的佔用面積。在這個意義上，混合設備100的一些具體實施例可能不包括經組配成可儲存混合後輸出化學物直到到達目標濃度的混合槽。
圖1b圖示根據一些具體實施例組態而成的示範混合設備130。以上與混合設備100之組件有關的說明可應用於混合設備130而且重覆說明以免本揭示內容過於複雜。在這點上，在本說明中類似的元件用相同的元件符號表示。混合設備130更可包含可與控制閥122類似的控制閥132。例如，控制閥132可與控制電路118可通訊地連接以及作為閉合迴路控制系統的一部份。
在一些具體實施例中，控制閥132能被組配成基於來自控制電路118的指令可在物質A通道108中形成可調整“瓶頸”。同樣地，控制電路118能被組配成可控制多個控制閥，包括每個物質通道的一或更多閥(例如，物質A通道108及/或物質B通道110)。在一些具體實施例中，控制電路118能被組配成當混合後輸出物質不在目標濃度時可調整控制閥132，取代及/或除了控制閥122以外。
圖1c圖示根據一些具體實施例組態而成的示範 混合設備140。混合設備140包含濃度控制器142及144。基於接收自濃度感測器120的濃度資料及/或測量資料，濃度控制器142能被組配成可調整控制閥122以及濃度控制器144能被組配成可調整控制閥132。在這個意義上，一些具體實施例可包含經組配成可控制不同控制閥集合的兩個或更多濃度控制器。
圖4圖示根據一些具體實施例組態而成的示範混合設備400。混合設備400更可包含混合器402。混合器402能被組配成在混合物質的混合後測量之前可確保適當地混合物質(例如，物質A與物質B)。同樣地，混合器402可位在物質A與物質B在此可結合以形成混合物質的交叉區域112與混合物質可在此測量的濃度感測器120之間。
在一些具體實施例中，混合器402可包含經組配成在混合物質流過混合器402時可擾動混合物質的靜態混合器。例如，該靜態混合器可包含在混合物質流過混合器402時部份阻撓及/或引導混合物質的一或更多固定擋板。替換地或附加地，混合器402可包含非靜態混合器，例如一或更多攪拌機，其係在混合器402內運動(例如，自轉、搖動及其類似者)以擾動混合物質。同樣地，應瞭解，用於適當地混合物質的任何適當技術可使用混合器402。此外，揭示於本文的任何示範混合設備，例如位在交叉區域112的任何裝置，可包含混合器402，以及混合器402可包含或換成任何其他類型的混合器。
圖5圖示根據一些具體實施例組配成可混合第 一、第二及第三輸入物質(各自為“物質A”、“物質B”及“物質C”)的示範混合設備500及502。如圖示，各自組配成可混合兩種物質的兩個或更多混合設備(例如，混合設備500及502)可相連接以混合三種或更多物質。
例如，混合設備500的物質A輸入504能被組配成可接收物質A，它可通過物質A通道506。物質B輸入508能被組配成可接收物質B，它可通過物質B通道510以及在交叉區域512與物質A結合以形成第一混合物質。混合設備500經由物質輸出514可輸出該第一混合物質。
為了混合物質C與第一混合物質，物質輸出514可與混合設備502的第一混合物質輸入516連接。在經由第一混合物質輸入516進入時，該第一混合物質可通過第一混合物質通道518。物質C輸入520能被組配成可接收物質C，它可通過物質C通道522以及與第一混合物質在交叉區域524結合以形成第二混合物質(例如，包含有所欲濃度的物質A、B及C)。混合設備502經由物質輸出526可輸出該第二混合物質。
也如圖5所示，混合設備500及502各自可包含自己的控制電路528及530。此一組態允許混合設備作為可基於輸入物質在最終混合物質中之所欲數來增減的可縮放模組。不過，應瞭解，在一些具體實施例中，兩個或更多混合設備可共享控制電路。例如，共享控制電路可位在混合設備中之一者之殼體內及/或可遠離該等混合設備。
在一些具體實施例中，濃度感測器532能被組配 成可藉由測量第一混合物質來產生濃度資料及/或測量資料以及送出該濃度資料及/或測量資料給控制電路528。濃度感測器534能被組配成藉由測量最終混合物質可產生濃度資料及/或測量資料以及送出該濃度資料及/或測量資料給控制電路530。同樣地，濃度感測器532及534能被組配成在各個物質的混合正在發生時可連續即時地提供濃度及/或測量資料給控制電路。
圖6圖示根據一些具體實施例組配成含有液體流控制器602的示範混合設備600。如以上在說明圖1a時所述，輸入物質中之一者(例如，物質A)能被組配成可以恆定速率流動。另一輸入物質(例如，物質B)能被組配成可以由混合設備(例如，混合設備600)控制的可變速率流動。
在一些具體實施例中，液體流控制器602能被組配成可控制物質A在物質A輸入102輸入至混合設備600之前的流率。同樣地，液體流控制器602可包含與混合設備600之物質A輸入102連接的流動輸出610。液體流控制器602更可包含流動輸入606、流動通道608、流動感測器612、流動控制器614、以及流動控制閥616。
流動輸入606能被組配成可接收物質A，然後它可經由流動通道608流過液體流控制器602。流動感測器612能被組配成可測量物質A在流動通道608內的流率。流動感測器612可為以下數種中之一種，包括時差測距超音波感測器(time-of-flight ultrasound sensor)、差壓感測器及其類似者。基於測量流率，流動控制器614能被組配成可控制流動 控制閥616以在流動通道608中形成可調整瓶頸。上文與控制閥122有關的說明可應用於流動控制閥616。例如，流動控制閥616可包含致動器及針。不過，應瞭解，實際上，可使用能夠可控地改變物質A在流動通道608內之流率的任何適當技術。
混合設備600至少在一些方面與液體流控制器602不同。例如，控制電路118能被組配成基於混合後輸出物質用濃度感測器120測得的濃度，可控制混合前輸入物質的流率(例如，經由控制閥122)。另一方面，流動控制器614能被組配成基於混合前輸入物質用流動感測器612測得的流率，可控制混合前輸入物質的流率(例如，經由流動控制閥616)。
如上述，流率不是物質的特有物理性質(例如，濃度與溫度)，以及同樣地，相較於基於混合後輸出濃度的控制，基於輸入物質流率的控制可能比較不準確(例如，永遠不大於全標度的1%)。此外，液體流量控制器的用途可能有其他限制，包括漂移(因此，需要定期歸零及再校準)，易受害於氣泡、堵塞、水流錘擊(例如，壓力累積及釋放的循環)，低流量限制(在一些具體實施例中，在約25毫升/分鐘以下無法操作)，有限的動態範圍，以及流率測量與調整之間的反應時間緩慢(例如，大約以秒為單位及以一秒之數分之一為單位)。
有限的動態範圍可能需要使用多個液體流量控制器以涵蓋給定的標定濃度範圍。例如，在半導體(及相關) 製造業中，化學SC1(標準清洗液1)由水、氨及過氧化氫組成的混合物以及用來去除半導體晶圓表面的有機物及顆粒。在給定加工應用系統中，濃度的範圍可約為1：1：5至約1：1：500，但是不限於此一示範範圍。液體流感測器無法涵蓋全部範圍，因此需要多個裝置。這可能導致大幅增加物質混合工具成本及設備佔用面積而損害生產輸出量。應瞭解，揭示於本文的混合設備可用來克服液體流量控制器的上述及其他缺點。
在這個意義上，液體流控制器602(若含有的話)能被組配成可提供主要負責用來確保物質A以恆定速率流動的粗糙控制(如本文所使用的，這包括約在液體流控制器602的1%至約2%流率誤差邊限內幾乎不變)。同時，混合設備600最終可負責用來確保A-B混合物質(例如，物質A與物質B在物質輸出106輸出的混合物)是在標定濃度(如本文所使用的，這包括可接受誤差邊限在約0.005%至約0.01%內的混合濃度)。
在一些具體實施例中，液體流控制器可另外及/或替換地與混合設備600的物質B輸入104連接。在此，該液體流控制器能被組配成在流率用混合設備600更細微地調整之前可提供物質B流率的粗糙控制。
圖7圖示根據一些具體實施例組態而成的混合設備700實施例，其係包含濃度感測器(亦即，濃度感測器120)以及流動感測器(亦即，流動感測器702)。流動感測器702主要能組配成在輸入物質於到達交叉區域112之前通過物 質B通道110時可測量輸入物質(例如，輸入物質B)的流率，在此兩個或更多輸入物質可結合以形成混合物質。
在一些具體實施例中，流動感測器702可包含基於超音波時差測距的流動感測器，其係具有壓電式傳感器704及706。壓電式傳感器704及706可隔開使得物質B在物質B通道110內有一部份在其間流動。壓電式傳感器704及706各自可組配成可產生及傳播被引導通過物質B通道110及朝向另一壓電式傳感器的聲波。兩個壓電式傳感器所產生之聲波的到達時間差可用來測定物質B通過物質B通道110的流率。應瞭解，流動感測器702可為任何其他類型的流率感測器，例如差壓感測器。
在一些具體實施例中，控制電路118與流動感測器702可通訊地連接。同樣地，流動感測器702可另外用於控制閥122及/或替換濃度感測器120。例如，如果使用流動感測器702於閉合迴路控制系統，則濃度感測器120能被組配成可報告物質濃度值。同樣，如果使用濃度感測器120於閉合迴路控制系統，則流動感測器702能被組配成可報告流率。在此表現形式中，利用流動感測器702與濃度感測器120可實現彈性、裕度及完全性。
應瞭解，與流動感測器702相比，濃度感測器120用於閉合迴路控制系統可提供較大的混合準確度。例如，流率測量值可包含約為流率之1%至約2%的不確定度，在濃度外推自流率測量值時，可轉換成約達4%的濃度不確定度。另一方面，濃度感測器120可測量不確定度只有0.005% 至約0.01%的濃度，因為使用揭示於本文的技術可直接測得濃度而不是外推自流率。
在一些具體實施例中，更可將混合設備700(或揭示於本文的任何其他混合設備)組配成可產生輸入物質及/或混合後輸出物質之關鍵物理性質的同時和即時測量值，包括但不限於：濃度(C)、流體速度(υ)、流體流率、容積(V)、在流體中的聲速(cs)、溫度(T)及/或壓力(P)等等。用都卜勒(而不是過渡時間)超音波測量值能確定速度分布圖。若加上濃度測量值，可確定流體的黏性。更可報告這些測量值，例如經由顯示裝置上的顯示或送到資料管理系統供資料分析(例如，分析異常、開發程序、優化、失效、以及長期趨勢)。
圖8的流程圖圖示閉合迴路混合控制根據一些具體實施例來進行的示範方法800。在一些具體實施例中，方法800可用圖示於圖1至圖7的結構(例如，控制電路118)來進行以結合第一輸入物質(例如，物質A)與第二輸入物質(例如，物質B)以形成有所欲目標濃度的A-B混合物質。此外，方法800可提供混合物質之測得濃度可與所欲濃度比較以提供反饋控制值的技術。該反饋控制值可用來控制直接反饋迴路中之物質B的混合前流率，例如藉由控制控制閥的調整。此外，會用圖1至圖7解釋方法800。
方法800可在步驟802開始以及前進到步驟804，在此可決定物質B在混合物質(例如，在物質B已與物質A混合後)內的目標濃度。例如，混合設備100的控制電路118能 被組配成可接收該目標濃度，例如經由使用者輸入裝置(例如，鍵盤、小鍵盤、觸控螢幕、滑鼠及其類似者)。替換地及/或另外，可編程該目標濃度於控制電路118中，由電路118自動決定(例如，基於過去的混合目標濃度)及/或基於任何其他資訊來決定。
在步驟806，該控制電路能被組配成可決定一或更多控制參數以設定初始混合前控制閥開口大小。如以上在說明圖1a時所述，控制閥122能被組配成基於來自控制電路118的指令可在物質B通道110中形成可調整“瓶頸”。同樣地，在步驟808，該控制閥可設定在預期允許物質B在物質B通道110內以導致混合物質有目標濃度之流率流動的初始位置。
如本文所使用的“控制參數”係指可表示及/或提供控制閥開口大小與混合濃度之關係(例如，映射)的一或更多常數及/或函數。例如，如果該控制閥包含步進馬達，該控制參數可包含有混合參數輸入(或數個)及輸出以馬達回轉計數/濃度為單位之數值的函數。在另一實施例中，該控制參數可包含以馬達回轉計數/濃度為單位的常數。基於所欲目標濃度，該控制參數可用來產生可用來設定控制閥之開口大小的馬達回轉計數。
如本文所使用的“混合參數”可指與可影響馬達回轉計數與混合濃度之關係的因子關連的數值。在一些具體實施例中，步驟806確定控制參數可包括接收可用來產生、決定及/或選擇一或更多控制參數(例如，儲存於記憶體 的多個控制參數)的混合參數(例如，物質流率、溫度、物質類型及/或黏性、目標濃度及其類似者)。
在一些具體實施例中，示範混合參數可包含與物質有關之混合參數及/或與設備有關之混合參數。與物質有關之混合參數可表示輸入物質(例如，物質A及/或物質B)的物理特性，例如黏性、密度、比重、化學成分及其類似者。例如，對於給定所欲目標濃度，有高黏性的物質可指示控制閥開口大小應大於有低黏性的物質。在一些具體實施例中，與物質有關之混合參數更可包含：可能影響物質之環境或背景的混合參數，例如溫度及/或壓力。
在一些具體實施例中，物質A的流率可為混合參數。例如，流動控制器602可用來控制物質A於在物質A輸入102輸入至混合設備600之前的流率。同樣地，該混合設備可從流動控制器接收物質A的流率。替換地及/或另外，該混合設備能被組配成可監視及控制物質A的流率。例如，該流率可經由物質A通道108的大小來控制，例如藉由調整在物質A通道108中產生可調整瓶頸的控制閥。
與設備有關之混合參數可表示混合設備中可影響流率的特性，例如通道大小(例如，物質A通道108及/或物質B通道110的)，控制閥類型(例如，步進馬達微步進值(stepper motor micro step size)，微步進/全步進(full step)及其類似者)，混合設備類型，及/或其他與系統組件有關的因子。在一些具體實施例中，與設備有關之混合參數可即時影響流動控制器的機能以及系統的校準，亦即在操作時補 償在變化的變數(例如與精度問題有關的損耗)，以及在非操作時間時(例如，基於其他系統的經驗及/或維修後的預期)。例如，由於混合設備的操作，可能磨損該控制閥(或數個)(例如，如同流經峽谷的河流)。儘管在控制閥充分磨損而需要更換之前要經過數月甚至數年，然而濃度感測器的精度及準確度水平在每周甚至每天的損耗量可讀出差異。例如，基於某一馬達回轉計數數而打開的控制閥在一天中對於特定目標濃度是準確的，但是在一周後可能不準。這些變化不僅僅限於例如損耗的操作問題，也可能受非操作性事件影響，例如更換比替代組件多少有點磨損的組件(例如，安裝不同的控制閥及/或步進馬達)。
混合參數可用任何適當技術確定。例如，一些混合參數可存入記憶體及擷取自記憶體。另外及/或替換地，可測量一或更多混合參數(例如，在混合前用濃度感測器120測量)及/或由使用者輸入。
在步驟810，該控制電路能被組配成可促進物質B與物質A的混合以形成混合後輸出物質。例如，參考圖1a，物質A可通過物質A通道108以及物質B可通過物質B通道110。物質A通道108與物質B通道110可在交叉區域112相會，在此物質A與物質B可結合以形成混合物質。該混合物質可通過混合物質通道114。在一些具體實施例中，混合器(例如，圖示於圖4的混合器402)更可安置於物質A與物質B在此可結合以形成混合物質的交叉區域112與在此可測量混合物質的濃度感測器120之間。可將該混合器組配成可確 保物質適當地混合。
在步驟812，該控制電路能被組配成在物質A與物質B的混合期間可測定物質B在混合後輸出物質中的混合後濃度值。可將該控制電路組配成可持續地、周期性地及/或在接收使用者的指令時測定混合後濃度值。在一些具體實施例中，對於混合後濃度值的每個測定，光學感測器200能被組配成可測量混合物質的光學反射率(REF)及溫度。基於這些測量值，濃度感測器120及/或控制電路118能被組配成可確定折射率(IoR)。基於該IoR，濃度感測器120及/或控制電路118能被組配成可確定濃度值。同樣地，在一些具體實施例中，該控制電路能被組配成可從濃度感測器接收物質B的混合後濃度值(例如，濃度資料)。可在步驟812用以基於混合後輸出物質測量值來測定濃度值的某些示範技術在獲准於2008年1月15日之共同轉讓美國專利第7,319,523號，標題為“Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis System”有更詳細的描述，其全部內容併入本文作為參考資料。
在步驟814，藉由監視混合後濃度值來測定時，可確定物質B的混合後濃度值是否在預定目標濃度範圍或目標濃度的誤差邊限外。例如，在步驟814測得物質B在混合後輸出物質中的濃度可與測定於在步驟804的物質B目標濃度比較。在一些具體實施例中，可確定混合後濃度與目標濃度的差ε。此外，混合後濃度及其他測量資料(例如，測得的REF、IoR、溫度及其類似者)可顯示於顯示裝置上。
如本文所使用的“混合後濃度值”可指單一混合後濃度值或兩個或更多單一濃度值的平均值。在一些具體實施例中，如以下在說明圖9時所述，在步驟812，可平均預定數目的混合後濃度值以確定平均混合後濃度值。然後，該平均混合後濃度值可與步驟814的目標濃度比較，而不是單一混合後濃度值。在一些具體實施例中，從在步驟812測定的混合後濃度值，可選出濃度值。例如，該控制電路能被組配成可以規則及/或間歇的時間取樣混合後濃度值以進行步驟814的確定。
應瞭解，步驟814的確定可包含確定混合後濃度是否離開目標濃度在可接受數量內。在一些具體實施例中，該誤差邊限可用濃度感測器的精度確定。例如，如果濃度感測器能夠在約0.001重量%內測量濃度，則可進行步驟814的確定以確保混合後濃度與目標濃度相差不大於約0.001重量%。另外及/或替換地，允許使用者設定該誤差邊限。
在一些具體實施例中，步驟814的確定可使用兩個或更多不同的誤差邊限。例如，平均誤差邊限可應用於平均混合後濃度同時第二誤差邊限可應用於個別混合後濃度值。如果目標濃度是10.00%，以及平均誤差邊限是0.09%，則在10.09%或9.91%外的任何平均混合後濃度可導致調整。此外，如果第二誤差邊限約為0.2%，在10.2%或9.8%外的任何個別混合後濃度值可導致調整，即使平均混合後濃度在9.91至10.09%的可接受範圍內。此類具體實施例可允許混合設備實現較快的反應時間以修正目標濃度的單一 大偏離，例如由混合後輸出物質濃度的突然改變所造成的。
如果混合後濃度不在目標濃度或目標濃度範圍(例如，在可接受誤差邊限(或數個)內)，方法800可前進到步驟816。在步驟816，基於該混合後濃度，可更新該等控制參數。在一些具體實施例中，控制電路118更可包含：比例-積分-微分(PID)控制器(或組配成含有PID機能)。同樣地，在PID控制器中，示範控制參數可包含比例值kp，積分值ki及/或微分值kd。在此，先前控制參數對於濃度及混合後濃度的預期效果差異可用來微調該等控制參數。例如，如果混合後濃度小於所欲目標濃度，可增加kp，這意謂需要更大的馬達回轉數以增加控制閥的開口大小。
應瞭解，動態更新該等控制參數可供增加反應時間，因為到達標定濃度需要較少的反饋循環。此外，動態更新允許較少或不需混合前再校準(例如，液體流量控制器在每次使用前必需如此)，因為對於在一段時間後出現的變化(例如，控制閥損耗或更換)，控制電路可調整混合設備。
在步驟818，可確定反饋控制值。例如，控制電路118能被組配成使用在方程式1提及的比例積分微分，可計算反饋控制值q(t)：
在此數值ε為測得混合後濃度與目標濃度隨著時間而改變的差值，kp為比例值，ki為積分值以及kd為微分值。在一些具體實施例中，該反饋控制值可使用在在步驟 816被更新的控制參數(例如，kp、ki及kd)。在一些具體實施例中，反饋控制值q(t)可具有數個馬達回轉計數單位以及可提供用來控制混合前控制閥的數值。
在步驟820，基於該反饋控制值，可調整該混合前控制閥的開口大小。例如，控制電路118能被組配成可造成控制閥122的致動器在適當方向旋轉(例如，由反饋控制值決定的某一馬達回轉計數數)以造成針插進及/或抽出物質B通道108，從而各自減少及增加可調整瓶頸的大小從而物質B的流率。同樣地，在混合後濃度小於目標濃度時可增加物質B的流率，以及在混合後濃度大於目標濃度時減少物質B的流率。
在一些具體實施例中，例如用流動感測器調整控制閥可獨立於物質B在物質B通道110內的測得流率。同樣地，不像可基於測得流率來控制閥的液體流量控制器，使用混合後濃度作為調整控制閥的基礎，可實現較高的準確度。
在步驟820後，方法800可回到步驟810，在此可繼續混合以及可用上述技術再度測定物質B在混合後輸出物質中的濃度。
回到步驟814，如果混合後濃度是在目標濃度，方法800可前進到步驟822，在此可確定混合是否完成。如果確定混合未完成(例如，濃度感測器偵測到混合後輸出物質仍在流動)，方法800可回到步驟810，在此可繼續混合以及可測定物質B在混合後輸出物質中的濃度。在這個意義上，濃度控制器118能被組配成可持續監視混合後濃度以確 定混合後濃度是否在預定目標濃度範圍或目標濃度的誤差邊限外，以及在混合發生時相應地即時調整控制閥位置。如果在步驟822確定混合完成，方法800可步驟824結束。
圖9的流程圖根據一些具體實施例圖示用於產生平均混合後濃度值的示範方法900。如上述，在方法800的步驟812，可平均預定個數的混合後濃度值以確定平均混合後濃度值。然後在步驟814，可比較該平均混合後濃度值與目標濃度。
方法900可在步驟902開始以及前進到步驟904，在此該控制電路可從濃度感測器接收第一輸入物質在混合後輸出物質中的混合後濃度值。在步驟906，可重覆步驟904預定次數。以上在方法800之步驟812的描述可應用於步驟904及步驟906。例如，基於濃度感測器120在物質A與物質B之混合期間的測量值，控制電路118能被組配成可持續測定及/或接收物質B在混合後輸出物質中的混合後濃度值。在得到預定個數的濃度值後，方法900可前進到步驟908。
在步驟908，該控制電路能被組配成可產生該等預定個數之濃度值的平均混合後濃度值。在一些具體實施例中，可用控制閥122的反應時間及/或濃度感測器120的反應時間確定被平均之濃度值的預定數目。例如，由本文中提供之揭示內容可明白，濃度感測器120產生濃度值的速率(例如，每一毫秒)可能能夠快於控制閥122調整控制閥開口大小(例如，經由致動器及/或步進馬達的轉動)所花費的時間。另外及/或替換地，被平均之濃度值的預定數目可基於 濃度感測器的可靠性。例如，取平均值可避免由可能導致混合後濃度偏離目標濃度之偶而不準濃度值造成的問題。方法900可在步驟910結束。
圖10為電路1000的示意方塊圖，例如，電路1000中之一些或所有可包含於混合設備中(例如，混合設備100的控制電路118及/或濃度感測器120)。如圖10所示，根據一些示範具體實施例，電路1000可包含各種構件，例如一或更多處理器1002，記憶體1004，一或更多通訊模組1006，及/或一或更多輸入/輸出模組1008。
如本文所指的，“模組”包括組配成可完成一或更多特定功能的硬體、軟體及/或韌體，例如包含於方法800及900之中的。在這點上，如本文所述之電路1000的構件可實作成，例如，電路，硬體元件(例如，被適當地程式化的處理器、組合邏輯電路、及/或類似者)，包含儲存於非暫時性電腦可讀取媒體(例如，記憶體1004)上可用被適當地組配之處理裝置(例如，處理器1002)執行之電腦可讀取程式指令的電腦程式產品，或彼等之一些組合。
例如，處理器1002可實作成各種構件，包括有隨附數位訊號處理器(或數個)的一或更多微處理器，沒有隨附數位訊號處理器的一或更多處理器(或數個)，一或更多共處理器，一或更多多核心處理器，一或更多控制器，處理電路，一或更多電腦，包含積體電路(例如，ASIC(特殊應用積體電路)或FPGA(場效可程式閘陣列)的各種其他處理元件，或彼等之一些組合。因此，儘管在圖10以單一處理器 圖示，然而在一些具體實施例中，處理器1002包含多個處理器及/或處理電路。多個處理器可實作於單一計算裝置上或可分散於一起被組配成可當作電路1000的多個計算裝置。多個處理器可彼此有效通訊(operative communication)以及可一起被組配成可完成如本文所述之電路1000的一或更多機能。在示範具體實施例中，處理器1002經組配成可執行儲存於記憶體1004或處理器1002以其他方式存取的指令。該等指令在由處理器1002執行時可造成電路1000可完成如本文所述之電路1000的機能中之一或更多。
不論是用硬體、韌體/軟體方法、還是彼等之組合組配，在被相應地組配時，處理器1002可包含能夠完成根據本發明具體實施例之操作的實體(entity)。因此，例如，當處理器1002實作成為ASIC、FPGA或其類似物時，處理器1002可包含被特別組配的硬體用以進行描述於本文的一或更多操作。作為另一實施例，當處理器1002實作成為例如可儲存於記憶體1004之指令的執行器時，該等指令可特別將處理器1002組配成可完成描述於本文的一或更多演算法及操作，例如在說明圖8及圖9時提及的。
記憶體1004可包含例如揮發性記憶體、非揮發性記憶體、或彼等之一些組合。雖然在圖10以單一記憶體圖示，然而記憶體1004可包含多個記憶體組件。多個記憶體組件可實作於單一計算裝置上或分散於多個計算裝置。在各種具體實施例中，記憶體1004可包含，例如，硬碟、隨機存取記憶體，快取記憶體，快閃記憶體，光碟唯讀記憶 體(CD-ROM)，數位化多功能光碟唯讀記憶體(DVD-ROM)，光碟，組配成可儲存資訊的電路，或彼等之一些組合。記憶體1004能被組配成可儲存資訊、資料(例如，用於設定控制閥位置的控制參數及/或常數)、應用系統、指令或其類似物用以致能電路1000根據本發明的示範具體實施例來實行各種功能。例如，在至少一些具體實施例中，記憶體1004係經組配成可緩衝用處理器1002來處理的輸入資料。另外或替換地，在至少一些具體實施例中，記憶體1004係經組配成可儲存由處理器1002執行的程式指令。記憶體1004可儲存形式為靜態及/或動態資訊的資訊。在執行其機能期間，此一存儲資訊可由電路1000儲存及/或使用。
通訊模組1006可實作成為任何裝置或構件，其係實作於電路、硬體、包含儲存於電腦可讀取媒體(例如，記憶體1004)上以及由處理裝置(例如，處理器1002)執行之電腦可讀取程式指令的電腦程式產品、或彼等經組配成可接收及/或傳送資料進出另一裝置(例如，第二電路1000及/或類似者)的組合中。在一些具體實施例中，通訊模組1006(描述於本文的其他組件也一樣)至少可部份實作成可用處理器1002或其他控制。在這點上，通訊模組1006可與處理器1002通訊，例如經由匯流排。在一些具體實施例中，通訊模組1006可包含，例如，天線、傳送器、接收器、收發器、網路介面卡及/或支援硬體及/或韌體/軟體用以致能與另一計算裝置通訊。通訊模組1006能被組配成使用可用於計算 裝置間之通訊的任何協定可接收及/或傳送可用記憶體1004儲存的任何資料。通訊模組1006另外或替換地可與記憶體1004、輸入/輸出模組1008及/或電路1000的任何其他組件通訊。
輸入/輸出模組1008可與處理器1002通訊以接收使用者輸入的示值及/或提供聲音、視覺、機械或其他輸出給使用者。在說明方法800及900時有描述用電路1000可顯示於視覺顯示裝置上的一些示範視覺輸出。此類示範視覺輸出包含但不限於：混合後濃度、目標濃度、測得光學反射率(REF)、折射率(IOR)、溫度、控制參數及/或常數及其類似者。在這個意義上，輸入/輸出模組1008更可包含：例如，用於鍵盤、小鍵盤、滑鼠、搖桿、顯示器、觸控螢幕顯示器、及/或其他輸入/輸出機構的支撐物。輸入/輸出模組1008可與記憶體1004、通訊模組1006及/或任何其他組件(或數個)通訊，例如經由匯流排。雖然一個以上的輸入/輸出模組及/或其他組件可包含於電路1000中，但是圖10只圖示一個以免使附圖過於複雜(描述於本文的其他組件也一樣)。
在一些具體實施例中，一序列的電腦可讀取程式代碼部份實作於一或更多電腦程式產品中，以及用計算裝置及/或其他可程式化設備可產生機器實現的方法。應瞭解，任何此類電腦程式指令及/或其他類型的代碼可載入電腦、處理器或其他可程式化設備電路以產生機器，使得在該機器上執行代碼的電腦、處理器或其他可程式化電路可建立用以實現各種功能(包括描述於本文的)的構件。
以上已用圖解說明方法、設備及電腦程式產品的方塊圖及流程圖描述本發明的具體實施例。應瞭解，電路圖及處理流程圖中的每個方塊，以及電路圖及處理流程圖中的方塊組合各自可用包含電腦程式指令的各種構件實現。該等電腦程式指令可載入通用電腦、特殊用途電腦、或其他可程式化資料處理設備，例如以上在說明圖10時提及的處理器1002，以產生機器，使得包含在電腦或其他可程式化資料處理設備上執行之指令的電腦程式產品建立用以實現具體描述於流程圖方塊(或數個)之功能的構件。
該等電腦程式指令可存入用特定方式可指引電腦或其他可程式化資料處理設備運轉的一或更多非暫時性電腦可讀取儲存媒體(例如，記憶體1004)，使得存入電腦可讀取儲存媒體的指令產生包含電腦可讀取指令的產品用以實現描述於本文的功能。該等電腦程式指令也可載入電腦或其他可程式化資料處理設備以造成一系列的操作步驟在電腦或其他可程式化設備上執行以產生電腦實現方法使得在電腦或其他可程式化設備上執行的指令提供用以實現描述於本文之功能的步驟。該非暫時性電腦可讀取媒體可包含控制器、微控制器、計算系統或計算系統之模組可存取的非暫時性儲存硬體、非暫時性儲存裝置或非暫時性電腦系統記憶體以編寫電腦可執行指令或軟體程式於其上。計算系統或計算系統的模組可存取該非暫時性電腦可讀取媒體以擷取及/或執行編寫於該媒體上的電腦可執行指令或軟體程式。該非暫時性電腦可讀取媒體可包含但不限於： 一或更多種硬體記憶體、非暫時性有形媒體(例如，一或更多儲存磁碟、一或更多光碟、一或更多USB隨身碟)、電腦系統記憶體或隨機存取記憶體(例如，DRAM、SRAM、EDO RAM)及其類似者。
在描述示範具體實施例時，為求簡潔而使用特定術語。為了說明，每個特定用語至少旨在涵蓋可用類似方式操作達成類似目的的所有技術及功能對等物。另外，在特定示範具體實施例包含多個系統元件或方法步驟的一些實例中，這些元件或步驟可換成單一元件或步驟。同樣，單一元件或步驟可換成可達到相同目的的多個元件或步驟。此外，在此針對示範具體實施例具體描述各種性質的參數，該等參數可上下調整1/20、1/10、1/5、1/3、1/2等等，或取其近似值，除非特別說明。此外，儘管已用特定具體實施例來圖示及說明示範具體實施例，然而本技藝一般技術人員會了解，仍可在形式及細節上做出各種置換及變更而不脫離本發明的範疇。又進一步言之，其它的方面、功能及優點也都在本發明的範疇內。
示範流程圖是本文為了圖解說明而提供而且都是不具限定性的方法實施例。本技藝一般技術人員會認識到，示範方法可包含比圖示於示範流程圖更多或更少的步驟，以及可用與圖示不同的順序來執行示範流程圖的步驟。
方塊圖及流程圖的方塊支持用以進行特定功能之構件的組合，用以進行特定功能之步驟的組合，以及用以進行特定功能之程式指令構件的組合。也應瞭解，電路 圖及處理流程圖中之一些或所有的方塊/步驟，以及電路圖及處理流程圖的方塊/步驟組合可用基於專用硬體的電腦系統實現，其係執行特定功能或步驟，或專用硬體與電腦指令的組合。
熟諳此藝者在獲益於以上本發明具體實施例之描述及圖示的教導後，可做出許多本發明的變體及其他具體實施例。因此，應瞭解，本發明的具體實施例不限於所揭示的特定具體實施例而且希望隨附申請專利範圍的範疇涵蓋該等變體及其他具體實施例。儘管在此使用特定用語，但是其係只以一般及說明性之意義使用而不是用來限制。
100‧‧‧混合設備
102‧‧‧物質A輸入
104‧‧‧物質B輸入
106‧‧‧物質輸出
108‧‧‧物質A通道
110‧‧‧物質B通道
112‧‧‧交叉區域
114‧‧‧混合後物質通道
118‧‧‧控制電路
120‧‧‧濃度感測器
122‧‧‧控制閥
124‧‧‧連接

Claims (20)

  1. 一種閉合迴路混合控制的方法，包含：藉由一混合設備的控制電路，至少部份地基於針對一混合物質中之一第一物質的一所欲目標濃度，來確定一或多個控制參數；藉由該混合設備的控制電路，設定一控制閥於一初始位置處，以允許該第一物質以一第一流率於一第一通道內流動至一混合區；供給一第二物質通過一第二通道至該混合區，該混合區包含一交叉區域，而該交叉區域中有該第一通道及該第二通道相會，該第一物質及該第二物質在該混合區中混合以產生該混合物質；藉由該混合設備的控制電路，測定在該第一物質及該第二物質之混合期間該第一物質於該混合物質中的一混合後濃度值；藉由該混合設備的控制電路，確定該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值，是否在針對該第一物質之該所欲目標濃度的一預定範圍或誤差邊限以外；當該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值係在針對該第一物質之該所欲目標濃度的該預定範圍或誤差邊限以外時，則基於該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值來動態更新該一或多個控制參數，且使用該一或多個控制參數之動態更新來確定一反饋控制值；並且 基於該反饋控制值來調整該控制閥的一開口大小。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該混合設備的控制電路使用一或多個混合參數來確定該一或多個控制參數。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該一或多個混合參數包含一物質流率、溫度、物質類型、黏性、及目標濃度中的至少一者。
  4. 如請求項1所述之方法，其中測定在該第一物質及該第二物質之混合期間該第一物質於該混合物質中的一混合後濃度值，包含：測量該混合物質的一光學反射率及溫度。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該光學反射率係使用一光學感測器來測量。
  6. 如請求項1所述之方法，更包含：經由一使用者輸入裝置來接收針對該混合物質中之該第一物質的該所欲目標濃度。
  7. 如請求項1所述之方法，更包含：藉由該混合設備的控制電路，自動確定針對該混合物質中之該第一物質的該所欲目標濃度。
  8. 如請求項1所述之方法，更包含：當該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值係處在針對該第一物質之該所欲目標濃度、或在針對該第一物質之該所欲目標濃度的該預定範圍或誤差邊限之內時，則確定該第一物質及該第二物質之混合是否完成，並且，若該第一物質及該第二物質之混合並未完成，則持續監視該第一物質於該混合物質中的該混合後 濃度值且相應地即時調整該控制閥。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該混合設備的控制電路包含一比例-積分-微分控制器。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該控制閥包括一步進馬達。
  11. 一種閉合迴路混合控制的系統，包含：一混合設備，其具有一控制電路、一第一通道、一第二通道、一控制閥、及一混合區，該混合區包含一交叉區域，而該交叉區域中有該第一通道及該第二通道相會；該混合設備的控制電路係組配成：至少部份地基於針對一混合物質中之一第一物質的一所欲目標濃度，來確定一或多個控制參數；設定一控制閥於一初始位置處，以允許該第一物質以一第一流率於該第一通道內流動至該混合區；供給一第二物質通過該第二通道至該混合區，該第一物質及該第二物質在該混合區中混合以產生該混合物質；測定在該第一物質及該第二物質之混合期間該第一物質於該混合物質中的一混合後濃度值；確定該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值，是否在針對該第一物質之該所欲目標濃度的一預定範圍或誤差邊限以外；當該第一物質於該混合物質中的該混合後濃 度值係在針對該第一物質之該所欲目標濃度的該預定範圍或誤差邊限以外時，則基於該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值來動態更新該一或多個控制參數，且使用該一或多個控制參數之動態更新來確定一反饋控制值；並且基於該反饋控制值來調整該控制閥的一開口大小。
  12. 如請求項11所述之系統，其中該混合設備的控制電路更組配成：使用一或多個混合參數來確定該一或多個控制參數。
  13. 如請求項12所述之系統，其中該一或多個混合參數包含一物質流率、溫度、物質類型、黏性、及目標濃度中的至少一者。
  14. 如請求項11所述之系統，其中測定在該第一物質及該第二物質之混合期間該第一物質於該混合物質中的一混合後濃度值，包含：測量該混合物質的一光學反射率及溫度。
  15. 如請求項14所述之系統，其中該光學反射率係使用一光學感測器來測量。
  16. 如請求項11所述之系統，其中該混合設備的控制電路更組配成：經由一使用者輸入裝置來接收針對該混合物質中之該第一物質的該所欲目標濃度。
  17. 如請求項11所述之系統，其中該混合設備的控制電路更組配成：自動確定針對該混合物質中之該第一物質的該所欲目標濃度。
  18. 如請求項11所述之系統，其中該混合設備的控制電路更組配成：當該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值係處在針對該第一物質之該所欲目標濃度、或在針對該第一物質之該所欲目標濃度的該預定範圍或誤差邊限之內時，則確定該第一物質及該第二物質之混合是否完成，並且，若該第一物質及該第二物質之混合並未完成，則持續監視該第一物質於該混合物質中的該混合後濃度值且相應地即時調整該控制閥。
  19. 如請求項11所述之系統，其中該混合設備的控制電路包含一比例-積分-微分控制器。
  20. 如請求項11所述之系統，其中該控制閥包括一步進馬達。
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