JP2564588B2 - Low pulsating flow pump device - Google Patents

Low pulsating flow pump device

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JP2564588B2
JP2564588B2 JP63006076A JP607688A JP2564588B2 JP 2564588 B2 JP2564588 B2 JP 2564588B2 JP 63006076 A JP63006076 A JP 63006076A JP 607688 A JP607688 A JP 607688A JP 2564588 B2 JP2564588 B2 JP 2564588B2
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JP
Japan
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control
pressure
pulsating flow
algorithm
low
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剛 西垂水
貴和夫 関
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低脈流ポンプ装置に係り、特に液体クロマト
グラフ等の高感度分析を行なう場合の好適な低脈流ポン
プ装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low pulsation pump device, and more particularly to a low pulsation pump device suitable for performing highly sensitive analysis such as liquid chromatography.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

液体クロマトグラフ装置で高感度分析を行う場合、低
脈流送液が大きなポイントとなる。液体クロマトグラフ
の送液ポンプのメカニズムは、モータにてカム軸を回転
させ、カムによりプランジャーを往復運動させて、吸引
口と吐出口に設けられた弁の作用により、溶液を連続的
に吸引・吐出するものである。この場合、吐出圧力が40
0〜500kgf/cm2にも及ぶため、吸引から吐出に至る過程
で液体の圧縮が起り、一時的に吐出量が少なくなるので
脈流が発生する。また、この流路系に気泡が混入した場
合、さらに大きら脈流が発生する。
When performing high-sensitivity analysis with a liquid chromatograph, low pulsating flow is a major point. The mechanism of liquid transfer pump of liquid chromatograph is that the motor rotates the cam shaft, and the cam reciprocates the plunger to continuously suck the solution by the action of the valves provided at the suction port and the discharge port.・ It is intended to be discharged. In this case, the discharge pressure is 40
Since it reaches 0 to 500 kgf / cm 2 , the liquid is compressed during the process from suction to discharge, and the discharge amount is temporarily reduced, so that pulsating flow occurs. Further, when air bubbles are mixed in this flow path system, a larger pulsating flow is generated.

こうした膜流を小さくするために、吐出圧力をモニタ
ーしながら、圧力リップルが小さくなるようにプランジ
ャーの速度をこまめに制御する方法がとられている。こ
のような制御法の代表例として、例えば特公昭61−3262
0号公報で開示されているように、学習機能による制御
法(以下、学習制御という)と、実時間による制御法
(以下、実時間制御という)とがある。
In order to reduce such a film flow, a method has been adopted in which the speed of the plunger is diligently controlled so as to reduce the pressure ripple while monitoring the discharge pressure. As a typical example of such a control method, for example, Japanese Examined Patent Publication No. 61-3262
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 0, there are a control method based on a learning function (hereinafter referred to as learning control) and a control method based on real time (hereinafter referred to as real time control).

学習制御は、前周期の圧力パターンを参照し、圧力の
変動(脈流)が小さくなる方向に学習しながら(試行錯
誤しながら)、モータの回転数や位相を周期毎に順次変
化させてゆく方法である。この方法は、流量、圧力、溶
媒が一様ならば、時間とともに脈流が小さくなり、非常
に安定した送液が実現できる。また、圧力測定系の応答
の遅れやモータ制御の応答遅れも問題にならない。
The learning control refers to the pressure pattern of the previous cycle and sequentially changes the rotation speed and the phase of the motor for each cycle while learning (trial and error) in the direction in which the pressure fluctuation (pulsation) decreases. Is the way. In this method, if the flow rate, pressure, and solvent are uniform, the pulsating flow will decrease with time, and very stable liquid transfer can be realized. In addition, the response delay of the pressure measurement system and the response delay of the motor control do not matter.

また、実時間制御は、圧力をモニターしながら圧力の
低下や増加を検出し、実時間でモータの回転数の制御や
位相の制御を行い、圧力を元のレベルに回復させる方法
である。この場合、系の変化に対して短時間で応答で
き、突発的な気泡の混入に対しても比較的小さな脈流に
抑えることができる。
The real-time control is a method of detecting the decrease or increase of the pressure while monitoring the pressure, controlling the rotation speed of the motor and controlling the phase in real time, and restoring the pressure to the original level. In this case, it is possible to respond to a change in the system in a short time, and it is possible to suppress a relatively small pulsating flow even when a sudden bubble is mixed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記の学習制御は、前周期と同じ圧力
パターンが得られることが前提条件となっているため、
流量の変更や気泡の混入といった系の変化に弱いという
欠点がある。
However, the learning control described above is based on the premise that the same pressure pattern as that of the previous cycle is obtained.
It has the drawback of being weak against changes in the system such as changes in flow rate and inclusion of bubbles.

また、実時間制御は、圧力測定系の応答の遅れやモー
タ制御系の応答遅れによる脈流が必ず残るという欠点が
ある。
Further, the real-time control has a drawback that a pulsating flow is always left due to a delay in response of the pressure measurement system and a delay in response of the motor control system.

このように、低脈流化制御法は、それぞれ長所・短所
をもっている。そして、液体クロマトグラフの分析目的
及び手法は、多種多様であり、1つの低脈流化制御法で
すべての分析手法をカバーできないという問題があっ
た。
As described above, the low pulsation control methods have their respective advantages and disadvantages. Further, there are various kinds of analysis purposes and methods of the liquid chromatograph, and there is a problem that one analysis method cannot be covered by one pulsation control method.

本発明の目的は、状況に応じて最適な制御法が選択で
き、高感度分析を可能とした低脈流ポンプ装置を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a low pulsating flow pump device capable of selecting an optimal control method according to the situation and enabling high sensitivity analysis.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明の低脈流ポンプ
は、駆動手段と、該駆動手段により往復移動され送液を
行なうプランジャと、該プランジャの吐出圧力を検出す
る圧力検出手段と、学習制御に関する低脈流化アルゴリ
ズム及び実時間制御に関する低脈流化アルゴリズムが内
蔵され、前記圧力検出手段からの圧力信号に応じて、前
記学習制御に関する低脈流化アルゴリズム又は前記実時
間制御に関する低脈流化アルゴリズムのどちらかの最適
な低脈流化アルゴリズムを1つ選択するための選択手
段、このアルゴリズムによって前記駆動手段を制御する
制御手段と、を具備したものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a low pulsating flow pump of the present invention comprises a drive means, a plunger that is reciprocated by the drive means to feed a liquid, a pressure detection means that detects the discharge pressure of the plunger, and a learning control. Low-pulsation algorithm for the learning control or low-pulsation algorithm for the real-time control according to the pressure signal from the pressure detection means. The selection means for selecting one of the optimum pulsation reduction algorithms among the optimization algorithms, and the control means for controlling the drive means by this algorithm.

〔作用〕[Action]

上記構成によれば、予め複数の低脈流化アルゴリズム
を制御手段に内蔵しておき、その中からプランジャの吐
出圧力のパターンに最も適した低脈流化アルゴリズムを
選択すると、その低脈流化アルゴリズムに基づいて制御
手段が駆動手段を制御するため、吐出圧力の脈流を小さ
く抑えることが可能となる。
According to the above configuration, if a plurality of pulsation reducing algorithms are built in the control means in advance, and the pulsation reducing algorithm most suitable for the pattern of the discharge pressure of the plunger is selected from among them, the pulsation reduction is achieved. Since the control means controls the drive means based on the algorithm, it becomes possible to suppress the pulsating flow of the discharge pressure.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る低脈流ポンプ装置の全体構成を
示している。図において、ステッピングモータ1と並列
してカム軸2が配置され、このカム軸2には一対のカム
3が固定されている。一対のカム3のカム面には一対の
プランジャ4の一端が接触され、そしてプランジャ4の
他端にはそれぞれ第1シリンダ5と第2シリンダ6が配
設されている。また第1シリンダ5には吸引弁5Aと吐出
弁5Bが設けられている。また吸引弁5Aは配管7を介して
容器8に、吐出弁5Bは配管9を介して第2シリンダ6に
それぞれ接続されている。さらに第2シリンダ6には配
管10が接続され、この配管10の途中に圧力センサ11が設
けられている。圧力センサ11は制御部12につなげられ、
制御部12はモータ駆動部13を介してステッピングモータ
1に接続されている。制御部12には低脈流化制御法とし
て学習制御と実時間制御の2つのアルゴリズムが組込ま
れている。また14は上記2つのアルゴリズムのどちらか
を選択するためのスイッチ、15はカム軸2に固定された
フォトインタラプタであり、スイッチ14およびフォトイ
ンタラプタ15は共に制御部12に接続されている。
FIG. 1 shows the overall structure of a low pulsating flow pump device according to the present invention. In the figure, a cam shaft 2 is arranged in parallel with the stepping motor 1, and a pair of cams 3 are fixed to the cam shaft 2. One end of a pair of plungers 4 is in contact with the cam surfaces of the pair of cams 3, and a first cylinder 5 and a second cylinder 6 are arranged at the other ends of the plungers 4, respectively. Further, the first cylinder 5 is provided with a suction valve 5A and a discharge valve 5B. The suction valve 5A is connected to the container 8 via the pipe 7, and the discharge valve 5B is connected to the second cylinder 6 via the pipe 9. Further, a pipe 10 is connected to the second cylinder 6, and a pressure sensor 11 is provided in the middle of the pipe 10. The pressure sensor 11 is connected to the control unit 12,
The control unit 12 is connected to the stepping motor 1 via a motor drive unit 13. The control unit 12 incorporates two algorithms, a learning control and a real-time control, as a pulsating control method. Further, 14 is a switch for selecting one of the above two algorithms, 15 is a photo interrupter fixed to the cam shaft 2, and both the switch 14 and the photo interrupter 15 are connected to the control unit 12.

なお、ステッピングモータ1、カム3等は駆動手段
を、圧力センサ11は圧力検出手段を、制御部12、モータ
駆動部13、スイッチ14等は制御手段を各々構成してい
る。
The stepping motor 1, the cam 3 and the like constitute driving means, the pressure sensor 11 constitutes pressure detecting means, and the control section 12, the motor driving section 13 and the switch 14 constitute control means.

次に本実施例の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.

ステッピングモータ1の回転によりカム3を回転させ
ると、このカム3の回転によりプランジャ4が往復運動
する。プランジャ4の往復運動により吸引弁5Aと吐出弁
5Bが開閉し、容器8内の溶液が第1シリンダ5内に吸引
される。吸引された溶液は同シリンダ5内で圧縮され
て、第2シリンダ6を経て外部へ吐出される。この圧縮
の間、第1シリンダ5からの吐出が途絶えるため、全体
の吐出量が減少し、脈流の原因となる。
When the cam 3 is rotated by the rotation of the stepping motor 1, the plunger 4 reciprocates by the rotation of the cam 3. Suction valve 5A and discharge valve due to reciprocating motion of plunger 4.
5B is opened and closed, and the solution in the container 8 is sucked into the first cylinder 5. The sucked solution is compressed in the cylinder 5 and is discharged to the outside through the second cylinder 6. During this compression, the discharge from the first cylinder 5 is interrupted, so that the total discharge amount decreases, which causes a pulsating flow.

そこで、本実施例では、この溶液の圧縮区間にステッ
ピングモータ1を高速運転することによって、脈流を低
減する方式を採用している。脈流の大小は、ステッピン
グモータ1の高速運転制御の開始と終了のタイミングに
より、大きく左右される。したがって、適切に制御すれ
ば、脈流をほとんど無くすることが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, a method is adopted in which the pulsating flow is reduced by operating the stepping motor 1 at high speed in the compression section of this solution. The magnitude of the pulsating flow largely depends on the start and end timings of the high-speed operation control of the stepping motor 1. Therefore, with proper control, it is possible to eliminate pulsating flow.

ここで、本実施例における低脈流化の制御法を第2図
により説明する。
Here, the control method for reducing the pulsating flow in this embodiment will be described with reference to FIG.

予め、学習制御と実時間制御の2種類の制御法をメモ
リ17に記憶させておく。またカム3の位相はフォトイン
タラプタ15により検出され、その検出信号は制御部12に
送信されるため、制御部12はこの信号によってステッピ
ングモータ1の高速運転区間(溶液圧縮区間)を知るこ
とができる。同時に吐出圧力は圧力センサ11により検出
され、その検出信号はA/D変換器16を介して制御部12に
送信され、制御部12はこの信号によって吐出圧力を検知
する。そして、吐出圧力の状況を判断しながら、人がス
イッチ14をON/OFFして、上記2種類の制御法のうち最適
な制御法を選択する。制御部12は選択された制御法に基
づいて、モータ駆動部13に制御信号を送る。モータ駆動
部13は制御信号によりステッピングモータ1を駆動す
る。
Two types of control methods, learning control and real-time control, are stored in the memory 17 in advance. Further, the phase of the cam 3 is detected by the photo interrupter 15, and the detection signal is transmitted to the control unit 12, so that the control unit 12 can know the high-speed operation section (solution compression section) of the stepping motor 1 from this signal. . At the same time, the discharge pressure is detected by the pressure sensor 11, the detection signal is transmitted to the control unit 12 via the A / D converter 16, and the control unit 12 detects the discharge pressure by this signal. Then, while judging the state of the discharge pressure, a person turns ON / OFF the switch 14 to select the most suitable control method from the above two kinds of control methods. The control unit 12 sends a control signal to the motor drive unit 13 based on the selected control method. The motor driving unit 13 drives the stepping motor 1 according to the control signal.

上記2種類の制御法のうち、いずれの制御法を選択す
るのが最適かという判断は、分析手法の種類に応じてな
される。
The determination of which of the above two control methods is optimal is selected according to the type of analysis method.

例えば、学習制御は、流量・吐出圧力をほぼ一定か、
あるいは比較的ゆるやかに変化させて分析する手段、い
わゆるイソクラティック法に適する。これはポンプの吸
引・吐出のサイクルが前周期と同じパターンで再現され
ることが期待できるためである。
For example, in learning control, whether the flow rate and discharge pressure are almost constant,
Alternatively, it is suitable for a so-called isocratic method, which is a means for performing analysis while relatively slowly changing. This is because the pump suction / discharge cycle can be expected to be reproduced in the same pattern as the previous cycle.

これに対し、実時間制御は、溶媒の組成や流量を変化
させながら分析する手法、いわゆるグラジェント法に適
する。これは溶媒の組成が換わることにより圧縮率が変
化し、また流量が変わることにより圧力が変化するとい
うように再現性に乏しいことと、溶媒として水とメタノ
ールを使用した場合、溶液中に気泡が生じて圧縮率が大
きく変化するためである。
On the other hand, the real-time control is suitable for a so-called gradient method, which is a method of analyzing while changing the composition and flow rate of the solvent. This is poor in reproducibility such that the compressibility changes when the composition of the solvent changes, and the pressure changes when the flow rate changes, and when water and methanol are used as the solvent, bubbles are generated in the solution. This is because the compression rate changes greatly.

実際に上記2つの制御法を、吐出圧力のパターンに再
現性がある場合と再現性がない場合について実験したデ
ータを第3図および第4図に示す。
Data obtained by actually performing the above two control methods for the case where the discharge pressure pattern has reproducibility and the case where the discharge pressure pattern does not have reproducibility are shown in FIGS. 3 and 4.

第3図(a)のように吐出圧力のパターンに再現性が
ある場合、学習制御によれば、同図(b)に示すよう
に、脈流を次第に小さくして、最終的には脈流を皆無に
することができるが、実時間制御によると、同図(c)
に示すように、脈流を完全に無くすことはできない。
When the discharge pressure pattern has reproducibility as shown in FIG. 3A, the learning control causes the pulsating flow to be gradually reduced as shown in FIG. However, according to the real-time control, the same figure (c)
As shown in, the pulsating flow cannot be completely eliminated.

また、第4図(a)のように吐出圧力のパターンに再
現性がない場合、学習制御によると、同図(b)に示す
ように、脈流を小さくすることが不可能であるが、実時
間制御によれば、同図(c)に示すように、脈流を完全
に無すことはできないが、小さくすることはできる。
Further, when the discharge pressure pattern is not reproducible as shown in FIG. 4 (a), learning control makes it impossible to reduce the pulsating flow as shown in FIG. 4 (b). According to the real-time control, the pulsating flow cannot be completely eliminated, but can be reduced, as shown in FIG.

本実施例によれば、吐出圧力のパターンに再現性があ
れば学習制御によって、また再現性がなければ実時間制
御によって制御されるので、吐出圧力の脈動が極めて小
さくなる。
According to the present embodiment, if the pattern of the discharge pressure has reproducibility, it is controlled by the learning control, and if it does not have reproducibility, it is controlled by the real-time control, so that the pulsation of the discharge pressure becomes extremely small.

なお、低脈流化アルゴリズムの内容は、第5図に示し
たフローチャートのように組立てられている。これにつ
いて説明すると、まずステップ30で設定流量からモータ
の回転数を求め、モータを運転する。ステップ31でフォ
トインタラプタからの信号により、カムが原点にあるか
否かを判断し、原点にあれば、ステップ32でその時の吐
出圧力を読出し、この吐出圧力を周期内での基準圧力と
する。次にステップ33で高速運転区間に入っているか否
かを判断し、高速運転区間に入ったならば、ステップ34
でその時の吐出圧力を読出す。そして、ステップ35で吐
出圧力と基準圧力とを比較し、吐出圧力が基準圧力より
も低かったらステップ36でモータの回転数を高速にし、
高かったらステップ37でモータの回転数を設定会点数に
戻す。次に、ステップ38で高速運転区間中か否かを判断
し、高速運転区間中であれば、ステップ34へ行き上記ス
テップ34〜37の過程を繰返し、高速運転区間が終われ
ば、ステップ30へ行きモータの回転を設定回転数にし、
この周期を終了する。以上の過程を一周期として、これ
を繰返して行なう。
The content of the pulsation reduction algorithm is assembled as shown in the flowchart of FIG. This will be described. First, in step 30, the rotation speed of the motor is obtained from the set flow rate, and the motor is operated. In step 31, it is judged from the signal from the photo interrupter whether or not the cam is at the origin, and if it is at the origin, the discharge pressure at that time is read out in step 32, and this discharge pressure is used as the reference pressure within the cycle. Next, in step 33, it is judged whether or not the vehicle is in the high speed operation section.
The discharge pressure at that time is read with. Then, in step 35, the discharge pressure is compared with the reference pressure, and if the discharge pressure is lower than the reference pressure, the rotation speed of the motor is increased in step 36,
If it is higher, the motor speed is returned to the set number of points in step 37. Next, in step 38, it is judged whether or not it is in the high speed operation section. If it is in the high speed operation section, go to step 34 and repeat the steps 34 to 37. If the high speed operation section is over, go to step 30. Set the rotation of the motor to the set speed,
This cycle ends. The above process is repeated as one cycle.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本願発明によれば、内蔵されて
いる学習制御に関する低脈流化アルゴリズム又は実時間
制御に関する低脈流化アルゴリズムのどちらかの最適な
低脈流化アルゴリズムを1つ選択するための選択手段が
低脈流ポンプに設けられているため、プランジャの吐出
圧力のパターンに最も適した低脈流化アルゴリズムを選
択することができ、吐出圧力の脈流を小さく抑えること
ができる。
As described above, according to the invention of the present application, one of the optimum pulsation reduction algorithms, which is the low pulsation reduction algorithm for learning control or the low pulsation reduction algorithm for real-time control, is selected. Since the low pulsation pump is provided with a selection means for this, it is possible to select the pulsation reduction algorithm most suitable for the pattern of the discharge pressure of the plunger, and it is possible to suppress the pulsation flow of the discharge pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る低脈流ポンプ装置の全体構成図、
第2図は第1図の低脈流ポンプを制御する制御ブロック
図、第3図は再現性のある脈流に対して学習制御による
場合と実時間制御による場合の吐出圧力の波形図、第4
図は再現性のない脈流に対して学習制御による場合と実
時間制御による場合の吐出圧力の波形図、第5図は低脈
流化アルゴリズムの内容を示すフローチャートである。 1……ステッピングモータ、2……カム軸、 3……カム、4……プランジャ、5……第1シリンダ、 5A……吸引弁、5B……吐出弁、 6……第2シリンダ、7,9,10……配管、 8……容器、11……圧力センサ、12……制御部、 13……モータ駆動部、14……スイッチ、 15……フォトインタラプタ、 16……A/D変換器、17……メモリ。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a low pulsation pump device according to the present invention,
FIG. 2 is a control block diagram for controlling the low pulsation pump of FIG. 1, and FIG. 3 is a waveform diagram of discharge pressure when learning control and real-time control are performed for reproducible pulsating flow. Four
FIG. 5 is a waveform diagram of the discharge pressure in the case of learning control and in the case of real-time control for a non-reproducible pulsating flow, and FIG. 1 ... Stepping motor, 2 ... Cam shaft, 3 ... Cam, 4 ... Plunger, 5 ... First cylinder, 5A ... Suction valve, 5B ... Discharge valve, 6 ... Second cylinder, 7, 9,10 ... Piping, 8 ... Container, 11 ... Pressure sensor, 12 ... Control section, 13 ... Motor drive section, 14 ... Switch, 15 ... Photo interrupter, 16 ... A / D converter , 17 …… Memory.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】駆動手段と、該駆動手段により往復移動さ
れ送液を行なうプランジャと、該プランジャの吐出圧力
を検出する圧力検出手段と、学習制御に関する低脈流化
アルゴリズム及び実時間制御に関する低脈流化アルゴリ
ズムが内蔵され、前記圧力検出手段からの圧力信号に応
じて、前記学習制御に関する低脈流化アルゴリズム又は
前記実時間制御に関する低脈流化アルゴリズムのどちら
かの最適な低脈流化アルゴリズムを1つ選択するための
選択手段、このアルゴリズムによって前記駆動手段を制
御する制御手段と、を具備する低脈流ポンプ装置。
1. A driving means, a plunger that reciprocates by the driving means to feed a liquid, a pressure detecting means that detects a discharge pressure of the plunger, a low pulsation algorithm for learning control, and a low for real-time control. An pulsating algorithm is built-in, and depending on a pressure signal from the pressure detecting means, either the pulsating algorithm for the learning control or the pulsating algorithm for the real-time control is optimally reduced. A low pulsating flow pump device comprising: a selection means for selecting one algorithm, and a control means for controlling the driving means by this algorithm.
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