JPS58117010A - ガス流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスクロマトグラフィーのキャリアガス等の流
量を正確に制御するためのガス流量制御装置に関する。

本発明は特開昭５５−１０７９５５　　号に述べられた
定気圧源と負荷との間のガス流を制御する装置の１つの
改良である。

上述の特許出願に述べられたガス流制御システムの１つ
の実施例におい°（定気圧源からのガスは周期的に第１
チヤンバに印加され、そし゛〔そこから第２チヤンバを
通って負荷へ流れる。第１チヤンバで各サイクルごとに
生じる最大圧力Ｐ、および最小圧力Ｐａを表わす信号を
得るために第１チヤンバには変換器を含む手段が接続さ
れる。このシステムにおける実際の単位時間当たりの流
量ふは次の式で決定される。

（Ｐム−Ｐ、）Ｖ ｌ：）　　　−１゜ｒ （ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｇａｓ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　）
、　’ｒはガスの絶対温度である。この実際のガス流量
は所望質量ガス流１と比較され、その差は第１チヤンバ
へのガス流を制御するのに用いられる。別法Ｅして最大
圧力Ｐ、か最小圧力Ｐａのどちらかをそれぞれの所望値
と比較し、その差を第１チヤンバへのガス流を制御する
のに用いても良い。

圧力ＰムおよびＰ、を表わす信号の精度を高めるため、
上述の実施例においては該信号を得るための測定期間圧
力を一定に保つような手段を備え・〔いる。上述のガス
供給のサイクルのくり返し周波数が低い場合にはこの圧
力の保持はμ下の様にし゛〔なされる。すなわち最大圧
力Ｐムの測定期間においては第１チヤンバｔガス供給器
および第２チヤンバから切り離す。また最小圧力Ｐ、の
測定期間におい°Ｃは直列に接続された第１および第２
チヤンバをガス供給器と負荷から切り離す。圧力Ｐ。

およびＰｌは遅いくり返し周波数に対し゛〔は一定であ
る。ところが制御の分解能な向上させるために必要なよ
り高いくり返し周波数では最小圧力ｆ％は各サイクルの
期間中に変化し°Ｃいることが発見された。最小圧力Ｐ
−のそのような変化は誤差であり、そし°〔質ｌ１ｌｌ
ｆｌｌｔ緻あるいは圧力制御へ誤差を引き起こす。これ
は変換器に連結され°（いる両チャンバの容積は一定で
あるという事実からはａｍができないことである。

本願発明者は上述の圧力誤差の原因を追求し、その結果
チャンバに入るガスの温度は変化するがチャンバの壁を
通し°（熱が移動するので徐々Ｋ　一定の温度にまで回
復するため、一定温度に到達する前にｉｌＪ定された圧
力値は間違つ°〔いるということを発見した。第１チヤ
／バにおいＣはその形、および小さい容積のため温度は
最大圧力Ｐムを表わす信号が得られる以前に一定値に到
達し、その結米竣大圧力りは測定されている間は一定で
ある。しかし、第２チヤンバはガスをその壁から遠くに
分散させる形をし゛（おり、またその容積は大きい。し
たがってその中の温度は最小圧力Ｐａを表わす信号が得
られるより以前に一定値に到達することはない。最小圧
力Ｐ１の測定期間では両チャンバ間の出力パルプは開き
両チャンノ（が変換器に連結され・〔いる。そのためそ
の温度が不安定である。この事実のため第２チャンバ内
温度の不安定性による圧力誤差は変換器から見た圧力に
影響を及ぼし、そして最小圧力Ｐ−を表わす信号に誤差
をもたらす。

本発明に従えば最小圧力Ｐａを測定している間両チャン
バ間の出力パルプを閉じることＫより、分解能の低下な
しに誤差を除去する。すなわち本発明の構成では第１チ
ヤンバは変換器に連結され°Ｃいるが、第２チヤンバの
方は切離され°〔いる。

その結果第２チヤンバ内の温度の不安定性の圧力への影
響は全゛〔除去される。

図である。また第２図は本装着内の圧力及び緒信号の時
間変化を示すグラフである。

第１図におい°〔加圧ガス供給＃２は入力弁ＶＴ。

管４を通して出力弁ｖＯに接続され“（いる。この管４
の途中には管６を介し′〔圧力変！ＩＩ！器８が接続さ
れ゛（いるっ弁Ｖ！およびｖｏの間の管４の部分、管６
および管６と連結し°〔いる変換器８の内部空間がＩ１
１チャンバを形成する。第２チヤンバ１０は出力弁ｖｏ
につながれ、そし°（負荷弁ｖＬは第２チヤンバｌＯを
管１２を介して負荷に接続する。

負荷はたとえば試料注入器１６および検出器１８を持っ
たガスクロマトグラフのカラム１４であつ°〔良む。図
示したように弁ｖｏおよびＶＬは管４及び１２の互いに
対向する端部および棒２２に据え付けられた板２０から
成る。４ｆ駆動部２４で俸２２を上に移動することによ
り板２０は管１２の端部をふさぎ、管４の端部を開放す
る。その結果負荷弁ｖＬが閉じ出力弁■ｏが開く。また
逆に弁駆動部２４で棒２２を下へ移動させ°ＣＣ２Ｏ４
管４の端部をふさぎ管１２の端部な開放する様にすると
、出力弁Ｖｏが閉じ゛Ｃ負荷弁Ｖ−が開く。なお、本実
施例では出力弁Ｖｏと負荷弁Ｖｔ、は一体構造、即ち１
つの板２０によって両者の開閉がなされる構造であるが
、出力弁ｖｏと負荷弁ＶＬとを完全に分離することも容
易である。また入力弁ｖＫは弁駆動部２６によって制御
される。

変換器８を含む手段が第１チヤンバの圧力を表わす電気
信号を発生するために設けられている。

変換ａ８には多くの種類があるが本実施例におい°〔は
円筒形の金属タンク２８から成る変換器が使用され°Ｃ
いる。そしてこの金属タンク２８は中のガスの圧力に応
じて一ヒ下に撓む可撓性の底３０を持つ。また金属タン
ク２８の内壁の底部には絶縁体の円板３２が固着され、
更に円板３２の底にはンデンサを形成し°〔いる。その
容量はタンク２８の可撓性の底３０と円板３２との間の
距離によって変化する。タンク２８と円板３４を発振器
３６の同調回路（図示せず）Ｋ電気的に接続することに
より、第１チヤンバのガス圧力によつ°〔生じるキャパ
シタンスの変動が発振器の周波数の変動とし′〔検出さ
れる。発振器３６の出力は一般的には波３８に示すよう
に正弦波であるが、μ後の処理のため波形整形回路４０
へ与えられる。波形整形回路４０は＠振器３６の出力を
増幅し、クリップし°Ｃ波４２に示したような方形波な
生成する。

方形波４２はカウンタ４４に印加される。カウンタ４２
はその活性化（ｅｎａｂｌｅ）入力ＥＮに印加されるパ
ルスｆ、が高レベルであるとき活性化される。活性化さ
れ°（いる間カウンタ４４は方形波４２のサイクル数を
数え、そして対応するデジタル数をラッチ４６に供給す
る。カウンタ４４が活性化され′Ｃいる間に数えられた
サイクルの数はその間の第１チヤンバ内の平均圧力を示
す。ランチ４６はラッチ端子Ｌ　Ｔ　ＣＨに印加された
パルスｆｌに応答し゛Ｃカウンタ４４の出力のデジタル
数をラッチする。この後、カウンタ４４のクリア端子Ｃ
Ｌににパルスｆ４を印加することにより計数値をクリア
しても良い。コンピュータ４Ｂがラッチ４６の活性化端
子ｇＮＫパルスｆ、を供給すればラッチ４６のデジタル
出力はコンピュータ４８に送られる。

所望圧力あるいは質」流量はセット入力ＳＥＴな通し°
〔コンピュータ４８に設定される。以下に説明する方法
でコンピュータ４８は入力弁ｖ冨が開けられ°〔いる時
間に応じた数Ｎを計算する。ダウンカウンタ５０の入力
は四−ドパルスｌがコンピュータ４Ｂからロード端子Ｌ
ＤＫ印加されるとき数Ｎを受信するように接続され〔い
る。ダウンカウンタ５０内の力・ラント数がゼロでなけ
ればその出力ＯＣは高レベルとなり、この出力に接続さ
れ°〔いる弁駆動部２６は入力弁ｖ１を開放状態に保持
する。ダウンカウンタ５０の出力ＤＣは入ＮＤゲート５
２の一方の入力に接続される。またＡＮＤゲートの他方
の入力にはパルスｆ、が印加され、出力はダウンカウン
タ５０のクロック人力ＣＫＫ接続される。したがって、
ダウンカウンタ５０内のカウント数がまだ０になつ°〔
いない場合ＡＮＤゲート５２の出力はパルスｆ８が高レ
ベルになる毎に同じく高レベルとなりダウンカウンタ５
０内のカウント数を１ずつ減少させる。ダウンカウンタ
５０の出力は既に述べた様に弁駆動部２６にも接続され
ており、この出力が高レベルの間入力弁Ｖｌ　　が完全
に開い゛〔いる。なお、様々なパルスｆＩ。

’Ｉ’ｓ　　’Ｉｓ’２ｍ’　ｈ　＋　ｆ４およびｆｓ
は当業者に周知の方法により論理回路５３によつ°〔生
成される。

以下では第２図を参照しながら第１図に示されたガス流
駿制御装置の動作を説明するっ第２図におい°Ｃ１入力
弁ｖ１、出力弁ｖＯおよび負荷弁Ｖｔ、の開閉位置のタ
イミングがパルスＤＣ。

ｆｓ　＊　ｆｔ　Ｋよってそれぞれ示されＣいる。第２
図中の圧力Ｐのグラフにおい”〔、実線５４は、入力弁
ｖ１が各周期Δｔの第１／四半期間Ｑｔ全体に渡って開
い°〔いた場合の第１チヤンバ内の圧力変化を表わす。

またこの場合の第２チヤンバ内の圧力変化は実線５６に
よって示される。もし入力弁ｖＭがダウンカウンタ５０
の出力ＤＣの破１ｓ５８およヤンバの圧力変化は圧力Ｐ
のグラフの破線６２によつ〔示すようＫなる。またこの
場合の第２チヤ／パｌＯの圧力変化は破線６４によって
示すよう間活性化される。これらの四半期間の終りにお
ける計数値をそれぞれカウントＣＩ”　ｌおよびガウン
）ｅｔ”２とする。入力弁Ｖｓが各周期の第１　四半期
間Ｑ４　全体ＫＪｉつで開けられればガウン）Ｃｔ“１
は最大圧力Ｐムに対応した籠となり、またカウントａｔ
“２は最小圧力Ｐ−に対応する。もし入力弁ｖ１が破＃
５８および６０によって示された時間に閉じるとカウン
トＣ西およびカウントＣｔ＊　２はそれぞれより小さな
圧力Ｐム′およびＰ廖′に対応した値となる。

以上で説明したうちで特に重要なことは、本発明に従え
ばカランタ４４がカウント０１°１を計数し°〔、最大
圧力Ｐムを測定するとき、あるいはカクンタ４４がカウ
ントＣｔ　２を計数し゛〔最小圧力へを測定するとき、
両弁Ｖｓ　Ｍよびｖｏは閉じ°〔いるということである
。

コンピュータ４８は以下で説明する読込みプログラム７
１、流着計算グログラム７２、フィードバックプログラ
ム７３を実行すること、によつ°〔流量を設定ｆｉｌｊ
Ｃｔ１つことかできる。

先ず読込みプログラム７１が実行されると、パルス（、
Ｉの立下がり時にカウントＣｔ”１がコンピュータ４８
に読み込まれ、パルスｆｌＩの立上がり時にカウントＱ
　ｔ　＊　２がコンピュータ４８に読み込まれる。

次いで流量計算プログラム７２によつ“Ｃ１圧力Ｐ＾お
よびＰ、が以下の式（２）及び（３）に従つ°〔計算さ
れる。ここで定数へ、ＢおよびＣは変換器の特性により
【定まる較正定数である。それらは変換器ごとに変化す
るが、変換器を１つに定めると圧力変化に対し′〔一定
である。

；２）Ｐム＝＾十Ｂ　（ｃｉ”ｘ　）”　＋ｃ　（Ｃｔ
”ｌ　）’（３）　　Ｐａ＝　Ａ＋Ｂ　（Ｃ（”２　）
”＋　Ｃ（Ｃ１’　２　）’次いで流量計算プログラム
７２は流量（モル７秒）をド式によって計算するう ”　　　　””　　　ＲＴ、ｈｔ　　（Ｐム　−Ｐ、　
　　）ここでＶは第１チヤンノ（の容積であり、　Ｒ１
家ガス定数、Ｔはチューブ４内に取り付けられたデジタ
ル温度計５２によって測定された絶対温度であり、Δｔ
は秒檗位の周期の掩さである。

次いでフィートノ（ツクプログラム７３６−起動され、
以Ｆの周知の比例積分制御アルゴリズムに従つ°〔入力
弁Ｖｉが開けられる時間ｔを計算する。

＋ａ）　　ｔ＝：に、　（設定流量−実際の流量）＋Ｋ
ｔΣ（設定流量−実際の流Ｉｔ） ＋Ｎａ ここで定数Ｋｌ　ｗ　Ｋ２およびＫｓは制御対象の機械
構成要素を最適に制御する様、その具体的構成における
緒特性に従って定められる。

次いでフィードバックプログラム７３の動作により、コ
ンピュータ４８は入力弁ｖＩが開けられるべき時間ｔｆ
表わすデジタル数Ｎを出力してダウンカラ／り５０の！
−ド端子ＬＤにロートノ（ルスｊを供給する。これによ
つ゛〔数Ｎはダウンカウンタ５０にセットされる。入力
弁Ｖｔの開いている時間な制御する方法はすでに説明し
た。入力弁ｖ１　　が開けられ°（いる最大時間は１周
期の４分の１であり、この時間に対応した数Ｎは４分の
１サイクルの間に生じるｆ８のサイクル数に等しい。

もしより少ない流量、あるいは圧力が要求されれば数Ｎ
は小さくなり、その結果ダウンカウンタ５０の出力はパ
ルスＤＣのグラＺの破４Ｉ５８および６０によつ°〔示
された時刻には落ちる。従って入力弁Ｖｓはこの時刻に
閉じ、その結果第１チヤンバの圧力はグラフＰの破４Ｉ
６２に示される様に変化する。従つ°〔この場合の第１
チヤンバの圧力は第１四半期間Ｑｌの残りの部分と第２
四半期間Ｑ鵞の全体とにわたつ°〔一定となる。

以上説明した様に本願発明によれば、前述の特杵出願に
述べられた流量制御の問題点は解消され、一層精密な制
御が可能となる。

なお、上述の実施例におい′〔は第１乃至＃Ｉ４の期間
は夫々＠ｌ乃至第４四半期間と呼ばれている様に互いに
その時間は等しくなっているが、各周期を不等間隔に分
割し°〔第１乃至第４の期間とし°〔も良いことは当然
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるガス流量制御装蓋の概略図、第
２図は本装瞳内の圧力及び諸信号の時間変化を示すグラ
フである。 ２：加圧ガス供給源、　４，６，１２　：管、８：変換
器、　　ｌＯ：１ｓ２チヤンバ、　１４：カラム、　　
２４，２６　：弁駆動部、　　４８：　コンピュータ、
　Δｔ：周期、　Ｑｔ：ＩＥ１四半期間、Ｑ２＝第２．
四半期間、　Ｑ３：第３四半期間、Ｑ４：第４四半期、
　ｖ！二人力弁、　ｖｏ：出力弁、ｖＬ：負荷弁。 出願人　横河・ヒエ４クト・ノシカード株式会社代理人
弁理士　　長　谷　川　　次　　男１１曲曲１１曲間曲
１１１曲１１１８ １　　１　　　口 ＦＩＧ　　　２ −Ｔ−統ｉμｍ番倉」１Ｅニー占 ｌ　・１１１’ｌの人手　　　　　＋１／ｊ和５７年　
特許　願第　２３５０５０　　号２　発明の名称 ガス流艦制御装置 ３　袖＋１−をする名 １１ｆ’ｌとの関係　　　　　　特　許　出　願　人ハ
チ１〜ジ　　　　タｈクラ 住所　　　　　　東京都　八王子市　高倉町　９＃Ｉｋ
１号代表者　取締役社長　　笛　岡　健　三４代理人 １Ｅｌヅ１　　　　　　東京都　八王子市　高倉町　９
番　１号橘刈・ヒユーレット・パッカード株式会社内〒
１９２　　（置　　０４２６−４２−１２３１）氏名　
　　　　　（８３２６）弁理上　　　長　谷　川　次　
男（ｔ′・・、１ ５、　抽出命令のｌ：］　４１　　　　　　　　昭和　
　年　　月　　１（自発）　　＜；、ｊ・・第２図を別
紙の通り袖１１する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の容積を形成する手段と、 第２の容積を形成する手段と、 加圧ガス供給源と前記第１の容積を形成する手段とを結
   合する第１の弁と、 前記第１の容積を形成する手段と前記第２の容積を形成
   する手段とを結合する第２の弁と、前記第２の容積を形
   成する手段と加圧ガスが供給されるべき対象とを結合す
   る弁と、 前記第１の容積を形成する手段の内圧を測定する１段と
   な含むガス流量制御装置において、各々が＠ｉ、第２．
   第３及び第４の継起する期間１つなる周期の第１の期間
   の少くとも一部分におい°〔前記第１の弁を開き前記周
   期の残りの部分をζおいて前記第１の弁な閉じる手段と
   、前記第３の期間の少くとも一部分において前記第２の
   弁を開き前記周期の残りの部分において前記第２の弁を
   閉じる手段と、 前記第３の弁を前記第２の弁と逆に開閉する手段と、 前記第２及び第４の期間におい°〔前記内圧を測定する
   手段によつ°〔測定された内圧値に基い°〔前記第１の
   弁の動作を制御する手段 とを更に設けたことを特徴とするガス流量制御装置。