CN103827487A - 往复式动电泵的差压控制的***和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制动电泵的输出以输送目标行程体积的方法包括对于泵行程持续时间向动电泵施加泵驱动信号、然后确定抽运的输送流体的体积。然后，比较抽运的输送流体的体积与目标行程体积；生成用于施加泵驱动信号的新时间区间。然后，对于新时间区间向动电泵施加泵驱动信号。一种用于输送流体的***包括在电子控制器的控制之下的动电泵。电子控制器包含用于确定动电泵的输出、然后生成用于精确抽运方案的行程时间输送调整的计算机可读指令。

Description

往复式动电泵的差压控制的***和方法

有关申请的交叉引用

本申请在35U.S.C.§119之下要求于2011年5月5日提交的、标题为“SYSTEM AND METHOD OF DIFFERENTIAL PRESSURECONTROL OF A RECIPROCATING ELECTROKINETIC PUMP”的第61/482,960号美国临时专利申请的优先权，该申请通过全文引用而结合于此。

引用结合

在本说明书中提到的所有出版物和专利申请在与具体和个别指示每份个别出版物或者专利申请而被通过引用所结合的相同的程度上通过引用而结合于此。

技术领域

本申请涉及动电（electrokinetic）泵控制方案。

背景技术

精确抽运***对于化学分析、药物输送和分析物采样是重要的。然而传统抽运***可能由于机械活塞的移动所引起的功率损失而低效。另外，常规***可能未被配置用于补偿在输送期间的错误。这是最可能的，因为这样的抽运***不能精确输送少量输送流体，因为不能在中间行程准确地停止机械活塞。

已经描述其它动电抽运***，然而那些抽运***尚未包括充分利用部分泵行程控制的流量控制方案。此外，现有抽运***尚未包括具有足以提供行程到行程补偿的准确度的流量控制测量***。

因而，仍然需要具有改进的流量控制方案的动电抽运***。

发明内容

在一个方面中，有一种控制动电泵的输出以输送目标行程体积的方法，该方法包括：对于约为一秒的泵行程持续时间向动电泵施加泵驱动信号；确定在泵行程持续时间期间抽运的输送流体的体积；比较抽运的输送流体的体积与目标行程体积；基于比较步骤生成用于向动电泵施加泵驱动信号的新时间区间；并且对于新时间区间向动电泵施加泵驱动信号。在执行控制动电泵的输出的方法时，在新时间区间与泵行程持续时间之间的差值不多于100ms。备选地，在控制动电泵的输出的方法期间和/或泵行程时间持续时间是如下持续时间，该持续时间被选择或者约束以便将动电泵维持在动电泵部件的可逆感应电流限制内维持或者被选择用于保持于动电泵的可逆感应电流操作参数内

在另一实施例中，一种控制动电泵的输出的方法，确定体积步骤包括使用差压流量技术，该差压流量技术可以例如基于来自与泵出口连通的至少一个压强传感器的输入或者使用限流器并且基于来自至少一个压强传感器的输入。

在另一实施例中，一种控制动电泵的输出的方法，确定体积步骤的过程可以基于在初始施加泵驱动信号步骤之后比较两个差压信号，基于压强传感器在施加泵驱动信号步骤期间的积分，基于在两个压强传感器之间的差值在施加泵驱动信号步骤期间的积分，基于在施加泵驱动信号步骤期间从压强传感器读取的估计的输送条件

在一种控制动电泵的输出的方法的另一实施例中，基于在施加泵驱动信号步骤期间从压强传感器读取的估计的输送条件调整施加泵驱动信号的持续时间。在一种控制动电泵的输出的方法的另一方面中，差压流量测量技术使用来自一对压强传感器的输入。在控制动电泵的输出的这一方面中，压强传感器之一与泵出口连通，或者压强传感器之一被定位用于指示作用于动电泵的输出的反压。

在一种控制动电泵的输出的方法的另一方面中，在对于新时间区间施加泵驱动信号之前，有施加与在初始施加泵驱动信号步骤中使用的泵驱动信号相反极性的泵驱动信号的过程。施加相反极性的泵驱动信号的持续时间与泵行程持续时间相同。在控制动电泵的输出的另一方面中，在对于新时间区间施加泵驱动信号之后，有施加与在对于新时间区间施加泵驱动信号步骤中使用的泵驱动信号相反极性的泵驱动信号的过程。施加相反极性的泵驱动信号的持续时间与新时间区间持续时间相同。在控制电动泵的输出的方法中的任何方法期间，在施加步骤期间的泵驱动信号可以是恒定电压或者恒定电流。

在一种控制方法的另一方面中，基于恰在施加泵驱动信号步骤之前从压强传感器读取的估计的输送条件调整施加泵驱动信号的持续时间。另外，一种方法也可以根据确定抽运的输送流体的体积步骤的结果递减总体积输送计数器或者根据确定抽运的输送流体的体积步骤的结果递增总体积输送计数器。在一个方面中，有在确定抽运的输送流体的体积步骤的结果是总体积输送计数器的最后输送增量或者是总体积输送计数器的最后输送减量时生成泵停止信号的过程。

也提供一种用于输送流体的***，该***包括：动电泵，被配置用于偏转出口室中的隔膜，出口室具有入口和出口。也有与入口连通的第一止回阀和与出口连通的第二止回阀。也有：压强传感器，被定位用于指示在第一止回阀与第二止回阀之间在***内的压强；以及计算机控制器。计算机控制器与动电泵与压强传感器连通。计算机控制器的存储器或者计算机控制器可访问的存储器包含用于至少部分基于来自压强传感器的信号确定动电泵的输出并且在隔膜每次向出口室中偏转之后生成行程时间输送调整的计算机可读指令。

该***也可以包括：另一压强传感器和限流器，其中压强传感器被定位用于指示出口室的压强，限流器定位于出口室出口与第二止回阀之间，并且另一压强传感器被定位用于指示在限流器与第二止回阀之间在***内的压强。该***也可以包括：贮存器，包含输送流体并且具有与出口室入口连通的出口。该***也可以包括：输送导管，与出口室出口连通。该***也可以包括：限流器，其中限流器定位于出口室出口与第二止回阀之间，并且压强传感器被定位用于指示在限流器与出口室之间在***内的压强。该***也可以包括：另一压强传感器和限流器，其中限流器定位于第二止回阀与输送导管之间，并且压强传感器被定位用于指示输送导管中的在限流器下游的压强。该***也可以包括：与计算机控制器通信的用户输入设备，其中计算机控制器被适配和配置用于提供和接收来自用户输入设备的信号。

在一种控制动电泵的输出的方法的又一方面中，在新时间区间与泵行程持续时间之间的差值在4ms与64ms之间。在另一方面中，在新时间区间与泵行程持续时间之间的差值与作用于动电泵的反压数量有关。在一个实施例中，泵行程持续时间在约300毫秒与约500毫秒之间。在另一方面中，泵行程持续时间在约800毫秒与约1秒之间。在另一方面中，相对在约3psi-约5psi之间的反压提供动电泵的输出。在又一方面中，控制动电泵的输出的方法具有泵行程持续时间多于0毫秒并且少于500毫秒并且新时间区间为零或者少于一秒。

在又一备选实施例中，提供一种在计算机控制器的控制之下控制动电泵的输出以输送目标行程体积的方法。这一方法包括用于执行多个不同处理步骤的计算机可读指令。处理步骤可以例如包括：对于泵行程持续时间向动电泵施加电压；使用来自差压流量计的输入来确定在泵行程持续时间期间抽运的输送流体的体积；比较在泵行程持续时间期间抽运的输送流体的体积与目标行程体积；基于比较步骤生成行程持续时间调整；根据使用的抽运***的特定配置相对于泵行程持续时间以及行程持续时间调整以及其它因素向动电泵施加电压。在一个方面中，在两个施加电压步骤中使用的电压相等。该方法可以包括通过测量流过差压流量计的流体的流速来确定输送流体的体积，差压流量计具有文丘里流量计、孔板流量计和/或流量管嘴流量计。

在一个方面中，确定输送流体的体积的步骤部分依赖于在向限流器的出口的压强传感器读数，限流器在动电泵的输送室下游。在一个实施例中，确定输送流体的体积的步骤可以使用在向止回阀的出口的压强传感器读数，止回阀在动电泵的输送室下游。在另一方面中，生成行程持续时间调整的方法各自单独或者以任何组合基于向计算机控制器的电子存储器中编程的比例反馈控制方案；向计算机控制器的电子存储器中编程的比例和积分反馈控制方案；以及向计算机控制器的电子存储器中编程的比例、积分和微分反馈控制方案。

在又一方面中，比较步骤包括输送流体的温度的读数。在一个实施例中，行程持续时间调整基于输送流体温度的读数或者与输送流体温度有关的温度补偿。

在另一方面中，重复该方法的步骤直至计算机控制器中的总体积输送计数器递增至总体积输送。备选地，重复该方法的步骤直至计算机控制器中的总体积输送计数器从总体积输送递减至零。方法步骤的执行可以产生每行程约3微升或者每行程约0.5微升的输出。另外，进行该方法，其中抽运的输送流体是药理制剂，并且重复该方法的步骤直至输送希望的体积。在该方法中，希望的体积由在计算机控制器中设置的值控制以限制药理制剂的输送。在一个方面中，药理制剂是葡萄糖。在又一方面中，重复该方法的步骤以产生以约0.09ml/小时的速率或者约0.03ml/分钟的速率输出输送流体。在一个实施例中，向中间下一泵行程完整地施加行程持续时间调整。

在又一方面中，有一种在具有计算机可读指令的计算机控制器的控制之下控制动电泵的输出以输送目标行程体积的方法。指令包括对于泵行程持续时间向动电泵施加电压。此外，有用于以下操作的指令：处理与动电泵的输出有关的压强信号；至少部分基于处理步骤的结果确定在泵行程持续时间期间抽运的输送流体的体积；比较在泵行程持续时间期间抽运的输送流体的体积与目标行程体积；基于比较步骤生成行程持续时间调整；并且相对于泵行程持续时间和行程持续时间调整向动电泵施加电压。

在执行这些指令之时，与动电泵的输出有关的压强信号由与动电泵出口直接连通的压强传感器提供。备选地，与动电泵的输出有关的压强信号由如下压强传感器提供，该压强传感器测量受止回阀的操作影响的压强读数。备选地，与动电泵的输出有关的压强信号由如下压强传感器提供，该压强传感器测量与差压流量计中的部件有关的压强读数。在另一方面中，用于执行该方法的指令包括生成基于比例反馈控制方案、比例和积分反馈控制方案或者比例、积分和微分反馈控制方案的行程持续时间调整。在又一方面中，与行程持续时间调整有关的用于该方法的指令用来从与比较步骤的结果最接近的多个预编程的行程持续时间之一选择持续时间。

在一种动电泵流体输送***的另一备选实施例中，有一种***，该***具有：与出口室连通的动电泵；与出口室连通的贮存器；以及与出口室连通的差压流量控制***。根据以上公开内容提供一种使用电子控制器实施的用于输送***的控制***。控制器如与其具体部件相适合的那样与动电泵和差压流量控制***通信。在控制器的存储器中的指令也可以包括被适配和配置用于向和从差压控制***通信的指令。这样的通信包括用于差压***的具体部件的指令，这些指令包括功率、控制、指令、数据或者接通或者关断部件、校准所述部件的其它信令。具体部件的示例可以包括与文丘里流量计、孔板或者流量管嘴流量计关联的部件。

控制器的存储器或者与控制器通信或者控制器可访问的适当存储器包含用于基于校正因数确定或者取回例如与泵驱动信号、恒定电压值、恒定电流值、泵行程时间有关的数据的计算机可读指令。在一个方面中，有基于时间的校正因数，该校正因数基于向计算机控制器的电子存储器中编程或者该电子存储器可访问的查找表中的值。另外，校正因数可以与如以上描述的多个不同变量或者***条件有关。可以例如相对于从动电泵向控制器的输入信号和从差压流量控制***向控制器的输入信号提供或者确定校正因数。这样，控制器可访问的电子存储器可以包括或者被编程用于包括例如基于时间的校正因数，该校正因数基于反馈控制方案。附加地或者备选地，计算机控制器的电子存储器被编程用于以下各项或者单独或者在任何组合中具有对以下各项的访问：（a）比例反馈控制方案；（b）比例和积分反馈控制方案；以及（c）比例、积分和微分反馈控制方案。

本领域普通技术人员将理解以适当计算机可读代码的形式向控制器提供或者在控制器可访问的电子存储器内包含控制器执行的各种处理步骤、比较、方法、技术、信号处理和部件专属操作。相似地，也在控制器的或者控制器可访问的存储器内在适当计算机可读代码中存储在本专利申请中描述的各种诊断例程、异常条件检测器、功能指示器和泵控制方案以及其它操作考虑。在一个具体示例中，在计算机控制器的存储器中的计算机可读指令实施基于计算的用于泵循环持续时间的控制方案，这些计算是至少部分基于差压流量控制而进行的（用于基于计算的行程时间调整来调整泵持续时间的指令），这些方案包括这里描述的用于计算行程持续时间响应的技术以及与如下那些实施例有关的表格、文件或者数据，在这些实施例中，选择行程响应调整作为预选行程持续时间集合中的预选行程持续时间。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述本发明的新颖特征。将通过参照以下具体描述及其附图来获得本发明的特征和优点的更佳理解，该具体描述中，阐述了其中利用本发明的原理的示例实施例。

在附图中：

图1是在动电泵的出处口的差压控制***的一个实施例的示意图，该动电泵具有两个压强传感器和在两个***止回阀之间的限流器；

图2是动电泵体的一个实施例的截面图，该动电泵体并入图1中描述的差压控制***部件；

图3A是在差压控制方案中使用泵驱动信号接通持续时间来控制动电泵的示例方法；

图3B是在差压控制方案中使用电压接通持续时间来控制动电泵的示例方法；

图4是对于压强传感器PS1和PS2（见图1和2）的输出的、以毫伏为单位的传感器输出相对以毫秒为单位的时间的示例图形；

图5是用于图1中描述的差压控制***的示例相关性曲线；

图6A、6B和6C图示运用单个压强传感器和单个限流器的备选差压控制方案；

图7是如图6A中布置的动电泵***的性能图形，该图形示出对于0、1.7和2.7psi的反压条件的、以微升（μ1）为单位的平均行程体积相对差压积分值；

图8是对于在0psi、约2.3psi和约4.2psi的反压条件之下在差压控制方法中使用20mL的目标行程、输送流速为8mL/小时的、如图6A中布置的动电泵***的性能图形；

图9A是使用差压控制***的动电泵的示意图，在该***中使用***部件（即止回阀）作为在压强传感器PS1与PS2之间的限流器；图9B是与图9A相似的示意图而限流器在PS2下游；

图10是动电泵体的一个实施例的截面图，该动电泵体并入图9A中描述的差压控制***部件；

图11是如图1中那样的差压控制***的一个实施例的示意图而添加温度传感器以测量传入流体温度用于粘度校正；

图12和13分别图示用于在有和无用于粘度校正的温度补偿的情况下使用差压控制的泵输出曲线；

图14是用于单个压强传感器输出的动电泵压强响应曲线，该曲线示出在相继泵行程之间的电压持续时间调整；

图15是用于两个压强传感器输出的动电泵压强响应曲线，该曲线示出在相继泵行程之间的电压持续时间调整；

图16是示出如与泵行程时间有关的动电泵校正时间的示例值的表格；

图17是示出用于一个示例动电泵控制方案的示例校正值和对应校正时间的表格；

图18是控制模块的分解视图；并且

图19是在泵模块的部件与控制模块的部件之间的电连接的示意图。

具体实施方式

在本发明的一个方面中，差压控制技术用来监视和控制动电泵（EK泵）的输出和性能。一般而言，来自在泵***中的不同位置的压强传感器的读数收集关于泵行程的压强信息。这一信息然后用来确定流速。可以对压强曲线积分以获得流量体积。这一信息和技术允许确定泵***输送的输送流体数量。在控制***的一个方面中，可以比如通过延长或者缩短泵工作周期来调整后续EK泵行程。在EK泵方面，可以通过改变向泵元件施加哪个电压的时间以便调整流量体积来延长或者缩短工作时间。

这里描述的方法和***被设计用于利用动电泵的唯一操作特性。在这些特性之中首要的是EK泵对驱动信号的高响应性质。施加驱动信号接近同时造成流体从泵移动，并且利用该移动，***可以做有用功。这里描述多种EK***配置和差压控制方案。这些***中的每个***利用每个EK泵行程的可控性质，该可控性质允许使用部分行程或者少于全泵行程的行程。因而，通过使用每个行程的流量控制反馈，可以在后续行程中补偿任何行程性能变化。如这里描述的逐个行程的误差补偿提供高精确流量控制。在一些实施例中，以调整向EK泵施加泵控制信号的时间的长度的形式进行泵行程的校正。可以使用许多技术中的任何技术来确定用于泵接通持续时间的校正值的量值。一种技术是计算在行程结束时的体积、然后与目标行程体积比较。另一种技术是计算在输送体积期间在它出现时直至达到目标行程输送体积的行程。又一种技术是读取泵控制的参数（例如反压）、然后估计、计算或者从表格查找用于在该泵输出条件输送希望的体积的可能泵行程持续时间。

动电引擎（EK引擎或者EK泵）驱动的往复式抽运***使用压强传感器反馈方案以控制输送的流体数量。EK引擎包括硅石多孔薄膜、两个多孔电极、外壳、后隔膜和前隔膜。EK泵用来驱动往复式泵。以下描述多种备选往复式泵配置。通常，往复式泵包括贮存器、止回阀、压强传感器和某个类型的限流器。如以下将更具体描述的那样，工作流体、缓冲流体和输送流体（即药理活跃材料或者药物）被前隔膜分离。在不同布置中，使用胶体耦合取代前隔膜。在于2011年5月5日提交、标题为“GEL COUPLING FORELECTROKINETIC DELIVERY SYSTEMS”、共同未决并且共同拥有的第61/482,889号美国临时专利申请和随之提交的、标题为“GELCOUPLING FOR ELECTROKINETIC DELIVERY SYSTEMS”、申请号为xx/yyy,yyy的其对应美国非临时专利申请中进一步描述胶体耦合，上述申请各自通过全文引用而结合于此。

电子控制器与支持电子元件一起控制向EK引擎供应的泵驱动信号、经过EK引擎的电流的方向以及接收和测量压强传感器生成的压强信号。在一个方面中，泵驱动信号是电压。电子控制器可以是微控制器、微处理器或者其它适当泵控制器。在另一方面中，泵驱动信号是电流。在一个方面中，泵驱动信号在泵行程期间维持恒定量值。在另一方面中，泵驱动信号具有在一个行程期间的一个恒定量值、然后在后续行程中的不同泵驱动信号量值。可以参照电压驱动信号理解不同泵信号量值的一个示例。在一个行程中，可以使用3v的信号。在后续行程中，例如作为反压的指示的结果而可以使用6伏特的电压。此后，在反压条件已经清除时，***可以返回到3v的信号。这样，在控制***的一个方面中，可以选择泵驱动信号的量值，然后使用这里描述的差压技术来控制和补偿该泵驱动信号的施加持续时间。

EK引擎通过扩张或者收缩前隔离来生成流体静压强。通过从后电极向前电极施加恒定正向电压来实现前隔膜扩张。电流因此流过硅石并且生成从后隔膜向前隔膜的缓冲流体移动。通过从前电极向后电极施加反向电压，前隔膜坍缩。电流因此流过硅石并且生成从前隔膜向后隔膜的缓冲流体移动。

前隔膜的移动生成输送流体的移动。在前隔膜朝着EK元件移动（坍缩）并且扩张室中的体积时生成负流体静压强。这一负压（在大气压以下的压强）从贮存器经过入口止回阀并且向室中收回流体。出口止回阀防止出口侧上的流体回到室中。在前隔膜从EK元件移开（扩张）并且坍缩室中的体积时生成正流体静压强。这一正压强（在大气压以上的压强）从室经过出口止回阀推动流体并且进入输送点。入口止回阀防止室中的流体回到贮存器中。

输送的输送流体数量与移动的EK缓冲数量直接成比例。继而，移动的EK缓冲又与使用的电流直接成比例。可以使用压强传感器作为反馈控制来很精确控制输送流体。在如以下阐述的不同布置中，一个或者多个压强传感器用来计算输送的体积。一旦确定输送的体积，按照需要延长或者缩短供应恒定正向电压、因此供应正向电流的时间段的持续时间。如果计算的体积高，则缩短下一输送的时段。类似地，如果计算的体积太低，则延长输送时段。进行这些调整直至在规定的容差内输送希望的体积。行程持续时间的变化提供大范围的部分行程输送方案。在这些各种实施例的背景中，部分行程是如下持续时间的行程，该持续时间造成将前隔膜偏转到输送室中，该行程未完全清空输送室中的输送流体。对照而言，全行程将是如下泵行程持续时间，该泵行程持续时间将前隔膜充分地偏转到输送室中，从而抽出输送室中的所有或者基本上所有输送流体。这里描述的***配置和方法的用于提供部分行程的能力导致输送以及误差校正二者的更大灵活性。

为了防止泵工作流体的水解，用驱动电压操作EK泵，该驱动电压提供可控流量而无水解和合成气体生成。维持电极上的电荷平衡，从而在每个EK泵循环期间对确切数量的电荷（电流）充电、然后放电。用于这一平衡的最常见技术是在水解限制以下选择驱动电流、然后运用相等持续时间的反向和正向驱动电流。在通过全文引用而结合于此的、共同拥有的第7,235,164号美国专利中描述了动电泵设计和操作的这些和其它细节。

往复式泵在本质上不是连续泵。每个泵循环具有吸入行程和输送行程。有在每个相继行程之间的不活跃时段。定义停留时段为在吸入行程与输送行程之间的时间并且等待时段为在输送行程与吸入行程之间的时间。泵作为等待时间、吸入行程、停留时间和输送行程操作。为了调整流速，我们固定行程体积并且调整等待时间：对于较快流速，等待时间短；并且对于较慢流速，等待时间长。在一个备选实施例中，附加等待时间或者延迟可以用来在运用多个泵时允许与一个或者多个EK泵同步。这里描述的控制技术可以用来控制在如于2011年5月5日提交、标题为“GANGING ELECTROKINETICPUMPS”、共同未决并且共同拥有的第61/482,949号美国临时专利申请和随之提交、标题为“GANGING ELECTROKINETIC PUMPS”、申请号为xx/yyy,yyy的其对应美国非临时专利申请中描述的多泵配置中的每个泵，上述申请各自通过全文引用结合于此。

并入差压控制技术以及信息和适当相关性曲线提供对EK泵输送的流体数量的更大控制。有将这一信息用于泵控制的若干备选方法。反馈控制可以单独或者在任何组合中包括以下各项中的一项或者多项：（a）比例反馈控制；（b）比例和积分反馈控制；（c）比例、积分和微分反馈控制。

使用的一种方法是直接控制EK泵。使用这一方法，施加驱动电流或者电压直至输送了目标体积。***压强传感器在施加驱动电压期间被采样、积分并且用来确定输送的体积。一旦达到作为目标的输送体积，关断驱动电压，并且EK泵流量停止。简言之，向EK泵施加驱动电流或者电压直至积分值达到希望或者作为目标的值。

备选地，EK泵输送操作可以***作持续对于输送作为目标的行程体积而选择的近似的时间。在每个EK泵循环期间，压强传感器被采样并且用来生成压强曲线。压强曲线积分产生在行程期间输送的实际流体。估计的行程体积和实际行程体积的比较然后可以用来发现适当响应以调整EK泵输送操作。用于EK泵的控制响应包括调整驱动电流、驱动电压或者驱动行程的时间中的一项或者多项以及其组合。

在利用恒定驱动电流或者电压的***中，控制响应可以包括调整每个泵行程的持续时间。可以用多种方式实现这一控制响应。一种方式是使用查找表。在这一控制方案之下，预先生成的泵行程体积的查找表用于与测量的行程体积比较。基于该比较的结果，基于结果将下一行程的持续时间调整为更长或者更短。如果实际行程输送低于预测，则增加泵时间。如果实际行程输送高于预测，则减少泵接通时间。在这一方法中，首先估计用于向用于作为目标的行程输送目标的EK泵供电的时间，然后将EK泵运行这一估计的时间。在这一时间期间对于压强传感器采样，并且计算用于输送的实际体积的积分值。随后比较实际和估计体积并且按照需要调整下一行程时间。

在另一控制方法中，使用函数来确定适当响应。函数可以是用来确定如何和在什么程度上调整后续泵行程的一阶或者更高阶方程。

使用关于在预计/估计的泵输送与实际泵输送之间的比较的信息，***可以估计用于向泵发送的下一脉冲的持续时间。图12图示使用这一控制方案的泵的准确度。泵在24小时时段内在+/-5%内每行程抽运20μl。已经对于如0.5μl一样小的行程体积证实这一稳定程度。每行程校正的细微水平也说明高控制程度。图16将每行程校正数量与一些示例流速相关。

图1是用来使用示例差压控制***来输送流体的EK泵的一个实施例的示意图。向在两个***止回阀之间的泵室提供EK泵的出口。有两个压强传感器和在两个***止回阀之间的限流器。压强传感器和限流器被布置用于提供差压流量计。***也包括贮存器，该贮存器容纳将通过动电泵的动作来输送的流体。动电泵连接到出口室。入口止回阀从贮存器分离出口室，并且出口止回阀从输送站或者出口分离泵部件。

图1也图示用来操作EK泵的电源180和控制器175。控制器175基于选择的泵控制方案、来自压强传感器152、154的输入和希望的泵行程体积或者目标体积工作。控制器175包括存储器，该存储器具有用于实施泵控制方案的计算机可读指令，该泵控制方案例如包括从比如压强传感器的***部件接收信号并且解释信号、根据控制方案执行计算并且向EK泵提供控制信号。控制器可以是具有充分输入和输出的微控制器，这些输入和输出依赖于在特定配置中使用的***部件数目（例如压强传感器、差压***的元件数目）。适合于这里描述的配置的一个商业上可用微控制器是从德克萨斯州（Texas）奥斯丁（Austin）的Silicon Laboratories公司可得到的C8501F310。在另一备选中，用作控制器的微处理器或者计算机包括最少4个A-D转换器和16个数字IO。下文关于图18和19描述了其它适当控制器类型的附加细节。

图1图示典型差压流量控制布置，该布置具有在限流器160的任一侧上的一对于压强传感器152、154。在所示示意图中，在限流器160的任一侧上布置压强传感器PS1（152）和PS2（154）对。压强传感器可以是与在***中使用的压强和流量范围相适合的任何适当压强传感器。图1中所示***通常用于在范围从0至6psi的压强、在0.01ml/hr（小时）至50.0ml/hr的范围中的流量应用。在一个具体实施例中，压强传感器从加州（CA）弗里蒙特（Fremont）的Measurement Specialties商业上可得到。

限流器160根据使用的测量方案类型可以是任何适当限流器。例如可以配置限流器为文丘里、孔板（orifice）、流量管嘴或者任何其它适当配置。限流器与一个或者多个压强传感器一起可以被布置用于作为差压流量计操作。示例差动流量计配置包括：文丘里流量计、孔板流量计或者流量管嘴流量计。

优点是出口止回阀144隔离多数外部噪声（即在泵***以外）。在这一配置中，用来确定泵速率的计算更简单，因为来自每个压强传感器的压强曲线受到出口止回阀144引起的任何变化的影响。由于在两个压强传感器读数中包括这一变量，所以使用以下在图4中所示的两个压强曲线之间的差值来获得感兴趣的控制值并且表达该控制值为：

∫((PS2(t)–PS1(t)))dt*常数（在曲线之下的所谓差值区域或者差值积分）

使用这一方案产生在流量体积与差值积分值之间的良好相关性。

图2是动电泵体的一个实施例的截面图，该动电泵体并入图1中描述的差压控制***部件。EK泵的内部部件和布置在这一视图中可见。在这一配置中，EK引擎103操作用于移动放置于EK引擎的任一侧上的前EK隔膜和后EK隔膜。EK泵隔膜响应于在向EK泵施加驱动电流时工作或者泵流体的移动而偏转。EK泵、隔膜和泵***配置的操作的附加细节可以在通过引用而全文结合于此的、标题为“Electrokinetic Pump With Fixed Stroke Volume”、公开为美国专利申请公开US2009/0148308的第12/327,568号共同拥有、共同未决美国专利申请中可获得。

参照图2，动电（“EK”）泵组间100包括连接到EK引擎103的EK泵101。EK引擎103包括被多孔电介质材料106分离的第一室102和第二室104，该多孔电介质材料106提供在第一室102与第二室104之间的流体路径。电容电极108a和108b分别设置于第一一室102和第二室104内并且处于与多孔电介质材料106的每侧相邻或者附近。EK引擎103包括第一室102中的与电极108a相对的可移动构件110。可移动构件110可以例如是柔性不可渗透隔膜。泵流体（或者“引擎流体”），比如电解液，可以填充EK引擎，比如存在于第一室102和/或第二室104中，包括在多孔电介质材料106与电容电极108a和108b之间的空间。电容电极108a和108b比如通过引线接线或者其它导电介质与外部电压源连通。

EK泵101包括输送室122和可移动构件113，该可移动构件具有接触输送室122的第一边缘112和接触第二室104的第二边缘111。在一些实施例中，第一边缘112和第二边缘111是柔性隔膜，这些柔性隔膜具有在它们之间的机械活塞。在其它实施例中，第一边缘112和第二边缘111是柔性隔膜，这些柔性隔膜具有在它们之间的胶体材料。在于2011年5月5日提交并且标题为“GELCOUPLING FOR ELECTROKINETIC DELIVERY SYSTEMS”的第61/482,889号美国临时专利申请以及随之提交并且标题为“GELCOUPLING FOR ELECTROKINETIC DELIVERY SYSTEMS”、申请号为xx/xxx,xxx的美国专利中进一步描述了胶体耦合，这两篇专利的内容通过引用结合于此。在其它实施例中，第一边缘112和第二边缘111是单个柔性构件或者隔膜的边缘。

输送室122可以包括从流体贮存器141向输送室122供应的输送流体、比如药物或者药品（例如胰岛素或者疼痛管理药品），或者清洁流体、比如伤口清洁流体。在流体贮存器142与输送室122之间的入口止回阀142可以控制输送流体向输送室122的供应，而出口止回阀144可以控制输送流体从输送室122比如向患者的输送。第一压强传感器152和第二压强传感器154可以监视来自***的流体流量。另外，限流器160可以存在于泵101中以产生在传感器152、154之间的压强差以便提供用于测量流体的流量的机制。

在使用中，动电组件100通过产生动电或者电渗（electroostmostic）流量来工作。向电极108a、108b施加电压，比如正电压，这使引擎流体从第二室104移向第一室102。引擎流体可以在室104、102之间移动时经过或者环绕电极108a和108b流动。流体流动使可移动构件110从室102被推出而可移动构件113被推入室104中。由于可移动构件113的移动，输送流体被从贮存器141拉入输送室122中。输送流体从贮存器移入输送室122中称为泵循环的“吸入行程”。在施加相反电压，比如负电压时，流体从第一室102移向第二室104。引擎流体在室之间移动使可移动构件110被拉入第一室102中而可移动构件113扩张以补偿第二室104中的引擎流体的附加体积。因而，室122中的输送流体被从室122推出并且经过出口止回阀144输送，比如至患者。流体输送称为泵循环的“引出行程”。虽然配置以下描述的示例组件和***使得正电压对应于吸入行程并且负电压对应于引出行程，但是将理解相反配置也有可能，即负电压对应于吸入行程并且正电压对应于引出行程。

图3A和3B描述使用差压流量测量技术来控制动电泵***的操作的示例方法。

图3A是在差压控制方案中使用泵驱动信号接通持续时间来控制动电泵的示例方法200。这一方法在维持泵驱动信号量值恒定时确定泵驱动信号接通持续时间。可以使用多种泵驱动信号，如比如电压、电流或者电极电荷。

首先在步骤205，对于持续时间向动电泵施加泵驱动信号。使用的持续时间基于多个因素，比如在先泵性能、校准曲线或者实验信息。选择持续时间以产生或者输送目标行程体积，该目标行程体积是全行程的部分行程。

接着在步骤210，使用差压技术以确定在步骤S205中选择的持续时间期间的行程体积。这一过程的结果是确定的行程体积。

接着在步骤215，比较确定的行程体积与目标行程体积。接着在步骤222，评估是否已经输送了总体积。这一步骤寻求确定在步骤S210中计算的体积是否实际完成了输送总体积。可以通过任何数目的技术维持总体积输送。在一个方面中，总体积输送是从总体积数量递减的计数器。在另一方面中，总体积输送是从零递增至希望的总体积数量的计数器。因而，一旦确定该最后行程的体积，可以执行递增或者递减总体积的步骤。随后，该判断基于是否输送了总体积而继续。如果是，则控制器生成停止泵命令（步骤224）。此外，***可以生成输送了总体积的输出或者指示。如果在步骤222中的答复为否，则在对计数器编索引之后，该方法然后继续。

接着，评估是否已经输送了目标行程体积（步骤220）。如果已经输送了目标行程体积并且答复为是，则无需校正（步骤225），并且下一泵行程将对于相同持续时间施加驱动电压（即返回到步骤205直至输送了总体积）。

然而，如果未输送目标行程体积（在框220的答复为“否”），则继续步骤230。在这一步骤中，基于确定的行程体积和目标行程体积的比较来生成泵接通持续时间。如果确定的行程体积小于目标行程体积，则泵持续时间调整可以为正，即增加的持续时间。反言之，如果确定的行程体积大于目标行程体积，则泵持续时间调整可以为负，即减少的持续时间。

根据步骤230的结果，然后在下一泵行程上向EK泵施加泵驱动信号接通持续时间（步骤235）。随后，该过程在确定步骤210重复以确定在步骤235期间输送的输送流体体积。

图3B是在差压控制方案中使用电压接通持续时间来控制动电泵的示例方法300。这一方法在维持驱动电压恒定时确定电压接通持续时间。

首先在步骤305，对于持续时间向动电泵施加驱动电压。使用的持续时间基于多个因素，比如在先泵性能、校准曲线或者实验信息。选择持续时间以产生目标行程体积，该目标行程体积是全行程体积的部分体积。

接着在步骤310，使用差压技术以确定在步骤S305中选择的持续时间期间的行程体积。这一过程的结果是确定的行程体积。

接着在步骤315，比较确定的行程体积与目标行程体积。接着在步骤322，评估是否已经输送了总体积。这一步骤寻求确定在步骤310中计算的体积是否实际完成了输送总体积。可以通过任何数目的技术维持总体积输送。在一个方面中，总体积输送是从总体积数量递减的计数器。在另一方面中，总体积输送是从零递增至希望的总体积数量的计数器。因而，一旦确定该最后行程的体积，可以执行递增或者递减总体积的步骤。随后，该判断基于是否输送了总体积而继续。如果是，则控制器生成停止泵命令（步骤324）。此外，***可以生成输送了总体积的输出或者指示。如果在步骤322中的答复为否，则在对计数器编索引之后，该方法然后继续。

接着，评估是否已经输送了目标行程体积（步骤320）。如果已经输送目标行程体积并且答复为是，则无需校正（步骤325），并且下一泵行程将对于相同持续时间施加驱动电压（即返回到步骤305）。

然而，如果未输送目标行程体积（在框320的答复为“否”），则继续步骤330。在这一步骤中，基于确定的行程体积和目标行程体积的比较来生成附加泵接通持续时间。如果确定的行程体积小于目标行程体积，则泵持续时间调整可以为正，即增加的持续时间。反言之，如果确定的行程体积大于目标行程体积，则泵持续时间调整可以为负，即减少的持续时间。

根据步骤330的结果，然后在下一泵行程上向EK泵施加泵驱动信号接通持续时间（步骤335）。随后，该过程在确定步骤310重复以确定在步骤335期间输送的输送流体体积。

由于使用总体积计数器，EK抽运***可以用来确定用于输送剩余总体积的行程的估计数目。例如考虑泵操作场景，在该操作场景中，操作条件已经造成***抽运的输送流体低于预期。在这一实例中，总体积计数器将具有某个数量的未输送总体积。***控制器也可以包括用于计算为了抽运总输送体积的平衡而需要的附加输送行程的估计数目的计算机可读指令。随后，控制器将继续操作循环泵行程直至输送了总体积。

图4是在泵行程期间的对于压强传感器PS1和PS2（见图1和2）的输出的、以毫伏（mV）为单位的传感器输出相对以毫秒为单位的时间的示例图形。在这一配置中，500mV等于0psi读数。在约8000ms在迹线穿越500mV线时，向泵施加电压。接着在约9700ms和800mV，出口止回阀打开并且流量开始。在这一点之后，来自PS1和PS2的读数分离。上面的实线来自PS1，并且下面的虚线来自PS2。在时间10,000ms，关断驱动电压，这时PS1读数约890mV。在约840mV的近似10,500ms之后不久，用于PS1和PS2的曲线会聚合成单个迹线。控制器评估来自PS1和PS2的读数以获得在PS1与PS2曲线之间在分离它们之时的面积。在这些曲线之间的面积然后用来使用这里描述的控制方案中的一个或者多个控制方案来控制后续泵行程。PS1/PS2曲线中的逐渐减少与在泵行程之间的逐渐***压强减少有关。

图5是针对图1和2中描述的差压控制***而生成和使用的示例相关性曲线。x轴是DPI（差压积分）值，并且Y轴是在生成DPI的流量期间输送的测量质量。所示曲线具有如实线系列1拟合线代表的良好线性拟合。根据这样的相关性曲线，可以根据在抽运***操作期间观察的DPI值计算输送的质量或者体积。

图6A图示备选差压控制方案。图6A在许多方面与图1和2相似。在图6A上的***与更早描述的***之间的主要不同是这一***依赖于单个压强传感器（PS2）。也有在出口室122与压强传感器154（PS2）之间的限流器160。在另一可选配置中，单个限流器160定位于PS2与出口止回阀144（见图6B）之间。在这一配置中，有在限流器上的假设的恒定反压。在这一类型的***中使用的控制器方案不同，因为它依赖于假设的恒定的反压以消除对于第二压强传感器的需要。因而简化了在这一配置中的EK泵的控制。在又一可选配置中，限流器160定位于出口止回阀144（见图6C）之后。另外，电子存储器、控制器175执行的例程和计算机可读指令将不同并且基于来自单个压强读数配置以及选择的具体部件配置（例如图6A、6B或者6C）的性能参数和曲线。

这一所谓的单压强传感器方法使用单个压强传感器以确定泵流量。假设在“关断泵”时段期间泵未输送任何流体，然后在这一时间期间，PS2测量向***施加的反压。这一控制方案也假设反压在输送时间期间不变。例如，对于被设计用于每行程输送0.5μl至3μl的泵，通常少于一秒半，对于0.5μl的部分行程而反压为5psi，它在从约0.65至1.5秒的范围中，或者对于0.5μl而无反压，它是0.30至1.5秒或者在图16的范围中的任何范围中。这样，在对泵上电时，泵行程流速等于在压强增加与初始压强之间的差值。可以表达这一操作为：

∫(PS2(t)–PS2(t0))dt*常数（在曲线之下的所谓面积或者积分）而常数与流体的性质中的一个或者多个性质关联，这些性质比如粘度、密度和/或摩擦力。这些性质中的一个或者多个性质可以根据例如泵的操作温度、输送流体的温度或者环境条件（比如在贮存器或者输送部位周围的温度）的变化而改变。

为了使用这一方案，首先生成用于每个特定***和预期的行程长度的相关性曲线。这里，行程长度指代向EK泵施加具体驱动信号的时间长度。这一图形用来产生在“积分”值与用于输送的流体的实际数量之间的相关性。通过在当前循环时间期间在预期的性能区域内操作EK泵来生成相关性值。将用预设行程长度将EK泵运行预设数目的循环。将保持行程持续时间（即泵接通信号时间或者泵驱动信号的持续时间）对于所有行程恒定。EK泵出口被配置用于向天平输送、由此允许测量输送的流体质量。使用用于输送流体的适当密度值，计算输送的体积，然后将输送的体积除以行程数目以产生用于该泵行程的每行程体积。对于两个、三个、四个或者更多不同泵行程长度或者泵接通或者泵驱动信号持续时间重复该过程。通过绘制这些各种行程长度测试的结果并且应用适当曲线拟合技术来产生用于该泵的相关性曲线。向控制器中加载适当相关性曲线以在泵操作期间控制行程体积。在获得各种相关性值之后，然后比对多个示例反压值测量这一测量的泵性能以保证相关性曲线的准确度。以下在图7中示出一个这样的测试的典型图形。注意相对多个反压的泵性能是非常线性的。

图7是如图6A中布置的动电泵***的性能图形，该图形示出对于0、1.7和2.7psi的反压条件的、以微升为单位的平均行程体积相对差压积分值。在这一图形中的相关性值将用来随着输送境况改变而调整泵性能。

附加实验揭示这里描述的压差控制方案产生积分值，这些积分值是反压独立的，上至高达6psi的反压。这里描述的抽运***和控制方案能够完全补偿在向哺乳动物输送期间遇到的可能反压范围。

图8是在如这里描述的差压控制方法中使用20μl的目标行程、对于8mL/小时的输送流速的、如图6A中布置的动电泵***的性能图形。典型工作循环参数对于600ms为3伏特。工作循环可以范围从500ms至约1秒。在图8中所示示例控制响应中，根据所需泵响应使用5ms、10ms、25ms和50ms的固定时间区间来改变泵工作循环。将这些附加泵接通持续时间与基本泵工作循环相加或者从基本泵工作循环减去这些附加泵接通持续时间（见图3A的步骤230、235以及图3B的步骤330和335）。在这一具体示例中，控制***对三个反压条件做出响应：无反压或者0psi、反压约为2.3psi和反压约为4.2psi。

如从图形可见，在0psi或者从0-600秒的无反压场景期间，泵持续地输送每行程20μl的目标行程体积。在时间600秒，施加约为2PSI的反压。注意下一测量的行程体积立即降至约为17μl。随着控制算法接管并且如图3A和3B中那样调整泵行程持续时间，行程体积在几个循环内增加直至达到20μl的行程目标体积。这里增加泵接通时间以提供添加的体积以克服反压的影响。

在时间1000秒，反压返回到零。在去除反压时，行程体积如图所示过量输送而尖峰在时间1020秒达到约22μl。随后，控制器缩短在相继行程中的泵接通时间。至约时间1100秒，控制器已经使行程体积向下返回到20μl的目标行程体积。

在时间1300秒，向***施加约为4psi的反压。注意实际行程体积立即降至约13μl。控制算法然后通过增加泵接通持续时间来调整每个后续行程直至约时间1500秒，实际行程体积回到目标20μl。在时间1700秒，在去除4psi反压时，观察到泵行程体积中的另一偏移。与前面2psi反压一样，控制***在泵行程期间调整（即减少）电压接通的持续时间。同前，控制***至约时间1800秒使实际行程体积快速返回到20μl的目标泵行程体积。

在图8中，在图形上的每个点是行程体积读数。如以上描述的那样，一旦向***施加反压，行程体积下降。在这一示例配置中，控制***反馈将在施加或者去除反压而不用约7个泵行程之后将行程体积调整至设置的水平。

图9A是被配置用于与差压控制方案使用的另一备选动电泵***的示意图。在这一配置中，泵和部件与先前描述的泵和部件相似。在图9的实施例中，***部件（即止回阀144）用作在压强传感器PS1与PS2（152、154）之间的限流器。附加地或者备选地，限流器也可以放置于出口止回阀与PS2之间或者在PS2更远处（见图9B）。

图9A图示压强传感器（152/PS1）位于抽运室122，并且第二压强传感器（154/PS2）位于出口止回阀144之后。限流器160，比如一个26量规针（例如），可以位于在PS2与出口止回阀144之间的压强传感器（154/PS2）前面或者压强传感器下游（参见图9B）。在这一配置中，压强差值方法可以用来确定在泵行程期间产生的体积。这一控制方案利用在PS1和PS2读取的压强之间的差值。此外，这一控制方案根据下式考虑止回阀打开压强：

∫(PS1-止回阀打开压强–PS2)dt*常数。

尽管在这一实施例中描述，但是止回阀打开压强补偿可以应用于这里描述的其它控制方案。

图10是动电泵体的一个实施例的截面图，该动电泵体并入如图9A中描述的差压控制***部件。

图11是如图1中那样的差压控制***的一个实施例的示意图而添加温度传感器185以测量传入流体温度用于粘度校正。

用于EK泵操作的温度补偿

添加温度传感器以测量周围温度或者流体温度，可以补偿更多影响。流体的粘度和密度随温度改变。也有对多数压强传感器的一些温度影响。因此，如图11中所示添加温度传感器185允许温度测量和补偿方案，这些补偿方案基于温度引起的对输送流体的变化。示出温度传感器185在入口止回阀142与泵室122/PS1152位置之间。温度传感器185可以位于沿着图11中所示流体路径的多个不同位置中的任何位置。

认为使用温度传感器允许调整泵行程体积以便补偿输送液体粘度。补偿结果可以如以下图中所示合理地在+/-2%内。

图12和13分别图示用于在有和无对于粘度校正的温度补偿的情况下使用差压控制的泵控制曲线。在如图12中所示无温度补偿时，随着环境温度在夜间（在下午5点之后并且在上午5点之后保持这样）减少，实际泵行程体积减少。对照而言，在温度补偿对***中，行程体积尽管相同夜间温度减少而保持接近恒定。这一比较图示具有差压控制和温度补偿的EK泵如何可以用来输送即使输送流体的温度改变仍然接近恒定的泵行程体积。

在一个实施例中，根据与图3的方法和方法300相似的方法实现温度补偿。如果温度读数保持于选择的范围内，则未提供补偿。如果温度从预定温度变化，则控制器将调整泵接通持续时间以适当补偿。

差压控制***提供的信息可以用来提供用于增强EK泵的性能的其它功能。其它功能的示例包括***中的一个或者多个部件的诊断分析或者***操作中的误差检测。可以从在泵***内部和外部的多个来源中的任何来源提供这一性能信息。在一个具体示例中，根据压强传感器数据的分析、比较或者处理（即见图4）来获得诊断和/或误差检测信息和补救动作。可以在每行程基础上、使用泵行程平均值、使用间歇行程数据（即在某个时间区间或者行程数目区间上取得的行程数据）或者在与寻求的诊断或者误差检测相适合的其它境况上分析压强传感器数据。

在***部件故障的具体示例方面，考虑入口和出口止回阀。用于阀的可能故障模式是卡住的打开或者卡住的关闭。在卡住的打开的情况下，室中的峰值压强将少于平均值。在这一情况下，控制器的存储器可以包含用于从行程到行程、每隔一个行程或者某个其它区间或者中间监视速率，记录和比较峰值室压强的计算机可读指令。如果峰值压强比较指示重复地降低的峰值读数，则控制器可以采取动作以向用户通知可能故障。控制器进行的动作范围从有光、声或者电子通知的报警指示到停止泵操作或者禁止泵操作直至条件被清除。***可以用相似方式对止回阀被卡住的关闭的情况做出响应。在这一情况下，***将读取室峰值压强为高于正常或者高于平均峰值压强。以大量相同方式，控制器可以包含存储器中的用于按照部件故障通知用户或者提醒***性能的附加指令。

在又一实施例中，压强传感器数据可以用来检测闭塞。在这一实例中，控制器存储器可以包括计算机可读代码中的指令，这些指令用于调整泵操作以适应或者补偿闭塞、调整泵操作以尝试清除闭塞、向用户通知可能闭塞、中止泵操作或者以上各项中的任何项的组合。

在一个具体示例中，图9中的PS2（154）的输出提供反压作用于***的指示。控制器可以包含用于在预期相对某个反压的抽运时添加行程时间的计算机可读指令。备选地，如果检测到在阈值以上的反压，则控制器可以用信号发送报警或者中止泵操作。比如图1中的两个压强传感器配置也可以用来检测部件故障。如果泵驱动信号接通并且来自PS1/PS2的信号无差值，则控制器可以包含用于指示这一异常条件的指令。可以指示无压强差值。

在另一具体示例中，在施加反向驱动电压以运行泵获得电荷平衡期间，在室上的压强传感器和/或在***止回阀内的读数减少或者变负。比如这些读数这样的压强传感器读数可能指示一个或者两个止回阀可能已经出故障。控制器可以包含用于如果检测到这一异常条件则中止操作或者用声音发送报警或者指示的计算机可读指令。可以如以上讨论的那样并且最直接地通过放置一个压强传感器在出口止回阀以外（即见图9中的配置）并且在关闭出口止回阀144时在泵循环期间读取PS2压强来处理反压补偿。闭塞检测可以由伴随有室压强增加的泵流量或者泵操作的一个或者多个指示提供而无对应输送流体流量指示。

在更多其它示例实施例中，一个或者多个误差或者诊断例程的结果或者后果可以用来使用与以上并且关于图3A和3B描述的方法相似的方法来调整向泵施加的电压、电压的接通持续时间或者其它适当操作参数。就这一点而言，调整向泵施加的电压将在行程输送之前或者之后出现。这一类型的调整指代在一个行程中使用4伏特、然后在抽运***中的境况改变时可以使用除了4伏特之外的不同值。例如，一个泵输送分布图可以具有在3伏特输送的多个行程。随后，基于***的改变，参数或泵行程电压可以在后续行程上增加至5v。

示例

图14图示两个方波泵控制信号和来自单压强传感器差压控制***的对应压强传感器迹线的图形。在这一示例性示例中，差压控制***将利用来自单压强传感器输出的数据（即用于给定的泵驱动信号的迹线曲线的积分）以确定行程体积。以上在图6中图示单压强传感器***配置。在这一示例中，泵驱动信号是约为2.7伏特的恒定电压。基线压强传感器输出信号约为75mV。第一脉冲的持续时间（t1）是860ms。在这一示例中，每4ms读取压强传感器输出。***控制器包括用于在施加泵驱动信号时开始对压强传感器读数积分并且继续积分直至压强传感器输出电压减少至确定的值以下的计算机可读指令。通常，该值将是一旦输出信号指示***已经返回到基本压强（这里在75mv的传感器电压）。随后，将获得的积分值转换成体积并且与目标流量比较。将理解可以在行程进展时实时计算积分值。这一实时行程体积计算可以用作回到控制器的泵关断触发信号以停止向EK引擎的功率流。在这一示例中，利用单传感器输出值来计算在t1期间输送的体积并且确定在每行程的目标数量以上。因而，调整后续恒定电压泵驱动信号为更短持续时间。在这一示例中，校正数量是36ms。在这一示例中，t2——后续泵行程持续时间——被减少36ms成为824ms的新泵接通持续时间。

图15图示两个方波泵控制信号和来自二压强传感器差压控制***的对应压强传感器迹线的图形。在这一示例中，差压控制***将利用来自在两个压强传感器输出之间的差值的数据（即用于给定的泵驱动信号的迹线曲线的积分）以确定行程体积。以上在图2和10中图示二压强传感器配置。在这一示例中，泵驱动信号是约为2.7伏特的恒定电压。迹线压强传感器输出信号约为50mV。第一脉冲的持续时间（t1）是750ms。在这一示例中，每4ms读取压强传感器输出。***控制器包括用于在施加泵驱动信号时开始对在两个压强传感器读数之间的差值积分并且继续对那些差值积分直至压强传感器输出电压减少至确定的值以下的计算机可读指令。通常，该值将是一旦输出信号指示***已经返回到基本压强（这里在50mV的传感器电压）。随后将获得的积分值转换成体积并且与目标流量比较。将理解可以在行程进展时实时计算积分值。这一实时行程体积计算可以用作回到控制器的泵关断触发信号以停止向EK引擎的功率流。将理解可以在行程进展时实时计算积分值。这一实时行程体积计算可以用作回到控制器的泵关断触发信号以向EK引擎的停止功率流。将理解可以在行程进展时实时计算积分值。这一实时行程体积计算可以用作回到控制器的泵关断触发信号以向EK引擎的停止功率流。利用双传感器输出值来计算在t1期间输送的体积并且确定在每行程的目标数量以下。因而，调整后续恒定电压泵驱动信号为更长持续时间。在这一示例中，校正数量是36ms。在这一示例中，t2——后续泵行程持续时间——被增加36ms成为786ms的新泵持续时间。

图14和15中的压强信号迹线也图示EK泵控制***的附加方面。两组压强迹线指示在泵驱动电压变成零（即泵驱动信号为关断）之后有压强衰退。这一衰退曲线从压强输出穿越电压关断线时的点延伸直至它达到75mv（图14）和50mv（图15）的迹线输出。在每个迹线输出中的面积不同而图14大于图15。根据泵***要求和操作条件，这些剩余流量指示或者附加体积可以显著或者可以不显著。如果不显著，则***将忽略它们。如果显著，则***可以使用这里描述的技术来补偿这一类型的误差。压强迹线的这一部分引入的误差数量（和它代表的合成体积）将对于确定的行程体积产生不同后果（见图3A的步骤210和图3B的步骤310）。

如果超出泵关断信号的压强迹线信息未随之产生，则积分时段或者体积计算时段可以在泵关断信号出现时停止。如果超出泵关断信号的压强迹线信息随之产生或者将在行程补偿方案内被考虑，则有用于解决这一条件的至少两种方式。一种用于补偿这一类型的可能变化的方式是针对超出泵关断信号的结束的时间段延伸积分计算时间或者体积计算时间。在一个示例实施例中，附加积分时间超出泵关断信号约为50ms。另一种用于补偿这一类型的可能变化的方式是延伸积分计算或者体积计算时段未按照时间而是代之以直至压强感测电压降至阈值以下。一旦压强感测电压达到或者超过希望的阈值，积分计算或者体积确定时间然后将结束。

图16是具有如应用于行程持续时间范围的示例校正因数的表格。这一表格图示这里描述的EK泵控制方案提供的高程度流体输送精确度和校正能力。在这一示例中，泵持续时间是4毫秒（ms）、8ms、16ms和32ms的预设数量。泵行程时间针对以上描述的用于示例室的典型值进行选择。列出了300ms、500ms、800ms和1000ms的行程时间。列出的百分比校正对应于校正时间数量与总行程持续时间之比。例如，一个16ms校正时间代表300ms行程的5.3%校正。一个8ms校正时间代表1000ms行程的0.8%校正。

图17是用于如这里描述的典型抽运***的示例校正值表格。图17中所示信息可以分别用作以上描述的方法200、300的部分，比如步骤230、330的部分。EK泵如以上描述的那样与差压测量***操作，该差压测量***利用具有约1英寸的长度和0.007英寸的内径的限流器管。在这一示例性示例中，泵控制***设置200的容差或者目标值的2%的值。目标积分值基于用来生成图14和15中的曲线的压强曲线和信号是5000。通过从测量的DPI减去目标积分、然后将该值除以容差值来确定校正值。容差值是用来代表***希望的准确度的数。这一般被设置为泵行程体积的百分比值。在这一示例中，容差值是200。测量的DPI指代在泵行程期间获得的测量的差压积分作为在行程期间的输送流体体积的指示。校正值的量值确定用于后续行程的行程持续时间调整数量。校正值的符号确定是否增加（负校正值结果）或者减少（正校正值结果）后续行程持续时间。如果校正值少于1，则无需校正。如果校正值在1与2之间，则使用4ms校正时间。如果校正值在2与3之间，则使用8ms校正时间。如果校正值在3与4之间，则使用16ms校正时间。如果校正值大于4，则使用32ms校正时间。

在2012年5月5日提交、标题为“GEL COUPLING FORELECTROKINETIC DELIVERY SYSTEMS”、共同未决并且共同拥有的第61/482,889号美国临时专利申请和随之提交、标题为“GELCOUPLING FOR ELECTROKINETIC DELIVERY SYSTEMS”、申请号为xx/yyy,yyy的其对应美国非临时专利申请中描述了泵控制器的附加细节。尽管描述为具有1100、1200的模块化***，但是可以如以上描述的那样将二者组合成单个***。此外，可以在具有显示器1205的单个壳中提供EK泵、压强传感器、差压***和控制器。图18图示控制模块1200，该控制器模块被配置用于施加泵驱动信号、从传感器接收和处理信号、以及如这里描述的那样控制EK泵***的操作的其它功能。控制模块1200可以包括用于供应电压的电源、比如电池1203，和电路板1201，该电路板包括用于控制向泵模块施加电压的电路装置。控制模块还可以包括用于向用户提供指令和/或信息的显示器1205，该指令和/或信息比如流速、电池电平、操作状态和/或***中的误差的指示。此外，显示器1205可以用来为用户提供GUI输入屏幕以及提供关于总体积输送进度或者***状态的信息。通-断开关1207可以位于控制模块上以允许用户接通和关断控制模块。显示器1205也充当与计算机控制器通信的用户输入设备。计算机控制器也被适配和配置用于提供和接收来自用户输入设备的信号。

参照图19，在控制模块1200中的电路板包括电压调节器1301、H桥1303、微处理器1305、放大器1307、开关1309和通信1311。在控制模块1200的部件与泵模块1100的部件之间的电连接1310使控制模块1200能够运行泵模块1100。尽管出于模块设计方面的目的而描述为分离，但是将理解可以将1100、1200的分离模块方面组合成单个抽运***。控制模块可以根据被泵配置向泵模块1100提供在1与20伏特之间，比如在2与15伏特之间、例如2.6至11伏特、具体为3至3.5伏特以及上至150mA、比如上至100mA。

在使用中，电池1203向电压调节器1301供应电压。电压调节器1301在微处理器1305的指引之下向H桥1303供应所需数量的电压。H桥1303又向EK引擎1103供应电压以启动流过泵的流体流动。流过泵的流体数量可以由压强传感器1152、1154监视和控制。可以放大、然后向微处理器1305发送从传感器1152、1154到控制模块中的放大器1307的信号以便分析。使用压强反馈信息，微处理器1305可以向H桥发送恰当信号以控制向引擎1103施加泵驱动信号（比如恒定电压）的时间数量。开关1309可以用来启动和停止引擎1103以及在泵模块操作模式之间切换，例如从团（bolus）模式到基础模式。通信1311可以用来与计算机（未示出）通信，该计算机可以用于诊断目的和/或对微处理器1305编程。附加地或者备选地，通信1311可以被配置用于提供向***1100/1200的有线或者无线接入。

如图19中所示，泵模块100和控制模块1100可以具有在它们之间延伸的至少八个电连接。正电压电连接1310a和负电压电连接1310b可以从H桥1303向引擎1103延伸以供应适当电压。另外，s+电连接1310c、1310g和s-电连接1310d、1310h可以分别从传感器1152、1154延伸，从而在s+与s-连接之间的电压差值可以用来计算施加的压强。另外，功率电连接1310e可以从放大器1307向两个传感器1152、1154延伸以向传感器供电，并且接地电连接1310f可以从放大器1307向两个传感器1152、1154延伸以使传感器接地。在以上描述中的传感器可以是在这里描述的EK泵控制方案的操作中利用的压强传感器或者其它适当差压传感器或者其它控制或者性能***中的任何传感器。

在动电泵流体输送***的另一备选实施例中，有一种***，该***包括：与出口室连通的动电泵；与出口室连通的贮存器；以及与出口室连通的差压流量控制***。根据以上公开内容提供一种使用电子控制器实施的用于输送***的控制***。控制器如适合于其具体部件的那样与动电泵和差压流量控制***进行通信。在控制器的存储器中的指令也可以包括被适配和配置用于向和从差压控制***通信的指令。这样的通信包括用于差压***的具体部件的指令，这些指令包括功率、控制、指令、数据或者接通或者关断部件、校准所述部件的其它信令。具体部件的示例可以包括与文丘里流量计、孔板或者流量管嘴流量计关联的部件。

控制器的存储器或者与控制器通信或者控制器可访问的适当存储器包含用于基于校正因数确定或者取回例如与泵驱动信号、恒定电压值、恒定电流值、泵行程时间有关的数据的计算机可读指令。在一个方面中，有基于时间的校正因数，该校正因数基于向计算机控制器的电子存储器中编程或者该电子存储器可访问的查找表中的值。另外，校正因数可以与如以上描述的多个不同变量或者***条件有关。可以例如相对于从动电泵向控制器的输入信号和从差压流量控制***向控制器的输入信号提供或者确定校正因数。这样，控制器可访问的电子存储器可以包括或者被编程用于包括例如基于时间的校正因数，该校正因数基于反馈控制方案。附加地或者备选地，计算机控制器的电子存储器被编程用于以下各项或者单独或者在任何组合中具有对以下各项的访问：（a）比例反馈控制方案；（b）比例和积分反馈控制方案；以及（c）比例、积分和微分反馈控制方案。

本领域普通技术人员将理解以适当计算机可读代码的形式向控制器提供或者在控制器可访问的电子存储器内包含控制器执行的各种处理步骤、比较、方法、技术、信号处理和部件专属操作。相似地，也在控制器的或者控制器可访问的存储器内在适当计算机可读代码中存储在本专利申请中描述的各种诊断例程、异常条件检测器、功能指示器和泵控制方案以及其它操作考虑。在一个具体示例中，在计算机控制器的存储器中的计算机可读指令实施基于计算的用于泵循环持续时间的控制方案，这些计算是至少部分基于差压流量控制而进行的（用于基于计算的行程时间调整来调整泵持续时间的指令），这些方案包括这里描述的用于计算行程持续时间响应的技术以及与如下那些实施例有关的表格、文件或者数据，在这些实施例中，选择行程响应调整作为预选行程持续时间集合中的预选行程持续时间。

至于与本发明相关的附加细节，可以在相关领域技术人员的水平内运用材料和制造技术。这可以在共同或者逻辑上运用的附加动作方面关于本发明的基于方法的方面同样成立。也设想可以独立或者与这里描述的特征中的任何一个或者多个特征组合来阐述和要求保护描述的发明变化的任何可选特征。相似地，单数形式的引用包括有可能有多个相同项目存在。更具体而言，如这里和在所附权利要求中所用，单数形式“一个/种”、“和”、“所述”和“该”除非上下文另有明示则包括复数引用物。还注意可以撰写权利要求以排除任何可选要素。这样，这一陈述旨在于用作为结合权利要求要素的记载来使用比如“唯一”、“仅”等的排他性术语或者使用“否定”限制的先行基础。除非这里另有定义，这里使用的所有技术和科学术语具有与本发明属于的领域的普通技术人员通常的理解相同的含义。本发明的广度将不受主题说明书限制而实际上仅受运用的权利要求措词的普通含义限制。

旨在于所附权利要求限定本发明的范围并且由此覆盖在这些权利要求及其等效含义的范围内的方法和结构。

Claims (32)

1.一种控制动电泵的输出以输送目标行程体积的方法，包括：

对于约为一秒的泵行程持续时间向所述动电泵施加泵驱动信号；

确定在所述泵行程持续时间期间抽运的输送流体的体积；

比较所述抽运的输送流体的体积与所述目标行程体积；

基于所述比较步骤生成用于向所述动电泵施加所述泵驱动信号的新时间区间；以及

对于所述新时间区间向所述动电泵施加所述泵驱动信号。

2.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，其中在所述新时间区间与所述泵行程持续时间之间的差值不多于100ms。

3.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述新时间区间是将所述动电泵维持在所述动电泵部件的可逆感应电流限制内的持续时间。

4.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，其中选择所述泵行程持续时间保持于所述动电泵的可逆感应电流操作参数内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成新时间区间部分基于与输送流体温度有关的温度补偿。

6.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述确定体积的步骤包括使用差压流量技术。

7.根据权利要求6所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述差压流量技术基于来自与所述泵出口连通的至少一个压强传感器的输入。

8.根据权利要求6所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述差压流量技术使用限流器并且基于来自至少一个压强传感器的输入。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定所述体积基于在所述初始施加泵驱动信号步骤之后对两个差压信号的比较。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定所述体积基于压强传感器在所述施加泵驱动信号步骤期间的积分。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定所述体积基于在两个压强传感器之间的差值在所述施加泵驱动信号步骤期间的积分。

12.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定所述体积基于在所述施加泵驱动信号步骤期间从压强传感器读取的估计的输送条件。

13.根据权利要求12所述的方法，其中基于在所述施加泵驱动信号步骤期间从压强传感器读取的所述估计的输送条件来调整所述施加泵驱动信号的所述持续时间。

14.根据权利要求6所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述差压流量测量技术使用来自一对压强传感器的输入。

15.根据权利要求9所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述压强传感器之一与所述泵出口连通。

16.根据权利要求9所述的控制动电泵的输出的方法，其中所述压强传感器之一被定位用于指示作用于所述动电泵的输出的反压。

17.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，还包括：在所述对于所述新时间区间施加泵驱动信号之前，施加与在所述初始施加泵驱动信号步骤中使用的所述泵驱动信号相反极性的泵驱动信号，其中所述施加相反极性的泵驱动信号的持续时间与所述泵行程持续时间相同。

18.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，还包括：在对于所述新时间区间施加所述泵驱动信号之后，施加与在所述对于所述新时间区间施加泵驱动信号步骤中使用的所述泵驱动信号相反极性的泵驱动信号，其中所述施加相反极性的泵驱动信号的持续时间与所述新时间区间持续时间相同。

19.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，其中在所述施加步骤期间的所述泵驱动信号是恒定电压。

20.根据权利要求1所述的控制动电泵的输出的方法，其中在所述施加步骤期间的所述泵驱动信号是恒定电流。

21.根据权利要求1所述的方法，其中基于恰在所述施加泵驱动信号步骤之前从压强传感器读取的估计的输送条件来调整所述施加泵驱动信号的持续时间。

22.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述确定抽运的输送流体的体积步骤的结果递减总体积输送计数器。

23.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述确定抽运的输送流体的体积步骤的结果递增总体积输送计数器。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：在所述确定抽运的输送流体的体积步骤的结果是所述总体积输送计数器的最后输送增量时，生成泵停止信号。

25.根据权利要求23所述的方法，还包括：在所述确定抽运的输送流体的体积步骤的结果是所述总体积输送计数器的最后输送减量时，生成泵停止信号。

26.一种用于输送流体的***，包括：

动电泵，被配置用于偏转出口室中的隔膜，所述出口室具有入口和出口；

与所述入口连通的第一止回阀；

与所述出口连通的第二止回阀；

压强传感器，被定位用于指示在所述第一止回阀与所述第二止回阀之间在所述***内的压强；以及

计算机控制器，与所述动电泵与所述压强传感器通信，包含用于至少部分基于来自所述压强传感器的信号确定所述动电泵的输出、以及用于在所述隔膜每次向所述出口室中偏转之后生成行程时间输送调整的计算机可读指令。

27.根据权利要求26所述的***，还包括：另一压强传感器和限流器，其中所述压强传感器被定位用于指示所述出口室的压强，所述限流器定位于所述出口室出口与所述第二止回阀之间，并且所述另一压强传感器被定位用于指示在所述限流器与所述第二止回阀之间在所述***内的压强。

28.根据权利要求26所述的***，还包括：贮存器，包含输送流体并且具有与所述出口室入口连通的出口。

29.根据权利要求26所述的***，还包括：输送导管，与所述出口室出口连通。

30.根据权利要求26所述的***，还包括：限流器，其中所述限流器定位于所述出口室出口与所述第二止回阀之间，并且所述压强传感器被定位用于指示在所述限流器与所述出口室之间在所述***内的压强。

31.根据权利要求26所述的***，还包括：另一压强传感器和限流器，其中所述限流器定位于所述第二止回阀与输送导管之间，并且所述压强传感器被定位用于指示所述输送导管中的在所述限流器下游的压强。

32.根据权利要求26所述的***，所述***还包括：与所述计算机控制器通信的用户输入设备，其中所述计算机控制器被适配和配置用于提供和接收来自所述用户输入设备的信号。

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