WO2023203881A1 - 送液ポンプ及び送液方法 - Google Patents

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WO2023203881A1
WO2023203881A1 PCT/JP2023/007223 JP2023007223W WO2023203881A1 WO 2023203881 A1 WO2023203881 A1 WO 2023203881A1 JP 2023007223 W JP2023007223 W JP 2023007223W WO 2023203881 A1 WO2023203881 A1 WO 2023203881A1
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WO
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plunger
compression
solvent
amount
drive cycle
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/007223
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English (en)
French (fr)
Inventor
駿佑 川邉
修大 塚田
益之 杉山
裕至 原田
大輔 金井
Original Assignee
株式会社日立ハイテク
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/08Regulating by delivery pressure
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/32Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed

Definitions

  • the present disclosure relates to a liquid feeding pump and a liquid feeding method.
  • a liquid chromatograph includes a liquid pump, an injector for introducing a sample into the liquid chromatograph, a separation column, a detector, a waste liquid container, and a system controller that controls them.
  • a liquid pump used in a liquid chromatograph has a configuration in which two plunger pumps are connected in series.
  • the upstream plunger pump (first plunger pump) sucks, compresses, and discharges the solvent. Since the first plunger pump alone cannot deliver a constant flow rate, another plunger pump (second plunger pump) is connected downstream.
  • the second plunger pump cancels the pulsating flow of the first plunger pump (discharges the solvent when the first plunger pump suctions and compresses the solvent), so that the flow rate of the liquid pump as a whole is constant. can be delivered.
  • Compressing the solvent in the operation of the first plunger pump is a process of increasing the pressure of the sucked solvent from atmospheric pressure to the pressure (discharge pressure) being discharged by the second plunger pump.
  • discharge pressure the pressure of the solvent becomes equal to the discharge pressure.
  • both the first plunger pump and the second plunger pump will discharge in that area, and the flow rate will increase as a liquid pump, and the discharge pressure will increase accordingly.
  • rise the compression operation ends without reaching the discharge pressure due to insufficient compression (insufficient compression), there will be a moment in the subsequent process when both the first plunger pump and the second plunger pump will not discharge and the liquid will not be delivered.
  • Discharge pressure decreases. Fluctuations in flow rate not only deteriorate the analytical accuracy of the liquid chromatograph, but also result in pressure pulsations that place a load on the separation column and accelerate its wear. It is desirable to reduce the pressure pulsation of the liquid pump as a whole by performing an optimal compression process.
  • the amount of compression of the solvent by the first plunger pump is determined by the discharge pressure, the compressibility of the solvent, and the volume of the first plunger pump.
  • the discharge pressure is measured at any time by a pressure gauge located downstream of the second plunger pump, and the volume of the first plunger pump is fixed at a design value.
  • the compressibility of a solvent varies slightly depending on the type of solvent and temperature, so it is difficult to use a fixed value in advance. Therefore, it is common for liquid pumps to feedback-correct the value of the compressibility parameter every operation cycle.
  • a liquid feeding pump repeats three phases as one cycle: an individual liquid feeding section, a compression section, and a cross liquid feeding section.
  • the downstream second plunger pump performs liquid feeding
  • the upstream first plunger pump performs suction.
  • the control section calculates the amount of compression based on the current discharge pressure and the compressibility parameter, and performs the compression process of the first plunger pump. At this point, if overcompression occurs and the discharge pressure increases significantly, feedback control is performed to reduce the compression ratio parameter in the next cycle.
  • the first plunger pump performs liquid feeding and the second plunger pump performs suction as a cross liquid feeding period. At this time, if the pressure drops due to insufficient compression, feedback control is performed to increase the compressibility parameter in the next cycle. By performing such feedback control every cycle, over-compression and under-compression are reduced.
  • Patent Document 1 discloses a pressure sensor that measures the pressure of the solvent in the first plunger pump and a pressure sensor that measures the pressure of the solvent discharged by the second plunger pump.
  • a liquid delivery pump provided is disclosed. This liquid feeding pump controls the operation of the first plunger pump by comparing the values measured by the respective pressure sensors during the compression process.
  • Patent Document 2 discloses a liquid pump having a configuration in which a first plunger pump and a second plunger pump are connected in series, and a pressure sensor is provided only downstream of the second plunger pump.
  • Patent Document 3 discloses a liquid sending pump that corrects and controls the flow rate based on the compression volume in the compression process and the history of the pressure at the time of completion of compression (compression pressure).
  • Patent No. 5624825 JP2008-291848A International Publication No. 2019/082243 Japanese Patent Application Publication No. 7-280787
  • a liquid pump is equipped with an injector for introducing a sample, a valve for switching a flow path, etc., and pressure fluctuations occur when these operate. For example, when an injection valve is switched and a liquid sample at atmospheric pressure enters a high-pressure channel, the pressure will drop significantly in a short period of time (injection shock). If such pressure fluctuations caused by external influences on the liquid pump happen to coincide with the compression section or cross-transfer section of the liquid pump, the liquid pump will compensate for the pressure fluctuations caused by the disturbance by overcompression. Or, it may recognize that compression is insufficient and perform incorrect feedback control. Incorrect feedback control will calculate an incorrect amount of compression, resulting in increased pressure pulsations.
  • Patent Document 4 discloses control that acquires a valve control signal and eliminates pressure fluctuations that occur simultaneously with valve switching.
  • constructing a system that treats control signals for a large number of valves as exception processing is complicated and leads to an increase in development costs. Therefore, it is desirable that the liquid pump be able to determine the disturbance without acquiring a control signal from an external device.
  • the present disclosure provides a liquid pump that can determine disturbance without acquiring a control signal from an external device and can appropriately feedback control a compressibility parameter.
  • the liquid feeding pump of the present disclosure includes a first plunger pump having a first plunger, a second plunger pump connected in series with the first plunger pump, a second plunger pump having a second plunger, and arranged downstream of the second plunger pump.
  • the control unit includes a pressure sensor, a control unit that controls driving of the first plunger and drive of the second plunger, and a storage unit that stores a compressibility parameter for calculating the amount of compression of the solvent by the first plunger.
  • the first compression amount of the solvent by the first plunger in one drive cycle calculates a first compression amount of the solvent by the first plunger in one drive cycle based on the compressibility parameter, and controls the first plunger to compress the solvent by the first compression amount in one drive cycle; If the value related to the pressure value measured by the pressure sensor in one drive cycle is smaller than the threshold value, the compressibility parameter is changed according to the value related to the pressure value, and the compressibility parameter for the first drive cycle is changed based on the changed compressibility parameter.
  • the second compression amount of the solvent by the first plunger in the next driving cycle is calculated, and if the value related to the pressure value in one driving cycle is larger than the threshold value, the amount of compression of the solvent by the first plunger in the next driving cycle is calculated based on the compression ratio parameter. Calculate the third compression amount of the solvent.
  • a disturbance can be determined without acquiring a control signal from an external device, and the compression ratio parameter can be appropriately feedback-controlled.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a liquid chromatograph including a liquid feeding pump of Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is a hardware block diagram of a controller according to the first embodiment. It is a graph which shows the displacement of each plunger when a solvent is normally sent by a liquid sending pump.
  • 3 is a flowchart showing the operation of the liquid feeding pump including feedback control of compressibility parameters in Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing pressure values measured by the pressure sensor of Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing pressure values measured by the pressure sensor of Example 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the liquid pump including feedback control of compressibility parameters in Example 2.
  • 12 is a flowchart showing the operation of the liquid pump including feedback control of compressibility parameters in Example 3.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing the configuration of a liquid chromatograph equipped with a liquid feeding pump of Example 1.
  • the liquid chromatograph 100 includes a liquid pump 1, an injector 2 for introducing a sample into the liquid chromatograph 100, a separation column 3, a detector 4, a waste liquid container 5, and a system for controlling them.
  • a control section 7 is provided.
  • the injector 2 separation column 3, detector 4, and waste liquid container 5, those commonly used in the liquid chromatograph 100 can be used, so their detailed configurations will not be specifically explained.
  • the liquid pump 1 includes a controller 10 (pump control section), a pressure sensor 110, a first plunger pump 101, a second plunger pump 102, a connecting channel 103, a first solenoid valve 81, a second solenoid valve 82, and a motor driver 210. , a purge valve driver 310, a purge valve 311, a waste liquid tank 312, a solenoid valve driver 410, and a storage section 510.
  • the first plunger pump 101 and the second plunger pump 102 are connected in series, with the first plunger pump 101 disposed on the upstream side and the second plunger pump 102 disposed on the downstream side.
  • the pressure sensor 110 is installed downstream of the second plunger pump 102.
  • the pressure sensor 110 measures the pressure (discharge pressure) of the solvent (liquid) discharged from the second plunger pump 102 and outputs the pressure value to the controller 10.
  • the controller 10 gives command values to the motor driver 210 and the electromagnetic valve driver 410 to operate them based on the discharge pressure measured by the pressure sensor 110 and a predetermined operation sequence. Further, the controller 10 provides a command value to the purge valve driver 310 to operate it based on a predetermined operation sequence.
  • the first plunger pump 101 includes a first pressurizing chamber 11 , a first plunger 21 , a first suction passage 31 , a first discharge passage 41 , a first check valve 51 , a second check valve 52 , a first seal 61 and It has a first pump head 111 on which a bearing 71 is formed.
  • the first check valve 51 is arranged on the flow path of the first suction passage 31, and the second check valve 52 is arranged on the flow path of the first discharge passage 41, thereby controlling the flow of the solvent liquid.
  • the first plunger 21 (pressurizing member) is held by a bearing 71 so as to be slidable within the first plunger pump 101 .
  • the first seal 61 prevents liquid leakage from the first pressurizing chamber 11.
  • the second plunger pump 102 has a second pump head 112 in which a second pressurizing chamber 12, a second plunger 22, a second suction passage 32, a second discharge passage 42, a second seal 62, and a bearing 72 are formed.
  • the second check valve 52 and the second suction passage 32 are connected by a connection passage 103. That is, the first plunger pump 101 and the second plunger pump 102 are arranged in series, and the first plunger pump 101 is installed on the upstream side.
  • the second plunger 22 (pressurizing member) is held by a bearing 72 so as to be slidable within the second plunger pump 102 .
  • the second seal 62 prevents liquid leakage from the second pressurizing chamber 12.
  • the “lower limit point” refers to the lowest position within the range in which the plunger can move within the pressurizing chamber.
  • the “upper limit point” indicates the highest position within the range in which the plunger can move within the pressurizing chamber.
  • the “rising” of the plunger refers to the movement in the direction in which the solvent in the pressurizing chamber is compressed or discharged (movement to the right in Figure 1A)
  • the “descending” of the plunger refers to the movement in the direction in which the solvent in the pressurizing chamber is compressed or discharged. 1A (leftward movement in FIG. 1A).
  • the reciprocating motion of the first plunger 21 is controlled by the first electric motor 211, the speed reduction device 221, and the linear motion device 231. More specifically, the motor driver 210 applies driving power to the first electric motor 211 to rotate it based on a command value from the controller 10 . The rotation of the first electric motor 211 is decelerated by the speed reducer 221, converted into linear motion by the linear motion device 231, and the first plunger 21 reciprocates.
  • the reciprocating motion of the second plunger 22 is controlled by the second electric motor 212, the speed reduction device 222, and the linear motion device 232. More specifically, the motor driver 210 applies drive power to the second electric motor 212 to rotate it based on a command value from the controller 10 . The rotation of the second electric motor 212 is decelerated by the speed reducer 222, converted into linear motion by the linear motion device 232, and the second plunger 22 reciprocates.
  • the reduction gear device 221 and the linear motion device 231 can be broadly referred to as a power transmission mechanism device because the combination thereof amplifies the rotational power of the first electric motor 211 and converts it into linear motion force. This also applies to the reduction gear device 222 and the linear motion device 232.
  • the reduction gears 221 and 222 include spur gears, pulleys, planetary gears, worm gears, and the like.
  • the main reason for providing the reduction gears 221 and 222 is to increase the torque of the first and second electric motors 211 and 212. If the first and second electric motors 211 and 212 have the ability to generate sufficient torque, it is not necessary to install the reduction gears 221 and 222.
  • Specific examples of the linear motion devices 231 and 232 include a ball screw, a cam, a rack and pinion, and the like.
  • the purge valve driver 310 provides driving power to the purge valve 311 based on the command value of the controller 10.
  • Purge valve 311 is connected downstream of second plunger pump 102. The purge valve 311 switches the direction in which the solvent discharged from the liquid pump 1 flows to either the injector 2 side or the waste liquid tank 312 side.
  • the solenoid valve driver 410 provides driving power to the first solenoid valve 81 and the second solenoid valve 82 based on the command value of the controller 10.
  • a solvent container containing a first solvent 511 and a solvent container containing a second solvent 512 are installed outside the liquid pump 1. By opening and closing the first solenoid valve 81 and the second solenoid valve 82 and driving the first plunger pump 101 and the second plunger pump 102 (the first plunger 21 and the second plunger 22), the first solvent 511 or the second solvent 512 is The liquid is sent to the liquid sending pump 1.
  • the first plunger pump 101 sucks the solvent
  • one of the first solenoid valve 81 and the second solenoid valve 82 is open and the other one is closed, and the first and second solvents Either one of 512 is sucked.
  • the suctioned solvent passes through the confluence section 90, the first check valve 51, and the first suction passage 31, and is suctioned into the first pressurizing chamber 11.
  • the solvent sucked into the first pressurizing chamber 11 is compressed as the first plunger 21 rises.
  • the pressure inside the first pressurizing chamber 11 becomes higher than the pressure inside the second pressurizing chamber 12, and the solvent is transferred to the first discharge passage 41, the second check valve 52, and the connecting flow passage 103. It passes through the second suction passage 32, flows into the second pressurizing chamber 12, and is discharged from the second discharge passage 42.
  • a sample to be analyzed is injected into the solvent discharged from the liquid pump 1 by an injector 2.
  • the solvent into which the sample has been injected is introduced into the separation column 3 and separated into components, and then the detector 4 detects the absorbance, fluorescence intensity, refractive index, etc. according to the sample components.
  • the separation column 3 is filled with microparticles, and due to the fluid resistance when the solvent flows through the gaps between the microparticles, a load pressure of several tens of megapascals to more than 100 megapascals is generated in the liquid feed pump 1. The magnitude of this load pressure varies depending on the diameter of the separation column 3 and the flow rate through which it passes.
  • FIG. 1B is a hardware block diagram of the controller according to the first embodiment.
  • the configuration of the controller 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1B.
  • the controller 10 reads and executes a program stored in the storage unit 510 to execute each process in the flowchart described below.
  • the controller 10 communicates with a processor 411, a main storage unit 412, an auxiliary storage unit 413, an input/output interface (hereinafter, the interface is abbreviated as I/F) 414, a communication I/F 415, and each of the above-mentioned modules. and a bus 416 that can be connected thereto.
  • I/F input/output interface
  • the processor 411 is a central processing unit.
  • the processor 411 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the processor 411 expands the program stored in the storage unit 510 into an executable form in the work area of the main storage unit 412 and executes the program.
  • the main storage unit 412 temporarily stores programs executed by the processor 411, data processed by the processor (for example, compression rate parameters), and the like.
  • the main storage unit 412 is a flash memory, RAM (Random Access Memory), or the like.
  • the auxiliary storage unit 413 stores, for example, a boot program for the controller 10, and is a ROM (Read Only Memory) or the like.
  • the storage unit 510 is, for example, an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or the like.
  • the input/output I/F 414 is communicably connected to the pressure sensor 110, motor driver 210, solenoid valve driver 410, and purge valve driver 310.
  • Communication I/F 415 is communicably connected to external devices via a network.
  • the controller 10 may be a built-in controller built into the liquid transfer pump 1, or may be a controller on the cloud.
  • ⁇ Liquid feeding method> An outline of a liquid feeding method when normally feeding a solvent using the liquid feeding pump 1 of Example 1 will be explained.
  • "normal liquid feeding” is a liquid feeding method in which the solvent discharged from the liquid feeding pump 1 is flowed to the injector 2, the separation column 3, and the detector 4 to analyze a sample. Note that the same operation is performed when the sample is not analyzed (when the solvent is sent to the waste liquid tank 312), so the explanation will be omitted.
  • FIG. 2 is a graph showing the displacement of each plunger when a solvent is normally fed by a liquid feeding pump.
  • the horizontal axis shows time
  • the vertical axis shows the displacement of the first plunger 21 and the displacement of the second plunger 22 in order from the top.
  • the upward direction (rightward direction in FIG. 1A) is a positive direction
  • the downward direction (leftward direction in FIG. 1A) is a negative direction.
  • both the first plunger 21 and the second plunger 22 operate based on the lower limit point.
  • the drive period a is composed of three sections b, c, and d, and is repeated.
  • the length of the driving period a is, for example, 2 seconds, 4 seconds, 6 seconds, etc. Each section will be explained.
  • Section b is called an independent liquid feeding section.
  • the second plunger pump 102 discharges the amount of liquid specified by the device user.
  • the first plunger 21 moves to the lower limit point and then stops until the end of section b. Although the first plunger 21 is displaced in the negative direction, the movement of the first plunger 21 does not affect the discharge flow rate because the second check valve 52 closes the flow path.
  • Section c is called a compression section.
  • the second plunger pump 102 discharges the amount of liquid specified by the device user.
  • the controller 10 calls the compressibility parameter stored in the storage unit 510, and calculates the amount of compression of the solvent by the first plunger 21 (plunger displacement amount). Thereafter, under the control of the controller 10, the first plunger 21 moves in the forward direction by the calculated amount of compression. Since the second check valve 52 is closed until the pressure in the first pressurizing chamber 11 of the first plunger pump 101 exceeds the discharge pressure, the movement of the first plunger 21 does not affect the discharge flow rate. When overcompression occurs, the second check valve 52 is opened and the discharge flow rate and discharge pressure begin to rise.
  • Section d is called a cross-liquid feeding section.
  • the second plunger 22 moves to the lower limit point.
  • the flow rate is the sum of the flow rate sucked by the second plunger pump 102 generated by the second plunger 22 moving in the negative direction, and the flow rate specified by the device user.
  • the first plunger pump 101 discharges, so that the entire liquid pump discharges the amount of liquid specified by the device user.
  • the liquid feeding pump 1 repeats a drive period a including an individual liquid feeding section b, a compression section c, and a cross liquid feeding section d.
  • the feedback control has two types: over-compression and under-compression; over-compression occurs in compression section c, and under-compression occurs when transitioning to cross-liquid feeding section d. If over-compression occurs, the compression ratio parameter is decreased, and if under-compression occurs, the compression ratio parameter is increased.
  • the pressure fluctuation threshold is set to, for example, a change of 0.5 megapascal or more in 10 milliseconds, a change of 1 megapascal or more in 20 milliseconds, etc.
  • the pressure fluctuation threshold value can be determined by measuring the magnitude of the disturbance caused by the operation of the injector 2 or the switching valve in advance, and setting the pressure fluctuation of the disturbance that can be empirically assumed according to the usage conditions of the device user. preferable.
  • the disturbance determination time is set to be several times to several tens of times longer than the drive cycle time. For example, a predetermined time such as 30 seconds or 1 minute is set.
  • the amount of correction of the compressibility parameter is determined by linearly changing the compressibility parameter based on the pressure increase value caused by overcompression or the pressure drop value caused by undercompression and a preset correction coefficient. is common.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the liquid pump including feedback control of the compressibility parameter according to the first embodiment. Each step of this flowchart is executed by the controller 10 that executes a program stored in the storage unit 510.
  • Step S301 In the independent liquid feeding section b, the controller 10 controls the operation of the second electric motor 212, etc., moves the second plunger 22 in the positive direction from the lower limit point, and discharges the amount of liquid specified by the device user. . Further, the controller 10 controls the operation of the first electric motor 211 and the like to move the first plunger 21 to the lower limit point, and then stops the first plunger 21 until the end of section b.
  • Step S302 The controller 10 calls the compression ratio parameter stored in the storage unit 510 and reads the compression amount (plunger displacement amount) of the first plunger 21 necessary for compression of the first plunger pump 101 together with the pressure value received from the pressure sensor 110. Calculate.
  • Step S303 In the compression section c, the controller 10 controls the operation of the second electric motor 212 and the like to further move the second plunger 22 in the forward direction and discharge the amount of liquid specified by the device user. Further, the controller 10 controls the operation of the first electric motor 211 and the like to move the first plunger 21 in the forward direction by the calculated compression amount.
  • Controller 10 determines whether overcompression has occurred based on the pressure value received from pressure sensor 110. For example, the controller 10 may determine that overcompression has occurred when the pressure value received from the pressure sensor 110 is larger than a threshold, or may determine the amount of change (increase amount) in the pressure value received from the pressure sensor 110. It may be determined that overcompression has occurred when the value becomes larger than a threshold value.
  • Step S305 When the controller 10 determines that overcompression has occurred (step S304: Yes), the controller 10 determines whether the amount of pressure change related to this overcompression is a change greater than or equal to a pressure fluctuation threshold.
  • Step S306 When the controller 10 determines that the amount of pressure change due to overcompression is not a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S305: No), the controller 10 decreases the compressibility parameter so that the amount of compression of the solvent by the first plunger 21 becomes smaller. .
  • Step S307 If the controller 10 determines that the amount of pressure change due to overcompression is a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S305: Yes), the controller 10 determines that the pressure change due to overcompression is the first (first) change within the disturbance determination time. Determine whether there is a change. If pressure changes occur multiple times within the disturbance determination time, it is determined that the pressure change is caused by an internal factor in the liquid pump 1, and if the pressure change occurs only once within the disturbance determination time, the It is determined that the pressure change is caused by a factor external to the liquid pump 1.
  • step S307: No When the controller 10 determines that the pressure change related to overcompression is not the first change (it is the second or subsequent change) within the disturbance determination time (step S307: No), it reduces the compression ratio parameter in step S306 described above. Execute the processing to be performed. On the other hand, if the controller 10 determines that the pressure change related to overcompression is the first change within the disturbance determination time (step S307: Yes), it does not change the compression ratio parameter.
  • Step S308 The controller 10 determines whether compression by the first plunger 21 has been completed.
  • the controller 10 repeats the process of determining whether overcompression has occurred (step S304) until the compression by the first plunger 21 is completed (step S308: No).
  • Step S309 When the compression by the first plunger 21 is completed (step S308: Yes), the controller 10 controls the operation of the second electric motor 212, etc. in the cross liquid feeding section d to move the second plunger 22 in the negative direction to the lower limit point. move it to The controller 10 also controls the operation of the first electric motor 211 and the like to move the first plunger 21 in the forward direction, and adjusts the flow rate at which the second plunger pump 102 suctions and the flow rate specified by the device user. Discharge the total flow rate.
  • Step S310 The controller 10 determines whether under-compression has occurred based on the pressure value received from the pressure sensor 110. For example, the controller 10 may determine that insufficient compression has occurred when the pressure value received from the pressure sensor 110 becomes smaller than a threshold value, or may determine the amount of change (amount of decrease) in the pressure value received from the pressure sensor 110. It may be determined that insufficient compression has occurred when the value becomes larger than a threshold value.
  • Step S311 When the controller 10 determines that insufficient compression has occurred (step S310: Yes), the controller 10 determines whether the amount of pressure change related to this insufficient compression is a change greater than or equal to the pressure fluctuation threshold. Note that the pressure fluctuation threshold used in step S311 and the pressure fluctuation threshold used in step S305 described above may be the same or different values.
  • Step S312 If the controller 10 determines that the amount of pressure change related to insufficient compression is not a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S311: No), the controller 10 increases the compressibility parameter so that the amount of compression of the solvent by the first plunger 21 increases. .
  • Step S313 If the controller 10 determines that the amount of pressure change due to insufficient compression is a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S311: Yes), the controller 10 determines that the pressure change due to insufficient compression is the first (first) change within the disturbance determination time. Determine whether there is a change. If pressure changes occur multiple times within the disturbance determination time, it is determined that the pressure change is caused by an internal factor in the liquid pump 1, and if the pressure change occurs only once within the disturbance determination time, the It is determined that the pressure change is caused by a factor external to the liquid pump 1.
  • step S313: No If the controller 10 determines that the pressure change related to insufficient compression is not the first change (it is the second or subsequent change) within the disturbance determination time (step S313: No), it increases the compression ratio parameter in step S312 described above. Execute the processing to be performed. On the other hand, if the controller 10 determines that the pressure change related to insufficient compression is the first change within the disturbance determination time (step S313: Yes), it does not change the compression ratio parameter.
  • Step S314 The controller 10 determines whether cross-liquid feeding has ended.
  • the controller 10 repeats the process of determining whether insufficient compression has occurred (step S310) until the cross-liquid feeding is completed (step S314: No).
  • FIG. 4 is a graph showing pressure values measured by the pressure sensor of Example 1.
  • the horizontal axis is time
  • the vertical axis is the pressure value measured by the pressure sensor 110.
  • the liquid feeding pump 1 repeats the drive period a, which is composed of an individual liquid feeding section b, a compression section c, and a cross liquid feeding section d. When correct operations are repeated, the pressure value measured by the pressure sensor 110 is constant.
  • the injection shock 600 is caused by switching of a valve located outside the liquid pump 1, and is not caused by a pressure drop due to insufficient compression. Therefore, ideally, the injection shock 600 is preferably excluded from feedback control.
  • step S311 in FIG. 3 after the determination of insufficient compression (step S310: Yes), it is determined whether the amount of pressure change related to insufficient compression is a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold. I do.
  • the injection shock 600 is clearly a large pressure drop, and the amount of change is greater than the pressure fluctuation threshold. Therefore, in the feedback control shown in FIG. 3, the compression ratio parameter is not modified according to the Yes determination in step S313. Therefore, in drive period a2 in FIG. 4, the amount of compression is calculated based on the compression ratio parameter used in drive period a1. As a result, correct pump control is performed even after the drive period a2 without unnecessarily following the injection shock 600.
  • step S313: Yes overcompression occurs before the determination of insufficient compression
  • step S304: Yes the compression ratio parameter is changed in step S306. If the compression ratio parameter has been modified, the compression amount in the drive period a2 is calculated using the modified compression ratio parameter.
  • calculating the compression amount based on the compression ratio parameter used in the drive cycle a1 means calculating the compression amount using the same compression ratio parameter as the compression ratio parameter used in the drive cycle a1, and calculating the compression amount based on the compression ratio parameter used in the drive cycle a1. This includes calculating the compression ratio using a compression ratio parameter modified by factors other than disturbance determination.
  • FIG. 5 is similar to FIG. 4, and is a graph showing pressure values measured by the pressure sensor of Example 1.
  • the liquid feeding pump 1 repeats the drive period a, which is composed of an individual liquid feeding section b, a compression section c, and a cross liquid feeding section d.
  • the pressure value measured by the pressure sensor 110 is constant.
  • the device user mistakenly changes the set value of the liquid pump 1 in a certain drive cycle a3.
  • the solvent setting is mistakenly changed to methanol. Since the compressibility of methanol is lower than that of water, the compressibility parameter inside the apparatus is temporarily changed to a small value.
  • the amount of compression is calculated and executed based on the compressibility parameter of methanol, but since the solvent actually connected to the liquid pump is pure water, insufficient compression occurs. As a result, a large pressure drop 701 occurs at the beginning of the cross-feeding section d3.
  • a large pressure drop 701 is a change greater than or equal to the pressure fluctuation threshold, so it is not subject to feedback control, and the compressibility parameter is not changed. Therefore, in the next drive cycle a4, control is performed using the same compression ratio parameter as in drive cycle a3. As a result, in the compression zone c4, a compression process similar to that in the compression zone c3 takes place, and at the beginning of the cross-feeding zone d4, a large pressure drop 702 similar to the large pressure drop 701 occurs.
  • the large pressure drop 702 occurs after a driving cycle time, for example 4 seconds, has elapsed from the large pressure drop 701. Since the second large pressure drop 702 is detected before the disturbance determination time (for example, 30 seconds) has elapsed, it is determined that it is not the first change within the disturbance determination time according to the flowchart of FIG. 3 (step S313 :No). Therefore, a large pressure drop 702 is subject to feedback control, and the compressibility parameter is increased based on the amount of pressure drop. As a result, the next drive cycle a5 is controlled using a compression ratio parameter larger than that of the drive cycle a4.
  • step S311 (No) and step S312 in FIG. 3 are executed to increase the compression ratio parameter based on the small compression drop 703. As a result, it is expected that the liquid feeding pump 1 will be controlled even more correctly in the drive period a6 and thereafter.
  • the liquid feeding pump 1 if it has made a large compression error due to an internal factor, it will be subject to feedback control from the second cycle onwards, which has the effect of correcting the compression ratio parameter. This utilizes the fact that disturbances such as the injection shock 600 occur less frequently, and over-compression and under-compression occur at drive cycle intervals (approximately at intervals of several seconds).
  • the occurrence of a disturbance such as the injection shock 600 can be determined based on the pressure value measured by the pressure sensor 110. That is, in the first embodiment, the occurrence of a disturbance can be determined based on the pressure value measured by the pressure sensor 110 without receiving a valve control signal from an external device as in Patent Document 4.
  • Example 1 the compressibility parameter was not changed if the amount of change in the pressure value exceeded the pressure fluctuation threshold, but in Example 2, the compressibility parameter was changed in accordance with the amount of change in the pressure fluctuation value. If the amount of variation in is greater than or equal to the compression rate parameter changeable threshold, the compression rate parameter is not changed.
  • the compression ratio parameter changeable threshold is set to plus or minus 30%, if the compression ratio parameter fluctuates by 30% or more in one feedback control, it is determined that there is a disturbance and the compression ratio parameter is not changed.
  • the compression rate parameter changeable threshold is preferably determined based on the usage conditions of the device user, and is preferably 30%, 50%, 70%, etc., for example. Further, the compression rate parameter changeable threshold may be determined not only by the ratio but also by the absolute value.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the liquid pump including feedback control of the compressibility parameter according to the second embodiment. Descriptions that overlap with those in Example 1 will be omitted as appropriate.
  • Step S601 When the controller 10 determines that overcompression has occurred (step S304: Yes), the controller 10 calculates a compressibility parameter based on the pressure value detected by the pressure sensor 110. Then, the controller 10 calculates the difference between the calculated compression ratio parameter and the compression ratio parameter before calculation. Note that the controller 10 may calculate the compressibility parameter based on the amount of change in the pressure value detected by the pressure sensor 110.
  • Step S602 The controller 10 determines whether the difference in the compression rate parameter changes by more than a compression rate parameter changeable threshold.
  • Step S306 If the controller 10 determines that the difference in the compressibility parameter does not change by more than the compressibility parameter changeable threshold (step S602: No), the controller 10 decreases the compressibility parameter so that the amount of compression of the solvent by the first plunger 21 becomes smaller. do. On the other hand, if the controller 10 determines that the difference in the compression rate parameter is a change greater than or equal to the compression rate parameter changeable threshold (step S602: Yes), the controller 10 does not change the compression rate parameter.
  • Step S603 When the controller 10 determines that insufficient compression has occurred (step S310: Yes), the controller 10 calculates a compression ratio parameter based on the pressure value detected by the pressure sensor 110. Then, the controller 10 calculates the difference between the calculated compression ratio parameter and the compression ratio parameter before calculation. Note that the controller 10 may calculate the compressibility parameter based on the amount of change in the pressure value detected by the pressure sensor 110.
  • Step S604 The controller 10 determines whether the difference in the compression rate parameter changes by more than a compression rate parameter changeable threshold.
  • Step S312 When the controller 10 determines that the difference in the compression rate parameter does not change by more than the compression rate parameter changeable threshold (step S604: No), the controller 10 increases the compression rate parameter so that the amount of compression by the first plunger 21 increases. On the other hand, if the controller 10 determines that the difference in the compression rate parameter is a change greater than or equal to the compression rate parameter changeable threshold (step S604: Yes), the controller 10 does not change the compression rate parameter.
  • the determinations in steps S307 and S313 in FIG. 3 are performed, and if the change in the compression rate parameter difference is greater than or equal to the threshold within the disturbance determination time for the first time, the compression rate parameter is not changed.
  • the compression ratio parameter may be changed for the second time or later.
  • disturbance can be determined without acquiring a control signal from an external device, and the compression ratio parameter can be appropriately feedback-controlled.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the liquid pump including feedback control of the compressibility parameter according to the third embodiment. Descriptions that overlap with those in Example 1 will be omitted as appropriate.
  • Step S305 When the controller 10 determines that overcompression has occurred (step S304: Yes), the controller 10 determines whether the amount of pressure change related to this overcompression is a change greater than or equal to a pressure fluctuation threshold.
  • Step S306 When the controller 10 determines that the amount of pressure change due to overcompression is not a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S305: No), the controller 10 reduces the compression ratio parameter so that the amount of compression by the first plunger 21 becomes smaller. On the other hand, if the controller 10 determines that the amount of pressure change due to excess compression is equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S305: Yes), the controller 10 does not change the compression ratio parameter.
  • Step S311 Further, when the controller 10 determines that insufficient compression has occurred (step S310: Yes), the controller 10 determines whether the amount of pressure change related to this insufficient compression is a change greater than or equal to the pressure fluctuation threshold.
  • Step S312 If the controller 10 determines that the amount of pressure change related to insufficient compression is not a change equal to or greater than the pressure fluctuation threshold (step S311: No), the controller 10 increases the compression ratio parameter so that the amount of compression by the first plunger 21 increases. On the other hand, if the controller 10 determines that the amount of pressure change related to insufficient compression is a change greater than or equal to the pressure fluctuation threshold (step S311: Yes), the controller 10 does not change the compression ratio parameter.
  • the disturbance can be determined without acquiring a control signal from an external device, and the compression ratio parameter can be appropriately feedback-controlled.
  • the compressibility parameter is feedback-controlled when there is excess compression in the compression section c and when there is insufficient compression in the cross-liquid feeding section d. That is, in Examples 1 and 2, the compressibility parameter is No feedback control.
  • this disclosure When compression is exceeded in the individual liquid feeding section b, the compression ratio parameter may be feedback-controlled following steps S305 to S307 in FIG. - When compression is insufficient in the individual liquid feeding section b, the compression ratio parameter may be feedback-controlled following steps S311 to S313 in FIG. - When compression is insufficient in compression section c, the compression ratio parameter may be feedback-controlled following steps S311 to S313 in FIG. - When compression is exceeded in the cross-liquid feeding section d, the compression ratio parameter may be feedback-controlled in accordance with steps S305 to S307 in FIG.
  • the amount of pressure change is compared with the pressure fluctuation threshold in steps S305 and S311, but the pressure value measured by the pressure sensor 110 may be compared with the pressure threshold. That is, in the present disclosure, the compressibility parameter may be changed when the value related to the pressure value (including the amount of pressure change and the pressure value) measured by the pressure sensor 110 is smaller than the threshold value.
  • Example 1 if the first (first) pressure fluctuation occurs within the disturbance determination time, the compressibility parameter is not corrected, and if two or more pressure fluctuations occur within the disturbance determination time.
  • the compression ratio parameters were modified from the second time onwards. However, the number of times mentioned above is not limited to one, but if the pressure fluctuates within a predetermined number N (N is an integer of 2 or more) within the disturbance determination time, the compression ratio parameter is not corrected and the change is made within the disturbance determination time.
  • the compressibility parameter may be corrected when pressure fluctuations occur (N+1) times or more.
  • the compression ratio parameter is feedback-controlled both when over-compression occurs and when under-compression occurs.
  • the compression rate parameter may be feedback-controlled only when over-compression occurs, or the compression-rate parameter may be feedback-controlled only when under-compression occurs.
  • the measured value detected by the detector 4 when the pressure fluctuation is large may be notified separately from the measured value during normal times.

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Abstract

外部装置の制御信号を取得せずに外乱を判定し、圧縮率パラメータを適切にフィードバック制御する。送液ポンプのコントローラは、圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期における第1プランジャによる溶媒の第1圧縮量を計算し、一の駆動周期において第1プランジャが第1圧縮量で溶媒を圧縮するよう制御し、一の駆動周期において圧力センサで測定される圧力値に関する値が閾値より小さい場合(S305:No、S311:No)、圧力値に関する値に応じて圧縮率パラメータを変更し(S306、S312)、変更後の圧縮率パラメータに基づいて、次の駆動周期における第1プランジャによる溶媒の第2圧縮量を計算し、一の駆動周期において圧力値に関する値が閾値より大きい場合(S305:Yes、S311:Yes)、圧縮率パラメータに基づいて、次の駆動周期における第1プランジャによる溶媒の第3圧縮量を計算する。

Description

送液ポンプ及び送液方法
 本開示は、送液ポンプ及び送液方法に関する。
 一般的に、液体クロマトグラフは、送液ポンプ、試料を液体クロマトグラフに導入するためのインジェクタ、分離カラム、検出器、廃液容器、及びそれらを制御するシステム制御部を備える。また、一般的に、液体クロマトグラフに用いられる送液ポンプは2台のプランジャポンプを直列に接続した構成を有する。上流側のプランジャポンプ(第1プランジャポンプ)が溶媒を吸引、圧縮、吐出する。第1プランジャポンプのみでは一定流量を送液することができないため、下流側にもう一台のプランジャポンプ(第2プランジャポンプ)が接続される。第2プランジャポンプは、第1プランジャポンプの脈流を打ち消す動作をする(第1プランジャポンプが溶媒を吸引、圧縮するときに、溶媒を吐出する)ことで、送液ポンプ全体としては一定の流量を送液することができる。
 第1プランジャポンプの動作における溶媒の圧縮は、吸引した溶媒の圧力を大気圧から、第2プランジャポンプが吐出している圧力(吐出圧力)まで上げる工程である。ここで、溶媒の圧力が吐出圧力と同じになったら圧縮の動作を終了する必要がある。吐出圧力を超えて圧縮動作を続ける(圧縮超過)と、その区間は第1プランジャポンプと第2プランジャポンプがともに吐出することとなり、送液ポンプとしては流量が大きくなり、その分、吐出圧力が上昇する。また、圧縮が足らず吐出圧力に達せずに圧縮動作を終了する(圧縮不足)と、その後の工程で第1プランジャポンプと第2プランジャポンプがともに吐出せず送液されない瞬間が生じるため、その間は吐出圧力が低減する。流量が変動すると液体クロマトグラフとしての分析精度が悪化するだけでなく、それに伴う圧力の脈動によって、分離カラムに負荷がかかり消耗を早めることとなる。最適な圧縮工程を行うことで、送液ポンプ全体としての圧力脈動を低減させることが望ましい。
 上記の第1プランジャポンプによる溶媒の圧縮量は、吐出圧力と、溶媒の圧縮率と、第1プランジャポンプの容積で決定する。ここで、吐出圧力は、第二プランジャポンプの下流に存在する圧力計で随時計測しており、また、第1プランジャポンプの容積は、設計値で固定される。一方で、溶媒の圧縮率は、溶媒の種類や温度で微妙に変化するため、事前の固定値を利用することが難しい。そこで、送液ポンプは、動作周期毎に、圧縮率パラメータの値をフィードバック修正することが一般的である。例えば、送液ポンプは、単独送液区間、圧縮区間、交差送液区間の3つのフェーズを1周期として繰り返している。単独送液区間では、下流の第2プランジャポンプが送液を行い、上流の第1プランジャポンプが吸引を行う。圧縮区間では、制御部が現在の吐出圧力と圧縮率パラメータとを元に圧縮量を計算し、第1プランジャポンプの圧縮工程を行う。この時点で、圧縮超過が発生し、吐出圧力が大きく上昇した場合は、次周期で圧縮率パラメータを小さくするフィードバック制御を行う。圧縮区間終了後は、交差送液区間として、第1プランジャポンプが送液を行い、第2プランジャポンプが吸引を行う。この際に圧縮不足で圧力が降下した場合は、次周期で圧縮率パラメータを大きくするフィードバック制御を行う。このようなフィードバック制御を毎周期で行うことで、圧縮超過、及び圧縮不足を低減させる。
 圧縮超過もしくは圧縮不足を低減させる技術として、特許文献1には、第1プランジャポンプ内の溶媒の圧力を測定する圧力センサと、第2プランジャポンプが吐出する溶媒の圧力を測定する圧力センサとが設けられた送液ポンプが開示されている。この送液ポンプは、圧縮工程において、それぞれの圧力センサが測定する値を比較することで、第1プランジャポンプの動作を制御する。特許文献2には、第1のプランジャポンプと第2のプランジャポンプとが直列に接続され、第2のプランジャポンプの下流にのみ圧力センサが設けられた構成を有する送液ポンプが開示されている。特許文献3には、圧縮工程における圧縮体積と圧縮完了時の圧力(圧縮圧力)の履歴とから流量を補正して制御する送液ポンプが開示されている。
特許第5624825号 特開2008-291848号公報 国際公開第2019/082243号 特開平7-280787号
 一般的に、送液ポンプには、試料を導入するためのインジェクタや流路を切り替えるためのバルブなどが併設されており、これらが動作する際に圧力変動が生じる。例えば、インジェクションバルブが切り替わって、大気圧の液体試料が高圧の流路に侵入した場合、短時間に大きく圧力が降下する(インジェクションショック)。このような、送液ポンプの外部の影響によって発生した圧力変動が、偶然、送液ポンプの圧縮区間や交差送液区間と一致した場合、送液ポンプは外乱によって発生した圧力変動を、圧縮超過もしくは圧縮不足だと認識し、誤ったフィードバック制御を行ってしまう。誤ったフィードバック制御は、誤った圧縮量を計算してしまい、結果として圧力脈動を増加させてしまう。よって、インジェクションショックやバルブ切り替え等の外乱による圧力変動は、ポンプ送液におけるフィードバック制御の対象から除外することが望ましい。特許文献4には、バルブの制御信号を取得し、バルブ切り替えと同時に発生する圧力変動を除外する制御が開示されている。しかし、多数のバルブの制御信号を例外処理としてシステム構築することは複雑であり、開発費の高騰へとつながる。よって、送液ポンプは、外部装置の制御信号を取得せずに、外乱を判定できることが望ましい。
 そこで、本開示は、外部装置の制御信号を取得せずに外乱を判定し、圧縮率パラメータを適切にフィードバック制御することが可能な送液ポンプを提供する。
 本開示の送液ポンプは、第1プランジャを有する第1プランジャポンプと、第1プランジャポンプと直列に接続され、第2プランジャを有する第2プランジャポンプと、第2プランジャポンプの下流に配置される圧力センサと、第1プランジャの駆動及び第2プランジャの駆動を制御する制御部と、第1プランジャによる溶媒の圧縮量を計算するための圧縮率パラメータを記憶する記憶部と、を備え、制御部は、圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期における第1プランジャによる溶媒の第1圧縮量を計算し、一の駆動周期において第1プランジャが第1圧縮量で溶媒を圧縮するよう制御し、一の駆動周期において圧力センサで測定される圧力値に関する値が閾値より小さい場合、圧力値に関する値に応じて圧縮率パラメータを変更し、変更後の圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期の次の駆動周期における第1プランジャによる溶媒の第2圧縮量を計算し、一の駆動周期において圧力値に関する値が閾値より大きい場合、圧縮率パラメータに基づいて、次の駆動周期における第1プランジャによる溶媒の第3圧縮量を計算する。
 本開示によれば、外部装置の制御信号を取得せずに外乱を判定し、圧縮率パラメータを適切にフィードバック制御することができる。
実施例1の送液ポンプを備える液体クロマトグラフの構成を示す模式図である。 実施例1のコントローラのハードウェアブロック図である。 送液ポンプにより溶媒を通常送液する際の各プランジャの変位を示すグラフである。 実施例1の圧縮率パラメータのフィードバック制御を含む送液ポンプの動作を示したフローチャートである。 実施例1の圧力センサで計測される圧力値を示したグラフである。 実施例1の圧力センサで計測される圧力値を示したグラフである。 実施例2の圧縮率パラメータのフィードバック制御を含む送液ポンプの動作を示したフローチャートである。 実施例3の圧縮率パラメータのフィードバック制御を含む送液ポンプの動作を示したフローチャートである。
 本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
<送液ポンプ及び液体クロマトグラフの構成例>
 図1Aは、実施例1の送液ポンプを備える液体クロマトグラフの構成を示す模式図である。図1Aに示すように、液体クロマトグラフ100は、送液ポンプ1、試料を液体クロマトグラフ100に導入するためのインジェクタ2、分離カラム3、検出器4、廃液容器5、及びそれらを制御するシステム制御部7を備える。インジェクタ2、分離カラム3、検出器4及び廃液容器5については、液体クロマトグラフ100に一般に用いられるものを使用することができるので、それらの詳細な構成について格別説明しない。
 送液ポンプ1は、コントローラ10(ポンプ制御部)、圧力センサ110、第1プランジャポンプ101、第2プランジャポンプ102、連結流路103、第1電磁弁81、第2電磁弁82、モータドライバ210、パージバルブドライバ310、パージバルブ311、廃液タンク312、電磁弁ドライバ410、及び記憶部510を有する。第1プランジャポンプ101と第2プランジャポンプ102とは、直列に接続されており、第1プランジャポンプ101が上流側に配置され、第2プランジャポンプ102が下流側に配置されている。
 圧力センサ110は、第2プランジャポンプ102の下流に設置されている。圧力センサ110は、第2プランジャポンプ102から吐出される溶媒(液体)の圧力(吐出圧力)を測定し、圧力値をコントローラ10へ出力する。
 コントローラ10は、圧力センサ110が測定した吐出圧力とあらかじめ定めた動作シーケンスに基づき、モータドライバ210及び電磁弁ドライバ410に指令値を与えてこれらを動作させる。また、コントローラ10は、あらかじめ定めた動作シーケンスに基づき、パージバルブドライバ310に指令値を与えてこれを動作させる。
 第1プランジャポンプ101は、第1加圧室11、第1プランジャ21、第1吸引通路31、第1吐出通路41、第1逆止弁51、第2逆止弁52、第1シール61及び軸受71が形成された第1ポンプヘッド111を有する。第1逆止弁51は、第1吸引通路31の流路上に配置されており、第2逆止弁52は、第1吐出通路41の流路上に配置されており、これにより溶媒液の流通方向を制限している。第1プランジャ21(加圧部材)は、軸受71により第1プランジャポンプ101内を摺動可能に保持されている。第1シール61は、第1加圧室11からの液漏れを防止している。
 第2プランジャポンプ102は、第2加圧室12、第2プランジャ22、第2吸引通路32、第2吐出通路42、第2シール62及び軸受72が形成された第2ポンプヘッド112を有する。第2逆止弁52と第2吸引通路32は、連結流路103により連結されている。すなわち、第1プランジャポンプ101と第2プランジャポンプ102は直列に配置され、第1プランジャポンプ101が上流側に設置されている。第2プランジャ22(加圧部材)は、軸受72により第2プランジャポンプ102内を摺動可能に保持されている。第2シール62は、第2加圧室12からの液漏れを防止している。
 本明細書において「下限点」とは、プランジャが加圧室内を移動できる範囲において、最も下降した位置を示す。一方、「上限点」とは、プランジャが加圧室内を移動できる範囲において、最も上昇した位置を示す。また、プランジャの「上昇」とは、加圧室内の溶媒が圧縮もしくは吐出される方向の動き(図1Aにおける右向きの動き)を表し、プランジャの「下降」とは、加圧室内に溶媒が吸引される方向の動き(図1Aにおける左向きの動き)を表す。
 第1プランジャ21の往復運動は、第1電動モータ211、減速装置221及び直動装置231により制御される。より具体的には、モータドライバ210は、コントローラ10の指令値に基づいて第1電動モータ211に駆動電力を与えて回転させる。第1電動モータ211の回転は、減速装置221により減速され、直動装置231により直線運動に変換されて、第1プランジャ21が往復運動する。
 同様に、第2プランジャ22の往復運動は、第2電動モータ212、減速装置222及び直動装置232により制御される。より具体的には、モータドライバ210は、コントローラ10の指令値に基づいて第2電動モータ212に駆動電力を与えて回転させる。第2電動モータ212の回転は、減速装置222により減速され、直動装置232により直線運動に変換されて、第2プランジャ22が往復運動する。
 減速装置221及び直動装置231は、これらを組み合わせることによって第1電動モータ211の回転動力を増幅して直線運動力に変換することから、広義に動力伝達機構装置と呼ぶことができる。このことは減速装置222及び直動装置232についても同様である。
 減速装置221及び222の具体例としては、平歯車、プーリー、遊星歯車、ウォームギヤなどが挙げられる。減速装置221及び222を設ける主な理由は、第1及び第2電動モータ211及び212のトルクを増大させるためである。もし第1及び第2電動モータ211及び212が十分なトルクを発生する能力があるならば、必ずしも減速装置221及び222を設置する必要はない。直動装置231及び232の具体例としては、ボールねじ、カム、ラックピニオンなどが挙げられる。
 パージバルブドライバ310は、コントローラ10の指令値に基づいてパージバルブ311に駆動電力を与える。パージバルブ311は、第2プランジャポンプ102の下流に接続されている。パージバルブ311は、送液ポンプ1から吐出される溶媒が流れる方向を、インジェクタ2側もしくは廃液タンク312側のどちらかに切り替える。
 電磁弁ドライバ410は、コントローラ10の指令値に基づいて第1電磁弁81及び第2電磁弁82に駆動電力を与える。送液ポンプ1の外部には、第1溶媒511を収容する溶媒容器と、第2溶媒512を収容する溶媒容器が設置されている。第1電磁弁81及び第2電磁弁82の開閉、第1プランジャポンプ101及び第2プランジャポンプ102(第1プランジャ21及び第2プランジャ22)の駆動により、第1溶媒511又は第2溶媒512が送液ポンプ1へ送液される。
 第1プランジャポンプ101が溶媒を吸引するとき、第1電磁弁81及び第2電磁弁82のうちどちらか一方が開いた状態で他の一方は閉じた状態となり、第1溶媒511及び第2溶媒512のどちらか一方が吸引される。吸引された溶媒は、合流部90、第1逆止弁51及び第1吸引通路31を通過して第1加圧室11に吸引される。第1加圧室11内に吸引された溶媒は、第1プランジャ21の上昇に伴って圧縮される。
 溶媒が圧縮されることで第1加圧室11内部の圧力が第2加圧室12内部の圧力より大きくなり、溶媒は、第1吐出通路41、第2逆止弁52、連結流路103及び第2吸引通路32を通過して第2加圧室12に流入し、第2吐出通路42から吐出される。
 送液ポンプ1から吐出された溶媒には、インジェクタ2によって、分析対象である試料が注入される。試料が注入された溶媒は分離カラム3に導入されて成分ごとに分離され、その後、検出器4により、試料成分に応じた吸光度、蛍光強度、屈折率などが検出される。分離カラム3には微小粒子が充填されており、溶媒が微小粒子の隙間を流れる際の流体抵抗によって、送液ポンプ1には数十メガパスカルから百メガパスカル超の負荷圧力が発生する。この負荷圧力の大きさは、分離カラム3の径と通過流量に応じて異なる。
<コントローラ10のハードウェア構成>
 図1Bは、実施例1のコントローラのハードウェアブロック図である。図1Bを参照して、実施例1のコントローラ10の構成を説明する。コントローラ10は、記憶部510に記憶されたプログラムを読み出し、実行することにより、後述するフローチャートの各処理を実行する。コントローラ10は、プロセッサ411と、主記憶部412と、補助記憶部413と、入出力インタフェース(以下、インタフェースをI/Fと略記する)414と、通信I/F415と、上記した各モジュールを通信可能に接続するバス416と、を有する。
 プロセッサ411は、中央処理演算装置である。プロセッサ411は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等である。プロセッサ411は、記憶部510に記憶されるプログラムを主記憶部412の作業領域に実行可能に展開して実行する。主記憶部412は、プロセッサ411が実行するプログラム、当該プロセッサが処理するデータ(例えば、圧縮率パラメータ)等を一時的に記憶する。主記憶部412は、フラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)等である。補助記憶部413は、例えば、コントローラ10のブートプログラム等を記憶し、ROM(Read Only Memory)等である。また、記憶部510は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等である。
 入出力I/F414は、圧力センサ110、モータドライバ210、電磁弁ドライバ410及びパージバルブドライバ310と通信可能に接続される。通信I/F415は、ネットワークを介して外部機器と通信可能に接続される。
 コントローラ10は、送液ポンプ1の内部に組み込まれた組み込みコントローラであってもよいし、クラウド上のコントローラであってもよい。
<送液方法>
 実施例1の送液ポンプ1を用いて溶媒を通常送液する際の送液方法の概略を説明する。ここで、「通常送液」とは、送液ポンプ1から吐出する溶媒をインジェクタ2、分離カラム3及び検出器4へ流し、試料を分析する場合の送液方法である。なお、試料を分析しない場合(溶媒を廃液タンク312に送液する場合)も同様の動作となるため、説明を省略する。
 図2は、送液ポンプにより溶媒を通常送液する際の各プランジャの変位を示すグラフである。図2に示される2つのグラフは、いずれも横軸は時間を示し、縦軸は、上から順に、第1プランジャ21の変位、第2プランジャ22の変位を示す。第1プランジャ21の変位及び第2プランジャ22の変位は、上昇方向(図1Aの右方向)を正方向とし、下降方向(図1Aの左方向)を負方向とする。通常送液において、第1プランジャ21及び第2プランジャ22は、ともに下限点を基準として動作する。
 通常送液において、第1プランジャポンプ101及び第2プランジャポンプ102は、ともに周期的な動作をする。図2においては、2周期分が示されている。駆動周期aは、3つの区間b、c、dで構成され、繰り返される。駆動周期aの長さは、例えば2秒、4秒、6秒などである。それぞれの区間について説明する。
 区間bは、単独送液区間と呼ぶ。この区間では、装置使用者が指定した送液量を、第2プランジャポンプ102が吐出する。第1プランジャ21は、下限点に移動し、その後、区間bが終了するまで停止する。第1プランジャ21は、負方向に変位するが、第2逆止弁52が流路を閉じるため、第1プランジャ21の動きは吐出流量に影響を与えない。
 区間cは、圧縮区間と呼ぶ。この区間では、装置使用者が指定した送液量を、第2プランジャポンプ102が吐出する。コントローラ10は、記憶部510に格納されている圧縮率パラメータを呼び出し、圧力センサ110から受信する圧力値と共に、第1プランジャポンプ101の圧縮に必要な第1プランジャ21による溶媒の圧縮量(プランジャ変位量)を計算する。その後、コントローラ10の制御のもと、第1プランジャ21は、計算された圧縮量を正方向に移動する。第1プランジャポンプ101の第1加圧室11の圧力が吐出圧力を超えるまでは、第2逆止弁52が閉じているため、第1プランジャ21の動きは吐出流量に影響を与えない。圧縮超過が発生すると、第2逆止弁52が開放され、吐出流量及び吐出圧力が上昇し始める。
 詳細なフィードバック制御方法は後述するが、計算した圧縮量を第1プランジャ21が移動した際に圧縮超過が発生し、圧力センサ110の圧力値が上昇した場合は、必要に応じてコントローラ10は記憶部510に格納される圧縮率パラメータを小さくする。
 区間dは、交差送液区間と呼ぶ。この区間では、第2プランジャ22は下限点まで移動する。第2プランジャ22が負方向に移動することによって発生する第2プランジャポンプ102が吸引を行う流量と、装置使用者が指定した流量を合計した流量値を、第1プランジャ21が正方向に移動し、第1プランジャポンプ101が吐出することで、送液ポンプ全体として、装置使用者が指定した送液量を吐出する。詳細なフィードバック制御方法は後述するが、圧縮区間cから交差送液区間dへと移行した際に、第1加圧室11の圧縮不足で圧力センサ110から受信する圧力値が下降した場合、必要に応じて、コントローラ10は記憶部510に格納されている圧縮率パラメータを大きくする。
 交差送液区間dの終了後は単独送液区間bへと移行し、同様の周期動作を繰り返す。
<フィードバック制御>
 実施例1の圧縮率パラメータのフィードバック制御を説明する。前記の<送液方法>で記述したように、送液ポンプ1は、単独送液区間b、圧縮区間c、及び交差送液区間dを含む駆動周期aを繰り返す。圧縮区間cにおける圧縮量を正しく計算するために、圧縮率パラメータをフィードバック制御する必要がある。フィードバック制御は、圧縮超過及び圧縮不足の2つであり、圧縮区間cでは圧縮超過が発生し、交差送液区間d移行時には圧縮不足が発生する。圧縮超過が発生した場合は、圧縮率パラメータを小さくし、圧縮不足が発生した場合は、圧縮率パラメータを大きくする。圧縮超過の場合は、瞬間的な圧力上昇が、圧縮不足の場合は瞬間的な圧力降下が発生するが、各々の変化量(増加量、減少量)が、圧力変動閾値を超える場合には、外乱であるという判定を行い、外乱判定時間以内に1回目の判定であった場合は、圧縮率パラメータの修正を行わない。ただし、外乱判定時間以内に2回以上発生した場合は、2回目以降は圧縮率パラメータを修正することになる。
 圧力変動閾値は、例えば、10ミリ秒間に0.5メガパスカル以上の変化、20ミリ秒間に1メガパスカル以上の変化などを設定する。圧力変動閾値は、インジェクタ2や切り替えバルブの動作によって発生する外乱の大きさを事前に計測し、装置使用者の使用条件に合わせて、経験的に想定される外乱の圧力変動を設定することが好ましい。
 外乱判定時間は、駆動周期時間よりも数倍~数十倍は長い時間を設定することが好ましい。例えば、30秒間や1分間などの所定時間が設定される。圧縮率パラメータの修正量は、圧縮超過によって発生した圧力上昇値、又は圧縮不足によって発生した圧力降下値と、事前に設定されている修正係数とを元に、線形的に圧縮率パラメータを変化させるのが一般的である。
<フィードバック制御のフローチャート>
 図3は、実施例1の圧縮率パラメータのフィードバック制御を含む送液ポンプの動作を示したフローチャートである。このフローチャートの各ステップは、記憶部510に記憶されるプログラムを実行するコントローラ10によって実行される。
(ステップS301)
 コントローラ10は、単独送液区間bにおいて、第2電動モータ212等の動作を制御して、第2プランジャ22を下限点から正方向に移動させ、装置使用者が指定した送液量を吐出させる。また、コントローラ10は、第1電動モータ211等の動作を制御して、第1プランジャ21を下限点に移動させ、その後、区間bが終了するまで停止する。
(ステップS302)
 コントローラ10は、記憶部510に格納されている圧縮率パラメータを呼び出し、圧力センサ110から受信する圧力値と共に、第1プランジャポンプ101の圧縮に必要な第1プランジャ21の圧縮量(プランジャ変位量)を計算する。
(ステップS303)
 コントローラ10は、圧縮区間cにおいて、第2電動モータ212等の動作を制御して、第2プランジャ22をさらに正方向に移動させ、装置使用者が指定した送液量を吐出させる。また、コントローラ10は、第1電動モータ211等の動作を制御して、第1プランジャ21を計算した圧縮量だけ正方向に移動させる。
(ステップS304)
 コントローラ10は、圧力センサ110から受信する圧力値に基づいて、圧縮超過が発生したか否かを判定する。例えば、コントローラ10は、圧力センサ110から受信した圧力値が閾値より大きくなった場合に圧縮超過が発生したと判定してもよいし、圧力センサ110から受信した圧力値の変化量(増加量)が閾値より大きくなった場合に圧縮超過が発生したと判定してもよい。
(ステップS305)
 コントローラ10は、圧縮超過が発生したと判定すると(ステップS304:Yes)、この圧縮超過に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化か否かを判定する。
(ステップS306)
 コントローラ10は、圧縮超過に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化でないと判定すると(ステップS305:No)、第1プランジャ21による溶媒の圧縮量が小さくなるように、圧縮率パラメータを小さくする。
(ステップS307)
 コントローラ10は、圧縮超過に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化であると判定すると(ステップS305:Yes)、この圧縮超過に係る圧力変化が外乱判定時間内での初めて(1回目)の変化か否かを判定する。外乱判定時間内に複数回の圧力変化が発生するならば、送液ポンプ1の内部要因によって発生する圧力変化だと判定し、外乱判定時間内に1回だけ圧力変化が発生するならば、送液ポンプ1の外部要因によって発生する圧力変化だと判定する。コントローラ10は、圧縮超過に係る圧力変化が外乱判定時間内での初めての変化でない(2回目以降の変化である)と判定すると(ステップS307:No)、上記したステップS306の圧縮率パラメータを小さくする処理を実行する。一方で、コントローラ10は、圧縮超過に係る圧力変化が外乱判定時間内での初めての変化であると判定すると(ステップS307:Yes)、圧縮率パラメータを変更しない。
(ステップS308)
 コントローラ10は、第1プランジャ21による圧縮が終了したか否かを判定する。第1プランジャ21による圧縮が終了するまで(ステップS308:No)、コントローラ10は、圧縮超過が発生したか否かを判定する処理(ステップS304)を繰り返す。
(ステップS309)
 第1プランジャ21による圧縮が終了すると(ステップS308:Yes)、コントローラ10は、交差送液区間dにおいて、第2電動モータ212等の動作を制御して、第2プランジャ22を下限点まで負方向に移動させる。また、コントローラ10は、第1電動モータ211等の動作を制御して、第1プランジャ21を正方向に移動させ、第2プランジャポンプ102が吸引を行う流量と装置使用者が指定した流量とを合計した流量を吐出させる。
(ステップS310)
 コントローラ10は、圧力センサ110から受信する圧力値に基づいて、圧縮不足が発生したか否かを判定する。例えば、コントローラ10は、圧力センサ110から受信した圧力値が閾値より小さくなった場合に圧縮不足が発生したと判定してもよいし、圧力センサ110から受信した圧力値の変化量(減少量)が閾値より大きくなった場合に圧縮不足が発生したと判定してもよい。
(ステップS311)
 コントローラ10は、圧縮不足が発生したと判定すると(ステップS310:Yes)、この圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化か否かを判定する。なお、ステップS311で用いた圧力変動閾値と、上記したステップS305で用いた圧力変動閾値とは、共通であってもよいし、別々の値であってもよい。
(ステップS312)
 コントローラ10は、圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化でないと判定すると(ステップS311:No)、第1プランジャ21による溶媒の圧縮量が大きくなるように、圧縮率パラメータを大きくする。
(ステップS313)
 コントローラ10は、圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化であると判定すると(ステップS311:Yes)、この圧縮不足に係る圧力変化が外乱判定時間内での初めて(1回目)の変化か否かを判定する。外乱判定時間内に複数回の圧力変化が発生するならば、送液ポンプ1の内部要因によって発生する圧力変化だと判定し、外乱判定時間内に1回だけ圧力変化が発生するならば、送液ポンプ1の外部要因によって発生する圧力変化だと判定する。コントローラ10は、圧縮不足に係る圧力変化が外乱判定時間内での初めての変化でない(2回目以降の変化である)と判定すると(ステップS313:No)、上記したステップS312の圧縮率パラメータを大きくする処理を実行する。一方で、コントローラ10は、圧縮不足に係る圧力変化が外乱判定時間内での初めての変化であると判定すると(ステップS313:Yes)、圧縮率パラメータを変更しない。
(ステップS314)
 コントローラ10は、交差送液が終了したか否かを判定する。交差送液が終了するまで(ステップS314:No)、コントローラ10は、圧縮不足が発生したか否かを判定する処理(ステップS310)を繰り返す。
<フィードバック制御の効果(圧縮不足が外乱判定時間内で初めて発生した場合)>
 次に、圧縮不足が外乱判定時間内で初めて発生した場合について、圧縮率パラメータのフィードバック制御の効果を説明する。図4は、実施例1の圧力センサで計測される圧力値を示したグラフである。横軸は時間であり、縦軸は圧力センサ110で計測される圧力値である。前述までの通り、送液ポンプ1は、単独送液区間b、圧縮区間c、交差送液区間dで構成される駆動周期aを繰り返す。正しい動作を繰り返す場合、圧力センサ110で計測される圧力値は一定である。ここで、ある駆動周期a1における交差送液区間d1の開始時に、インジェクタ2におけるインジェクションバルブが切り替わり、大気圧の試料が流路へ注入されたとする。その場合、インジェクションショック600として、大きく圧力降下が発生する。
 一般的な送液ポンプのフィードバック制御によれば、交差送液区間dの開始時に圧力降下が発生した場合、圧縮不足の判定が行われ、圧縮率パラメータが修正される。しかし、インジェクションショック600は、送液ポンプ1の外部に存在するバルブの切り替えが原因で発生したものであり、圧縮不足による圧力降下ではない。よって、理想的には、インジェクションショック600は、フィードバック制御の対象外にすることが好ましい。
 そこで、実施例1では、図3のステップS311に示したように、圧縮不足の判定(ステップS310:Yes)の後に、圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化か否かの判定を行う。インジェクションショック600は、明らかに大きな圧力降下であり、圧力変動閾値以上の変化量となる。よって、図3に示したフィードバック制御では、ステップS313のYesの判定に従い、圧縮率パラメータは修正されない。よって、図4における駆動周期a2では、駆動周期a1で使用した圧縮率パラメータに基づいて、圧縮量が計算される。これにより、インジェクションショック600に不要に追随することなく、駆動周期a2以降も、正しいポンプ制御が行われる。
 なお、図4の例では、インジェクションショック600のみが発生したケースについて説明したが、インジェクションショック600に加えて、圧縮超過や圧縮不足が発生した場合には、圧縮率パラメータが修正される可能性がある。例えば、上記のように圧縮率パラメータを修正しない場合であっても(ステップS313:Yes)、圧縮不足の判定の前に圧縮超過が発生し(ステップS304:Yes)、ステップS306において圧縮率パラメータを修正している場合には、この修正した圧縮率パラメータを使用して、駆動周期a2における圧縮量を計算する。すなわち、駆動周期a1で使用した圧縮率パラメータに基づいて圧縮量を計算するとは、駆動周期a1で使用した圧縮率パラメータと同じパラメータを使って圧縮量を計算すること、及び駆動周期a1で使用した圧縮率パラメータを外乱判定以外の要因で修正した圧縮率パラメータを使って圧縮率を計算すること、を含む。
<フィードバック制御の効果(圧縮不足が外乱判定時間内で2回以上発生した場合)>
 また、圧縮不足が外乱判定時間内で2回以上発生した場合について、圧縮率パラメータのフィードバック制御の効果を説明する。図5は、図4と同様で、実施例1の圧力センサで計測される圧力値を示したグラフである。前述までの通り、送液ポンプ1は、単独送液区間b、圧縮区間c、交差送液区間dで構成される駆動周期aを繰り返す。正しい動作を繰り返す場合、圧力センサ110で計測される圧力値は一定である。
 ここで、ある駆動周期a3で、装置使用者が送液ポンプ1の設定値を間違えて変更したとする。例えば、送液ポンプ1には純水が設置されているのに、溶媒の設定を間違えてメタノールへと変更したとする。メタノールの圧縮率は水よりも小さいため、装置内部での圧縮率パラメータは、一時的に小さな値へと変更される。駆動周期a3における圧縮区間c3では、メタノールの圧縮率パラメータを元に圧縮量が計算及び実行されるが、実際に送液ポンプに接続されている溶媒は純水であるため圧縮不足が発生し、結果として交差送液区間d3の開始時に、大きな圧力降下701が発生する。
 図3で説明されるように、大きな圧力降下701は圧力変動閾値以上の変化であるため、フィードバック制御の対象外となり、圧縮率パラメータは変更されない。そのため、次の駆動周期a4では、駆動周期a3と同様の圧縮率パラメータを使用して、制御が行われる。結果として、圧縮区間c4では圧縮区間c3と同様の圧縮工程が行われ、交差送液区間d4の開始時に、大きな圧力降下701と同様の大きな圧力降下702が発生する。
 ここで、大きな圧力降下702は、大きな圧力降下701から駆動周期時間、例えば4秒間、経過して発生する。2回目の大きな圧力降下702は、外乱判定時間(例えば30秒間)が経過する前に検出されるので、図3のフローチャートに従い、外乱判定時間内の初めての変化ではないと判定される(ステップS313:No)。よって、大きな圧力降下702は、フィードバック制御の対象となり、圧力降下量に基づいて圧縮率パラメータを大きくする。これにより、次の駆動周期a5では、駆動周期a4よりも大きな圧縮率パラメータを用いて制御される。
 圧縮率パラメータの修正は、一度で最適な値へと変更しきれない場合もある。駆動周期a5では、未だに圧縮不足が残存し、小さな圧縮降下703が発生している。そこで、実施例1では、図3のステップS311(No)及びステップS312を実行して、小さな圧縮降下703に基づいて圧縮率パラメータを大きくする。これにより、駆動周期a6以降では、さらに正しく、送液ポンプ1が制御されることを期待される。
 このように、実施例1によれば、インジェクションショック600等の外乱をフィードバック制御の対象から除外することが可能となる。
 また、送液ポンプ1が内部要因として大きな圧縮ミスを行っていた場合は、2周期目以降からフィードバック制御の対象となるため、圧縮率パラメータが修正されていく効果がある。これは、インジェクションショック600等の外乱は発生頻度が小さく、圧縮超過及び圧縮不足は駆動周期間隔(おおよそ数秒間隔)で発生することを利用している。
 さらに、実施例1では、圧力センサ110によって測定される圧力値に基づいて、インジェクションショック600等の外乱の発生を判定することができる。つまり、実施例1では、特許文献4のように外部装置からバルブの制御信号を受信することなく、圧力センサ110によって測定される圧力値に基づいて、外乱の発生を判定することができる。
 実施例1では、圧力値の変化量が圧力変動閾値以上の変動であれば圧縮率パラメータを変更しなかったが、実施例2では、圧力変動値の変化量に伴って変更される圧縮率パラメータの変動量が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変動であれば、圧縮率パラメータを変更しない。
 例えば、圧縮率パラメータ変更可能閾値をプラスマイナス30%とした場合、1度のフィードバック制御で圧縮率パラメータが30%以上変動する場合は、外乱であると判定し、圧縮率パラメータを変更しない。圧縮率パラメータ変更可能閾値は、装置使用者の使用条件から決定されるのが好ましく、例えば、30%、50%、70%などが好ましい。また、割合に限らず、絶対値で圧縮率パラメータ変更可能閾値を決定しても良い。
 図6は、実施例2の圧縮率パラメータのフィードバック制御を含む送液ポンプの動作を示したフローチャートである。実施例1と重複する説明は、適宜省略する。
 (ステップS601)
 コントローラ10は、圧縮超過が発生したと判定すると(ステップS304:Yes)、圧力センサ110によって検出された圧力値に基づいて圧縮率パラメータを計算する。そして、コントローラ10は、計算した圧縮率パラメータと計算前の圧縮率パラメータとの差分を計算する。なお、コントローラ10は、圧力センサ110によって検出された圧力値の変化量に基づいて圧縮率パラメータを計算してもよい。
(ステップS602)
 コントローラ10は、圧縮率パラメータの差分が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変化か否かを判定する。
(ステップS306)
 コントローラ10は、圧縮率パラメータの差分が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変化でないと判定すると(ステップS602:No)、第1プランジャ21による溶媒の圧縮量が小さくなるように、圧縮率パラメータを小さくする。一方で、コントローラ10は、圧縮率パラメータの差分が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変化であると判定すると(ステップS602:Yes)、圧縮率パラメータを変更しない。
(ステップS603)
 コントローラ10は、圧縮不足が発生したと判定すると(ステップS310:Yes)、圧力センサ110によって検出された圧力値に基づいて圧縮率パラメータを計算する。そして、コントローラ10は、計算した圧縮率パラメータと計算前の圧縮率パラメータとの差分を計算する。なお、コントローラ10は、圧力センサ110によって検出された圧力値の変化量に基づいて圧縮率パラメータを計算してもよい。
(ステップS604)
 コントローラ10は、圧縮率パラメータの差分が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変化か否かを判定する。
(ステップS312)
 コントローラ10は、圧縮率パラメータの差分が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変化でないと判定すると(ステップS604:No)、第1プランジャ21による圧縮量が大きくなるように、圧縮率パラメータを大きくする。一方で、コントローラ10は、圧縮率パラメータの差分が圧縮率パラメータ変更可能閾値以上の変化であると判定すると(ステップS604:Yes)、圧縮率パラメータを変更しない。
 なお、実施例2においても、図3のステップS307やS313のような判定を行い、外乱判定時間内での圧縮率パラメータの差分の閾値以上の変化が初めての場合に圧縮率パラメータを変更せずに、2回目以降の場合に圧縮率パラメータを変更してもよい。
 実施例2では、実施例1と同様に、外部装置から制御信号を取得せずに外乱を判定し、圧縮率パラメータを適切にフィードバック制御することができる。
 実施例1では、図3のステップS307やS313のように、外乱判定時間内における閾値以上の圧力変動が初回か否かを判定したが、実施例3では、これらの判定を省略する。図7は、実施例3の圧縮率パラメータのフィードバック制御を含む送液ポンプの動作を示したフローチャートである。実施例1と重複する説明は、適宜省略する。
(ステップS305)
 コントローラ10は、圧縮超過が発生したと判定すると(ステップS304:Yes)、この圧縮超過に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化か否かを判定する。
(ステップS306)
 コントローラ10は、圧縮超過に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化でないと判定すると(ステップS305:No)、第1プランジャ21による圧縮量が小さくなるように、圧縮率パラメータを小さくする。一方で、コントローラ10は、圧縮超過に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化であると判定すると(ステップS305:Yes)、圧縮率パラメータを変更しない。
(ステップS311)
 また、コントローラ10は、圧縮不足が発生したと判定すると(ステップS310:Yes)、この圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化か否かを判定する。
(ステップS312)
 コントローラ10は、圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化でないと判定すると(ステップS311:No)、第1プランジャ21による圧縮量が大きくなるように、圧縮率パラメータを大きくする。一方で、コントローラ10は、圧縮不足に係る圧力変化量が圧力変動閾値以上の変化であると判定すると(ステップS311:Yes)、圧縮率パラメータを変更しない。
 実施例3では、周期的に外乱が発生したとしても、外部装置から制御信号を取得せずに外乱を判定し、圧縮率パラメータを適切にフィードバック制御することができる。
<変形例>
 なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
 実施例1及び2では、圧縮区間cでの圧縮超過時及び交差送液区間dでの圧縮不足時に圧縮率パラメータをフィードバック制御する例について説明した。すなわち、実施例1及び2では、単独送液区間bでの圧縮超過時及び圧縮不足時、圧縮区間cでの圧縮不足時、並びに交差送液区間dでの圧縮超過時では、圧縮率パラメータをフィードバック制御しない。しかし、本開示は、
 ・単独送液区間bでの圧縮超過時に、図3のステップS305~S307に倣って圧縮率パラメータをフィードバック制御してもよいし、
 ・単独送液区間bでの圧縮不足時に、図3のステップS311~S313に倣って圧縮率パラメータをフィードバック制御してもよいし、
 ・圧縮区間cでの圧縮不足時に、図3のステップS311~S313に倣って圧縮率パラメータをフィードバック制御してもよいし、
 ・交差送液区間dでの圧縮超過時に、図3のステップS305~S307に倣って圧縮率パラメータをフィードバック制御してもよい。
 また、実施例1では、ステップS305やS311において、圧力変化量を圧力変動閾値と比較したが、圧力センサ110によって測定された圧力値を圧力閾値と比較してもよい。すなわち、本開示は、圧力センサ110で測定される圧力値に関する値(圧力変化量及び圧力値を含む)が閾値より小さい場合、圧縮率パラメータを変更してもよい。
 また、実施例1では、外乱判定時間内に1回目(初めて)の圧力変動が発生した場合は、圧縮率パラメータの修正を行わず、外乱判定時間以内に2回以上の圧力変動が発生した場合は、2回目以降は圧縮率パラメータを修正した。しかし、上記した回数は1回に限らず、外乱判定時間内において所定数N(Nは2以上の整数)回以内の圧力変動であれば、圧縮率パラメータの修正を行わず、外乱判定時間以内に(N+1)回以上の圧力変動が発生した場合に、圧縮率パラメータを修正してもよい。
 また、実施例1~3では、圧縮超過が発生した場合及び圧縮不足が発生した場合の両方で、圧縮率パラメータをフィードバック制御する例について説明した。しかし、本開示は圧縮超過が発生した場合のみ圧縮率パラメータをフィードバック制御してもよいし、圧縮不足が発生した場合のみ圧縮率パラメータをフィードバック制御してもよい。
 また、実施例1~3において、圧力変動が大きい場合に検出器4によって検出された測定値を通常時の測定値と区別して通知してもよい。
1…送液ポンプ、 2…インジェクタ、 3…分離カラム、 4…検出器、 5…廃液容器、 10…コントローラ、 11…第1加圧室、 12…第2加圧室、 21…第1プランジャ、 22…第2プランジャ、 31…第1吸引通路、 32…第2吸引通路、 41…第1吐出通路、 42…第2吐出通路、 51…第1逆止弁、 52…第2逆止弁、 100…液体クロマトグラフ、 101…第1プランジャポンプ、 102…第2プランジャポンプ、 103…連結流路、 110…圧力センサ、 210…モータドライバ、 310…パージバルブドライバ、 410…電磁弁ドライバ、 510…記憶部

Claims (14)

  1.  第1プランジャを有する第1プランジャポンプと、
     前記第1プランジャポンプと直列に接続され、第2プランジャを有する第2プランジャポンプと、
     前記第2プランジャポンプの下流に配置される圧力センサと、
     前記第1プランジャの駆動及び前記第2プランジャの駆動を制御する制御部と、
     前記第1プランジャによる溶媒の圧縮量を計算するための圧縮率パラメータを記憶する記憶部と、を備え、
     前記制御部は、
     前記圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第1圧縮量を計算し、前記一の駆動周期において前記第1プランジャが前記第1圧縮量で前記溶媒を圧縮するよう制御し、
     前記一の駆動周期において前記圧力センサで測定される圧力値に関する値が閾値より小さい場合、前記圧力値に関する値に応じて前記圧縮率パラメータを変更し、変更後の前記圧縮率パラメータに基づいて、前記一の駆動周期の次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第2圧縮量を計算し、
     前記一の駆動周期において前記圧力値に関する値が前記閾値より大きい場合、前記圧縮率パラメータに基づいて、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第3圧縮量を計算する
     ことを特徴とする送液ポンプ。
  2.  前記制御部は、
     所定時間中に前記圧力値に関する値が前記閾値より大きくなった回数が所定数より小さい場合、前記圧縮率パラメータを変更しない
     ことを特徴とする請求項1に記載の送液ポンプ。
  3.  前記制御部は、
     前記所定時間中に前記圧力値に関する値が前記閾値より大きくなった回数が前記所定数より大きい場合、前記圧縮率パラメータを変更する
     ことを特徴とする請求項2に記載の送液ポンプ。
  4.  前記所定時間は、前記駆動周期より長い
     ことを特徴とする請求項2又は3に記載の送液ポンプ。
  5.  前記駆動周期は、前記第1プランジャが前記溶媒を圧縮する圧縮区間を含み、
     前記制御部は、
     前記一の駆動周期の前記圧縮区間において前記圧力センサで測定される前記圧力値の増加量が前記閾値より小さい場合、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の圧縮量が小さくなるように前記圧縮率パラメータを変更する
     ことを特徴とする請求項1に記載の送液ポンプ。
  6.  前記駆動周期は、前記第1プランジャが前記溶媒を圧縮する圧縮区間と前記圧縮区間で圧縮された前記溶媒を下流側に送液する送液区間とを含み、
     前記制御部は、
     前記一の駆動周期の前記送液区間において前記圧力センサで測定される前記圧力値の減少量が前記閾値より小さい場合、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の圧縮量が大きくなるように前記圧縮率パラメータを変更する
     ことを特徴とする請求項1に記載の送液ポンプ。
  7.  第1プランジャを有する第1プランジャポンプと、前記第1プランジャポンプと直列に接続され、第2プランジャを有する第2プランジャポンプと、前記第2プランジャポンプの下流に配置される圧力センサと、を備える送液ポンプにおける溶媒の送液方法であって、
     前記第1プランジャによる前記溶媒の圧縮量を計算するための圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第1圧縮量を計算し、前記一の駆動周期において前記第1プランジャが前記第1圧縮量で前記溶媒を圧縮するよう制御すること、
     前記一の駆動周期において前記圧力センサで測定される圧力値に関する値が閾値より小さい場合、前記圧力値に関する値に応じて前記圧縮率パラメータを変更し、変更後の前記圧縮率パラメータに基づいて、前記一の駆動周期の次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第2圧縮量を計算すること、及び
     前記一の駆動周期において前記圧力値に関する値が前記閾値より大きい場合、前記圧縮率パラメータに基づいて、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第3圧縮量を計算すること、を含む
     ことを特徴とする送液方法。
  8.  第1プランジャを有する第1プランジャポンプと、
     前記第1プランジャポンプと直列に接続され、第2プランジャを有する第2プランジャポンプと、
     前記第2プランジャポンプの下流に配置される圧力センサと、
     前記第1プランジャの駆動及び前記第2プランジャの駆動を制御する制御部と、
     前記第1プランジャによる溶媒の圧縮量を計算するための圧縮率パラメータを記憶する記憶部と、を備え、
     前記制御部は、
     前記圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第1圧縮量を計算し、前記一の駆動周期において前記第1プランジャが前記第1圧縮量で前記溶媒を圧縮するよう制御し、
     前記一の駆動周期において前記圧力センサで測定される圧力値に応じて変更される前記圧縮率パラメータの変更量が閾値より小さい場合、前記圧力値に応じて前記圧縮率パラメータを変更し、変更後の前記圧縮率パラメータに基づいて、前記一の駆動周期の次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第2圧縮量を計算し、
     前記圧縮率パラメータの前記変更量が前記閾値より大きい場合、前記圧縮率パラメータに基づいて、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第3圧縮量を計算する
     ことを特徴とする送液ポンプ。
  9.  前記制御部は、
     所定時間中に前記圧縮率パラメータの前記変更量が前記閾値より大きくなった回数が所定数より小さい場合、前記圧縮率パラメータを変更しない
     ことを特徴とする請求項8に記載の送液ポンプ。
  10.  前記制御部は、
     前記所定時間中に前記圧縮率パラメータの前記変更量が前記閾値より大きくなった回数が前記所定数より大きい場合、前記圧縮率パラメータを変更する
     ことを特徴とする請求項9に記載の送液ポンプ。
  11.  前記所定時間は、前記駆動周期より長い
     ことを特徴とする請求項9又は10に記載の送液ポンプ。
  12.  前記駆動周期は、前記第1プランジャが前記溶媒を圧縮する圧縮区間を含み、
     前記制御部は、
     前記一の駆動周期の前記圧縮区間において前記圧力センサで測定される前記圧力値に応じて変更される前記圧縮率パラメータの増加量が前記閾値より小さい場合、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の圧縮量が小さくなるように前記圧縮率パラメータを変更する
     ことを特徴とする請求項8に記載の送液ポンプ。
  13.  前記駆動周期は、前記第1プランジャが前記溶媒を圧縮する圧縮区間と前記圧縮区間で圧縮された前記溶媒を下流側に送液する送液区間とを含み、
     前記制御部は、
     前記一の駆動周期の前記送液区間において前記圧力センサで測定される前記圧力値に応じて変更される前記圧縮率パラメータの減少量が前記閾値より小さい場合、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の圧縮量が大きくなるように前記圧縮率パラメータを変更する
     ことを特徴とする請求項8に記載の送液ポンプ。
  14.  第1プランジャを有する第1プランジャポンプと、前記第1プランジャポンプと直列に接続され、第2プランジャを有する第2プランジャポンプと、前記第2プランジャポンプの下流に配置される圧力センサと、を備える送液ポンプにおける溶媒の送液方法であって、
     前記第1プランジャによる前記溶媒の圧縮量を計算するための圧縮率パラメータに基づいて、一の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第1圧縮量を計算し、前記一の駆動周期において前記第1プランジャが前記第1圧縮量で前記溶媒を圧縮するよう制御すること、
     前記一の駆動周期において前記圧力センサで測定される圧力値に応じて変更される前記圧縮率パラメータの変更量が閾値より小さい場合、前記圧力値に応じて前記圧縮率パラメータを変更し、変更後の前記圧縮率パラメータに基づいて、前記一の駆動周期の次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第2圧縮量を計算すること、及び
     前記圧縮率パラメータの前記変更量が前記閾値より大きい場合、前記圧縮率パラメータに基づいて、前記次の駆動周期における前記第1プランジャによる前記溶媒の第3圧縮量を計算すること、を含む
     ことを特徴とする送液方法。
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