相關(guān)申請的交叉引用

本申請根據(jù)35u.s.c.§119(e)要求于2014年10月8日提交的標(biāo)題為“slurrysupplyapparatusandmethod”的較早提交的美國專利申請序列號62/061,538的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述美國專利申請的整個內(nèi)容以引用方式并入本文。

背景技術(shù)：

存在若干常用的共混技術(shù)來共混用于半導(dǎo)體制造設(shè)施中的成分。成分可包括以下中的一者或多者：液體如水、cmp漿料(磨料和水或其他稀釋劑)、過氧化氫、酸、堿及其他化學(xué)品。常見共混方法包括秤法共混，其使用具有測壓元件的秤來稱量成分于混合罐中。另一常見方法為燒杯共混，其使用體積容器來測量成分，然后將成分從體積容器轉(zhuǎn)移到混合罐。最后一種常見方法為流動控制器共混，其使用流動控制器來測量成分。

市場上存在許多類型的流動控制器。本文件中使用的術(shù)語“流動控制器”指基于來自流量計的反饋來控制控制閥的類型，從而創(chuàng)建閉環(huán)控制系統(tǒng)，對設(shè)定值變化的響應(yīng)時間小于3秒。

秤法共混和燒杯共混的優(yōu)點在于它們可采用泵來直接從漿料供給容器向混合罐(待稱量)或向體積容器轉(zhuǎn)移成分。相比之下，在本發(fā)明之前，可靠的流動控制器共混需要兩個泵和一個罐來完成類似的任務(wù)。秤法和燒杯技術(shù)的一個缺點在于需要混合罐。另一個缺點在于在混合罐中混合的過程中發(fā)生的延遲。

流動控制器共混的優(yōu)點在于共混物的立即可得性。秤法和燒杯共混需要在混合罐中延遲混合。流動控制器共混不需要延遲或混合罐。秤法或燒杯共混技術(shù)的優(yōu)點在于，即便當(dāng)成分供給泵產(chǎn)生顯著的壓力變化時，它們也能夠精確地共混。相比之下，流動控制器共混對壓力變化敏感。高的供給壓力變化可能導(dǎo)致流動控制器過調(diào)。過調(diào)定義為響應(yīng)于短期、快速變化的信號進行快速調(diào)節(jié)，這將導(dǎo)致工藝變化(processvariation)的放大而不是減小。

壓力變化通常定義為壓力(psig)的變化系數(shù)cv。cv自600個數(shù)據(jù)點按下面的公式計算，每秒鐘采集一個數(shù)據(jù)點：

其中，σ定義為液體壓力(psig)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(1σ)，μ定義為液體壓力(psig)的平均值。

流動控制器敏感性問題的一個解決方案是使用經(jīng)由低壓力變化泵如無軸承磁懸浮(“磁懸浮(maglev)”)泵供給流動控制器的裝置。磁懸浮泵必須靠重力灌泵。重力灌泵又需要具有錐底罐的漿料供給容器并將泵物理定位于錐底水平面的下方。該裝置允許向流動控制器進行低壓力變化的遞送。無軸承磁懸浮離心泵不具有吸升能力。因此，為了向罐中轉(zhuǎn)移成分，需要另一個具有吸升能力的泵。最終結(jié)果是，由于需要額外的罐和磁懸浮泵來減小壓力變化，故流動控制器共混比秤法共混或燒杯共混更昂貴。

本發(fā)明的裝置不需要磁懸浮泵或重力灌泵罐。

相關(guān)參考文獻包括：us6168048、us5573385、us6364640、us6095194、us7108241、us5983926、us5983926、us6889706、us8155896、us7885773、us7447600、us7650903和us7292945，這些全部以引用方式并入本文。

還需要一種可用于包括漿料在內(nèi)的各種流體的裝置和方法，其提供從泵到流動控制器的一致流動，其緊湊、復(fù)雜性降低、消除了昂貴的部件如壓力容器，并使用可靠的設(shè)備和方法來在液體流中提供低的壓力波動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種改進的裝置和方法來在低的壓力波動下供給(容積式液體)流動控制器。本發(fā)明涉及泵和流動控制器。所述泵具有閉環(huán)流速控制。泵流速控制有助于消除壓力波動。所述泵可為低壓力波動泵和/或與壓力調(diào)節(jié)器串聯(lián)的泵。泵流動容量可與壓力調(diào)節(jié)器呈一定的比率以有效地減小壓力波動。

本發(fā)明的裝置為本發(fā)明的一個方面。另一個方面為允許低的壓力變化的本發(fā)明工藝。通過仔細(xì)調(diào)節(jié)工藝，所述裝置將提供低的壓力變化。反過來，沒有裝置的可調(diào)節(jié)特性，工藝將不能提供低的壓力變化?？偠灾景l(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)裝置和操作所述裝置的方法來實現(xiàn)低的壓力變化，并且因此實現(xiàn)待共混的原漿料或可在本發(fā)明的裝置的下游共混或消耗的其他液體的流動的低變化。

術(shù)語“流動控制器”指具有流量計、控制閥和控制器的設(shè)備，并且其還用來包括具有流量計、控制器和調(diào)節(jié)器-控制閥合一件(regulator-and-control-valve-in-one)的容積式液體流動控制器。術(shù)語“調(diào)節(jié)器-控制閥合一件”指在本發(fā)明的一些實施方案中使用的提供含調(diào)節(jié)器、流量計和控制器的流動控制器的獨特性質(zhì)，以便提供壓力波動抑制的調(diào)節(jié)器功能和提供流速調(diào)節(jié)的控制閥功能二者在同時由同一設(shè)備實施。在本發(fā)明的一些實施方案中，調(diào)節(jié)器-控制閥合一件還通過將所述調(diào)節(jié)器-控制閥合一件布置在相對于流量計的上游位置加以改進，以便流量計可測量調(diào)節(jié)器-控制閥合一件的壓力抑制效果。在本發(fā)明的一些實施方案中，調(diào)節(jié)器-控制閥合一件還由允許使用者限定操作壓力范圍的控制器加以改進，由此，調(diào)節(jié)器-控制閥合一件最佳地有效抑制壓力波動和控制流速。術(shù)語“受控的調(diào)節(jié)器”可與術(shù)語“調(diào)節(jié)器-控制閥合一件”互換地使用。另外，術(shù)語“調(diào)節(jié)器”的使用包括受控的調(diào)節(jié)器和無控制器的調(diào)節(jié)器。本發(fā)明在一定的先導(dǎo)壓力(對于氣體、空氣)范圍內(nèi)運行調(diào)節(jié)器，其提供壓力波動抑制，同時有效地控制流動。此創(chuàng)新性消除了對單獨的調(diào)節(jié)器和控制閥的需要。

本發(fā)明提供了以下優(yōu)點中的一者或多者。本發(fā)明不含壓力容器，這使得其適合于沉降cmp漿料。本發(fā)明不采用脈動阻尼器，脈動阻尼器具有可靠性缺陷。在一些實施方案中，低壓力波動泵可不像現(xiàn)有技術(shù)中那樣運行，在現(xiàn)有技術(shù)中，一個室工作而另一個室脈動抑制，從而提高泵的可靠性。相反，本發(fā)明中可用的泵可具有兩個工作隔膜。壓力調(diào)節(jié)器可具有兩個隔膜并且沒有行程停止(travelstop)。在一些實施方案中，壓力調(diào)節(jié)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(通常為下隔膜)感測入口壓力。本發(fā)明可在通向調(diào)節(jié)器的壁中沒有消波突起。在一些實施方案中，那些突起將促進結(jié)塊，例如在cmp液體中。如上所述，本發(fā)明中的調(diào)節(jié)器可消除對單獨的控制閥的需要。另外，因此，本發(fā)明中的控制器可反饋到調(diào)節(jié)器而不是控制閥。

在本發(fā)明的一個實施方案中，本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)器為具有兩個隔膜的標(biāo)準(zhǔn)成熟設(shè)計，所述兩個隔膜由具有閉合構(gòu)件的軸連接，所述軸穿過閥孔。入口壓力由與入口流體接觸的下隔膜感測。沒有行程停止限制調(diào)節(jié)器的脈動阻尼有效性；它是無行程停止的。沒有消波突起，消波突起將促進cmp液體結(jié)塊。本發(fā)明的控制閥為同一壓力調(diào)節(jié)器，而不是單獨的設(shè)備。這樣節(jié)省空間并且成本有效。

包含兩個隔膜的調(diào)節(jié)器可以是彈簧加載(直接操作)的、氣動(圓頂加載)或重量加載的、線性致動的、馬達加載的等。

本發(fā)明公開了本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的推薦操作參數(shù)。本發(fā)明公開了圓頂加載壓力調(diào)節(jié)器的先導(dǎo)壓力范圍，其產(chǎn)生壓力波動的有效抑制。在一些實施方案中，本發(fā)明還公開了從流動容量的角度加大調(diào)節(jié)器的益處，以在較低的先導(dǎo)壓力下操作調(diào)節(jié)器，其將有效地抑制壓力波動，同時仍提供足夠的下游流動。

在本發(fā)明中，流量計可直接位于調(diào)節(jié)器(和控制閥合一件)的下游。下游流量計位置可能有益于本發(fā)明的多級壓力波動抑制。上游調(diào)節(jié)器可充當(dāng)控制閥和充當(dāng)壓力波動抑制設(shè)備。下游流量計因此受到調(diào)節(jié)器的保護而免于壓力波動。流量計為調(diào)節(jié)器提供背壓，從而改善其有效性。由于調(diào)節(jié)器可以是故障關(guān)閉的氣密性裝置，故本發(fā)明不需要在流量計上游有隔離閥。這樣，除充當(dāng)壓力波動抑制器和控制閥外，其還可充當(dāng)隔離閥。

可用于本發(fā)明中的一種調(diào)節(jié)器類型為圓頂加載壓力調(diào)節(jié)器。盡管完全是機械的，但這些裝置很精巧，能夠使用兩個隔膜來感測入口和出口壓力之間的差異，一個隔膜與入口接觸，另一個隔膜與出口接觸。當(dāng)隔膜感測到壓力變化時，連接到兩個隔膜、穿過孔的含閉合構(gòu)件的軸將改變位置，使得壓力波動得以消除。例如，如果入口壓力增大，則軸將下壓到入口隔膜上，使得閉合構(gòu)件移位、打開孔，從而緩解壓力。調(diào)節(jié)器靠所述工藝的能量來運行。調(diào)節(jié)器的機械操作原理對壓力波動給出有利地快速、直接、一致且可靠的響應(yīng)。

本發(fā)明涉及一種供給容積式液體流動控制器的泵驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述容積式液體流動控制器的進給具有盡可能小的壓力波動，其中所述流動控制器為閉環(huán)流動控制系統(tǒng)的一部分，其中泵能夠使用抽吸從容器取出液體，并且裝置的接液部件的構(gòu)造材料為高純度耐化學(xué)品材料，如pfa或ptfe。

本發(fā)明人已設(shè)計出用于流動控制液體和共混組分及在一些實施方案中共混這些液體的裝置和操作所述裝置的方法。這些裝置適用于半導(dǎo)體制造工藝中。本發(fā)明的裝置包含泵，其使用抽吸來從容器取出液體、在回路中循環(huán)該液體，所述裝置還包含從該回路抽取液體的流動控制器，所述流動控制器是高度靈敏和精確的，不管上游泵是何類型。在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種本發(fā)明的裝置，其包含流動控制器，所述流動控制器控制進給到原漿料供給管的原漿料的流速，所述原漿料與在至少一個其他漿料組分供給管中輸送的至少一種其他漿料組分共混，每一漿料組分在其各自的漿料組分供給管中輸送，所述漿料供給管連接到再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路包含汲取管(diptube)用來插入到漿料供給容器、泵和液體背壓控制設(shè)備中。進給到原漿料供給管的原漿料的速率，所述原漿料與在至少一個其他漿料組分供給管中輸送的至少一種其他漿料組分共混，每一漿料組分在其各自的漿料組分供給管中輸送，所述漿料供給管連接到再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路包含汲取管用來插入到漿料供給容器、泵和液體背壓控制設(shè)備中。該裝置使得可調(diào)節(jié)各種特性，如：再循環(huán)回路中的液體(例如，原漿料)壓力、泵文丘里管壓力、泵隔膜或波紋管氣體和真空流、泵速、泵隔膜(或波紋管)交疊、泵氣體背壓、和流動控制器設(shè)定點，其為期望共混以制備共混漿料或其他液體的原漿料或其他液體的量。使用既具有吸升能力又具有壓力變化或波動的單個泵，而不是使用以下兩個泵：一個具有吸升能力，一個具有極小的壓力變化或波動(本文中可使用任一這些術(shù)語并可彼此替代)。通過本發(fā)明，控制管線中的脈動或往復(fù)泵(其提供吸升力)所致的壓力變化或波動，使得壓力變化或波動對裝置的影響最小化且流動控制器性能最佳，并且在一些實施方案中，可取得一致地共混的漿料。通過使用本發(fā)明的裝置和方法減少泵壓力變化或波動，這將防止流動控制器過調(diào)。本發(fā)明允許使用脈沖泵從漿料或其他液體供給容器直接進給流動控制器。本發(fā)明的最終結(jié)果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，機械上更簡單、更直接且更便宜的共混方法。

在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種提供液體(和任選地隨后的共混漿料)的低壓力波動流動控制的裝置或方法，其包含：用于再循環(huán)原漿料或其他液體的再循環(huán)回路；與再循環(huán)回路流體連通的漿料或其他液體材料供給管線，所述漿料或其他液體材料供給管線具有第一流動控制器；所述第一流動控制器為閉環(huán)控制型；其中所述再循環(huán)回路包含背壓控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于調(diào)節(jié)其速度的措施和用于調(diào)節(jié)以下中的一者或多者或全部的措施：室交疊(chamberoverlap)、氣體背壓、文丘里管壓力及去往所述一個或多個隔膜或波紋管的氣體和真空流；其中操作裝置的方法包括將再循環(huán)回路中20％或更少的漿料或其他液體引導(dǎo)向漿料材料供給管線，或在其他實施方案中引導(dǎo)向流動控制系統(tǒng)。在一些實施方案中，所述裝置和方法包括用于待與原漿料混合來制備漿料共混物的漿料組分的第二流動控制器；所述第二流動控制器為閉環(huán)控制型；以及接頭或歧管，在這里，原漿料和所述一種或多種其他漿料組分形成共混漿料。

在本發(fā)明的另一個方面，單獨地或與其他方面一起，所述方法可還包括操作裝置，使得在測量再循環(huán)回路中所述泵與連接漿料或其他液體材料供給管線的接頭之間的漿料或其他液體供給壓力時，泵中的氣體背壓等于或大于再循環(huán)回路中的漿料或其他液體壓力。

在本發(fā)明的另一個方面，單獨地或與其他方面一起，操作裝置的方法包括調(diào)節(jié)泵中的氣體背壓和文丘里管壓力至相等+/-10％。

在本發(fā)明的另一個方面，單獨地或與其他方面一起，共混漿料或液體的裝置或方法包括：用于再循環(huán)原漿料或其他液體的再循環(huán)回路；與再循環(huán)回路流體連通的漿料或液體材料供給管線，所述漿料或液體材料供給管線具有第一流動控制器；所述第一流動控制器為閉環(huán)控制型；用于待與原漿料混合來制備漿料共混物的漿料組分的第二流動控制器；所述第二流動控制器為閉環(huán)控制型；混合接頭或歧管，在這里，原漿料與所述一種或多種其他漿料組分形成共混漿料；其中所述再循環(huán)回路包含背壓控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于調(diào)節(jié)其速度的措施和用于調(diào)節(jié)以下中的一者或多者或全部的措施：室交疊、氣體背壓、文丘里管壓力及去往所述一個或多個隔膜或波紋管的氣體和真空流；其中操作裝置的方法包括在測量再循環(huán)回路中所述泵與連接液體材料管線的接頭之間的液體供給壓力時，使得泵中的氣體背壓等于或大于再循環(huán)回路中的液體壓力。

本發(fā)明的另一個方面，單獨地或與其他方面一起，為共混液體的裝置和方法，其包含：用于再循環(huán)液體的再循環(huán)回路；與再循環(huán)回路流體連通的液體材料供給管線，所述液體材料供給管線具有第一流動控制器；所述第一流動控制器為閉環(huán)控制型；用于待與原漿料混合來制備漿料共混物的漿料組分的第二流動控制器；所述第二流動控制器為閉環(huán)控制型；接頭或歧管，在這里，原漿料與所述一種或多種其他漿料組分形成共混漿料；其中所述再循環(huán)回路包含背壓控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于調(diào)節(jié)其速度的措施和用于調(diào)節(jié)以下中的一者或多者或全部的措施：室交疊、氣體背壓、文丘里管壓力及去往所述一個或多個隔膜或波紋管的氣體和真空流；其中操作裝置的方法包括調(diào)節(jié)泵中的氣體背壓和文丘里管壓力至相等+/-10％。

任何上述裝置或方法，其中再循環(huán)回路中的背壓控制器(或調(diào)節(jié)背壓的措施)是手動可調(diào)、電子可調(diào)或氣動可調(diào)的。

任何上述裝置或方法，其中用于液體的第一流動控制器被設(shè)定在1-20或2-8或1-3升每分鐘(lpm)下。

本發(fā)明的另一個方面提供了一種共混液體的裝置和方法，其中所述裝置和方法單獨地或與其他方面一起包含：用于再循環(huán)第一液體的再循環(huán)回路；與再循環(huán)回路流體連通的第一液體材料供給管線，所述第一液體材料管線具有第一流動控制器；所述第一流動控制器為閉環(huán)控制型；任選的用于待與第一液體混合來制備液體共混物的第二液體組分的第二流動控制器；所述任選的第二流動控制器為閉環(huán)控制型；接頭或歧管，在這里，第一液體與所述一種或多種其他液體組分形成共混液體；其中所述再循環(huán)回路包含背壓控制器、具有吸升能力的泵，其中所述泵提供用于調(diào)節(jié)其速度的措施、室交疊、氣體背壓、文丘里管壓力及去往所述一個或多個隔膜或波紋管的氣體和真空流的措施。

在本發(fā)明的另一個方面，所述裝置或方法包括經(jīng)流動控制以形成流動受控液體的附加組分流和附加組分供給管線。所述裝置可包含用于供給和共混那些組分以構(gòu)成混合物的附加流動控制器和/或歧管。

基于本文的描述，可選擇市售的泵、控制閥、過濾器殼體、止回閥、控制裝置、儀器、液體供給容器、背壓控制器和混合器，使得裝置起作用并使得共混物是根據(jù)本發(fā)明的并且精確、可重復(fù)、高純度的且不為腐蝕產(chǎn)物所污染。

耐腐蝕性通常需要使用耐腐蝕塑料作為構(gòu)造材料。一些耐腐蝕塑料包括聚乙烯、聚丙烯、全氟烷氧基樹脂(perfluoroalkoxy)、聚四氟乙烯和聚氯乙烯。設(shè)備可由這些材料中的一者或多者及其他專門的耐腐蝕材料構(gòu)造。這些設(shè)備有許多供應(yīng)商可用。合適的泵的一些供應(yīng)商包括yamada、ingersoll-rand、nipponpillar、wilden和trebor。合適的閥的一些供應(yīng)商包括entegris、smc、swagelok、gemu和megaflowcorporation。合適的控制設(shè)備的一些供應(yīng)商包括rockwellautomation、smc、trebor和entegris。合適的過濾器殼體的一些供應(yīng)商包括pall和entegris。合適的止回閥的一些供應(yīng)商包括entegris、smc和parker。合適的儀器的一些供應(yīng)商包括levitronix、entegris、smc、tem-tech和gemu。液體供給容器的一些供應(yīng)商包括entegris和schutz。用來調(diào)節(jié)再循環(huán)中的背壓的背壓控制器的一些供應(yīng)商包括gemu、futurestar、entegris和smc?；旌掀鞯囊恍┕?yīng)商包括edlon和smc。

在一個實施方案中，本發(fā)明的裝置包含汲取管用來插入到與再循環(huán)回路流體連通的漿料或液體供給容器中。再循環(huán)回路還包含與其流體連通的泵、三通或其他接頭以連接到與再循環(huán)回路流體連通的原漿料或液體供給管線。液體供給管線或供給可為本發(fā)明的裝置的一部分的任選的混合或共混設(shè)備，或供給用于液體的工具或其他下游用途(其不為本發(fā)明裝置的一部分)。漿料或液體供給容器含有原cmp漿料或其他液體(原cmp漿料指在使用前原漿料必須用水或稀釋劑稀釋和/或與化學(xué)組分合并)。再循環(huán)回路的漿料或液體供給容器、泵、流動控制器和所有其他部件(構(gòu)件，非化學(xué)組分)之間的連接可(優(yōu)選)經(jīng)由連接這些部件(構(gòu)件)的管，以便流體可自由地從上游部件的流體出口端口流向下游部件的流體入口端口(管可由管道等替代)。

泵經(jīng)由兩個氣體端口連接到泵控制設(shè)備。術(shù)語“氣體”用來統(tǒng)指壓縮清潔干燥空氣(cda)、氮氣和/或其他惰性氣體，通常為cda。泵、泵控制設(shè)備和氣源之間的連接應(yīng)理解為指管將氣體連接到泵并與連接液體供給容器、泵和流動控制器的再循環(huán)回路的管分開。高純度且耐化學(xué)的流體連接可通過在泵、液體供給容器、流動控制器及其他部件上使用適合flare或femalenationalpipetaper(fnpt)端口的全氟烷氧基樹脂(pfa)管和pfa配件來形成。氣體連接可通過在泵氣體入口、螺線管和氣源上使用適合fnpt或一鍵式端口的聚乙烯或尼龍管和聚丙烯配件來形成。附接到氣體供給的泵控制設(shè)備開關(guān)螺線管閥以分別供給泵的兩個室。每一個螺線管的開關(guān)次數(shù)由泵控制設(shè)備中加載的控制程序控制。螺線管閥連接到三通，三通又連接到氣源。泵控制設(shè)備連接到更高級別的控制設(shè)備，其根據(jù)需要操作泵控制設(shè)備。

回到再循環(huán)回路，在三通或其他接頭(稱為三通，但應(yīng)理解，接頭可以是再循環(huán)回路與液體供給管線之間的任何形狀連接器)處：三通的一側(cè)直接或間接地流體連接到泵，三通的第二側(cè)連接到最終連接至液體供給容器的返回入口(并且是再循環(huán)回路的一部分)的管線，三通的第三側(cè)經(jīng)由液體供給管線(本文中也稱液體材料供給管線)向流動控制設(shè)備(流動控制器)供給液體。三通的液體返回側(cè)由針閥連接到可變面積流量計(“轉(zhuǎn)子流量計”)和/或與可變面積流量計(“轉(zhuǎn)子流量計”)流體連通(針閥充當(dāng)背壓控制器，在替代的實施方案中，針閥可為不同類型的背壓控制器，其他如下所述)。針閥為調(diào)節(jié)再循環(huán)回路中的背壓的措施。針閥連接到液體供給容器或與液體供給容器流體連通，液體供給容器優(yōu)選具有插入其中的第二較短的汲取管以便液體從再循環(huán)回路返回。三通的第三側(cè)連接到流量計(流動控制器的一部分)。流量計以電子方式連接到控制設(shè)備或電路，控制設(shè)備或電路接收設(shè)定點信號、計算設(shè)定點與實際流量之間的差異并產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號。該調(diào)節(jié)信號被送往控制閥。控制閥定義為能夠響應(yīng)于氣動或電子信號而部分或完全地打開或關(guān)閉的閥門。設(shè)定點由更高級別的控制設(shè)備供給或以其他方式輸入到控制器中。流量計連接到以電子方式運行的控制閥。該控制閥響應(yīng)于由控制設(shè)備提供的調(diào)節(jié)信號而打開和關(guān)閉。流量計和控制閥也被稱為流動控制器。流量計可在控制閥的下游或者控制閥可在流量計的下游。控制閥或流量計的下游被流體連接到止回閥。在一些實施方案中，止回閥連接到管線中的第二個三通(應(yīng)理解其可為任何形狀的接頭)。

注意，為描述本發(fā)明的任何和全部方面及部分所使用的任何“連接到”可用術(shù)語“流體連接到”和/或“與其流體連通”來替代。此外，應(yīng)理解，術(shù)語“連接到”指裝置的部件可與管的一個或多個段和/或其他管道和/或連接件和/或其間連接的其他件或部件彼此直接或間接地連接。在任何描述連接的地方，可在其處添加“直接或間接連接到”等。

在某些實施方案中，剛剛提及的第二個三通的一側(cè)連接到控制閥或流量計的出口。所述第二個三通的第二側(cè)連接到任選的混合設(shè)備，該任選的混合設(shè)備連接到用于共混的液體的貯存器或使用點。所述第二個三通的第三側(cè)連接到止回閥、任選的流動控制器和第二液體組分的源，第二液體組分被稱為化學(xué)組分，如水、氧化劑等。任選的混合設(shè)備或混合器混合兩種成分以便它們充分混合?；旌掀鬟B接到貯存或使用共混液體產(chǎn)物的貯存器或使用點。

在某些實施方案中，第二化學(xué)組分(也稱為成分)的源可由外部系統(tǒng)供給。第二成分源可連接到第二流動控制器。如果存在，該流動控制器可包含流量計和控制閥。控制閥和流量計二者均連接到可如上述第一流動控制器操作的控制設(shè)備。控制閥的下游，或在一些實施方案中，流量計的下游，為第二止回閥。第二止回閥連接到第二個三通。

在替代的實施方案中，本發(fā)明的兩個低壓力波動流動控制裝置可一起使用。例如，上述實施方案的第二流動控制器可為如本文所述的單獨的低壓力波動流動控制裝置的流動控制系統(tǒng)(再循環(huán)回路下游)的一部分。

前面的段落已描述本發(fā)明的裝置的實施方案。在替代的實施方案中，所述裝置可單獨地或以任何組合包含以下中的一者或多者：另外的混合設(shè)備、流動控制器、過濾器殼體、電子或氣動控制閥以調(diào)節(jié)回路中的背壓、含有滑梭的泵、無控制器的泵、流量計、壓力傳感器、脈動阻尼器、減震器、流量開關(guān)、氣動閥、手動閥和y型粗濾器。這些元件可在再循環(huán)回路中的各種點處或在裝置的管道或管中的其他地方單個或多個地添加。

本發(fā)明的方法可用來克服現(xiàn)有技術(shù)裝置的問題，包括：裝置在再循環(huán)管線中包含過濾器殼體時，難以在啟動過程中從系統(tǒng)移除氣體；難以同時取得高流量、高壓力和低壓力波動；和難以在流量控制器從再循環(huán)回路抽出液體時保持低壓力波動。取決于磨料，cmp液體需要1-2.5ft/s的最小流量，以防止磨料的沉降。通常，在1/2”管中，需要大約3.3lpm來保持最小2.5ft/s的速度。本發(fā)明的方法尋求向流動控制器提供約3.3lmp的流量以防止沉降。取決于流動控制器型號和品牌，一些流動控制器需要在12psig或更低壓力下運行。本發(fā)明的方法尋求向流動控制器提供至少12psig的液體壓力以確保流動控制器的運行不受損害。從再循環(huán)回路向流動控制器引導(dǎo)液體的流動以共混將帶來另一挑戰(zhàn)。再循環(huán)回路中的流量和壓力必須滿足先前描述的最低要求。當(dāng)液體被轉(zhuǎn)向流動控制器時，再循環(huán)回路中的壓力將降低，從而增大回路中的壓力波動。本發(fā)明的方法提供了一種提供再循環(huán)回路中待保持的合理壓力和流量的裝置和方法。

使所述待解決的問題的解決方案復(fù)雜化的是流量、壓力和壓力波動因素相互作用顯著的事實。背壓和流量不利地相互作用。這意味著高背壓將導(dǎo)致低流量。最開始，背壓-流量的相互作用導(dǎo)致只有當(dāng)背壓不足時流量才足夠，反之亦然。需要針對此相互作用的解決方案來使得裝置對于cmp漿料或液體共混應(yīng)用正常地工作。這導(dǎo)致了優(yōu)化實驗，其發(fā)現(xiàn)了克服問題的設(shè)置、降低了流量-背壓相互作用并允許流量和背壓是同時足夠的。在優(yōu)選的實施方案中，當(dāng)泵在運行中時，液體的至少一些部分連續(xù)地流動通過再循環(huán)回路的所有部分，而液體的其他部分(余量)流向流動控制器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置的一個實施方案。

圖2為本發(fā)明的裝置的第二個實施方案。

圖3為本發(fā)明的裝置的第三個實施方案。

具體實施方式

本發(fā)明的裝置和方法被設(shè)計用于提供受控的流動以便將原cmp漿料與其他化學(xué)組分共混來制備共混漿料。應(yīng)認(rèn)識其可用于任何液體。還應(yīng)認(rèn)識可一起使用多個裝置來向單個共混裝置進給不同的液體。還應(yīng)認(rèn)識，本發(fā)明的裝置和方法可用來直接提供例如需要良好受控的液體流動的任何工具(不僅僅是共混裝置)或用途。因此，應(yīng)理解，本文中術(shù)語“漿料”、“原漿料”或“cmp漿料”的任何使用均可用“液體”代替，并且“液體”的使用可用“漿料”、“原漿料”或“cmp漿料”代替，除非上下文有不同要求。此外，本發(fā)明的裝置可描述為具有附接至其的共混設(shè)備。應(yīng)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設(shè)備。

本發(fā)明的或本發(fā)明中使用的接液部件由耐化學(xué)品的高純度材料如全氟烷氧基樹脂(pfa)或聚四氟乙烯(ptfe)或類似類型的材料制成，另有指出除外。與管的設(shè)備液體端口連接件用由耐化學(xué)品的高純度材料如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。一些設(shè)備還具有空氣端口?？諝舛丝谂浼凸芸捎煞?pfa、非-ptfe材料制成。

本文中術(shù)語“流量計”的使用包括通過儀表、表盤或電子顯示器等測量流速測量值并顯示該測量值的流量計、以及可用來將流速測量值以電子方式傳送給控制器的流量變送器。

術(shù)語“電連接”的使用包括任何形式的信號通信，其可以是通過硬線或無線電或電波。

圖1示出了本發(fā)明的裝置，其包含再循環(huán)回路100，再循環(huán)回路100包含以下部件：液體供給容器1、抽吸汲取管2、液體轉(zhuǎn)移泵3、泵控制器4、氣源5、過濾器殼體6、接頭或三通7、可變面積流量計8與針閥9、和返回汲取管10。該再循環(huán)回路從再循環(huán)回路向與再循環(huán)回路流體連通的流動控制器100供給液體。如果液體為原漿料，則可使其與另一漿料組分流合并來形成共混漿料。

在圖1中，本發(fā)明的裝置包含至少一個液體轉(zhuǎn)移泵3來從液體供給容器1取出液體。液體通常在55加侖的液體供給容器或300加侖的托特包(tote)中供給。通常，液體供給容器僅在頂部上具有開口，由此通常需要插入液體供給容器中并在泵運行時提供抽吸的汲取管2。汲取管2通常足夠長，以便尖端靠近液體供給容器的底部，使得液體供給容器中的大多數(shù)液體可被取出。還需要具有吸升能力的泵，以便該泵可將液體提升出容器。泵還必須提供足以供給流動控制器的流速。在裝置中操作泵必須在流動控制器100入口處產(chǎn)生低的壓力波動。泵入口端口可以是flare、fnpt或帶法蘭的。泵入口端口尺寸可為1/4”、3/8”、1/2”、3/4”或1”。泵出口端口可與泵入口端口具有相同的尺寸或具有不同的尺寸。優(yōu)選的實施方案泵端口尺寸為入口1/2"、出口1/2”，具有flare配件。所述泵可為treborpuruscp。

泵3限定為具有吸升能力的類型，通常是具有一個或多個隔膜或波紋管的波紋管泵或隔膜泵，在一些實施方案中為雙隔膜或波紋管。泵3的最大流量可與流動控制器100的最大流量匹配，或者泵3可在流動控制器100的最大流量的1至3倍之間供給，或者泵3可在流動控制器100的最大流量的1至5倍之間供給。泵3可選擇為使得當(dāng)其在泵送中時其供給50lpm的最大流量或25lpm的最大流量或6lpm的最大流量?？蛇x擇流動控制器100來控制流量為0-20lpm或0-10lpm或0-5lpm或0-2.5lpm或0-1.25lpm。

本實施方案的泵3可為低壓力波動泵。低壓力波動是由具有兩個獨立的隔膜室(第一室和第二室)的泵產(chǎn)生的，所述室分五步操作。在每一步中，泵排出幾乎恒定的液體流。在第一步中，第一室處于壓力下(排放)而第二室處于真空下(抽吸)。在第二步中，第一和第二室都處于壓力下(排放，交叉相位(cross-phase))。在此步驟中，術(shù)語“交叉相位”指該泵平衡地合并來自兩個室的排放的能力，從而防止現(xiàn)有技術(shù)中指出的往復(fù)泵轉(zhuǎn)換壓降。在第二步中，第一室壓力下降，同時與之并行地，第二室壓力升高。在第三步中，第一室處于真空下(抽吸)而第二室處于壓力下(排放)。在步驟4中，第一和第二室都處于壓力下(排放，交叉相位)。在步驟4中，第一室壓力升高，同時與之并行地，第二室壓力下降。步驟5重復(fù)步驟1來開始新的5步循環(huán)，該循環(huán)重復(fù)一次又一次。隨著循環(huán)的進行，每一個室交替地處于壓力下、然后真空下，其間是交叉相位。

泵3具有最大先導(dǎo)壓力80psig和最大液體壓力60psig。泵3的最大流量為6lpm。以10-20的循環(huán)率和50％的交疊，該泵的標(biāo)稱運行參數(shù)產(chǎn)生約3lpm的流速。可以以20-30psig的背壓運行該泵，實際上這將改善泵3的壓力波動抑制，該壓力波動抑制可由背壓控制器提供，在本實施方案中，背壓控制器為針閥9和旋轉(zhuǎn)流量計8。該泵解決了當(dāng)室從抽吸向排放轉(zhuǎn)換時在大多數(shù)隔膜泵中發(fā)現(xiàn)的壓降問題。該泵采用交叉相位排放，而不是在轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生壓降。這使得壓力在現(xiàn)有技術(shù)泵經(jīng)歷壓降的時間段過程中保持穩(wěn)定。此泵中無壓力波動抑制設(shè)備。其設(shè)計因此對于與脈動阻尼器有關(guān)的可靠性顧慮而言是穩(wěn)健的。

泵3優(yōu)選盡可能低地位于裝置中。其可安裝在鞍座(未示出)上，鞍座將泵抬離地板以使得傳遞到裝置的其余部分的振動最小化。該泵由氣體操作。該低壓力波動泵3構(gòu)成第一級壓力波動抑制。

本發(fā)明的裝置還包含連接到泵并控制泵的泵控制器4。泵控制器從氣源向泵的一個或多個隔膜或波紋管供給氣體。泵控制器還向泵的隔膜或波紋管供給負(fù)壓(真空)。泵控制器可分別向泵的隔膜或波紋管供給氣體或真空。在一個實施方案中，泵控制器可包含可編程邏輯繼電器、兩個螺線管閥、兩個文丘里真空發(fā)生器、兩個限制去往泵隔膜或波紋管的氣體或真空流的可變節(jié)流螺母、精密調(diào)節(jié)器、排氣消音器以及用于連接控制器的件的管和配件。可編程邏輯繼電器(plr)電連接到螺線管。在運行中時，當(dāng)由plr存儲器中加載的應(yīng)用程序所指示時，plr將打開和關(guān)閉螺線管。當(dāng)螺線管關(guān)閉時，文丘里真空發(fā)生器向泵氣體端口供給負(fù)壓。plr和螺線管閥是電子的并需要電源。精密調(diào)節(jié)器控制泵中的氣體背壓。螺線管閥向可變節(jié)流螺母供給氣體?？勺児?jié)流螺母各供給泵的一個隔膜。泵控制器的精密調(diào)節(jié)器、文丘里和螺線管閥均需要氣源5。一種可用的泵控制器可自trebor得到。

本發(fā)明的裝置還在一個或多個過濾器殼體、示出為單個過濾器殼體6中包含任選的一個或多個過濾器。圖1在泵的排放側(cè)上示出了過濾器殼體。作為另外一種選擇或除此之外，本發(fā)明的替代實施方案將在泵的抽吸側(cè)上、或流動控制器的入口旁邊、或針閥與液體供給容器之間放置一個或多個過濾器殼體。過濾器殼體可以是任何尺寸，例如豎直長度10至20英寸或10或20英寸，并可由聚丙烯或pfa材料制成。殼體可正面朝上，碗狀物位于入口和出口端口下方，或倒置，碗狀物位于入口和出口端口上方。殼體還可在碗狀物的底部上而不是殼體的側(cè)面上具有入口端口。優(yōu)選的實施方案是將過濾器入口布置為靠近泵排放端口，即泵排放端口的24英寸內(nèi)或12英寸內(nèi)，具有倒置的碗狀物和側(cè)入口。

本發(fā)明的裝置還在再循環(huán)回路中包含接頭或三通7。三通提供將液體再循環(huán)回液體供給容器的路徑以及供給液體流動控制器的路徑。如果液體為cmp漿料，再循環(huán)路徑可用于保持裝置中和液體供給容器中穩(wěn)定的膠體懸浮液，以保持cmp漿料或其他液體均勻、不沉降。液體供給容器中抽吸2和返回10插入管的不同長度提供一種破壞濃度或密度梯度的措施，因為再循環(huán)使液體供給容器翻轉(zhuǎn)過來。再循環(huán)回路還具有調(diào)節(jié)再循環(huán)回路中的背壓的措施，如針閥或氣動或電子控制閥或流動控制器。

在三通7下游的一側(cè)上，本發(fā)明的裝置如圖所示還包含可變面積流量計8和針閥9作為調(diào)節(jié)再循環(huán)回路中的背壓的措施。流量計8通過窗口后面的浮子的移動來提供流動的視覺指示，窗口被標(biāo)示來指示流動。關(guān)閉手動操作的針閥9將使得閥上游的背壓增大，導(dǎo)致流量減小。在本發(fā)明的替代實施方案中，流量計8可為電子流量計。在替代的實施方案中，閥9可為電子或氣動動力控制閥。在替代的實施方案中，閥9可為靠來自加到控制閥上游再循環(huán)回路的壓力傳感器的反饋來運行的控制閥。

在三通7下游的另一側(cè)上，本發(fā)明的裝置還包含任選的隔離閥11，其可為氣動閥11。該閥可用來阻斷去往流動控制器的流動，以允許流動控制器的維護或更換而同時使系統(tǒng)的其余部分保持運行。

本發(fā)明的裝置還包含液體流動控制器100。流動控制器100包含流量計12、控制閥13和控制設(shè)備(控制器)14。流動控制器100流量計12可靠超聲波、旋轉(zhuǎn)渦輪或輪、渦流、電磁、科氏力(coriolis)或差壓原理來運行。優(yōu)選的流量計運行原理為差壓，其將提供任何運行原理中最快的響應(yīng)。流量計12以電子方式連接到控制設(shè)備14并且流體從流量計12流向控制閥13。控制閥13是常閉的。當(dāng)由控制設(shè)備14所指示時，控制閥13將部分或完全打開，取決于流量計12所感測到的流量。流動控制器單元具有不同的流量范圍。用于本發(fā)明中的流動控制器由entegris制造。流動控制器的可用受控調(diào)節(jié)器13可具有由具有封閉構(gòu)件的軸接合的上隔膜和下隔膜，所述軸穿過閥孔。下(入口)隔膜將響應(yīng)于壓力波動而移動封閉構(gòu)件。此嵌入于entegris6510流動控制器中的受控調(diào)節(jié)器13構(gòu)成第二級壓力波動抑制。因為圖1中受控調(diào)節(jié)器13如圖所示在流量計12的下游，故壓力波動抑制效應(yīng)不能由流量計12測量到。在一些流動控制器中，流量計12和控制閥13以單一體嵌入在裝置中。使用如圖2和3的實施方案中所示其中流量計在控制閥或調(diào)節(jié)器下游的流動控制器可能是有利的。

流動控制器200的性能取決于流量計12的速度和精度、控制設(shè)備14的控制算法的速度和精度、控制閥13的速度和精度及去往流量計12的入口處的壓力和壓力波動。當(dāng)壓力波動低時，共混結(jié)果將改善。泵3的壓力波動是影響裝置中的壓力波動的一個因素，但不是唯一的因素。其他因素包括過濾器殼體(如果存在)的取向、過濾器殼體中可能位于倒置的過濾器殼體的頂部中的氣體的存在、過濾器殼體中截留的氣體的量、截留的氣體的壓力、過濾器殼體中截留的氣體對液體的比率、過濾器殼體中的過濾器、過濾器殼體的尺寸、由背壓控制設(shè)備9提供的泵壓力波動的補償、以及管尺寸、容積和取向。影響流動控制器精度的其他因素有供給到流量計9的壓力和流量。

本發(fā)明人已設(shè)計一種裝置，其包含泵3、過濾器殼體6、管和背壓控制設(shè)備9，其向流動控制器100的流量計入口提供低的壓力波動、足夠的流量和足夠的壓力。該裝置僅需要一個泵。如前面已提到的，制造這些設(shè)備中的每一種的合適類型的供應(yīng)商有若干。本發(fā)明不限于一個供應(yīng)商或設(shè)備。此外，供應(yīng)商將提供這些設(shè)備中每一種的若干尺寸。例如，本發(fā)明的泵可具有1/2”flare端口并供給3lpm的流量，或者1”flare端口和100lpm的流量。

當(dāng)裝置中的壓力波動顯著時，共混性能將降低。流量計12快速檢測該波動?？刂圃O(shè)備14響應(yīng)于波動向控制閥13發(fā)出調(diào)節(jié)信號。控制閥、流量計和控制設(shè)備為快速響應(yīng)設(shè)備，但不是即刻響應(yīng)。當(dāng)壓力波動大于+/-10％、或+/-5％或+/-3％時，響應(yīng)的滯后將成問題。來自現(xiàn)有技術(shù)的隔膜泵的壓力波動脈沖是高頻的。當(dāng)波動頻率高于流量計12、控制閥13和控制設(shè)備14的滯后時間的總和(這稱為“流動控制器滯后”)時，流量計12檢測變化和控制設(shè)備14向控制閥13發(fā)出調(diào)節(jié)信號將發(fā)生得太慢而無效。為了有效，必須減小流動控制器滯后或是降低脈沖頻率。本發(fā)明提供了一種降低脈沖頻率以確保流動控制器具有足夠的響應(yīng)時間的方法。

本發(fā)明的裝置還包含液體止回閥15。在圖1中所示的實施方案中，止回閥連接到三通，該三通連接到供給管線40，供給管線40含有待與第一液體組分共混以制備共混液體的第二液體組分，所述共混液體可為共混漿料。第二成分可由加壓源供給。如果第二成分的壓力高于第一成分的壓力，則會有回流而不是混合。止回閥15將防止回流，從而確保混合的發(fā)生。

本發(fā)明的裝置還包含連接到止回閥15和止回閥22二者的下游的三通23及在三通23的下游的混合設(shè)備16。三通單獨地或與任選的一個或多個止回閥和/或任選的一個或多個混合設(shè)備外加連接這些任選的設(shè)備的管組合地產(chǎn)生混合歧管。這里描述的混合歧管是簡單的混合歧管，其混合兩種成分，并可只是接頭或三通?；蛘撸上蚱涮砑恿硗庖粋€和/或多個止回閥、混合器和三通?；蛘?，可使用以任何組合具有一個或多個三通、一個或多個止回閥和一個或多個混合器的第二歧管來混合另外兩種成分。第二混合歧管后可為最終的混合器，其將前兩個歧管的產(chǎn)物合并為最終產(chǎn)物。兩個混合歧管外加最終的混合器為本發(fā)明的混合至多四種成分的實施方案。另一個實施方案為同時混合三種成分的單一混合歧管。可以有許多不同的組合。

混合歧管可經(jīng)由流動控制器供給以待混合的成分。它們也可由容量瓶、壓力容器或泵供給。在其他實施方案中，混合歧管可構(gòu)造為將成分會合于一起而不使用三通。無三通歧管通過在單件材料中形成具有多個流體端口的多個通道來使成分會合于一起，由此通道在歧管內(nèi)匯集于一起。歧管可為單個塑料歧管。這些一體化的混合歧管可具有物理附接到歧管的止回閥。

混合歧管或混合器可采用若干混合技術(shù)。一種常見的混合技術(shù)是通過流路中特殊設(shè)計的插件在流路中產(chǎn)生湍流。這些插件已使用計算流體動力學(xué)和實際測試設(shè)計，故它們將產(chǎn)生足夠的湍流來幫助成分的混合。另一混合方法為氣旋混合，其將兩種或更多種成分在碗狀物中一起旋轉(zhuǎn)，使每一種成分通過螺旋襯套，該螺旋襯套對成分賦予扭轉(zhuǎn)動作，有助于它們的混合。

如圖所示，本發(fā)明的裝置還包含第二成分貯存器18。該貯存器可被加壓以供給批量化學(xué)品分配歧管，從而分配到使用點。所述本發(fā)明的裝置將為一個這樣的使用點。

如圖所示，本發(fā)明的裝置還包含任選的第二成分流動控制器200。任選的流動控制器200如圖所示包含流量計19、控制閥20和控制設(shè)備21。流量計19連接到控制閥20。流量計19還電連接到控制設(shè)備21?？刂崎y20也電連接到控制設(shè)備21。流動控制器200的運行類似于已在上文描述的流動控制器100的運行。對于流量計12和19而言，端口尺寸、流量范圍和壓力范圍可相同或不同?？刂崎y13和20可具有相同或不同的端口尺寸、最大流量、內(nèi)孔尺寸和其他特性。

供給到流量計19入口的壓力的變化必須最小化以使共混精度最大化。壓力分配系統(tǒng)中壓力的變化通常小于+/-10％、或+/-5％或+/-3％，優(yōu)選地，發(fā)生的任何變化通常是低頻的，變化的類型是流動控制器可容易地控制的。

本發(fā)明的裝置還包含用于共混產(chǎn)物的貯存器17。通常，在分配到使用點或進一步過濾或其他處理之前，產(chǎn)物被貯存在罐中或其他容器中。本發(fā)明的一個替代實施方案將為小貯存器或無貯存器，其將共混產(chǎn)物直接分配到使用點。還常見的是繞過貯存器17并將共混產(chǎn)物引導(dǎo)向廢物泄放管達一段時間以充填共混歧管和供給裝置中的管線，從而移除老化的產(chǎn)物，以便流動控制器具有足夠的時間來穩(wěn)定化。流動控制器通常在3秒后穩(wěn)定，這意味著至少3秒的管線充填時間是最佳的。在管線充填時間已到后，裝置將填充貯存器17或分配共混漿料產(chǎn)物到使用點，或是以一些其他方式處置共混漿料產(chǎn)物。

本發(fā)明的方法解決了發(fā)明背景中提到的問題。這些問題與不同條件(過濾、灌泵和一般操作)下的物理量：流量、壓力和壓力波動有關(guān)。目標(biāo)是向流動控制器的流量計的入口提供足夠的流量、足夠的壓力和極小的壓力波動。

圖2中示出了本發(fā)明的另一個實施方案。如圖2中所示，化學(xué)品容器1含有將被遞送至流量計12a的液體。該液體可為高純度半導(dǎo)體級化學(xué)品、cmp漿料或任何液體。抽吸管線28連接化學(xué)品容器到波紋管泵3a。抽吸管線可優(yōu)選為由daikinap-231sh樹脂制成的1/2”外徑的entegrisfluorolinexkt管。來自saintgobain或zeus或其他樹脂如dupont450hp或950的替代管也是合適的?？墒褂幂^大的直徑，如3/4”或1”，來改善抽吸管線性能。系統(tǒng)中的其他管為相同的entegrisfluorolinexkt管，另有指出除外。

在一些替代的實施方案中，抽吸管線28可含有粗濾器、手動隔離閥或氣動氣控閥。

泵3a為具有中等壓力波動的波紋管泵。一種可用的泵可得自saintgobainasti。中等壓力波動是由空氣消耗量為6scfm或更少的波紋泵產(chǎn)生的，其最大泵運行壓力為0.5mpa或更小。這產(chǎn)生具有較低頻率和振幅的壓力波動。泵優(yōu)選盡可能低地位于裝置中。其可安裝在鞍座上以使得傳遞到裝置的其余部分的振動最小化。該泵由空氣或氮氣或其他惰性氣體操作。惰性氣體經(jīng)由空氣管29供給到泵3a的先導(dǎo)端口。空氣管的外徑優(yōu)選1/8”或更大。管29可由fep或其他塑料制成。如果管線長于3米，則供給泵的空氣管29可能需要較大的外徑。泵3a由控制器4a供給，控制器4a由管29連接。在一些替代的實施方案中，空氣管29可含有2-通或3-通螺線管致動閥來打開和關(guān)閉向泵的空氣供給。

泵3a優(yōu)選在0.35mpa的先導(dǎo)壓力下運行。最大先導(dǎo)壓力為0.5mpa，最小為0.2mpa。

控制器4a優(yōu)選為numaticssentronicd或sentronicplus。該控制器具有用于接收設(shè)定點、功率和來自流量計34的外部反饋信號35的電連接器?？刂破鹘邮諄碜粤髁坑?4的信號。該信號成為控制器4a固件中設(shè)置的級聯(lián)控制方案的基礎(chǔ)。級聯(lián)控制意味著有兩個回路：一個從屬回路和一個主回路，主回路提供從屬回路的輸入。主回路以外部反饋(流量計34)來運轉(zhuǎn)。從屬回路以出口壓力變送器來運轉(zhuǎn)，出口壓力變送器在控制器4a內(nèi)部并測量管線29中的壓力。當(dāng)在流量計34設(shè)定點與流量計反饋信號35之間存在差異時，這將導(dǎo)致控制器4a內(nèi)的內(nèi)部壓力設(shè)定點的改變。改變的主動性取決于主固件的調(diào)整方式。這又導(dǎo)致內(nèi)部壓力變送器在壓力控制回路中記錄誤差信號。壓力變送器誤差導(dǎo)致控制器調(diào)節(jié)向泵33a的壓力供給。改變的主動性取決于從屬固件的調(diào)整方式。固件中存在許多將影響控制器對信號的響應(yīng)的參數(shù)，這些參數(shù)可由工程師調(diào)節(jié)。固件設(shè)置為使得壓力范圍為0.5-0.2mpa。總而言之，控制器4a接收來自流量計的信號并調(diào)節(jié)對泵33a的壓力供給以維持流速設(shè)定點。

泵33a經(jīng)由管連接到任選的過濾器殼體6。該過濾器殼體與第一個實施方案中描述的相同。

過濾器殼體6經(jīng)由管連接到圓頂加載壓力調(diào)節(jié)器30?？捎玫恼{(diào)節(jié)器可得自smc，流動容量為40lpm(在其他實施方案中，調(diào)節(jié)器的體積流動容量可為大約20至50lpm)。這與泵3a的最大體積流速2.5gpm(9.5lpm)相比，比率為大約4:1。在其他實施方案中，該比率可為2.5:1至5.5:1或3:1至5:1或3.5:1至4.5:1。最大壓力(先導(dǎo)和液體)為0.5mpa，0.4mpa(先導(dǎo)和液體)為實際的標(biāo)稱運行最大壓力。最大壓力波動抑制的最佳先導(dǎo)壓力范圍為0.15+/-0.05mpa。先導(dǎo)壓力越低，(液體的)壓力波動抑制得越好。先導(dǎo)壓力控制閥門開度％；較低的壓力導(dǎo)致較小的閥門開度。這將減小流速。當(dāng)泵3a被供給以0.35mpa的先導(dǎo)壓力且調(diào)節(jié)器30被供給以0.1mpa的先導(dǎo)壓力時，系統(tǒng)中的流速為約3lpm，壓力波動如此小以致轉(zhuǎn)子流量計的浮子是明顯穩(wěn)定的。在0.2mpa的調(diào)節(jié)器30先導(dǎo)壓力下，轉(zhuǎn)子流量計的浮子將略微擺動，表明有小量的壓力波動。在0.2mpa下的較大調(diào)節(jié)閥開度將使得流速增大。該調(diào)節(jié)器構(gòu)成第一級壓力波動抑制。

圓頂加載調(diào)節(jié)器30為減壓調(diào)節(jié)器。這意味著向調(diào)節(jié)器30供給0.1mpa的先導(dǎo)壓力將使得出口液體壓力減至低于0.1mpa。液體供給壓力必須為至少0.2mpa以獲得0.1mpa的出口壓力。更高的入口壓力(0.35mpa為泵的標(biāo)稱運行先導(dǎo)壓力)將導(dǎo)致更大的減壓和更高的壓力波動抑制有效性。

圓頂加載調(diào)節(jié)器30經(jīng)由空氣管31提供壓力。該管外徑可為1/4”或5/32”，并由任何塑料材料制成，但優(yōu)選fep。該管通向直接操作的空氣調(diào)節(jié)器32。使用的常用部件可得自smc。存在許多可商購獲得的其他部件。

調(diào)節(jié)器30連接到流量計34。連接它們的管是耐化學(xué)品的pfa，并可具有任何足夠大以處理來自調(diào)節(jié)器30的流速的尺寸。優(yōu)選1/2”管尺寸。一種合適的流量計部件來自smc。流量計34與控制器44電連通，這由虛線35示出。在一些實施方案中，流量計34為可變面積流量計，如可得自futurestar的那些。

流體接下來通過三通7。第一支路10為去往化學(xué)品容器1的返回管。這為未被流動控制系統(tǒng)200消耗的液體的再循環(huán)提供路徑。

再循環(huán)回路300包含(任選的化學(xué)品容器1)、抽吸管2(插入到化學(xué)品容器1中)、泵3a、調(diào)節(jié)器30、流量計34和返回管10及位于返回管10(插入到化學(xué)品容器1中)上的一個或多個背壓單元24a和24b。調(diào)節(jié)器位于泵的下游，流量計位于調(diào)節(jié)器的下游。調(diào)節(jié)器可為以電子方式控制的調(diào)節(jié)器或以機械方式控制的調(diào)節(jié)器。該回路可被稱為泵流量控制回路，因為流量計34、泵3a和控制器4a組合起來控制泵流量。

在一些替代的實施方案中，返回管線10(其位于接頭7的下游)可具有以下中的一者或多者：過濾器、手動隔離閥、氣動氣控閥、具有可變面積流量計8和手動背壓控制閥9的手動背壓控制系統(tǒng)24a、和/或具有電連接到控制器26的壓力傳感器25的背壓控制系統(tǒng)24b，其中控制器26控制氣動致動的控制閥27。

接頭7的下游為流動控制系統(tǒng)100，其具有流體連接的圓頂加載調(diào)節(jié)器13a、流量計12a和任選的隔離閥11，此外還具有經(jīng)由電連接30與流量計連通并控制調(diào)節(jié)器13的控制器14a，因為所述裝置的這一部分的目的是控制通過流量計12a的流量。調(diào)節(jié)器13a流體連接到管36，管36經(jīng)由任選的隔離閥11連接到三通7并由此連接到再循環(huán)回路300。在一些實施方案中，可用的隔離閥可為氣動或手動隔離閥11，其流體連接于三通7與調(diào)節(jié)器13a之間。

隔離閥11下游的管28進給調(diào)節(jié)器13a和流量計12a。管尺寸可優(yōu)選為外徑1/4”。由于調(diào)節(jié)器13a由電子控制器14a(其從流量計12a獲得信號輸入并控制控制器14a內(nèi)的閥(未示出)，控制器14a控制氣體經(jīng)由管線39從氣體供應(yīng)5向調(diào)節(jié)器13a的流動)控制，故其可被稱為受控的調(diào)節(jié)器(這與調(diào)節(jié)器30不同，調(diào)節(jié)器30被供給以來自手動調(diào)節(jié)器32的氣壓，手動調(diào)節(jié)器32使用固定手動調(diào)節(jié)方法)。此外，由于受控的調(diào)節(jié)器13a和14a還具有受控的閥(也稱控制閥)并響應(yīng)于流量變送器12工作，故這三個部件一起也可被稱為流動控制器。

管36連接到圓頂加載壓力調(diào)節(jié)器13a。可用的調(diào)節(jié)器可得自smc，流動容量為4.5lpm。最大壓力(先導(dǎo)和液體)為0.5mpa，0.4mpa(先導(dǎo)和液體)為實際的標(biāo)稱運行最大壓力。最大壓力波動抑制的最佳先導(dǎo)壓力范圍為0.15+/-0.05mpa。先導(dǎo)壓力越低，壓力波動抑制得越好。先導(dǎo)壓力控制閥門開度％；較低的壓力導(dǎo)致較小的閥門開度。這將減小流速。當(dāng)來自壓力調(diào)節(jié)器30的輸出壓力為約0.2mpa且壓力調(diào)節(jié)器13a被供給以0.1mpa的先導(dǎo)壓力時，調(diào)節(jié)器將減小液體壓力至低于0.1mpa，同時抑制壓力波動。該調(diào)節(jié)器13a構(gòu)成第二級壓力波動抑制。在此實施方案中，壓力波動抑制的效果由壓力調(diào)節(jié)器13a下游的流量計12a測量。

調(diào)節(jié)器13a經(jīng)由空氣管37連接到控制器14a?？諝夤?7外徑將為1/4”或5/32”并優(yōu)選為fep，但可為任何塑料?？刂破?4a為sentronicd或plus。該控制器以與針對44a所述相同的方式運行，不同的是該控制器調(diào)節(jié)去往調(diào)節(jié)器13a的氣壓?？刂破鞴碳O(shè)置為向調(diào)節(jié)器13a供給0.15+/-0.05mpa的氣壓范圍?？偠灾刂破?4a接收來自流量計12的信號并調(diào)節(jié)對調(diào)節(jié)器13a的氣壓供給以維持流速設(shè)定點，如由流量計12a所測量的。

調(diào)節(jié)器13a經(jīng)由管連接到流量計12a。流量計12a經(jīng)由電連接件39連接到控制器14a。流量計12a可為levitronixleviflow超聲波流量計，流量范圍為0-4lpm。甚至當(dāng)液體壓力低于10psig時，超聲波流量計也可精確地測量流速。

控制器14a、調(diào)節(jié)器30和控制器4a均由調(diào)節(jié)器40供給。調(diào)節(jié)器40為較大容量的調(diào)節(jié)器，最大流速能力為1500lpm。常用部件來自smc。存在許多可商購獲得的相似部件。調(diào)節(jié)器40由加壓氣體通常是空氣或氮氣供應(yīng)5供給。

在流量計12a之后，流體流動通過防止回流的止回閥15，然后流向工具或流入系統(tǒng)的另一部分中，所述另一部分可以是如上所述并如圖1中所示用于共混的部分?？稍谄渲邢幕蚬不斓榷鄠€液體組分的更大系統(tǒng)中采用多個(多于一個)各包含再循環(huán)回路和流動控制系統(tǒng)的低壓力波動流動控制裝置?？捎玫闹够亻y包括來自entegris或parker的那些。

圖3中示出了本發(fā)明的第三個實施方案。本實施方案的泵333為包含雙隔膜的低壓力波動泵。該泵同實施方案1的泵那樣運行。抽吸和排出行程(stroke)與抽吸和排出之間發(fā)生的交叉相位排出階段交替。該泵減少了在大多數(shù)其他隔膜或波紋管泵中發(fā)現(xiàn)的壓降，并且沒有一體的脈沖阻尼器，脈動阻尼器可能是不可靠的。泵3b具有100psig的最大先導(dǎo)壓力和80psig的最大液體壓力。泵3b的最大流動容量為20lpm。這是比實施方案1的泵更高的壓力和流動容量。

泵3b的雙室分別經(jīng)由空氣管29和29a供給?？諝夤軆?yōu)選外徑3/8”或更大。管29和29a可優(yōu)選為fep，但任何塑料都是合適的。泵3b由控制器4供給，控制器4由管29和29a連接。泵3b優(yōu)選為treborevolve20“x”型。該泵3b構(gòu)成第一級壓力波動抑制。

控制器4優(yōu)選為treborpc15-02。該控制器與圖1中描述的相同。

在圖3中，控制器4自流量計34接收反饋信號。該控制器應(yīng)包括pid控制器功能，并可編程為當(dāng)流量計26測得的流速與供給控制器4的設(shè)定點之間存在差異時改變泵速。另外，該控制器應(yīng)編程為改變交疊百分?jǐn)?shù)，使得交疊隨泵循環(huán)速率的增大而減小。

泵3b經(jīng)由管連接到位于泵下游的任選過濾器殼體6。該過濾器殼體與圖1中描述的相同。

任選的過濾器殼體6經(jīng)由管連接到下游的圓頂加載壓力調(diào)節(jié)器30a?？傻米詓mc的可用調(diào)節(jié)器具有91lpm的流動容量。這與泵3b的最大流速20lpm相比，比率為約4.5:1。在此實施方案中，最大壓力(先導(dǎo)和液體)為0.5mpa，0.4mpa(先導(dǎo)和液體)為實際的標(biāo)稱運行最大壓力。最大壓力波動抑制的最佳先導(dǎo)壓力范圍為0.25+/-0.05mpa。如先前所述，較低的先導(dǎo)壓力產(chǎn)生較低的壓力波動，但也提供較低的出口壓力和較低的流速。與來自泵3b的較高壓力供給組合，所述調(diào)節(jié)器可在較高的出口壓力下運行，同時有效地抑制壓力波動。最佳地，泵3b應(yīng)將離開泵的液體在60-70psig下供給至調(diào)節(jié)器30a。該調(diào)節(jié)器30a構(gòu)成第二級壓力波動抑制。

圓頂加載調(diào)節(jié)器30a經(jīng)由管31被提供以氣壓。該管外徑可為1/4”或5/32”，并由任何塑料材料制成，但優(yōu)選fep。該管通向直接操作的空氣調(diào)節(jié)器32，該空氣調(diào)節(jié)器可得自例如smc。

調(diào)節(jié)器30a連接到流量計34。連接它們的管33是耐化學(xué)品的材料，并可具有任何足夠大以處理來自調(diào)節(jié)器30a的流速的尺寸。優(yōu)選1/2”的管尺寸。合適的流量計部件為smc所制造的1.8-20lpm流速的渦流流量計。流量計34經(jīng)由電連接器35連接到控制器4。在一些實施方案中，流量計34為可變面積流量計，如來自futurestar。

流體接下來通過三通7。第一支路10為去往化學(xué)品容器1的返回管。這為未被流動控制系統(tǒng)消耗的液體的再循環(huán)提供路徑。

再循環(huán)回路300具有任選的化學(xué)品容器1、置于化學(xué)品容器1(當(dāng)其存在時)中的抽吸管2、泵3b、調(diào)節(jié)器30a和在三通7上游的流量計34、附接到三通(并在三通下游)的返回管10及任選地回到化學(xué)品容器1的返回管10中的背壓單元24a和24b。再循環(huán)回路300也可被稱為泵流量控制回路300，因為流量計34、泵3b和控制器5組合起來控制來自泵的液體的流量。如圖所示，再循環(huán)回路還具有過濾器6。在替代的實施方案中，可在再循環(huán)回路中包含另外的部件。

例如，在一些替代的實施方案中，返回管線10可含有以下中的一者或多者：過濾器、手動隔離閥、氣動氣控閥、由可變面積流量計8和手動背壓控制閥9組成的手動背壓系統(tǒng)24a、或由電連接到控制器26的壓力傳感器25組成的背壓控制系統(tǒng)24b，所述控制器26控制氣動致動的控制閥27。

圓頂加載調(diào)節(jié)器13b、流量計12b和控制器14b的組合被稱為流動控制系統(tǒng)100，因為該回路的目的是控制通過流量計12b的流量。調(diào)節(jié)器13b連接到管36，管36經(jīng)由閥11連接到三通7。

另外，在一些替代的實施方案中，可在三通7與調(diào)節(jié)器13b之間存在任選的氣動隔離閥11，或在三通7與調(diào)節(jié)器13b之間存在手動隔離閥，或二者。

管36向調(diào)節(jié)器13b和流量計12b提供流體。管尺寸可優(yōu)選為外徑3/8”。管36連接到圓頂加載壓力調(diào)節(jié)器13b。優(yōu)選的調(diào)節(jié)器來自smc，具有15lpm的流動容量。最大壓力(先導(dǎo)和液體)為0.5mpa，0.4mpa(先導(dǎo)和液體)為實際的標(biāo)稱運行最大壓力。最大壓力波動抑制的最佳先導(dǎo)壓力范圍為0.15+/-0.05mpa。在0.1-0.2mpa的先導(dǎo)壓力下運行時調(diào)節(jié)器13b將獲得比圖2中所示第二實施方案的調(diào)節(jié)器13b在壓力波動抑制的有效先導(dǎo)壓力范圍內(nèi)運行時更高的流速。該調(diào)節(jié)器13b構(gòu)成第三級壓力波動抑制。在此實施方案中，壓力波動抑制的效果將由壓力調(diào)節(jié)器13b下游的流量計122b測量。

該調(diào)節(jié)器經(jīng)由管37連接到控制器14b?？諝夤?7外徑將為1/4”或5/32”并優(yōu)選為fep，但可為任何塑料?？刂破?4b可為sentronicd或plus。該控制器以與針對4a(圖2)所述相同的方式運行，不同的是該控制器調(diào)節(jié)去往調(diào)節(jié)器13b的氣壓。控制器固件可設(shè)置為向調(diào)節(jié)器13b供給0.15+/-0.05mpa的壓力范圍?？偠灾?，控制器14b接收來自流量計12b的信號并調(diào)節(jié)對調(diào)節(jié)器13b的壓力供給以維持流速設(shè)定點。

調(diào)節(jié)器13b經(jīng)由所示的管連接到流量計12b。流量計12b經(jīng)由電連接件38連接到控制器14b。流量計12b可為levitronixleviflow超聲波流量計，流量范圍為0-20lpm。甚至當(dāng)液體壓力低于10psig時，超聲波流量計也可精確地測量流速。

控制器14b、調(diào)節(jié)器30a和控制器4均由調(diào)節(jié)器40供給。調(diào)節(jié)器40可為較大容量的調(diào)節(jié)器，最大流速能力為1500lpm，來自例如smc。調(diào)節(jié)器40由供應(yīng)5供給空氣或氮氣。

在流量計112之后，流體流動通過防止回流的止回閥15，然后流向系統(tǒng)的另一部分中以便混合或作其他用途。止回閥下游計量的量的液體可如圖1中所示的那樣被引導(dǎo)到裝置的混合部分中以形成共混液體?？墒褂胑ntegris或parker止回閥?？稍谟糜诙鄠€液體流的更大系統(tǒng)中采用多個泵回路100和流動控制單元100。

在使用中，操作人員通常必須連接含有液體的液體供給容器并插入汲取管2。泵開始運行，使用抽吸來從容器取出液體。液體從容器再循環(huán)通過泵、任選的過濾器6、在一些實施方案中調(diào)節(jié)器30或30a及在一些實施方案中背壓單元24a和24b，并返回到容器。

當(dāng)下游有需要且期望液體的流動控制時，任選的閥11打開且受控的調(diào)節(jié)器13、13a或13b(取決于實施方案)打開以開始向流動控制器系統(tǒng)的流動。調(diào)節(jié)器中的閥將基于來自流量計12、12a或12b(取決于實施方案)的反饋來調(diào)節(jié)由調(diào)節(jié)先導(dǎo)壓力的控制器14、14a或14b(取決于實施方案)打開的比例。調(diào)節(jié)器30和30a將減少液體壓力波動。將控制器14a或14b中的先導(dǎo)壓力設(shè)定在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)以提供最佳的脈動阻尼和流動控制。因此，調(diào)節(jié)器13、13a和13b同時提供了第二或第三級壓力波動抑制和流動控制。

在13、13a或13b打開的同時，從再循環(huán)回路300抽出液體，流量計34檢測流速變化(其與設(shè)定點流速相比減小)并向泵3、3a或3b(取決于實施方案)發(fā)出信號來調(diào)節(jié)速度。取決于來自控制器的信號(如果有的話)，泵可調(diào)節(jié)其他變量。

本發(fā)明提供了用來在低的壓力波動下供給穩(wěn)定體積的液體的裝置和方法，其可用來形成液體共混物或者供給其他設(shè)備或工具。本發(fā)明已結(jié)合特定的實施方案加以描述。應(yīng)理解和預(yù)期，可對所描述的實施方案進行修改和替換，因此，本發(fā)明不僅限于所描述的實施方案。