JP2007527534A - 圧力を測定する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、内部開口部または接続部が必要ない、ポンプ室の圧力を測定する方法および装置を対象とする。本発明の一実施形態は、流体をポンピングする機器を対象とする。この機器は、変換器表面を有する少なくとも１つのハウジングを備える。変換器表面は、室が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈する厚みを有し、変換器表面が、室がある圧力を受ける第１の位置と、室が第２の圧力を受ける第２の位置とを有するようになる。変換器表面には、ひずみセンサが取り付けられ、これが、変換器表面が第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、変換器表面が第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能する。

Description

本出願は、２００４年３月５日に出願の米国特許仮出願第６０／５５０６９４号の優先権を主張する。参照により、この出願の内容を本明細書に組み込む。

本発明は、ポンプ室内で圧力を測定するポンプおよび方法に関する。

ポンプ室の内部では圧力を測定することが望ましい。分野によっては、ポンプの大きさが縮小して、ポンプのハウジングに応力ゲージを配置することが困難になってきている。例えば、液体クロマトグラフィで使用されるポンプでは、１平方インチ当たり３，０００ポンド（１３６１キログラム）（ｐｓｉ）を超える圧力で動作することが望ましい。この圧力は、従来型のクロマトグラフィ装置の通常の上限値である。４，０００ポンド（１８１４キログラム）（ｐｓｉ）を超える、１２，０００ポンド（５４４３キログラム）ｐｓｉまでの超圧力域の圧力が望まれる。

これらの高い圧力を達成するために、ポンプ室は極めて精確に加工される。ポンプ室には、圧力センサとの接続部を受け取るための面積があまりない。

本発明の実施形態は、内部開口部または接続部が必要ない、ポンプ室の圧力を測定する方法および装置を対象とする。本発明の一実施形態は、流体をポンピングする機器を対象とする。この機器は、少なくとも１つのハウジングを備える。ハウジングは、外部面と内部面を有する。内部面は、室を画定し、この室が、プランジャを受け、かつ前記内部面と外部面との間に延びる流体流入開口部と流体流出開口部を有する。この室は、第１の端壁と、プランジャを受けるプランジャ開口部とを備える円筒形状を有する。ハウジングの外部面は、変換器表面を有する。外部表面と内部表面は、第１の厚みと第２の厚みを画定する。変換器表面は、室が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈する第２の厚みを有し、変換器表面が、室がある圧力を受ける第１の位置と、室が第の２圧力を受ける第２の位置とを有する。プランジャはプランジャ開口部で受け取られて、室内で往復運動をする。往復運動は、流体入口開口部を通って室へ流入し、かつ流体流出開口部から流出する流体移動を引き起こす。変換器表面には、少なくとも１つのひずみセンサが取り付けられる。ひずみセンサは、変換器表面が第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、変換器表面が第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能する。

変換器表面は、前記室への加圧で変形することができる平面であることが好ましい。

ハウジングは、チタニウム、アルミニウム、およびバナジウムから成る金属および合金から選択される組成を有することが好ましい。最も好ましい金属および合金は、チタニウム、アルミニウム、およびバナジウム合金の６Ａ１４Ｖである。

ハウジングの外部面は、円筒状部分と半円筒状部分を有することが好ましい。円筒状部分は、他の機器への取り付けのための基部を形成する。そのような他の機器は、通常、ポンプモータと、枠または別のハウジング内でポンプを保持する支持構造体とから成る。半円筒状部分は、平面と半円筒状面とを有する。半円筒状部分と円筒状部分は、別個のユニットとして作り、接合して一体的な構造物にすることもできる。この２つの別個の片は、異なった材料で作ることができる。変換器表面を有するユニットまたは部分は、チタン合金で作ることが有益である。費用を考慮すると、基部ユニットをステンレススチールで作ることが有益かもしれない。

変換器表面は、前記平面の空洞の底面であることが好ましい。即ち、空洞は、その平面の中に機械加工されて、変換器表面をもたらす。この空洞は、第２の厚みをもたらすが、この厚みは、約０．１０インチから０．００１インチ（２．５４ｍｍから０．０２５ｍｍ）、より好ましくは約０．０５インチから０．００５インチ（１．２７ｍｍから０．１２７ｍｍ）、より好ましくは約０．０４０インチから０．０１インチ（１．０１６ｍｍから０．２５４ｍｍ）の変形を受ける。好ましい一実施形態では、この空洞は、０．０２９インチ（０．７３６６ｍｍ）プラスマイナス０．００１（０．０２５４ｍｍ）インチの第２の厚みをもたらす。

ひずみセンサの信号を増幅する回路などは、平面に取り付けられるのが好ましい。回路およびひずみセンサは、保護用カバーによって覆われることが好ましい。

本発明の他の実施形態は、ポンプ室内の圧力を測定する方法を対象とする。この方法は、外部面と内部面を有する少なくとも１つのハウジングを提供するステップを含む。内側面は、プランジャを受け取る室を画定する。ハウジングは、前記内部面と外部面との間に延びる流体流入開口部と流体流出開口部とをさらに有する。室は、第１の端壁と第２の端壁を備える円筒形状を有する。少なくとも一方の端壁は、プランジャを受けるプランジャ開口部を有する。ハウジングの外部面は、第１の端壁と第２の端壁との間に変換器表面を有する。内部面と外部面は、第１の厚みと第２の厚みを画定する。変換器表面は、第２の厚みを有し、かつ室が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈して、変換器表面が、室がある圧力を受ける第１の位置と、室が第２の圧力を受ける第２の位置とを有する。プランジャは、プランジャ開口部で受け取られて、室内で往復運動する。往復運動は、流体入口開口部を通って室へ流入し、かつ流体流出開口部から流出する流体移動を引き起こす。変換器表面には、少なくとも１つのひずみセンサが取り付けられる。ひずみセンサは、変換器表面が第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、変換器表面が第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能する。この方法は、ひずみセンサの読取りを、室内圧力の表示として取り込むステップをさらに含む。

これらおよび他の特徴および利点が、本発明についての以下の詳しい記述を読み、図面を見れば明らかとなろう。

本発明を、内部開口部または接続部が必要ない、ポンプ室の圧力を測定する方法および装置として記述する。本発明は、クロマトグラフィおよび化学分析で使用されるポンプで特に適用される。しかし、当業者は、本発明が、他の分野でも同様に適用されることを認識するであろう。当業者は、１つまたは複数の好ましい実施形態を限定せずに実施例として開示する本発明が、本議論の教示全体から逸脱せずに、修正および変更を受けることをさらに認識するであろう。

次に図１を参照すると、符号１１によって全体を示す機器が画いてある。機器１１は、流体をポンピングするためのものである。機器１１は、少なくとも１つのハウジング１３、プランジャ１５、およびひずみセンサ１７を備える。

ハウジング１３は、外部面２１と内部面２３を有する。内部面は、プランジャ１５を受け取る室２５を画定する。流体流入開口部２９と流体流出開口部（図示せず）が、前記内部面２３と外部面２１との間に延びる。逆止弁３３が、流体流入開口部２９と連通するように画いてある。流体出口開口部は、通常、当技術でよく知られている形で、他のアセンブリおよび導管と連通するための取付具を有する。

室２５は、第１の端壁３１と、プランジャ１５を受け取るプランジャ開口部３５とを有する。当業者には、室が、プランジャ１５と協働する機能を保持しながら、完全な円筒形から逸脱し、１つまたは複数の側面を備える形態を包含できることを理解されたい。プランジャ１５は、プランジャ開口部３５に受け取られて、室２５内で往復運動する。往復運動は、流体移動を引き起こす。流体は、流体入口開口部２９を通って室に流入し、流体流出開口部（図示せず）から流出する。

ハウジング１３の外部面２１は、第１の端壁３１とプランジャ開口部３５との間に変換器表面４１を有する。内部面２３と外部面２１は、第１の厚みと第２の厚みを画定する。第１の厚みは、構造的完全性および最低限の弾性を目的とする。第２の厚みは、圧力が引き起こすひずみによって変形を呈する。変換器表面４１は、第２の厚みを有し、これは、室２５が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈する。即ち、変換器表面４１は、室がある圧力を受ける第１の位置と、室が第２の圧力を受ける第２の位置とを有する。変換器表面４１には、ひずみセンサ１７が取り付けられる。ひずみセンサ１７は、変換器表面が第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、変換器表面が第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能する。

図２に画くように、変換器表面は、前記室への加圧で変形することができる平面である。しかし適切なひずみセンサ１７を使用して、湾曲した表面または変則的な表面を用いることができる。

ハウジング１３は、チタニウム、アルミニウム、およびバナジウムから成る金属および合金から選択される組成を有する。最も好ましい金属および合金は、チタニウム、アルミニウム、およびバナジウム合金の６Ａ１４Ｖである。

ハウジング１１の外部面２１は、円筒状部分４５と半円筒状部分４７を有することが好ましい。円筒状部分４５は、他の機器（図示せず）への取り付けのための基部を形成する。そのような他の機器は、通常、ポンプモータと、枠または別のハウジング内でポンプを保持する支持構造体とから成る。

図２および図３で最もよく分かるように、半円筒状部分４７は、平面５１と半円筒状面５３を有する。本明細書で使用するように、「半」という言葉は、部分的に円筒形状のものを意味するものとして使用し、精確な区分ではない。次に図１および図２を参照すると、半円筒形部分４７と円筒形部分４５は、別個のユニットとして作り、接合して一体的な構造物にすることもできる。この２つの別個の片は、異なった材料で作ることができる。変換器表面を有するユニットまたは部分は、チタン合金で作るのが有益である。費用を考慮すると、基部ユニット、即ち円筒状部分４５をステンレススチールで作ることが有益であるかもしれない。

変換器表面４１は、平面５１の空洞５５の底面であることが好ましい。即ち、空洞５５は、その平面に機械加工されて、変換器表面４１をもたらす。空洞５５は、第２の厚みをもたらすが、この厚みは、約０．１０インチから０．００１インチ（２．５４ｍｍから０．０２５ｍｍ）、より好ましくは約０．０５インチから０．００５インチ（１．２７ｍｍから０．１２７ｍｍ）、より好ましくは約０．０４０インチから０．０１インチ（１．０１６ｍｍから０．２５４ｍｍ）の変形を受ける。好ましい一実施形態では、空洞５５は、０．０２９インチ（０．７３６６ｍｍ）プラスマイナス０．００１（０．０２５４ｍｍ）インチの第２の厚みをもたらす。

ひずみセンサの信号１７を増幅する回路などは、回路基板６１に組み込まれ、平面に取り付けられる。回路基板６１およびひずみセンサ１７は、保護用カバー６３によって覆われることが好ましい。

本発明の他の実施形態は、ポンプ室内２５の圧力を測定する方法を対象とする。この方法は、外部面２１と内部面２３を有するハウジング１３を提供するステップを含む。内側面２３は、プランジャ１５を受ける室２５を画定する。ハウジング１３は、前記内部面２３と外部面２３との間に延びる流体流入開口部２９と流体流出開口部（図示せず）とをさらに有する。室２５は、第１の端壁３１とプランジャ１５を受け取るプランジャ開口部３５とを備える円筒形状を有する。ハウジング１３の外部面２１は、第１の端壁３１とプランジャ開口部３５の間に変換器表面４１を有する。内部面２１と外部面２３は、第１の厚みと第２の厚みを画定する。変換器表面４１は、有する第２の厚みを有し、室２５が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈して、変換器表面４１が、室がある圧力を受ける第１の位置と、室が第２の圧力を受ける第２の位置とを有する。プランジャ１５は、プランジャ開口部３５に受け取られて、室２５内で往復運動する。往復運動は、流体移動を引き起こす。流体が、入口開口部２９を通って前記室２５へ流入し、流体流出開口部（図示せず）から流出する。変換器表面４１には、少なくとも１つのひずみセンサ１７が取り付けられる。ひずみセンサ１７は、変換器表面４１が第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、変換器表面４１が第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能する。この方法は、ひずみセンサ１７の読取りを、前記室内の圧力の表示として取り込むステップをさらに含む。

このように、本発明の実施形態と、本発明の製造方法および使用方法とを以上に記述したが、それはこの記述が、変更および変化が生じる好ましい実施形態についてのものであると理解して行った。また、本発明は、このような記述に限定するべきではなく、特許請求の範囲の主題を包含すべきである。

本発明の特徴を具体化する機器の側断面図である。 本発明の特徴を具体化する機器の端断面図である。 本発明の特徴を具体化する機器の上面図である。

Claims (10)

1. 流体をポンピングする装置であって、
   少なくとも１つのハウジングと、プランジャと、少なくとも１つのひずみセンサとを備え、
   前記少なくとも１つのハウジングが、外部面と内部面を有し、前記内部面が、プランジャを受け、かつ前記内部面と外部面との間に延びる流体流入開口部と流体流出開口部とを有する室を画定し、前記室が、第１の端壁と、プランジャを受けるプランジャ開口部とを備える円筒形状を有し、前記少なくとも１つのハウジングの前記外部面が、前記第１の端壁と第２の端壁との間に変換器表面を有し、前記内部表面と外部表面とが、第１の厚みと第２の厚みを画定し、前記第２の厚みを有する前記変換器表面が、前記室が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈して、前記変換器表面が、室が低い圧力を受ける第１の位置と、前記室が高い圧力を受ける第２の位置とを有し、
   プランジャが、前記プランジャ開口部で受け取られて、前記室内で往復運動をし、前記往復運動が、前記流体入口開口部を通って前記室へ流入し、かつ前記流体流出開口部から流出する流体移動を引き起こし、
   少なくとも１つのひずみセンサが、前記変換器表面に取り付けられ、前記ひずみセンサが、前記変換器表面が前記第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、前記変換器表面が前記第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能する、装置。
2. 前記少なくとも１つのハウジング変換器表面が、前記室が加圧されると変形することができる平面である、請求項１に記載の装置。
3. 前記ハウジングが、チタニウム、アルミニウム、およびバナジウムから成る金属および合金から選択される組成を有する、請求項１に記載の装置。
4. 前記金属および合金が、チタニウム、アルミニウム、およびバナジウム合金６Ａ１４Ｖである、請求項１に記載の装置。
5. 前記ハウジングの前記外部面が、円筒状部分と半円筒状部分を有し、前記円筒状部分が、他の機器に取り付けるための基部を形成し、前記半円筒状部分が、平面と半円筒状面を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記変換器表面が、前記平面の空洞の底面である、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の厚みが、約０．１０インチから０．００１インチ（２．５４ｍｍから０．０２５ｍｍ）である、請求項６に記載の装置。
8. 前記第２の厚みが、約０．０５インチから０．００５インチ（１．２７ｍｍから０．１２７ｍｍ）である、請求項７に記載の装置。
9. 前記第２の厚みが、約０．０４０インチから０．０１インチ（１．０１６ｍｍから０．２５４ｍｍ）である、請求項８に記載の装置。
10. ポンプ室の圧力を測定する方法であって、
    少なくとも１つのハウジングとプランジャと少なくとも１つのひずみセンサとを提供するステップを含み、前記少なくとも１つのハウジングが、外部面と内部面を有し、前記内部面が、プランジャを受け、かつ前記内部面と外部面との間に延びる流体流入開口部と流体流出開口部を有する室を画定し、前記室が、第１の端壁と、プランジャを受けるプランジャ開口部とを備える円筒形状を有し、前記少なくとも１つのハウジングの前記外部面が、前記第１の端壁と第２の端壁との間に変換器表面を有し、内部表面と外部表面が、第１の厚みと第２の厚みを画定し、前記第２の厚みを有する前記変換器表面が、前記室が圧力下の流体を保持すると測定可能な変形を呈して、前記変換器表面が、室が低い圧力を受ける第１の位置と、前記室が高い圧力を受ける第２の位置とを有し、
    プランジャが、前記プランジャ開口部で受け取られて、前記室内で往復運動をし、前記往復運動が、前記流体流入口開口部を通って前記室へと流入し、かつ前記流体流出開口部から流出する流体移動を引き起こし、
    少なくとも１つのひずみセンサが、前記変換器表面に取り付けられ、前記変換器表面が前記第１の位置をとると少なくとも１つの信号を生成し、前記変換器表面が前記第２の位置をとると少なくとも１つの信号を生成して、組込式圧力変換器として機能し、前記方法がさらに、
    ひずみゲージの読取りを、室内圧力の表示として取り込むステップを含む、方法。

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