JPH064143A - 減圧弁制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁弁の１パルスの動作で変動する圧力の変
化量が不感帯の幅の半分になるように電磁弁を駆動する
パルス幅を設定し、減圧弁によるキャリアガスの圧力調
整動作が速やかに終了するようにすることを目的とす
る。 【構成】 第１と第２のゲート部４２ａ，４３ｂのそれ
ぞれの１パルスの動作による検出値ＰＶの変動幅を前も
って測定しておき、この変動幅が不感帯の幅の半分にな
るような１パルスの幅をＣＰＵ４３に設定しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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，圧力を自動的に調整する際に好適な
減圧弁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３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２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２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。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。

【０００４】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。

【０００５】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、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、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。また、第２のコンパレータ４
１ｂ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。

【０００６】また、４３ａは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である。ＣＰＵ４３ａでは、デジタル変換された圧力
センサ２からの検出値ＰＶを常時監視していて、設定値
ＳＰにその値が近い場合は小さいパルス幅のパルス信号
をゲート部４２に送り、検出値ＰＶが設定値ＳＰから離
れている場合は大きいパルス幅のパルス信号をゲート部
４２に出力する。

【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
大きいので、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。従って、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。

【０００９】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。

【００１０】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ＰO 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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の減圧弁制御方法
は以上のように構成されており、上述した減圧弁１では
昇圧時に圧力調整を行う場合、図５に示すように、目標
とする基準の設定値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。
そして、減圧弁１の２次側の圧力である検出値ＰＶが不
感帯に入っていないときは、供給用電磁弁２２と排出用
電磁弁２３を動作させて圧力調整を行い、検出値ＰＶが
不感帯にはいるようにする。例えば、不感帯の中に入っ
ていた圧力センサ２の検出値ＰＶが徐々に落ちてきて不
感帯の下限値ＳＰD より下になったとき、供給用電磁弁
２２が動作して圧力増加動作を行う。このとき、図４に
示すように、供給用電磁弁２２の１パルスの動作で減圧
弁１の２次側の圧力が大きく上昇し、検出値ＰＶが不感
帯の上限値ＳＰを越えてしまい、これによって、排出用
電磁弁２３が動作し、この排出用電磁弁２３の１パルス
の動作で、減圧弁１の２次側の圧力が大きく降下して再
び検出値ＰＶが不感帯の下限値ＳＰD より下になると言
う動作を行う場合がある。これは、キャリアガス圧力調
整系の各部品の寸法上のばらつきのため、背圧流路１８
ａ，排出流路１８ｂ，分岐路２０などの流路抵抗がばら
つくためである。この流路抵抗のばらつきを抑え込むの
には、機械精度を上げるだけでは困難である。

【００１５】ところで、ガスクロマトグラフにおいて
は、図５に示すように、減圧弁の圧力調整（減圧弁稼
働）と分析とを交互に行っており、圧力調整を行える時
間Ｔａは１周期Ｔ（例えば３分程度）に対して通常１０
秒程度である。分析中は、電磁弁による圧力調整による
圧力の変動があると、分析により得られたクロマトグラ
ムが信頼性の低いものとなるので、電磁弁による圧力調
整は停止している。１周期Ｔの間では、電磁弁による圧
力調整を行える時間帯は短いので、前述の状態では、検
出値ＰＶの値がなかなか不感帯の中に収まらず、減圧弁
１の２次側の圧力が不感帯の中に入らない状態で圧力調
整が終了してしまい、このまま分析を始めることになる
ので、分析結果に支障をきたすことと言う問題があっ
た。

【００１６】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたもので、電磁弁の１パルスの動作で変動する
圧力の変化量が不感帯の幅の半分になるように電磁弁を
駆動するパルス幅を設定し、減圧弁によるキャリアガス
の圧力調整動作が速やかに終了するようにすることを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る減圧弁制御方法は、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、前記減圧弁の圧力調整を行う際、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、前記基準
となる２つの設定値の幅の半分になるように、前記第１
と第２のパルス駆動信号の１パルスの幅が設定されてい
る。

【００１８】

【作用】したがって本発明によると、減圧弁の圧力調整
時において、２つの設定値で規定される設定範囲内を越
えてしまうような動作を行うことがなく、迅速な圧力調
整を行う。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による減圧弁制御方法を
ガスクロマトグラフのキャリアガス圧力調整系に適用し
たときの１実施例を示す基本構成図である。図１におい
て、４２ａは排出用電磁弁２３のパルス駆動信号を出力
する第１のゲート部、４２ｂは供給用電磁弁２２のパル
ス駆動信号を出力する第２のゲート部、４３は入力した
検出値ＰＶを監視することにより第１のゲート部４２ａ
および第２のゲート部４２ｂをそれぞれパルス駆動する
パルス信号と設定値ＳＰとを出力し、１パルスの駆動に
よる圧力変動が不感帯の幅の半分になるようなパルス幅
が昇圧時と減圧時とにそれぞれ設定されているＣＰＵで
あり、他は図２と同様である。

【００２０】この発明のキャリアガス圧力調整系では、
図５に示すように、圧力調整の時間帯に、不感帯に入っ
ていた減圧弁１の２次側の圧力である検出値ＰＶが不感
帯から外れたとき、従来の圧力調整と同様にパルス駆動
により供給用電磁弁２２と排出用電磁弁２３とを駆動し
て減圧弁１の動作を制御し、減圧弁１の２次側の圧力が
設定通りになるように、検出値ＰＶが不感帯にはいるよ
うに調整する回復動作が行われる。このとき、この発明
の減圧弁制御方法では、前もって、１回のパルス駆動で
の電磁弁の１パルスの動作による検出値ＰＶの変化量を
測定し、この検出値ＰＶの変化量が不感帯の幅の半分に
なるようなパルス駆動の１パルスのパルス幅をＣＰＵ４
３に設定しておき、このパルス幅のパルス信号で第１と
第２のゲート部４２ａ，ｂを駆動して電磁弁の動作を制
御する。

【００２１】例えば、不感帯内に入っていた検出値ＰＶ
が低下して不感帯の下限値ＳＰ_D より低くなったとき、
ＣＰＵ４３が第２のゲート部４２ｂに出力する１パルス
の信号による検出値ＰＶの変化量が設定値ＳＰの１％で
ある場合、不感帯の幅は設定値ＳＰの１％なので、第２
のゲート部４２ｂを駆動するパルス信号の１パルスのパ
ルス幅を半分にするようにＣＰＵ４３に設定する。一
方、不感帯内に入っていた検出値ＰＶが上昇して不感帯
の上限値（設定値）ＳＰより大きくなったとき、ＣＰＵ
４３が第１のゲート部４２ａに出力する１パルスの信号
による検出値ＰＶの変化量が設定値ＳＰの２％である場
合、不感帯の幅は設定値ＳＰの１％なので、第１のゲー
ト部４２ａを駆動するパルス信号の１パルスのパルス幅
を１／４にするようにＣＰＵ４３に設定する。

【００２２】これにより、例えば、減圧弁１の２次側の
圧力Ｐ_O を圧力センサ２で検出した検出値ＰＶが、不感
帯を外れたときのキャリアガス調整系の回復動作は、第
１のゲート部４２ａ、もしくは、第２のゲート部４２ｂ
の１パルスの動作により不感帯の中央部に検出値ＰＶが
調整されるので、迅速な回復動作が可能となる。したが
って、図５に示すような１周期Ｔの中の分析時間帯の合
間の短い圧力調整時間Ｔａの中でも確実に圧力調整動作
を完了できるので、検出値ＰＶが不感帯内に収まらない
状態で分析をすることがなく、分析結果は常時安定して
正確な値が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明の減圧弁制御方法に
よれば、キャリアガス圧力の制御系の圧力調整動作時の
１パルスの動作における圧力変動の幅を、１パルスの圧
力調整動作での圧力変動幅を測定した結果により設定し
ているので、機械的な調整では困難であった、キャリア
ガスの流路の抵抗のばらつきなど減圧弁のばらつきがあ
っても、常に一定の圧力調整を行い、減圧弁の２次側の
圧力を迅速に設定範囲（不感帯）内に調整できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による減圧弁制御方法をガスクロマトグ
ラフのキャリアガス圧力調整系に適用したときの１実施
例を示す構成図である。

【図２】従来のキャリアガス調整系の構成を示す構成図
である。

【図３】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４】従来のキャリアガス調整系における圧力変動の
状態を示す説明図である。

【図５】ガスクロマトグラフにおける減圧弁と分析の動
作手順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 ４２ａ 第１のゲート部 ４２ｂ 第２のゲート部 ４３ ＣＰＵ

Claims (1)

【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、 前記減圧弁の圧力調整を行う際、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、前記基準となる２つの設定
   値の幅の半分になるように、前記第１と第２のパルス駆
   動信号の１パルスの幅が設定されていることを特徴とす
   る減圧弁制御方法。