JPWO2018047279A1 - ガスクロマトグラフ - Google Patents

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Abstract

メイン基板20のメイン制御部201は、各流量制御基板21のサブ制御部214との間でシリアル通信を行う。そして、各サブ制御部214の制御によって、流量制御回路213でキャリアガスの流量が制御される。そのため、メイン制御部201で行う処理を、各サブ制御部214とシリアル通信を行うのみの処理にできる。その結果、メイン制御部201で行う処理を少なくでき、流量制御基板21の数を増やした場合において、メイン制御部201における処理が処理能力を超えることを抑制できる。また、メイン制御部201と各サブ制御部214との間の信号線40を長くすることができる。そのため、メイン基板20と各流量制御基板21との間の距離を長くできる。

Description

本発明は、メイン基板と、当該メイン基板に接続された複数の流量制御基板とを備えるガスクロマトグラフに関するものである。
ガスクロマトグラフでは、試料導入部からカラム内にキャリアガス及び試料ガスが供給され、当該カラム内をキャリアガスが通過する過程で試料成分が分離され、分離された試料成分は、検出器で検出される。ガスクロマトグラフでは、キャリアガスの流量が制御されており、一定量のキャリアガスが流される(例えば、下記特許文献1参照)。
このようなガスクロマトグラフとして、試料導入部、カラム及び検出器などの構成を複数備えるガスクロマトグラフが知られている。このガスクロマトグラフでは、各カラム内に導入されるキャリアガスの流量がそれぞれ制御される。
図5は、従来のガスクロマトグラフ100のメイン基板110、流量制御基板120及びそれらの周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
ガスクロマトグラフ100は、メイン基板110と、2つの流量制御基板120とを備えている。
メイン基板110は、制御部111を有している。制御部111は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を含む構成である。
各流量制御基板120は、流量検出回路121と、圧力検出回路122と、流量制御回路123とを有している。ガスクロマトグラフ100において、各カラム内にキャリアガスを導入するための流路(ガス供給流路)のそれぞれには、流量センサ124、圧力センサ125及び全流量バルブ126が設けられている。ガスクロマトグラフ100の各スプリット流路には、スプリットバルブ127が設けられている。ガスクロマトグラフ100の各パージ流路には、パージバルブ128が設けられている。
ガスクロマトグラフ100において分析動作が開始されると、メイン基板110の制御部111には、各流量センサ124および各圧力センサ125の検出結果に基づいて、各流量検出回路121及び各圧力検出回路122から検出信号が入力される。メイン基板110の制御部111は、この検出信号に基づいて、各流量制御基板120の流量制御回路123によって、各バルブ(全流量バルブ126、スプリットバルブ127及びパージバルブ128)の動作を制御する。これにより、ガスクロマトグラフ100内を流れるキャリアガスの流量が制御される。
特開2016−57148号公報
上記した従来のガスクロマトグラフ100では、装着可能な流量制御基板120の数に制限があった。具体的には、ガスクロマトグラフ100では、制御部111がキャリアガスの流量を直接制御する構成であるため、流量制御基板120の数が増えれば増えるほど、制御部111の処理負荷が大きくなってしまう。一方で、制御部111は、ガスクロマトグラフ100における他の制御も行っている。そのため、所定数以上の流量制御基板120を装着する構成とすると、制御部111における処理が処理能力を超えてしまう。特に、流量制御基板120がAFC(Advanced Flow Controller)の基板の場合には、制御部111が行う処理が複雑になるため、流量制御基板120を2つしか装着することができなかった。
また、制御部111から各流量制御回路123に制御信号を送信するための信号線130は、その制御信号が複数のバルブを並行して制御するための信号であるため、一定以上長くできないという不具合もあった。そのため、メイン基板110と各流量制御基板120との間の距離を一定以上に拡げることができなかった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、装着可能な流量制御基板の数を増やすことができるガスクロマトグラフを提供することを目的とする。また、本発明は、メイン基板と各流量制御基板との間の距離を長くできるガスクロマトグラフを提供することを目的とする。
(1)本発明に係るガスクロマトグラフは、メイン基板と、当該メイン基板に接続された複数の流量制御基板とを備えるガスクロマトグラフである。前記メイン基板は、メイン制御部を有する。前記複数の流量制御基板は、それぞれ、前記メイン制御部との間でシリアル通信を行うサブ制御部と、少なくともキャリアガスの圧力又は流量を検出する検出回路と、前記検出回路からの検出信号に基づいてキャリアガスの流量を制御する流量制御回路とを有する。
このような構成によれば、メイン基板のメイン制御部は、各流量制御基板のサブ制御部との間でシリアル通信を行う。そして、各流量制御基板のサブ制御部の制御によって、流量制御回路でキャリアガスの流量が制御される。
そのため、メイン基板のメイン制御部で行う処理を、各流量制御基板のサブ制御部とシリアル通信を行うのみの処理にできる。そして、メイン制御部で行う処理を少なくできる。
その結果、流量制御基板の数を増やした場合において、メイン制御部における処理が処理能力を超えることを抑制できる。すなわち、ガスクロマトグラフにおいて、装着可能な流量制御基板の数を増やすことができる。
また、メイン制御部と各サブ制御部との間では、シリアル通信が行われるため、メイン制御部と各サブ制御部との間の信号線を長くすることができる。
そのため、メイン基板と各流量制御基板との間の距離を長くできる。
(2)また、前記メイン制御部は、前記サブ制御部に対して、前記流量制御回路がキャリアガスの流量を制御する際の制御目標値をシリアル通信により送信してもよい。
このような構成によれば、メイン制御部における処理を、各サブ制御部に対して制御目標値をシリアル通信で送信するのみの簡易な処理にできる。
(3)また、前記メイン制御部は、前記複数の流量制御基板の各サブ制御部に対して、前記制御目標値をシリアル通信により所定の周期で順次送信してもよい。
このような構成によれば、メイン制御部から各サブ制御部に対して制御目標値を円滑に送信できる。また、各サブ制御部における制御周期を短くできる。
(4)また、前記サブ制御部は、前記制御目標値を受信しなかった場合に、前記流量制御回路によりキャリアガスを停止させてもよい。
このような構成によれば、メイン制御部に不具合が生じた場合にキャリアガスが流れ続けることを防止できる。
(5)また、前記メイン制御部は、電源供給制御部を含んでもよい。前記電源供給制御部は、前記複数の流量制御基板のそれぞれに対する電源供給を制御する。
このような構成によれば、電源供給制御部によって各流量制御基板に対する電源供給を停止するように制御することで、キャリアガスを確実に停止できる。
(6)前記メイン制御部は、制御値受信部を含んでもよい。前記制御値受信部は、前記複数の流量制御基板の各サブ制御部から制御値を受信する。前記電源供給制御部は、前記複数の流量制御基板のうち、前記制御値受信部により制御値を受信しなかった流量制御基板に対する電源供給を停止させてもよい。
このような構成によれば、電源供給制御部によって、不具合が生じた流量制御基板に対する電源供給を確実に停止させることができる。
本発明によれば、メイン基板のメイン制御部で行う処理を、各流量制御基板のサブ制御部とシリアル通信を行うのみの処理にできる。そして、メイン制御部で行う処理を少なくできる。その結果、流量制御基板の数を増やした場合において、メイン制御部における処理が処理能力を超えることを抑制できる。すなわち、ガスクロマトグラフにおいて、装着可能な流量制御基板の数を増やすことができる。また、メイン制御部と各サブ制御部との間では、シリアル通信が行われるため、メイン制御部と各サブ制御部との間の信号線を長くすることができる。そのため、メイン基板と各流量制御基板との間の距離を長くできる。
本発明の一実施形態に係るガスクロマトグラフの構成を示した概略図である。 図1のガスクロマトグラフのメイン基板、流量制御基板及びそれらの周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。 メイン制御部の制御動作を示したフローチャートである。 サブ制御部の制御動作を示したフローチャートである。 従来のガスクロマトグラフのメイン基板、流量制御基板及びそれらの周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
1.ガスクロマトグラフの全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係るガスクロマトグラフの構成を示した概略図である。
ガスクロマトグラフ1は、複数のカラム2のそれぞれにキャリアガスとともに試料を導入することにより、各カラム2で分離された試料成分の分析を行うためのものである。ガスクロマトグラフ1は、カラム2以外に、カラムオーブン3、貯留部4、試料導入部5及び検出器6を備えている。ガスクロマトグラフ1では、カラムオーブン3以外の構成(カラム2、貯留部4、試料導入部5及び検出器6)は、それぞれ複数設けられている。
カラム2は、例えば、キャピラリカラムからなり、カラムオーブン3内に収容されている。すなわち、ガスクロマトグラフ1では、複数のカラム2が同一のカラムオーブン3内に収容されている。
貯留部4には、ガスクロマトグラフ1内で用いられるキャリアガスが貯留されている。
試料導入部5は、カラム2内にキャリアガス及び試料ガスを導入するためのものであり、その内部に試料気化室(図示せず)が形成されている。試料気化室には、ガス供給流路、スプリット流路及びパージ流路(図示せず)が連通している。ガス供給流路は、気化室内にキャリアガスを供給するための流路である。スプリット流路は、スプリット導入法により、カラム2内にキャリアガス及び試料ガスを導入する際に、試料気化室内のガス(キャリアガス及び試料ガスの混合ガス)の一部を所定のスプリット比で外部に排出するための流路である。パージ流路は、セプタムなどから生じる所望しない成分を外部に排出するための流路である。
検出器6は、例えば、水素炎イオン化型検出器(FID)、熱伝導度型検出器(TCD)、電子捕獲型検出器(ECD)又は炎光光度検出器(FPD)などにより構成される。検出器6は、カラム2から導入されるキャリアガスに含まれる各試料成分を順次検出する。
このガスクロマトグラフ1において試料を分析する際は、分析対象となる試料が試料導入部5に注入される。試料は、試料気化室において気化される。また、試料導入部5の試料気化室には、貯留部4からキャリアガスが供給される。
試料気化室内で気化された試料は、キャリアガスとともにカラム2内に導入される。試料に含まれる各試料成分は、カラム2内を通過する過程で分離されて、検出器6に順次導入される。
そして、検出器6において、カラム2から導入されるキャリアガスに含まれる各試料成分が順次検出される。
ガスクロマトグラフ1では、カラムオーブン3以外の構成(カラム2、貯留部4、試料導入部5及び検出器6)を複数備えている。そのため、ガスクロマトグラフ1では、上記した貯留部4から検出器6に向かうキャリアガスの流れが複数形成される。ガスクロマトグラフ1では、後述するように、これらのキャリアガスの流量がそれぞれ制御される。
2.メイン基板、流量制御基板及び周辺の部材の電気的構成
図2は、ガスクロマトグラフ1のメイン基板20、流量制御基板21及びそれらの周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
ガスクロマトグラフ1は、メイン基板20と、複数の流量制御基板21とを備えている。また、ガスクロマトグラフ1は、各流量制御基板21に対応するように、流量センサ31、圧力センサ32、全流量バルブ33、スプリットバルブ34及びパージバルブ35を、それぞれ複数備えている。
各流量センサ31、各圧力センサ32及び各全流量バルブ33は、ガスクロマトグラフ1の各ガス供給流路に設けられている。各スプリットバルブ34は、ガスクロマトグラフ1の各スプリット流路に設けられている。各パージバルブ35は、ガスクロマトグラフ1の各パージ流路に設けられている。
流量制御基板21は、例えば、AFC(Advanced Flow Controller)の基板である。各流量制御基板21は、流量検出回路211と、圧力検出回路212と、流量制御回路213と、サブ制御部214とを有している。
流量検出回路211は、流量センサ31の検出結果に基づいて、ガスクロマトグラフ1内を流れるキャリアガスの流量を検出する。
圧力検出回路212は、圧力センサ32の検出結果に基づいて、ガスクロマトグラフ1内を流れるキャリアガスの圧力を検出する。なお、圧力センサ32は、圧力検出回路212に実装されている。流量検出回路211及び圧力検出回路212が、検出回路の一例である。
流量制御回路213は、サブ制御部214からの制御信号に基づいて、全流量バルブ33、スプリットバルブ34及びパージバルブ35のそれぞれの動作を制御することにより、キャリアガスの流量を制御する。サブ制御部214は、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)信号を制御信号として流量制御回路213に供給し、そのPWM信号に基づくデューティ比で流量制御回路213がキャリアガスの流量を制御する。
サブ制御部214は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を含む構成である。
メイン基板20は、メイン制御部201を有している。
メイン制御部201は、CPU(Central Processing Unit)を含む構成である。メイン制御部201は、サブ制御部214との間で、信号線40を介してシリアル通信を行う。メイン制御部201は、CPUがプログラムを実行することにより、目標値送信部202、制御値受信部203及び電源供給制御部204などとして機能する。
目標値送信部202は、各流量制御基板21のサブ制御部214に向けて、キャリアガスの流量を制御する際の制御目標値をシリアル通信により送信する。制御目標値は、例えば、キャリアガスの流量の設定値である。
制御値受信部203は、各サブ制御部214から送信される制御値を受信する。制御値は、流量制御回路213に対する制御信号に関する値(例えば、デューティ比)であってもよいし、流量制御回路213による制御の結果、流量センサ31又は圧力センサ32から出力される設定値であってもよい。
電源供給制御部204は、複数の流量制御基板21に対する電源供給を制御する。具体的には、電源供給制御部204は、制御値受信部203が受信するサブ制御部214からの信号に基づいて、所定の流量制御基板21に対する電源供給を停止させる制御を行う。
3.各制御部の制御動作
(1)メイン制御部の制御動作
図3は、メイン制御部201の制御動作を示したフローチャートである。
ガスクロマトグラフ1においてキャリアガスの制御が開始されると、メイン基板20のメイン制御部201は、各流量制御基板21のサブ制御部214に向けて、キャリアガスの流量を制御するための制御目標値をシリアル通信で送信する。具体的には、目標値送信部202は、一定時間が経過すると(ステップS101でYES)、複数の流量制御基板21のうち、所定の流量制御基板21のサブ制御部214に対して、制御目標値をシリアル通信で送信する(ステップS102)。
なお、この制御目標値は、図示しない記憶部に予め記憶されていてもよいし、ユーザによって設定されるものであってもよい。
そして、詳しくは後述するが、制御目標値が送信された流量制御基板21においてキャリアガスの流量が制御されると、その流量制御基板21のサブ制御部214からメイン制御部201(制御値受信部203)に対して実際の制御値が送信される。このとき、流量制御基板21が正常に動作していれば(流量制御基板21に不具合が生じていなければ)、制御値受信部203は、その流量制御基板21のサブ制御部214からの制御値を受信する(ステップS103でYES)。
そして、一定時間が経過すると、上記した制御動作が、次の流量制御基板21のサブ制御部214に対して行われる。すなわち、ガスクロマトグラフ1においてキャリアガスの制御が継続されている状態で(ステップS104でNO)、さらに、一定時間が経過すると(ステップS101でYES)、目標値送信部202は、次の流量制御基板21のサブ制御部214に対して、制御目標値をシリアル通信で送信する(ステップS102)。その後は、上記したように、制御目標値が送信された流量制御基板21においてキャリアガスの流量が制御されると、その流量制御基板21のサブ制御部214から制御値受信部203に対して実際の制御値が送信される(ステップS103でYES)。
このように、目標値送信部202は、各サブ制御部214に対して、制御目標値をシリアル通信により所定の周期で順次送信する。
また、流量制御基板21に不具合が生じている場合には、その流量制御基板21のサブ制御部214からは制御値が送信されない。すなわち、目標値送信部202から制御目標値を送信しても、制御値受信部203は、その流量制御基板21のサブ制御部214からの制御値を受信しない(ステップS103でNO)。
この場合には、電源供給制御部204は、制御値受信部203により制御値を受信しなかった流量制御基板21に対する電源供給を停止させる(ステップS105)。
その後は、上記したステップS101〜ステップ104の動作が繰り返される。すなわち、目標値送信部202から各サブ制御部214に対して、制御目標値がシリアル通信により所定の周期で順次送信される。そして、ガスクロマトグラフ1において、キャリアガスの制御が終了すると(ステップS104でYES)、メイン制御部201による制御動作が終了する。
(2)サブ制御部の制御動作
図4は、サブ制御部214の制御動作を示したフローチャートである。
ガスクロマトグラフ1における各流量制御基板21では、サブ制御部214は、以下のような制御を行う。
サブ制御部214は、一定時間が経過するまでの間にメイン制御部201からの制御目標値を受信した場合には(ステップS201でYES)、流量検出回路211及び圧力検出回路212からの検出信号に基づいて、流量制御回路213によって、各バルブ(全流量バルブ33、スプリットバルブ34及びパージバルブ35)の動作を制御する。具体的には、サブ制御部214は、キャリアガスの流量がメイン制御部201から受信した制御目標値となるように、各バルブの開度を調整する(ステップS202)。
そして、サブ制御部214は、流量制御回路213における実際の制御値を、メイン制御部201に向けて送信する(ステップS203)。
ガスクロマトグラフ1においてキャリアガスの制御が継続されている間は(ステップS204でNO)、上記したステップS201〜ステップS204の動作が繰り返される。そして、ガスクロマトグラフ1において、キャリアガスの制御が終了すると(ステップS204でYES)、サブ制御部214による制御動作が終了する。
このような制御動作中において、メイン基板20に不具合が生じている場合には、メイン基板20からは制御目標値が送信されない。すなわち、サブ制御部214は、一定時間が経過するまでの間で、メイン制御部201からの制御目標値を受信しない(ステップS201でNO)。
この場合には、サブ制御部214は、流量制御回路213によって、各バルブ(全流量バルブ33、スプリットバルブ34及びパージバルブ35)を閉状態にする。これにより、キャリアガスの流れが停止される。そして、サブ制御部214による制御動作が終了する。
4.作用効果
(1)本実施形態では、図2に示すように、メイン基板20のメイン制御部201は、各流量制御基板21のサブ制御部214との間でシリアル通信を行う。そして、各サブ制御部214の制御によって、流量制御回路213でキャリアガスの流量が制御される。
そのため、メイン制御部201で行う処理を、各サブ制御部214とシリアル通信を行うのみの処理にできる。そして、メイン制御部201で行う処理を少なくできる。
その結果、流量制御基板21の数を増やした場合において、メイン制御部201における処理が処理能力を超えることを抑制できる。すなわち、ガスクロマトグラフ1において、装着可能な流量制御基板21の数を増やすことができる。
また、メイン制御部201と各サブ制御部214との間では、シリアル通信が行われるため、メイン制御部201と各サブ制御部214との間の信号線40を長くすることができる。
そのため、メイン基板20と各流量制御基板21との間の距離を長くできる。
(2)また、本実施形態では、メイン制御部201は、各サブ制御部214に対して、流量制御回路213がキャリアガスの流量を制御する際の制御目標値をシリアル通信により送信する。
そのため、メイン制御部201における処理を、各サブ制御部214に対して制御目標値をシリアル通信で送信するのみの簡易な処理にできる。
(3)また、本実施形態では、図3に示すように、メイン制御部201は、サブ制御部214に対して、制御目標値をシリアル通信により所定の周期で順次送信する。
そのため、メイン制御部201から各サブ制御部214に対して制御目標値を円滑に送信できる。また、各サブ制御部214における制御周期を短くできる。
(4)また、本実施形態では、図4に示すように、サブ制御部214は、メイン制御部201からの制御目標値を受信しなかった場合には(ステップS201でNO)、流量制御回路213によって、各バルブ(全流量バルブ33、スプリットバルブ34及びパージバルブ35)を閉状態にして、キャリアガスの流れが停止される。
そのため、メイン基板20に不具合が生じた場合にキャリアガスが流れ続けることを防止できる。
(5)また、本実施形態では、図2に示すように、メイン制御部201は、電源供給制御部204を含んでいる。電源供給制御部204は、複数の流量制御基板21のそれぞれに対する電源供給を制御する。
そのため、電源供給制御部204によって各流量制御基板21に対する電源供給を停止するように制御することで、キャリアガスを確実に停止できる。
(6)また、本実施形態では、電源供給制御部204は、複数の流量制御基板21のうち、制御値受信部203により制御値を受信しなかった流量制御基板21に対する電源供給を停止させる。
そのため、電源供給制御部204によって、不具合が生じた流量制御基板21に対する電源供給を確実に停止させることができる。
5.変形例
以上の実施形態では、サブ制御部214は、流量検出回路211及び圧力検出回路212からの検出信号に基づいて、流量制御回路213によって、各バルブの動作を制御するとして説明した。しかし、サブ制御部214は、流量検出回路211及び圧力検出回路212のいずれか一方からの検出信号に基づいて、流量制御回路213によって、各バルブの動作を制御してもよい。
また、以上の実施形態では、流量制御基板21は、AFC(Advanced Flow Controller)の基板であるとして説明したが、流量制御基板21は、キャリアガスの流量を制御するための基板であればよい。例えば、流量制御基板21は、APC(Auto Pressure Controller)又はデュアルAFCなどの他の基板であってもよい。
1 ガスクロマトグラフ
20 メイン基板
21 流量制御基板
201 メイン制御部
202 目標値送信部
203 制御値受信部
204 電源供給制御部
211 流量検出回路
212 圧力検出回路
213 流量制御回路
214 サブ制御部

Claims (6)

  1. メイン基板と、当該メイン基板に接続された複数の流量制御基板とを備えるガスクロマトグラフであって、
    前記メイン基板は、メイン制御部を有し、
    前記複数の流量制御基板は、それぞれ、前記メイン制御部との間でシリアル通信を行うサブ制御部と、少なくともキャリアガスの圧力又は流量を検出する検出回路と、前記検出回路からの検出信号に基づいてキャリアガスの流量を制御する流量制御回路とを有することを特徴とするガスクロマトグラフ。
  2. 前記メイン制御部は、前記サブ制御部に対して、前記流量制御回路がキャリアガスの流量を制御する際の制御目標値をシリアル通信により送信することを特徴とする請求項1に記載のガスクロマトグラフ。
  3. 前記メイン制御部は、前記複数の流量制御基板の各サブ制御部に対して、前記制御目標値をシリアル通信により所定の周期で順次送信することを特徴とする請求項2に記載のガスクロマトグラフ。
  4. 前記サブ制御部は、前記制御目標値を受信しなかった場合に、前記流量制御回路によりキャリアガスを停止させることを特徴とする請求項2又は3に記載のガスクロマトグラフ。
  5. 前記メイン制御部は、前記複数の流量制御基板のそれぞれに対する電源供給を制御する電源供給制御部を含むことを特徴とする請求項1に記載のガスクロマトグラフ。
  6. 前記メイン制御部は、前記複数の流量制御基板の各サブ制御部から制御値を受信する制御値受信部を含み、
    前記電源供給制御部は、前記複数の流量制御基板のうち、前記制御値受信部により制御値を受信しなかった流量制御基板に対する電源供給を停止させることを特徴とする請求項5に記載のガスクロマトグラフ。
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