CN101563541A - 用于泵操作的系统和方法 - Google Patents

Abstract

这里公开了一种用于监测泵的操作(包括验证泵的操作或动作)的系统和方法。对于泵的一个或多个参数可以建立基线型面。然后可以通过在泵的随后操作过程中记录该相同组参数的一个或多个值而产生操作型面。比较操作型面和基线型面可以建立拟合优度测量值。当拟合优度测量值不充分时，可以发送警告或采取其它动作，例如可以关闭泵送系统。拟合优度测量的一个示例是R－squared测量。

Description

用于泵操作的系统和方法

相关申请

本申请要求美国临时专利申请No.60/861856的优先权，该美国临时专利申请No.60/861856的标题为System and Method for Operationof a Pump，申请日为2006年11月30日，该文献被本文参引。

技术领域

本发明通常涉及流体泵。特别是，本发明的实施例涉及单级和多级泵。更特别是，本发明的实施例涉及操作泵和/或确认在半导体制造中使用的泵的各种操作或动作。

背景技术

有多种必须精确控制由泵送装置分配流体的量和/或速率的用途。例如，在半导体加工中，重要的是控制光化学药剂(例如光致抗蚀剂)施加在半导体晶片上的量和速率。在加工过程中施加在半导体晶片上的涂层通常要求在整个晶片表面上、以埃为单位来测量的平面度。加工化学药剂(例如光致抗蚀剂)施加在晶片上的速率必须进行控制，以便保证加工液体均匀施加。

目前，在半导体工业中使用的很多光化学药剂非常昂贵，经常价格高至$1000每升。因此，优选是保证使用最小但是足够量的化学药剂，并且该化学药剂不会被泵送装置损坏。当前，多级泵可能引起在液体中的尖锐压力峰值。这种压力峰值以及随后的压降会损害流体(即，可能不合适地改变该流体的物理性质)。另外，压力峰值会导致流体压力的积累，这会导致分配泵分配比预计更多的流体，或者将不合适的动力引入流体的分配。

在多级泵中产生的其它情况也可能阻止化学药剂的合适分配。这些情况大体上由该过程中的正时变化产生。这些正时变化可以是有意的(例如制法变化)或无意的(例如信号滞后等)。

当发生这些情况时，结果可能是化学药剂的不正确分配。在某些情况下，可能没有化学药剂分配至晶片上，而在其它情况下，化学药剂可能不均匀地横过晶片的整个表面分布。然后，晶片可能要经历一个或多个剩余的制造过程步骤，从而导致晶片不适合使用，并最终导致晶片作为废品而丢弃。

在很多情况下，废品晶片利用某些形式的质量控制过程来检测，这使得该问题更严重。不过同时，导致不正确分配的情况(因此废品晶片)仍然继续存在。因此，在首先不正确分配的时间和检测到由该不正确分配产生的废品晶片的时间之间的期间，在其它晶片上产生了很多另外的不正确沉积。这些晶片也必须作为废品丢弃。

如所看到的，希望检测或确认已经进行了正确分配。过去，该确认利用多种技术来实现。第一技术涉及利用在泵的分配喷嘴处的照相机系统来确认已经进行了分配。不过，该方案并不是最佳的，因为这些照相机系统通常独立于泵，因此必须单独安装和校准。而且，在大部分情况下，这些照相机系统将非常昂贵。

另一方法涉及在泵的流体通路中使用流量计以便确认分配。该方法也有问题。加入泵的流动通路中的附加部件不仅提高了泵自身的成本，而且增加了当化学药剂流过泵时受到污染的危险。

因此，如所见到的，需要用于确认泵的操作和动作的方法和系统，它可以快速和精确地检测这些操作和动作的正确完成。

发明内容

这里公开了用于监测泵的操作(包括验证泵的操作或动作)的系统和方法。可以建立用于泵的一个或多个参数的基线型面。然后可以通过在泵的随后操作过程中记录用于相同参数组的一个或多个值来产生操作型面。根据基线型面和操作型面可以确定拟合优度的测量值。然后，需要时可以根据拟合优度的测量值来确定分配的有效性。例如，当拟合优度的测量值高于特定界限值时，可以认为分配是有效分配，否则将采取声音或其它行动的警告，例如通知用户或关闭泵送系统。

在一个实施例中，多级泵具有第一级泵(例如供给泵)和第二级泵(例如分配泵)，并有用于确定在第二级泵处的流体压力的压力传感器。泵控制器可以监测泵的操作。泵控制器与第一级泵、第二级泵和压力传感器连接(即，可操作成与第一级泵、第二级泵和压力传感器进行通信)，并可操作产生与参数相对应的第一操作型面，且根据第一操作型面至少一部分的和基线型面的相应部分来产生拟合优度的测量值。

在特殊实施例中，根据操作型面和基线型面而利用R-Squared统计量来产生拟合优度的测量值。

通过检测与泵送系统的操作和动作相关的各种问题而使本发明的实施例具有优点。例如，通过根据在泵的操作过程中测量的压力型面的一个或多个点和基线压力的一个或多个点来确定拟合优度的测量值，可以检测不正确的分配。类似的，通过根据在泵的一个或多个操作阶段中马达的操作速率相对于该马达的基线操作速率的一个或多个点以及基线压力的一个或多个点来确定拟合优度的测量值，可以检测在泵送系统中的过滤器的堵塞。

本发明实施例提供的另一优点是可以更好地检测泵的部件的故障或即将发生的失效。例如，实验测试表明：i)由分配流体中的气泡引起的较差分配不能利用其它方法来检测；或者ii)其它方法可能产生太多假警告(例如不正确或不合适的不正确分配通知)，因为比较限制可能太小。通过利用拟合优度的测量值，可以提高较差分配的检测，同时减少假警告的数目。

通过下面的说明和附图将更好地理解本发明的这些和其它方面。下面的说明尽管表示了本发明不同实施例和它的许多细节，但只是作为示例，而不是限制。在本发明的范围内可以进行多种替换，改变，增加或者调整，且本发明包括所有这些替换，改变，增加或者调整。

附图说明

附图形成说明书的一部分，并包含在说明书中，用于描述本发明的特定方面。通过附图中所示的非限定示例实施例将更容易清楚本发明的清晰印象以及本发明系统的部件和操作，其中，相同参考标号表示相同部件。应当知道，附图中所示的特征并不需要按比例画出。

图1是一个泵送系统实施例的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的多级式泵(“多级泵”)的示意图；

图3是用于本发明一个实施例的阀和马达正时的示意图；

图4和5A-5C是多级泵的一个实施例的示意图；

图6是局部装配的多级泵的一个实施例的示意图；

图7是局部装配的多级泵的另一实施例的示意图；

图8A是多级泵的一部分的一个实施例的示意图；

图8B是图8A的多级泵实施例的剖面A-A的示意图；

图8C是图8B的多级泵实施例的剖面B的示意图；

图9是表示用于控制多级泵的压力的一个方法实施例的流程图；

图10是根据本发明一个实施例的多级泵的压力型面；

图11是表示用于控制多级泵的压力的另一方法实施例的流程图；

图12是多级泵的另一实施例的示意图；

图13是根据本发明方法的一个实施例的流程图；

图14是根据本发明一个实施例的多级泵的压力型面；

图15是根据本发明一个实施例的、多级泵的基线压力型面和多级泵的操作压力型面；

图16A-16G是表示用于泵的操作的各种压力型面的曲线图；

图17是表示当泵正确操作时用于增大确定的准确性的一个方法实施例的流程图；以及

图18是单级泵的示意图。

具体实施方式

在附图中描述了本发明的优选实施例，其中相同标号用于表示各个附图中的相同和对应部件。

本发明的实施例涉及利用泵精确地分配流体的泵送系统。特别是，本发明实施例涉及用于监测泵的操作的系统和方法，包括确认或验证泵的操作或动作。根据一个实施例，本发明提供了一种用于验证流体从泵准确分配、泵中的过滤器合适操作等的方法。可以形成用于泵的一个或多个参数的基线型面。然后，可以通过在泵的随后操作过程中记录用于该相同组参数的一个或多个值而产生操作型面。可以对于操作型面确定一个或多个拟合优度测量值。当拟合优度测量值不可接受时，可以发送警告或采取其它行动，例如关闭泵送系统等。拟合优度测量值可以是R-Squared测量值或拟合优度的其它统计测量值。

这些系统和方法可以用于检测关于泵的操作和动作的各种问题。例如，通过使在一点或多点的基线压力与在泵的操作过程中测量的压力型面的一点或多点进行比较，可以确定不正确的分配。类似的，通过使马达在泵的一个或多个操作阶段中的操作速率与用于该马达的基线操作速率比较，可以确定泵中的过滤器的阻塞。在阅读下面的说明后将清楚本发明的系统和方法的这些和其它用途。

在介绍本发明实施例之前，有利的是介绍可以用于本发明各个实施例的泵或泵送系统的示例实施例。图1是泵送系统10的示意图。泵送系统10可包括流体源15、泵控制器20和多级泵100，它们一起工作以便将流体分配到晶片25上。多级泵100的操作可通过泵控制器20控制，该泵控制器20可以在多级泵100上，或者通过用于传送控制信号、数据或者其它信息的一个或多个的通信链路而连接到多级泵100上。泵控制器20可包括包含一组控制指令30的计算机可读介质27(例如，RAM，ROM，闪速存储器，光盘，磁盘驱动器或者其它计算机可读介质)，以控制多级泵100的操作。处理器35(例如，CPU，ASIC，RISC，DSP或者其它处理器)可执行这些指令。处理器的一个实例是Texas Instruments TMS320F2812PGFA 16位DSP(TexasInstruments是达拉斯，TX的公司)。在图1的实施例中，控制器20通过通信链路40和45而与多级泵100通信。通信链路40和45可以是网络(例如，以太网，无线网络，全局区域网络，DeviceNet网络或者其它在本领域中已知或者发展的网络)、总线(例如SCSI总线)或者其它通信链路。控制器20可以实现为在PCB板上、遥控器或者其它合适方式。泵控制器20可包括合适界面(例如，网络界面，I/O界面，模-数转换器及其它部件)，以便使泵控制器20与多级泵100通信。泵控制器20可包括在本领域中已知的多种计算机部件，包括处理器、存储器、界面、显示设备、外围设备或者其它计算机部件。泵控制器20可控制多级泵中的各种阀和马达，使得多级泵精确地分配流体，包括低粘性流体(即，小于100厘泊)或者其它流体。泵控制器20还可以执行指令，该指令可操作成实施这里所述的系统和方法的实施例。

图2是多级泵100的示意图。多级泵100包括供给级部分105和单独的分配级部分110。从流体流动的观点来看，过滤器120设置在供给级部分105和分配级部分110之间，以便从处理流体中过滤杂质。多个阀可以控制流体流过多级泵100，这些阀例如包括进口阀125、隔离阀130、阻挡阀135、清洗阀140、通气阀145和出口阀147。分配级部分110还可以包括压力传感器112，该压力传感器112确定在分配级110处的流体压力。由压力传感器112确定的压力可用于控制各个泵的速度，如下面所述。压力传感器实例包括陶瓷和聚合物的压电(pesioresistive)和电容式压力传感器，包括由德国Korb的MetalluxAG制造的压力传感器。也可以使用其它的压力传感器，且压力传感器可以定位成读出供给级腔室中的压力(除了或者代替分配级腔室的压力)。

供给级105和分配级110可包括在多级泵100中泵送流体的滚转隔膜泵。供给级泵150(“供给泵150”)例如包括用于收集流体的供给腔室155、在供给腔室155内运动和使流体移动的供给级隔膜160、使供给级隔膜160运动的活塞165、丝杠170和步进马达175。丝杠170通过螺母、齿轮或者其它机构连接到步进马达175上，用于从马达向丝杠170传递能量。根据一个实施例，供给马达170使螺母旋转，该螺母又将线性运动传递到丝杠170，从而驱动活塞165。类似的，分配级泵180(“分配泵180”)包括分配腔室185、分配级隔膜190、活塞192、丝杠195和分配马达200。根据其它实施例，供给级105和分配级110可以各自包括多种其它泵，包括气动驱动泵、液压泵或者其它泵。利用用于供给级的气动驱动泵和步进马达驱动的液压泵的多级泵的一个实例在美国专利申请No.11/051,576中介绍，该文献全部被本文参引。

供给马达175和分配马达200可以为任何合适马达。根据一个实施例，分配马达200是永磁体同步马达(“PMSM”)。该PMSM可通过利用场定向控制(“FOC”)的数字信号处理器(“DSP”)或者在马达200处的其它类型位置/速度控制、在多级泵100上的控制器或者单独的泵控制器(例如在图1中所示)而进行控制。PMSM200还可包括用于分配马达200位置的实时反馈的编码器(例如，细线旋转位置编码器)。位置传感器的使用使得活塞的192位置将精确和可重复地控制，这导致对分配腔室185中的流体运动的精确和可重复的控制。例如，利用2000线编码器(它向DSP发送8000次)，可以以0.045的旋转度精确地测量和控制。此外，PMSM可在很小或没有振动的情况下低速运行。供给马达175还可以是PMSM或者步进马达。根据本发明的一个实施例，供给级马达175可以是步进马达(部件号L1LAB-005)，分配级马达200可以是无刷DC马达(部件号DA23DBBL-13E17A，它们都来自美国Dover，N.H.的EAD马达。

多级泵100的阀打开或关闭，以便允许或限制流体流过多级泵100的各个部分。根据一个实施例，这些阀可以是气动驱动(即气体驱动)隔膜阀，它可以根据是压力还是真空而打开或关闭。不过，在本发明的其它实施例中，可以使用任意合适的阀。

在操作时，多级泵100可以包括准备段、分配段、充装段、预先过滤段、过滤段、通气段、清洗段和静态清洗段。在供给段期间，进口阀125打开，且供给级泵150使供给级隔膜160运动(例如拉动)，以便将流体吸入供给室155中。一旦充分量的流体已经装满供给室155，进口阀125关闭。在过滤段期间，供给级泵150使供给级隔膜160运动，以便使流体从供给室155移动。隔离阀130和阻挡阀135打开，以允许流体流过过滤器120至分配室185中。根据一个实施例，隔离阀130可以首先打开(例如，在“预先过滤”段)，以便允许在过滤器120中建立压力，然后打开阻挡阀135，以便允许流体流入分配室185中。在过滤段期间，分配泵180可以到达它的原始位置。如Laverdiere等的美国临时专利申请No.60/630,384(标题为“System andMethod for a Variable Home Position Dispense System”，申请日为2004年11月23日)和Laverdiere等的PCT申请PCT/US2005/042127(标题为“System and Method for Variable Home Position DispenseSystem”，申请日为2005年11月21日)中所述(这两篇文献全部被本文参引)，分配泵的原始位置可以为在分配循环中在分配泵中具有最大可有容积的位置，但是小于分配泵可提供的最大可用容积。该原始位置根据分配循环的各个参数进行选择，以便减小多级泵100的未使用滞留容积。供给泵150同样地可以到达原始位置，该原始位置提供小于其最大可用容积的容积。

当流体流入分配腔室185中时，流体的压力增加。根据本发明一个实施例，当分配腔室185中的流体压力达到预定的压力设置点时(例如由压力传感器112确定)，分配级泵180开始使分配级隔膜190退回。换句话说，分配级泵180使得分配腔室185的可用容积增加，以便使流体能够流入分配腔室185。这例如通过使分配马达200以预定速率反转来进行，从而使得分配腔室185中的压力降低。当分配腔室185中的压力降低至低于设置点时(在系统的容许量内)，供给马达175的速率增大，以便使得分配腔室185中的压力达到设置点。当压力超过设置点时(在系统的容许量内)，供给步进马达175的速率减小，从而导致下游分配腔室185中的压力减小。增大和减小供给级马达175的速度的过程可以重复进行，直到分配级泵达到原始位置，在该点处，两个马达都停止。

根据另一实施例，第一级马达在过滤段中的速度可以利用“死区”控制方案来控制。当分配腔室185中的压力达到初始界限值时，分配级泵可以使分配级隔膜190运动，以便使流体能够更自由地流入分配腔室185中，从而使得分配腔室185中的压力降低。当压力降低至低于最小压力界限值时，供给级马达175的速度增大，从而使得分配腔室185中的压力增加。当分配腔室185中的压力增加至超过最大压力界限值时，供给级马达175的速度降低。还有，增大和减小供给级马达175的速度的过程可以重复进行，直到分配级泵达到原始位置。

在通气段的开始时，隔离阀130打开，阻挡阀135关闭并且通气阀145打开。在另一个实施例中，阻挡阀135可以在通气段期间保持打开，且在通气段结束时关闭。在此期间，当阻挡阀135打开时，压力可由控制器感知，因为可以由压力传感器112测量的、在分配室中的压力将受到过滤器120中的压力影响。供给级泵150向流体施加压力，以便通过打开的通气阀145将气泡从过滤器120中除去。供给级泵150可以进行控制，以便使得以预定速率进行通气，从而能够有更长的通气时间和更低的通气速率，因此能够精确控制通气消耗量。当供给泵是气动类型泵时，在通气流体通路中可以设置流体流动限制，且施加在供给泵上的气动压力可以增大或减小，以便保持“通气”设置点压力，从而产生一些其它方式无法控制方法的一些控制。

在清洗段开始时，隔离阀130关闭，阻挡阀135(当它在通气段打开时)关闭，通气阀145关闭，且清洗阀140打开，进口阀125打开。分配泵180向分配室185中的流体施加压力，以便通过清洗阀140排出气泡。在静态清洗段期间，分配泵180停止，但是清洗阀140保持打开，以便继续通气。在清洗或者静态清洗段期间，移去的任何过多流体都可以从多级泵100中流出(例如，返回到流体源或者丢弃)或者再循环到供给级泵150中。在准备段期间，隔离阀130和阻挡阀135可打开，且清洗阀140关闭，从而使得供给级泵150能够达到该源(例如，瓶源)的环境压力。根据其它实施例，全部阀都可以在准备段关闭。

在分配段期间，出口阀147打开，且分配泵180向分配室185中的流体施加压力。因为出口阀147可以进行反应以便比分配泵180更慢地控制，因此出口阀147可首先打开，且在一定预定时段之后，分配马达200启动。这防止分配泵180推动流体通过局部打开的出口阀147。而且，这防止由阀打开而引起的流体向上运动到分配喷嘴，随后由马达动作引起流体向前运动。在其它实施例中，出口阀147可以打开，且分配泵180同时开始分配。

还可以执行附加的反吸段，在该反吸段中，将除去分配喷嘴中的多余流体。在反吸段期间，出口阀147可以关闭，且辅助马达或者真空可用于将多余的流体吸出出口喷嘴。也可选择，出口阀147可以保持打开，且分配马达200可以反向，使得将这些流体反吸到分配室中。该反吸段有助于防止多余的流体滴到晶片上。

参考图3，该图提供了对于图1的多级泵100操作的各个段的阀和分配马达正时的示意图。当在段改变期间几个阀显示为同时关闭时，阀的关闭可以定时为稍微分开(例如100毫秒)，以减少压力峰值。例如，在通气和清洗段之间，隔离阀130可以在通气阀145之前立刻关闭。不过应当知道，其它阀正时可用于本发明的各个实施例中。另外，多个段可以一起进行(例如充装/分配阶段可以同时进行，在这样情况下，进口和出口阀都可以在分配/充装段中打开)。还应该指出，不必对于每个循环都重复特定的段。例如，清洗和静态清洗段可以并不在每个循环都实施。同样，通气段可以并不在每个循环都实施。

各个阀的打开和关闭可能导致在流体内的压力峰值。例如，在静态清洗段结束时清洗阀140的关闭可能导致在分配室185中的压力增加。这可能是因为当各阀关闭时可能排出很小容积的流体。例如，清洗阀140在它关闭时可能将很小容积的流体排出至分配腔室185中。因为当由于清洗阀140的关闭产生压力增加时出口阀147关闭，因此在随后的分配段中当压力并不减小时，流体可能“溅到”晶片上。为了在静态清洗段或附加段期间释放该压力，分配马达200可以反转，以便使活塞192退回预定距离，以便补偿由于阻挡阀135和/或清洗阀140关闭而引起的任何压力增加。

压力峰值可以由于关闭(或打开)其它阀(不只是清洗阀140)而引起。还应当知道，在准备段期间，在分配腔室185中的压力可以根据隔膜的特性、温度或其它因素而变化。分配马达200可以控制成补偿该压力漂移。

因此，本发明的实施例提供具有柔和流体处理特征的多级泵。通过根据来自分配泵处的压力传感器的实时反馈控制供给泵的操作，可以避免可能有损害的压力峰值。本发明的实施例还采用其它泵控制机构和阀衬来帮助减少压力对处理流体的不利影响。

图4是用于多级泵100的泵组件的一个实施例的示意图。多级泵100可以包括分配块205，该分配块205确定了通过多级泵100的多个流体流动通路。根据一个实施例，分配泵块205可以为PTFE，改性PTFE或者其它材料的整体块。因为这些材料不与或者很少与许多处理流体反应，因此使用这些材料使得流动通道和泵腔室能够在最少的附加硬件的情况下直接机械加工至分配块205中。通过提供流体歧管，分配块205因此降低了对管线的要求。

分配块205可以包括各种外部进口和出口，它们例如包括：接收流体的进口210；用于在排出段期间排出流体的排出口215；以及在分配段期间分配流体的分配出口220。在图4的例子中，分配块205不包括外部清洗出口，因为清洗流体返回到供给腔室中(如图5A和5B所示)。不过，在本发明的其它实施例中，流体可外部清洗。

分配块205将流体输送给供给泵、分配泵和过滤器120。泵盖225可以防止供给马达175和分配马达200受损，同时活塞壳体227可对活塞165和活塞192提供保护。阀板230提供用于阀系统(例如，图2的进口阀125，隔离阀130，阻挡阀135，清洗阀140和通气阀145)的阀壳体，该阀壳体可以设置成引导流体流向多级泵100的各个部件。根据一个实施例，各进口阀125，隔离阀130，阻挡阀135，清洗阀140和通气阀145集成到阀板230中，且是隔膜阀，它根据是压力还是真空施加到相应隔膜上而打开或者关闭，且出口阀147在分配块205的外部。对于各阀，PTFE、改性PTFE、复合物或其它材料隔膜夹在阀板230和分配块205之间。阀板230包括用于各阀的阀控制进口，以便将压力或者真空施加到相应隔膜上。例如，进口235对应于阻挡阀135，进口240对应于清洗阀140，进口245对应于隔离阀130，进口250对应于通气阀145，进口255对应于进口阀125。通过有选择性地将压力或者真空施加到进口上，将打开和关闭相应的阀。

阀控制气体和真空通过阀控制供给管线260而提供给阀板230，该阀控制供给管线从阀控制歧管(在盖263下面的区域中)穿过分配块205延伸至阀板230。阀控制气体供给进口265向阀控制歧管提供压缩气体，且真空进口270向阀控制歧管提供真空(或者低气压)。该阀控制歧管起三通阀的作用，以便通过供给管路260将加压气体或者真空发送给阀板230的合适进口，从而驱动相应的阀。

图5A是多级泵100的一个实施例的示意图，其中使得分配块205透明，以便表示穿过它确定的流体流动通道。分配块205确定了用于多级泵100的各种腔室和流体流动通道。根据一个实施例，供给腔室155和分配腔室185可以直接机械加工至分配块205中。另外，各个流动通道可以机械加工至分配块205中。流体流动通道275(图5C中表示)从进口210延伸至进口阀。流体流动通道280从进口阀延伸至供给腔室155，以便完成从进口210至供给泵150的通路。在阀壳体230中的进口阀125调节在进口210和供给泵150之间的流动。流动通道285将流体从供给泵150发送至阀板230中的隔离阀130。隔离阀130的输出通过另一个流体通道(未示出)而通向过滤器120。流体从过滤器120流过使过滤器120与通气阀145和阻挡阀135连接的流动通道。通气阀145的输出通向通气出口215，同时阻挡阀135的输出通过流动通道290而通向分配泵180。在分配段期间，分配泵可以通过流动通道295将流体输出至出口220，或者在清洗段期间通过流动通道300将流体输出到清洗阀上。在清洗段期间，流体可以通过流动通道305返回到供给泵150。因为流体流动通道可以直接形成于PTFE(或者其它材料)块中，因此分配块205可以用作用于在多级泵100的多个部件之间的处理流体的管路，避免或者减少对附加管道的需要。在其它情况下，管道可以插入分配块205中以便确定流体流动通道。图5B提供了根据一个实施例的示意图，其中，使得分配块205透明，以便表示其中的多个流动通道。

图5A还表示了多级泵100，其中泵盖225和歧管盖263除去，以便表示包括供给级马达190的供给泵150、包括分配马达200的分配泵180以及阀控制歧管302。根据本发明的一个实施例，供给泵150、分配泵180和阀板230的一部分可利用插入分配块205的相应空腔中的杆(例如，金属杆)而连接至分配块205上。各杆可以包括一个或多个螺纹孔，以便接收螺钉。例如，分配马达200和活塞壳体227可以通过一个或多个螺钉(例如螺钉275和螺钉280)而安装到分配块205上，这些螺钉穿过分配块205中的螺纹孔延伸，以便螺纹连接至杆285的相应孔中。应该知道，用于使部件和分配块205连接的这种机构只是作为示例，可以使用任何合适的安装机构。

图5C是多级泵100的示意图，表示了用于向阀板230提供压力或者真空的供给管线260。如结合图4所述，在阀板230中的阀可设置成使流体流向多级泵100的各个部件。阀的驱动由阀控制歧管302控制，该阀控制歧管302引导压力或者真空至各供给管路260。各供给管路260可以包括具有小孔(即节流孔)的配件(配件示例以318示出)。在各供给管路中的孔有助于减轻在向供给管线施加压力和真空之间的剧烈压差的影响。这使得阀能够更平滑地打开和关闭。

图6是表示多级泵100的一个实施例的局部装配的示意图。在图6中，阀板230已经与分配块205连接，如上所述。对于供给级泵150，具有丝杠170的隔膜160可以插入供给腔室155中，而对于分配泵180，具有丝杠195的隔膜190可以插入分配腔室185中。活塞壳体227布置在供给腔室和分配腔室上面，且丝杠穿过它延伸。分配马达200与丝杠195连接，并可以通过旋转内螺纹螺母而使丝杠195进行线性运动。类似的，供给马达175与丝杠170连接，也可以通过旋转内螺纹螺母而使丝杠170进行线性运动。垫片310可以用于使分配马达200与活塞壳体227偏移。在所示实施例中的螺钉利用具有螺纹孔的、插入分配块205中的杆而将供给马达175和分配马达200安装在多级泵100上，如结合图5所述。例如，螺钉315可以螺纹连接至杆320中的螺纹孔中，螺钉325可以螺纹连接至杆330中的螺纹孔中，以便安装供给马达175。

图7是进一步表示多级泵100的一个实施例的局部装配的示意图。图7表示了将过滤器配件335、340和345添加至分配块205上。螺母350、355、360可以用于保持过滤器配件335、340、345。应当知道，可以使用任意合适的配件，且所示配件作为示例来提供。各过滤器配件通向其中一个流动通道(该流动通道通向供给腔室、通气出口或分配腔室)(都通过阀板230)。压力传感器112可以插入分配块205中，且压力检测面暴露于分配腔室185。O形环365使压力传感器112与分配腔室185的交界面密封。压力传感器112通过螺母310而牢固保持就位。阀控制歧管302可以螺纹连接在活塞壳体227上。阀控制管线(未示出)从阀控制歧管302的出口伸出，在开口375处延伸至分配块205中，并从分配块205的顶部伸出至阀板230(如图4中所示)。

图7还表示了用于与泵控制器(例如图1的泵控制器20)通信的多个界面。压力传感器112通过一个或多个电线(表示为380)向控制器20发送压力读数。分配马达200包括马达控制界面205，用于从泵控制器20接收信号，以便使分配马达200运动。另外，分配马达200可以(例如从位置线编码器)向泵控制器20发送信息(包括位置信息)。类似的，供给马达175可以包括通信界面390，以便从泵控制器20接收控制信号和向泵控制器20发送信息。

图8A表示了多级泵100的、包括分配块205、阀板230、活塞壳体227、丝杠170和丝杠195的一部分的侧视图。图8B表示了图8A的剖视图，表示分配块205、分配腔室185、活塞壳体227、丝杠195、活塞192和分配隔膜190。如图8B中所示，分配腔室185可以至少局部由分配块205确定。当丝杠195旋转时，活塞192可以向上运动(相对于图8B中所示的对齐)，以便使分配隔膜190移动，从而使得分配腔室185中的流体通过出口流动通道295而离开该腔室。图8C表示了图8B的细节部。在图8C所示的实施例中，分配隔膜190包括夹钳395，该夹钳395装配至分配块200的槽400中。在该实施例中，分配隔膜190的边缘在活塞壳体227和分配块205之间密封。根据一个实施例，分配泵和/或供给泵150可以是滚转隔膜泵。

应当知道，结合图1-8C所述的多级泵100只是作为示例，而不是限制，本发明实施例可以用于其它的多级泵结构。

如上所述，本发明的实施例可以在多级泵(例如多级泵100)操作的过滤段期间提供压力控制。图9是表示用于在过滤段期间控制压力的一个方法实施例的流程图。图9的方法可以利用储存在计算机可读介质中的软件指令来实施，该软件指令可由处理器来执行，以便控制多级泵。在过滤段开始时，马达175开始以预定速率将流体推出供给腔室155(步骤405)，从而使得流体进入分配腔室185。当分配腔室185中的压力达到预定设置点(由压力传感器112在步骤410中确定)时，分配马达开始运动，以便使活塞192和隔膜190退回(步骤415)。根据一个实施例，分配马达可以使活塞165以预定速率退回。因此，分配泵180使得更多的容积可用于分配腔室185中的流体，从而使得流体的压力降低。

压力传感器112继续监测在分配腔室185中的流体压力(步骤420)。当压力处于或高于设置点时，供给级马达175以减小的速度来操作(步骤425)，否则供给马达175以增大的速度来操作(步骤430)。根据在分配腔室185处的实时压力来增大和减小供给级马达175的速度的过程可以继续进行，直到分配泵180到达原始位置(在步骤435中确定)。当分配泵180到达原始位置时，供给级马达175和分配级马达200可以停止。

分配泵180是否到达它的原始位置可以以各种方式来确定。例如，如Laverdiere等的美国临时专利申请No.60/630384(标题为“Systemand Method for a Variable Home Position Dispense System”，申请日为2004年11月23日)和Laverdiere等的PCT专利申请No.PCT/US2005/042127(标题为“System and Method for a VariableHome Position Dispense System”，申请日为2005年11月21日)中所述，上述两篇文献的全部内容结合到本申请中，作为参考，这可以通过用于确定丝杠195和(因此)隔膜190的位置的位置传感器来实现。在其它实施例中，分配级马达200可以是步进马达。在这种情况下，分配泵180是否处于它的原始位置可以通过计数马达的步数来确定，因为各步都将使隔膜190移动特定量。图9的步骤可以根据需要而重复。

图10表示了根据本发明一个实施例用于操作多级泵的分配腔室185中的压力型面。在点440处，分配开始，且分配泵180将流体从出口推出。分配在点445处结束。在充装段期间，在分配腔室185处的压力保持相当恒定，因为在该段中通常并不涉及分配泵180。在点450处，过滤段开始，且供给级马达175以预定速率向前运行，以便将流体从供给腔室155推动。如图10中所示，在分配腔室185中的压力开始升高，以便在点455处达到预定设置点。当分配腔室185中的压力达到设置点时，分配马达200以恒定速率反转，以便增大分配腔室185中的可用容积。在压力型面的、在点455和点460之间的相对扁平部分中，供给马达175的速度在压力降低至低于设置点时增加，并当达到设置点时降低。这使得分配腔室185中的压力保持在近似恒定压力。在点460处，分配马达200到达它的原始位置，且过滤段结束。在点460处的尖锐压力峰值是由于在过滤结束时关闭阻挡阀135而引起的。

结合图9和10所述的控制方案使用单个设置点。不过，在本发明的其它实施例中，可以使用最小和最大压力界限值。图11是表示使用最小和最大压力界限值的一个方法实施例的流程图。图11的方法可以利用储存在计算机可读介质中的软件指令来实施，该软件指令可由处理器来执行，以便控制多级泵。在过滤段开始时，马达175开始以预定速率将流体推出供给腔室155(步骤470)，从而使得流体进入分配腔室185。当分配腔室185中的压力达到初始界限值(由压力传感器112在步骤480中的测量确定)时，分配马达开始运动，以便使活塞192和隔膜190退回(步骤485)。该初始界限值可以与最大或最小界限值中的任意一个相同或不同。根据一个实施例，分配马达使活塞165以预定速率退回。因此，分配泵180退回，使得更多的容积可用于分配腔室185中的流体，从而使得流体的压力降低。

压力传感器112继续监测在分配腔室185中的流体压力(步骤490)。当压力达到最大压力界限值时，供给级马达175以确定速度来操作(步骤495)。当压力降低至低于最小压力界限值时，供给级马达175以增大的速度来操作(步骤500)。根据在分配腔室185处的压力来增大和减小供给级马达175的速度的过程可以继续进行，直到分配泵180到达原始位置(在步骤505中确定)。当分配泵180到达原始位置时，供给级马达175和分配级马达200可以停止。还有，图11的步骤可以根据需要重复进行。

因此，本发明的实施例提供了一种机构，用于通过控制由供给泵施加在流体上的压力来控制在分配泵180处的压力。当在分配泵180处的压力达到预定界限值(例如设置点或最大压力界限值)时，供给级泵150的速度可以降低。当在分配泵180处的压力降低至低于预定界限值(例如设置点或最小压力界限值)时，供给级泵150的速度可以增大。根据本发明的一个实施例，供给级马达175可以根据分配腔室185处的压力而在预定速度之间循环。在其它实施例中，供给级马达175的速度可以在分配腔室185中的压力高于预定界限值(例如设置点或最大压力界限值)时持续降低，并在分配腔室185中的压力降低至低于预定界限值(例如设置点或最小压力界限值)时持续增加。

如上所述，多级泵100包括具有马达175(例如步进马达、无刷DC马达或其它马达)的供给泵150，该马达175可以根据分配腔室185处的压力来改变速度。根据本发明的另一实施例，供给级泵可以是气动驱动隔膜泵。图12是包括气动供给泵515的一个多级泵510实施例的示意图。如多级泵100那样，多级泵515包括供给级部分105和单独的分配级部分110。过滤器120位于供给级部分105和分配级部分110之间(从流体流动观点看)，用于从处理流体过滤杂质。多个阀可以控制流体流过多级泵100，这些阀例如包括进口阀125、隔离阀130、阻挡阀135、清洗阀140、通气阀145和出口阀147。分配级部分110可以包括压力传感器112，该压力传感器112确定在分配级110处的流体压力。由压力传感器112确定的压力可用于控制各个泵的速度，如下面所述。

供给泵515包括供给腔室520，该供给腔室520可以通过打开的进口阀125而从流体供给源吸入流体。为了控制液体进出供给腔室520，供给阀525控制向供给隔膜530施加真空、正供给压力还是大气。根据一个实施例，增压的N2可以用于提供供给压力。为了将流体吸入供给腔室520中，真空施加在隔膜530上，从而将隔膜拉靠在供给腔室520的壁上。为了将流体推出供给腔室520，供给压力可以施加给隔膜530。

根据一个实施例，在过滤段期间，在分配腔室185处的压力可以通过向隔膜530选择地施加供给压力来调节。在过滤开始时，向供给隔膜530施加供给压力。该压力继续施加，直到在分配腔室185处达到预定压力界限值(例如初始界限值、设置点和其它预定界限值)(例如由压力传感器112来确定)。当达到初始界限值时，分配泵180的马达200开始退回，以便提供更多可用容积用于分配腔室185中的流体。压力传感器112可以继续读出分配腔室185中的压力。当流体压力超过预定界限值(例如最大压力界限值、设置点或其它界限值)时，在供给泵515处的供给压力可以除去或减小。当在分配腔室185处的流体压力降低至低于预定界限值(例如最小压力界限值、设置点或其它预定界限值)时，在供给泵515处可以重新确定供给压力。

因此，本发明实施例提供了一种系统和方法，用于通过根据在分配泵处确定的压力来调节供给泵的操作而在过滤段期间调节流体的压力。可以改变供给泵的操作，例如通过增加或降低供给泵马达的速度、增大或减小在供给泵处施加的供给压力、或者以其它方式调节供给泵的操作，从而使得下游处理流体的压力增大或减小。

本发明实施例还用于在通气段期间控制流体压力。参考图2，当阻挡阀135在通气段期间保持打开时，压力传感器112将确定分配腔室185中的流体压力，该压力将受到过滤器120中的流体压力的影响。当压力超过预定界限值(例如最大压力界限值或设置点)时，供给马达175的速度可以降低(或在图12的实例中供给压力减小)，且当压力降低至预定界限值(例如最小压力界限值或设置点)时，供给马达175的速度可以增加(或者在图12的实例中供给压力增大)。根据另一实施例，用户可以提供通气速率(例如0.5cc/秒)和通气量(例如15cc或3秒)，且供给马达可以使流体以合适速率移动特定时间。

由前述可知，本发明的一个实施例提供了一种用于控制多级泵中的压力的系统，该多级泵具有第一级泵(例如供给泵)和第二级泵(例如分配泵)，并有用于确定在第二级泵处的流体压力的压力传感器。泵控制器可以通过调节第一级泵的操作而调节在第二级泵处的流体压力。泵控制器与第一级泵、第二级泵和压力传感器连接(即可操作成与第一级泵、第二级泵和压力传感器通信)，并可操作成接收来自压力传感器的压力测量值。当来自压力传感器的压力测量值表示在第二级泵处的压力达到第一预定界限值(例如设置点、最大压力界限值或其它压力界限值)时，泵控制器可以使得第一级泵在流体上施加更小压力(例如通过减慢马达速度、减小供给压力或以其它方式减小在流体上的压力)。当压力测量值表示在第二级泵处的压力低于界限值(例如设置点、最小压力界限值或其它界限值)时，控制器可以使得第一级泵在流体上施加更大压力(例如通过增大第一级泵的马达速度、增加供给压力或以其它方式增大在流体上的压力)。

本发明的另一实施例包括用于控制在多级泵中的分配泵的流体压力的方法。该方法可以包括在供给泵处向流体施加压力，确定在供给泵下游的分配泵处的流体压力，当在分配泵处的流体压力达到预定最大压力界限值时在供给泵处降低在流体上的压力，或者当在分配泵处的流体压力低于预定最小压力界限值时在供给泵处增大在流体上的压力。应当知道，最大和最小压力界限值可以都是设置点。

本发明的还一实施例包括用于控制泵的计算机程序产品。计算机程序产品可以包括储存在一个或多个计算机可读介质上的一组计算机指令。指令可以由一个或多个处理器来执行，以便从压力传感器接收压力测量值，使该压力测量值与第一预定界限值(最大压力界限值、设置点或其它界限值)比较，且当来自压力传感器的压力测量值表示在第二级泵处的压力达到第一预定界限值时，引导第一级泵在流体上施加更小压力，例如通过引导第一级泵减小马达速度、施加更小供给压力或以其它方式减小由第一级泵施加在流体上的压力。另外，计算机程序产品可以包括可执行指令，以便当来自压力传感器的压力测量值表示在第二泵处的压力降低至低于第二界限值时引导第一泵在流体上施加更大压力。

本发明的另一实施例可以包括一种多级泵，该多级泵适用于半导体制造过程中，该多级泵包括供给泵、与该供给泵流体连通的过滤器、与该过滤器流体连通的分配泵、在供给泵和过滤器之间的隔离阀、在过滤器和分配泵之间的阻挡阀、用于测量在分配泵处的压力的压力传感器以及与它们连接(例如可操作成与供给泵、分配泵、和压力传感器通信)的控制器。供给泵还包括：供给腔室；在该供给腔室中的供给隔膜；供给活塞，该供给活塞与供给隔膜接触，以便使该供给隔膜移动；供给丝杠，该供给丝杠与供给活塞连接；以及供给马达，该供给马达与供给丝杠连接，以便使供给丝杠运动，从而使得供给活塞运动。分配泵还包括：分配腔室；在该分配腔室中的分配隔膜；分配活塞，该分配活塞与分配隔膜接触，以便使该分配隔膜移动；分配丝杠，该分配丝杠与分配活塞连接，从而使分配活塞在分配腔室中移动；以及分配马达，该分配马达与分配丝杠连接，以便使分配丝杠运动，从而使得分配活塞运动。控制器可操作成从压力传感器接收压力测量值。当压力测量值表示在分配腔室中的流体的压力首先达到设置点时，控制器引导分配马达以近似恒定速率操作，以便使分配活塞退回。对于随后的压力测量值，控制器在随后的压力测量值表示分配腔室中的流体压力低于设置点时引导供给马达以降低的速度来操作，并在随后的压力测量值高于设置点时引导供给马达以增加的速度来操作。

尽管用于泵的上述系统和方法提供对流体精确和可靠地分配，但是处理正时的偶然变化和这些泵的正常磨损和破裂(例如停止阀故障、流体管道扭折、喷嘴堵塞、在流体通路中的空气等)也可以通过泵的不正确操作来表明自身。如上所述，希望检测这些即将发生的故障情况或不正确操作。因此，根据一个实施例，本发明提供了一种用于监测泵的方法，该方法包括验证泵的正确操作和检测即将发生的故障情况。具体地说，本发明实施例可以确认流体从泵正确分配或者过滤器在泵中的合适操作以及其它操作动作或情况。

图13是表示一种用于检测泵(该泵包括上述泵实施例，这样的泵的一个实例是由Entegris Inc制造的IG小型泵)中的不正确操作(或者相反地验证正确操作)、即将发生的故障情况或者几乎其它任何错误的方法实施例的流程图。更具体地说，对于一个或多个参数可以建立基线型面(步骤1310)。在泵100的操作过程中，这些参数可以进行测量，以便产生操作型面(步骤1320)。然后，可以在一个或多个对应点或部分处使基线型面与操作型面比较(步骤1330)。当操作型面与基线型面的差别大于特定公差时(步骤1340)，可能存在警告情况(步骤1350)，否则泵100可以继续操作。

为了对于特定参数建立基线型面(步骤1310)，可以在基线或“极好的”运行过程中测量参数。在一个实施例中，泵100的操作人员或用户可以利用与泵100将在正常使用或操作过程中采用的情况和设备类似或相同的液体、情况和设备来将泵100设置成它们的规格。然后，泵100将用于分配循环(如上面参考图3所述)，以便根据用户的配方来分配流体。在该分配循环期间，参数可以基本连续测量，或者在一组点处测量，以便产生用于该参数的操作型面。在一个特殊实施例中，参数的取样可以以近似1毫秒和10毫秒之间的间隔来进行。

然后，用户可以验证泵100在该分配循环期间正确操作，由泵100在该分配循环期间产生的分配在他的公差或规格内。当用户对泵从操作和分配满意时，他可以通过泵控制器20表示希望该操作型面(例如在分配循环期间获取的参数测量值)应当用作该参数的基线型面。这样，可以建立用于一个或多个参数的基线型面。

图10表示了根据本发明一个实施例的多级泵在操作过程中在分配腔室185处的压力型面的一个实施例。在阅读上述之后应当知道，可以对于各配方(在该配方中用户希望使用泵100)建立用于各参数的基线型面，这样，当泵100用于该配方时，与该配方相关的基线型面可以用于任意随后的比较。

尽管用户可以建立用于参数的基线型面，但是其它方法也可以用于建立基线型面(步骤1310)。例如，用于一个或多个参数的基线型面也可以在泵100的校准过程中由泵100的制造商利用测试床(与将由泵的用户使用的类似)来产生和储存在泵控制器20中。基线型面也可以通过利用操作型面作为基线型面来建立，其中，当利用特殊配方执行分配循环且在该分配循环过程中控制器没有检测到错误时，储存该操作型面。实际上，在一个实施例中，基线型面可以利用先前储存的操作型面(在该操作型面中控制器20没有检测到错误)而有规则地更新。

对于一个或多个参数建立基线型面之后(步骤1310)，在泵100的操作过程中，各参数可以由泵控制器20来监测，以便产生与各参数相对应的操作型面(步骤1320)。各操作型面可以再由控制器20储存。还有，在一个实施例中，这些操作型面可以通过大约以1毫秒和10毫秒之间的间隔来取样参数而产生。

为了检测在泵100的操作过程中可能出现的各种问题，对于在泵100的操作过程中产生的参数的操作型面可以和与该相同参数相对应的基线型面进行比较(步骤1330)。这些比较可以由控制器20来进行，且可以设想，这些比较可以以多种形式来进行。例如，在基线型面的一个或多个点处的参数值可以与在操作型面中的基本等效点处的参数值进行比较；基线型面的平均值可以与操作型面的平均值进行比较；在基线型面的一部分中的参数平均值可以与操作型面的基本相同部分中的参数平均值比较等。

应当知道，所述比较类型只是示例，且在基线型面和操作型面之间可以使用任意合适的比较。实际上，在一些情况下，可以利用一个以上的比较或比较类型来确定是否出现特殊问题或情况。还应当知道，使用的比较类型可以至少部分取决于试图要检测的情况。类似的，比较的操作型面和基线型面的点或部分也可以取决于试图检测的情况以及其它因素。另外，应当知道，使用的比较可以在特殊分配循环中在泵操作期间基本实时地进行，或者在完成特殊分配循环之后进行。

当比较产生的差别在特定公差之外时(步骤1340)，可以在控制器20处记录警告(步骤1350)。该警告可以由控制器20来指示，或者该警告可以发送给与控制器20相接的工具控制器。与上述比较类型相同，用于给定比较的特殊公差可以取决于多种因素，例如进行比较的型面点或部分、用户将使用泵100的方法或配方、由泵100分配的流体的类型、使用的参数、希望检测的情况或问题、用户的希望或用户调整的公差等。例如，公差可以是在基线型面的比较点处的参数值的百分数或者一组数，当基线型面与操作型面比较时，公差可以根据比较点(或部分)而不同，当操作型面在比较点处的值低于基线型面在比较点处的参数值时的公差可以与当操作型面的值高于基线型面的值时不同。

通过特殊实施例可以更好地理解上述系统和方法实施例的说明。如前所述，可能非常希望能确认流体进行了正确分配。在泵100的分配段期间，出口阀147打开，分配泵180向在分配腔室185中的流体施加压力。因为出口阀147可以反应以更缓慢地控制(与分配泵180相比)，因此出口阀147可以首先打开，且经过一定时间后再启动分配马达200。这防止分配泵180通过局部打开的出口阀147来推动流体。而且，这防止流体由于阀打开而向上朝分配喷嘴运动，随后由于马达作用而使流体向前运动。在其它实施例中，出口阀147可以打开，且同时通过分配泵180开始分配。

因为不正确的分配马达210的驱动正时和/或出口阀147正时可以引起不正确的分配，因此在很多情况下，不正确的分配自身可以在分配腔室185的、在泵100的分配段期间的压力中证明。例如，假定出口阀147发生堵塞，或者出口阀147延迟打开。当分配马达222试图迫使流体经过出口阀147时，这些情况将引起在分配段开始时的压力峰值，或者在整个分配段一直有更高压力。类似的，出口阀147的过早关闭也可能在分配段结束时引起压力峰值。

因此，在一个实施例中，为了确认已经进行了可接受的分配，或者为了检测流体从泵100分配的问题，可以在分配循环期间利用在分配腔室185中的压力参数来产生基线型面(步骤1310)。在随后的分配循环期间在分配腔室185中的压力可以利用压力传感器112来监测，以便产生操作型面(步骤1320)。该操作型面可以再与基线型面比较(步骤1330)，以便确认是否应当发出警报声(步骤1350)。

如上所述，不正确的分配自身可以通过在泵100的操作的分配段期间在分配腔室185中的压力变化来证明。不过，更具体地说，由于不正确分配的原因特性，这些压力变化可能在分配段期间的特定点更普遍。因此，在一个实施例中，当比较基线压力型面和操作压力型面时(步骤1330)，可以进行四个比较。第一比较可以是使得基线型面在分配段期间的压力平均值与操作型面在分配段期间的压力平均值比较。该比较可以用于检测可能在分配段期间发生的任何突然堵塞。

第二比较可以是在接近分配时间开始的点的压力值。例如，在基线型面上在经过分配段大约15％的一个或多个点处的压力值可以与在操作型面的分配段中的大致相同点处的压力值比较。该比较可以用于检测由于在分配开始时阀的不正确驱动而引起的节流。

第三比较可以是在接近分配段中点的点的压力值。例如，在基线型面上在经过分配段大约50％的一个或多个点处的压力值可以与在操作型面的分配段中的大致相同点处的压力值比较。

最后的比较可以是在接近分配段结束的点的压力值。例如，在基线型面上在经过分配段大约90％的一个或多个点处的压力值可以与在操作型面的分配段中的大致相同点处的压力值比较。该比较可以用于检测由于在分配段结束部分中阀的不正确驱动而引起的节流。

参考图14可以更好地理解在特定实施例中涉及的各种比较(步骤1330)，该图14表示了根据本发明一个实施例在多级泵的操作过程中在分配腔室185处的压力型面的一个实施例。在大约点1440处，分配段开始，且分配泵180将流体推出出口。分配段在大约点1445处结束。

因此，如上所述，在本发明的系统和方法的一个实施例中，当基线压力型面与操作压力型面比较时，第一比较可以是在大约点1440和点1445之间的压力平均值，第二比较可以是在经过分配段大约15％，在大约点1410处的基线压力型面值和操作压力型面值之间，第三比较可以是在经过分配段大约50％，在大约点1420处的基线压力型面值和操作压力型面值之间，第四比较可以是在经过分配段大约90％，在大约点1430处的基线压力型面值和操作压力型面值之间。

如上所述，各比较的结果可以与公差比较(步骤1340)，以便确定是否应当发出警告(步骤1350)。再有，用于给定比较的特殊公差可以取决于多种因素，如上所述。不过，在很多情况下，当使用的参数是在分配段期间在分配腔室185中的压力时，在分配段期间在压力之间的差异应当很小。因此，在这种情况下使用的公差可以非常小，例如在0.01和0.5PSI之间。换句话说，当在给定点处的操作型面值与在基本相同点处的基线压力型面值的差异大于大约0.02PSI时，可以发出警告(步骤1350)。

参考图15可以更好地表示在基线压力型面和操作压力型面之间的比较，该图15表示了在多级泵的一个实施例的操作过程中在分配腔室185处的基线压力型面和在多级泵的随后操作过程中在分配腔室185处的操作压力型面。在大约点1540处，分配段开始，分配泵180将流体推出出口。分配段在大约点1545处结束。可以看见，在分配段的一部分中，操作压力型面1550明显与基线压力型面1560不同，表示在操作压力型面1550的分配段期间可能产生了分配问题。该可能的问题可以利用本发明实施例来检测，如上所述。

具体地说，当使用上面所示的比较时，第一比较可以是在大约点1540和点1545之间的平均值。当在分配段的开始和结束时操作压力型面1550与基线压力型面1540不同时，该比较将产生明显差异。第二比较可以是在经过分配段大约15％，在大约点1510处的基线压力型面1540值和操作压力型面1550值之间。可以看见，在点1510处，操作压力型面1550的值与基线压力型面1540的值相差大约1PSI。第二比较可以是在经过分配段大约50％，在大约点1520处的基线压力型面1540值和操作压力型面1550值之间。可以看见，在点1520处，操作压力型面1550的值可以与基线压力型面1540的值大致相同。第三比较可以是在经过分配段大约90％，在大约点1530处的基线压力型面1540值和操作压力型面1550值之间。可以看见，在点1530处，操作压力型面1550的值与基线压力型面1540的值相差大约5PSI。因此，上述四个比较中的三个可能导致比较在特定公差之外(步骤1340)。

因此，在图15所示的实例中可以发出警告(步骤1350)。该警告可以警告用户检测的差异，并用于关闭泵100。该警告可以通过控制器20来提供，并可以另外使得用户能够选择显示用于参数的基线型面、用于参数的操作型面(该操作型面使得发出警告)或者一起显示操作型面和基线型面，例如相互叠加(如图15中所示)。在一些情况下，用户可以在泵100重新开始操作之前强行清除该警告。通过迫使用户在泵100或该过程重新开始之前清除警告，可以通过迫使用户在可能引起废品的情况被检测或发生后基本立即改进该情况而防止废品。

通过使用另一实例，可以有利地表示本发明的系统和方法的大范围能力。在泵100的操作过程中，经过泵100的流动通路的流体可以在一个或多个操作段期间经过过滤器120，如上所述。在一个过滤段期间，当过滤器为新的时，可以产生横过过滤器120的可以忽略的压力降。不过，通过泵100的重复操作，过滤器120的孔可能堵塞，从而导致流过过滤器120的更大阻力。最终，过滤器120的堵塞可能导致泵100不正确地操作或损害进行分配的流体。因此，希望在过滤器120的堵塞成为问题之前检测过滤器120的堵塞。

如上所述，根据一个实施例，在过滤段期间，在分配腔室185处的压力可以通过向隔膜530选择地施加供给压力来调节。在过滤段开始时，供给压力施加给供给隔膜530。该压力持续施加，直到在分配腔室185处达到预定压力界限值(例如初始界限值、设置点或其它预定界限值)(例如由压力传感器112确定)。当达到初始界限值时，分配泵180的马达200开始退回，以便提供更多的可用容积用于分配腔室185中的流体。压力传感器112可以继续读出在分配腔室185中的压力。当流体压力超过预定界限值(例如最大压力界限值、设置点或其它界限值)时，在供给泵515处的供给压力可以除去或减小。当在分配腔室185处的流体压力降低至低于预定界限值(例如最小压力界限值、设置点或其它预定界限值)时，在供给泵515处可以重新施加供给压力。

因此，本发明实施例提供了一种用于通过根据在分配泵处确定的压力来调节供给泵的操作而在过滤段期间调节流体压力的系统和方法。例如通过增加或减小供给泵马达的速度、增加或减小在供给泵处施加的供给压力、或者以其它方式调节供给泵的操作来改变供给泵的操作，以便使得下游处理流体的压力增加或减小。

由上述说明可以知道，当过滤器120变得更堵塞，且横过过滤器120的压力降相应变得更大时，供给级马达175可能需要更快速、更经常或者以更高速率来操作，以便在过滤段期间在分配腔室185中保持等效压力，或者在某些情况下，供给级马达175可能根本无法在分配腔室中保持等效压力(例如当过滤器完全堵塞时)。通过在过滤段期间监测供给级马达175的速度，可以检测过滤器120的堵塞。

因此，在一个实施例中，为了检测过滤器120的堵塞，可以在过滤器120为新的时(或者其它一些用户确定的点等)在过滤段期间利用供给级马达175的速度参数(或者控制供给级马达175的速度的信号)来产生基线型面(步骤1310)，并储存在控制器20中。供给级马达175在随后过滤段期间的速度(或者控制供给级马达175速度的信号)可以再由控制器20来记录，以便产生操作型面(步骤1320)。然后，该供给级马达速度操作型面可以与供给级马达速度基线型面比较(步骤1330)，以便确定是否应当发出警告声(步骤1350)。

在一个实施例中，该比较可以采取这样的形式，即基线型面在过滤段期间的一个或多个点处的供给级马达速度值与操作型面在基本相同组的点处的供给级马达速度值进行比较，而在其它实施例中，该比较可以是比较在基线型面中出现在供给级马达175的控制界限的特定距离内的时间百分数，并使它与在操作型面中出现在供给级马达175的控制界限的特定距离内的时间百分数比较。

类似的，在过滤器120中的空气可以通过本发明实施例来检测。在一个实施例中，在预先过滤段期间，供给级马达175继续施加压力，直到在分配腔室185处达到预定压力界限值(例如初始界限值、设置点或其它预定界限值)(例如由压力传感器112确定)。当在过滤器120中有空气时，在分配腔室185中流体达到初始压力所花费的时间可能更长。例如，当过滤器120完全充满(primed)时，可能花费供给级马达175的100步和大约100毫秒来使得分配腔室185中达到5PSI，不过当过滤器120中有空气时，该时间或步数可能明显增加。因此，通过在预先过滤段期间监测供给级马达175运行直到在分配腔室185中达到初始压力界限值的时间，可以检测过滤器120中的空气。

因此，在一个实施例中，为了检测过滤器120中的空气，基线型面可以利用在预先过滤段期间在分配腔室185中达到设置点压力的时间参数来产生(步骤1310)，并储存在控制器20中。在随后的预先过滤段期间在分配腔室185中达到设置点压力所花费的时间可以再由控制器20记录，以便产生操作型面(步骤1320)。该时间操作型面可以再与时间基线型面比较(步骤1330)，以便确定是否应当发出警告声(步骤1350)。

本发明的其它实施例可以包括通过监测分配马达200的位置来验证正确分配。如上面所述，在分配段期间，出口阀147打开，分配泵180向分配腔室185中的流体施加压力，直到完成分配。应当知道，在分配段开始时，分配马达200处于第一位置，同时在分配段结束时，分配马达200可以处于第二位置。

在一个实施例中，为了确认正确分配，基线型面可以利用在分配段期间分配马达200的位置参数(或用于控制供给级马达200的位置的信号)来产生(步骤1310)。在随后的分配段期间分配马达200的位置(或用于控制分配马达200的位置的信号)可以再由控制器20记录，以便产生操作型面(步骤1320)。该分配马达位置操作型面可以再与分配马达位置基线型面比较(步骤1330)，以便确定是否应当发出警告声(步骤1350)。

本发明的某些实施例也可以用于检测泵100的其它各种机械部件即将发生的故障。例如，在很多情况下，泵送系统10可以是闭环系统，这样，提供给分配马达200以便使马达200运动特定距离的电流可以随着分配马达200的负载而变化。该特性可以用于检测可能的马达故障或在泵100中的其它机械故障，例如滚转活塞或隔膜问题、丝杠问题等。

因此，为了检测迫近的马达故障，本发明的系统和方法的实施例可以利用在分配段期间提供给分配马达200的电流参数(或者控制提供给分配马达200的电流的信号)来产生基线型面(步骤1310)。在随后的分配段期间提供给分配马达200的电流(或者控制提供给分配马达200的电流的信号)可以再由控制器20记录，以便产生操作型面(步骤1320)。该分配马达电流操作型面可以再与分配马达位置基线型面比较(步骤1330)，以便确定是否应当发出警告声(步骤1350)。

在上述实例中，在泵的操作型面中的多个点与基线型面比较(步骤1330)，且当操作型面在预定界限外时(步骤1340)将产生警告(步骤1350)。不过，使用基线型面周围的界限可能使得有些情况仍然不能检测。例如，实验测试表明，i)由于界限太大，由分配流体中的气泡引起的较差分配可能无法检测；或者ii)由于界限太小，将产生太多的假警告。尽管基线周围的界限可以设置成平衡检测较差分配和减少假警告，但是用于确定配方的合适界限的实验测试过程可能花费时间。该问题在下面几个附图中表示。

图16A是表示使用由明尼苏达州Chaska的Entegris Inc制造的IntelliGen小型泵进行的多个分配的数据的曲线图。压力型面对应于以1.0mL每秒分配2.0mL(即2秒分配)的配方在2.6秒的数据。在分配流体已知为良好的情况下(即几乎不包含空气)进行三个测试。在三个附加测试中，2、5和10cc的空气利用注射器在泵的出口和分配喷嘴之间注入分配管线中。各压力型面在图16B-16G中清楚表示。

由泵控制器执行的型面比较程序利用基线1作为基线型面，并使其它型面(基线2、基线3、注射空气＝2cc、注射空气＝5cc和注射空气＝10cc)与基线1在较早点(经过分配的大约22％)和其它点进行比较，如上所述。当使用0.5psi公差时，泵控制器只在10cc空气注入分配流体中的分配中，在较早比较点处产生警告，而对于任意其它分配，在较早点或其它任意比较点处都不产生警告。不过，当测量分配流体的质量时，在注射空气的不充分分配情况下的全部三个分配与基线的比较如表1中所示。

表1

空气容积	质量(g)	增量
			没有空气	1.751
2cc	1.739	-0.012
			5cc	1.321	-0.430
10cc	0.579	-1.172

因为即使在分配管线中的少量空气也导致与良好分配相比的不充分分配，如表1中所示，因此希望向用户提供友好的方法来增加检测问题的灵敏性，且同时不产生假警告。

根据一个实施例，R-Squared统计可以用于检测型面与基线的“拟合优度”。R-Squared测量值是拟合优度测量值，它表明了由另一变量的运动解释的、一个变量的变化百分比。在上述实例中，基线1型面可以选择为预计模式，来自随后分配操作的数据与该预计模式比较。基本上，R-Squared测量值使用基线1型面作为参考测量值，基线1型面很好地预计了对于给定组数据，压力随时间的变化。R-Squared值(给定百分数)越高，数据与预计模式的匹配越好。

例如，Microsoft Excel RSQ函数用于比较与图16A中表示的各个分配相对应的2.0秒数据点。利用R-Squared分析，另外两个已知的良好测试分别具有100％和99％的R-Squared测量值。注射2cc、5cc和10cc空气的测试只分别有78％、18％和6％的R-Squared测量值。这表明通过使用R-Squared测量值和设置该测量值的最小要求(也就是说90％和95％)，包含气泡的分配更可能检测出来。因此，拟合优度测量值(例如R-Squared测量值)能够检测较差分配(该较差分配不能通过设置基线周围0.5psi公差来检测)。

图17是表示用于检测泵的不正确操作的一个方法实施例的流程图。本发明实施例可以通过储存在例如泵控制器的计算机可读介质中的一组软件指令来实施或便于使用。在步骤1610中，用于参数的基线型面可以如上所述来建立。尽管主要通过压力来介绍，但是基线型面也可以是用于其它参数的型面，例如马达电流或其它参数。用于基线型面的数据可以包括在泵运行过程中用于建立基线型面的取样数据的全部或一部分。例如，当泵每毫秒取样压力时，基线型面可以包括每20毫秒取样的测量值，以便减小储存量。在泵100的操作过程中，参数可以进行测量以便产生操作型面(步骤1620)。再有，用于操作型面的数据可以表示操作中该参数的所有取样数据或者它们的一些子集(例如每20毫秒或其它时间周期收集的数据)。对于操作型面，拟合优度测量值可以再利用基线型面来确定(步骤1630)。例如，对于每20毫秒收集的操作型面数据，R-Squared测量值可以利用相应基线型面数据来确定。当拟合优度测量值在可接受的范围之外时(步骤1640)，可能存在警告情况(步骤1650)。图17的步骤可以根据需要重复进行。

在上述实例中，每20毫秒储存的数据用于测试拟合优度，同时泵可以以更高速率取样参数(例如每毫秒)。以不同速率(也就是说每毫秒或每30毫秒)储存的数据可以使用，但是当储存取样之间的时间减小时，使用的存储器增大，而当时间增加时，拟合优度测量值的准确性可能降低。因此，用于拟合优度测量值而储存的数据的频率可以选择为平衡数据储存容量和拟合优度测量值的精确性。而且，尽管在上述实例中R-Squared测量值用作拟合优度测量值，但是其它测量值(例如相关系数和Pearson积矩相关系数测量值)也可以使用。

根据实验测试，拟合优度将在分配操作结束时更低。例如，当1mL的空气离喷嘴15cm时，对于1.0-1.9秒的R-Squared测量值只有6％，而整个R-Squared测量值为95％。因此，希望不仅使总体拟合优度测量值与可接受值比较，而且比较操作的一部分的拟合优度测量值。例如，当总体拟合优度测量值为95％或更高，但是对于1.0-1.9秒的拟合优度测量值小于25％时，可以产生警告。因此，对于多个操作部分的拟合优度测量值可以用于确定泵是否正确操作。

尽管通过多级泵进行了说明，但是本发明实施例也可以用于单级泵。图18是泵4000的泵组件的一个实施例的示意图。泵4000可以类似于上述的多级泵100中的一级(也就是说分配级)，它可以包括由步进马达，无刷DC马达或者其它马达驱动的滚转隔膜泵。泵4000可以包括分配块4005，该分配块确定了通过泵4000的多个流体流动通路和至少部分确定了泵腔室。根据一个实施例，分配泵块4005可以为PTFE，改性PTFE或者其它材料的整体块。因为这些材料不与或者最少地与许多处理流体反应，因此这些材料的使用可使得流动通道和泵腔室在最少的附加硬件的情况下直接机械加工到分配块4005中。通过提供集成的流体歧管，分配块4005因此降低了对管道的要求。

分配块4005可以包括各种外部进口和出口，它们包括例如接收流体的进口4010，用于清洗/排出流体的清洗/通气出口4015，以及在分配段期间分配流体的分配出口4020。在图18的实例中，当泵仅有一个腔室时，分配块4005包括外部清洗出口4010。

分配块4005使流体从进口通向进口阀(例如，至少部分由阀板4030限定)，从进口阀通向泵腔室，从泵腔室通向通气/清洗阀和从泵腔室通向出口4020。泵盖4225可以保护泵马达防止受到损害，同时活塞壳体4027可提供对于活塞的保护，并且根据本发明的一个实施例，该活塞壳体可由聚乙烯或者其它聚合物形成。阀板4030提供用于阀系统(例如进口阀、清洗/通气阀)的阀壳体，该阀系统设置成引导流体流向泵4000的不同部件中。如上所述，阀板4030和对应的阀可以以与结合阀板230所述类似的方式形成。根据一个实施例，各进口阀和清洗/通气阀至少部分集成到阀板4030中，并且是隔膜阀，它根据施加压力还是真空至相应隔膜上而打开或关闭。在其它的实施例中，一些阀可以在分配块4005的外部或者布置在另外的阀板中。根据一个实施例，PTFE板夹在阀板4030和分配块4005之间，以便形成不同阀的隔膜。阀板4030包括用于各阀的阀控制进口(未示出)，以便施加压力或者真空至相应的隔膜上。

尽管已经参考上述实施例详细介绍了本发明的系统和方法，但是应当知道，本发明的系统和方法也可以包含其它多种变化使用。例如，本发明的系统和方法实施例可以用于通过记录与分配循环的一个或多个参数相对应的基线型面而在泵的完整分配循环期间确认泵的操作，和使其与在随后分配循环中产生的操作型面比较。通过在整个分配循环中比较两个型面，可以实现硬件故障或其它问题的早期检测。

尽管已经参考所示实施例详细介绍了本发明，但是应当知道，该说明只是作为示例，而不是进行限制。因此应当知道，本领域普通技术人员参考该说明书可以对本发明的实施例的细节进行多种变化和清楚并作出本发明的附加实施例。应当知道，这些变化和附加实施例也在后面要求的本发明范围内。

Claims (21)

1.一种用于监测泵的系统，其包括：

第一泵；

用于测量流体压力的压力传感器；以及

泵控制器，该泵控制器与第一泵和压力传感器连接，用于控制在第一泵处的流体压力，该泵控制器操作成：

产生与参数相对应的第一操作型面；以及

根据基线型面确定第一操作型面的至少一个拟合优度测量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：产生第一操作型面包括在泵的操作过程中，在一组点的各点处记录该参数的值。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：该至少一个拟合优度测量包括总体拟合优度测量。

4.根据权利要求3所述的系统，其中：控制器还可操作成使得总体拟合优度测量与总体拟合优度界限值比较。

5.根据权利要求3所述的系统，其中：总体拟合优度测量是R-Squared测量。

6.根据权利要求2所述的系统，其中：该至少一个拟合优度测量包括操作型面的一部分的拟合优度测量。

7.根据权利要求6所述的系统，其中：控制器还可操作成计算对于操作型面的一部分的拟合优度测量值相对于对于该部分的拟合优度界限值。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括：第一级泵，该第一级泵与第一泵流体连接，其中，该第一泵是第二级泵。

9.根据权利要求1所述的系统，其中：第一泵是单级泵。

10.一种用于监测泵的方法，其包括：

建立用于泵的基线型面；

产生与流体泵的参数相对应的操作型面；以及

确定至少一个拟合优度测量值，以便确定基线型面能多好地预测操作型面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：确定至少一个拟合优度测量值包括总体拟合优度测量。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：该至少一个拟合优度测量包括对于操作型面的一部分的拟合优度测量，它与基线型面的相应部分比较。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：该至少一个拟合优度测量包括R-squared测量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：该参数是压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：该泵是多级泵。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：该泵是单级泵。

17.一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，该计算机可读介质储存一组计算机指令，计算机指令包括可执行指令，以便：

建立用于泵的基线型面；

产生与流体泵的参数相对应的操作型面；以及

确定至少一个拟合优度测量值，以便确定基线型面能多好地预测操作型面。

18.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中：确定至少一个拟合优度测量值包括总体拟合优度测量。

19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中：该至少一个拟合优度测量包括对于操作型面的一部分的拟合优度测量，它与基线型面的相应部分比较。

20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中：该至少一个拟合优度测量包括R-squared测量值。

21.根据权利要求20所述的计算机程序产品，其中：该参数是压力。

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