DE3885193T2

DE3885193T2 - Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung.

Info

Publication number: DE3885193T2
Application number: DE88112893T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Nishitarumizu; Kiwao Seki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-08-11
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2008-08-09
Also published as: DE3885193D1; EP0303220B1; JPS6445982A; JP2824575B2; US4913624A; EP0303220A2; EP0303220A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hin- und hergehende Flüssigkeitspumpe und insbesondere auf eine Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung, die eine Ausstoßstabilisierungsfunktion aufweist, die für die Verwendung in Analysegeräten geeignet ist. Die Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung der im US-Patent 4,600,365 beschriebenen Bauart ist ausgelegt für die Durchführung von Ansaugen und Ausstoßen in solcher Weise, daß ein Paar von Kolben abwechselnd und komplementär mit Hilfe von Kurvenscheiben betätigt werden. In einer Pumpe der oben angezogenen Bauart ist die Form der Kurvenscheibe spezifisch so bemessen, daß sie das Entstehen von pulsierendem Fluß vermindert und damit die zusammengesetzte Ausströmung konstant hält, die durch den Betrieb der zwei Kolben bewirkt wird.
In dem oben beschriebenen Stand der Technik hängt jedoch die Genauigkeit des Ausstoßens von der Genauigkeit der bearbeiteten Teile ab, wie Kurvenscheiben und Kolben. Dies verursacht das Problem, daß das Ausströmen der Flüssigkeit nicht bis zu einem Grad stabilisiert werden kann, der die Genauigkeit der bearbeiteten Teile überschreitet.
Um damit fertig zu werden, könnte ein Verfahren konzipiert werden, bei dem frühere Fehler in einem Speicher gespeichert werden und der Flüssigkeitsausstoß in Übereinstimmung mit diesen gespeicherten Werten kompensiert wird. In diesem Verfahren wird der Ausstoßdruck gemessen und jede Änderung wird verwendet, um die Drehgeschwindigkeit in einem folgenden Rotationszyklus der Kurvenscheiben zu kompensieren. In der praktischen Analyse gibt es jedoch das weitere Problem, daß andere Faktoren beteiligt sind, die die Genauigkeit beeinflussen, so wie das Einfangen von Luftblasen und Ventil-Schaltrauschen. Es ist daher schwierig, eine ideale Fehlerkorrektur durchzuführen. Außerdem verursacht das Verfahren der Korrektur; das von früheren Daten abhängt, daß Problem, das die Reproduzierbarkeit, die für Analysegeräte notwendig ist, vermindert wird.
Daher wurde in der US-Patentanmeldung, Serial No. 11,640 von Taro TOGAMI et al (und in der Europäischen Anmeldung Nr. 877 115 449.8) eine Pumpe mit geringer Druckschwankung beschrieben. Diese Pumpe mit geringer Druckschwankung führt die Korrektur des Flüssigkeitsausstoßes nur in der Periode des Ansaugens und des Ausstoßens durch, wo ein großer Welligkeitseffekt beteiligt ist. In dieser Pumpe mit geringen Druckschwankungen hängt jedoch die Genauigkeit des Flüssigkeitsausstoßes in weiteren Perioden von der Genauigkeit der bearbeiteten Kurvenscheiben ab. Dies führt zu der Tatsache, daß jeder Fehler in der Herstellung der Kurvenscheiben eine Änderung im Flüssigkeitsausstoß der Pumpe verursacht.
Andere Pumpen sind beschrieben worden, mit Mitteln zur Erzielung eines stabileren Flüssigkeitsausstoßes. Z.B. schlägt die US-Patentschrift 4448692 vor; ein Drucksignal an einem vorbestimmten Punkt zwischen Anfang und Ende des Ansaugens zu speichern, um die allgemeine Geschwindigkeit des Motors zu steuern. Das US-Patent 4137011 zeigt Mittel, Kompressibilität und Nachgiebigkeit des Systems, auszugleichen durch Änderungen der Viskosität und des Strömungswiderstandes einer Analysiersäule. Das US-Patent 4681513 beschreibt, den Druck an der Ausstoßöffnung durch verschiedene Steuerung der Kolben zu beeinflussen, und US-Patent 6352636 zeigt einen Dämpferkolben, um den Ausstoß des Druckkolbens zu glätten, mit erhöhtem Druck für ein kurzes Intervall am Beginn des Ausstoßhubs.
Ferner beschreibt die Europäische Patentanmeldung 0 264 934 (die ein früheres Prioritätsdatum beansprucht, als die vorliegende Anmeldung, aber nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde), die Beginn- und Endpunkte einer Periode zu optimieren, in der die Kolbengeschwindigkeit plötzlich erhöht werden soll, um die Flüssigkeit in den Punkten während einer Kompressionsperiode zwischen Ansaughub und Ausstoßhubs zu komprimieren.
Während der Stand der Technik die Messung des Pumpenausstoßdrucks als Basis für die Steuerung der Pumpengeschwindigkeit enthält, beschäftigen sich die bekannten Geräte nicht mit der Aufgabe, Herstellungsfehler der Kolben und ihrer Antriebsmittel während der normalen Flüssigkeitzuführungsperiode zu kompensieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung zu schaffen, die die oben beschriebenen Probleme überwinden kann und in der daher Strömungsänderungen der Flüssigkeit infolge von Herstellungsfehlern der Kolben und der Antriebsmittel kompensiert werden können, um zu gewährleisten, daß Flüssigkeiten stabil gepumpt werden und unzulängliche Eigenschaften der mechanischen Elemente der Pumpen unwirksam bleiben.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung vorzusehen, die Kolben und Antriebsmittel hierfür enthält, welches Verfahren die Pumpe wirksam veranlaßt, Flüssigkeiten stabil auszustoßen durch Begrenzung jeder Änderung im Flüssigkeitsausstoß der Pumpe, auch wenn die Kolben und die Kolbenantriebsmittel Herstellungsfehler aufweisen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung in einer Bauart anzugeben, die das Verfahren ausführt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird angewandt auf eine Pumpe der Bauart, enthaltend wenigstens einen Kolben und Antriebsmittel zum Hin- und Herbewegen des Kolbens, so daß eine Flüssigkeit durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens angesaugt und ausgestoßen wird, sowie eine Vorrichtung zur Messung des Pumpenausstoßdrucks als Basis für die Geschwindigkeitssteuerung der Antriebsmittel. Das Verfahren nach der Erfindung enthält die Schritte: Messung des Pumpenausstoßdrucks zur Feststellung von Fehlern in dem Ausmaß der Antriebsbewegung der Antriebsmittel an jeder einer Vielzahl von vorbestimmten Betriebsstellungen des Kolbens; Berechnung eines Geschwindigkeitskorrekturfaktors der Antriebsmittel für jede der Vielzahl vorbestimmter Betriebsstellungen entsprechend den so festgestellten Fehlern und danach Speicherung der Ergebnisse der Berechnung in einem Speicher; und Betreiben der Antriebsmittel während die Geschwindigkeit der Antriebsmittel an jeder der Vielzahl der vorbestimmten Stellungen des Kolbens entsprechend dem gespeicherten Korrekturfaktor adjustiert wird, so daß die Kolbengeschwindigkeit kompensiert wird, um im wesentlichen mit einem vorzusehenden Wert übereinzustimmen und dadurch die Ausstoßrate der Pumpe im wesentlichen konstant zu halten.
Die Pumpe nach der vorliegenden Erfindung ist von der Bauart einer Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung und enthält wenigstens einen Kolben, Antriebsmittel zum Hin- und Herbewegen des Kolbens, und einen Speicher; in dem ein Geschwindigkeitskorrekturfaktor der Antriebsmittel für jede einer Vielzahl von vorbestimmten Betriebsstellungen des Kolbens gespeichert sind. Der Geschwindigkeitskorrekturfaktor wurde berechnet in Übereinstimmung mit Fehlern in dem Ausmaß der Antriebsbewegung der Antriebsmittel an jeder der Vielzahl von vorbestimmten Stellungen des Kolbens. Die Pumpe enthält weiter Steuermittel zur Steuerung der Geschwindigkeit der Antriebsmittel in Übereinstimmung mit dem Geschwindigkeitskorrekturfaktor. Das Steuermittel arbeitet zur Betätigung der Antriebsmittel derart, daß die Geschwindigkeit der Antriebsmittel an jeder der Vielzahl vorbestimmter Betriebsstellungen des Kolbens in Übereinstimmung mit dem in dem Speicher gespeicherten Geschwindigkeitskorrekturfaktor nachgestellt wird, so daß die Geschwindigkeit des Kolbens im wesentlichen auf einen vorbestimmten Wert kompensiert und die Ausstoßrate der Pumpe im wesentlichen konstant gehalten wird.
In der Pumpe und dem Betriebsverfahren hierfür entsprechend der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturfaktor für die Pumpe, zur Korrektur jeglicher Änderung des Ausstoßes infolge von Herstellungsfehlern in den Bautellen der Kolbenantriebsmittel, wie Kurvenscheiben und Kolben, im Herstellerbetrieb vor der Lieferung der Pumpe eingestellt werden. Als Ergebnis verschlechtert sich die Reproduzierbarkeit der Analyse nicht, da es nicht erforderlich ist, daß der Anwender während oder vor der Analyseoperation eine Korrektur durchführt.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkniale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung der Pumpe nach Figur 1;
Figuren 3A bis 3D zeigen schematisch das Prinzip des Flüssigkeitspumpbetriebs der in Figur 1 gezeigten Pumpe;
Figuren 4A und 4B sind graphische Darstellungen der Flüssigkeitsausstoßcharakteristiken der konventionellen Pumpen und der in Figur 1 gezeigten Pumpe;
Figur 5 ist ein Flußdiagramm des Lernmodus-Betriebs;
Figur 6 ist ein Flußdiagramm des Analysemodus-Betriebs; und
Figur 7 ist eine schematische Darstellung einer Pumpe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung wie in Figur 1 dargestellt wird verwendet für das Pumpen von flüssigem Lösungsmittel aus einem Flüssigkeitsbehälter 21 zu dem Zweck, das Lösungsmittel durch einen Strömungswiderstand 23 wie eine Trennsäule einer Flüssigchromatographie zu fördern. Die Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung enthält einen Impulsmotor 1, ein Paar von Kurvenscheiben 2 und 3, die von dem Motor 1 gedreht werden, und Kolben 4 und 5, die in Zylindern 6 und 7 derart angeordnet sind, daß sie von den Kurvenscheiben 2 bzw. 3 hin- und herbewegt werden können. Die Einlaßöffnung des ersten Zylinders 6 ist mit dem Lösungsmittelbehälter 21 verbunden, während die Auslaßöffnung des ersten Zylinders 6 mit der Einlaßöffnung des zweiten Zylinders 7 verbunden ist und die Auslaßöffnung des zweiten Zylinders 7 mit dem Strömungswiderstand 23 über den Drucksensor 22 verbunden ist. Die Einlaßöffnung des ersten Zylinders 6 ist mit einem ersten Sperrventil 8 versehen, während die Auslaßöffnung des Zylinders 6 mit einem zweiten Sperrventil 9 versehen ist. Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben 4 und 5 verursacht Ansaugen der Flüssigkeit in den Zylindern 6 und 7 und Ausstoßen der Flüssigkeit aus diesen Zylindern. Die Kurvenscheiben 2 und 3 sind in Gegenphase angeordnet. Die Sperrventile 8 und 9 sind vorgesehen, um das Strömen der Flüssigkeit in nur einer Richtung zuzulassen. Daher kann die Flüssigkeit kontinuierlich und konstant infolge konstanter Drehung des Impulsmotors 1 ausgestoßen werden.
Figuren 3A bis 3D zeigen das Prinzip von Ansaugen und Ausstoßen der Pumpe. Die zwei Kolben 4 und 5 werden aufeinanderfolgend betätigt, wie in Figuren 3A, 3B, 3C und 3D dargestellt, und die zwei Sperrventile 8 und 9 werden ebenfalls, wie dargestellt, aufeinanderfolgend betätigt. Als Ergebnis bewirkt die Pumpe kontinuierlich Ansaugen und Ausstößen der Flüssigkeit, so daß die Flüssigkeit kontinuierlich in eine gewünschte Position gepumpt wird.
Bauart und Betrieb der Pumpe sind wohlbekannt, z.B. aus dem oben beschriebenen US-Patent Nr. 4,600,465. Daher wird jegliche weitere Beschreibung weggelassen.
In einer Pumpe der oben beschriebenen Bauart sind ihre Kurvenscheiben so geformt, daß die Geschwindigkeit der Kolben konstant gehalten wird, zu dem Zweck, den Flüssigkeitsausstoß konstant zu halten. In der Praxis bewirkt jedoch die Bearbeitung einer Kurvenscheibe gewisse Fehler, was zu der Tatsache führt, daß die Geschwindigkeit der Kolben wegen der Bearbeitungsfehler der Kurvenscheiben nicht konstant gemacht werden kann. Als Ergebnis ändert sich das Ausstoßen der Flüssigkeit wie in Figur 4A gezeigt. Die Variation wird synchron mit der Drehung der Kurvenscheiben verursacht.
Das Prinzip der Kompensation des Flüssigkeitsausstoßes, das beschrieben werden soll, bildet einen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung. Der Ausstoßdruck ist proportional zu der Ausstoßmenge in einem Fall, wo der Strömungswiderstand konstant ist:
P = R x f ..... (1)
wobei R den Strömungswiderstand, f die Ausstoßmenge, und P den Ausstoßdruck bedeutet.
Die Ausstoßmenge f ist im Falle einer hin- und hergehenden Pumpe der Zuwachs im Kolbenvolumen in einem Zylinder in der Zeiteinheit t und daher beschrieben durch:
f = dV/dt ..... (2)
wobei V das Kolbenvolumen im Zylinder bedeutet.
Da ein Zuwachs im Kolbenvolumen im Zylinder verursacht wird, wenn die Kurvenscheibe den Kolben vorschiebt, kann die Ausstoßmenge f wie folgt ausgedrückt werden:
f = Sx dr/dt = Sx dr/dθ x dθ/dt ..... (3)
Darin ist S die Querschnittsfläche des Kolbens;
θ ist der Drehwinkel der Kurvenscheibe; und
r ist der Radius der Kurvenscheibe.
Weiter kann der Radius r der Kurvenscheibe als Winkelfunktion ausgedrückt werden, wie folgt:
r = r(θ) ..... (4)
Daher
f = Sx dr(θ)/dθ x dθ/dt ..... (5)
wobei dθ/dt die Geschwindigkeit eines Motors darstellt, der die Kurvenscheiben antreibt, was ein konstanter Wert im Verhältnis zu einer eingestellten Ausstoßmenge ist.
r = SxC(F)xdr(θ)/dθ ..... (6)
worin F die voreingestellte Ausstoßmenge und C(F) konstant im Verhältnis zu der voreingestellten Ausstoßmenge ist.
Eine ideale Pumpe ist so konstruiert, daß dr(θ)/dθ konstant ist, dr(θ)/dθ wird durch k wiedergegeben. Daher
f = SxkxC(F) ..... (7)
r(θ) = kθ ..... (8)
worin k eine Konstante ist, die die Neigung der Kurvenscheibe wiedergibt (äquivalent zu dr/dθ in Gleichung (3)).
In einer tatsächlichen Pumpe gibt es jedoch Fehlerfaktoren wie folgt:
(1) Nichteinheitlicher Durchmesser der Kolben;
(2) Herstellungsfehler der Kurvenscheiben;
(3) Betriebsverzögerungen der Sperrventile; und
(4) Änderung der Zeit des Umschaltens von Saugen und Ausstoßen infolge von Variationen in der Kompressibilität der Flüssigkeiten.
Die Faktoren (1) und (2) der oben erwähnten Faktoren stellen besonders schwerwiegende Fehlerfaktoren dar.
Der Fehlerfaktor (1) bedeutet, daß der Durchmesser des Kolbens nicht konstant ist, sondern an verschiedenen Teilen abhängig von der betreffenden Stelle variiert; d.h., der Faktor (1) ist eine Funktion des Drehwinkels θ der Kurvenscheibe.
Der Fehlerfaktor (2) bedeutet, daß der Neigungswinkel der Kurvenscheibe nicht konstant ist, sondern sich in Abhängigkeit vom Winkel ändert; d.h. der Faktor (2) bedeutet, daß k eine Funktion des Kurvenscheibendrehwinkels θ ist.
In einer wirklichen Pumpe ist daher die Ausstoßmenge f in Gleichung (7) auch eine Funktion von θ, wie folgt:
f(θ) = S(θ)xk(θ)xC(F) ..... (9)
= k (θ)xSxkxC(F) ..... (10)
Als Ergebnis ist auch der Ausstoßdruck (Gleichung (1)) eine Funktion des Kurvenscheibendrehwinkels θ:
P(θ) = Rxf(θ)
= Rx(K(θ)xSxkxC(F) ..... (11)
Der mittlere Ausstoßdruck pro Umdrehung wird wie folgt berechnet:
Pmittel = RxSxkxC(F) ..... (12)
Aus den Gleichungen (11) und (12) kann folgende Gleichung gewonnen werden:
p(θ)/Pmittel = K(θ) und, somit
k(θ) = P (θ)/Pmittel ..... (13)
Um die Ausstoßmenge der tatsächlichen Pumpe zu stabilisieren, muß k(θ) in der Gleichung (10) gleich 1 gemacht werden. Dies kann durch eine Kompensation erreicht werden, indem man mit 1/k(θ) multipliziert, wie in der folgenden Gleichung gezeigt
f(θ) = k(θ)xSxKxC(F)x 1/k(θ) ..... (14)
Das bedeutet, daß das Element C(F) als Funktion von θ kompensiert wird. Dräckt man das kompensierte C(F) durch C(F, θ) aus, kann folgende Gleichung erhalten werden:
C(F, θ) = C(F)/k(θ) ..... (15)
Aus den Gleichungen (3) und (7) ergibt sich C(F) gleich dθ/dt und ist somit die Drehgeschwindigkeit des Motors. Die schwerwiegenden Änderungsfaktoren können daher durch Kompensation der Drehgeschwindigkeit beseitigt werden.
Figur 2 zeigt Steuermittel der Pumpe entsprechende der vorliegenden Erfindung. Dieses Steuermittel zeigt die Funktion, die Flüssigkeitsausstoßvariation zu beseitigen, die synchron mit den Kurvenscheiben auftritt, und stellt einen wichtigen Teil der vorliegenden Erfindung dar.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 ist als ein Betriebsgerät 10 ein Abschnitt bezeichnet, wo die Ausstoßrate eingestellt und Anweisungen für die Betriebsarten vorgegeben werden. Ein Impulsmotorantriebsgerät 11 enthält Impulsratendaten 13 von den Steuermitteln 12, rotiert die Phase des Impulsmotors 1 in Übereinstimmung mit den Impulsratendaten 13, und meldet ein Phasendrehsignal 14 an die Steuermittel 12 zurück. Ein Lichtunterbrecher 15 stellt die Anfangsposition der Kurvenscheiben fest, um ein Anfangspositionssignal 16 an den Steuerteil 12 zu senden.
Ein A/D-Wandler 17 wandelt ein Ausstoßdrucksignal 18 aus dem Drucksensor 22 in einen Digitalwert 19 um und sendet ihn an die Steuermittel 12. Eine Datenspeichervorrichtung 20 wird von einem permanenten Speicher gebildet; er speichert Kompensationssignale 24 entsprechend den Speicherdaten 25 aus den Steuermitteln 12 und liefert Kompensationsdaten 24 an die Steuermittel 12. Die Steuermittel 12 sind aufgebaut für den Betrieb in einem Lernmodus und einem Analysemodus entsprechend den Anweisungen von dem Betriebsgerät 10. Diese Betriebsweisen werden nun unter Bezugnahme auf Figur 2 und die Flußdiagramme in Figuren 5 und 6 beschrieben.
Wenn der Lernmodus vorgegeben wird, wird im Schritt 27 gemäß Figur 5 ein vorbestimmter Wert als Impulsrate für das Impulsmotorantriebsgerät 11 eingestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Wert von 5 m sec eingestellt, der äquivalent ist zu der Antriebsgeschwindigkeit für eine Ausstoßmenge von 1 ml/min. Als Ergebnis wird der Impulsmotor 1 mit einer Geschwindigkeit von 200 Impulsen/sec (pps) rotiert, um eine Ausstoßmenge von 1 ml/min. zu ergeben.
Ferner überwachen die Steuermittel 12 den Lichtunterbrecher 15 und warten darauf, daß die Kurvenscheibe in die Anfangsposition kommt, wie in Schritt 28 in Figur 5 gezeigt.
Wenn die Kurvenscheibe die Anfangsposition erreicht hat, wird der Ausstoßdruck Pn festgestellt (Schritt 29 nach Fig. 5), in jedem vorbestimmten Drehwinkel der Kurvenscheibe (alle 5º in diesem Ausführungsbeispiel). Wenn die Messungen des Ausstoßdrucks während einer gesamten Umdrehung abgeschlossen sind (Schritt 30 nach Fig. 5) wird ein Durchschnittswert Pm des Ausstoßdrucks pro Umdrehung berechnet (Schritt 32 nach Fig. 5). Unter der Annahme, daß die Druckwerte, die man über einen vorbestimmten Drehwinkel der Kurvenscheibe erhält, gleich Pn sind, ergibt sich der Durchschnittswert Pm mit
Pm = Σ Pn/n.
Auf der Grundlage des Durchschnittswerts Pm wird ein Korrekturfaktor Kn für jeden Punkt des Umfangs der Kurvenscheibe berechnet (im Schritt 33 nach Fig. 5) wie folgt:
Kn = Pn/Pm
worin n die Positionen darstellt, die von der Kurvenscheibe jedes Mal erreicht werden, wenn die Kurvenscheibe über den vorbestimmten Rotationswinkel gedreht wurde, welcher in diesem Ausführungsbeispiel auf 0 bis 71 eingestellt wurde.
Der so erhaltene Korrekturfaktor Kn wird dann im Speicher 20 gespeichert.
Im Analysemodus, wenn die Ausstoßmenge vom Betriebsgerät 10 eingestellt wurde, berechnen die Steuermittel die Antriebsimpulsfrequenz für den Impulsmotor 1 in Übereinstimmung mit der so eingestellten Ausstoßmenge (Schritt 35 nach Fig. 6).
In diesem Ausführungsbeispiel
Frg= F X 200 pps
worin Frg die Impulsfrequenz des Impulsmotorantriebs und F die eingestellte Ausstoßmenge ist (ml/min).
Die Phasenumdrehungsperiode T des Impulsmotors 1 kann berechnet werden unter Verwendung der Frequenz Frg wie folgt:
T = 1/Frg
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Phasenumdrehungsperiode T gleich 5/F (mS).
Dann wird dieser Wert in dem Impulsmotorantriebsgerät 11 eingestellt, so daß der Impulsmotor 1 gedreht wird, während die Steuermittel 12 den Lichtunterbrecher 15 überwachen.
Wenn ein Anfangspositionssignal 16 vom Lichtunterbrecher an die Steuermittel 12 gegeben wird, können nachfolgende Kurvenscheibenstellungen vorausgesehen werden. Daher werden Korrekturdaten Kn=Pn/Pm für jede der vorbestimmten Kurvenscheibenpositionen (im Schritt 36 nach Fig. 6) und somit eine tatsächliche oder korrigierte Phasendrehungsperiode berechnet (Schritt 37 nach Fig. 6), wie folgt:
Tn' = Kn x T
worin Tn' die korrigierte Phasendrehungsperiode ist.
Nachdem die Steuermittel das Anfangspositionssignal 16 der Kurvenscheibe erfaßt haben, werden Phasendrehungsperioden berechnet und in allen vorbestimmten Winkeln eingestellt (in diesem Ausführungsbeispiel alle 5º).
Das Impulsantriebsgerät 11 dreht den Impulsmotor 1 unter Verwendung dieser Phasendrehungsperioden (Schritt 38 nach Fig. 6).
Als Ergebnis werden Bearbeitungsfehler der Kurvenscheiben und Kolben kompensiert, so daß eine stabilisierte Ausstoßmenge erhalten wird, wie in Fig. 4B gezeigt.
Da die so kompensierten Fehler die Bearbeitungsfehler der Kurvenscheiben 2 und 3 und der Kolben 4 und 5 sind, wird die Ausstoßmenge über der Zeit nicht geändert. Daher wird der Lermnodus nur einmal durchgeführt, und die so gespeicherten Kompensationsdaten 24 können verwendet werden, bis die Kurvenscheiben oder die Kolben durch neue ersetzt werden.
Da der Lernmodus nur einmal durchgeführt werden muß, kann er vor der Auslieferung der Pumpe aus der Fabrik vorgenommen werden. Es ist nicht erforderlich, daß Anwender irgendeinen Lernmodus oder eine Korrektur durchführen.
Daher ist die Steuerung, die von Anwendern vorgenommen werden muß, auf den Analysemodus beschränkt.
Fig. 7 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Kolben 4 bzw. 5 von Förderschnecken 45 und 46 hin- und herbewegt, die als Alternativen zu den Kurvenscheiben gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Diese Förderschnecken 45 und 46 werden jeweils von reversiblen Impulsmotoren 1 und 41 rotiert und angetrieben. Damit die Pumpe eine Flüssigkeit kontinuierlich ausstoßen kann, werden die Drehrichtungen der Motoren 1 und 41 abwechselnd umgeschaltet, mit einem vorbestimmten Phasenunterschled, so daß die Gleiter 45a und 46a, mit denen die Förderschnecken 45 und 46 in Gewindeeingriff stehen, abwechselnd hin- und herbewegt werden, um die Kolben 4 und 5 anzutreiben und damit eine konstante Größe der Summe der von den zwei Kolben verursachten Ausstoßmengen sicherzustellen. Lagedetektoren 4 und 44 in der Form von Grenzschaltern sind äquivalent dem Lichtunterbrecher 15 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und sind jeweils an einem Ende der hin- und hergehenden Bewegung der zugeordneten Gleiter 45a und 46a angeordnet. Die Lagedetektoren 4 und 44 stellen daher fest, wenn die Gleiter 45a und 46a das jeweilige Ende erreichen, und liefern ein Detektionssignal, das als Bezugsgröße für die Fehlermessung und für die Korrekturmaßnahmen verwendet wird.
In dem Ausführungsbeispiel der Förderschneckenbauart, wobei die Herstellungsfehler der Förderschnecken Fehler in der Ausstoßmenge wie im Fall der Herstellungsfehler von Kurvenscheiben verursachen, werden Werte, die für die Kompensation von Fehlern der Förderschnecken 45 und 46 eingestellt wurden, in dem Speicher gespeichert, um die Steuerung in solcher Weise durchzuführen, daß die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Motoren 1 und 41 in jeder vorbestimmten, in Zwischenräumen angeordneten Positionen der Förderschnecken kompensiert werden, wobei die Ausstoßrate der Pumpe im wesentlichen konstant gemacht werden kann. Die Einzelheiten dieser Steuerung sind für Fachleute aus der Beschreibung des Steuerverfahrens im ersten Ausführungsbeispiel leicht verständlich.
Obwohl in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Kolben verwendet werden, kann ein ähnlicher Effekt erhalten werden, wenn die Erfindung auf eine Bauart der Flüssigkeitspumpe mit nur einem Kolben angewandt wird.
Die Erfindung kann auch auf Pumpen angewandt werden, die mit einer Vorrichtung zur Korrektur von Fehlern infolge der Kontraktion der zu pumpenden Flüssigkeiten versehen sind. Insbesondere erleidet eine Flüssigkeit eine Volumenkontraktion infolge angewandten Drucks, obwohl das Ausmaß der Kontraktion bei den verschiedenen Arten von Flüssigkeiten verschieden ist. Somit erfolgt eine Druckminderung (Ausstoßverminderung) in dem Zeitpunkt der Umschaltung von einem Kolbenansaughub zu einem Kolbenausstoßhub. Um so eine Druckverminderung zu verhüten, wird im allgemeinen ein Verfahren angewandt, bei dem der Kolben zu der Zeit des Umschaltens der Kolbenhübe von der Ansaugbewegung zur Ausstoßbewegung mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird.
In den Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein Verfahren angewandt, bei dem die Kolben unter Kompensation der Kolbengeschwindigkeit in Übereinstimmung mit den Korrekturfaktoren während den Gesamthüben der Kolben kompensiert werden. Im Falle eines Hochdruckbetriebs kann jedoch ein anderes Verfahren angewandt werden, in dem zum Zweck der Kompensation für eine Druckverringreung die Kolben mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden, in Übereinstimmung mit einer bekannten Kompressibilität einer Flüssigkeit zum Zeitpunkt des Umschaltens der Kolbenhübe vom Ansaughub zum Ausstoßhub. Ferner können, sobald die auf der Kompressibilität der Flüssigkeit basierende Kompensation abgeschlossen ist, die Kolben mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, die von dem im Speicher 20 gespeicherten Korrekturfaktor und der eingestellten Ausstoßmenge bestimmt ist.
Wie oben beschrieben, kann entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Änderung in der Ausstoßmenge der Pumpe in der hin- und hergehenden Type infolge geringer Bearbeitungsgenauigkeit der Kurvenscheiben, Förderschnecken und Kolben kompensiert werden.
Zusätzlich können, da keine Notwendigkeit besteht, die Bearbeitungsgenauigkeit der Bauteile wie Kurvenscheiben und Pumpen zu verbessern, Pumpen leicht hergestellt werden.
Außerdem brauchen in der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Lernkorrektur nur einmal im Herstellerbetrieb vorgenommen werden muß, die Anwender sie nicht vorzunehmen. Demzufolge kann die Pumpe entsprechend der vorliegenden Erfindung leicht verwendet werden, da die Anwender keine Ersatzlast für eine Lernkorrektur bereitstellen müssen. Zusätzlich gewährleistet die Pumpe, da es nicht erforderlich ist, eine Fehlermessung bei der Pumpenausstoßmenge während eines Analysebetriebs vorzunehmen, eine gute Reproduzierbarkeit der Analysedaten und somit stabilen Analysenbetrieb.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe der Bauart enthaltend wenigstens einen Kolben (4, 5) und Antriebsmittel (1, 2, 3; 1, 41, 45, 46, 45a, 46a) zum Hin- und Herbewegen des Kolbens, so daß eine Flüssigkeit durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens angesaugt und ausgestoßen wird, sowie eine Vorrichtung (22) zur Messung des Pumpenausströmdrucks als Basis für die Geschwindigkeitssteuerung der Antriebsmittel, gekennzeichnet durch die Schritte:

Messung des Pumpenausströmdrucks zur Feststellung von Fehlern in dem Ausmaß der Antriebsbewegung der Antriebsmittel an jeder einer Vielzahl von vorbestimmten Betriebsstellungen des Kolbens;

Berechnung eines Geschwindigkeitskorrekturfaktors der Antriebsmittel für jede der Vielzahl vorbestimmter Betriebsstellungen entsprechend den so festgestellten Fehlern und danach Speicherung der Ergebnisse der Berechnung in einem Speicher (20); und

Betreiben der Antriebsmittel derart, daß die Geschwindigkeit der Antriebsmittel an jeder der Vielzahl von vorbestimmten Stellungen des Kolbens entsprechend dem gespeicherten Korrekturfaktor adjustiert wird, so daß die Kolbengeschwindigkeit kompensiert wird, um im wesentlichen mit einem vorgesehenen Wert übereinzustimmen und dadurch die Ausströmrate im wesentlichen konstant zu halten.

2. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des so gemessenen Ausströmdrucks zu einem Mittelwert des Ausströmdrucks während eines Zyklus des Pumpbetriebs des Kolbens, im Speicher als Geschwindigkeitskorrekturfaktor für jede der Vielzahl von vorbestimmten Stellungen des Kolbens gespeichert wird.

3. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe nach Anspruch 1, wobei die Speicherung des Geschwindigkeitskorrekturfaktors in dem Speicher im Zuge der Herstellung der Pumpe vorgenommen wird.

4. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe nach Anspruch 1, wobei der Kolben mit hoher Geschwindigkeit ohne Rücksicht auf den Korrekturfaktor in einer Saug- und einer Kompressionsphase betrieben wird, in der der Saughub in den Ausstoßhub wechselt.

5. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe nach Anspruch 1, wobei der Kolben mit hoher Geschwindigkeit ohne Rücksicht auf den Korrekturfaktor in einer Kompressionsphase betrieben wird, in der der Saughub in den Ausstoßhub wechselt.

6. Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung, enthaltend:

wenigstens einen Kolben (4 oder 5);

Antriebsmittel (1, 2, 3; 1, 41, 45, 46, 45a, 46a) zum Hin- und Herbewegen des Kolbens;

eine Meßvorrichtung (22) zur Messung des Pumpenausströmdrucks als Basis für die Geschwindigkeitssteuerung der Antriebsmittel;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Meßvorrichtung den Pumpenausströmdruck mißt zur Bestimmung von Fehlern in dem Ausmaß der Antriebsbewegung der Antriebsmittel an jeder einer Vielzahl von vorbestimmten Betriebsstellungen des Kolbens; und daß

seine Vorrichtung (12, 17) zur Berechnung eines Geschwindigkeitskorrekturfaktors für die Antriebsmittel auf der Basis der so bestimmten Fehler;

eine Speichervorrichtung (20), die den Geschwindigkeitskorrekturfaktor der Antriebsmittel für jede einer Vielzahl von vorbestimmten Betriebsstellungen des Kolbens speichert, wobei der Geschwindigkeitskorrekturfaktor entsprechend den Fehlern in dem Ausmaß der Antriebsbewegung der Antriebsmittel an jeder der Vielzahl vorbestimmter Stellungen des Kolbens berechnet ist;

Steuermittel (12) zur Steuerung der Geschwindigkeit der Antriebsmittel entsprechend dem Geschwindigkeitskorrekturfaktor vorgesehen sind;

wobei die Steuermittel die Antriebsmittel derart beeinflussen, daß die Geschwindigkeit der Antriebsmittel an jeder der Vielzahl vorbestimmter Stellungen des Kolbens entsprechend den im Speicher gespeicherten Geschwindigkeitskorrekturfaktoren eingestellt wird, so daß die Kolbengeschwindigkeit, im wesentlichen auf einen vorbestimmten Wert kompensiert wird und die Ausströmrate der Pumpe im wesentlichen konstant gehalten wird.

7. Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung nach Anspruch 6, wobei die Berechnungsvorrichtung das Verhältnis des so gemessenen Pumpenausströmdrucks zu einem Mittelwert des Ausströmdrucks während eines Pumpzyklus des Kolbens berechnet und das so berechnete Verhältnis im Speicher als Geschwindigkeitskorrekturfaktor für jede der Vielzahl von vorbestimmten Stellungen des Kolbens speichert.

8. Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Kolben (4, 5) und Antriebsmittel, die aus einem Pulsmotor (1) und zwei Nocken (2, 3) bestehen, die von dem Pulsmotor rotiert werden und jeweils einen der zwei Kolben antreiben.

9. Verdrängerpumpe mit geringer Druckschwankung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Kolben (4, 5) und Antriebsmittel, bestehend aus zwei Pulsmotoren (1, 41), zwei Schraubenwellen (45, 46), die von den Motoren rotiert werden und Gleitern (45a, 46a), die von den Schraubenwellen hin- und herbewegt werden, um die Kolben in hin- und hergehender Weise anzutreiben.