JPH02213729A

JPH02213729A - 定流量ポンプ用流量計

Info

Publication number: JPH02213729A
Application number: JP3573489A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kudo; 悟工藤
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-24
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JP2633005B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、微量の液体を間欠的に送液する際に精度よく
その流量を計測するための定流量ポンプ用流量計、及び
当該流量計を用いた定流量ポンプの制御方法並びに定流
量ポンプシステムに関する。

［従来の技術］例えば、液体クロマトグラフ装置のように、１ｍｌ／ｍ
１ｎ程度以下の微量の液体を間欠的に一定量ずつ送液す
る必要のある装置等においては、その送液の流量を精度
よく検出することが装置全体の精度並びに信頼性を高め
る上で非常に重要な要素となっている。

しかしながら、その流量計としては、検出流量が上記の
ように１ｍｌ／ｍｌｎ程度以下と微量であるため、容積
流量計、羽根車流量計では誤差が大きく、また電磁流量
計や超音波流量計等では低流量域で感度が低いためにこ
れらも誤差が大きく不適当である。また、熱式流量計、
絞り流量計のように、低流量域で感度の高い流量計もあ
るが、液体クロマトグラフ装置のように液組成が時間の
経過とともに変化するような場合では、測定流体の熱伝
導率、粘性率等が時間経過と共に変化していくため、流
量との相関はとれない。また、特に熱式流量計の場合に
は大きな死容積と熱応答の遅れにより応答性が悪いとい
う問題点がある。

このため、液組成に関係なくその流量を高精度で検出す
るためには、流路最終端で実際に流出してくる液体をメ
スシリンダー等に受け、一定時間経過した後に流量を知
る非即時非自動測定を行っているのが現状であるが、こ
のような手法では１サイクルずつ遅れた流量を検知する
ことになるため、当然のことながら応答性が悪く、高精
度の装置には適用できないものである。

また、別の手法として、液体を間欠的に送液する場合に
流量が変動する要因が主に圧力変動によることに鑑み、
送液圧力を検出し、当該圧力検出値に基づいて流量を計
算によって求めるものもある。これを、第６図、第７図
に基づいて説明する。

第６図は、定流量ポンプの構成を示す図、第７図は当該
定流量ポンプにおける工程図並びに圧力変化図である。

第６図において、プランジャ６１をシリンダ室６２内で
往復動させると、吸入弁６３側から液体がシリンダ室６
２に一旦吸入された後、吐出弁６４側から吐出される。

このときのプランジャ６１の往復動工程と、送液圧力が
高い場合及び低い場合それぞれの圧力変化及び実際の吸
入φ吐出工程の関係を示したのが第７図である。

第７図において、時刻ｔｏ＋　でプランジャ６１が吐出
工程に入り、時刻１＋＋　で吐出工程を終了し、同時に
吸入工程に入り、時刻ｔｏｗで吸入工程を終了して１回
の往復動を完了するものとする。このとき、送液圧力が
０（無加圧）であるならば、プランジャ６１の動きと液
体の流動が１対１に対応するから、プランジャ６１の機
械的寸法と往復動距離とから一義的に液体の流量を算出
することができる。

しかしながら、実際には送液圧力は０でなく、液体の圧
縮現象の発生、弁の過渡応答性等により、プランジャ６
１の動きと液体の流動とは１対１には対応しない。

すなわち、時刻ｔｏ＋でプランジャ６１が吐出工程に入
ってシリンダ室６２内の液体を押圧し、吐出弁６４を開
こうとしても、吐出弁６４は外圧を受けているためにす
ぐには開かず、まず第７図のグラフＣで示すようなシリ
ンダ室６２の内圧の上昇が起こる。そして、このシリン
ダ室６２の内圧が吐出弁６４にかかっている外圧を越え
た時に初めて吐出弁８４が開き、液体が流動し始めるの
である。

したがって、送液圧力が低圧の場合は、前記グラフＣが
同図のグラフｂと交差した時刻ｔｏ口に吐出弁６４が開
いて液体の流動が始まり、また、送液圧力が高圧の場合
には、グラフＣが同図のグラフａと交差した時刻ｔｏＩ
Ｉｌ　に吐出弁６４が開いて液体の流動が始まるのであ
る。

また、吸入工程においても、液体の流動に同様の遅れが
発生する。

すなわち、時刻を目でプランジャ６１が吸入工程に入っ
てシリンダ室６２内で後退し、吸入弁６３を開こうとし
ても、シリンダ室６２内の圧力が高まっているために吸
入弁８３はすぐには開かず、まず同図のグラフｄ　（ｄ
ｏ　またはｄＬ）で示すようなシリンダ室６２の内圧の
低下が起こる。そして、このシリンダ室６２の内圧がＯ
になったときに初めて吸入弁６３が開き、液体が流動し
始めるのである。

従って、送液圧力が低下の場合には、前記グラフｄｃが
０となる時刻ｔ　ＩＬＩ　に吸入弁６３が開いて液体の
流動が始まり、また送液圧力が高圧の場合には、前記グ
ラフｄ＋が０になる時刻ｔ　ＩＨＩ　に吸入弁６３が開
いて液体の流動が始まるのである。

このように、同じプランジャ６１の動きに対しても、送
液圧力の如何によって実際の液体の流量は異なるもので
ある。

このような圧力変動とポンプ流量の変動との間には、条
件が常に不変ならば一定の関係を得ることができるため
、この送液圧力を検出し、当該圧力の検出値を用いて、
前記したプランジャ６１の機械的寸法と往復動距離とか
ら求められる流量計算値を補正して、実際の流量を算出
しようとするものである。

しかしながら、このような方法によっても、液組成の変
化、圧縮率の変化、あるいは周囲温度の変化等、不安定
な変動要素が多く、高精度の流量検出ができないという
問題があった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、上記の課題を解決するものであって、間欠的
に送液される微量の液体の流量をリアルタイムで高精度
に検出できる流量計を提供することを目的とするもので
ある。

更には、そのような流量計を用いた定流量ポンプの制御
方法並びに定流量ポンプシステムを提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］そのために本発明の定流量ポンプ用流量計は、送出され
る液体の流動時間をリアルタイムで検出する検出手段と
、当該検出手段の検出値に基づいて前記液体の流量を演
算する演算手段とを備えたことを特徴とするものである
。

また、本発明の定流量ポンプの制御方法は、送出される
液体の流動時間をリアルタイムで検出し、当該検出手段
の検出値に基づいて前記液体の流量を演算すると共に、
当該流量の演算値と所定の目標値とを比較してその偏差
を演算し、当該偏差に応じてポンプの駆動信号を補正す
ることを特徴とするものである。

更に、本発明の定流量ポンプシステムは、送出される液
体の流動時間をリアルタイムで検出する検出手段、当該
検出手段の検出値に基づいて前記液体の流量を演算する
と共に、当該流量の演算値と所定の目標値とを比較して
その偏差を演算する演算手段、当該偏差に応じてポンプ
の駆動信号を補正して当該ポンプを駆動制御する制御手
段とを備えることを特徴とするものである。

［作用および発明の効果コ本発明の定流量ポンプ用流量計は、プランジャの駆動時
間や送液圧力でなく、実際に液体の流動する時間、即ち
第７図に示した工程図におけるｔｏｃ＋−ｔ　ｎ　（ｔ
ｏｎｔ−を目）あるいは１＋ロ−ｔａｇ　（ｔ＋＋＋−ｔｏｅ）の時間を検出し
て流量を算出しているため、圧縮率、粘性率、熱伝導率
、弁の過渡応答性、また送液圧力の如何にかかわらず、
微量の液体の流量を、リアルタイムで高精度に検出する
ことができる。

また、本発明の定流量ポンプの制御方法あるいは定流量
ポンプシステムは、このような定流量ポンプ用流量計を
利用して液体の流量値をリアルタイムでフィードバック
し、所定の目標値との偏差に基づいてポンプを駆動制御
しているため、どのような液体でも常に所定の目標値に
合わせた定流量を供給することができる。

［実施例コ以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施例につい
て説明する。

第１図は、本発明の定流量ポンプ用流量計および当該流
量計を組み込んだ定流量ポンプシステムの１実施例の構
成を示す図、第２図は本発明の定流量ポンプ用流量計の
検出部の１実施例の構成を示す図、第３図は本発明の定
流量ポンプ用流量計の検出部の他の実施例の構成を示す
図、第４図は第１図に示す本発明の定流量ポンプ用流量
計の各部における波形を示す図、第５図は定流量ポンプ
の制御方法を説明するためのフロー図である。

図中、１は検出器、２は増幅器、３は微分器、４はオー
トゼロ回路、５は演算器、６は制御装置、７はパルス発
生器、８はモータ、８は入力・表示器、１０は定流量ポ
ンプ、１１はプランジャ、１２はシリンダ室、１３は吸
入弁、１４は吐出弁、２１は光学的な検出器、３１は電
気的な検出器である。

まず第１図において、定流量ポンプ１０の吸入側あるい
は吐出側の道管路に検出器１を取り付ける。

この検出器１は、液体の流動のタイミングを検出するも
のであり、その具体的な構成を第２図および第３図に示
す。

第２図に示した検出＠２１は、光学的に液体の流動を検
出するものである。すなわち、紫外線（ＵＶ）等の短波
長の光は液体に透過させたとき、当該液体が流動してい
ると散乱する現象を利用したものである。同図中、光源
２２より道管路２４内の液体に短波長の光を照射すると
、当該液体が流動しているときには前記光が液体分子に
散乱されて透過量が変化するため、光電変換素子２３に
よって液体の流動を電圧信号として検出することができ
る。

また、第３図に示した検出器３１は、電気的に液体の流
動を検出するものである。すなわち、白金抵抗素子等を
内蔵した熱容量の小さい発熱体３２を道管路３５の中に
設置する。これに電流源３３と電圧検出器３４を接続す
れば、液体に流動が始まると発熱体３２の熱が液体に奪
われ、発熱体３２の抵抗値が変化することを利用して、
液体の流動を電圧信号として検出することができる。

検出器１からの検出信号は増幅器２で増幅される。この
増幅器２の出力波形を第４図のグラフａに示す。

この増幅器２の出力ａ（検出器１の出力波形に同じ）は
、グラフに示すように単に液体の流動に関する情報だけ
でなく、液組成その他の情報としての長いうねりを含ん
でいるため、その電圧値だけでは流動タイミングを決め
ることができない。

ただし、液体の流動は通常ステップ状に変化するので、
前記出力ａからこのステップ情報だけを分離して取り出
せば、吸入タイミング（吐出タイミング）の情報を得る
ことができるものである。

このため、次に増幅器２の出力ａを微分器３に入力し、
微分出力すを得る。この微分出力すは、第４図のグラフ
ｂに示すように、入力ａにおけるステップ信号がインパ
ルス信号に変わり、ランプ信号（うねり成分）がオフセ
ットとなって現れるような波形となる。したがって、こ
の出力すをオートゼロ回路４に通せば、その出力Ｃとし
ては、第４図のグラフＣに示すように流動タイミング信
号のインパルス信号のみが得られることとなる。

すなわち、第４図のグラフＣにおいて、Ｔ、Ｉ−Ｔ＊Ｉ
、Ｔｓ＊〜Ｔ　ａ　２等の時間間隔が実際の液体の流動
時間（第１図の構成においては吸入時間）として検出さ
れるものである。

この流動タイミング信号Ｃは演算器５に入力され、次の
ようにして液体の流量を計算する。

すなわち、定流量ポンプ１０のプランジャ１１の径りお
よびプランジャ１１の動作スピードｄ×／ｄｔが制御装
置６かられかれば、流ｆｉＱは、なお、ポンプ１０のプ
ランジャ１１が定速往復動している場合には、プランジ
ャ１１の動作スピードｄｘ／ｄｔが一定となり、またプ
ランジャ径りは一定となるため、流ｆｆ１Ｑは次式のよ
うに単純化される。

Ｑ＝＝ＫＸ　（ｔ、−ｔｓ　）ただし、Ｋは定数である。

以上が本発明における定流量ポンプ用流量計の説明であ
るが、次に同じく第１図に基づいて、本発明の定流量ポ
ンプシステムの１実施例について詳細に説明する。

この実施例における定流量ポンプシステムは、プランジ
ャ１１、シリンダ室１２、吸入弁１３、吐出弁１４から
なる定流量ポンプ本体１０と、当該定流量ポンプ１０の
プランジャ１１を往復駆動する駆動手段としてのモータ
（ステップモータ、パルスモータ）８およびパルス発生
器７、当該駆動手段を制御する制御装置６、前記定流量
ポンプ１０の実際の流量を検出するための流量計（検出
器１、増幅器２、微分器３、オートゼロ回路４および演
算器５）、および前記制御装置６に前記定流量ポンプ１
０の流量目標値等を与える入力・表示器９からなってい
る。

次に、この定流量ポンプシステムの動作を、第５図も参
照しながら、定流量ポンプの制御方法の観点から説明す
る。

まず、入力・表示器９から制御装置６に対して、定流量
ポンプ１０の流量目標値Ｑ１　とプランジャ１１の往復
動周期Ｔと、プランジヤニ１の径りとを設定する（ステ
ップ５１）。

制御装置６では、プランジャスピードを計算し、パルス
発生器７に制御信号を入力する（ステップ５２）。

パルス発生器７では、必要なパルスを発生しくステップ
５３）、モータ８を作動させる（ステップ５４）。

これにより、プランジャ１１が往復動を開始してポンプ
１０が作動する（ステップ５５）。

当該ポンプ１０の作動に伴って、前記したように、検出
器１、増幅器２、微分器３およびオートゼロ回路４によ
って液体の吸入時間（流動時間）を検出する（ステップ
５６）。

この吸入時間の検出値および制御装置６がら取り込んだ
各種数値に基づいて、演算器５で、前記したように流量
の実際値Ｑを算出する（ステップ５７）。

この計算値Ｑを制御装置６にフィードバックし、流量目
標値Ｑ、との差ｅ　（”Ｑｌ−Ｑ）を計算する（ステッ
プ５８）と共に、補正流量（Ｑ＋　＋ｅ）を計算する（
ステップ５９）。

そして、この補正流量値（Ｑ１＋ｅ）を前記流量目標値
Ｑ１に置き換え、以下、ステップ５２以降を繰り返すよ
うにしている。

なお、この実施例では、検出器１を吸入側に設置した例
について説明してきたが、前記した通り、当該検出器１
を吐出側に設置しても作用効果は変わらないものである
。

また、定流量ポンプ１０も第１図に示したような構成を
存するものに限られるものではない。例えば、プランジ
ャ１１の駆動部は第１図に模式的に示した回転タイプの
ステップモータ（パルスモータ）ばかりでなく、リニア
タイプのステップモータ等でも適用できる。

また、上記実施例ではストロークを可変して流量を制御
するタイプのポンプに実施したが、ストロークは固定さ
れ、往復動周期を可変することにより流量を制御するタ
イプ、例えば回転数可変型ポンプにも同様に実施するこ
とができる。

以上説明したように、本発明の定流量ポンプ用流量計に
よれば、プランジャの駆動時間や送液圧力でなく、実際
に液体の流動する時間を検出して流量を算出しているた
め、液体の種類、液組成（時間の経過によって変化する
場合も含む）、圧縮率、弁の過渡応答性、送液圧力等の
如何にかかねらず、微量の液体の流量を、リアルタイム
で高精度に検出することができるものである。

また、本発明の定流量ポンプの制御方法あるいは定流量
ポンプシステムによれば、このような定流量ポンプ用流
量計を利用して液体の流量値をリアルタイムでフィード
バックし、所定の目標値との偏差に基づいてポンプを駆
動制御しているため、どのような液体でも常に所定の目
標値に合わせた定流量を供給することができるものであ
る。

特に、液体クロマトグラフ装置に適用すれば、当該装置
の精度を飛躍的に向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の定流量ポンプ用流量計および当該流量
計を組み込んだ定流量ポンプシステムの１実施例の構成
を示す図、第２図は本発明の定流量ポンプ用流量計の検
出部の１実施例の構成を示す図、第３図は本発明の定流
量ポンプ用流量計の検出部の他の実施例の構成を示す図
、第４図は第１図に示す本発明の定流量ポンプ用流量計
の各部における波形を示す図、第５図は本発明の定流量
ポンプの制御方法を説明するための図、第６図は定流量
ポンプの構成を示す図、第７図は当該定流量ポンプにお
ける工程図並びに圧力変化図である。１・・・検出器、２・・・増幅器、３・・・微分器、４
・・・オートゼロ回路、６・・・演算器、６・・・制御
装置、７・・・パルス発生器、８・・・モータ、９・・
・入力・表示器、１０・・・定流量ポンプ、１１・・・
プランジャ、１２・・・シリンダ室、１３・・・吸入弁
、１４・・・吐出弁、２１・・・光学的な検出器、３１
・・・電気的な検出器。出　　願　　人　日本電子株式会社代理人　弁理士　菅　井　英　雄（外５名）第２図第３図第５図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）間欠的に送液される微量の液体の流量を検出する
ための流量計において、前記流体の流動時間をリアルタ
イムで検出する検出手段と、当該検出手段の検出値に基
づいて前記液体の流量を演算する演算手段とを備えたこ
とを特徴とする定流量ポンプ用流量計。
（２）前記検出手段が、液体の流動に伴う散乱光を検出
することによって当該液体の流動時間を検出する光学的
検出手段であることを特徴とする請求項１記載の定流量
ポンプ用流量計。
（３）前記検出手段が、液体の流動に伴う発熱体の抵抗
値の変化を検出することによって当該液体の流動時間を
検出する電気的検出手段であることを特徴とする請求項
１記載の定流量ポンプ用流量計。
（４）微量の液体を間欠的に送液する定流量ポンプの制
御方法において、前記液体の流動時間をリアルタイムで
検出し、当該検出手段の検出値に基づいて前記液体の流
量を演算するとともに、当該流量の演算値と所定の目標
値とを比較してその偏差を演算し、当該偏差に応じてポ
ンプの駆動信号を補正することを特徴とする定流量ポン
プの制御方法。
（５）微量の液体を間欠的に送液する定流量ポンプシス
テムにおいて、前記液体の流動時間をリアルタイムで検
出する検出手段、当該検出手段の検出値に基づいて前記
液体の流量を演算するとともに、当該流量の演算値と所
定の目標値とを比較してその偏差を演算する演算手段、
当該偏差に応じてポンプの駆動信号を補正して当該ポン
プを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする
定流量ポンプシステム。