DD286301A5 - Verfahren zur steuerung von hplc-pumpen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von HPLC-Pumpen. Erfindungsgemaesz werden die vom Zeitpunkt des Beginns der Ansaugphase sich aus der Pumprate ergebenden Volumenschritte gezaehlt und gespeichert. Die Kompressionsphase wird in eine Phase der Kompression innerhalb des Zylinders und eine Phase der Foerderung in das System unterteilt. Der Beginn Letzterer wird durch den Zeitpunkt des Minimums des Druckes im System bestimmt. Danach werden die Volumenschritte gezaehlt und mit der Anzahl der im Speicher befindlichen Volumenschritte verglichen. Die Phase der Schnellfoerderung wird beendet, wenn die Anzahl der tatsaechlichen, realen Volumenschritte der Anzahl der gespeicherten, theoretischen Volumenschritte entspricht. Dann wird auf eine kontinuierliche Foerderung umgeschaltet. Durch Reduzierung der erforderlichen Meszgenauigkeit fuer den Druck wird der technischer Aufwand deutlich verringert. Figur{HPLC; Pumpe; Kurvenscheibe; Schrittmotor; Pumpensteuerung; Volumenschritt; Foerderung; Druck; Kompression; Ansaugphase}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von HPLC-Pumpen, insbesondere für Einkolbenpumpen mit stark verkürzter Ansaugzeit.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei Einkolbenpumpen mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Zylinder und einem in diesem Zylinder beweglichen Kolben, der in der Regel durch eine Kurvenscheibe gesteuert wird, tritt bei jedem Förderzyklus in der Ansaugphase ein Druckabfall ein. Es ist bekannt, diesen Druckabfall durch einen Speicher (Dämpfungsgefäß) soweit wie möglich zu verringern, bis die Pumpe wieder direkt in das System hinein fördert. Zusätzlich ist bekannt, die Zeitdauer des Ansaugens stark zu verkürzen, um dadurch den Druckabfall weiter zu verringern. An diese Ansaugphase schließt sich ein Zeitabschnitt an, in dem die Flüssigkeit in der Pumpe komprimiert wird.

Hierzu ist bekannt, die Zeitabschnitte für Ansaugen und Komprimieren zu ermitteln und fest einzustellen. Dies hat den Nachteil, daß Einflüsse, die sich in einer Veränderung der Kompressibilität auswirken, nicht berücksichtigt werden können.

Nach EP-PS 106009 ist bekannt, der Druck hinter dem Auslaßventil der Pumpe an einer zeitlich vorbestimmten Stelle des Förderzyklus zu messen und zu speichern. Während des Kompressionszeitabschnittes wird der dort herrschende Druck gemessen und mit dem gespeicherten Wert verglichen. Bei Gleichheit der beiden Werte wird der Kompressionszeitabschnitt beendet und die Pumpe von der bisher erhöhten Förderrate auf Normalförderung geschaltet.

Diese technische Lösung hat den Nachteil, daß einerseits ein hochempfindliches Meßsystem für den Druck eingesetzt werden muß, andererseits aber der Grad der realisierten Dämpfung den gemessenen Ist-Wert verfälscht und die darauf beruhende Regelgenaiiigkeit mindert.

Weiterhin ist bekannt, den Druck im Pumpenzylinder zu messe., und aus diesen Meßwerten Regelgrößen für die Pumpenste' «".rung abzuleiten. Mit dieser Verfahrensweise wird zwar der Einfluß des Dämpfungsgliedes auf die Druckmessung vermindert, jedoch wird hierdurch das Innenvolumen des Zylinders vergrößert, und es ist eine kostenaufwendige spezielle Meßeinrichtung statt des sonst gebräuchlichen Druckwandlers erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den technischen Aufwand für die Pumpensteuerung zu vermindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die der Steuerung zugrunde liegende Druckmessung außerhalb des Zylinders vorzunehmen und dabei den Einfluß der eingesetzten Dämpfung auf die Pumpenregelung zu vermindern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei jedem Förderzyklus die vom Zeitpunkt des Beginns der Ansaugphase sich aus der Pumprate theoretisch ergebenden Volumenschritte gezählt und gespeichert werden. Da HPLC-Pumpen zumeist mit Schrittmotoren betrieben werden, entspricht jedem Schritt des Motors ein definiertes, gefördertes Volumen (Volumenschrill). Unter Pumprate ist hierbei die in der Zeiteinheit zu fördernde Flüssigkeitsmenge gemessen als Volumen zu verstehen. Die Kompressionsphase wird in eine Phase der Kompression innerhalb des Zylinders und eine Phase der Förderung in das System unterteilt. Der Beginn der Phase der Förderung in das System wird durch den Zeitpunkt eines Druckminimums im System

bestimmt. Von diesem Zeitpunkt an werden die Volumenschritte gezählt und mit der Anzahl der im Speicher befindlichen

Volumenschritte verglichen. Die Phase der Schnellförderung wird bis zu dem Zeitpunkt begrenzt, bei dem die Anzahl der

tatsächlichen, realen Volumenschritte der Anzahl der gespeicherten, theoretischen Volumenschritte entspricht. Dann wird aufeine kontinuierliche Förderung umtjaschaltet.

Es wurde nämlich gefunden, daß zum Zeitpunkt des Beginns der Förderung in das System der Meßwert für den Druck hinter dem Auslaßventil der Pumpe ein Minimum aufweist und dieser Zeitpunkt so leicht zu ermitteln ist, z. B. durch Einsatz eines Druckmeßwandlere mit Bourdonrohr. Bei Antriebssstemen mit Gleichstrommotor erfolgt häufig die Regelung mit analogen Steuergrößen. Es kann das

erfindungsgemäße Verfahren dadurch eingesetzt werden, daß die Volumengrößen als Analogwerte dargestellt werden undauch der Vergleich mit Hilfe der Analogtechnik durchgeführt wird.

AusfOhrungsbelsplele

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine graphische Darstellung des Druckverlaufs innerhalb und außerhalb des Zylinders einer Einkolbenpumpe.

1. Ein Kolben wird Ober eine Kurvenscheibe von einem Schrittmotor angetrieben, wöbe· jeder Schritt eine bestimmte Kolbenbewegung und damit einen definierten Volumenschritt bewirkt. Durch einen Geber an der Kurvenscheibe wird der Zeitpunkt 1 (Fig.) des Beginns der der Ansaugphase signalisiert. Von diesem Zeitpunkt 1 an wird die Zahl der für einen konstanten Fluß anliegenden Steuerimpulse einem Zähler zugeführt. Der Schrittmotor wird mit höherer Drehzahl, der sog. Ansauggeschwindigkeit betrieben.

Nach Beendigung der Ansaugphase, zum Zeitpunkt 2, beginnt die Kurvenscheibe den Kolben in Richtung der Kompression zu

drücken und der Druck im Zylinder steigt. Während der Ansaugphase und der Phase der Kompression der Flüssigkeit im Zylinderfällt der Druck im System hinter der Pumpe trotz eines eingeschalteten Dämpfunysgefäßes geringfügig ab.

Mit dem Beginn der Flüssigkeitsförderung aus dem Zylinder in das System beginnt auch sofort der Druck im System anzusteigen,

die Druckkurve zeigt ein vorheriges Minimum 3. Der Zeitpunkt des Minimums wird auf bekannte Weise bestimmt, z. B. aus der

Polaritätsumkehr des differenzierten Drucksignals. Von diesem Zeitpunkt an werden die dem Schrittmotor zugeführten Steuerimpulse einem zweiten Zähler zugeführt. Die Inhalte

beider Zähler werden fortlaufend verglichen. Bei erreichter Gleichheit, Zeitpunkt 4, wird der Schnellauf beendet und der

Schrittmotor weitar mit der dfem gewählten Fluß entsprechenden Geschwindigkeit betrieben. Danach werden beide Zähler auf Null geschaltet und sind damit für die Steuerung des nächsten Ansaugvorganges bereit. In der Abbildung sind die Impulse für den konstanten Fluß 5, die vom Zeitpunkt 1 bis Zeitpunkt 4 in den Zähler 1 eingegeben werden,

und die Steuerimpulse für den Schrittmotor 6, die vom Zeitpunkt 3 bis Zeitpunkt 4 in den Zähler 2 eingegeben werden,schematich dargestellt.

2. In einer Variante werden die beiden Zähler gemäß Beispiel 1 durch einen Vor-Rückwärtszähler ersetzt und die Steuerimpulse für dan konstanten Fluß dem Eingang für das Vorwärtszählen und die Steuerimpulse für den Schrittmotor dem Eingang für das Rückwärtszählen zugeführt.

Das Umschalten des Schrillmotors vom Schnellauf auf die dem Fluß entsprechende Geschwindigkeit erfolgt bei Nulldurchgeng des Zählers, wonach auch der Zähler für den nächsten Ansaugvorgang bereitgestellt wird.

3. In einer weiteren Variante werden die Aufgaben der beiden Zähler bzw. des Vor-riückwärtszählors sowie das Umschalten des Schrittmotors auf die verschiedenen Geschwindigkeiten von einem Digitalrechner übernommen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung von HPLC-Pumpen, mit einer Ansaug-, einer Kompression-o- und einer Förderphase bei jedem Pumpenzyklus, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zeitpunkt des Beginns der Ansaugphase die sich aus der Pumprate ergebenden Volumenschritte gezä'ilt und gespeichert werden, die Kompressionsphase in eine Phase der Kompression innerhalb des Zylinders und eine Phase der Förderung in das System unterteilt und der Beginn der Phase der Förderung in das System durch den Zeitpunkt eines Druckminimums im System bestimmt wird, und von diesem Zeitpunkt an die Volumenschritte gezählt und mit der Anzahl der im Speicher befindlichen Volumenschritte verglichen werden und die Phase der Schnellförderung bis zu dem Zeitpunkt begrenzt wird, bei dem die Anzahl der tatsächlichen, realen Volumenschritte der Armani der gespeicherten, theoretischen Volumenschritte entspricht und daß dann auf eine kontinuierliche Förderung umgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der sich aus der Pumprate ergebenden Volumenschritte und die Zahl der tatsächlichen, realen Volumenschritte als Analogwerte dargestellt werden und der Vergleich dieser beiden Werte in analoger Form durchgefühlt wird.