控制混合浓度的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的夺叉参考
[0002] 本申请案为2012年11月16日提出申请的第61/727,630号美国临时专利申请案 的非临时案且主张所述美国临时专利申请案的优先权权益，所述美国临时专利申请案的全 部内容以引用方式明确地并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明的实施例通常涉及物质的高准确度混合。
【背景技术】
[0004] 物质的高准确度混合在包含微电子学（在半导体、平板显示器、磁盘驱动器、太阳 能电池等等的形成中）、生命科学（制药学、生物技术及个人护理以及其它）、化学工程及石 化工程的各种各样的技术领域中是重要的。举例来说，制造创新（例如半导体制造中的单 个晶片处理及药品制造中的连续反应过程）通常需要化学物质以精确比例混合。
【发明内容】
[0005] 示范性实施例提供以如下方式达成两种或两种以上物质的高准确度混合的混合 方法、系统、设备、装置及组合件：控制所得混合物中的一或多种物质的浓度。示范性实施例 还包含混合组合件，所述混合组合件包含两个或两个以上混合设备，每一混合设备经配置 以用于混合两种或两种以上物质。
[0006] 根据一个示范性实施例，提供一种用于混合多种物质的方法。所述方法可包含确 定混合后物质中的第一输入物质的目标浓度，所述混合后物质由第一输入物质与第二输入 物质混合而产生。所述方法可包含在所述第一输入物质与所述第二输入物质混合时连续地 确定所述混合后物质中的所述第一输入物质的混合后浓度值。所述方法还可包含：监视所 述混合后浓度值以确定混合后浓度是否超出预定目标浓度范围或所述目标浓度的误差容 限；及在确定所述混合后浓度超出所述预定目标浓度范围或所述目标浓度的误差容限时调 整经配置以控制所述第一输入物质的混合前流率的控制阀。
[0007] 在一些实施例中，所述方法可包含：调整所述控制阀可包含基于一或多个控制参 数而调整所述控制阀的位置。所述方法可进一步包含：在确定所述混合后浓度超出所述预 定目标浓度范围或所述目标浓度的误差容限之后针对所述一或多个控制参数中的至少一 者形成至少一个经调整控制参数；及基于所述经调整控制参数而调整所述控制阀。
[0008] 在一些实施例中，所述方法可进一步包含：确定所述混合后浓度与所述目标浓度 之间的差值；基于所述差值及所述经调整控制参数而确定反馈控制值；及基于所述反馈控 制值而调整所述控制阀。
[0009] 在一些实施例中，所述方法可进一步包含基于预定数目个所确定混合后浓度值而 产生平均混合后浓度。此外，所述方法可包含监视所述平均混合后浓度以确定所述混合后 浓度超出预定目标浓度范围或所述目标浓度的误差容限。
[0010] 在一些实施例中，所述方法可进一步包含：确定所述第二输入液体的流率；及基 于所述所确定流率而设定所述控制阀的初始位置。
[0011] 在一些实施例中，所述方法可进一步包含在测量所述混合后物质之前使所述混合 后物质通过静态混合器，借此增加所述混合后浓度值的准确度。
[0012] 在一些实施例中，所述第二输入物质可为例如可从不同混合设备接收的输出物 质。
[0013] 在一些实施例中，所述方法可进一步包含：测量所述混合后物质的光学反射率及 温度；基于所述光学反射率及温度而确定所述混合后物质的折射率；及基于所述折射率而 确定所述混合后物质中的所述第一输入物质的所述混合后浓度值。
[0014] 在一些实施例中，调整经配置以控制所述第一输入物质的混合前流率的所述控制 阀独立于所述第一输入物质的所测量流率。
[0015] 根据另一示范性实施例，提供一种用于对多种物质进行受控制混合以产生第一混 合物的方法。所述方法可包含：接收所述多种物质的所述混合物中的第一物质的第一目标 浓度范围；及将所述多种物质供应到第一混合区，所述多种物质在所述第一混合区中混合 以产生所述第一混合物。所述方法还可包含：在继续将所述多种物质供应到所述第一混合 区的同时，确定所述第一混合物中的所述第一物质的浓度值；及将所述第一物质的所述浓 度值与所述第一目标浓度范围进行比较。所述方法可进一步包含：基于所述第一物质的所 述浓度值超出所述第一目标浓度范围的确定，自动调整所述第一物质到所述第一混合区的 供应。
[0016] 在一些实施例中，所述方法可通过以下方式来确定所述第一混合物中的所述第一 物质的所述浓度值：检测所述第一混合物的一或多个特性物理性质；及基于所述第一混合 物的所述一或多个特性物理性质而确定所述第一混合物中的所述第一物质的所述浓度值。 所述一或多个特性物理性质可选自包含以下各项的群组：温度、露点、浓度、所述第一混合 物中的声速、光学反射率及折射率。
[0017] 在一些实施例中，所述方法可通过以下方式来确定所述第一混合物中的所述第一 物质的所述浓度值：检测所述第一混合物的光学反射率；检测所述第一混合物的温度；基 于所述第一混合物的所述光学反射率及所述温度而确定所述第一混合物的折射率；及基于 所述折射率而确定所述第一混合物中的所述第一物质的所述浓度值。
[0018] 在一些实施例中，可通过调整提供于将所述第一物质供应到所述第一混合区的第 一导管处的控制阀来调整所述第一物质到所述第一混合区的供应，所述控制阀经配置以控 制穿过所述第一导管的所述第一物质的流率。在一些实施例中，可通过以下方式来调整所 述控制阀：基于所述第一混合物中的所述第一物质的所述浓度值且基于所述多种物质中的 至少一者的一或多个物理特性而控制所述控制阀的开口大小。所述多种物质中的至少一者 的所述一或多个物理特性可包含粘度、密度、比重、化学组成、温度及压力。在一些实施例 中，可通过以下方式来调整所述控制阀：基于所述第一混合物中的所述第一物质的所述浓 度值且基于其中产生所述第一混合物的混合系统的一或多个物理特性而控制所述控制阀 的开口大小，其中所述一或多个物理特性选自包括以下各项的群组：将所述第一物质供应 到所述混合区所通过的第一导管的大小、所述混合区的类型及所述控制阀的类型。
[0019] 在一些实施例中，可通过以下方式来调整所述控制阀：基于所述第一混合物中的 所述第一物质的所述浓度值、其中产生所述第一混合物的混合系统的一或多个物理特性及 所述多种物质中的至少一者的一或多个物理特性而控制所述控制阀的开口大小。
[0020] 在一些实施例中，所述方法可包含：在继续将所述多种物质供应到所述第一混合 区的同时，确定所述第一混合物中的所述第一物质的第二浓度值；将所述第一物质的所述 第二浓度值与所述第一目标浓度范围进行比较；及在确定所述第一物质的所述第二浓度值 超出所述第一目标浓度范围后，即刻自动调整提供于用于将所述第一物质供应到所述第一 混合区的第一导管处的控制阀的所述开口大小，所述控制阀的所述开口大小是基于所述第 一混合物中的所述第一物质的所述第二浓度值而调整。
[0021 ] 在一些实施例中，所述方法可包含：接收所述多种物质的所述第一混合物中的第 二物质的第二目标浓度范围；在继续将所述多种物质供应到所述第一混合区的同时，确定 所述第一混合物中的所述第二物质的浓度值；将所述第二物质的所述浓度值与所述第二目 标浓度范围进行比较；及基于所述第二物质的所述浓度值超出所述第二目标浓度范围的确 定，自动调整所述第二物质到所述第一混合区的供应。
[0022] 在一些实施例中，所述方法可包含：将所述第一混合物供应到第二混合区；将第 三物质供应到所述第二混合区，所述第一混合物与所述第三物质在所述第二混合区中混合 以产生第二混合物；接收所述第二混合物中的所述第三物质的第三目标浓度范围；在继续 将所述第一混合物及所述第三物质供应到所述第二混合区的同时，确定所述第二混合物中 的所述第三物质的浓度值；将所述第三物质的所述浓度值与所述第三目标浓度范围进行比 较；及基于所述第三物质的所述浓度值超出所述第三目标浓度范围的确定，自动调整所述 第三物质到所述第二混合区的供应。
[0023] 根据另一示范性实施例，提供一种用于混合多种物质的方法。所述方法可包含：接 收所述多种物质的所述混合物中的第一物质的第一目标浓度范围；及将所述多种物质供应 到第一混合区，所述多种物质在所述第一混合区中混合以产生所述第一混合物。所述方法 还可包含：在继续将所述多种物质供应到所述第一混合区的同时，确定所述第一混合物中 的所述第一物质的浓度值；及将所述第一物质的所述浓度值与所述第一目标浓度范围进行 比较。所述方法可进一步包含：在确定所述第一物质的所述浓度值超出所述第一目标浓度 范围后，即刻通过调整提供于用于将所述第一物质供应到所述第一混合区的第一导管处的 控制阀的开口大小来自动调整所述第一物质到所述第一混合区的流率。可基于所述第一混 合物中的所述第一物质的所述浓度值且基于所述多种物质中的至少一者的一或多个物理 特性而调整所述控制阀的所述开口大小。所述多种物质中的至少一者的所述一或多个物理 特性可选自包括以下各项的群组：粘度、密度、比重、化学组成、温度及压力。
[0024] 根据另一示范性实施例，提供一种混合系统。所述混合系统可包含：第一混合导 管；第一供应导管，其耦合到所述第一混合导管且安置于所述第一混合导管的上游，所述第 一供应导管包含孔以用于将第一物质供应到所述第一混合导管；第一流量控制装置，其提 供于所述第一供应导管处，所述第一流量控制装置经配置以选择性地调整所述第一供应导 管的所述孔的开口；及第二供应导管，其耦合到所述第一混合导管且安置于所述第一混合 导管的上游，所述第二供应导管包含孔以用于将第二物质供应到所述第一混合导管。所述 混合系统还可包含第一组一或多个传感器，所述一或多个传感器提供于所述第一混合导管 处以用于检测通过所述第一与第二物质的混合产生的第一混合物的一或多个特性。所述混 合系统可进一步包含可操作地耦合到所述第一组一或多个传感器及所述第一流量控制装 置的第一控制电路，所述第一控制电路经编程以自动控制所述第一流量控制装置以基于在 所述第一混合导管处所述第一混合物的所述一或多个所检测到的特性而调整所述第一物 质的流率。
[0025] 在一些实施例中，所述第一混合物的所述一或多个所检测到的特性可选自包括以 下各项的群组：温度、露点、浓度、所述第一混合物中的声速、光学反射率及折射率。
[0026] 所述混合导管可包含交叉区域，所述物质在所述交叉区域处首先接触以用于混 合。一或多个微传感器优选地位于尽可能靠近于所述交叉区域处，但远离所述交叉区域具 有充分距离以确保在检测浓度之前将所述物质混合。在一个示范性非限制性实施例中，所 述微传感器可安置于距所述交叉区域大约1寸到大约2寸处。此确保混合过程与在所述物 质的供应中进行的任何调整之间的紧密联结，使得在实质体积的所述混合物流过所述交叉 区域之前所述经调整供应影响所述混合过程。因此，贯穿所述混合过程严密控制所述混合 物中的所述物质浓度，且在特定实施例中，可消除混合槽。
[0027] 在一些实施例中，所述第一控制电路可经编程以基于所述第一混合物的所述一或 多个所检测到的特性而确定所述第一混合物中的所述第一物质的浓度值，将所述第一物质 的所述浓度值与所述第一物质的第一目标浓度范围进行比较，且基于所述第一物质的所述 浓度值超出所述第一目标浓度范围的确定，自动控制所述第一流量控制装置以调整所述第 一供应导管的所述孔的所述开口。
[0028] 在一些实施例中，所述第一组一或多个传感器可包含：光学系统，其经配置以检测 所述第一混合物的光学反射率；及热敏电阻或温度计，其用于检测所述第一混合物的温度。 所述第一控制电路经编程以基于所述第一混合物的所述光学反射率及所述温度而确定所 述第一混合物的折射率，且基于所述折射率而确定所述第一混合物中的所述第一物质的所 述浓度值。
[0029] 在一些实施例中，所述第一控制电路可经编程以基于所述第一混合物中的所述第 一物质的所述浓度值且基于所述多种物质中的至少一者的一或多个物理特性而控制所述 第一流量控制装置，其中所述一或多个物理特性选自包括以下各项的群组：粘度、密度、比 重、化学组成、温度及压力。
[0030] 在一些实施例中，所述第一控制电路可经编程以基于所述第一混合物中的所述第 一物质的所述浓度值且基于所述混合系统的一或多个物理特性而控制所述第一流量控制 装置，其中所述一或多个物理特性选自包括以下各项的群组：所述第一供应导管的大小、所 述第一混合导管的类型及所述第一流量控制装置的类型。
[0031 ] 在一些实施例中，可以预定间隔操作所述传感器中的一或多者以在所述第一与第 二物质在所述第一混合导管中混合期间检测所述第一混合物的所述一或多个特性。
[0032] 在一些实施例中，所述混合系统还可包含提供于所述第二供应导管处的第二流量 控制装置，所述第二流量控制装置经配置以选择性地调整所述第二供应导管的所述孔的开 口。所述第一控制电路可操作地耦合到所述第二流量控制装置，所述第一控制电路经编程 以自动控制所述第二流量控制装置以基于在所述第一混合导管处所述第一混合物的所述 一或多个所检测到的特性而调整所述第二物质的流率。
[0033] 在一些实施例中，所述第一控制电路可经编程以基于所述第一混合物的所述一或 多个所检测到的特性而确定所述第一混合物中的所述第二物质的浓度值，将所述第二物质 的所述浓度值与所述第二物质的第二目标浓度范围进行比较，且基于所述第二物质的所述 浓度值超出所述第二目标浓度范围的确定，自动控制所述第二流量控制装置。
[0034] 在一些实施例中，所述混合系统还可包含：第二混合导管，其耦合到所述第一混合 导管且安置于所述第一混合导管的下游；第三供应导管，其耦合到所述第二混合导管且安 置于所述第二混合导管的上游，所述第三供应导管包含孔以用于将第三物质供应到所述第 二混合导管；第三流量控制装置，其提供于所述第三供应导管处，所述第三流量控制装置经 配置以选择性地控制所述第三供应导管的所述孔的开口；第二组一或多个传感器，其提供 于所述第二混合导管处以用于检测通过所述第一混合物与所述第三物质的混合产生的第 二混合物的一或多个特性；及第二控制电路，其可操作地耦合到所述第二组一或多个传感 器及所述第三流量控制装置，所述第二控制电路经编程以自动控制所述第三流量控制装置 以基于在所述第二混合导管处所述第二混合物的所述一或多个所检测到的特性而调整所 述第三物质的流率。
[0035] 在一些实施例中，所述混合系统还可包含安置于所述第一混合导管处的混合装 置，所述混合装置经配置以混合所述第一与第二