CN103512986B - 用于控制针对液相色谱法尤其是高效液相色谱法的活塞泵单元的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制用于控制针对液相色谱法尤其是高效液相色谱法的活塞泵单元的控制装置。活塞泵单元具有相位错开地以不同相位循环地工作的至少两个活塞-缸体单元，活塞-缸体单元在出口端口上产生待输送溶液的预定的流动，在出口端口处，基于与该出口端口处相关的流动负载阻力而产生***压力，控制装置在活塞运动方面对用于至少两个活塞-缸体单元的驱动装置的驱动设备进行控制，在至少两个活塞-缸体单元中的每一个活塞-缸体单元的一个循环的压缩阶段中，实现介质的从出口压力到***压力的非等温压缩，按照从输出压力到***压力的方式完成介质的非等温压缩，在紧接的至少也由相关的那个活塞-缸体单元确定流动的输送阶段中，在压缩阶段中被加热的介质在输送阶段的补偿阶段被冷却，在相关的那个活塞-缸体单元的循环的紧接着输送阶段的减压阶段中，实现介质的从***压力到环境压力的非等温或绝热膨胀，在相关的那个活塞-缸体单元的紧接的填充阶段中，待输送的介质被送入相关的那个活塞-缸体单元的缸体容积内，或者被活塞-缸体单元吸入。控制装置被构造成用于获得至少两个活塞-缸体单元的至少一个第一活塞-缸体单元的缸体容积中的压力。控制装置在第一活塞-缸体单元的压缩阶段的测量阶段或者在第一活塞-缸体单元的减压阶段的测量阶段中，使得用于第一活塞-缸体单元的驱动设备停止运转预定的时间段，并由此获得表征压力随时间变化曲线的测量数据。控制装置利用在测量阶段中获得的用于确定修正关系scorr(t)的测量数据，对至少两个活塞-缸体单元中的至少一个活塞-缸体单元在补偿阶段的活塞运动进行修正，并且在使用修正关系的情况下在补偿阶段控制至少两个活塞-缸体单元中的至少一个活塞-缸体单元，使得因热补偿过程而造成的流动波动基本上得到补偿。

Description

用于控制针对液相色谱法尤其是高效液相色谱法的活塞泵单元的控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，该控制装置用于控制针对液相色谱法尤其是高效液相色谱法的活塞泵单元。

背景技术

高效液相色谱法(HPLC：Hochleistungsflüssigkeitschromatographie)用于借助色谱柱(下文简称为柱)将液态样品分离成其组分。在此，色谱柱的分离效率主要取决于其长度和填充材料的粒子大小。对于尽可能好的分离而言，色谱柱需要具有足够的长度和很小的粒子大小。这种色谱柱流动阻力大，因此在操作中这种色谱柱比传统色谱柱需要明显更大的压力。

此外，还希望分离速度足够快，以实现高的样品处理能力。这需要在色谱柱中很高的流动速度，由此也同样增加了色谱柱的反压力。

因此，现代的高效HPLC设备在越来越高的压力下工作。在HPLC发展阶段的早期阶段，HPL压力通常低于100bar，而目前的HPLC泵有时能达到超过1000bar的压力。这种趋势还在继续，从而引发了对能够输送压力明显高于1000bar的HPLC泵的需求。

HPLC泵的一个基本要求在于，必须尽可能地以无脉动的且可再现的方式提供流率(以下称为流量)。在采用可按预先设定的比例混合两种或更多种液态介质(以下也称之为溶液)的步进泵的情况下，还必须精确地保持混合比例，并且不允许出现任何不期望的波动。

在HPLC泵中广泛地使用双活塞泵的原理。在此，每个泵使用两个活塞，这两个活塞可通过共同的驱动装置(例如凸轮轴)或者通过独立的驱动装置来运动。活塞运动使得两个活塞所提供的流量之和与所需的总流量相对应。在此，可将其区分为串联双活塞泵和并联双活塞泵。本发明适用于这两种泵。因此，下面将简述两者的工作原理。

在步进泵中，混合可以在吸入侧(即低压侧)进行。在这种情况下，仅使用单一的双活塞泵来产生梯度(LPG＝低压梯度)。取而代之，混合也可以发生在高压侧(HPG＝高压梯度)，其中，在这种情况下，每种溶液使用单独的双活塞泵。LPG和HPG均可以使用串联双活塞泵或者并联双活塞泵。

本发明适用于所有这些情况。但是，这些应用的前提条件在于，双活塞泵具有用于每一个单独活塞的独立驱动装置。在下面所列出的全部构想中，始终仅考虑此类单独的双活塞泵。

串联双活塞泵和并联双活塞泵都是周期性地进行工作的，也就是说，周期性地对大体上始终相同的运动过程进行重复，其中，周期时间在下文中被称为循环时间。串联双活塞泵的示例记录在EP334994B1或者US5,114,314A中。

下面结合图1简短地说明根据现有技术的串联双活塞泵的普遍功能原理。

串联双活塞泵1由第一活塞-缸体单元或者工作泵10和第二活塞-缸体单元或者补偿泵20构成。工作泵10包括工作活塞12，该工作活塞进入到工作头部11中并且借助密封件16被密封。驱动装置15可以借助致动元件14来移动工作活塞，其中，工作头部中保持的自由容积13取决于相应的活塞位置。自由容积借助连接毛细管19而与进口阀17和出口阀18相连。在最简单的情况下，这些阀是被动止回阀，如球阀，它们在图1中布置成使得这些阀仅允许从下向上的直流。如果工作活塞12被收回，也就是说，在图1中向左运动，则工作头部中的自由容积13增大，进口阀17打开，并且借助进口管线50而从储存容器(未示出)引入新的溶液。如果工作活塞12前进，也就是说，在图1中向右运动，则自由容积13减小，进口阀17关闭，并且出口阀18打开。偏移产生的量被连接管线51沿出口方向输送。

补偿泵20包括具有补偿活塞22的补偿头21、密封件26、致动元件24和驱动装置25。当工作泵10输送溶液时，补偿活塞22被缓慢地收回，使得自由容积23增大，并且由工作泵10输送的一部分流量存储在补偿头21中。当工作泵10吸入新的溶液并且因此不输送流量时，补偿活塞22再次运动到工作头部内，使得容积23的尺寸继续减小，并且被移出的溶液在出口52处保持流动。活塞速度在此选择成使得出口52处的流量在任何时间均对应于期望值。

并联双活塞泵的一个例子可从US4,137,011A中获得。结合图2的示意图来说明这种并联双活塞泵的基本原理。

并联双活塞泵3包括两个大体上相同的工作泵30和40，这两个工作泵均构造成与串联双活塞泵的工作泵完全一样。部件31至39以及41至49对应于工作泵10的部件11至19，并且为此类似地进行编号。

这两个工作泵活塞30、40交替地输送所期望的流量，也就是说，在一个工作活塞输送流量时，另一个活塞吸入新的溶液，反之亦然。这两个泵的入口和出口分别经由连接毛细管70至73和T形件76和77而并联连接，使得这两个工作泵可以经由一个共同的进口管线75吸入新的溶液，或者可以在共同的出口74提供所输送的流量。

在活塞运动的相应控制中，根据图1的串联双活塞泵和根据图2的并联双活塞泵能够在出口52或74处提供持续的尽可能无脉动的流量。由于色谱法分离柱的流动阻力，将会在待输送介质中产生反压，该反压也存在于泵出口52或74处，并且在下文中被称为***压力。

在更高的工作压力下，溶液的可压缩性越来越明显。下面将观察工作泵刚刚吸入新的溶液后所发生的情况。所涉及的工作泵在此被称为第一工作泵，其中，在串联双活塞泵情况下指的是(唯一的)工作泵，在并联双活塞泵情况下指的是在观察时刚刚吸入新的溶液的那个泵。以下将补偿泵或者说第二工作泵称为另一泵。

当第一工作泵吸入新的溶液时，工作头部中的溶液，即自由容积13或33或43中的溶液最初没有压力，而另一泵在泵出口52或74处保持***压力。在第一工作泵能够朝向泵出口输送溶液之前，必须首先将其压缩至***压力，由此相关的出口阀18或38或48打开。这被称为压缩，为此必须减小自由容积13或33或43。这通过第一工作活塞12或32或42的向前运动来实现，其中，压缩所需的行程取决于***压力和所涉及的溶液的可压缩性。一旦压缩结束并且第一工作头部中达到了***压力，则相关的出口阀打开并且通过进一步的活塞运动而被移位的溶液被沿出口方向被输送。相应的流量附加至另一泵提供的流量。因此，此时，必须将活塞速度调整成使得可以避免出现总流量的不希望出现的改变，由此避免***压力的改变。这一时刻也被称为转变，因为流量的输送由第二泵转变至第一工作泵。在转变之后，另一泵的活塞收回，以便存储或吸入用于下一冲程的溶液。

基于泵的构造，转变可以通过突然的方式或者缓慢的方式来实现。同样地，转变开始的时间也可以按不同方式和方法来确定。对此存在各种已知的技术解决方案。本发明可以应用于所有这些解决方案。

输送阶段紧随转变阶段之后，在输送阶段中相关工作泵提供流量。

在压缩阶段中对溶液作功，这是因为相关的活塞必须克服压力经过一段位移。每个泵循环所做的压缩功大致按照***压力的二次方的方式来增大，并导致压缩过程中溶液的升温。由于溶液的热膨胀，主要在上压力范围内压力比原本期望的情况增长的要快。

在压缩阶段中，包围溶液的工作头部11或31或41的温度大致保持恒定，因为其具有相对大的热容，因此溶液无法尽快地散发压缩热。一旦在工作头部中达到了***压力并且开始转变，则工作头部中的压力保持恒定，使得不再向溶液输入其他能量。现在出现热补偿过程，即，溶液尽可能快地将压缩热传递到工作头部。该补偿过程的时间常数大体上取决于溶液和工作头部的热容量和导热性。

液体体积由于冷却而减小。而在此时工作泵已经参与到产生流动的过程中，从而这种体积的缩小是以在出口处提供的流量为代价的，也就是说，只要冷却过程持续，则在出口处提供的流量就会减小。这在泵的循环工作中会造成明显不利的周期性流动脉动或压力脉动。

已经存在多种已知解决方案，以减少因热效应引起的脉动问题。

例如，在US5,108,264A(第6栏，第31行以下等)提议的解决方案中，假定冷却的时间常数为3秒，则根据可压缩性和***压力计算出预计会发生的热效应，并通过相应的活塞运动来进行补偿。只有在精确地知道溶液的性质、特别是其比热容以及热传导性且其性质保持不变的情况下才能进行这样的计算。但是，这在需要采用极为不同的溶液进行工作的HPLC泵中通常不可行。所有待应用溶液的特性必须预先确定并保存在表格中，这会花费相同精力。因此，这种方法对于用于通用型HPLC泵来说，存在很多限制。

在US5,108,264A中还提出一种方案(如其权利要求4)，该方案测量转变之前的***压力并借助控制回路来控制活塞运动，使得不会出现压力下降。使用压力控制回路的缺点在于易受外部因素干扰。也就是说，***压力的下降或波动例如也可能是因为在色谱***的下游其他组件中切换开关阀、色谱柱的流动阻力的改变、或者也可能因为在HPG泵情况下的并联泵而导致的。这种外部造成的压力波动会导致压力控制回路的错误行为。它可以在理论上通过使用流量调节来代替压力调节而得以避免。但是，在技术上非常难以实现或实现费用高昂。

US2008/0206067A1也涉及相同的问题。在此也建议使用压力控制回路，这会导致出现前述问题。作为另选解决方案，其提出了在发生转变之前的某个时间执行压缩，从而在转变开始时，已经减少了热效应。该解决方案的缺点是，热效应的减少(如US5,108,264A所述的)大约持续3秒钟。然而，在常用HPLC泵中，在较高流动速率下总循环时间仅为约1秒。其中至少一半时间需要用于吸入、压缩和输送。剩余时间对于充分减少热效应而言是过于短暂的。因此，所提议的方法恰好对于高流动速率是不可用的，在这种高流动速率下，由于大多数情况下的高压和高压缩速度，使得流量下降成为非常严重的情况。

在US2010/0040483A1中提出用下述方案解决整个问题，即，将压力产生的热功和与精确的流量产生彼此分开。然而，为此需要两个串联的泵，其缺点为成本过高。

类似于US5,108,264A，在WO2006/103133A1中也提议了根据相关溶液的性质计算出预计会出现的热效应，并通过相应的活塞运动进行补偿。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的在于实现一种控制装置，其用于控制用于液相色谱法尤其是高效液相色谱法的活塞泵单元；该控制装置允许在双活塞泵(或者更为广泛地，多活塞泵)的情况下，明显避免或减小因压缩工作和与之相关的热效应所导致的流量脉动，且不必经受前述已知解决方案中的缺点。尤其是，本发明的解决方案能够自动匹配于相应溶液的特性，其不会受到外部造成的压力波动的干扰，并且其也可以在短暂的循环时间情况下发挥作用。

本发明在第一实施方式中基于这样的认识，即，通过在压缩阶段短暂停止活塞运动并且在测量阶段中检测压力随时间变化的曲线能够获得一些信息，所述信息可以被用于在压缩阶段后的输送阶段或(在输送阶段中的)补偿阶段(在此期间，在介质与泵头之间发生温度补偿)确定用于控制一个或多个活塞的修正关系S_corr。控制装置通过使用所获得的测量数据确定该修正关系，使得通过把活塞运动的正常时间曲线(即，在未考虑热补偿效应的情况下，为了产生理想恒定流量的活塞运动)与修正关系进行叠加，使得完成了对一个或多个活塞-缸体单元(所述活塞-缸体单元在补偿阶段有助于输送介质)的活塞的控制，即，在补偿阶段对流量或压力的下降进行了补偿或者至少明显减少了流量或压力的下降。

通常可以针对活塞泵单元的每个(后续的)循环进行修正关系的确定，或者仅以特定的时间间隔或者在随后的触发事件时，例如在待输送介质组分改变之后确定所述修正关系。

根据可简单实现的实施方式，所述控制装置将修正关系s_corr(t)确定为使得，因介质的可压缩性或者通过非等温或者绝热的压缩工作以及热补偿过程造成的流动波动通过所述修正关系s_corr(t)与所述至少两个活塞-缸体单元中的至少一个活塞-缸体单元的活塞运动的叠加而被补偿，其在不考虑该介质的可压缩性的情况下可引起所需的流动。

有利的是，所述控制装置可以使用用于压力的时间曲线的预定的且优选分析理论关系P_theor(t)来确定修正关系S_corr(t)，并且通过使用测量阶段获得的测量数据来确定该关系中的一个或多个参数，使得可以得到期望的尽量优化的补偿效果。该理论关系P_theor(t)可以作为功能分析关系或者呈数值表格形式(其例如被标准化并且能受到一个或多个参数影响)保存在控制装置中。当然，同样情况也适用于实际的修正关系s_corr(t)，其基本形式不必每次由控制装置重新通过使用理论关系(以及必要时的其他常数或固定的时间上的关系)来确定。反之，该控制装置通常构造成使得其仅确定修正关系S_corr(t)的参数。

在确定所述修正关系S_corr(t)时，所述控制装置会考虑到在从测量阶段开始到补偿阶段开始的时间段内完成的热补偿，使得精度获得进一步提高。

为此，所述控制装置可以通过使用下列关系式来确定活塞运动s(t)的修正关系s_corr(t)：

s_corr(t)＝s_{corr_theor}(t)-s_{corr_theor}(t₅),

其中，t₅表示补偿阶段的开始时间，并且其中，用于补偿热效应的理论上所需的所述工作活塞的修正运动s_{corr_theor}(t)是通过使用下列关系式来确定的：

s_{corr_theor}(t)＝-Q_C·ΔP_theor(t)，

其中，使用Q_c来表示在测量阶段范围内的压缩系数Q_c＝Δs/ΔP，该压缩系数作为相关活塞的相应行进距离Δs与压力变化ΔP的比值而得出，并且其中，ΔP_theor(t)表示理论压差，该压差描述了热补偿过程，并且该理论压差是通过由理论关系P_theor(t)的曲线变化减去测量阶段开始时间的压力P_M值得到的。

根据本发明一个实施方式，所述控制装置利用包括参数P_e和τ的下列关系式作为用于所期望的压力曲线变化的分析理论关系P_theor(t)，

$P_{\mathrm{theor}}\left(t\right)=P_e\·(P_M-P_e)\·e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\τ}}},$

其中，P_e表示热补偿结束后的压力，τ表示补偿过程的时间常数，并且其中，P_M表示测量阶段的开始时间t₃时的压力。

所述控制装置在压缩阶段执行测量阶段，并且使用在测量阶段获得的数据来确定测量关系P_mess(t)的至少一个参数，使得所述测量关系P_mess(t)尽可能接近于获得的测量值。所述控制装置根据所述测量关系P_mess(t)的参数确定出理论关系P_theor(t)。

所述控制装置在时间方面是在压缩阶段即将结束之前执行测量阶段，并且其可以使用理论关系Ptheor(t)作为测量关系Pmess(t)。在这种情况下，针对测量关系所确定的参数无需换算就可用于理论关系Ptheor(t)和进而直接用于确定修正关系scorr(t)。

根据另一实施方式，所述控制装置可以在减压阶段执行测量阶段，优选地在时间方面在减压阶段即将结束之前执行测量阶段，并且使用在测量阶段中获得的数据来确定测量关系P_mess(t)的参数，使得测量关系P_mess(t)尽可能接近于获得的测量值。所述控制装置可以根据测量关系P_mess(t)的参数来确定出理论关系P_theor(t)的参数。然而，在这种情况下需要定期进行换算，这是因为在减压工作期间在测量阶段的自由容积大于补偿阶段开始之前的自由容积。在这种情况下，所述控制装置可以使用包括参数P_eD和τ_D的下列关系式作为测量关系

$P_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=P_{\mathrm{MD}}+(P_{\mathrm{eD}}-P_{\mathrm{MD}})\·(1-e^{-\frac{t-t_{21}}{{\mathrm{\τ}}_D}}),$

其中，P_eD表示热补偿结束后的压力，而τ_D表示在减压阶段中补偿过程的时间常数，并且其中P_MD表示测量阶段的开始时间t₂₁时的压力。所述控制装置可以根据压力值P_MD和P_eD或者压差ΔP＝P_eD-P_MD和时间常数τ_D来确定修正关系s_corr的参数。

在其中待由活塞泵单元输送的流量和待输送介质的组分基本恒定的时间段中，所述控制装置不仅可以执行通过在上述压缩阶段的测量来进行的测量关系的参数确定，而且可以执行上述减压阶段的参数确定，并且通过比较彼此对应的参数，可以分别确定换算关系，优选为换算因数，用于把减压阶段确定的相关参数转换成修正关系的参数。

由于测量阶段中的压力变化取决于介质特性、尤其是介质的可压缩性，所以为了确定修正关系，也将这些信息提供给控制装置。为此，在压缩阶段，所述控制装置在至少两个活塞位置处获得的针对第一活塞-缸体单元的容积内的压力的至少两个测量值或者获得针对活塞行进距离Δs的压差ΔP的测量值，并由此确定可压缩性的值或者压缩系数的值Q_c＝Δs/ΔP，其中，这两个测量值或者说压差范围选择为使得它们位于***压力附近。

然而对于所述控制装置而言，待输送介质的可压缩性的值或者压缩系数Q_c是已知的，例如存储在存储器中，或者由上级单元提供给它。

所述控制装置可以使用由其确定的可压缩性的值或压缩系数Q_c，来确定修正关系。

根据另一个实施方式，代替在测量阶段中活塞位置保持恒定，而是在测量阶段恒定保持相关活塞-缸体单元容积内的压力。对此，控制装置应当包括或实现有压力控制回路。代替压力的时间变化，在该实施方式中检测活塞位置在时间上的变化，这对于达到恒定压力是必须的。根据该测量数据将修正关系s_corr确定为使得在补偿阶段中补偿或至少明显减少压力或流量的下降。

不言而喻，在该变形方式中，所述控制装置将修正关系s_corr(t)确定为使得：由介质的可压缩性造成的流动波动通过所述修正关系s_corr(t)与所述至少两个活塞-缸体单元中的至少一个的活塞运动的叠加而被补偿，在不考虑热补偿过程的情况下活塞运动可造成理想的流动。

所述控制装置在此还使用用于活塞位置或活塞速度的预定且优选分析的理论关系s_{corr_theor}(t)来确定修正关系s_corr(t)，并且通过使用测量阶段检测到的测量数据来确定该关系中的一个或多个参数。

不言而喻，在该变形方式中，在确定所述修正关系S_corr(t)时，所述控制装置考虑到在从测量阶段开始到补偿阶段开始的时间段内实现的热补偿。

所述控制装置通过使用下列关系式来确定活塞运动s(t)的修正关系s_corr(t)：

s_corr(t)＝s_{corr_theor}(t)-s_{corr_theor}(t₅),

其中，使用t₅来表示补偿阶段的开始时间点。

根据一个实施方式，所述控制装置可以使用包括参数S_e和τ的下列关系式来确定用于补偿热效应的理论上所需的工作活塞S_{corr_theor}(t)的修正运动，

$s_{\mathrm{corr}\_\mathrm{theor}}\left(t\right)=(s_M-s_e)\·e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\τ}}},$

其中，S_e表示热补偿结束后的活塞位置，τ表示该补偿过程的时间常数，并且其中，S_M表示测量阶段的开始时间t₃时的活塞位置。

在一个另选方式中，所述控制装置在压缩阶段执行测量阶段，并且使用在测量阶段获得的数据来确定测量关系S_mess(t)中的至少一个参数，使得所述测量关系S_mess(t)尽量地接近于所获得的测量值，并且所述控制装置可以根据所述测量关系S_mess(t)的参数确定出理论关系S_{corr_theor}(t)。

在此，所述控制装置可以在时间方面是在压缩阶段即将结束之前执行测量阶段，并且使用理论关系S_{corr_theor}(t)作为测量关系S_mess(t)。由于由此确定位于***压力附近的压力范围内的测量值，所以可以省除把所确定的参数换算成修正关系的相关参数。

所述控制装置也可以在压力保持恒定时在减压阶段执行测量阶段，优选在时间方面是在减压阶段即将结束之前执行测量阶段，并且使用在测量阶段中获得的用于确定测量关系S_mess(t)的参数的数据，使得测量关系S_mess(t)尽可能地接近于所获得的测量值。所述控制装置根据测量关系S_mess(t)中的参数来确定出理论关系S_{corr_theor}(t)中的参数。

在压力保持恒定的另选情况下，所述控制装置可以针对测量关系S_mess(t)使用具有参数S_eD和τ_D的下列关系式

$s_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=s_{\mathrm{MD}}+(s_{\mathrm{eD}}-s_{\mathrm{MD}})\·(1-e^{-\frac{t-t_{21}}{{\mathrm{\τ}}_D}}),$

其中，S_eD表示热补偿结束后的活塞位置，而τ_D表示补偿过程的时间常数，并且其中S_eD表示测量阶段的对于应开始时间t₂₁时的活塞位置。由于在此已经在减压阶段确定了参数s_eD和x_D，因此应当将这些参数换算成修正关系S_corr(t)的对应参数。在此尤其可以把冲程差Δs_D＝s_eD-s_MD换算成冲程差Δs＝s_M-s_e。对于时间常数t_D和t也是如此。

为实现此目的，所述控制装置可以在其中由活塞泵单元输送的流动和输送介质的组分基本恒定的时间段中，不仅通过上述在压缩阶段的测量来确定测量关系的参数，而且执行上述减压阶段的参数确定，并且通过比较彼此相相应的参数，分别确定换算关系，优选为换算因数，用于将减压阶段确定的相关参数转化成修正关系的相应参数。这尤其是针对下列情况，即，在此通过在***压力附近执行测量来确定压缩阶段的参数。

根据另一实施方式，所述时间常数τ或所述时间常数τ_D被规定为其值是通过理论或根据经验确定的常数，并且优选地存储在该控制装置中。所述控制装置可以在确定其他参数P_e，S_e，P_eD，S_eD时使用该规定的时间常数。其优点在于，测量阶段可以选择得明显更短，这是因为在极端情况下对于确定参数而言，仅在测量阶段开始和结束时两次测量即可。因为这些测量点在时间上彼此相距较远，所以测量误差和干扰对测量结果影响较弱。

由于测量总是在不运动的介质中进行的，而补偿阶段的补偿是在介质运动时进行的，所以控制装置考虑到这些差异，对时间常数τ进行修改，而能够采用(必要时额外)修正的有效时间常数τ_eff，其中，该修正以使得该有效时间常数τ_eff随着流动速率的增大而减小的方式来完成，其中，所述控制装置优选按照下列关系式确定该有效时间常数τ_eff

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{eff}}=\mathrm{\τ}\·(1-k\·\frac{\mathrm{Fl}}{{\mathrm{Fl}}_{\max }}),$

其中，Fl表示当前流动速率，Fl_max表示最大可能的流动速率，并且其中，k表示0与1之间的恒定因数，该恒定因数是针对相关泵型根据实验或者通过仿真模拟而确定的。

附图说明

以下结合附图进一步说明本发明。图中：

图1示意性地示出了根据现有技术的串联双活塞泵；

图2示意性地示出了根据现有技术的并联双活塞泵；

图3示意性示出了根据本发明的并联双活塞泵；

图4利用曲线图来显示本发明第一实施方式的控制装置的工作原理；和

图5利用曲线图来显示本发明另一实施方式的控制装置的工作原理。

具体实施方式

本发明基于下述认识，即，基于测量可以预测热效应的变化情况，所述测量是在转变之前(即补偿阶段之前)完成的，在所述补偿阶段中，介质与环境之间完成了热补偿。基于已预测的变化情况可以确定何种活塞运动在转变之后需要进行修正。

根据本发明的方法能用来改善根据现有技术的串联双活塞泵或并联双活塞泵(或者具有两个以上的活塞-缸体单元的多活塞泵)。本申请的应用的前提仅在于，每个工作泵均具有压力测量装置，借此能够确定工作头部中的压力。在此情形中，压力是借助压力传感器直接地确定还是通过因压力施加的力或变形而间接地确定的是无关紧要的。

下面参照图3所示的实施方式来描述本发明，该实施方式基本上与双活塞泵3的已知实施方式一致，这是因为本发明是仅在考虑相应测量信号或者测量结果及计算结果的情况下通过特殊地控制驱动装置而实现的。所以，图2和图3中彼此相应的组件采用了相同的附图标记。

与图2不同，双活塞泵3具有控制装置5，其使用下述方法来控制两个工作泵30、40的驱动装置35和45。在每个活塞-缸体单元31、41中均设有压力传感器7，其信号被输入至控制装置5。而且还可以设置用于检测活塞32、42的位置的装置，该装置可以集成到相应的驱动装置35、45中。当然，也可以将其直接布置在活塞-缸体单元31、41上。检测装置的信号也被输入至控制装置5。

也可以仅为泵30、40中的一个泵配备相应的传感器，尤其是当其涉及具有相同特性的同类泵时，这是因为在这样的情况下，另一泵可以通过使用利用传感装置针对该泵获得的结果而被相应地控制。

如果本发明应用在根据图1的串联双活塞泵中，则只需为工作泵10配备相应的传感器。

下面参照图3所示的并联双活塞泵3的实施方式并依据图4所示的曲线图来说明本发明方法。

如图4所示，三个曲线图的时间轴是相同的，并且示出了一部分泵循环，具体而言示出了压缩阶段以及其之前和之后的一段时间。与上述描述类似，正在执行压缩的泵仍被称为第一工作泵。在根据图3的并联双活塞泵的情况下，所示的过程在两个工作泵30、40中交替地发生。在此，控制装置5负责了所有必要功能，这些功能用于控制驱动装置35、45以及用于检测和分析压力传感器7的信号或集成在驱动装置中的用于检测活塞32、42的位置的传感器的信号。

上面的曲线图示出了第一活塞-缸体单元或第一工作头部31、41的关于时间轴的压力变化P(t)，其中，P_Sys表示***压力，其在该示例中被认为是恒定的。

中间的曲线图示出了第一工作活塞32、42的关于时间轴的位置s_P，其中，在0位置处，活塞被完全收回，即，处于图3中的最左侧。

下面的曲线图示出了第一工作活塞32、42的相应的速度v_P。为了简化起见，显示了理想的阶跃式速度变化，而不是实际的斜坡式速度过渡。

在开始时，即在时间t₁之前，第一工作泵30、40吸入新的溶液。在此，压力对应于环境压力。在吸入阶段或者填充阶段，由于第一工作活塞32、42的速度V₁为负，因此活塞位置朝向零点变化。这是通过图4的中间曲线图的线段110来显示的。活塞位置的零点s_p＝0对应于活塞32、42的后反转点。

在时间t₁，活塞到达其后反转点，并且此时以速度v₂前进。位于工作头部内的溶液被压缩，从而引起压力上升，如图4的上面的曲线图中的曲线段101所示的。从此一直到达到***压力P_sys的这一段被称为压缩阶段。通过在压缩工作期间输入的功，待输送介质或者说溶液会升温。

在压缩工作期间测量溶液的可压缩性，即，测量体积变化与压力变化之间的关系。为此，在达到第一测量压力P_c以及较高的第二测量压力P_M时，存储对应的活塞位置s_C和s_M(时间t₂和t₃)。然后，根据这些测量值可以计算出可压缩性(例如在US4,255,088A所述的)。然而，为了简化，计算压缩系数Q_c就足够了，该压缩系数根据下列关系式表达了行程变化与压力变化之间的关系：

$Q_C=\frac{\mathrm{\Δs}}{\mathrm{\ΔP}}=\frac{s_M-s_C}{P_M-P_C}---\left(1\right)$

测量压力P_M和P_c两者均应位于***压力附近，并且应当如此选择，即，即使压力测量不精确，真实的测量压力也不能达到***压力，并且压力差及行程差要足够大，以便能将Q_c的精度控制在几个百分比之内。

在达到第二测量压力P_M时，即，在即将达到***压力P_Sys之前，工作活塞12、或32、或42的运动仍然是停止的，进而压缩也仍然是停止的(时间t₃)。现在，马上进行的是一个短暂的测量阶段或者测量区间103。在该测量阶段103期间，工作活塞不继续运动，也就是说，在该阶段中，速度v₃为零。

在该测量区间内，不再向此前已被压缩的溶液输入能量，因此可用的容积保持恒定。由于压缩生热，而导致溶液的温度高于***的工作头部的温度，所以就开始了溶液向工作头部31、41排出热量的热补偿过程。由此导致的容积缩小导致在压力变化中的压力下降102，该压力变化显示在图4的上面的曲线图中。控制装置5借助其压力传感器7来检测压力的这种时间变化P(t)。为此，在测量区间103的持续时间中反复多次在时间上间隔地测量工作头部中的压力P(t)。这得到了测得的压力曲线，该压力曲线再现了压力下降102与时间的关系。在实际中，用于测量的传感器具有一定的噪声。为了以足够精度测量压力曲线，应当选择足够长的测量区间。按照适当方式，测量区间的持续时间应当在0.1s至1s之间，优选地为大约0.5s。

按照图4的上面的曲线图的曲线105，假如将活塞32、42长时间留置在位置s_M处，那么热效应就会慢慢减弱，并且压力下降也会变慢。这对应于根据现有技术的上述解决方案，其由于在高流动速率下对时间的较高要求而无法使用。

在本发明的方法中，与现有技术不同，无需等候热效应大部分消减完，而是在时间t₄(测量阶段的结束)仍然继续压缩工作，直到达到***压力P_Sys。该过程被称为剩余压缩，并且开始于短暂的测量区间103完成之后，也就是说在热效应减弱之前。

在剩余压缩期间，工作头部中的压力会按照曲线104上升(参见图4的上面的曲线图)，并在时间t₅达到***压力。在该时间t₅，相关出口阀38、48打开，并且开始转变。如现有技术所公知的那样，现在必须在补偿阶段(其体现为泵的相应输送阶段的第一部分)中调整两个活塞32、42或其中一个活塞的速度，以使得总流量不会发生不希望的改变。

由于测量阶段103比较短，从而在时间t₅，热效应仅少量消减，即，待输送的介质或者溶液仍然比***的工作头部31、41更热。在补偿阶段(即在转变期间以及随后的输送阶段期间)发生进一步的热补偿。由温度变化导致的体积缩小导致了在整个双活塞泵3的出口端74提供的流量减小。在没有额外措施的情况下，即在采用运动特性曲线117或速度曲线127(图4的中间的曲线图和下面的曲线图)的情况下，那么在转变开始之后，按照对应于曲线107的不希望的方式，减少由整个双活塞泵提供的流量以及也减少***压力P_Sys。

为了避免这种情况，根据本发明，根据测得的压力曲线102的时间变化计算体积的缩小，并通过叠加的相应活塞运动s_corr(t)来对其加以补偿。

为了计算体积缩小，首先要考虑下列情况：此时活塞在测量阶段103之后，即从时间t₄开始持续保持原样。在这种情况下，曲线102会继续，并且压力因此会随着曲线105变化。该曲线可以相对简单地根据所测得的压力曲线102推导得出，这是因为该补偿过程的原理性变化是已知的。在第一次接近中，该补偿过程按照下列等式变化：

$P_{\mathrm{theor}}\left(t\right)=P_e\·(P_M-P_e)\·e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\τ}}}---\left(2\right)$

在此，P_e是补偿过程完全消失之后在理论上所达到的最终压力，P_M是在时间t₃的初始压力，而τ是补偿过程的时间常数(其例如可以约为3秒)。根据等式(2)的函数被套用到在测量区间103记录到的数据，即，例如借助于最小二乘法来优化未知的参数P_e和τ，使得函数变化P(t)最优地与测量数据重合。

按此方式确定的函数对应于理论上的压力曲线105，该压力曲线是工作活塞在时间t₄之后仍然继续保持之时的压力曲线。

假如不存在热效应，那么压力从时间t₃开始就已经保持恒定，此时P＝P_M。因此，应当仅从等式(2)的右侧部分中减掉P_M，以便获得因热效应造成的(负的)理论上的压力变化ΔP_theor(t)：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=P_e-P_M+(P_M-P_e)\·e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\τ}}}---\left(3\right)$

工作活塞的修正运动s_corr__theor(t)对应于在理论上用于补偿热效应的压力变化ΔP_theor(t)，工作活塞的该修正运动可以借助能根据等式(1)确定的压缩系数Q_c而计算得到：

$s_{\mathrm{corr}\_\mathrm{theor}}\left(t\right)=-Q_C\·\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{theor}}=-Q_C\·(P_e-P_M+(P_M-P_e)\·e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\τ}}})---\left(4\right)$

上述计算虽然涉及到出口阀38、48关闭的情况，但是体积减小却与出口阀是关闭还是打开无关。因此计算得到的修正运动也可用在出口阀38、48打开的情况下。

出现在转变之前(即t<t₅)的部分热效应是在剩余压缩期间被自动补偿的，这是因为工作泵的压力在剩余压缩期间肯定会升高到***压力P_Sys或者说一直上升直到打开出口阀38、48。

因此，从时间t₅开始，仅应当或者说允许执行剩下的修正关系S_{corr_theor}(t)。以此方式加以修正的修正关系为：

s_corr(t)＝s_{corr_theor}(t)-s_{corr_theor}(t₅)(5)

其中，从等式(4)减去值s_{corr_theor}(t₅)。这样总体上得到了下列关系式，用于修正关系s_corr(t)：

$s_{\mathrm{corr}}\left(t\right)=s_{\mathrm{corr}\_\mathrm{theor}}\left(t\right)-s_{\mathrm{corr}-\mathrm{theor}}\left(t_5\right)=-Q_C\&CenterDot;(P_M-P_e)\&CenterDot;(e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\&tau;}}}-e^{-\frac{t_5-t_3}{\mathrm{\&tau;}}})---\left(6\right)$

除了正常的活塞运动(图4的中间的曲线图中的曲线117)之外，相关的工作活塞32、42还被移动了按此方式计算得到的行程s_corr(t)，从而得到了曲线116。由此使得相关的活塞-缸体单元31、41的自由容积33、43小于没有修正的情况，由此补偿了体积的减小。就速度而言，代替正常的活塞速度127，首先以按照曲线126所示的更高的活塞速度来运行，从而提供了额外的流量用以补偿热效应。由此避免了如曲线107所示的压力下降，并且压力遵循着曲线106(参见图4中的下面的曲线图)。

原则上，在前述可行方式中，还可以使用其他的测量关系P_mess(t)，以适应于在测量阶段检测到的测量值，并且据此尤其是根据其函数参数按照等式(4)计算出理论上的修正关系的参数P_e和τ，或按照等式(6)计算该修正关系。

然而，在前述可行方式中，使用了根据等式(2)的理论上的关系P_theor(t)作为测量关系P_mess(t)。

通过在控制装置5中实施该方法，可以完全补偿或至少明显减少流量下降或压力下降，所述流量下降或压力下降在并联双活塞泵3中通常基于压缩热会出现在转变期间和之后。同样情况也适用于未详细说明的对于根据图1的串联双活塞泵的应用。

在各种情况下，在所有这些可行方式中，在压缩阶段之后但在转变开始之前，即输送阶段(或者补偿阶段)开始之前，引入一段短暂的测量阶段，在该测量阶段，测量相对于时间的压力变化，其由压缩热的开始的热补偿过程造成，其中，根据测得的压力变化计算预计会出现的活塞体积减小或对于补偿体积减小所必须的修正运动的其他时间变化。

如果测量阶段是在压力近似于***压力P_Sys的区域内执行的，那么就可以忽略剩余压缩的影响，进而可以忽略输入给它的能量。但是，仍然可以在较低压力下(其中介质的可压缩性已经发挥作用)执行测量阶段，并且在较低压力下测量所得的参数P_e和τ在利用理论或者根据经验确定的规则的情况下换算成在压力值方面近似于***压力P_Sys'的参数。

但是在原则上可以在通过测量执行方法的过程中获得计算修正运动所必须的信息。因此，该方法可以自动适用于几乎任意的溶液。与其中修正是根据溶液的已知物理特性计算得到的已知方法不同的是，在实现前述方法中，不需要提供正在使用的溶液类型，也不需要自行确定或保存溶液。这在采用LPG原理的步进泵中是非常有利的，其中，溶液在泵入口或泵入口之前按可变组分进行混合，从而混合物的特性是随相应的混合比例而变化的。本发明方法针对当前的混合比例自动确定优化的修正运动。在根据现有技术的某些解决方案中，必须知道每种混合比例的物理特性，这是非常麻烦的。

该方法的另一优点在于，它是与***压力的改变无关地进行工作的。即使是***压力在短暂的测量阶段中出现了变化，这也不会对测量产生干扰，这是因为在测量期间相关的出口阀仍然是关闭的。在进行修正时，***压力的变化也不会产生干扰影响，这是因为修正的执行与压力无关，而是仅仅通过预先计算的活塞运动在体积上发生改变。与此不同，通过***压力的改变会干扰压力控制回路(如其在多个已知解决方案中所提议的那样)，而这会导致错误的修正。

该方法的另一个明显优点在于，它也可以用在高流量或者短循环时间中，这是因为测量过程仅需少量时间，并且修正是附加至正常的活塞运动之上的，而无需额外的时间。无需等到热效应已大幅度消减，这会对最大流量造成限制。

除上述特殊优点之外，本发明还提供了与现有技术相同的优点：在高的工作压力和可压缩性高的溶液下，几乎完全克服了由于向泵头输出压缩热造成的流量下降和压力下降。

下面说明基于本发明的一些变形，上述优点也适用于这些变形。

在前述说明中，有利的是，将测量压力P_M(测量阶段103适于该测量压力)选择为等于上述的用于确定可压缩性或压缩系数Q_c的测量压力。换言之：用于确定修正关系s_corr(t)的测量阶段紧接着用于确定压缩系数的压力值测量阶段。这虽然是适当的，但不是必须的。这两类测量必须仅在大约相同的压力范围内完成。压缩系数例如也可以在压力略低的情况下确定。

原则上，当然也可以规定相关的待输送介质的可压缩性的值或压缩系数，并将其存储在控制装置5中。然而，在这种变形方式下失去了该方法自动适应于待输送介质的优点。

在所有前述和后述的变形方式中，不是非要利用相关的工作活塞来执行修正运动s_corr(t)，而是在串联泵的情况下，还可以利用补偿活塞22来执行该修正运动，而在并联泵的情况下，还可以利用第二工作活塞32、42来执行修正运动，只要其出口阀是打开的即可。同样，可以把修正运动分配给两个活塞。在这种情况下，该修正运动之和应当等于所确定的修正运动s_corr(t)。

最简单、因而也是优选的实施方式仍然是利用此前已经压缩了该介质的工作活塞来执行修正。

在本发明的另一个变形方式中，压力调节回路可以在测量区间103中对工作活塞的运动进行控制，使得工作泵的压力在测量区间的持续时间内保持恒定。这样，作为测量信号记录并评估的不是压力信号的时间变化，而是相关活塞位置的时间变化。当然，为此，控制装置必须被构成为能充分精确地检测活塞位置。这当然不是意味着必须提供单独的装置来进行检测。因为活塞位置或者速度是由相同控制装置确定的，所以采用规定值就完全足够了。在很多驱动***中，可以认为机械活塞的实际位置与规定值是精确重合的。

这种做法与前文所述的类似。但是，由于此处在测量区间103中记录的活塞位置数据直接代表了修正函数，所以省略了等式(4)中的Q_c项，而修正可用于确定参数s_e和τ的修正关系Scorr(t)如下所示：

$s_{\mathrm{corr}}\left(t\right)=(s_M-s_e)\&CenterDot;(e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\&tau;}}}-e^{-\frac{t_5-t_3}{\mathrm{\&tau;}}})---\left(7\right)$

其中，在此为了说明用于补偿热效应理论上所必须的修正运动，需要采用下列关系式：

$s_{\mathrm{corr}\_\mathrm{theor}}\left(t\right)=(s_M-s_e)\&CenterDot;e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\&tau;}}}---\left(8\right)$

未知的参数s_e和τ与前述方式类似可通过使用测量函数s_mess(t)来确定。在最简单的情况下，可以再次使用根据等式(7)的关系式作为测量函数s_mess(t)，此时测量是在***压力P_Sys附近执行的。因此，在这种情况下存在：

$s_{\mathrm{mess}}\left(t\right)=s_{\mathrm{corr}\_\mathrm{theor}}\left(t\right)=(s_M-s_e)\&CenterDot;e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\&tau;}}}---\left(9\right)$

但是，原则上也可以使用另外的关系作为测量关系，并根据其变化或其函数参数来根据等式(7)的确定修正关系的参数。

与现有技术所提议的压力调节回路不同，此处不调节***压力，而是对测量区间内的工作泵的压力进行控制。由于此时相关联的出口阀仍然关闭，所以压力调节回路不会受到***压力的可能出现的变化的影响。

如上所述，测量区间103(或者在恒定调节的压力下确定活塞位置变化时的相应测量区间)具有一定的最短持续时间，以便能够充分精确地确定所测得的压力曲线。如果假定时间常数τ是固定的，则对测量精确性的要求可以显著降低。这样，等式中唯一可变的参数就是最终压力P_e.或最终位置s_e。为了确定这些参数，只需在测量区间开始时和结束时的两个测量点就足够了。因为这两个测量点在时间上彼此相距很远，所以噪声对计算结果的影响不严重。反之，按此方式，即使在较短测量区间也可达到足够精确的结果。在泵的循环时间很短，即首先在高流量的情况下，测量区间的这种缩短是有利的。

迄今为止，在所有变形方式中没有涉及以下情况：相关的工作活塞32、42从转变开始输送位于工作头部内的溶液，进而使其处于运动中。由此改善了介质与周围部件之间的热交换，从而溶液比静止时更快地冷却。所以，体积缩小也更快。

因此，必须还更为快速地执行活塞运动，以补偿热效应。根据本发明能实现这一点，这是因为，将补偿运动的时间常数τ与可变系数相乘，该可变系数会随着泵送速度上升而变小。在较低流量下，即，当在热效应期间几乎没有活塞运动时，该系数约为1，也就是说修正是利用计算得到的时间常数来执行的。在高流量下，该系数变小，从而所采用的时间常数相应地缩短。

计算系数所基于的函数取决于泵的流动部件的几何形状。然而在实践中，例如采用下列的简单公式即可，其中，该系数随流量增大而线性地减小：

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{eff}}={\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{calc}}\&CenterDot;(1-k\&CenterDot;\frac{\mathrm{Fl}}{{\mathrm{Fl}}_{\max }})---\left(10\right)$

在此，用τ_eff来表示计算得到的时间常数，该时间常数被用于计算修正运动，以代替等式(6)或等式(7)中的τ。τ_calc是计算得到的时间常数，其是通过把相应的测量关系P_mess(t)或s_mess(t)拟合至曲线102而确定的(对于测量关系被选择为等于理论上的修正关系P_theor(t)或S_theor(t)的情况)，k是待确定的0至1之间的系数，Fl是相关双活塞泵的设定的流量，Fl_max是泵的最大的可能流量。

在流量＝0时，τ_eff＝τ_calc。随着流量上升，τ_eff线性地减小。在k＝0.8且流量最大时，得到了τ_eff＝0.2τ_calc。

系数k可以简单地根据经验针对特定泵型来优化。对此，泵在高压和中等至高流量下工作，并且改变k的值，从而得到最优的脉动特性。

在前述实施方式中，热效应的测量是在测量区间103中优选地始于转变之前，即在时间t₅处进行的。在此必须确定，转变是及时结束的，随后另一泵达到其输送冲程的终点。如果在测量区间103或在此前不久双活塞泵3的设定流量增大，则另一泵比预先更早地达到了其输送冲程的终点，从而可用的测量时间就突然显著缩短了。

该问题可以通过下述的另选实施方式得以避免。该另选实施方式基于下述情况：在所述结构类型的泵的情况下，因为无法避免的死容积，所以在相关工作头部中的自由容积13或33或43(图1或图2和3)在活塞位于前方的最终位置时也不为零。剩余的自由残余容积在转变结束时处于***压力P_Sys。如果随后拉回该活塞以便吸入新的溶液，则首先给该残余容积减压，直到工作头部中的压力达到环境压力，并吸入新的溶液为止。

在减压期间也会出现热效应，这是因为溶液基于减压而冷却，并且压力因此而快速降低，超过基于活塞运动所期待的那样。这种热效应与压缩之时的情况刚好相反，并且可根据本发明按类似的方式和方法来检测。

图5与图4类似示出了压力P、活塞位置s_P和工作活塞的速度v_P。在开始时，工作活塞会驱动溶液，并在时间t₂₀达到其前方的最终位置。现在，活塞以速度v₂₁收回。由此剩余的自由残余容积就拥有了更多空间，并且压力将快速下降。该过程在下面被称为减压。

减压在时间t₂₁或者说在达到压力P_MD时中断，也就是说，该活塞被停住(v₂₀＝0)。由此开始测量区间203。与前述过程类似，在测量区间会发生热补偿过程，其中会加热此前冷却的溶液。这会导致压力按照曲线202上升，它可按测量技术来检测。从时间t₂₂开始，执行其余的减压，也就是说，活塞被继续收回。在时间t₂₃达到环境压力，进口阀17或37或者47打开，并且开始吸入阶段110，此时吸入新的溶液。在时间t₁，该活塞达到其后方的最终位置。随后进行压缩101，其中活塞以速度v₂向前运动。在压缩结束时(即，从时间t₅开始)，如上所述释放出压缩热，这会导致体积缩小，若无其他措施就会导致压力下降107。

在该实施方式中，体积缩小的时间变化是根据在测量区间203所获得的数据估计的，并且按如上所述的相同方式加以补偿，即代替活塞运动117而执行经修正的活塞运动116。

在本发明的该变形方式中，由于测量热效应仅在减压期间进行，进而在活塞的前方的最终位置附近进行，所以有效的液体体积明显小于压缩工作结束时的液体体积。此外，该液体体积的绝大部分位于活塞与泵头之间的狭窄区域内。所以，在液体与泵头之间的热接触明显优于当活塞位于后方时的情况。在两种情况下均导致了：该热补偿过程的时间常数τ_D明显短于在压缩阶段或接近压缩阶段结束时发挥作用的时间常数τ。因此，与测量发生在压缩阶段结束时的前述方法相比，明显更短的测量区间203就足以检测补偿过程。

因此，在该实施方式中作为测量关系，可以使用下列关系式：

$P_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=P_{\mathrm{MD}}+(P_{\mathrm{eD}}-P_{\mathrm{MD}})\&CenterDot;(1-e^{-\frac{t-t_{21}}{{\mathrm{\&tau;}}_D}})---\left(11\right)$

其中，τ_D表示该指数式变化的测量关系P_mess(t)的时间常数，P_eD表示热补偿结束时应当出现的最终压力(如果相应长地选择测量阶段)，并且P_MD表示在测量阶段203开始时测得的压力。

可以根据经验在前期实验中确定在测量区间203确定的时间常数τ_D和修正所需的时间常数τ之间的换算因数、以及在测量区间203确定的压差ΔP_D＝P_eD-PMD与修正所需的压差ΔP＝P_e-P_M之间的换算因数。在此，可以在测量区间203的减压期间进行测量，也可以在测量区间103的压缩结束时进行测量，并且确定了在τ与τ_D之间以及在ΔP与ΔP_D之间的换算因数。如果预期当前没有流量改变，则这种前期实验也可以以全自动的方式完成。

在实际中，通常对于两个时间常数τ和τ_D无需换算而直接使用经验值，并据此计算出经修正的活塞运动116即可。由于在很多时候人们可能认为，在正常工作中的时间常数恰好等于在前期实验中的那样。也就是说，在正常工作中，对于减压后的测量采用在前期实验中确定的时间常数τ_D，而不是重新根据测量值来确定时间常数。同样，对于计算补偿运动而言，直接采用在前期实验中确定的时间常数τ，而不必通过换算T_D来计算出该时间常数。

为了在减压阶段测量中产生与压缩阶段结束时大部分相同的情况，有利的是，测量P_MD的初始压力几乎等于环境压力，并且尽可能快速地执行减压。在此，P_MD被选择为不等于环境压力，这是因为已经很小的非精确性的压力传感器7会导致在测量之前吸入新的溶液。然而，P_MD也可以被选择为明显高于环境压力，其中，在这种情况下测量结果必须按照较低压差进行换算。

该实施方式使得可以在不具决定性的时间间隔下执行测量，并且经历较短的测量持续时间。如果在测量期间提升了所需的泵流量，则可用的总时间的缩减可以顺利地通过更高的吸入速度或者更快的压缩来获得。因此，在这种情况下也有足够的所需的测量时间可供使用。

当然，在该变形方式下，代替维持活塞位置恒定和在测量阶段检测压力变化，也可以恒定地调节压力，并检测活塞位置作为测量参数。

与前述实施方式类似，此处可以采用下列关系式作为测量关系：

$s_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=s_{\mathrm{MD}}+(s_{\mathrm{eD}}-s_{\mathrm{MD}})\&CenterDot;(1-e^{-\frac{t-t_{21}}{{\mathrm{\&tau;}}_D}})---\left(12\right)$

可以如上所述在前期实验中确定在减压阶段确定的时间常数τ_D与修正所需的时间常数τ之间的换算因数以及在减压阶段确定的冲程差Δs＝s_eD-s_MD和修正所需的冲程差Δs＝s_e-s_M之间的换算因数。

最后还要指出，所有前述变形实施方式完全可以相互组合，只要该组合是有意义的并且这些变形实施方式不相互排斥即可。

Claims (32)

1.一种用于控制针对液相色谱法的活塞泵单元的控制装置，

(a)其中，所述活塞泵单元具有至少两个以不同的相位循环地工作的活塞-缸体单元，所述活塞-缸体单元在出口端口处产生待输送的液体介质的预定的流动，其中，在所述出口端口处，基于与该出口端口处相关的流动负载阻力而产生***压力，

(b)其中，所述控制装置在活塞运动方面对用于所述至少两个活塞-缸体单元的驱动设备进行控制，

(c)其中，在所述至少两个活塞-缸体单元的每一个活塞-缸体单元的一个循环的压缩阶段中，实现介质的从出口压力到***压力的非等温压缩，并且其中，在紧接后续的至少也由相关的那个活塞-缸体单元确定流动的输送阶段中，在压缩阶段中被加热的介质在输送阶段的补偿阶段被冷却，并且

(d)其中，在相关的那个活塞-缸体单元的循环的继紧接着所述输送阶段之后的减压阶段中，实现介质的从***压力到环境压力的非等温膨胀或绝热膨胀，并且其中，在相关的那个活塞-缸体单元的后续紧接的填充阶段中，待输送的介质被送入相关的活塞-缸体单元的缸体容积内，或者被该活塞-缸体单元吸入，

其特征在于，

(e)所述控制装置被构造成用于获得所述至少两个活塞-缸体单元的至少一个第一活塞-缸体单元的缸体容积中的压力，

(f)所述控制装置在所述第一活塞-缸体单元的压缩阶段的测量阶段或者在所述第一活塞-缸体单元的减压阶段的测量阶段中，使得用于所述第一活塞-缸体单元的所述驱动设备停止运转预定的时间段，并由此获得表征压力随时间变化的曲线的测量数据，并且

(g)所述控制装置利用在测量阶段中获得的用于确定修正关系s_corr(t)的测量数据，对所述至少两个活塞-缸体单元中的至少一个活塞-缸体单元在补偿阶段的活塞运动进行修正，并且在使用所述修正关系的情况下在补偿阶段控制所述至少两个活塞-缸体单元中的所述至少一个活塞-缸体单元，使得因热补偿过程而造成的流动波动基本上得到补偿。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置确定修正关系s_corr(t)，使得由介质的可压缩性造成的流动波动通过所述修正关系s_corr(t)与所述至少两个活塞-缸体单元中的所述至少一个活塞-缸体单元的活塞运动的叠加而被补偿，在不考虑介质的可压缩性的情况下，所述活塞运动可引起所需的流动。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置使用用于压力的时间曲线的预定的理论关系P_theor(t)来确定所述修正关系S_corr(t)，并且通过使用测量阶段获得的测量数据来确定该关系中的一个或多个参数。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在确定所述修正关系S_corr(t)时，所述控制装置考虑从开始测量阶段到开始补偿阶段的时间段内实现的热补偿。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置通过使用下列关系式来确定活塞运动s(t)的修正关系s_corr(t)：

s_corr(t)＝s_{corr_theor}(t)-s_{corr_theor}(t₅),

其中，t₅表示补偿阶段的开始时间，并且其中，用于补偿热效应的理论上所需的所述工作活塞的修正运动s_{corr_theor}(t)是通过使用下列关系式来确定的：

s_{corr_theor}(t)＝-Q_C·ΔP_theor(t),

其中，Q_c表示在测量阶段范围内的压缩系数Q_c＝Δs/ΔP，所述压缩系数作为相关活塞的相应行进距离Δs与压力变化ΔP的比值而得出，并且其中，ΔP_theor(t)表示理论压差，该理论压差描述了热补偿过程，并且该理论压差是通过由理论关系P_theor(t)的曲线变化减去测量阶段开始时间的压力值P_M得到的。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置利用包括参数P_e和τ的下列关系式作为用于所期望的压力曲线变化的分析理论关系P_theor(t)，

$P_{\mathrm{theor}}\left(t\right)=P_e\&CenterDot;(P_M-P_e)\&CenterDot;e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\&tau;}}}$

其中，P_e表示热补偿结束后的压力，τ表示补偿过程的时间常数，并且其中，P_M表示测量阶段的开始时间t₃时的压力。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在压缩阶段执行测量阶段，并且使用在测量阶段获得的数据来确定测量关系P_mess(t)中的至少一个参数，使得所述测量关系P_mess(t)尽可能接近于获得的测量值，并且所述控制装置根据所述测量关系P_mess(t)的参数确定出理论关系P_theor(t)的参数。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在时间方面是在压缩阶段即将结束之前执行测量阶段，并且使用理论关系P_theor(t)作为测量关系P_mess(t)。

9.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在所述减压阶段执行测量阶段，并且使用在测量阶段中获得的数据来确定测量关系P_mess(t)的参数，使得测量关系P_mess(t)尽可能接近于获得的测量值，并且所述控制装置根据测量关系P_mess(t)的参数来确定出理论关系P_theor(t)的参数。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置使用具有参数P_eD和τ_D的下列关系式作为测量关系

$P_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=P_{\mathrm{MD}}+(P_{\mathrm{eD}}-P_{\mathrm{MD}})\&CenterDot;(1-e^{-\frac{t-t_{21}}{{\mathrm{\&tau;}}_D}})$

其中，P_eD表示热补偿结束后的压力，而τ_D表示在减压阶段中补偿过程的时间常数，并且其中P_MD表示测量阶段的开始时间t₂₁时的压力，并且所述控制装置根据压力值P_MD和P_eD或者压差ΔP＝P_eD-P_MD和时间常数τ_D来确定修正关系s_corr的参数。

11.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，在其中待由所述活塞泵单元输送的流量和待输送的介质的组分基本恒定的时间段中，所述控制设备不仅根据权利要求7或8执行通过在压缩阶段的测量来进行的测量关系的参数确定，而且根据权利要求9执行减压阶段的参数确定，并且通过比较彼此对应的参数，分别确定换算关系，用于把减压阶段确定的相关参数转换成修正关系s_corr(t)的参数。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的控制装置，其特征在于，

(a)在压缩阶段，所述控制装置在至少两个活塞位置(s_M，s_C)处获得针对所述第一活塞-缸体单元的容积内的压力的至少两个测量值(P_M，Pc)或者获得针对活塞行进距离Δs的压差ΔP的测量值，并由此确定可压缩性的值或者压缩系数的值Q_c＝Δs/ΔP，其中，这两个测量值或者说压差范围选择为使得它们位于***压力附近，或者

(b)对于所述控制装置而言，待输送介质的可压缩性的值或者压缩系数Q_c是已知的，并且

(c)所述控制装置使用可压缩性的值或压缩系数Q_c来确定修正关系。

13.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在时间方面在减压阶段即将结束之前执行测量阶段。

14.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述换算关系为换算因数。

15.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述待输送介质的可压缩性的值或者压缩系数Q_c存储在所述控制装置中。

16.一种用于控制针对液相色谱法的活塞泵单元的控制装置，

(a)其中，所述活塞泵单元具有以不同相位循环地工作的至少两个活塞-缸体单元，所述至少两个活塞-缸体单元在出口端口处产生待输送的液体介质的预定的流动，其中，在所述出口端口上，根据与该出口端口处相关的流动负载阻力而产生***压力，

(b)其中，所述控制装置在活塞运动方面对用于所述至少两个活塞-缸体单元的驱动设备进行控制,

(c)其中，在所述至少两个活塞-缸体单元的每一个活塞-缸体单元的一个循环的压缩阶段中，实现介质的从出口压力到***压力的非等温压缩，并且其中，在紧接的至少也由相关的那个活塞-缸体单元确定流动的输送阶段中，在压缩阶段被加热的介质在输送阶段的补偿阶段被冷却，并且

(d)其中，在相关的活塞-缸体单元的循环的继所述输送阶段之后的减压阶段中，实现介质的从***压力到环境压力的非等温或绝热膨胀，并且其中，在相关的活塞-缸体单元的后续填充阶段中，待输送的介质被送入相关的活塞-缸体单元的缸体容积，或者被该活塞-缸体单元吸入，

其特征在于，

(e)所述控制装置被构造成用于获得在所述至少两个活塞-缸体单元的至少一个第一活塞-缸体单元的压力和活塞位置或该活塞的速度，并且用于获得在所述第一活塞-缸体单元的容积中的压力，

(f)所述控制装置在所述第一活塞-缸体单元的压缩阶段的测量阶段或者在所述第一活塞-缸体单元减压阶段的测量阶段中，在预定时间段内控制用于所述第一活塞-缸体单元的驱动设备，使得所述第一活塞-缸体单元的容积内的压力是恒定的，并且由此获得测量数据，该测量数据表征了所述第一活塞-缸体单元的活塞的与时间相关的位置曲线或者与时间相关的速度曲线，并且

(g)所述控制装置使用在所述测量阶段获得的用于确定修正关系s_corr(t)的测量数据对所述至少两个活塞-缸体单元中的至少一个活塞-缸体单元在所述补偿阶段的活塞运动进行修正，并且在使用所述修正关系的情况下在补偿阶段控制所述至少两个活塞-缸体单元中的所述至少一个活塞-缸体单元，使得通过介质的可压缩性而造成的流动波动基本上得以补偿。

17.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置确定修正关系s_corr(t)，使得由介质的可压缩性造成的流动波动通过所述修正关系s_corr(t)以及所述至少两个活塞-缸体单元中的所述至少一个活塞-缸体单元的活塞运动的叠加而进行补偿，该活塞运动在不考虑该介质的可压缩性的情况下可产生所需的流动。

18.根据权利要求16或17所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置使用用于活塞位置或活塞速度的时间曲线的预定的理论关系s_{corr_theor}(t)来确定修正关系s_corr(t)，并且通过使用测量阶段获得的测量数据来确定该关系中的一个或多个参数。

19.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于，在确定所述修正关系S_corr(t)时，所述控制装置考虑到从开始测量阶段到开始补偿阶段的时间段内实现的热补偿。

20.根据权利要求19所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置通过使用下列关系式来确定活塞运动s(t)的修正关系s_corr(t)：

s_corr(t)＝s_{corr_theor}(t)-s_{corr_theor}(t₅)，

其中，t₅表示补偿阶段的开始时间点。

21.根据权利要求20所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置使用包括函数参数S_e和τ的下列关系式来确定用于补偿热效应的理论上所需的工作活塞S_{corr_theor}(t)的修正运动，

$s_{\mathrm{corr}\_\mathrm{theor}}\left(t\right)=(s_M-s_e)\&CenterDot;e^{-\frac{t-t_3}{\mathrm{\&tau;}}},$

其中，S_e表示热补偿结束后的活塞位置，τ表示该补偿过程的时间常数，并且其中，S_M表示测量阶段的开始时间点t₃时的活塞位置。

22.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在压缩阶段执行测量阶段，并且使用在测量阶段获得的数据来确定测量关系S_mess(t)中的至少一个参数，使得所述测量关系S_mess(t)尽可能地接近于所获得的测量值，并且所述控制装置根据所述测量关系S_mess(t)的参数确定出理论关系S_{corr_theor}(t)中的参数。

23.根据权利要求22所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在时间方面是在压缩阶段即将结束之前执行测量阶段，并且使用理论关系S_{corr_theor}(t)作为测量关系S_mess(t)。

24.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在减压阶段执行测量阶段，并且使用在测量阶段中获得的用于确定测量关系S_mess(t)的参数的数据，使得测量关系S_mess(t)尽可能地接近于所获得的测量值，并且所述控制装置根据测量关系S_mess(t)中的参数来确定出理论关系S_{corr_theor}(t)中的参数。

25.根据权利要求24所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置针对测量关系S_mess(t)使用具有参数S_eD和τ_D的下列关系式

$s_{\mathrm{tmess}}\left(t\right)=s_{\mathrm{MD}}+(s_{\mathrm{eD}}-s_{\mathrm{MD}})\&CenterDot;(1-e^{\frac{t-t_{21}}{{\mathrm{\&tau;}}_D}})$

其中，S_eD表示热补偿结束后的活塞位置，而τ_D表示补偿过程的时间常数，并且其中S_MD表示测量阶段的对应于开始时间点t₂₁时的活塞位置。

26.根据权利要求24所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在其中由所述活塞泵单元输送的流动和输送介质的组分基本恒定的时间段中，不仅通过根据权利要求22或23所述的在压缩阶段的测量来确定测量关系的参数，而且根据权利要求24执行减压阶段的参数确定，并且通过比较彼此相对应的参数，分别确定换算关系，用于将减压阶段确定的相关参数转化成修正关系的相应参数。

27.根据权利要求6至11或21至26中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述时间常数τ或所述时间常数τ_D被规定为其值是通过理论或根据经验确定的常数，并且所述控制装置在确定其他参数(P_e，S_e，P_eD，S_eD)时使用该规定的时间常数。

28.根据权利要求6或21所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置对时间常数τ进行修正，以考虑介质的流动并在此由修正的有效时间常数τ_eff代替，其中，该修正以使得所述有效时间常数τ_eff随着流动速率的增大而减小的方式来完成。

29.根据权利要求28所述的控制装置，其特征在于，其中，所述控制装置按照下列关系式确定所述有效时间常数τ_eff

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{eff}}=\mathrm{\&tau;}\&CenterDot;(1-k\&CenterDot;\frac{\mathrm{Fl}}{{\mathrm{Fl}}_{\max }}),$

其中，Fl表示实际的流动速率，Fl_max表示最大可能的流动速率，并且其中，k表示0与1之间的恒定因数，所述恒定因数是针对相关的泵类型根据实验或者通过仿真模拟而确定的。

30.根据权利要求24所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置在时间方面在减压阶段即将结束之前执行测量阶段。

31.根据权利要求26所述的控制装置，其特征在于，所述换算关系为换算因数。

32.根据权利要求27所述的控制装置，其特征在于，所述时间常数τ或所述时间常数τ_D存储在所述控制装置中。