JPH06194355A - 減圧弁の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 減圧弁の動作を制御する電磁弁を正常に動作
させ、かつ、減圧弁の２次側圧力Ｐ_O が低い状態のとき
は、その圧力を素早く設定値に近づけることを目的とす
る。そして、２次側に圧力が不感帯内に入ったら、電磁
弁を頻繁に動作させなくても２次側の圧力Ｐ_O が不感帯
内で安定するようにすることを目的とする。 【構成】 ＣＰＵ４３に設定されているパルス幅と２次
側圧力の１パルス当たりの圧力変動との相関により、２
次側圧力の昇圧時には、ＣＰＵ４３がゲート部４２に出
力する１パルスのパルス幅を可変制御し、供給用電磁弁
２２の動作を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスクロマトグラフ
などに使用される減圧弁制御方法に関し、特に電磁弁を
用いて減圧弁の流量，圧力を自動的に精密調整する際に
好適な減圧弁の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフは、種々の有機化合
物から構成される液体や気体を分析するときに有用な装
置である。ガスクロマトグラフでは、分析する液体中に
溶解している複数の物質を分離し、加えてその量を各々
検出できるので、定性分析と定量分析が同時にできる。
ガスクロマトグラフは、分析対象の溶液を加熱して気体
にしてこれをキャリアガスにより構造の異なる化合物を
分離するカラム（固定層）を通す。気体となった分析対
象の溶液中に溶解していた複数の化合物は、キャリアガ
スに運ばれてカラムを通過することにより分離され、カ
ラムの出口に配置される検出器によって、その各々の分
量が計測される。この計測結果は、図５に示すようなク
ロマトグラムとなって表され、このクロマトグラムの山
のでてくる位置により化合物の同定が可能となり、山の
高さにより化合物の量が判る。

【０００３】ガスクロマトグラフは以上のように構成さ
れているので、ガス状態の分析対象物を運ぶキャリアガ
スの流量，流速，圧力などの状態が分析をする度に変化
していると、この分析によって得られた結果は再現性の
低いものとなる。このキャリアガスの状態を一定に保つ
キャリアガス圧力調整系は、減圧弁とそれを調整する減
圧弁調整部分とから構成されている。図４はそのガスク
ロマトグラフに使用される従来のキャリアガス圧力調整
系の構成を示す構成図である。図４において、１は減圧
弁、１１は減圧弁１の内室、１２は内室１１の内部を上
下に移動するダイヤフラムであり、このダイヤフラム１
２は内室１１を背圧室１１Ｂとその下の部屋１１Ｃとに
仕切っている。

【０００４】また、１３は内室１１の圧力室１１Ａの入
口に連設するキャリアガスＣＧの供給経路、１４は内室
１１の部屋１１Ｃの出口に連設するキャリアガスＣＧの
排出経路、１５は圧力室１１Ａと部屋１１Ｃの連通孔を
開閉するポペット弁、１６はポペット弁１５を押上げる
第１の圧縮コイルばね、１７はダイヤフラム１２を圧力
室１１Ａ側のポペット弁１５に対して所定圧で押圧する
ように第１の圧縮コイルばね１６のばね圧ｋよりも大き
いばね圧Ｋ（但しＫ＞ｋ）を有する第２の圧縮コイルば
ねであり、以上の部品により減圧弁１は構成されてい
る。

【０００５】また、１８ａは一端が排出経路１４に連通
し他端が弁を介して分岐点２０に連通する背圧流路、１
８ｂは一端が分岐点２０ａに連通し他端が弁を介して大
気に開放される排出流路、１９は背圧室１１Ｂのガスの
出入口、２０は一端が出入口１９に連通し他端が分岐点
２０ａに連通している分岐路、２１は分岐路２０に配置
されている焼結金属などからなる固定絞り、２２は背圧
流路１８ａに設置される供給用電磁弁、２３は排出流路
１８ｂの大気に開放される側に設置される排出用電磁弁
である。

【０００６】そして、２は減圧弁１から排出されるキャ
リアガスＣＧの圧力（２次側圧力Ｐ_O ）を検出してそれ
に比例する信号を出力する圧力センサ、４１ａは排出用
電磁弁２３を制御する駆動信号を出力する第１のコンパ
レータ、４１ｂは供給用電磁弁２２を制御する駆動信号
を出力する第２のコンパレータ、４２はパルス駆動によ
り第１と第２のコンパレータ４１ａ，４１ｂからの駆動
信号をパルス信号にするゲート部である。第１のコンパ
レータ４１ａでは、＋側に圧力センサ２からの検出信号
ＰＶが入力し、−側に設定値であるＳＰが入力する。一
方、第２のコンパレータ４１ｂでは、＋側に設定値ＳＰ
の９９％の値の信号が入力し、−側に圧力センサ２から
の検出信号ＰＶが入力する。また、４３ａは、設定値Ｓ
Ｐを出力し、ゲート部４２をパルス駆動するパルス信号
を出力するＣＰＵである。

【０００７】ここで、減圧弁１で出力する２次側の圧力
Ｐ_O の設定値は、大気圧より高く、減圧弁１に入力され
る１次側の圧力Ｐ_S より低く、また、２次側の圧力Ｐ_O
がまだ設定値に達していないものとする。このときは圧
力センサ２の検出する２次側の圧力Ｐ_O は、まだ設定値
に達していないので、圧力センサ２の検出する検出値Ｐ
Ｖは第１のコンパレータ４１ａの−側に入力する設定値
ＳＰより低く、第１のコンパレータ４１ａは排出用電磁
弁２３の駆動信号を出力しない。一方、第２のコンパレ
ータ４１ｂでは、＋側に入力する設定値ＳＰの９９％の
信号より−側に入力する検出値ＰＶが低いので、供給用
電磁弁２２の駆動信号を出力する。

【０００８】すなわち、減圧弁１の２次側の圧力Ｐ_O
が、設定してある圧力の９９％より低い段階では、排出
用電磁弁２３は閉じていて、供給用電磁弁２２は開いて
おり、背圧室１１Ｂと部屋１１Ｃの圧力は等しくなって
いる。この状態では、ダイヤフラム１２はこれを押し下
げる第２の圧縮コイルばね１７の方がポペット弁１５を
介して押上げる第１の圧縮コイルばね１６のばね圧より
大きい。従って、ダイヤフラム１２は押し下げられた状
態となっており、同時にポペット弁１５も押し下げら
れ、圧力室１１Ａと部屋１１Ｃの連通孔は開放した状態
となっている。

【０００９】このため、供給されるキャリアガスＣＧは
圧力室１１Ａから部屋１１Ｃを介して減圧弁１の２次側
に供給され、また、排出経路１４から供給用電磁弁２２
を介して背圧室１１Ｂにも供給される。このまま、キャ
リアガスＣＧの供給量が増加し続けて、これに伴い減圧
弁１の２次側の圧力Ｐ_O も上昇して圧力センサ２の検出
する検出値ＰＶが設定値ＳＰの９９％を越えると、この
検出値ＰＶが−側に入力する第２のコンパレータ４１ｂ
では、供給用電磁弁２２の駆動信号の出力を停止する。

【００１０】一方、減圧弁１の２次側の圧力Ｐ_O を圧力
センサ２が検出した検出値ＰＶの値が設定値ＳＰより大
きくなっている場合は、第１のコンパレータ４１ａでは
＋側に入力する検出値ＰＶの方が−側に入力する設定値
ＳＰより大きいので、排出用電磁弁２３の駆動信号を出
力している。このとき、第２のコンパレータ４１ｂで
は、−側に入力する検出値ＰＶの方が＋側に入力する設
定値ＳＰの９９％より大きいので、供給用電磁弁２２の
駆動信号は出力していない。この状態では、供給用電磁
弁２２が閉じていて排出用電磁弁２３が開いているの
で、減圧弁１では背圧室１１Ｂ内のガスが排出用電磁弁
２３を介して大気に開放され、その背圧室１１Ｂ内の圧
力Ｐ_N は低下する。

【００１１】背圧室１１Ｂの圧力Ｐ_N が低下すると、ダ
イヤフラム１２はその下の部屋１１Ｃの圧力（２次側の
圧力Ｐ_O ）により押上げられ、同時にポペット弁１５も
上に移動して圧力室１１Ａと部屋１１Ｃの連通孔は狭め
られ、これにより圧力室１１Ａからポペット弁１５を介
して２次側に供給されるキャリアガスＣＧの部屋１１Ｃ
への流入量が減少する。そして、背圧室１１Ｂの圧力Ｐ
_N が減少し、その圧力Ｐ_N と第２の圧縮コイルばね１７
のばね圧の合計が、ダイヤフラム１２の下の部屋１１Ｃ
の圧力Ｐ_O と第１の圧縮コイルばね１６のばね圧の合計
より小さくなり、ポペット弁１５が上に移動して最終的
にポペット弁１５が閉じて圧力室１１Ａから部屋１１Ｃ
へのキャリアガスＣＧの流入を停止する。

【００１２】キャリアガスＣＧの減圧弁１の２次側への
供給量が減少するかもしくは停止すると、２次側の圧力
Ｐ_O は低下し、圧力センサ２が検出する検出値ＰＶも低
下する。検出値ＰＶが低下して設定値ＳＰより小さくな
ると、第１のコンパレータ４１ａでは、＋側に入力する
検出値ＰＶが−側に入力する設定値ＳＰより小さくなる
ので、排出用電磁弁２３の駆動信号の出力を停止する。
これにより、排出用電磁弁２３は閉じて、背圧室１１Ｂ
の圧力Ｐ_N の低下は停止する。

【００１３】この後、このキャリアガスＣＧの流路の
“洩れ”などにより、減圧弁１の圧力Ｐ_O が徐々に低下
して圧力センサ２の検出する検出値ＰＶが設定値ＳＰの
９９％より低くなると、第２のコンパレータ４１ｂで
は、−側に入力する検出値ＰＶが＋側に入力する０．９
９ＳＰより小さくなるので、供給用電磁弁２２の駆動信
号を出力し、これにより供給用電磁弁２２が開放する。
排出用電磁弁２３が閉鎖した状態で供給用電磁弁２２が
開放することにより、減圧弁１の２次側のダイヤフラム
１２の下の部屋１１Ｃの圧力Ｐ_O と背圧室１１Ｂの圧力
Ｐ_N とが同じになる。

【００１４】ところで、ダイヤフラム１２には、ポペッ
ト弁１５を介して、圧力Ｐ_N ，圧力Ｐ_O ，第２の圧縮コ
イルばね１７のばね圧、おおび第１の圧縮コイルばね１
６のばね圧がかかっている。上述の状態では、圧力Ｐ_N
と圧力Ｐ_O とが等しい状態であり、また、第２の圧縮コ
イルばね１７のばね圧は第１の圧縮コイルばね１６のば
ね圧より大きいので、ダイヤフラム１２は第２の圧縮コ
イルばね１７により押し下げられ、これによりポペット
弁１５も押し下げられる。

【００１５】ポペット弁１５が押し下げられ開くことに
より、圧力室１１ＡからキャリアガスＣＧが減圧弁１の
２次側（部屋１１Ｃ）に供給されることになり、２次側
の圧力Ｐ_O は減少から上昇に転じる。なお、供給用電磁
弁２２と排出用電磁弁２３とを駆動する駆動信号は、ゲ
ート部４２によりパルス信号として供給用電磁弁２２と
排出用電磁弁２３とに送られている。

【００１６】以上示したように、この減圧弁１では昇圧
時に圧力調整を行う場合、図４に示すように、目標とす
る基準の設定値つまり設定値をＳＰとすると、この設定
値ＳＰに対してその９９％の値ＳＰ_D と設定値ＳＰの間
の範囲を不感帯として設定してある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のようにな
されているので、２次側の圧力Ｐ_O をより精密に制御し
よとすれば不感帯の幅を狭めなくてはならない。そし
て、不感帯の幅を狭くして状態で２次側の圧力Ｐ_O を安
定させるためには、供給用電磁弁２２と排出用電磁弁２
３を駆動するパルス信号の幅を小さくして、このパルス
信号１パルスによる２次側の圧力Ｐ_O の変動を小さくし
なくてはならない。このようにすると、装置立ち上げ時
など、２次側の圧力Ｐ_O が低い状態よりこれを設定値Ｓ
Ｐに近づけようとする場合、時間がかかるという問題が
あった。

【００１８】また、２次側の圧力Ｐ_O が不感帯の下限Ｓ
Ｐ_D に入った場合、減圧弁１の動作を制御する電磁弁の
駆動パルスの１パルス幅を小さくして、これによる２次
側圧力Ｐ_O の変動幅を小さくしているので、図６に示す
ように、この圧力は不感帯の下限ＳＰ_D ぎりぎりのとこ
ろとなる。しかし、減圧弁１などキャリアガスの流路に
は“洩れ”があるため、図６に示すように、不感帯内で
２次側圧力Ｐ_O は下降していき、検出値ＰＶ（２次側圧
力Ｐ_O ）が下降して不感帯下限ＳＰ_D を出ると再び圧力
増加動作が行われるといった動作が、頻繁に行われるよ
うになる。これは、すなわち電磁弁が頻繁に動作するこ
とであり、この結果、電磁弁が疲労し易いという問題が
あった。

【００１９】また、一般に電磁弁は、駆動のためにパル
ス信号が与えられても、そのパルス幅が小さいと正常に
駆動しない領域がある。すなわち、駆動のために与えて
いるパルス信号があまりに短いパルス幅であると、電磁
弁の開閉動作が行われない状態である。この領域は、電
磁弁の設置されている雰囲気の温度によって変化し、当
然、低温になるほど大きくなっていく。従って、初期設
定を施した状態より装置雰囲気の温度が低下するような
環境の変化があった場合、電磁弁駆動パルスのパルス幅
を狭めているので、電磁弁が正常に駆動しないといった
問題があった。

【００２０】この発明は、以上のような問題点を解消す
るために成されたものであり、減圧弁の動作を制御する
電磁弁を正常に動作させ、かつ、減圧弁の２次側圧力Ｐ
_O が低い状態のときは、その圧力を素早く設定値に近づ
けることを目的とする。そして、２次側に圧力が不感帯
内に入ったら、電磁弁を頻繁に動作させなくても２次側
の圧力Ｐ_O が不感帯内で安定するようにすることを目的
とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の減圧弁の制御
方法は、減圧弁により２次側圧力を２つの設定値付近に
まで上昇させる際、第１と第２のパルス駆動信号の１パ
ルスの信号により変動する減圧弁の１次側の圧力の変動
幅が、予め求められている１パルスの信号のパルス幅と
これによる２次側圧力の変動幅との関係により制御さ
れ、圧力センサの検出値が２つの設定値の小さい方より
離れているときは１パルスの幅を大きくし、圧力センサ
の検出値が２つの設定値の小さい方に近づいたときは１
パルスの幅を小さくし、圧力センサの検出値が２つの設
定値の小さい方を越えたところで、１パルスの幅を徐々
に大きくし、圧力センサの検出値が２つの設定値の大き
い方を越えたところで、この時点での１パルスの幅を半
分にすることを特徴とする。また、減圧弁により２次側
圧力を２つの設定値付近にまで上昇させる際、１パルス
の幅を可能な限り小さい状態よりその幅を徐々に大きく
していき、圧力センサの検出値に変化があったところを
１パルスのパルス幅の最小値とすることを特徴とする。

【００２２】

【作用】２次側圧力が２つの設定値より離れているとき
は、２次側の圧力は速く上昇し、近づくとその上昇速度
は遅くなる。そして、２つの設定値により規定される不
感帯より２次側圧力が外れたときは、１パルスのパルス
信号による２次側圧力の変動幅が、不感帯の幅の半分の
状態に制御される。また、電磁弁が正常駆動する１パル
スの最小パルス幅が自動的に設定される。

【００２３】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。図１はガスクロマトグラフに使用されるこの発明
の１実施例であるキャリアガス圧力調整系の構成を示す
構成図である。同図において、３は圧力センサ２の出力
するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器、４３はＡ／Ｄ変換器３でデジタルに変換された検出
信号ＰＶを入力するとともに、設定値ＳＰを出力し、ゲ
ート部４２をパルス駆動するパルス信号を出力するＣＰ
Ｕであり、他は図４と同様である。ＣＰＵ４３では、デ
ジタル変換された圧力センサ２からの検出値ＰＶ、すな
わち減圧弁１の２次側圧力Ｐ_O を常時監視している。

【００２４】ＣＰＵ４３は、装置立ち上げ時に減圧弁１
の２次側圧力Ｐ_O を上昇させるとき、図４に示す電磁弁
駆動パルス信号のパルス幅と減圧弁１の２次側の圧力Ｐ
_O 変動との関係を用いて、出力するパルス信号のパルス
幅を変化させる。すなわち、圧力センサ２が検出した圧
力と設定値ＳＰとの差圧ΔＰを、図２に示す相関図の縦
軸に当てはめ、これに対応する横軸のパルス幅のパルス
信号を出力するようにする。ただし、パルス信号の出力
間隔は変えない。ここで、図２の相関図で縦軸のＰ_Max
に不感帯下限値ＳＰ_D を対応させ、Ｐ_{Mi n} に差圧ΔＰが
０を対応させる。そして、縦軸のＰ_Min に対応する横軸
のｔ_Min がｔ₀ より大きい位置になるように、Ｐ_Min を
決める。

【００２５】ところで、図２の時間ｔ_d に示すように、
供給用電磁弁２２は駆動用のパルス信号を与えても、そ
のパルス幅が非常に短いと電磁弁の開閉動作が行われな
い。このため、上述のようにＰ_Min を設定するが、時間
ｔ_d は電磁弁の雰囲気温度により変化し、雰囲気温度が
低いほど大きい値になる。このため、Ｐ_Min は固定値と
することはできない。ＣＰＵ４３は装置立ち上げ時など
には、出力するパルス信号を可能な限り小さいパルス幅
より出力し始め、このパルス幅を徐々に広げていき、圧
力センサ２が検出する検出値ＰＶに変化があったとき、
このときのパルス幅をｔ₀ と設定する。なお、図２に示
す相関は、予めＣＰＵ４３に設定しておく。

【００２６】ここで、減圧弁１の２次側圧力Ｐ_O （検出
値ＰＶ）が不感帯下限値ＳＰ_D を越えたとき、ＣＰＵ４
３が出力するゲート部４２を駆動するパルス信号は可能
な限り小さい幅のパルス幅となっており、これに対応し
て１パルスによる２次側圧力Ｐ_O の変動幅も小さいもの
となっており、不感帯の幅より非常に小さい。ＣＰＵ４
３は、２次側圧力Ｐ_O （検出値ＰＶ）が不感帯下限値Ｓ
Ｐ_D を越えたことを検出すると、図３に示すように、今
度は徐々に出力するパルス信号のパルス幅を広げてい
く。

【００２７】パルス幅を広げていくと、これにともない
１パルスによる２次側の圧力Ｐ_O 変動幅も広がってい
き、１パルスによる２次側の圧力Ｐ_O 変動幅が不感帯の
幅を越える。ＣＰＵ４３は、この１パルスによる２次側
の圧力Ｐ_O 変動幅が不感帯の幅を越える状態を検出した
ら、出力するパルス信号のパルス幅を半分にする。これ
により、１パルスによる２次側の圧力Ｐ_O 変動幅は、お
およそ不感帯の半分となり、２次側圧力Ｐ_O （検出値Ｐ
Ｖ）が不感帯下限値ＳＰ_D を境に頻繁に上下運動を繰り
返す、すなわち、供給用電磁弁２２が頻繁に動作すると
いったことは無くなる。なお、これら一連の動作は、装
置立ち上げ時などの２次側圧力Ｐ_O が大気圧の状態であ
るときなど、２次側圧力Ｐ_O が設定値ＳＰより小さいと
きに行うものである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ガスクロマトグラフを立ち上げるとき、雰囲気の温
度に左右されず、安定に正常な状態でキャリアガスの圧
力を短い時間で上昇させ、安定させることが可能とな
る。また、精密にキャリアガス圧力を制御する場合で
も、頻繁に電磁弁を動作せることが無いので、電磁弁の
寿命が伸びるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスクロマトグラフに使用されるこの発明の１
実施例であるキャリアガス圧力調整系の構成を示す構成
図である。

【図２】電磁弁を駆動するパルス信号のパルス幅と２次
側圧力の１パルス当たりの圧力変動との相関を示す相関
図である。

【図３】この発明による圧力制御の状態を示す説明図で
ある。

【図４】ガスクロマトグラフに使用される従来のキャリ
アガス圧力調整系の構成を示す構成図である。

【図５】ガスクロマトグラフによる分析結果の１例を示
すガスクロマトグラムである。

【図６】従来の圧力制御の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 減圧弁 ２ 圧力センサ ３ Ａ／Ｄ変換器 １１ 内室 １１Ａ 圧力室 １１Ｂ 背圧室 １１Ｃ 部屋 １２ ダイヤフラム １３ 供給経路 １４ 排出経路 １５ ポペット弁 １６ 第１の圧縮コイルばね １７ 第２の圧縮コイルばね １８ａ 背圧流路 １８ｂ 排出流路 １９ 出入口 ２０ 分岐路 ２０ａ 分岐点 ２１ 固定絞り ２２ 供給用電磁弁 ２３ 排出用電磁弁 ４１ａ 第１のコンパレータ ４１ｂ 第２のコンパレータ ４２ ゲート部 ４３ ＣＰＵ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧弁の２次側圧力を検出する圧力セン
   サと、この圧力センサの検出値と設定されている基準と
   なる２つの設定値とを比較し、その比較結果に基づいて
   第１，第２のパルス駆動信号を出力する制御手段と、前
   記第１のパルス駆動信号により駆動され、前記減圧弁の
   ２次側圧力を増加させるための第１の電磁弁と、前記第
   ２のパルス駆動信号により駆動され、前記減圧弁の２次
   側圧力を減少させるための第２の電磁弁とを備え、 前記減圧弁により２次側圧力を前記２つの設定値付近に
   まで上昇させる際、前記第１と第２のパルス駆動信号の
   １パルスの信号により変動する前記減圧弁の１次側の圧
   力の変動幅が、予め求められている前記１パルスの信号
   のパルス幅とこれによる２次側圧力の変動幅との関係に
   より制御され、 前記圧力センサの検出値が前記２つの設定値の小さい方
   より離れているときは前記１パルスの幅を大きくし、前
   記圧力センサの検出値が前記２つの設定値の小さい方に
   近づいたときは前記１パルスの幅を小さくし、 前記圧力センサの検出値が前記２つの設定値の小さい方
   を越えたところで、前記１パルスの幅を徐々に大きく
   し、 前記圧力センサの検出値が前記２つの設定値の大きい方
   を越えたところで、この時点での１パルスの幅を半分に
   する減圧弁の制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の減圧弁の制御方法におい
   て、 前記減圧弁により２次側圧力を前記２つの設定値付近に
   まで上昇させる際、 前記１パルスの幅を可能な限り小さい状態よりその幅を
   徐々に大きくしていき、前記圧力センサの検出値に変化
   があったところを前記１パルスのパルス幅の最小値とす
   る減圧弁の制御方法。