JPH09131549A - 遠心機の温度制御方法 - Google Patents

遠心機の温度制御方法

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JPH09131549A
JPH09131549A JP29157995A JP29157995A JPH09131549A JP H09131549 A JPH09131549 A JP H09131549A JP 29157995 A JP29157995 A JP 29157995A JP 29157995 A JP29157995 A JP 29157995A JP H09131549 A JPH09131549 A JP H09131549A
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Tetsushiyuu Numata
哲州 沼田
Toshiyuki Suzuki
利幸 鈴木
Hiroshi Masuko
博志 益子
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、冷凍機が冷却能力等により制限条
件があっても、その条件内において最適な温度制御を行
うことである。 【解決手段】 遠心機のチャンバ3の底面部にセンサホ
ルダ5を介して温度センサ6を取り付け、チャンバ内温
度を測定する。チャンバ内温度を測定した温度センサ
は、その測定温度に相当した電圧を温度測定回路9を経
由してプロセッサ10のアナログポートに入力する。プ
ロセッサはアナログポートに入力した電圧をA/D変換
し、チャンバ内温度を認識する。プロセッサは入力した
チャンバ内温度を逐次、平均値演算し、その平均値によ
って冷凍機をオン、オフ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠心機の温度制御
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の遠心機においては、チャンバの表
面に温度センサを取付けると共に、チャンバの表面温度
を計測し、遠心機の制御回路内に有するプロセッサがチ
ャンバの温度を読み取り、このチャンバ温度と制御上の
目標温度(Tc)を比較することにより冷凍機のオン、
オフ制御を行っていた。実際には図2に示すようによう
に(Tc−1)℃に到達すると冷凍機をオンからオフに
し、温度上昇して(Tc+1)℃を越えると冷凍機をオ
ンにしていた。因みにこの時の目標温度(Tc)はロー
タ内に収容されている試料が風損により温度上昇するた
め、試料温度とチャンバの表面温度との差を見込んで常
に5〜6度低めの温度に設定されていた。しかし、この
ような温度制御方法においては、図3に示すような状態
が生じるため問題があった。この場合、まず冷凍機がオ
ンしてチャンバ温度が(Tc−1)℃に近づいていき、
(Tc−1)℃に到達するとプロセッサは冷凍機をオフ
にする。ところがロータが大きく高回転数で回転されて
いる場合、冷凍機をオフにすると風損により急激な温度
上昇が生じ、チャンバ温度はすぐに(Tc+1)℃に到
達してしまう。しかし、冷凍機は一旦、オフしてしまう
と再起動するのに一定時間待たなければならない拘束時
間が必要であるため、プロセッサは冷凍機をオンできな
かった。このためチャンバ温度は上昇し続け、拘束時間
が経過した後、プロセッサは冷凍機をオンすることがで
きた。このような温度制御では、チャンバ温度が制御上
の目標温度に到達しているにもかかわらず試料の温度は
高めに制御されてしまう。また図4は遠心機の周囲温度
が高い場合における温度制御を示しており、冷凍機の冷
却能力が下がり冷凍機をオンし続けてもチャンバ温度が
(Tc−1)℃に到達できず冷凍機をオフできなかっ
た。この場合は冷凍機をオン、オフできる制御状態に比
べ試料の温度が冷えすぎてしまう問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
温度制御方法では、チャンバが目標とする温度に到達し
ていても、又はほぼ目標温度になっていても試料の温度
が高すぎたり、冷えすぎたりしてしまう問題があった。
設定された回転数やロータ負荷、遠心機の周囲温度、冷
却能力等の条件により制御できる範囲と冷凍機がオンの
ままで制御できない範囲ができてしまうことが原因であ
り、多くは冷却能力に起因している。しかし、少なくと
もチャンバが目標温度近く下がる冷却能力を有している
場合には、試料の温度が高過ぎたり、冷え過ぎたりしな
いようにする制御方法の改善が望まれていた。
【0004】本発明の目的は、冷凍機が冷却能力等によ
り制限条件がある場合において、その条件内で最適な温
度制御を行うことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、温度センサ
により読み込んだチャンバ内温度を遠心機の制御回路内
のプロセッサが逐次平均値の演算をし、その平均値が制
御上の目標温度Tcに到達した時に冷凍機のオン、オフ
を切り替えることにより達成される。ここで温度センサ
が検出するチャンバ内温度はチャンバ底面の空気温度で
ある。従来は温度センサをチャンバ表面に取り付けてい
たため、実際の試料温度と制御上の目標温度Tcには大
きな差があり、温度制御の不具合の一要因となってい
た。チャンバ底面部の空気はエバポレータから直接、冷
却を受けず、試料を収容するロータの温度上昇の影響を
受け易い位置にあるため、チャンバ底面部の空気温度は
試料温度とほぼ同じになる。そこで温度センサが検出す
る温度をチャンバ底面部とすることで、冷凍機がオンの
ままの制御不能の場合にも試料温度の冷えすぎをなくす
ことができる。図3の状態の時は遠心機の電源が入る
と、まず冷凍機がオンされるとチャンバ内温度は次第に
下がっていく。プロセッサは一定のサンプリング時間毎
にチャンバ内温度を読み取り、平均値を演算する。従来
の制御ではチャンバ内温度が(Tc−1)℃になった時
に冷凍機をオフさせていたが、平均値にするとオン時間
は長くなり、チャンバ内温度の平均値がTcになった時
に冷凍機をオフさせる。冷凍機をオフさせると拘束時間
中に温度上昇するが、拘束時間が切れ、冷凍機が再びオ
ンすると拘束時間中の温度上昇を相殺する分だけ冷凍機
のオン時間は延長される。この延長された時間により、
従来は高めになった試料温度の不具合が解消される。以
上のような制御方法により冷凍機はある一定のオン、オ
フの時間のサイクルに収束する。しかし、試料温度と目
標温度の差が大きい場合、収束するまでの時間がかかり
すぎ実用に適さない。そこでチャンバ内温度が目標温度
に達するまでは、チャンバ内温度と目標温度との比較に
より冷凍機をオン、オフし、目標温度に到達以後は前記
平均値の制御にすることで収束するまでの時間を短縮す
る必要がある。次に図4に示す状態の時は、冷凍機がオ
ンしてから、ある程度、時間が経過すると平均値が必ず
Tcより低くなるので、プロセッサは冷凍機をオフさせ
る。また周囲温度が更に高くなって冷却能力が低下し、
平均値がTcに達しない時には、冷凍機はオンし続け、
冷却能力内で最低の試料温度にさせる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は本発明になる遠心機の構成
図であり、試料を収容しているロータ1はチャンバ3内
で電動機7に装着される。チャンバ3はドア2で密閉さ
れており、チャンバ底面部付近の空気温度を測定するた
めチャンバ底面部にチャンバ表面から温度センサを離す
ためにセンサホルダ5を取り付け、センサホルダ内に温
度センサを入れる。温度センサの検出温度に相当した出
力電圧は、遠心機制御部の温度測定回路9を経由してプ
ロセッサ10のアナログポートに入力される。プロセッ
サは入力された電圧をA/D変換し、チャンバ内温度を
認識し、チャンバ内温度によって冷凍機8をオン、オフ
制御する。図5は本発明になる冷凍機のオン、オフのタ
イミングを示しており、遠心機の電源を入れるとプロセ
ッサがチャンバ内温度を読み込み始める。ここで最初に
読み込んだ温度は室温になる。目標温度Tcが室温より
低い場合にはプロセッサは冷凍機をオンさせる。すると
冷凍機によってチャンバは冷されチャンバ内温度は下が
っていく。プロセッサは一定の時間毎(サンプリング時
間;ts)でチャンバ内温度を読み込んでいる。読み込
んだチャンバ内温度が目標温度Tcに到達するとプロセ
ッサは冷凍機をオフする。冷凍機がオフになっても、す
ぐにはチャンバ内温度上がらず下がり続ける。プロセッ
サは目標温度Tcに到達以後は読み込んだチャンバ温度
を逐次、平均値の演算をしていく。
【0007】図6は平均値の演算をプロセッサで処理す
る1方法を示している。プロセッサは、チャンバ内温度
T0を読み込むと(T0−Tc)×tsの計算をする。
次々に、チャンバ内温度T1、T2,T3,・・・・と
サンプリングし、プロセッサはS=Σ{(Tk−Tc)
×ts}の計算をする。プロセッサはS>0の時には冷
凍機をオンにし、S<0の時には冷凍機をオフする。そ
こでS=0になった時が冷凍機のオン、オフが切り替わ
るタイミングになる。つまり図5において、S0=S1
になった時、冷凍機がオフからオンに切り替わる。同様
な演算によりS2=S3となった時、再びS=0となり
冷凍機をオンからオフに切り替える。演算に用いるサン
プリング時間tsは冷凍機の拘束時間を考慮すると、3
0秒〜60秒程度が適正値となる。次に拘束時間の影響
を受けた場合について説明する。図3は拘束時間がある
場合の従来の制御状態を示す。図中のA点は冷凍機がオ
フからオンに切り替えられるタイミングであるが拘束時
間によって冷凍機をオフからオンにできずB点まで冷凍
機はオフのままとなる。そこで拘束時間中の温度上昇に
より試料温度は高めに制御されてしまう。図7は本発明
になる制御状態を示している。図中のC点は本制御によ
って冷凍機がオフからオンに切り替えられるべきタイミ
ングである。しかし拘束時間によりD点まで遅らせられ
る。このD点に於いてプロセッサが演算した値はS0=
S1とするとΔSとなる。冷凍機はオンしてもチャンバ
内温度はすぐに目標温度(Tc)には達せず演算値は正
の大きな値であるΔS+S2となる。次に冷凍機をオフ
させるタイミングはΔS+S2=S3となりS=0にな
るE点である。プロセッサは演算値S=0にすべく、温
度上昇分(ΔS+S2)を相殺するため冷却限度内で冷
凍機のオン時間を延長させる。そこで従来の制御での冷
凍機のオン時間より長くなり試料温度が高めになること
を矯正することができる。次に図4の制御状態について
説明する。この状態は遠心機の周囲温度が高く冷却能力
が下がり、冷凍機をオンし続けてもチャンバ内温度が冷
凍機をオフする温度(Tc−1)まで下がることができ
ない。この状態での制御状態を図8に示している。まず
電源投入時チャンバ内温度が目標温度より高いため冷凍
機はオンとなる。冷却能力は(Tc−1)ぐらいまであ
るのでチャンバ内温度がTcに到達した時に冷凍機はオ
フされる。以後プロセッサは平均値の演算を行い、S0
=S1でS=0となる時点で冷凍機をオフからオンに切
り替える。この様に従来の制御では冷凍機がオンのまま
で制御不能であったが本制御法によれば目標温度より僅
かでも越える冷却能力が有りさえすれば制御可能とな
る。更に周囲温度が上がり目標温度にも到達できない場
合は図9の状態となる。冷凍機はオンのままで制御不能
であるが冷凍機の冷却能力の限度までチャンバ内温度を
下げ、目標温度に近づくことになる。
【0008】
【発明の効果】本発明によれば、目標とするチャンバ内
温度に到達できる最低限度の冷却能力さえあれば必ず冷
凍機をオン、オフ制御することができるので、オン、オ
フしている時とオンのまま制御しない時との試料の温度
差をなくすことができ、試料の温度制御精度の向上を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になる遠心機を示す構成図である。
【図2】 従来の温度制御における冷凍機のオン、オフ
動作を示すタイミングチャートである。
【図3】 従来の温度制御での拘束時間に制約された時
の冷凍機のオン、オフ動作を示すタイミングチャートで
ある。
【図4】 従来の温度制御における制御不能の時の冷凍
機の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】 本発明になる冷凍機のオン、オフ動作を示す
タイミングチャートである。
【図6】 本発明になるチャンバ内温度の処理を示すチ
ャートである。
【図7】 本発明になる拘束時間に制約された時の冷凍
機のオン、オフ動作を示すタイミングチャートである。
【図8】 従来の温度制御における制御不能の時の制御
動作を示すタイミングチャートである。
【図9】 本発明なる制御不能の時の冷凍機の制御動作
を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1はロータ、2はドア、3はチャンバ、4はエバポレー
タ、5はセンサホルダ、6は温度センサ、7は電動機、
8は冷凍機、9は温度測定回路、10はプロセッサであ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機によって回転されるロータと、該
    ロータを収容するチャンバと、該ロータの温度を制御す
    るための冷凍機と、該チャンバ内の温度を計測する温度
    検出センサと該冷凍機のオン、オフを制御するプロセッ
    サ及び駆動回路とを有する遠心機において、前記温度検
    出センサが検出する前記チャンバ内の温度を前記プロセ
    ッサが平均値演算することにより、該平均値が制御上の
    目標温度と等しくなった場合、前記冷凍機のオン、オフ
    を制御することを特徴とする遠心機の温度制御方法。
  2. 【請求項2】 前記チャンバ内の温度とは、前記チャン
    バ底面部の表面から離して設けた前記温度検出センサに
    より計測したチャンバ底面部の空気温度であることを特
    徴とする請求項1記載の遠心機の温度制御方法。
  3. 【請求項3】 前記プロセッサの平均値演算とは、前記
    温度検出センサの検出した前記チャンバ内の温度と制御
    上の目標温度との差を算出し、その値を逐次加算するこ
    とであり、且つ該加算値が0を越えた時点を前記冷凍機
    のオン、オフ切替タイミングとすることを特徴とする請
    求項1記載の遠心機の温度制御方法。
  4. 【請求項4】 前記温度検出センサにより計測した前記
    チャンバ内の温度と制御上の目標温度との比較から前記
    冷凍機をオン、オフ制御する遠心機において、前記チャ
    ンバ内の温度が目標温度に到達以後、前記プロセッサの
    演算結果による制御に切替ることを特徴とする遠心機の
    温度制御方法。
  5. 【請求項5】 前記プロセッサの演算結果による前記冷
    凍機のオン、オフ制御状態で、前記チャンバ内の温度が
    目標温度より所定値以上外れた時にそれまでの加算値を
    ゼロクリアし、前記冷凍機のオン、オフを強制的に切り
    替える限界値を有することを特徴とする請求項1又は請
    求項4記載の遠心機の温度制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014036951A (ja) * 2012-07-18 2014-02-27 Hitachi Koki Co Ltd 遠心機

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