CN107111324A - 低压力波动流动控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用来在低的压力波动下供给稳定体积的液体的装置和方法，其可用来形成液体共混物或者供给其他设备或工具。本发明使用流动控制器，该流动控制器控制从连接到其的再循环回路进给到液体供给管的液体的流速，该再循环回路具有汲取管用来***到液体供给容器、泵和液体背压控制设备中。

Description

低压力波动流动控制装置及方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2014年10月8日提交的标题为“SlurrySupply Apparatus and Method”的较早提交的美国专利申请序列号62/061,538的优先权权益，所述美国专利申请的整个内容以引用方式并入本文。
背景技术
存在若干常用的共混技术来共混用于半导体制造设施中的成分。成分可包括以下中的一者或多者：液体如水、CMP浆料(磨料和水或其他稀释剂)、过氧化氢、酸、碱及其他化学品。常见共混方法包括秤法共混，其使用具有测压元件的秤来称量成分于混合罐中。另一常见方法为烧杯共混，其使用体积容器来测量成分，然后将成分从体积容器转移到混合罐。最后一种常见方法为流动控制器共混，其使用流动控制器来测量成分。
市场上存在许多类型的流动控制器。本文件中使用的术语“流动控制器”指基于来自流量计的反馈来控制控制阀的类型，从而创建闭环控制***，对设定值变化的响应时间小于3秒。
秤法共混和烧杯共混的优点在于它们可采用泵来直接从浆料供给容器向混合罐(待称量)或向体积容器转移成分。相比之下，在本发明之前，可靠的流动控制器共混需要两个泵和一个罐来完成类似的任务。秤法和烧杯技术的一个缺点在于需要混合罐。另一个缺点在于在混合罐中混合的过程中发生的延迟。
流动控制器共混的优点在于共混物的立即可得性。秤法和烧杯共混需要在混合罐中延迟混合。流动控制器共混不需要延迟或混合罐。秤法或烧杯共混技术的优点在于，即便当成分供给泵产生显著的压力变化时，它们也能够精确地共混。相比之下，流动控制器共混对压力变化敏感。高的供给压力变化可能导致流动控制器过调。过调定义为响应于短期、快速变化的信号进行快速调节，这将导致工艺变化(process variation)的放大而不是减小。
压力变化通常定义为压力(PSIG)的变化系数CV。CV自600个数据点按下面的公式计算，每秒钟采集一个数据点：
其中，σ定义为液体压力(PSIG)的标准偏差(1σ)，μ定义为液体压力(PSIG)的平均值。
流动控制器敏感性问题的一个解决方案是使用经由低压力变化泵如无轴承磁悬浮(“磁悬浮(maglev)”)泵供给流动控制器的装置。磁悬浮泵必须靠重力灌泵。重力灌泵又需要具有锥底罐的浆料供给容器并将泵物理定位于锥底水平面的下方。该装置允许向流动控制器进行低压力变化的递送。无轴承磁悬浮离心泵不具有吸升能力。因此，为了向罐中转移成分，需要另一个具有吸升能力的泵。最终结果是，由于需要额外的罐和磁悬浮泵来减小压力变化，故流动控制器共混比秤法共混或烧杯共混更昂贵。
本发明的装置不需要磁悬浮泵或重力灌泵罐。
相关参考文献包括：US6168048、US5573385、US6364640、US6095194、US7108241、US5983926、US5983926、US6889706、US8155896、US7885773、US7447600、US7650903和US7292945，这些全部以引用方式并入本文。
还需要一种可用于包括浆料在内的各种流体的装置和方法，其提供从泵到流动控制器的一致流动，其紧凑、复杂性降低、消除了昂贵的部件如压力容器，并使用可靠的设备和方法来在液体流中提供低的压力波动。
发明内容
本发明提供了一种改进的装置和方法来在低的压力波动下供给(容积式液体)流动控制器。本发明涉及泵和流动控制器。所述泵具有闭环流速控制。泵流速控制有助于消除压力波动。所述泵可为低压力波动泵和/或与压力调节器串联的泵。泵流动容量可与压力调节器呈一定的比率以有效地减小压力波动。
本发明的装置为本发明的一个方面。另一个方面为允许低的压力变化的本发明工艺。通过仔细调节工艺，所述装置将提供低的压力变化。反过来，没有装置的可调节特性，工艺将不能提供低的压力变化。总而言之，本发明涉及一种可调节装置和操作所述装置的方法来实现低的压力变化，并且因此实现待共混的原浆料或可在本发明的装置的下游共混或消耗的其他液体的流动的低变化。
术语“流动控制器”指具有流量计、控制阀和控制器的设备，并且其还用来包括具有流量计、控制器和调节器-控制阀合一件(regulator-and-control-valve-in-one)的容积式液体流动控制器。术语“调节器-控制阀合一件”指在本发明的一些实施方案中使用的提供含调节器、流量计和控制器的流动控制器的独特性质，以便提供压力波动抑制的调节器功能和提供流速调节的控制阀功能二者在同时由同一设备实施。在本发明的一些实施方案中，调节器-控制阀合一件还通过将所述调节器-控制阀合一件布置在相对于流量计的上游位置加以改进，以便流量计可测量调节器-控制阀合一件的压力抑制效果。在本发明的一些实施方案中，调节器-控制阀合一件还由允许使用者限定操作压力范围的控制器加以改进，由此，调节器-控制阀合一件最佳地有效抑制压力波动和控制流速。术语“受控的调节器”可与术语“调节器-控制阀合一件”互换地使用。另外，术语“调节器”的使用包括受控的调节器和无控制器的调节器。本发明在一定的先导压力(对于气体、空气)范围内运行调节器，其提供压力波动抑制，同时有效地控制流动。此创新性消除了对单独的调节器和控制阀的需要。
本发明提供了以下优点中的一者或多者。本发明不含压力容器，这使得其适合于沉降CMP浆料。本发明不采用脉动阻尼器，脉动阻尼器具有可靠性缺陷。在一些实施方案中，低压力波动泵可不像现有技术中那样运行，在现有技术中，一个室工作而另一个室脉动抑制，从而提高泵的可靠性。相反，本发明中可用的泵可具有两个工作隔膜。压力调节器可具有两个隔膜并且没有行程停止(travel stop)。在一些实施方案中，压力调节器具有第一和第二隔膜，常常是上隔膜和下隔膜，其中第一隔膜(通常为下隔膜)感测入口压力。本发明可在通向调节器的壁中没有消波突起。在一些实施方案中，那些突起将促进结块，例如在CMP液体中。如上所述，本发明中的调节器可消除对单独的控制阀的需要。另外，因此，本发明中的控制器可反馈到调节器而不是控制阀。
在本发明的一个实施方案中，本发明的压力调节器为具有两个隔膜的标准成熟设计，所述两个隔膜由具有闭合构件的轴连接，所述轴穿过阀孔。入口压力由与入口流体接触的下隔膜感测。没有行程停止限制调节器的脉动阻尼有效性；它是无行程停止的。没有消波突起，消波突起将促进CMP液体结块。本发明的控制阀为同一压力调节器，而不是单独的设备。这样节省空间并且成本有效。
包含两个隔膜的调节器可以是弹簧加载(直接操作)的、气动(圆顶加载)或重量加载的、线性致动的、马达加载的等。
本发明公开了本发明人发现的推荐操作参数。本发明公开了圆顶加载压力调节器的先导压力范围，其产生压力波动的有效抑制。在一些实施方案中，本发明还公开了从流动容量的角度加大调节器的益处，以在较低的先导压力下操作调节器，其将有效地抑制压力波动，同时仍提供足够的下游流动。
在本发明中，流量计可直接位于调节器(和控制阀合一件)的下游。下游流量计位置可能有益于本发明的多级压力波动抑制。上游调节器可充当控制阀和充当压力波动抑制设备。下游流量计因此受到调节器的保护而免于压力波动。流量计为调节器提供背压，从而改善其有效性。由于调节器可以是故障关闭的气密性装置，故本发明不需要在流量计上游有隔离阀。这样，除充当压力波动抑制器和控制阀外，其还可充当隔离阀。
可用于本发明中的一种调节器类型为圆顶加载压力调节器。尽管完全是机械的，但这些装置很精巧，能够使用两个隔膜来感测入口和出口压力之间的差异，一个隔膜与入口接触，另一个隔膜与出口接触。当隔膜感测到压力变化时，连接到两个隔膜、穿过孔的含闭合构件的轴将改变位置，使得压力波动得以消除。例如，如果入口压力增大，则轴将下压到入口隔膜上，使得闭合构件移位、打开孔，从而缓解压力。调节器靠所述工艺的能量来运行。调节器的机械操作原理对压力波动给出有利地快速、直接、一致且可靠的响应。
本发明涉及一种供给容积式液体流动控制器的泵驱动***，其中所述容积式液体流动控制器的进给具有尽可能小的压力波动，其中所述流动控制器为闭环流动控制***的一部分，其中泵能够使用抽吸从容器取出液体，并且装置的接液部件的构造材料为高纯度耐化学品材料，如PFA或PTFE。
本发明人已设计出用于流动控制液体和共混组分及在一些实施方案中共混这些液体的装置和操作所述装置的方法。这些装置适用于半导体制造工艺中。本发明的装置包含泵，其使用抽吸来从容器取出液体、在回路中循环该液体，所述装置还包含从该回路抽取液体的流动控制器，所述流动控制器是高度灵敏和精确的，不管上游泵是何类型。在本发明的另一个方面，本发明提供了一种本发明的装置，其包含流动控制器，所述流动控制器控制进给到原浆料供给管的原浆料的流速，所述原浆料与在至少一个其他浆料组分供给管中输送的至少一种其他浆料组分共混，每一浆料组分在其各自的浆料组分供给管中输送，所述浆料供给管连接到再循环回路，所述再循环回路包含汲取管(dip tube)用来***到浆料供给容器、泵和液体背压控制设备中。进给到原浆料供给管的原浆料的速率，所述原浆料与在至少一个其他浆料组分供给管中输送的至少一种其他浆料组分共混，每一浆料组分在其各自的浆料组分供给管中输送，所述浆料供给管连接到再循环回路，所述再循环回路包含汲取管用来***到浆料供给容器、泵和液体背压控制设备中。该装置使得可调节各种特性，如：再循环回路中的液体(例如，原浆料)压力、泵文丘里管压力、泵隔膜或波纹管气体和真空流、泵速、泵隔膜(或波纹管)交叠、泵气体背压、和流动控制器设定点，其为期望共混以制备共混浆料或其他液体的原浆料或其他液体的量。使用既具有吸升能力又具有压力变化或波动的单个泵，而不是使用以下两个泵：一个具有吸升能力，一个具有极小的压力变化或波动(本文中可使用任一这些术语并可彼此替代)。通过本发明，控制管线中的脉动或往复泵(其提供吸升力)所致的压力变化或波动，使得压力变化或波动对装置的影响最小化且流动控制器性能最佳，并且在一些实施方案中，可取得一致地共混的浆料。通过使用本发明的装置和方法减少泵压力变化或波动，这将防止流动控制器过调。本发明允许使用脉冲泵从浆料或其他液体供给容器直接进给流动控制器。本发明的最终结果是，与现有技术相比，机械上更简单、更直接且更便宜的共混方法。
在本发明的另一个方面，提供了一种提供液体(和任选地随后的共混浆料)的低压力波动流动控制的装置或方法，其包含：用于再循环原浆料或其他液体的再循环回路；与再循环回路流体连通的浆料或其他液体材料供给管线，所述浆料或其他液体材料供给管线具有第一流动控制器；所述第一流动控制器为闭环控制型；其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施和用于调节以下中的一者或多者或全部的措施：室交叠(chamber overlap)、气体背压、文丘里管压力及去往所述一个或多个隔膜或波纹管的气体和真空流；其中操作装置的方法包括将再循环回路中20％或更少的浆料或其他液体引导向浆料材料供给管线，或在其他实施方案中引导向流动控制***。在一些实施方案中，所述装置和方法包括用于待与原浆料混合来制备浆料共混物的浆料组分的第二流动控制器；所述第二流动控制器为闭环控制型；以及接头或歧管，在这里，原浆料和所述一种或多种其他浆料组分形成共混浆料。
在本发明的另一个方面，单独地或与其他方面一起，所述方法可还包括操作装置，使得在测量再循环回路中所述泵与连接浆料或其他液体材料供给管线的接头之间的浆料或其他液体供给压力时，泵中的气体背压等于或大于再循环回路中的浆料或其他液体压力。
在本发明的另一个方面，单独地或与其他方面一起，操作装置的方法包括调节泵中的气体背压和文丘里管压力至相等+/-10％。
在本发明的另一个方面，单独地或与其他方面一起，共混浆料或液体的装置或方法包括：用于再循环原浆料或其他液体的再循环回路；与再循环回路流体连通的浆料或液体材料供给管线，所述浆料或液体材料供给管线具有第一流动控制器；所述第一流动控制器为闭环控制型；用于待与原浆料混合来制备浆料共混物的浆料组分的第二流动控制器；所述第二流动控制器为闭环控制型；混合接头或歧管，在这里，原浆料与所述一种或多种其他浆料组分形成共混浆料；其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施和用于调节以下中的一者或多者或全部的措施：室交叠、气体背压、文丘里管压力及去往所述一个或多个隔膜或波纹管的气体和真空流；其中操作装置的方法包括在测量再循环回路中所述泵与连接液体材料管线的接头之间的液体供给压力时，使得泵中的气体背压等于或大于再循环回路中的液体压力。
本发明的另一个方面，单独地或与其他方面一起，为共混液体的装置和方法，其包含：用于再循环液体的再循环回路；与再循环回路流体连通的液体材料供给管线，所述液体材料供给管线具有第一流动控制器；所述第一流动控制器为闭环控制型；用于待与原浆料混合来制备浆料共混物的浆料组分的第二流动控制器；所述第二流动控制器为闭环控制型；接头或歧管，在这里，原浆料与所述一种或多种其他浆料组分形成共混浆料；其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施和用于调节以下中的一者或多者或全部的措施：室交叠、气体背压、文丘里管压力及去往所述一个或多个隔膜或波纹管的气体和真空流；其中操作装置的方法包括调节泵中的气体背压和文丘里管压力至相等+/-10％。
任何上述装置或方法，其中再循环回路中的背压控制器(或调节背压的措施)是手动可调、电子可调或气动可调的。
任何上述装置或方法，其中用于液体的第一流动控制器被设定在1-20或2-8或1-3升每分钟(LPM)下。
本发明的另一个方面提供了一种共混液体的装置和方法，其中所述装置和方法单独地或与其他方面一起包含：用于再循环第一液体的再循环回路；与再循环回路流体连通的第一液体材料供给管线，所述第一液体材料管线具有第一流动控制器；所述第一流动控制器为闭环控制型；任选的用于待与第一液体混合来制备液体共混物的第二液体组分的第二流动控制器；所述任选的第二流动控制器为闭环控制型；接头或歧管，在这里，第一液体与所述一种或多种其他液体组分形成共混液体；其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施、室交叠、气体背压、文丘里管压力及去往所述一个或多个隔膜或波纹管的气体和真空流的措施。
在本发明的另一个方面，所述装置或方法包括经流动控制以形成流动受控液体的附加组分流和附加组分供给管线。所述装置可包含用于供给和共混那些组分以构成混合物的附加流动控制器和/或歧管。
基于本文的描述，可选择市售的泵、控制阀、过滤器壳体、止回阀、控制装置、仪器、液体供给容器、背压控制器和混合器，使得装置起作用并使得共混物是根据本发明的并且精确、可重复、高纯度的且不为腐蚀产物所污染。
耐腐蚀性通常需要使用耐腐蚀塑料作为构造材料。一些耐腐蚀塑料包括聚乙烯、聚丙烯、全氟烷氧基树脂(perfluoroalkoxy)、聚四氟乙烯和聚氯乙烯。设备可由这些材料中的一者或多者及其他专门的耐腐蚀材料构造。这些设备有许多供应商可用。合适的泵的一些供应商包括Yamada、Ingersoll-Rand、Nippon Pillar、Wilden和Trebor。合适的阀的一些供应商包括Entegris、SMC、Swagelok、Gemu和Mega Flow Corporation。合适的控制设备的一些供应商包括Rockwell Automation、SMC、Trebor和Entegris。合适的过滤器壳体的一些供应商包括Pall和Entegris。合适的止回阀的一些供应商包括Entegris、SMC和Parker。合适的仪器的一些供应商包括Levitronix、Entegris、SMC、TEM-TECH和Gemu。液体供给容器的一些供应商包括Entegris和Schutz。用来调节再循环中的背压的背压控制器的一些供应商包括Gemu、Futurestar、Entegris和SMC。混合器的一些供应商包括Edlon和SMC。
在一个实施方案中，本发明的装置包含汲取管用来***到与再循环回路流体连通的浆料或液体供给容器中。再循环回路还包含与其流体连通的泵、三通或其他接头以连接到与再循环回路流体连通的原浆料或液体供给管线。液体供给管线或供给可为本发明的装置的一部分的任选的混合或共混设备，或供给用于液体的工具或其他下游用途(其不为本发明装置的一部分)。浆料或液体供给容器含有原CMP浆料或其他液体(原CMP浆料指在使用前原浆料必须用水或稀释剂稀释和/或与化学组分合并)。再循环回路的浆料或液体供给容器、泵、流动控制器和所有其他部件(构件，非化学组分)之间的连接可(优选)经由连接这些部件(构件)的管，以便流体可自由地从上游部件的流体出口端口流向下游部件的流体入口端口(管可由管道等替代)。
泵经由两个气体端口连接到泵控制设备。术语“气体”用来统指压缩清洁干燥空气(CDA)、氮气和/或其他惰性气体，通常为CDA。泵、泵控制设备和气源之间的连接应理解为指管将气体连接到泵并与连接液体供给容器、泵和流动控制器的再循环回路的管分开。高纯度且耐化学的流体连接可通过在泵、液体供给容器、流动控制器及其他部件上使用适合Flare或Female National Pipe Taper(FNPT)端口的全氟烷氧基树脂(PFA)管和PFA配件来形成。气体连接可通过在泵气体入口、螺线管和气源上使用适合FNPT或一键式端口的聚乙烯或尼龙管和聚丙烯配件来形成。附接到气体供给的泵控制设备开关螺线管阀以分别供给泵的两个室。每一个螺线管的开关次数由泵控制设备中加载的控制程序控制。螺线管阀连接到三通，三通又连接到气源。泵控制设备连接到更高级别的控制设备，其根据需要操作泵控制设备。
回到再循环回路，在三通或其他接头(称为三通，但应理解，接头可以是再循环回路与液体供给管线之间的任何形状连接器)处：三通的一侧直接或间接地流体连接到泵，三通的第二侧连接到最终连接至液体供给容器的返回入口(并且是再循环回路的一部分)的管线，三通的第三侧经由液体供给管线(本文中也称液体材料供给管线)向流动控制设备(流动控制器)供给液体。三通的液体返回侧由针阀连接到可变面积流量计(“转子流量计”)和/或与可变面积流量计(“转子流量计”)流体连通(针阀充当背压控制器，在替代的实施方案中，针阀可为不同类型的背压控制器，其他如下所述)。针阀为调节再循环回路中的背压的措施。针阀连接到液体供给容器或与液体供给容器流体连通，液体供给容器优选具有***其中的第二较短的汲取管以便液体从再循环回路返回。三通的第三侧连接到流量计(流动控制器的一部分)。流量计以电子方式连接到控制设备或电路，控制设备或电路接收设定点信号、计算设定点与实际流量之间的差异并产生调节信号。该调节信号被送往控制阀。控制阀定义为能够响应于气动或电子信号而部分或完全地打开或关闭的阀门。设定点由更高级别的控制设备供给或以其他方式输入到控制器中。流量计连接到以电子方式运行的控制阀。该控制阀响应于由控制设备提供的调节信号而打开和关闭。流量计和控制阀也被称为流动控制器。流量计可在控制阀的下游或者控制阀可在流量计的下游。控制阀或流量计的下游被流体连接到止回阀。在一些实施方案中，止回阀连接到管线中的第二个三通(应理解其可为任何形状的接头)。
注意，为描述本发明的任何和全部方面及部分所使用的任何“连接到”可用术语“流体连接到”和/或“与其流体连通”来替代。此外，应理解，术语“连接到”指装置的部件可与管的一个或多个段和/或其他管道和/或连接件和/或其间连接的其他件或部件彼此直接或间接地连接。在任何描述连接的地方，可在其处添加“直接或间接连接到”等。
在某些实施方案中，刚刚提及的第二个三通的一侧连接到控制阀或流量计的出口。所述第二个三通的第二侧连接到任选的混合设备，该任选的混合设备连接到用于共混的液体的贮存器或使用点。所述第二个三通的第三侧连接到止回阀、任选的流动控制器和第二液体组分的源，第二液体组分被称为化学组分，如水、氧化剂等。任选的混合设备或混合器混合两种成分以便它们充分混合。混合器连接到贮存或使用共混液体产物的贮存器或使用点。
在某些实施方案中，第二化学组分(也称为成分)的源可由外部***供给。第二成分源可连接到第二流动控制器。如果存在，该流动控制器可包含流量计和控制阀。控制阀和流量计二者均连接到可如上述第一流动控制器操作的控制设备。控制阀的下游，或在一些实施方案中，流量计的下游，为第二止回阀。第二止回阀连接到第二个三通。
在替代的实施方案中，本发明的两个低压力波动流动控制装置可一起使用。例如，上述实施方案的第二流动控制器可为如本文所述的单独的低压力波动流动控制装置的流动控制***(再循环回路下游)的一部分。
前面的段落已描述本发明的装置的实施方案。在替代的实施方案中，所述装置可单独地或以任何组合包含以下中的一者或多者：另外的混合设备、流动控制器、过滤器壳体、电子或气动控制阀以调节回路中的背压、含有滑梭的泵、无控制器的泵、流量计、压力传感器、脉动阻尼器、减震器、流量开关、气动阀、手动阀和Y型粗滤器。这些元件可在再循环回路中的各种点处或在装置的管道或管中的其他地方单个或多个地添加。
本发明的方法可用来克服现有技术装置的问题，包括：装置在再循环管线中包含过滤器壳体时，难以在启动过程中从***移除气体；难以同时取得高流量、高压力和低压力波动；和难以在流量控制器从再循环回路抽出液体时保持低压力波动。取决于磨料，CMP液体需要1-2.5ft/s的最小流量，以防止磨料的沉降。通常，在1/2”管中，需要大约3.3LPM来保持最小2.5ft/s的速度。本发明的方法寻求向流动控制器提供约3.3LMP的流量以防止沉降。取决于流动控制器型号和品牌，一些流动控制器需要在12PSIG或更低压力下运行。本发明的方法寻求向流动控制器提供至少12PSIG的液体压力以确保流动控制器的运行不受损害。从再循环回路向流动控制器引导液体的流动以共混将带来另一挑战。再循环回路中的流量和压力必须满足先前描述的最低要求。当液体被转向流动控制器时，再循环回路中的压力将降低，从而增大回路中的压力波动。本发明的方法提供了一种提供再循环回路中待保持的合理压力和流量的装置和方法。
使所述待解决的问题的解决方案复杂化的是流量、压力和压力波动因素相互作用显著的事实。背压和流量不利地相互作用。这意味着高背压将导致低流量。最开始，背压-流量的相互作用导致只有当背压不足时流量才足够，反之亦然。需要针对此相互作用的解决方案来使得装置对于CMP浆料或液体共混应用正常地工作。这导致了优化实验，其发现了克服问题的设置、降低了流量-背压相互作用并允许流量和背压是同时足够的。在优选的实施方案中，当泵在运行中时，液体的至少一些部分连续地流动通过再循环回路的所有部分，而液体的其他部分(余量)流向流动控制器。
附图说明
图1为本发明的装置的一个实施方案。
图2为本发明的装置的第二个实施方案。
图3为本发明的装置的第三个实施方案。
具体实施方式
本发明的装置和方法被设计用于提供受控的流动以便将原CMP浆料与其他化学组分共混来制备共混浆料。应认识其可用于任何液体。还应认识可一起使用多个装置来向单个共混装置进给不同的液体。还应认识，本发明的装置和方法可用来直接提供例如需要良好受控的液体流动的任何工具(不仅仅是共混装置)或用途。因此，应理解，本文中术语“浆料”、“原浆料”或“CMP浆料”的任何使用均可用“液体”代替，并且“液体”的使用可用“浆料”、“原浆料”或“CMP浆料”代替，除非上下文有不同要求。此外，本发明的装置可描述为具有附接至其的共混设备。应理解，可用任何工具或下游用途替代本文描述或示出的混合或共混设备。
本发明的或本发明中使用的接液部件由耐化学品的高纯度材料如全氟烷氧基树脂(PFA)或聚四氟乙烯(PTFE)或类似类型的材料制成，另有指出除外。与管的设备液体端口连接件用由耐化学品的高纯度材料如PFA或PTFE制成的配件如Flare、Primelock、NPTF、NPTM或其他配件制造，另有指出除外。一些设备还具有空气端口。空气端口配件和管可由非-PFA、非-PTFE材料制成。
本文中术语“流量计”的使用包括通过仪表、表盘或电子显示器等测量流速测量值并显示该测量值的流量计、以及可用来将流速测量值以电子方式传送给控制器的流量变送器。
术语“电连接”的使用包括任何形式的信号通信，其可以是通过硬线或无线电或电波。
图1示出了本发明的装置，其包含再循环回路100，再循环回路100包含以下部件：液体供给容器1、抽吸汲取管2、液体转移泵3、泵控制器4、气源5、过滤器壳体6、接头或三通7、可变面积流量计8与针阀9、和返回汲取管10。该再循环回路从再循环回路向与再循环回路流体连通的流动控制器100供给液体。如果液体为原浆料，则可使其与另一浆料组分流合并来形成共混浆料。
在图1中，本发明的装置包含至少一个液体转移泵3来从液体供给容器1取出液体。液体通常在55加仑的液体供给容器或300加仑的托特包(tote)中供给。通常，液体供给容器仅在顶部上具有开口，由此通常需要***液体供给容器中并在泵运行时提供抽吸的汲取管2。汲取管2通常足够长，以便尖端靠近液体供给容器的底部，使得液体供给容器中的大多数液体可被取出。还需要具有吸升能力的泵，以便该泵可将液体提升出容器。泵还必须提供足以供给流动控制器的流速。在装置中操作泵必须在流动控制器100入口处产生低的压力波动。泵入口端口可以是Flare、FNPT或带法兰的。泵入口端口尺寸可为1/4”、3/8”、1/2”、3/4”或1”。泵出口端口可与泵入口端口具有相同的尺寸或具有不同的尺寸。优选的实施方案泵端口尺寸为入口1/2"、出口1/2”，具有Flare配件。所述泵可为Trebor Purus CP。
泵3限定为具有吸升能力的类型，通常是具有一个或多个隔膜或波纹管的波纹管泵或隔膜泵，在一些实施方案中为双隔膜或波纹管。泵3的最大流量可与流动控制器100的最大流量匹配，或者泵3可在流动控制器100的最大流量的1至3倍之间供给，或者泵3可在流动控制器100的最大流量的1至5倍之间供给。泵3可选择为使得当其在泵送中时其供给50LPM的最大流量或25LPM的最大流量或6LPM的最大流量。可选择流动控制器100来控制流量为0-20LPM或0-10LPM或0-5LPM或0-2.5LPM或0-1.25LPM。
本实施方案的泵3可为低压力波动泵。低压力波动是由具有两个独立的隔膜室(第一室和第二室)的泵产生的，所述室分五步操作。在每一步中，泵排出几乎恒定的液体流。在第一步中，第一室处于压力下(排放)而第二室处于真空下(抽吸)。在第二步中，第一和第二室都处于压力下(排放，交叉相位(cross-phase))。在此步骤中，术语“交叉相位”指该泵平衡地合并来自两个室的排放的能力，从而防止现有技术中指出的往复泵转换压降。在第二步中，第一室压力下降，同时与之并行地，第二室压力升高。在第三步中，第一室处于真空下(抽吸)而第二室处于压力下(排放)。在步骤4中，第一和第二室都处于压力下(排放，交叉相位)。在步骤4中，第一室压力升高，同时与之并行地，第二室压力下降。步骤5重复步骤1来开始新的5步循环，该循环重复一次又一次。随着循环的进行，每一个室交替地处于压力下、然后真空下，其间是交叉相位。
泵3具有最大先导压力80psig和最大液体压力60psig。泵3的最大流量为6LPM。以10-20的循环率和50％的交叠，该泵的标称运行参数产生约3LPM的流速。可以以20-30psig的背压运行该泵，实际上这将改善泵3的压力波动抑制，该压力波动抑制可由背压控制器提供，在本实施方案中，背压控制器为针阀9和旋转流量计8。该泵解决了当室从抽吸向排放转换时在大多数隔膜泵中发现的压降问题。该泵采用交叉相位排放，而不是在转换过程中发生压降。这使得压力在现有技术泵经历压降的时间段过程中保持稳定。此泵中无压力波动抑制设备。其设计因此对于与脉动阻尼器有关的可靠性顾虑而言是稳健的。
泵3优选尽可能低地位于装置中。其可安装在鞍座(未示出)上，鞍座将泵抬离地板以使得传递到装置的其余部分的振动最小化。该泵由气体操作。该低压力波动泵3构成第一级压力波动抑制。
本发明的装置还包含连接到泵并控制泵的泵控制器4。泵控制器从气源向泵的一个或多个隔膜或波纹管供给气体。泵控制器还向泵的隔膜或波纹管供给负压(真空)。泵控制器可分别向泵的隔膜或波纹管供给气体或真空。在一个实施方案中，泵控制器可包含可编程逻辑继电器、两个螺线管阀、两个文丘里真空发生器、两个限制去往泵隔膜或波纹管的气体或真空流的可变节流螺母、精密调节器、排气消音器以及用于连接控制器的件的管和配件。可编程逻辑继电器(PLR)电连接到螺线管。在运行中时，当由PLR存储器中加载的应用程序所指示时，PLR将打开和关闭螺线管。当螺线管关闭时，文丘里真空发生器向泵气体端口供给负压。PLR和螺线管阀是电子的并需要电源。精密调节器控制泵中的气体背压。螺线管阀向可变节流螺母供给气体。可变节流螺母各供给泵的一个隔膜。泵控制器的精密调节器、文丘里和螺线管阀均需要气源5。一种可用的泵控制器可自Trebor得到。
本发明的装置还在一个或多个过滤器壳体、示出为单个过滤器壳体6中包含任选的一个或多个过滤器。图1在泵的排放侧上示出了过滤器壳体。作为另外一种选择或除此之外，本发明的替代实施方案将在泵的抽吸侧上、或流动控制器的入口旁边、或针阀与液体供给容器之间放置一个或多个过滤器壳体。过滤器壳体可以是任何尺寸，例如竖直长度10至20英寸或10或20英寸，并可由聚丙烯或PFA材料制成。壳体可正面朝上，碗状物位于入口和出口端口下方，或倒置，碗状物位于入口和出口端口上方。壳体还可在碗状物的底部上而不是壳体的侧面上具有入口端口。优选的实施方案是将过滤器入口布置为靠近泵排放端口，即泵排放端口的24英寸内或12英寸内，具有倒置的碗状物和侧入口。
本发明的装置还在再循环回路中包含接头或三通7。三通提供将液体再循环回液体供给容器的路径以及供给液体流动控制器的路径。如果液体为CMP浆料，再循环路径可用于保持装置中和液体供给容器中稳定的胶体悬浮液，以保持CMP浆料或其他液体均匀、不沉降。液体供给容器中抽吸2和返回10***管的不同长度提供一种破坏浓度或密度梯度的措施，因为再循环使液体供给容器翻转过来。再循环回路还具有调节再循环回路中的背压的措施，如针阀或气动或电子控制阀或流动控制器。
在三通7下游的一侧上，本发明的装置如图所示还包含可变面积流量计8和针阀9作为调节再循环回路中的背压的措施。流量计8通过窗口后面的浮子的移动来提供流动的视觉指示，窗口被标示来指示流动。关闭手动操作的针阀9将使得阀上游的背压增大，导致流量减小。在本发明的替代实施方案中，流量计8可为电子流量计。在替代的实施方案中，阀9可为电子或气动动力控制阀。在替代的实施方案中，阀9可为靠来自加到控制阀上游再循环回路的压力传感器的反馈来运行的控制阀。
在三通7下游的另一侧上，本发明的装置还包含任选的隔离阀11，其可为气动阀11。该阀可用来阻断去往流动控制器的流动，以允许流动控制器的维护或更换而同时使***的其余部分保持运行。
本发明的装置还包含液体流动控制器100。流动控制器100包含流量计12、控制阀13和控制设备(控制器)14。流动控制器100流量计12可靠超声波、旋转涡轮或轮、涡流、电磁、科氏力(coriolis)或差压原理来运行。优选的流量计运行原理为差压，其将提供任何运行原理中最快的响应。流量计12以电子方式连接到控制设备14并且流体从流量计12流向控制阀13。控制阀13是常闭的。当由控制设备14所指示时，控制阀13将部分或完全打开，取决于流量计12所感测到的流量。流动控制器单元具有不同的流量范围。用于本发明中的流动控制器由Entegris制造。流动控制器的可用受控调节器13可具有由具有封闭构件的轴接合的上隔膜和下隔膜，所述轴穿过阀孔。下(入口)隔膜将响应于压力波动而移动封闭构件。此嵌入于Entegris 6510流动控制器中的受控调节器13构成第二级压力波动抑制。因为图1中受控调节器13如图所示在流量计12的下游，故压力波动抑制效应不能由流量计12测量到。在一些流动控制器中，流量计12和控制阀13以单一体嵌入在装置中。使用如图2和3的实施方案中所示其中流量计在控制阀或调节器下游的流动控制器可能是有利的。
流动控制器200的性能取决于流量计12的速度和精度、控制设备14的控制算法的速度和精度、控制阀13的速度和精度及去往流量计12的入口处的压力和压力波动。当压力波动低时，共混结果将改善。泵3的压力波动是影响装置中的压力波动的一个因素，但不是唯一的因素。其他因素包括过滤器壳体(如果存在)的取向、过滤器壳体中可能位于倒置的过滤器壳体的顶部中的气体的存在、过滤器壳体中截留的气体的量、截留的气体的压力、过滤器壳体中截留的气体对液体的比率、过滤器壳体中的过滤器、过滤器壳体的尺寸、由背压控制设备9提供的泵压力波动的补偿、以及管尺寸、容积和取向。影响流动控制器精度的其他因素有供给到流量计9的压力和流量。
本发明人已设计一种装置，其包含泵3、过滤器壳体6、管和背压控制设备9，其向流动控制器100的流量计入口提供低的压力波动、足够的流量和足够的压力。该装置仅需要一个泵。如前面已提到的，制造这些设备中的每一种的合适类型的供应商有若干。本发明不限于一个供应商或设备。此外，供应商将提供这些设备中每一种的若干尺寸。例如，本发明的泵可具有1/2”Flare端口并供给3LPM的流量，或者1”Flare端口和100LPM的流量。
当装置中的压力波动显著时，共混性能将降低。流量计12快速检测该波动。控制设备14响应于波动向控制阀13发出调节信号。控制阀、流量计和控制设备为快速响应设备，但不是即刻响应。当压力波动大于+/-10％、或+/-5％或+/-3％时，响应的滞后将成问题。来自现有技术的隔膜泵的压力波动脉冲是高频的。当波动频率高于流量计12、控制阀13和控制设备14的滞后时间的总和(这称为“流动控制器滞后”)时，流量计12检测变化和控制设备14向控制阀13发出调节信号将发生得太慢而无效。为了有效，必须减小流动控制器滞后或是降低脉冲频率。本发明提供了一种降低脉冲频率以确保流动控制器具有足够的响应时间的方法。
本发明的装置还包含液体止回阀15。在图1中所示的实施方案中，止回阀连接到三通，该三通连接到供给管线40，供给管线40含有待与第一液体组分共混以制备共混液体的第二液体组分，所述共混液体可为共混浆料。第二成分可由加压源供给。如果第二成分的压力高于第一成分的压力，则会有回流而不是混合。止回阀15将防止回流，从而确保混合的发生。
本发明的装置还包含连接到止回阀15和止回阀22二者的下游的三通23及在三通23的下游的混合设备16。三通单独地或与任选的一个或多个止回阀和/或任选的一个或多个混合设备外加连接这些任选的设备的管组合地产生混合歧管。这里描述的混合歧管是简单的混合歧管，其混合两种成分，并可只是接头或三通。或者，可向其添加另外一个和/或多个止回阀、混合器和三通。或者，可使用以任何组合具有一个或多个三通、一个或多个止回阀和一个或多个混合器的第二歧管来混合另外两种成分。第二混合歧管后可为最终的混合器，其将前两个歧管的产物合并为最终产物。两个混合歧管外加最终的混合器为本发明的混合至多四种成分的实施方案。另一个实施方案为同时混合三种成分的单一混合歧管。可以有许多不同的组合。
混合歧管可经由流动控制器供给以待混合的成分。它们也可由容量瓶、压力容器或泵供给。在其他实施方案中，混合歧管可构造为将成分会合于一起而不使用三通。无三通歧管通过在单件材料中形成具有多个流体端口的多个通道来使成分会合于一起，由此通道在歧管内汇集于一起。歧管可为单个塑料歧管。这些一体化的混合歧管可具有物理附接到歧管的止回阀。
混合歧管或混合器可采用若干混合技术。一种常见的混合技术是通过流路中特殊设计的插件在流路中产生湍流。这些插件已使用计算流体动力学和实际测试设计，故它们将产生足够的湍流来帮助成分的混合。另一混合方法为气旋混合，其将两种或更多种成分在碗状物中一起旋转，使每一种成分通过螺旋衬套，该螺旋衬套对成分赋予扭转动作，有助于它们的混合。
如图所示，本发明的装置还包含第二成分贮存器18。该贮存器可被加压以供给批量化学品分配歧管，从而分配到使用点。所述本发明的装置将为一个这样的使用点。
如图所示，本发明的装置还包含任选的第二成分流动控制器200。任选的流动控制器200如图所示包含流量计19、控制阀20和控制设备21。流量计19连接到控制阀20。流量计19还电连接到控制设备21。控制阀20也电连接到控制设备21。流动控制器200的运行类似于已在上文描述的流动控制器100的运行。对于流量计12和19而言，端口尺寸、流量范围和压力范围可相同或不同。控制阀13和20可具有相同或不同的端口尺寸、最大流量、内孔尺寸和其他特性。
供给到流量计19入口的压力的变化必须最小化以使共混精度最大化。压力分配***中压力的变化通常小于+/-10％、或+/-5％或+/-3％，优选地，发生的任何变化通常是低频的，变化的类型是流动控制器可容易地控制的。
本发明的装置还包含用于共混产物的贮存器17。通常，在分配到使用点或进一步过滤或其他处理之前，产物被贮存在罐中或其他容器中。本发明的一个替代实施方案将为小贮存器或无贮存器，其将共混产物直接分配到使用点。还常见的是绕过贮存器17并将共混产物引导向废物泄放管达一段时间以充填共混歧管和供给装置中的管线，从而移除老化的产物，以便流动控制器具有足够的时间来稳定化。流动控制器通常在3秒后稳定，这意味着至少3秒的管线充填时间是最佳的。在管线充填时间已到后，装置将填充贮存器17或分配共混浆料产物到使用点，或是以一些其他方式处置共混浆料产物。
本发明的方法解决了发明背景中提到的问题。这些问题与不同条件(过滤、灌泵和一般操作)下的物理量：流量、压力和压力波动有关。目标是向流动控制器的流量计的入口提供足够的流量、足够的压力和极小的压力波动。
图2中示出了本发明的另一个实施方案。如图2中所示，化学品容器1含有将被递送至流量计12a的液体。该液体可为高纯度半导体级化学品、CMP浆料或任何液体。抽吸管线28连接化学品容器到波纹管泵3a。抽吸管线可优选为由Daikin AP-231SH树脂制成的1/2”外径的Entegris Fluoroline XKT管。来自Saint Gobain或Zeus或其他树脂如Dupont 450HP或950的替代管也是合适的。可使用较大的直径，如3/4”或1”，来改善抽吸管线性能。***中的其他管为相同的Entegris Fluoroline XKT管，另有指出除外。
在一些替代的实施方案中，抽吸管线28可含有粗滤器、手动隔离阀或气动气控阀。
泵3a为具有中等压力波动的波纹管泵。一种可用的泵可得自Saint Gobain Asti。中等压力波动是由空气消耗量为6SCFM或更少的波纹泵产生的，其最大泵运行压力为0.5MPa或更小。这产生具有较低频率和振幅的压力波动。泵优选尽可能低地位于装置中。其可安装在鞍座上以使得传递到装置的其余部分的振动最小化。该泵由空气或氮气或其他惰性气体操作。惰性气体经由空气管29供给到泵3a的先导端口。空气管的外径优选1/8”或更大。管29可由FEP或其他塑料制成。如果管线长于3米，则供给泵的空气管29可能需要较大的外径。泵3a由控制器4a供给，控制器4a由管29连接。在一些替代的实施方案中，空气管29可含有2-通或3-通螺线管致动阀来打开和关闭向泵的空气供给。
泵3a优选在0.35MPa的先导压力下运行。最大先导压力为0.5MPa，最小为0.2MPa。
控制器4a优选为Numatics Sentronic D或Sentronic Plus。该控制器具有用于接收设定点、功率和来自流量计34的外部反馈信号35的电连接器。控制器接收来自流量计34的信号。该信号成为控制器4a固件中设置的级联控制方案的基础。级联控制意味着有两个回路：一个从属回路和一个主回路，主回路提供从属回路的输入。主回路以外部反馈(流量计34)来运转。从属回路以出口压力变送器来运转，出口压力变送器在控制器4a内部并测量管线29中的压力。当在流量计34设定点与流量计反馈信号35之间存在差异时，这将导致控制器4a内的内部压力设定点的改变。改变的主动性取决于主固件的调整方式。这又导致内部压力变送器在压力控制回路中记录误差信号。压力变送器误差导致控制器调节向泵33a的压力供给。改变的主动性取决于从属固件的调整方式。固件中存在许多将影响控制器对信号的响应的参数，这些参数可由工程师调节。固件设置为使得压力范围为0.5-0.2MPa。总而言之，控制器4a接收来自流量计的信号并调节对泵33a的压力供给以维持流速设定点。
泵33a经由管连接到任选的过滤器壳体6。该过滤器壳体与第一个实施方案中描述的相同。
过滤器壳体6经由管连接到圆顶加载压力调节器30。可用的调节器可得自SMC，流动容量为40LPM(在其他实施方案中，调节器的体积流动容量可为大约20至50LPM)。这与泵3a的最大体积流速2.5GPM(9.5LPM)相比，比率为大约4:1。在其他实施方案中，该比率可为2.5:1至5.5:1或3:1至5:1或3.5:1至4.5:1。最大压力(先导和液体)为0.5MPa，0.4MPa(先导和液体)为实际的标称运行最大压力。最大压力波动抑制的最佳先导压力范围为0.15+/-0.05MPa。先导压力越低，(液体的)压力波动抑制得越好。先导压力控制阀门开度％；较低的压力导致较小的阀门开度。这将减小流速。当泵3a被供给以0.35MPa的先导压力且调节器30被供给以0.1MPa的先导压力时，***中的流速为约3LPM，压力波动如此小以致转子流量计的浮子是明显稳定的。在0.2MPa的调节器30先导压力下，转子流量计的浮子将略微摆动，表明有小量的压力波动。在0.2MPa下的较大调节阀开度将使得流速增大。该调节器构成第一级压力波动抑制。
圆顶加载调节器30为减压调节器。这意味着向调节器30供给0.1MPa的先导压力将使得出口液体压力减至低于0.1MPa。液体供给压力必须为至少0.2MPa以获得0.1MPa的出口压力。更高的入口压力(0.35MPa为泵的标称运行先导压力)将导致更大的减压和更高的压力波动抑制有效性。
圆顶加载调节器30经由空气管31提供压力。该管外径可为1/4”或5/32”，并由任何塑料材料制成，但优选FEP。该管通向直接操作的空气调节器32。使用的常用部件可得自SMC。存在许多可商购获得的其他部件。
调节器30连接到流量计34。连接它们的管是耐化学品的PFA，并可具有任何足够大以处理来自调节器30的流速的尺寸。优选1/2”管尺寸。一种合适的流量计部件来自SMC。流量计34与控制器44电连通，这由虚线35示出。在一些实施方案中，流量计34为可变面积流量计，如可得自Futurestar的那些。
流体接下来通过三通7。第一支路10为去往化学品容器1的返回管。这为未被流动控制***200消耗的液体的再循环提供路径。
再循环回路300包含(任选的化学品容器1)、抽吸管2(***到化学品容器1中)、泵3a、调节器30、流量计34和返回管10及位于返回管10(***到化学品容器1中)上的一个或多个背压单元24a和24b。调节器位于泵的下游，流量计位于调节器的下游。调节器可为以电子方式控制的调节器或以机械方式控制的调节器。该回路可被称为泵流量控制回路，因为流量计34、泵3a和控制器4a组合起来控制泵流量。
在一些替代的实施方案中，返回管线10(其位于接头7的下游)可具有以下中的一者或多者：过滤器、手动隔离阀、气动气控阀、具有可变面积流量计8和手动背压控制阀9的手动背压控制***24a、和/或具有电连接到控制器26的压力传感器25的背压控制***24b，其中控制器26控制气动致动的控制阀27。
接头7的下游为流动控制***100，其具有流体连接的圆顶加载调节器13a、流量计12a和任选的隔离阀11，此外还具有经由电连接30与流量计连通并控制调节器13的控制器14a，因为所述装置的这一部分的目的是控制通过流量计12a的流量。调节器13a流体连接到管36，管36经由任选的隔离阀11连接到三通7并由此连接到再循环回路300。在一些实施方案中，可用的隔离阀可为气动或手动隔离阀11，其流体连接于三通7与调节器13a之间。
隔离阀11下游的管28进给调节器13a和流量计12a。管尺寸可优选为外径1/4”。由于调节器13a由电子控制器14a(其从流量计12a获得信号输入并控制控制器14a内的阀(未示出)，控制器14a控制气体经由管线39从气体供应5向调节器13a的流动)控制，故其可被称为受控的调节器(这与调节器30不同，调节器30被供给以来自手动调节器32的气压，手动调节器32使用固定手动调节方法)。此外，由于受控的调节器13a和14a还具有受控的阀(也称控制阀)并响应于流量变送器12工作，故这三个部件一起也可被称为流动控制器。
管36连接到圆顶加载压力调节器13a。可用的调节器可得自SMC，流动容量为4.5LPM。最大压力(先导和液体)为0.5MPa，0.4MPa(先导和液体)为实际的标称运行最大压力。最大压力波动抑制的最佳先导压力范围为0.15+/-0.05MPa。先导压力越低，压力波动抑制得越好。先导压力控制阀门开度％；较低的压力导致较小的阀门开度。这将减小流速。当来自压力调节器30的输出压力为约0.2MPa且压力调节器13a被供给以0.1MPa的先导压力时，调节器将减小液体压力至低于0.1MPa，同时抑制压力波动。该调节器13a构成第二级压力波动抑制。在此实施方案中，压力波动抑制的效果由压力调节器13a下游的流量计12a测量。
调节器13a经由空气管37连接到控制器14a。空气管37外径将为1/4”或5/32”并优选为FEP，但可为任何塑料。控制器14a为Sentronic D或Plus。该控制器以与针对44a所述相同的方式运行，不同的是该控制器调节去往调节器13a的气压。控制器固件设置为向调节器13a供给0.15+/-0.05MPa的气压范围。总而言之，控制器14a接收来自流量计12的信号并调节对调节器13a的气压供给以维持流速设定点，如由流量计12a所测量的。
调节器13a经由管连接到流量计12a。流量计12a经由电连接件39连接到控制器14a。流量计12a可为Levitronix Leviflow超声波流量计，流量范围为0-4LPM。甚至当液体压力低于10psig时，超声波流量计也可精确地测量流速。
控制器14a、调节器30和控制器4a均由调节器40供给。调节器40为较大容量的调节器，最大流速能力为1500LPM。常用部件来自SMC。存在许多可商购获得的相似部件。调节器40由加压气体通常是空气或氮气供应5供给。
在流量计12a之后，流体流动通过防止回流的止回阀15，然后流向工具或流入***的另一部分中，所述另一部分可以是如上所述并如图1中所示用于共混的部分。可在其中消耗或共混等多个液体组分的更大***中采用多个(多于一个)各包含再循环回路和流动控制***的低压力波动流动控制装置。可用的止回阀包括来自Entegris或Parker的那些。
图3中示出了本发明的第三个实施方案。本实施方案的泵333为包含双隔膜的低压力波动泵。该泵同实施方案1的泵那样运行。抽吸和排出行程(stroke)与抽吸和排出之间发生的交叉相位排出阶段交替。该泵减少了在大多数其他隔膜或波纹管泵中发现的压降，并且没有一体的脉冲阻尼器，脉动阻尼器可能是不可靠的。泵3b具有100psig的最大先导压力和80psig的最大液体压力。泵3b的最大流动容量为20LPM。这是比实施方案1的泵更高的压力和流动容量。
泵3b的双室分别经由空气管29和29a供给。空气管优选外径3/8”或更大。管29和29a可优选为FEP，但任何塑料都是合适的。泵3b由控制器4供给，控制器4由管29和29a连接。泵3b优选为Trebor Evolve 20“X”型。该泵3b构成第一级压力波动抑制。
控制器4优选为Trebor PC15-02。该控制器与图1中描述的相同。
在图3中，控制器4自流量计34接收反馈信号。该控制器应包括PID控制器功能，并可编程为当流量计26测得的流速与供给控制器4的设定点之间存在差异时改变泵速。另外，该控制器应编程为改变交叠百分数，使得交叠随泵循环速率的增大而减小。
泵3b经由管连接到位于泵下游的任选过滤器壳体6。该过滤器壳体与图1中描述的相同。
任选的过滤器壳体6经由管连接到下游的圆顶加载压力调节器30a。可得自SMC的可用调节器具有91LPM的流动容量。这与泵3b的最大流速20LPM相比，比率为约4.5:1。在此实施方案中，最大压力(先导和液体)为0.5MPa，0.4MPa(先导和液体)为实际的标称运行最大压力。最大压力波动抑制的最佳先导压力范围为0.25+/-0.05MPa。如先前所述，较低的先导压力产生较低的压力波动，但也提供较低的出口压力和较低的流速。与来自泵3b的较高压力供给组合，所述调节器可在较高的出口压力下运行，同时有效地抑制压力波动。最佳地，泵3b应将离开泵的液体在60-70psig下供给至调节器30a。该调节器30a构成第二级压力波动抑制。
圆顶加载调节器30a经由管31被提供以气压。该管外径可为1/4”或5/32”，并由任何塑料材料制成，但优选FEP。该管通向直接操作的空气调节器32，该空气调节器可得自例如SMC。
调节器30a连接到流量计34。连接它们的管33是耐化学品的材料，并可具有任何足够大以处理来自调节器30a的流速的尺寸。优选1/2”的管尺寸。合适的流量计部件为SMC所制造的1.8-20LPM流速的涡流流量计。流量计34经由电连接器35连接到控制器4。在一些实施方案中，流量计34为可变面积流量计，如来自Futurestar。
流体接下来通过三通7。第一支路10为去往化学品容器1的返回管。这为未被流动控制***消耗的液体的再循环提供路径。
再循环回路300具有任选的化学品容器1、置于化学品容器1(当其存在时)中的抽吸管2、泵3b、调节器30a和在三通7上游的流量计34、附接到三通(并在三通下游)的返回管10及任选地回到化学品容器1的返回管10中的背压单元24a和24b。再循环回路300也可被称为泵流量控制回路300，因为流量计34、泵3b和控制器5组合起来控制来自泵的液体的流量。如图所示，再循环回路还具有过滤器6。在替代的实施方案中，可在再循环回路中包含另外的部件。
例如，在一些替代的实施方案中，返回管线10可含有以下中的一者或多者：过滤器、手动隔离阀、气动气控阀、由可变面积流量计8和手动背压控制阀9组成的手动背压***24a、或由电连接到控制器26的压力传感器25组成的背压控制***24b，所述控制器26控制气动致动的控制阀27。
圆顶加载调节器13b、流量计12b和控制器14b的组合被称为流动控制***100，因为该回路的目的是控制通过流量计12b的流量。调节器13b连接到管36，管36经由阀11连接到三通7。
另外，在一些替代的实施方案中，可在三通7与调节器13b之间存在任选的气动隔离阀11，或在三通7与调节器13b之间存在手动隔离阀，或二者。
管36向调节器13b和流量计12b提供流体。管尺寸可优选为外径3/8”。管36连接到圆顶加载压力调节器13b。优选的调节器来自SMC，具有15LPM的流动容量。最大压力(先导和液体)为0.5MPa，0.4MPa(先导和液体)为实际的标称运行最大压力。最大压力波动抑制的最佳先导压力范围为0.15+/-0.05MPa。在0.1-0.2MPa的先导压力下运行时调节器13b将获得比图2中所示第二实施方案的调节器13b在压力波动抑制的有效先导压力范围内运行时更高的流速。该调节器13b构成第三级压力波动抑制。在此实施方案中，压力波动抑制的效果将由压力调节器13b下游的流量计122b测量。
该调节器经由管37连接到控制器14b。空气管37外径将为1/4”或5/32”并优选为FEP，但可为任何塑料。控制器14b可为Sentronic D或Plus。该控制器以与针对4a(图2)所述相同的方式运行，不同的是该控制器调节去往调节器13b的气压。控制器固件可设置为向调节器13b供给0.15+/-0.05MPa的压力范围。总而言之，控制器14b接收来自流量计12b的信号并调节对调节器13b的压力供给以维持流速设定点。
调节器13b经由所示的管连接到流量计12b。流量计12b经由电连接件38连接到控制器14b。流量计12b可为Levitronix Leviflow超声波流量计，流量范围为0-20LPM。甚至当液体压力低于10psig时，超声波流量计也可精确地测量流速。
控制器14b、调节器30a和控制器4均由调节器40供给。调节器40可为较大容量的调节器，最大流速能力为1500LPM，来自例如SMC。调节器40由供应5供给空气或氮气。
在流量计112之后，流体流动通过防止回流的止回阀15，然后流向***的另一部分中以便混合或作其他用途。止回阀下游计量的量的液体可如图1中所示的那样被引导到装置的混合部分中以形成共混液体。可使用Entegris或Parker止回阀。可在用于多个液体流的更大***中采用多个泵回路100和流动控制单元100。
在使用中，操作人员通常必须连接含有液体的液体供给容器并***汲取管2。泵开始运行，使用抽吸来从容器取出液体。液体从容器再循环通过泵、任选的过滤器6、在一些实施方案中调节器30或30a及在一些实施方案中背压单元24a和24b，并返回到容器。
当下游有需要且期望液体的流动控制时，任选的阀11打开且受控的调节器13、13a或13b(取决于实施方案)打开以开始向流动控制器***的流动。调节器中的阀将基于来自流量计12、12a或12b(取决于实施方案)的反馈来调节由调节先导压力的控制器14、14a或14b(取决于实施方案)打开的比例。调节器30和30a将减少液体压力波动。将控制器14a或14b中的先导压力设定在本发明公开的范围内以提供最佳的脉动阻尼和流动控制。因此，调节器13、13a和13b同时提供了第二或第三级压力波动抑制和流动控制。
在13、13a或13b打开的同时，从再循环回路300抽出液体，流量计34检测流速变化(其与设定点流速相比减小)并向泵3、3a或3b(取决于实施方案)发出信号来调节速度。取决于来自控制器的信号(如果有的话)，泵可调节其他变量。
本发明提供了用来在低的压力波动下供给稳定体积的液体的装置和方法，其可用来形成液体共混物或者供给其他设备或工具。本发明已结合特定的实施方案加以描述。应理解和预期，可对所描述的实施方案进行修改和替换，因此，本发明不仅限于所描述的实施方案。

Claims (34)

1.一种低压力波动控制装置，所述装置包含：
用于再循环液体的再循环回路，所述再循环回路中包含流体连通的汲取管、泵、调节器、流量计和接头；
经由所述接头并在所述接头下游与所述再循环回路流体连通的流动控制***；
其中所述再循环回路经由汲取管从供给容器抽取所述液体并经由所述再循环回路中所述接头的下游的返回管将至少一部分所述液体返回到所述供给容器，
其中所述泵为隔膜或波纹管型泵。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步地，其中所述流动控制***包含流动控制器。
3.根据权利要求2所述的装置，进一步地，其中所述流动控制器包含流体连通的流量计和受控调节器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述至少一个流量计为流量变送器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流量计为流量变送器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流动控制***中的所述流量计为流量变送器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路中的所述调节器由直接操作的空气调节器控制。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流动控制***还包含隔离阀。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路中的所述流量变送器被电连接到控制器，所述控制器从所述流量变送器接收信号并调节去往所述泵的先导压力。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流动控制***还在所述流动控制器的下游包含止回阀。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路还包含连接到所述再循环回路中的所述汲取管、所述泵、所述液体流动调节器、所述流量计和所述接头的管以在其间提供所述流体连通。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流动控制***还包含将所述流动控制器连接到所述接头的管以提供所述流体连通。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流动控制***中的所述控制器自所述流动控制***中的所述流量变送器接收信号，并且响应于所述信号来调节去往所述调节器的所述气压。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路还包含位于所述返回管中的背压控制器。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述背压控制器包含阀和流量计。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述背压控制器包含针阀和旋转流量计。
17.根据权利要求14所述的装置，其中所述背压控制器包含压力传感器、控制器和气动致动阀。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路还在所述再循环回路中包含过滤器。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个调节器包含两个隔膜。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述调节器包含两个隔膜。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路中的所述流量计在所述再循环回路中所述调节器的下游并向所述调节器提供背压。
22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述泵为交叉相位泵。
23.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述再循环回路中的所述调节器的尺寸为使得所述调节器的最大体积流速与泵的最大体积流速的比率介于2.5:1至5.5:1之间。
24.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述流动控制***中所述流动控制器的所述流量计在所述流动控制***中所述流动控制器的所述控制阀的下游。
25.一种共混液体的装置或方法，所述装置或方法包括：
用于再循环液体的再循环回路；
与所述再循环回路流体连通的液体材料供给管线，所述液体材料供给管线具有第一流动控制器，所述第一流动控制器为闭环控制型；
用于待与所述液体混合以制备液体共混物的液体组分的第二流动控制器，所述第二流动控制器为闭环控制型；
接头或歧管，在这里，所述液体与所述一种或多种其他液体组分形成共混液体；
其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施和用于调节以下中的一者或多者或全部的措施：室交叠、气体背压、文丘里管压力以及去往所述隔膜或波纹管的气体和真空流；
其中操作所述装置的方法包括将所述再循环回路中20％或更少的液体引导向所述液体材料供给管线。
26.根据权利要求25所述的装置或方法，其中操作所述装置的方法包括在测量所述再循环回路中所述泵与连接所述液体材料管线的所述接头之间的液体供给压力时，使得所述泵中的气体背压等于或大于所述再循环回路中的液体压力。
27.根据前述权利要求中任一项所述的装置或方法，其中操作所述装置的方法包括调节所述泵中的气体背压和文丘里管压力至相等+/-10％。
28.一种共混液体的装置或方法，所述装置或方法包括：
用于再循环液体的再循环回路；
与所述再循环回路流体连通的液体材料供给管线，所述液体材料供给管线具有第一流动控制器，所述第一流动控制器为闭环控制型；
用于待与所述液体混合以制备液体共混物的液体组分的第二流动控制器，所述第二流动控制器为闭环控制型；
混合接头或歧管，在这里，所述液体与所述一种或多种其他液体组分形成共混液体；
其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施和用于调节以下中的一者或多者或全部的措施：室交叠、气体背压、文丘里管压力以及去往所述隔膜或波纹管的气体和真空流；
其中操作所述装置的方法包括在测量所述再循环回路中所述泵与连接所述液体材料管线的所述接头之间的液体供给压力时，使得所述泵中的气体背压等于或大于所述再循环回路中的液体压力。
29.一种共混液体的装置和方法，所述装置和方法包括：
用于再循环液体的再循环回路；
与所述再循环回路流体连通的液体材料供给管线，所述液体材料供给管线具有第一流动控制器，所述第一流动控制器为闭环控制型；
用于待与所述液体混合以制备液体共混物的液体组分的第二流动控制器，所述第二流动控制器为闭环控制型；
接头或歧管，在这里，所述液体与所述一种或多种其他液体组分形成共混液体；
其中所述再循环回路包含背压控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于调节其速度的措施和用于调节以下中的一者或多者或全部的措施：室交叠、气体背压、文丘里管压力以及去往所述隔膜或波纹管的气体和真空流；
其中操作所述装置的方法包括调节所述泵中的气体背压和文丘里管压力至相等+/-10％。
30.根据前述权利要求中任一项所述的装置或方法，其中所述再循环回路中的所述背压控制器(或调节所述背压的措施)是手动可调的、电子可调的或气动可调的。
31.根据前述权利要求中任一项所述的装置或方法，其中用于所述液体的所述第一流动控制器被设定在1-20或2-8或1-3LPM下。
32.一种操作根据前述权利要求中任一项所述的任何上述装置的方法，所述方法包括步骤：
在压力下，经由泵将液体从液体供给容器泵出进入再循环回路中，以提供具有压力的液体；
在使所述液体通过位于所述再循环回路的返回部分中的背压控制器后，使至少一部分所述液体在所述再循环回路的所述返回部分中再循环回到所述液体供给容器；和
使来自所述再循环回路的余量液体通过流动控制器，其中所述流动控制器在所述流动控制器的下游提供受控体积的液体。
33.根据权利要求32所述的方法，所述方法包括附加步骤：
使所述液体在所述再循环回路中流动通过调节器。
34.根据权利要求31或32所述的方法，所述方法包括附加步骤：
当所述泵在泵送时，连续地使至少一部分所述液体再循环回到所述液体供给容器。
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