FR2461126A1 - Pompe a piston a debit reglable precisement - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES POMPES DE PRECISION EN DEBIT ET EN PRESSION. UNE POMPE A PISTON 101, 102 EST ACTIONNEE PAR UNE CAME 151 COMMANDEE PAR UN MOTEUR PAS A PAS FIN 180. ON REGLE AVEC PRECISION LA PRESSION INITIALE DE REFOULEMENT EN FIXANT LE DEBUT DE LA COURSE DE REFOULEMENT SUR LA CAME A L'AIDE DU MOTEUR PAS A PAS, AINSI QUE LE TEMPS MIS POUR CE REFOULEMENT. LE DEBIT EST A SON TOUR REGLE TRES PRECISEMENT, PAR EXEMPLE DANS UN RAPPORT DE 1 A 1000, EN COMMANDANT LA COURSE DE REFOULEMENT A L'AIDE DU MOTEUR PAS A PAS. APPLICATION NOTAMMENT A LA CHROMATOGRAPHIE DE HAUTE PERFORMANCE EN PHASE LIQUIDE.

Description

1 2461126

La présente invention concerne les pompes de précision

capables de fournir une pression aval importante.

De telles pompes s'appliquent en particulier à la chro-

matographie de hautes performances en phase liquide (HPLC), o elles servent à injecter un ou des solvants choisis dans le gar- nissage substrat formant phase stationnaire- d'une installation de chromatographie. Toute fluctuation de pression et/ou de débit étant gênante en la matière, il est souhaitable de disposer d'une

pompe qui en soit pratiquement dépourvue. Ce problème est compli-

qué par le fait que la pompe doit pouvoir injecter une grande variété de solvants, et s'adapter à des garnissages dont les

pertes de charge varient largement elles aussi.

On connaît déjà des pompes à double valve et à piston unique actionnées par moteur à courant continu. En pareil cas, c'est un profil de came qui définit a priori le moint mort haut et le point mort bas du piston, ainsi que le rapport des temps de refoulement et de retour. En règle générale, de telles pompes produisent des fluctuations importantes de pression, sinon de

débit, dans le garnissage chromatographique.

L'utilisation de pompes du même genre, mais à plusieurs

pistons, permet d'atténuer les fluctuations de débit, et de pres-

sion, au prix d'une complexité et d'un coût bien supérieurs.

L'invention vient offrir une solution très avantageuse

à ces problèmes.

L'appareil de pompage proposé est du type comportant une conduite d'entrée, une conduite de sortie, au moins un corps de pompe comprenant une chambre communiquant par des valves d'entrée et de sortie avec ces deux conduites, et un piston mobile

de façon étanche dans cette chambre, ainsi qu'un actionneur cy-

clique du genre came rotative coopérant avec ce piston pour le

faire coulisser, et un moteur entraînant la came.

Selon l'invention, le moteur est un dispositif moteur

pas à pas à pas fin, et il lui est associé des moyens de com-

mande propres à régler le mouvement de ce moteur pas à pas en fonction d'un débit de refoulement désiré ainsi que d'une vitesse de retour du piston désirée, et d'une course angulaire désirée

pour la came pendant ce retour.

2 2461126

Dans un premier mode de réalisation, les valeurs dési-

rées du débit de refoulement, de la course angulaire de came au retour et de la vitesse de retour sont affichées à l'aide d'un

dispositif tel que des roues codeuses.

Dans un autre mode de réalisation, un capteur de pres- sion est monté sur la conduite de sortie; les valeurs désirées du débit de refoulement, de la vitesse de retour ainsi que d'une

pression maximale de sortie sont affichées à l'aide d'un disposi-

tif tel que des roues codeuses; et les moyens de commande règlent

le mouvement du moteur pas à pas pour maintenir en outre la pres-

sion de sortie au voisinage de la valeur maximale affichée. En variante, on peut afficher aussi une pression minimale dont le dépassement par valeurs inférieures entraîne l'arrêt définitif

de la pompe.

Très avantageusement, le corps de pompe est inter-

changeable. Selon une autre caractéristique de l'invention, un dispositif détecteur de position coopère avec la came pour définir la fin de la course de refoulement, ce détecteur de

position étant relié aux moyens de commande.

Dans un mode de réalisation préférentiel, le dispositif moteur pas à pas à pas fin comprend un moteur pas à pas proprement dit associé à un circuit de pilotage, et celui-ci réagit à des

signaux de commande en injectant sélectivement dans les enroule-

ments du moteur pas à pas un courant déterminé d'après une valeuir de référence qui est à sont tour échelonnée d'après les signaux de commande, ce qui permet de multiplier le nombre de pas du moteur. Avantageusement, le circuit de pilotage est capable d'appliquer aux enroulements individuels du moteur pas à pas une tension découpée périodique, de taux de répétition prédéterminé, et de facteur de forme défini par comparaison du

courant traversant chaque enroulement à la valeur de référence.

Il comporte normalement une horloge définissant ledit taux de

répétition prédéterminé.

Cette structure constitue une application des ensei-

gnements de la demande de brevet N0 78 31 023, déposée le

2 Novembre 1978 au nom de la demanderesse.

Dans cette application, les moyens de commande compren-

nent un dispositif apte à compter le nombre de pas désiré du moteur pas à pas, et à connaître ainsi sa position angulaire, ainsi qu'un organe de mémoire permanente, capable d'associer à chaque comptage d'une part de premiers signaux numériques en nombre égal à celui des enroulements du moteur et d'autre part de seconds signaux numériques, et le circuit de pilotage comporte un

organe interrupteur monté en série sur chaque enroulement indi-

viduel du moteur pas à pas, et commandé par l'un respectif des premiers signaux numériques, et au moins un réseau à pondération numérique, commandé par les seconds signaux numériques, ce réseau définissant l'échelonnement du courant dans les enroulements individuels. En pratique, chaque ensemble enroulement-commutateur

est en série sur une résistance, la tension aux bornes de celle-

ci représentant le courant traversant l'enroulement. Le circuit

de pilotage comprend un comparateur recevant d'une part la ten-

sion aux bornes de cette résistance et d'autre part un échelon-

nement de valeur désirée du courant d'enroulement, et un moyen d'alimentation connecté à la sortie du comparateur pour alimenter l'enroulement concerné de manière à maintenir sensiblement le

courant réel d'enroulement à la valeur désirée.

Lorsque les enroulements du moteur pas à pas sont répartis par paires, et que deux enroulements d'une même paire ne peuvent être mis en circuit en même temps, la résistance série

sur l'ensemble enroulement-commutateur et le circuit d'alimenta-

tion sont mis en commun pour deux enroulements d'une même paire.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les

moyens de commande comprennent une horloge générale, un micro-

processeur associé à des mémoires fixes et à des mémoires à accès direct ainsi qu'à un interface d'entrée/sortie et à un interface formant mémoireverrou, relié au circuit de pilotage du moteur

pas à pas; et, de son côté, le microprocesseur réagit généra-

lement à une haute fréquence d'horloge en définissant le fonc-

tionnement désiré du moteur pas à pas, tandis qu'il réagit à des interruptions de cadence sous multiple de la fréquence d'horloge

en commandant effectivement le moteur pas à pas.

Avantageusement, le microprocesseur commande la course de refoulement à raison d'au plus un pas par interruption, tandis q'uil commande l'ensemble de la course de retour au cours d'une même interruption, pendant laquelle les signaux d'interruption

sont inhibés.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va

suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif pour illustrer'le mode de réalisation actuellement préférentiel de la présente invention. Sur les

dessins: -

- la figure 1 est une coupe horizontale de l'appareil de pompage de la présente invention;

- la figure 2 est une coupe verticale du même appa-

reil, comportant en outre les éléments d'entraînement de la pompe

à savoir le moteur pas à pas, son circuit de pilotage, et l'en-

semble électronique qui le commande; - la figure 3 est le schéma électrique de principe du dispositif électronique de commande 300, cette figure comportant également le circuit de pilotage 400 du moteur pas à pas sous forme non détaillée;

- la figure 4 est un schéma électrique détaillé illus-

trant partiellement le circuit de pilotage du moteur pas à pas 400 des figures 2 et 3; et - les figures 5 à 9 sont des ordinogrammes illustrant différentes séquences d'opérations effectuées par le dispositif

électronique de commande 300 des figures 2 et 3.

L'appareil de pompage illustré sur les figures 1 et 2 comporte un corps de pompe amovible, constitué des éléments 101

à 121.

Le bâti 130 de l'appareil comporte une bride circulaire 131, munie de pivots 132 qui supportent un étrier 133 équipé d'un bouton moleté 134. L'ensemble du corps de pompe vient s'engager dans la bride 131, après quoi il y est immobilisé en relevant l'étrier 133, et en actionnant le bouton moleté 134 qui vierten

appui sur la partie 113 du corps de pompe.

2 2461126

Le corps de pompe lui-même est constitué en deux parties 113 et 115, fixées l'une sur l'autre, par exemple par des boulons

tels que 114. Entre ces deux parties est ménage un joint d'étan-

chéité 103. Dans la pièce 113 est ménagé un cylindre 101, dans lequel vient coulisser le piston 102 qui est solidaire de la pièce

, dans laquelle il glisse sur une portéecylindrique 104.

Sur la figure 2, la référence numérique 105 désigne une conduite d'entrée, qui vient se fixer par un joint hermétique 106 sur une connexion d'entrée 107,équipée d'une valve 108 dont la sortie communique avec la cavité de pompage 101. Côté sortie, la cavité de pompage 101 communique à travers la valve 109 qui fait partie de la connexion 110 avec une conduite de sortie 112

fixée sur cette connexion 110 par un joint haute pression 1l1.

Il est important pour la mise en oeuvre de l'invention que l'étanchéité soit très bonne, tant au niveau du joint 103 qu'à celui des valves 108 et 109. Avantageusement, le joint 103 est un joint circulaire dont la section droite est en forme de U couché dont le fond s'appuie sur la partie radiale de la pièce 113, ce joint enfermant lui-même un ressort annulaire. De leurs côtés, les valves 108 et 109 sont avantageusement des valves

à billes de rubissur siège saphir.

A son autre bout, le piston 102 est muni d'une tête de piston 116, suivie d'un épaulement 117, pâtis d'une nouvelle

partie 121 de diamètre à peine supérieur à celui de la partie 119.

Un ressort 118 est interposé entre épaulement 117 et l'échancre-

ment radial 119 ménagé dans la pièce 115, de façon à solliciter constamment le piston vers la gauche. Ce faisant, la partie 120 qui est munie d'une butée ajustable 121 définie par exemple par une vis avec contre-écrou vient alors s'appuyer sur une plaque

125 qui fait partie d'un chariot que l'on va maintenant décrire.

Le bâti 130 de l'appareil supporte deux paires de galets, 135 et 137, ainsi que 136 et 138 respectivement. Les deux paires de galets sont disposées pour guider de l'intérieur deux tiges cylindriques parallèles 140 et 141, qui font partie du chariot déjà cité. Sur ces tiges sont fixées transversalement deux barres 142 et 143, qui complètent le chariot. La barre 143 porte la plaque 125 déjà citée qui sollicite le piston vers la

droite à l'encontre du ressort 118. Cette barre 143 porte égale-

ment un galet 150, qui coopère avec une came 151 montée sur un

arbre 152.

La came 151 porte une goupille 153, susceptible de passer entre les deux branches d'une fourchette 154. Cette four- chette génère en permanence un faisceau infra-rouge entre ses deux branches. Au passage, la goupille 153 interrompt le faisceau

infra-rouge, ce qui est détecté par un ensemble -155 lequel four-

nit en réponse un signal logique dit"détection optique", qui est

envoyée au dispositif électronique de commande 300 (figure 2).

On remarquera que lorsque la goupille 153 est détectée par le dispositif 154, 155, c'est alors le point mort haut de la came qui coopère avec le galet 150, et le piston 104 est dans sa position la plus à droite, ce qui marque la fin de la course de

refoulement, et le début de la course de retour de ce piston.

Comme le montre la figure 2, l'arbre de came 152 est actionné par un moteur pas à pas 160, auquel est associé un

circuit de pilotage 400.

Il est très important pour la mise en oeuvre de l'in-

vention que l'on utilise un moteur pas à pas capable d'un pas fin.

Très avantageusement, ceci est réalisé en prenant les dispositions décrites dans la demande de brevet français No 78 31 023, déposée le 2 Novembre 1978 au nom de la demanderesse, et intitulée

"Moteur pas à pas actionné par sous-multiples du pas". Ces dis-

positions permettent, à partir d'un moteur pas à pas capable de 4O0 pas par tour, de multiplier ce nombre de pas. La demande de brevet citée décrit un moteur pas à pas capable de 1 200 pas par tour, qui convient bien pour la mise en oeuvre de la présente

invention, sans exclure pour autant les valeurs légèrement infé-

rieures ni les valeurs supérieures.

Dans un mode de réalisation particulier préférentiel, le moteur pas à pas 160 est donc un moteur pas à pas capable de 400 pas, tel que le moteur SLO-SYN (marque déposée) 'MO91-FD06, fabriqué par la société américaine SUPERIOR ELECTRIC. Ce moteur comprend 4 enroulements que l'on peut noter Ll à L4. Le circuit de pilotage 400 de ce moteur comprend deux fois la structure

décrite à la figure 4 de la présente demande de brevet, qui cor-

respond à la figure 4 de la demande de brevet antérieure 78 31023.

7 2461126

La disposition décrite sur cette figure 4 convient pour deux enroulements, et elle est donc utilisée à deux exemplaires pour

satisfaire les besoins des 4 enroulements du moteur pas à pas.

Le contenu de la demande de brevet 78 31 023 est incorporé à la

présente description pour servir à faire comprendre et décrire

l'appareillage illustré sur la figure 4. On notera que les réfé-

rences numériques sont identiques sur la présente figure 4 et sur la figure 4 de la demande de brevet antérieure, exception

faite du chiffre des centaines, qui a été modifié pour corres-

pondre aux notations présentement utilisées.

Au lieu d'être commandé directement par une mémoire morte comme c'est le cas dans la demande de brevet antérieure, le circuit de pilotage 400 est ici commandé par un dispositif électronique de commande à microprocesseur 300. Comme on le verra plus loin, ce dispositif 300 comporte lui aussi une mémoire morte capable de contenir le tableau de correspondance décrit

dans la demande de brevet 78 31 023.

Pour l'application à la pompe de la présente invention, le dispositif électronique de commande 300 comporte différentes entrées, dont une entrée d'affichage 321, utilisant par exemple des roues codeuses, une entrée de données numériques 322 qui peuvent provenir d'un ensemble de surveillance numérique, ou de tout autre source d 'informations numériques, et enfin une entrée de détection optique qui est fournie par le circuit 155 qui détecte la fin de la course de refoulement et le début de la

course de retour du piston.

La figure 3 illustre l'architecture du dispositif électronique de commande 300, ainsi que ses connexions avec le

circuit de pilotage du moteur pas à pas 400.

Une horloge 304 alimente un microprocesseur 310, ainsi qu'un circuit diviseur 303 qui fournit sur une première sortie des impulsions à 10 KHz. Celles-ci sont appliquées d'une part directement à l'entrée d'interruption INT du microprocesseur 310, ainsi que par une ligne 301 à un interface d'entrée 309. Une seconde sortie 305 du diviseur 303 fournit des impulsions à 20 Khz qui sont appliquées au circuit de pilotage du moteur pas à pas 400, et utilisées de la manière décrite dans la demande de brevet

No 78 31 023.

8 2461126

Le microprocesseur est capable de délivrer des infor-

mations d'adresse sur les lignes 311 et 312. La ligne 311 véhicule l'adresse primaire qui est appliquée à un décodeur d'adresse, lequel choisit en conséquence d'exciter soit des mémoires mortes programmables 307, soit des mémoires à accès direct 308, soit

l'interface d'entrée 309. Ces mêmes circuits reçoivent des infor-

mations d'adresse de détail ou secondaire définies par la ligne

312, qui est connectée à chacun d'entre eux.

Les communications d'informations entre les circuits 307, 308 et 309 se font par l'intermédiaire d'un bus de mémoire et d'entrée / sortie 313 relié à chacun d'entre eux ainsi qu'au microprocesseur. Le décodeur d'adresse 306 est également capable d'adresser le circuit de mémoireverrou moteur 302, qui est lui aussi relié au bus d'entrée/sortie 313. Ce circuit de mémoire

302 va recevoir des informations numériques établies par le micro-

processeur pour la commande du circuit de pilotage du moteur pas

à pas. Ces informations numériques de sortie sont établies con-

formément aux enseignements de la demande de brevet 78 31 023.

Enfin une ligne 314 permet la remise à zéro conjointe du micro-

processeur 310 et des circuits de mémoire-verrou 302.

Sans entrer dans les détails, une partie au moins des mémoires mortes programmables 307 comporte un tableau de commande du moteur pas à pas semblable à celui qui est décrit dans la demande de brevet 78 31 023. Comme on le verra plus loin, le microprocesseur prend des décisions quant à l'avance-du moteur pas à pas, et une fois que la décision d'avance est prise, il actionne la mémoire-verrou 302 d'une manière correspondant au contenu du tableau de la mémoire 307 concernée. On voit ainsi comment le microprocesseur 310 peut commander le moteur pas à pas en pas fin, de la manière décrite dans la demande de brevet

antérieure. Il reste à voir les modalités de décision du micro-

processeur 310 quant à l'avance du moteur pas à pas et par

conséquent de la pompe, qui sont spécifiques à la présente in-

vention, avec les autres éléments décrits plus haut.

A cet effet, les mémoires 307 comportent une série d'algorithmes définissant un programme principal illustré sur la figure 5, et une série de ce programme illustrée sur les

figures 6, 7, 8 et 9 sous forme d'algorithmes.

Les besoins en mémoire de ces différents algorithmes sont assurés à l'aide de la mémoire à accès aléatoire 308. Et ces algorithmes font appel aux informations d'entrée disponibles

auprès de l'interface 309.

Sur la figure 5, le programme principal consiste sim- plement en une boucle assurant l'appel séquentiel de différents

sous-programmes. Le pas 501 consiste en l'appel d'un sous-

programme de données externes, définies par le circuit 322 de la figure 2. Le pas 502 consiste en un appel de lecture des interrupteurs ou roues codeuses formant-le circuit d'affichage

321 de la figure 2. Le pas 503 consiste en un appel d'un pro-

gramme classique de conversion signaux à codage décimal binaire en signaux binaires purs. Le pas 504 consiste en l'appel d'un programme de limite de vitesse que l'on décrira en référence à la figure 6. Le pas 505 consiste en l'appel d'un programme de limite d'accélération que l'on décrira en référence à la figure 7, et le pas 506 consiste en un programme d'appel de fixation de

vitesse que l'on décrira en référence à la figure 9.

Le sous-programme appelé par les pas 501 et 502 consiste en un simple traitement de données soit d'origine externe, soit défini par des roues codeuses. Il s'agit d'un programme de traitement séquentiel qui peut être réalisé de manière classique

et connue de l'homme de l'art.

On notera simplement que, dans un premier mode de réalisation de l'invention, on utilise essentiellement des données

affichées par interrupteur, et éventuellement des données externes.

En pareil cas, les roues codeuses affichent la valeur désirée du débit de refoulement, sous forme d'un chiffre des centaines, d'un chiffre des dizaines et d'un chiffre des unités, la valeur désirée de la course de retour sous la forme d'un ou plusieurs chiffres décimaux, auxquels on peut faire correspondre en mémoire une pluralité de valeurs prédéterminées de la course de retour, et de la même manière la valeur de la vitesse de retour qui peut être codée à l'aide d'un ou plusieurs chiffres auxquels on peut faire correspondre en mémoire une ou plusieurs valeurs de la

vitesse de retour.

Après avoir recueilli les données externes au pas 501, ainsi que les données décimales affichées au pas 502, et converti celes-ci en binaire au pas 503, le programme principal appelle

donc le pas 504, quiestunalgorithme de limite de vitesse, illus-

tré sur la figure 6. Au pas 601, cet algorithme calcule tout d'abord une

valeur Tcc, qui définit le temps de cycle complet de la pompe.

Ce calcul s'effectue en utilisant d'une part le débit affiché sur les roues codeuses,;et d'autre part le nombre d'interruptions programmées qui correspond au débit unité. On verra plus loin que

les interruptions sont directement liées au débit de la pompe.

Le pas 602 effectue à son tour le calcul du temps de refoulement TRF, obtenu par différence entre le temps de cycle complet Tcc et le temps de retour T RTR. On verra plus loin que le temps de retour est déterminé par l'algorithme de fixation de

vitesse 506.

Le temps de refoulement TRF calculé au pas 602 est ensuite au pas 603 comparé à une valeur minimale, programmé

comme définissant le temps de refoulement minimal possible. Si-

la valeur calculée est inférieure au temps minimal, le pas 605

fixe autoritairement le temps de refoulement à la valeur minimale.

Si elle est supérieure on passe directement au pas 606, qui déduit du temps de refoulement la vitesse de refoulement VRF. Là encore, ceci fait intervenir la valeur de la course de refoulement, qui

sera déterminée dans l'algorithme de la figure 9.

A son tour, la vitesse de refoulement VRP est compa-

rée au pas 608 à une valeur maximale acceptable. Si elle est

supérieure, le pas 609 fixe autoritairement la vitesse de refou-

lement à cette vialeur maximale. Si elle est inférieure, on passe directement au pas 610 qui consiste à transférer en mémoire le résultat VRF obtenu. On retourne ensuite au programme principal, qui appelle alors le sous-programme des limites d'accélération

au pas 505. Celui-ci est illustré sur la figure 7.

Au pas 702, il calcule tout d'abord la différence entre les nouvelles valeurs de la vitesse de refoulement et les anciennes valeurs, différence qui est notée AVRF. Le pas 704 détermine si cette différence de vitesse est positive ou négative,

c'est-à-dire s'il s'agit d'une accélération et d'une décélération.

Dans le cas d'une décélération, le pas 708 compare l'incrément de vitesse à une valeur maximale qui correspond à une décélération maximale. Si l'incrément de vitesse s'avère en valeur absolue inférieur à la décélération maximale, on passe directement au pas 716. Sinon, le pas 710 fixe l'incrément de vitesse à une valeur négative égale à celle qui correspond à la

décélération maximale.

En cas d'accélération, le pas 709 compare l'incrément

de vitesse à une valeur définissant l'accélération maximale.

Comme précédemment, si l'accélération est admissible on passe di-

rectement au pas 716; sinon, le pas 711 fixe l'incrément de

vitesse à la valeur positive qui correspond à l'accélération ma-

ximale. Après cela, le pas 716 prend comme nouvelle valeur de la vitesse de refoulement la valeur précédente augmentée de l'incrément de vitesse choisi, et l'on retourne au programme principal. Le programme principal appelle ensuite à son dernier

pas 606 le sous-programme de fixation de vitesse dont l'algo-

rithme est indiqué figure 8.

Sa première étape 802, qui est isolée, consiste à lire la vitesse de retour qui correspond à la valeur affichée sur les

roues codeuses. On se rappellera que les roues codeuses n'affi-

chent qu'une indication des vitesses de retour qui est traduite en vitesse à l'aide d'une table de correspondance qui peut être

enregistrée dans l'une des m&-:.noires mortes 307 (figure 3).

Le pas suivant 804, indépendant du précédent, utilise

la nouvelle valeur de la vitesse de refoulement, afin de déter-

miner et de stocker une vitesse de moteur correspondante, notée vMn+l. Le pas suivant 806 transfert cette valeur VMn+l comme

valeur courante de la vitesse du moteur, notée VMn.

Le pas suivant 808 inhibe le processus d'interruption.

Le pas suivant 810 fait entrer la nouvelle valeur calculée comme vitesse du moteur VMn dans le processus d'interruption, afin qu'elle soit utilisée pour déterminer l'avance du moteur comme on le verra plus loin en référence à la figure 9. Ensuite, le pas 812 réactive le processus d'interruption. On voit en effet qu'il est souhaitable d'interrompre le processus d'interruption il

12 2461126

lorsqu'on modifie son paramètre principal, à savoir la vitesse du moteur pas à pas. Après le pas 812, on retourne au programme principal. Le microprocesseur exécute normalement le programme - principal illustré sur la figure 5, avec ses différences aux programmer et notamment ceux qui viennent d'être décrits en référence aux figures 6 à 8. Il reçoit périodiquement sur son entrée iNT (figure 3) des impulsions à 10 KHz qui génèrent des interruptions.

Ces interruptions correspondent à la course de refoule-

ment du moteur, dont un pas peut être commandé à chaque interrup-

tion. Par contre, au moment de la course de.retour les

interruptions sont inhibées, comme on le verra ci-après.

La commande du moteur pas à pas à l'aide du processus

d'interruptions est illustrée par l'algorithme de la figure 9.

Son premier pas 900 définit l'arrivée d'une interruption. Le pas 902 fait entrer la valeur déterminée pour la vitesse du moteur VMn dans un registre noté BC'. Le microprocesseur ajoute ensuite au pas 904 la valeur contenue dans le registre BC' à ln registre HL'. Chaque fois qu'est enregistré un dépassement des capacités de ce registre HL', c'est-à-dire un report, le pas 906 décide d'avancer le moteur d'un pas. Sinon, on retourne au programme principal. Le registre 904 constitue un accumulateur numérique des valeurs désirées pour la vitesse du moteur, jouant le rôle d'une

constante de temps numérique. Compte tenu du fait que les inter-

ruptions arrivent à cadence régulière pendant l'opération de refoulement, on voit immédiatement que l'avance du moteur sera

proportionnelle au contenu du registre BC'.

Tant que le moteur est dans sa course de refoulement, on retourne après l'éventuelleavancedun pas moteur au programme principal. Cette conditionfait intervenirbdispositif de détection optique 155 (figures 1 et 2), dont la sortie est appliquée à

l'organe d'entrée 309 (figure 3). En l'absence de détection op-

tique, la pompe se situe en état de refoulement, et le test du pas 910 effectue donc bien ce retour au programme principal. Par contre, dès la fin de la course de refoulement, une détection optique est enregistrée, et au dernier pas moteur de la course

13 2461126

de refoulement, l'algorithme de la figure 9 passe au pas 912 au lieu de retourner au programme principal. Bien entendu, il est nécessaire que l'intervalle utile de détection du dispositif soit supérieur à un pas du moteur.

Au début de la course de -retour le pas 912 com- mence par inhiber immédiatement le processus d'interruptions, bloquant ainsi le fonctionnement du microprocesseur, pour qu'il

effectue seulement les étapes qui suivent, sans considérer main-

tenant les interruptions.

Le pas suivant 914 recherche le nombre de pas de retour et la vitesse de retour désirée, qui ont été lus sur les roues codeuses. Le pas 916 effectue une remise à zéro d'un compteur de nombre de pas de retour ainsi qué d'un compteur de temps de retour.

Ensuite, au pas 918, le microprocesseur se met en at-

tente d'impulsions à 10 KHz, qui sont semblables aux impulsions d'interruptions, mais arrivent sur le circuit d'entrée 309 de la figure 3, par la ligne 301. Comme l'indique le pas 920, tant qu'aucune impulsion n'est reçue, le microprocesseur reste en attente. Par contre, dès qu'il reçoit une impulsion à 10 KHz, il commence au pas 922 par incrémenter d'une unité le compteur

de temps de retour.

Ensuite, au pas 924, le microprocesseur détermine les paramètres de retourcomptb-tenudela vitesse précédente du moteur

pas à pas et de la vitesse de retour désirée. Très avantageuse-

ment, la course de retour comporte une phase d'accélération et une phase de décélération pour atteindre le palier constitué de la vitesse de retour désirée, ce palier étant à son tour suivi d'unephase de décélération et de freinage qui revient à la vitesse normale du moteur désirée pendant la course de refoulement, qui a été bien entendu mise en mémoire. Ces phases d'accélération et de décélération d'un moteur pas à pas sont considérées comme connues de l'homme de l'art et ne seront pas décrites en détail,

bien qu'elles comportent un nombre assez grand d'opérations.

Différentes variantes peuvent être mises en oeuvre à cet égard

sans s'écarter pour autant du cadre de l'invention.

24 2461126

Ayant ainsi déterminé au pas 924 les paramètres du

mouvement de retour du moteur et de la pompe, le pas 926 déter-

mine si un pas moteur doit être effectué. Si oui, le pas 928 avance d'un pas moteur. Sinon, on retourne directement à l'attente définie par le pas 91.8. Après l'avance éventuelle d'un pas moteur à l'étape 928, Éétape 930 commande l'incrémentation d'une unité dans le compteur de pas de retour. Cette étape est suivie en 932 d'une comparaison du contenu de ce compteur au nombre désiré de pas de retour, tel qu'il a été lu au pas 914 et affiché dans les roues codeuses. Tant qu'on n'a pas atteint le nombre désiré de pas de retour, on retourne à l'étape 918. Lorsqu'au contraire le nombre désiré de pas de retour est atteint, la course de retour est alors terminée et l'on retourne au programme principal après

avoir rétabli le processus d'interruptions au pas 934.

* Les ordinogrammes ci-dessus sont à certains égards simplifiés, notamment en ce qui concerne l'établissement des conditionsinitiales qui est considéré comme accessible à l'homme de l'art une fois que la structure essentielle de l'algorithme

est donnée.

L'appareil de pompage qui vient d'être décrit présente

d'importants avantages.

On sait que la chromatographie en phase liquide peut faire intervenir deF phases stationnaires dont la perte de charge varie très largement, ainsi que des solvants de propriété physique très différente. Si on laisse à la seule came le soin de définir la course de refoulement, la pression de refoulement va partir de la valeur correspondant au point de recul maximal du piston, pour augmenter jusqu'à atteindre le point d'avance maximale du piston. Dans le cas général, la pression initiale de refoulement

est faible par rapport à la pression à laquelle on vient de por-

ter l'installation de chromatographie lors de la course précé-

dente, et il en résulte des fluctuations de pression très impor-

tantes. A l'aide d'un affichage manuel dans ce premier mode de réalisation, soit à l'aide d'un capteur de pression aval dans un second mode de réalisation, l'invention permet tout d'abord

d'ajuster la course angulaire de la came au retour afin de mini-

miser les fluctuations de pression.

2461126

En outre, l'invention permet une régulation extrêmement

précise du débit de la pompe, et ceci quelles que soient les con-

ditions de fonctionnement de celles-ci en pression, ce qui est

également fondamental.

Dans un second mode de réalisation de l'invention qui fait intervenir un capteur de pression aval, la régulation de

pression est encore plus précise, et automatique.

Le capteur de pression (non représenté) est un capteur analogique, associé à un convertisseur analogique-numérique dont les sorties sont reliées au circuit d'entrée de données numériques

externes 322 (figure 2).

Par ailleurs, les roues codeuses affichent le débit de refoulement et la vitesse de retour, comme précédemment, mais non la course angulaire de la came au retour. En plus, on affiche une pression maximale de sortie, et, avantageusement, une pression

minimale de sortie.

Le reste des différences entre le second mode de réalisa-

tion et le premier intéresse essentiellement les moyens de com-

mande, et sera décrit ci-après en référence aux figures 5A et 6A

qui sont des variantes des figures 5 et 6.

Entre les pas 503 et 504, la figure 5A comporte un pas 503A, "appel de pression actuelle", qui comporte les opérations suivantes: - lire la pression aval actuelle, telle que donnée en sortie du

convertisseur analogique-numérique associé au capteur de pres-

sion, - comparer la nouvelle valeur de la pression actuelle à la valeur précédente; - si elle est inférieure ajouter un nombre prédéterminé de pas à la course de retour; - si elle est supérieure retrancher un nombre prédéterminé de pas à la course de retour; - déterminer une vitesse de refoulement corrigée VRFpR en tenant

compte de la pression actuelle et de la pression maximale affi-

chée (en appliquant un gain prédéterminé à la différence entre

ces deux pressions.

Au pas suivant 504 du programme principal, on aura comme le montre la figure 6A une étape supplémentaire 609A de comparaison de la vitesse de refoulement prévue VR à la valeur ci-dessus VRFpR. Si la première est supérieure à la seconde, l'étape additionnelle 609B fait VRF C VRFPR. Alors que le premier mode de réalisation comportait seulement un asservissement de débit et un réglage manuel sur les fluctuations de pression (par la course angulaire de retour de la came), le second mode de réalisation effectue un asservissement d'abord en débit, puis en pression lorsqu'on arrive à la pression maximale affichée. En outre, il ajuste aussi le nombre de pas de la course angulaire de retour de la came, comme précédemment indiqué. Enfin, il est également prévu (au pas 503A par exemple)

une comparaison de la pression aval actuelle à la pression mini-

male affichée; si la première est inférieure à la seconde (cas d'une rupture de canalisation en aval par exemple), la pompe est

arrêtée définitivement par sécurité.

Il résulte de ces avantages que l'appareil de pompage selon la présente invention peut alimenter des installations de chromatographie dans des conditions de débit et de pression très

bien définies, et pratiquement exemptes de fluctuations.

On notera par ailleurs que jusqu'à présent, le mouvement saccadé des moteurs pas à pas été considéré comme néfaste à des applications comme la chromatographie. L'application d'un moteur pas à pas à pas fin qui est fa:tite selon la présente invention

vainc ce préjugé, tout en améliorant considérablement les pos-

sibilités de chromatographie.

L'invention présente encore une autre caractéristique intéressante. Il a été noté à propos des figures 1 et 2 que le corps de pompe était facilement amovible à l'aide de l'étrier 133 et du bouton moleté 134. On peut ainsi utiliser de manière interchangeable différents corps de pompe de sectionset de volumesinternes variables.. Ceci améliore encore les possibilités

d'adaptation de l'appareil de pompage en matière de chromato-

graphie.

2 2461126

Il est alors nécessaire d'enregistrer en mémoire les caractéristiques des différents corps de pompe utilisables. La sélection par le microprocesseur des caractéristiques du corps de pompe installé peut être faite soit à l'aide d'une nouvelle roue codeuse d'affichage, soit à l'aide d'un marquage effectué sur le corps de pompe lui-même, et transcodable automatiquement

sous forme numérique pour être utilisé directement par le micro-

processeur. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée

au mode de réalisation décrit, et s'étend à toute variante con-

forme à son esprit.

En particulier, elle n'est pas limitée par la forme particulière des algorithmes illustrés aux figures 5 à 9, que

l'homme de l'art pourra aménager en en conservant les caracté-

ristiques essentielles. Il est en outre possible, pour des appli-

cations très simplifiées, de remplacer le fonctionnement par

algorithme mise en mémoire par un fonctionnement en logique cablée.

Par ailleurs, l'invention a été décrite en référence à une pompe à piston unique, sur laquelle elle permet d'atténuer -considérablement les fluctuations de pression et de débit. Bien entendu, les mêmes avantages peuvent être mis en oeuvre avec une

pompe à pistons multiples,qui permet encore de meilleures per-

formances.

18 2461126

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Appareil de pompage, du type comportant une conduite d'entrée, une conduite de sortie, au moins un corps de pompe comprenant une chambre communiquant par des valves d'entrée et de sortie avec ces deux conduites, et un piston mobile de façon étanche dans cette chambre, ainsi qu'un actionneur cyclique du

genre came rotative coopérant avec ce piston pour le faire cou-

lisser, et un moteur entraînant la came, caractérisé par le fait que le moteur est un dispositif moteur pas à pas à pas fin, et qu'il lui est associé des moyens de commande propres à régler le mouvement de ce moteur pas à pas en fonction d'un débit de refoulement désiré ainsi que d'une course et d'une vitesse de

retour du piston désirées.

2. Appareil de pompage selon la revendication 1, carac-

térisé par le fait que les valeurs désirées du débit de refoule-

ment, de la course de retour et de la vitesse de retour sont

affichées à l'aide d'un dispositif tel que des roues codeuses.

3. Appareil de pompage selon la revendication 1, carac-

térisé par le fait qu'un capteur de pression est monté sur la

conduite de sortie, que les valeurs désirées du débit de refou-

lement, de la vitesse de retour ainsi que d'une pression maximale de sortie sont affichées à l'aide d'un dispositif tel que des roues codeuses, les moyens de commande réglant le mouvement du moteur pas à pas pour maintenir en outre la pression de sortie

au voisinage de la valeur maximale affichée.

4. Appareil de pompage selon l'une des revendications

1 à 3, caractérisé par le fait que le corps de pompe est inter-

changeable.

5. Appareil de pompage selon l'une des revendications

1 à 4, caractérisé par le fait qu'un dispositif détecteur de position coopère avec la came pour définir la fin de la course de refoulement, ce détecteur de position étant relié aux moyens

de commande.

2942461 126

6. Appareil de pompage selon l'une des revendications

1 à 5, caractérisé par le fait que le dispositif moteur pas à pas à pas fin comprend un moteur pas à pas proprement dit associé à un circuit de pilotage, et que celui-ci réagit à des signaux de commande en injectant sélectivement dans les enroulements du

moteur pas à pas un courant déterminé d'après une valeur de ré-

férence qui est à son tour échelonnée d'après les signaux de

commande, ce qui permet de multiplier le nombre de pas du moteur.

7. Appareil de pompage selon la revendication 6, carac-

térisé par le fait que le circuit de pilotage est capable d'appli-

quer aux enroulements individuels du moteur pas à pas une tension découpée périodique, de taux de répétition prédéterminé, et de facteur de forme défini par comparaison du courant traversant

chaque enroulement à la valeur de référence.

8. Appareil de pompage selon la revendication 7, carac-

térisé par le fait que le circuit de pilotage comporte une horloge

définissant ledit taux de répétition prédéterminé.

9. Appareil de pompage selon l'une des revendications

6 à 8, caractérisé par le fait que les moyens de commande com-

prennent un dispositif apte à compter le nombre de pas désiré du moteur pas à pas, et à connaître ainsi sa position angulaire, ainsi qu'un organe de mémoire permanente, capable d'associer à chaque comptage d'une part de premiers signaux numériques en nombre égal à celui des enroulements du moteur et d'autre part

de second signaux numériques, et que le circuit de pilotage com-

porta- un organe interrupteur monté en série sur chaque enroulement individuel du moteur pas à pas, et commandé par l'un respectif

des premiers signaux numériques, et au moins un réseau à pondéra-

tion numérique, commandé par les second signaux numériques, ce

réseau définissant l'échelonnement du courant dans les enroule-

ments individuels.

10. Appareil de pompage selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que chaque ensemble-commutateur est en série

sur une résistance, la tension aux bornes de celle-ci représen-

tant le courant traversant l'enroulement.

2461126

il. Appareil de pompage selon la revendication 10, carac-

térisé par le fait que le circuit de pilotage comprend un compa-

rateur recevant d'une part la tension aux bornes de cette résis-

tance et d'autre part un échelonnement de valeur désirée du cou-

rant d'enroulement, et un moyen d'alimentation connecté à la sor- tie du comparateur pour alimenter l'enroulement concerné de manière a maintenir sensiblement le courant réel d'enroulement

à la valeur désirée.

12. Appareil de pompage selon l'une des revendications

10 et 11, dans lequel les enroulements du moteur pas à pas sont répartis par paires, et deux enroulements d'une même paire ne peuvent être mis en circuit en même temps, caractérisé par le

fait que la résistance série sur l'ensemble enroulement-commuta-

teur et le circuit d'alimentation sont mis en commun pour deux

enroulements d'une même paire.

13. Appareil de pompage selon l'une des revendications

9 à 12, caractérisé par le fait que les moyens de commande com-

prennent une horloge générale, un microprocesseur associé à des mémoiresfixes et à des mémoires à accès direct ainsi qu'à un

interface d'entrée/sortie et à un interface formant mémoire-

verrou, relié au circuit de pilotage du moteur pas à pas, et par le fait que le microprocesseur réagit généralement à une haute fréquence d'horloge en définissant le fonctionnement désiré du moteur pas à pas, tandis qu'il réagit à des interruptions de cadence sous multiple de la fréquence d'horloge en commandant

effectivement le moteur pas à pas.

14. Appareil de pompage selon la revendication 13, carac-

térisé par le fait que le microprocesseur commande la course de refoulement à raison d'au plus un pas par interruption, tandis qu'il commande l'ensemble de la course de retour au cours d'une même interruption, pendant laquelle les signaux d'interruption

sont inhibés.

.