JPS626248B2 - - Google Patents
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- JPS626248B2 JPS626248B2 JP55015889A JP1588980A JPS626248B2 JP S626248 B2 JPS626248 B2 JP S626248B2 JP 55015889 A JP55015889 A JP 55015889A JP 1588980 A JP1588980 A JP 1588980A JP S626248 B2 JPS626248 B2 JP S626248B2
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- gas
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
- G01N30/28—Control of physical parameters of the fluid carrier
- G01N30/32—Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T137/00—Fluid handling
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- Y10T137/0357—For producing uniform flow
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガスの流量を調節して流体負荷（例
えば、ガスクロマトグラフのカラム）に一定ガス
流量又は一定ガス圧力を供給するガス流量調節器
に関する。
えば、ガスクロマトグラフのカラム）に一定ガス
流量又は一定ガス圧力を供給するガス流量調節器
に関する。
§本発明の背景
他の装置も同様であるが、ガスクロマトグラフ
において負荷を流れるガスの流量を制御すること
は重要なことである。ある装置は負荷を流れる流
量を検知することによつて、また他の装置は負荷
に加わる圧力によつて働く。一般的に、機械的な
装置は不正確であり、再現性に乏しい。またフイ
ードバツクをもたないために、供給ガスの圧力変
動と同様に温度の変動もこうむりやすい。閉じた
ループ・システムにおいて、温度変動に対して正
確かさを増すためフイードバツク素子としてサー
マル・マスフロー・センサーを使うこともできる
が、少流量時の性能は再現性の劣化をもたらしま
たその特性の非線形成は使用可能なダイナミツク
レンジをせばめている。さらに、各々のガスに対
して、その熱伝導と比熱の違いから較正すべき内
容を変更する必要が生じる。
において負荷を流れるガスの流量を制御すること
は重要なことである。ある装置は負荷を流れる流
量を検知することによつて、また他の装置は負荷
に加わる圧力によつて働く。一般的に、機械的な
装置は不正確であり、再現性に乏しい。またフイ
ードバツクをもたないために、供給ガスの圧力変
動と同様に温度の変動もこうむりやすい。閉じた
ループ・システムにおいて、温度変動に対して正
確かさを増すためフイードバツク素子としてサー
マル・マスフロー・センサーを使うこともできる
が、少流量時の性能は再現性の劣化をもたらしま
たその特性の非線形成は使用可能なダイナミツク
レンジをせばめている。さらに、各々のガスに対
して、その熱伝導と比熱の違いから較正すべき内
容を変更する必要が生じる。
§本発明の概略
本発明に用いられる検知装置（sensing
apparatus）は容易に電子技術により制御するこ
とができる。更に温度変動及び供給圧力の変動に
よる誤差を除去するためフイードバツク情報を使
用する場合にも役だつ。即ち前記検知装置は、ほ
とんどのダイナミツクレンジにわたつて直線性を
有し、特に非常に流量が少い場合においても効果
的である。そして封入されたガスにかかわりなく
較正若しくは取り替えを必要としない。また余分
の費用をかけずに、流量あるいは圧力のどちらで
も制御できる情報を提供することができる。
apparatus）は容易に電子技術により制御するこ
とができる。更に温度変動及び供給圧力の変動に
よる誤差を除去するためフイードバツク情報を使
用する場合にも役だつ。即ち前記検知装置は、ほ
とんどのダイナミツクレンジにわたつて直線性を
有し、特に非常に流量が少い場合においても効果
的である。そして封入されたガスにかかわりなく
較正若しくは取り替えを必要としない。また余分
の費用をかけずに、流量あるいは圧力のどちらで
も制御できる情報を提供することができる。
本発明に従えばガスは与圧された供給源からあ
る容積に流れ込み、その容積の圧力が測られる。
そしてそのガスはその容積から、直接あるいは間
接的に負荷に移動させられる。そしてもう一度そ
の容積の圧力が測られる。ガスの温度及びその容
積に流れ込んでから出ていくまでの時間を知るこ
とによつて、その間の流量を計算することができ
る。また、それぞれの圧力が知られているので、
負荷への圧力の指針として使うこともできる。
る容積に流れ込み、その容積の圧力が測られる。
そしてそのガスはその容積から、直接あるいは間
接的に負荷に移動させられる。そしてもう一度そ
の容積の圧力が測られる。ガスの温度及びその容
積に流れ込んでから出ていくまでの時間を知るこ
とによつて、その間の流量を計算することができ
る。また、それぞれの圧力が知られているので、
負荷への圧力の指針として使うこともできる。
§実施例の説明
以下に述べる各図面において、同じ構造を有す
る部分には同一番号が付されている。また動作を
説明するために用いるグラフにおいても、同じ特
性の波形には同一記号が付されている。
る部分には同一番号が付されている。また動作を
説明するために用いるグラフにおいても、同じ特
性の波形には同一記号が付されている。
第１Ａ図は、本発明の一実施例による流量調節
器をガスクロマトグラフに応用した一例を示すブ
ロツク図である。即ち本図は、ガスがある容積を
有する空洞に流れ込んだり、又はこれから流れ出
したりする時、それぞれの場合に生じる変動圧力
を測定する装置の図解である。
器をガスクロマトグラフに応用した一例を示すブ
ロツク図である。即ち本図は、ガスがある容積を
有する空洞に流れ込んだり、又はこれから流れ出
したりする時、それぞれの場合に生じる変動圧力
を測定する装置の図解である。
第１Ｂ図は、第１Ａ図の動作説明に用いる一連
のグラフである。
のグラフである。
第１Ａ図において、キヤリアガスの供給源２は
レギユーレイテング・バルブＶRにつながれ、管
４がバルブＶRの出口とクロマトグラフイツク・
カラムＣの入口を連結している。分析せんとする
試料は、試料注入部Ｉによつてクロマトグラフイ
ツク・カラムＣ直前にある接合部J1に注入され
る。カラムＣの出口は、適当な検出器Ｄに連結さ
れている。管６は、バルブＶRと接合部V1との間
において管４と接続され、その接合部をJ2とす
る。管４の開閉を制御するバルブV1はバルブＶR
と接合部J2との中間の管４の中にある。バルブV1
の開閉は、バルブ駆動部８によつて制御される。
バルブ駆動部８は、波形f1に応答してバルブの開
閉を制御する。加えられた圧力を電気信号に変換
するトランスジユーサ９が管６につながつてい
る。トランスジユーサには多くの形式が知られて
いるが、本図に示されるトランスジユーサ９には
円筒状金属タンク１０が含まれている。前記金属
タンク１０は、管６を介して導入される圧力によ
つて上下に動く可動底部１２を有する。絶縁物で
作られているリング１４は、タンク１０の可動底
部１２及び金属デイスク１６間のスペーサとなつ
ている。このように、タンク１０の可動底部１２
とリング１４と金属デイスク１６によりコンデン
サが構成される。その静電容量はタンク１０の圧
力によつて変化する。タンク１０と金属デイスク
１６が発振器１８の発振回路に電気的に結合され
ることによつて、圧力による電気容量の変動が発
振器の発振周波数に変化を与える。発振器１８の
出力信号は、一般的に波形２０に示すような正弦
波であるが、波形整形回路２２に導入されて方形
波２４になる。
レギユーレイテング・バルブＶRにつながれ、管
４がバルブＶRの出口とクロマトグラフイツク・
カラムＣの入口を連結している。分析せんとする
試料は、試料注入部Ｉによつてクロマトグラフイ
ツク・カラムＣ直前にある接合部J1に注入され
る。カラムＣの出口は、適当な検出器Ｄに連結さ
れている。管６は、バルブＶRと接合部V1との間
において管４と接続され、その接合部をJ2とす
る。管４の開閉を制御するバルブV1はバルブＶR
と接合部J2との中間の管４の中にある。バルブV1
の開閉は、バルブ駆動部８によつて制御される。
バルブ駆動部８は、波形f1に応答してバルブの開
閉を制御する。加えられた圧力を電気信号に変換
するトランスジユーサ９が管６につながつてい
る。トランスジユーサには多くの形式が知られて
いるが、本図に示されるトランスジユーサ９には
円筒状金属タンク１０が含まれている。前記金属
タンク１０は、管６を介して導入される圧力によ
つて上下に動く可動底部１２を有する。絶縁物で
作られているリング１４は、タンク１０の可動底
部１２及び金属デイスク１６間のスペーサとなつ
ている。このように、タンク１０の可動底部１２
とリング１４と金属デイスク１６によりコンデン
サが構成される。その静電容量はタンク１０の圧
力によつて変化する。タンク１０と金属デイスク
１６が発振器１８の発振回路に電気的に結合され
ることによつて、圧力による電気容量の変動が発
振器の発振周波数に変化を与える。発振器１８の
出力信号は、一般的に波形２０に示すような正弦
波であるが、波形整形回路２２に導入されて方形
波２４になる。
方形波２４は、カウンター２６に加えられる。
また、カウンター２６は、波形f2がEN
（enable）入力端に加わると作動し、方形波２４
の数をカウントし、それに相当するデジタル数を
ラツチ２８に供給する。ラツチ２８はLTCH
（latch）入力端に加えられる波形f4に応答して、
カウンター２６からそのデジタル数を受けとる。
この後カウンター２６は、CLR入力端に加えら
れる波形f3によつてクリアされる。ラツチ２８の
デジタル出力信号はプロセツサー３０に導入され
ており、該プロセツサー３０はラツチ２８のEN
（enable）入力端に波形f5を供給して、プロセツ
サー３０が利用するまでそのデジタル情報を保存
させる。
また、カウンター２６は、波形f2がEN
（enable）入力端に加わると作動し、方形波２４
の数をカウントし、それに相当するデジタル数を
ラツチ２８に供給する。ラツチ２８はLTCH
（latch）入力端に加えられる波形f4に応答して、
カウンター２６からそのデジタル数を受けとる。
この後カウンター２６は、CLR入力端に加えら
れる波形f3によつてクリアされる。ラツチ２８の
デジタル出力信号はプロセツサー３０に導入され
ており、該プロセツサー３０はラツチ２８のEN
（enable）入力端に波形f5を供給して、プロセツ
サー３０が利用するまでそのデジタル情報を保存
させる。
任意の圧力又は流量はセツト信号によつて、プ
ロセツサー３０に伝えられる。プロセツサ３０
は、圧力に係るセツト信号値又は流量に係るセツ
ト信号値と、カウンター２６からのデータにより
決定される実際値との差を計算する。そしてその
差は、適当な方法によつてバルブ駆動部３２を作
動し、バルブＶRの開閉を制御する。また種々の
信号f1，f2，f3，f4は適当な方法によつて論理回路
から発生される。
ロセツサー３０に伝えられる。プロセツサ３０
は、圧力に係るセツト信号値又は流量に係るセツ
ト信号値と、カウンター２６からのデータにより
決定される実際値との差を計算する。そしてその
差は、適当な方法によつてバルブ駆動部３２を作
動し、バルブＶRの開閉を制御する。また種々の
信号f1，f2，f3，f4は適当な方法によつて論理回路
から発生される。
タンク１０の圧力は第１Ｂ図の圧力波形Ｐに示
すように周期的に変化する。最初の1/4周期Q1及
びQ2の間、バルブV1はグラフf1に示すように開い
ている。ガスは、ガス供給源２からレギユレーテ
イング・バルブＶR、バルブV1、管４を通つてカ
ラムＣへと、また管６を通つて圧力トランスジユ
ーサ９のタンク１０に流れる。ガス供給源２の圧
力は、この系のどこの圧力よりも高いので、トラ
ンジユーサー９の圧力は増加し、発振器１８の出
力２０の周波数は減少する。周期Q2中に生じる
方形波２４の数は、Q2の間に能動化されたカウ
ンター２６によつて数えられる（信号f2参照）。
この数を表わすデジタル・ワードは、カウンター
２６の出力端に現われ、波形f4のパルスの１つが
ラツチ入力端（LTCH）に加わるとすぐにラツチ
２８に保存される。期間Q3が始まる前に波形f3に
示されるパルスの１つがカウンター２６のクリア
入力端（CLR）に加わると、そのカウントは零
にもどる。期間Q2間に数えられた波形２４の数
Ct＃１は、この間の平均圧力ＰAを示す。プロセ
ツサー３０がラツチ２８からCt＃１に対応する
デジタル・ワードを受ける準備ができると、波形
f5に示されるパルスの１つがイネーブル入力端
（EN）に供給される。プロセツサー３０はトラン
スジユーサ９の特性に基づき、Ct＃１から圧力
ＰAを計算する（詳細は第３Ａ図において説明す
る）。
すように周期的に変化する。最初の1/4周期Q1及
びQ2の間、バルブV1はグラフf1に示すように開い
ている。ガスは、ガス供給源２からレギユレーテ
イング・バルブＶR、バルブV1、管４を通つてカ
ラムＣへと、また管６を通つて圧力トランスジユ
ーサ９のタンク１０に流れる。ガス供給源２の圧
力は、この系のどこの圧力よりも高いので、トラ
ンジユーサー９の圧力は増加し、発振器１８の出
力２０の周波数は減少する。周期Q2中に生じる
方形波２４の数は、Q2の間に能動化されたカウ
ンター２６によつて数えられる（信号f2参照）。
この数を表わすデジタル・ワードは、カウンター
２６の出力端に現われ、波形f4のパルスの１つが
ラツチ入力端（LTCH）に加わるとすぐにラツチ
２８に保存される。期間Q3が始まる前に波形f3に
示されるパルスの１つがカウンター２６のクリア
入力端（CLR）に加わると、そのカウントは零
にもどる。期間Q2間に数えられた波形２４の数
Ct＃１は、この間の平均圧力ＰAを示す。プロセ
ツサー３０がラツチ２８からCt＃１に対応する
デジタル・ワードを受ける準備ができると、波形
f5に示されるパルスの１つがイネーブル入力端
（EN）に供給される。プロセツサー３０はトラン
スジユーサ９の特性に基づき、Ct＃１から圧力
ＰAを計算する（詳細は第３Ａ図において説明す
る）。
期間Q2の終わりにバルブV1は閉じ、タンク１
０、管６、バルブV1及びカラムＣの間にある管
４の部分からガスがカラムＣへと流れる。この流
れが生じると期間Q3とQ4の間にその圧力は低下
する。期間Q4の間、カウンタ２６は作動し、Q4
間の平均圧力ＰBを示す（カウントCt＃２を生じ
させる）。ＰBは、トランスジユーサ９の非直線性
をも考慮して、プロセツサ３０によりCt＃２か
ら計算される。
０、管６、バルブV1及びカラムＣの間にある管
４の部分からガスがカラムＣへと流れる。この流
れが生じると期間Q3とQ4の間にその圧力は低下
する。期間Q4の間、カウンタ２６は作動し、Q4
間の平均圧力ＰBを示す（カウントCt＃２を生じ
させる）。ＰBは、トランスジユーサ９の非直線性
をも考慮して、プロセツサ３０によりCt＃２か
ら計算される。
２つの圧力測定値ＰAとＰBは、プロセツサ３０
が流量ｍを計算するために使われる。理想気体の
法則より (1) PV＝nRT ここでＰは圧力、Ｖは体積、ｎはモル数、Ｔは
絶対温度、Ｒは気体定数である。その微分をとつ
て移項すると、 (2) ｄｎ／ｄｔ＝ｄＰ／ｄｔＶ／ＲＴ あるいは (3) 流量（モル）／単位時間＝ＰＡ−ＰＢ／△ｔ
Ｖ／ＲＴ ここで△ｔは１周期の間隔を表わす。理想気体
は標準圧力及び標準温度のもとでは、22400ml／
moleであるから、式(3)の結果はガスクロマトグ
ラフが一般に使われる標準圧力温度における体積
流量比に変換できる。もつと重要なことは、
22400ml／moleの変換定数はどのような理想気体
でも同じであるため、第１Ａ図に示されるセンサ
において、異なるガスに対しても再較正をする必
要がないことである。
が流量ｍを計算するために使われる。理想気体の
法則より (1) PV＝nRT ここでＰは圧力、Ｖは体積、ｎはモル数、Ｔは
絶対温度、Ｒは気体定数である。その微分をとつ
て移項すると、 (2) ｄｎ／ｄｔ＝ｄＰ／ｄｔＶ／ＲＴ あるいは (3) 流量（モル）／単位時間＝ＰＡ−ＰＢ／△ｔ
Ｖ／ＲＴ ここで△ｔは１周期の間隔を表わす。理想気体
は標準圧力及び標準温度のもとでは、22400ml／
moleであるから、式(3)の結果はガスクロマトグ
ラフが一般に使われる標準圧力温度における体積
流量比に変換できる。もつと重要なことは、
22400ml／moleの変換定数はどのような理想気体
でも同じであるため、第１Ａ図に示されるセンサ
において、異なるガスに対しても再較正をする必
要がないことである。
プロセツサ３０は実際の流量を計算し、セツト
信号により指定される流量値と比較して誤差信号
を生じさせる。前記誤差信号はバルブ駆動部に印
加され、必要とする流量を得るようバルブＶRを
調節する。しかしカラムＣの入力端において所定
圧力が生じるよう希望する場合には、ＰB（カラ
ムＣの先端における圧力とほぼ同じである）と所
定の希望する圧力を比較することにより該希望が
達成される。即ち前記比較により誤差信号が発生
されるため、バルブ駆動部３２を介してバルブＶ
Rを制御する。もし希望した流量又は圧力が低け
れば、トランスジユーサ９によつて示される圧力
は、破線カーブ３３のようになる。
信号により指定される流量値と比較して誤差信号
を生じさせる。前記誤差信号はバルブ駆動部に印
加され、必要とする流量を得るようバルブＶRを
調節する。しかしカラムＣの入力端において所定
圧力が生じるよう希望する場合には、ＰB（カラ
ムＣの先端における圧力とほぼ同じである）と所
定の希望する圧力を比較することにより該希望が
達成される。即ち前記比較により誤差信号が発生
されるため、バルブ駆動部３２を介してバルブＶ
Rを制御する。もし希望した流量又は圧力が低け
れば、トランスジユーサ９によつて示される圧力
は、破線カーブ３３のようになる。
第２Ａ図は、本発明の他実施例による流量調節
器をガスクロマトグラフに応用した一例を示すブ
ロツク図である。本図に示される装置は、２つの
動作モードにおいて作動する。即ち一方のモード
においては、ガスがある容積に流れ込んだ後一定
時間だけその容積を一定に保ち、この間の圧力を
測定する。他方のモードでは、その容積からガス
が流れ出た後一定時間だけその容積を一定に保
ち、この間の圧力を測定する。
器をガスクロマトグラフに応用した一例を示すブ
ロツク図である。本図に示される装置は、２つの
動作モードにおいて作動する。即ち一方のモード
においては、ガスがある容積に流れ込んだ後一定
時間だけその容積を一定に保ち、この間の圧力を
測定する。他方のモードでは、その容積からガス
が流れ出た後一定時間だけその容積を一定に保
ち、この間の圧力を測定する。
第２Ｂ図は、第２Ａ図の動作説明に用いる一連
のグラフである。第２Ａ図に示す装置は、管４の
J1点及びJ2点間の間に設けられたバルブV2及び信
号１により制御されるバルブ駆動部３６を余分
に付加したことを除いて、第１Ａ図のそれと同じ
である。バルブV1とV2は、それぞれグラフf6と
１に示すように作動する。最初の期間Q1の間バ
ルブV1は開きV2は閉じる。したがつてガス供給
源２からのガスはトランスジユーサ９に入るが、
カラムＣには流れ込まない。期間Q2において
は、バルブV1も閉じる。このことにより、Q2の
間、圧力は一定に保たれる（第２Ｂ図のグラフＰ
A参照）。Q2の間、カウンタは第１Ａ図に述べた
場合と同様に作動する（第２Ｂ図のf2参照）。圧
力ＰAは一定であるためより正確な読取りが得ら
れるが、圧力ＰBはQ3間に測定される（圧力降下
時）。なおより低い圧力及び流量における動作は
点線３３′で示す通りである。
のグラフである。第２Ａ図に示す装置は、管４の
J1点及びJ2点間の間に設けられたバルブV2及び信
号１により制御されるバルブ駆動部３６を余分
に付加したことを除いて、第１Ａ図のそれと同じ
である。バルブV1とV2は、それぞれグラフf6と
１に示すように作動する。最初の期間Q1の間バ
ルブV1は開きV2は閉じる。したがつてガス供給
源２からのガスはトランスジユーサ９に入るが、
カラムＣには流れ込まない。期間Q2において
は、バルブV1も閉じる。このことにより、Q2の
間、圧力は一定に保たれる（第２Ｂ図のグラフＰ
A参照）。Q2の間、カウンタは第１Ａ図に述べた
場合と同様に作動する（第２Ｂ図のf2参照）。圧
力ＰAは一定であるためより正確な読取りが得ら
れるが、圧力ＰBはQ3間に測定される（圧力降下
時）。なおより低い圧力及び流量における動作は
点線３３′で示す通りである。
圧力グラフP′は、圧力ＰBを一定にすることに
より測定の正確さを改善した装置（第２Ａ図）の
動作を図解している。これは、期間Q4中、トラ
ンスジユーサ９の体積を一定にすることによつて
得られる。こうするためには、バルブV2を信号f7
により（f1でなく）制御することが必要である。
そうすることにより、バルブV1とV2の両方は、
期間Q4の間閉じられることになる。
より測定の正確さを改善した装置（第２Ａ図）の
動作を図解している。これは、期間Q4中、トラ
ンスジユーサ９の体積を一定にすることによつて
得られる。こうするためには、バルブV2を信号f7
により（f1でなく）制御することが必要である。
そうすることにより、バルブV1とV2の両方は、
期間Q4の間閉じられることになる。
第３Ａ図は、本発明の第３実施例による流量調
節器をガスクロマトグラフに応用した一例を示す
ブロツク図である。本装置は、第２Ａ図に示され
た装置のように一定体積の圧力を測定するが、ガ
スはその容積から基準容積（reference
volume）を通つて負荷に流れる。
節器をガスクロマトグラフに応用した一例を示す
ブロツク図である。本装置は、第２Ａ図に示され
た装置のように一定体積の圧力を測定するが、ガ
スはその容積から基準容積（reference
volume）を通つて負荷に流れる。
第３Ｂ図は、第３Ａ図の動作説明に用いる一連
のグラフである。図示された装置においては、レ
ギユレータ・バルブＶRが装着されていないた
め、与圧されたガス供給源２は管４に直結されて
いる。また本装置においては、管４がカラムＣの
如き負荷に直結されることなく、スリーウエイ・
バルブ（three−way valve）を介して負荷に接
続されている。前記バルブにはタンク３８が含ま
れており、該タンク３８には管４の端が挿入され
ている。管４０の一方の端はタンク３８の中に入
り、もう一方の端は負荷につながる。ここでは負
荷としてカラムＣが示してある。管４と管４０と
の端は、図に示すようにタンク３８中において、
互いに間を持つて向かい合うよう、直角に曲げて
ある。水平なダイヤフラム４２は、バルブ駆動部
４６（信号f1により制御される）によつて上下さ
れるロツド４４の先端に取り付けられている。ダ
イヤフラム４２と管４の端によりバルブV′2を構
成し、ダイヤフラム４２と管４０の端によりバル
ブV3を構成する。図に示したようにダイヤフラ
ム４２が上方にあるとき、管４０の端は閉じられ
るため、ガスは管４を通つてタンク３８に流れ込
む。ダイヤフラム４２が下方にあるとき、管４の
端が閉じられるため、ガスはタンク３８から管４
０を介してカラムＣへ流れ込む。タンク内の容積
はリフアレンス容積ＲVとして参照される。
のグラフである。図示された装置においては、レ
ギユレータ・バルブＶRが装着されていないた
め、与圧されたガス供給源２は管４に直結されて
いる。また本装置においては、管４がカラムＣの
如き負荷に直結されることなく、スリーウエイ・
バルブ（three−way valve）を介して負荷に接
続されている。前記バルブにはタンク３８が含ま
れており、該タンク３８には管４の端が挿入され
ている。管４０の一方の端はタンク３８の中に入
り、もう一方の端は負荷につながる。ここでは負
荷としてカラムＣが示してある。管４と管４０と
の端は、図に示すようにタンク３８中において、
互いに間を持つて向かい合うよう、直角に曲げて
ある。水平なダイヤフラム４２は、バルブ駆動部
４６（信号f1により制御される）によつて上下さ
れるロツド４４の先端に取り付けられている。ダ
イヤフラム４２と管４の端によりバルブV′2を構
成し、ダイヤフラム４２と管４０の端によりバル
ブV3を構成する。図に示したようにダイヤフラ
ム４２が上方にあるとき、管４０の端は閉じられ
るため、ガスは管４を通つてタンク３８に流れ込
む。ダイヤフラム４２が下方にあるとき、管４の
端が閉じられるため、ガスはタンク３８から管４
０を介してカラムＣへ流れ込む。タンク内の容積
はリフアレンス容積ＲVとして参照される。
カウントCt＃１及びCt＃２がそれぞれ周期Q2
及びQ4の期間中に得られた後、プロセツサ３０
は圧力トランスジユーサ９の特性を考慮に入れた
次の式によつて圧力ＰAとＰBを計算する。
及びQ4の期間中に得られた後、プロセツサ３０
は圧力トランスジユーサ９の特性を考慮に入れた
次の式によつて圧力ＰAとＰBを計算する。
(4) ＰA＝Ａ＋Ｂ（Ct＃１）２＋Ｃ（Ct＃１）４
(5) ＰB＝Ａ＋Ｂ（Ct＃２）２＋Ｃ（Ct＃２）４
ここで定数Ａ、Ｂ、Ｃは特定のトランスジユー
サに由来する較正定数である。これらＡ、Ｂ、Ｃ
はトランスジユーサごとに異る値を有するが、１
つのトランスジユーサに対しては一定な値とな
る。真の圧力ＰAとＰBから、△ｔ間の流量は次式
の如く計算される。
サに由来する較正定数である。これらＡ、Ｂ、Ｃ
はトランスジユーサごとに異る値を有するが、１
つのトランスジユーサに対しては一定な値とな
る。真の圧力ＰAとＰBから、△ｔ間の流量は次式
の如く計算される。
(6) ｍ〓＝Ｖ／ＲＴ△ｔ（ＰA−ＰB）
上述の如く計算された流量と希望する流量との
差は、デジタル数Ｎ（その差に応じて増大する）
を生じさせるために用いられる。これが完了する
と、プロセツサ３０は、デジタル数Ｎをダウンカ
ウンタ４８に転送するため、ダウン・カウンタの
LD（LOAD）端子に負荷パルスを送り出す。ダ
ウン・カウンタ４８の出力信号は、そのカウント
が零以下のときハイ状態を示す。そして前記出力
信号はANDゲート５０の一方の入力端に導入さ
れる。高周波の方形パルスf8は、ANDゲート５０
の他方の入力端に印加される。ANDゲート５０
の出力端は、ダウン・カウンタ４８のCK（クロ
ツク）端子に接続される。ダウン・カウンタ４８
の出力端は、バルブ駆動部８にも接続されてい
る。第３Ｂ図に示される種々のパルス波形１，
f1，f2，f7，f8は、論理回路によつて発生される。
差は、デジタル数Ｎ（その差に応じて増大する）
を生じさせるために用いられる。これが完了する
と、プロセツサ３０は、デジタル数Ｎをダウンカ
ウンタ４８に転送するため、ダウン・カウンタの
LD（LOAD）端子に負荷パルスを送り出す。ダ
ウン・カウンタ４８の出力信号は、そのカウント
が零以下のときハイ状態を示す。そして前記出力
信号はANDゲート５０の一方の入力端に導入さ
れる。高周波の方形パルスf8は、ANDゲート５０
の他方の入力端に印加される。ANDゲート５０
の出力端は、ダウン・カウンタ４８のCK（クロ
ツク）端子に接続される。ダウン・カウンタ４８
の出力端は、バルブ駆動部８にも接続されてい
る。第３Ｂ図に示される種々のパルス波形１，
f1，f2，f7，f8は、論理回路によつて発生される。
次に第３Ａ図に示す装置の動作を説明する（第
３Ｂ図参照）。圧力変化を表わすグラフＰにおい
て、実線５２は容積Ｖにおける圧力変化を示す。
ここで容積Ｖとは圧力トランスジユーサ９、管
６、バルブV1とV2′によりはさまれた部分の管４
によつて構成されるものである。バルブV2′は第
２Ａ図に示されるバルブV2と同様な位置に置か
れている。しかしバルブV2（第２Ａ図参照）が
管４とカラムＣとの導通を制御しているのに対
し、バルブV2′（第３Ａ図参照）はタンク３８の
基準容積ＲVと管４との導通を制御する。換言す
れば、管４は、バルブV2′を介して、あるいは間
接的にタンク３８を介してカラムＣにつながれて
いる。この理由は後ほど説明する。実線５４は、
タンク３８の基準容積ＲVの圧力を表わす。
３Ｂ図参照）。圧力変化を表わすグラフＰにおい
て、実線５２は容積Ｖにおける圧力変化を示す。
ここで容積Ｖとは圧力トランスジユーサ９、管
６、バルブV1とV2′によりはさまれた部分の管４
によつて構成されるものである。バルブV2′は第
２Ａ図に示されるバルブV2と同様な位置に置か
れている。しかしバルブV2（第２Ａ図参照）が
管４とカラムＣとの導通を制御しているのに対
し、バルブV2′（第３Ａ図参照）はタンク３８の
基準容積ＲVと管４との導通を制御する。換言す
れば、管４は、バルブV2′を介して、あるいは間
接的にタンク３８を介してカラムＣにつながれて
いる。この理由は後ほど説明する。実線５４は、
タンク３８の基準容積ＲVの圧力を表わす。
圧力あるいは流量の最大増加が求められている
と仮定すると、バルブV1は、ダウン・カウンタ
４８の出力を表わすグラフDCに示すように、最
初の周期Q1は全く開いたままである。要求され
た圧力あるいは流量の変化にかかわりなく、バル
ブV2′はグラフ１に示すように周期Q1及びQ2の
期間中、閉じている。Q2の間、カウンタ２６は
グラフf2に示す如く作動される。従つてカウンタ
２６は、波形整流回路２２から供給されるカウン
トCt＃１を数える。既に説明した如く、プロセ
ツサ３０はCt＃１から圧力ＰAを計算する。かく
してグラフ５２に示すごとく、容積Ｖの圧力は周
期Q1の間増加する。そしてQ2の間、V1及びV2′の
両バルブを閉じて一定の値ＰAに保たれる。Q1と
Q2の間バルブV3は開いているため、ガスはタン
ク３８の基準容積ＲVから管４０を介してカラム
Ｃへ流れ込む。かくしてグラフ５４に示す如く、
その圧力が下げられる。
と仮定すると、バルブV1は、ダウン・カウンタ
４８の出力を表わすグラフDCに示すように、最
初の周期Q1は全く開いたままである。要求され
た圧力あるいは流量の変化にかかわりなく、バル
ブV2′はグラフ１に示すように周期Q1及びQ2の
期間中、閉じている。Q2の間、カウンタ２６は
グラフf2に示す如く作動される。従つてカウンタ
２６は、波形整流回路２２から供給されるカウン
トCt＃１を数える。既に説明した如く、プロセ
ツサ３０はCt＃１から圧力ＰAを計算する。かく
してグラフ５２に示すごとく、容積Ｖの圧力は周
期Q1の間増加する。そしてQ2の間、V1及びV2′の
両バルブを閉じて一定の値ＰAに保たれる。Q1と
Q2の間バルブV3は開いているため、ガスはタン
ク３８の基準容積ＲVから管４０を介してカラム
Ｃへ流れ込む。かくしてグラフ５４に示す如く、
その圧力が下げられる。
グラフ１とf1に示される如く、Q2の終わりに
V2′が開き、V3が閉じる。すなわち、これらのバ
ルブは、互いに逆の動作を行う。このときバルブ
V1は閉じたままである。従つてトランスジユー
サ９の容積Ｖ及びタンク３８の基準容積ＲVの圧
力が平衡し始める。トランスジユーサ９、タンク
３８の容積及び管４の流体抵抗も最大圧力差に対
してQ3の終わりまでに完全な平衡が得られる。
こうしてそれぞれの圧力が等しくなるまでトラン
スジユーサ９の圧力は減少し（グラフ５２参
照）、またタンク３８の圧力は増加する（グラフ
５４参照）。期間Q4においてカウンタ２６は、グ
ラフf2に示す如き作動をし、カウントCt＃２を得
る。そして前記カウントCt＃２から圧力ＰBが計
算される。
V2′が開き、V3が閉じる。すなわち、これらのバ
ルブは、互いに逆の動作を行う。このときバルブ
V1は閉じたままである。従つてトランスジユー
サ９の容積Ｖ及びタンク３８の基準容積ＲVの圧
力が平衡し始める。トランスジユーサ９、タンク
３８の容積及び管４の流体抵抗も最大圧力差に対
してQ3の終わりまでに完全な平衡が得られる。
こうしてそれぞれの圧力が等しくなるまでトラン
スジユーサ９の圧力は減少し（グラフ５２参
照）、またタンク３８の圧力は増加する（グラフ
５４参照）。期間Q4においてカウンタ２６は、グ
ラフf2に示す如き作動をし、カウントCt＃２を得
る。そして前記カウントCt＃２から圧力ＰBが計
算される。
ＰA及びＰBが決定されると、プロセツサ３０は
次に示す比例積分制御アルゴリズム
（Proportional Integral Control Algorithm）に
従つて、バルブV1が開いているべき時間ｔを計
算する。
次に示す比例積分制御アルゴリズム
（Proportional Integral Control Algorithm）に
従つて、バルブV1が開いているべき時間ｔを計
算する。
(7) ｔ＝K1（設定流量−実際の流量）＋K2Σ（設定流量−実際の流量）＋K3
ここでK1、K2、K3はクロマトグラフの機械的
構造により決定される定数である。
構造により決定される定数である。
プロセツサ３０は、V1が開いているべき時間
ｔを表わすデジタル数Ｎを出力する。これがなさ
れるとき、プロセツサ３０は、ダウンカウンタ４
８のロード（LD）端子にローデイング・パルス
を供給する。そして数Ｎがダウン・カウンタ４８
に転送される。ダウン・カウンタ４８に保存され
るその数が零でない限り、その出力はハイ状態の
ままである。そしてこの状態が存在する限り
ANDゲート５０の出力は、正パルスf8の間、ハイ
となる。ANDゲート５０の出力端はダウン・カ
ウンタ４８のクロツク端子につながれているた
め、そのカウントはパルスf8が発生されるたびに
減少していく。この間、ダウン・カウンタ４８の
ハイ出力はバルブ駆動部８をしてバルブV1を開
きつづけさせる。ダウン・カウンタ４８のカウン
トが零に達するとその出力はローになり、V1は
閉じる。V1を開状態にしておく最長時間は1/4周
期であり、この時間に相当する数Ｎは1/4周期間
に生じるf8のサイクル数に等しい。なお第１Ａ図
及び第２Ａ図に示されるバルブ駆動部３２にダウ
ンカウンタ（ダウンカウンタ４８の如きカウン
タ）を組み込ませ、そしてその平均出力を用いて
バルブＶRを調整することも可能である。
ｔを表わすデジタル数Ｎを出力する。これがなさ
れるとき、プロセツサ３０は、ダウンカウンタ４
８のロード（LD）端子にローデイング・パルス
を供給する。そして数Ｎがダウン・カウンタ４８
に転送される。ダウン・カウンタ４８に保存され
るその数が零でない限り、その出力はハイ状態の
ままである。そしてこの状態が存在する限り
ANDゲート５０の出力は、正パルスf8の間、ハイ
となる。ANDゲート５０の出力端はダウン・カ
ウンタ４８のクロツク端子につながれているた
め、そのカウントはパルスf8が発生されるたびに
減少していく。この間、ダウン・カウンタ４８の
ハイ出力はバルブ駆動部８をしてバルブV1を開
きつづけさせる。ダウン・カウンタ４８のカウン
トが零に達するとその出力はローになり、V1は
閉じる。V1を開状態にしておく最長時間は1/4周
期であり、この時間に相当する数Ｎは1/4周期間
に生じるf8のサイクル数に等しい。なお第１Ａ図
及び第２Ａ図に示されるバルブ駆動部３２にダウ
ンカウンタ（ダウンカウンタ４８の如きカウン
タ）を組み込ませ、そしてその平均出力を用いて
バルブＶRを調整することも可能である。
流量又は圧力を減じるよう求められると、数Ｎ
は小さくなり、ダウン・カウンタ４８の出力はグ
ラフDCの破線５５によつて示されるような変化
をする。バルブV1はこのとき閉じられる。従つ
てトランスジユーサ９の容積Ｖにおける圧力はグ
ラフＰの点線５６のようになる。そのため、その
容積の圧力は、Q1の終り及びQ2において、一定
となる。第２Ａ図において、Q2の間のみバルブ
V1は閉じられる。従つて容積Ｖの圧力はこの間
においてのみ一定であつた。第２Ａ図において
は、流量又は圧力力がバルブＶRによつて制御さ
れているため可能であつたが、第３Ａ図において
は既に述べた方法によつてバルブV1が圧力又は
流量を制御している。
は小さくなり、ダウン・カウンタ４８の出力はグ
ラフDCの破線５５によつて示されるような変化
をする。バルブV1はこのとき閉じられる。従つ
てトランスジユーサ９の容積Ｖにおける圧力はグ
ラフＰの点線５６のようになる。そのため、その
容積の圧力は、Q1の終り及びQ2において、一定
となる。第２Ａ図において、Q2の間のみバルブ
V1は閉じられる。従つて容積Ｖの圧力はこの間
においてのみ一定であつた。第２Ａ図において
は、流量又は圧力力がバルブＶRによつて制御さ
れているため可能であつたが、第３Ａ図において
は既に述べた方法によつてバルブV1が圧力又は
流量を制御している。
タンク３８の基準容積ＲVを必要とする理由
は、トランスジユーサ９の容積Ｖが基準容積ＲV
より小さい場合、カラムに印加される圧力変化が
減少するからである。このことは、圧力グラフ５
４のヒーク・ピーク間振幅が圧力グラフ５２のピ
ーク・ピーク間振幅より小さいことから説明され
る。タンク３８が設けられていなければカラムＣ
に印加される圧力の変化は、グラフ５２に示すよ
うなものとなろう。しかしタンク３８が設けられ
ているため、カラムＣにかかる圧力はグラフ５４
のような変化をする。ピーク間圧力の比は、容積
の比に反比例する。その他の利点として、トラン
スジユーサの容積が小さければ小さいほど、感度
が良くなるという点を挙げることができる。
は、トランスジユーサ９の容積Ｖが基準容積ＲV
より小さい場合、カラムに印加される圧力変化が
減少するからである。このことは、圧力グラフ５
４のヒーク・ピーク間振幅が圧力グラフ５２のピ
ーク・ピーク間振幅より小さいことから説明され
る。タンク３８が設けられていなければカラムＣ
に印加される圧力の変化は、グラフ５２に示すよ
うなものとなろう。しかしタンク３８が設けられ
ているため、カラムＣにかかる圧力はグラフ５４
のような変化をする。ピーク間圧力の比は、容積
の比に反比例する。その他の利点として、トラン
スジユーサの容積が小さければ小さいほど、感度
が良くなるという点を挙げることができる。
カラムＣの入口付近における圧力を所定の値に
保つことがしばしば要求される。第１Ａ図及び第
２Ａ図に示された装置において、カラムの入口の
圧力は期間Q4間に測定した圧力ＰBに非常に近
い。しかし第３Ａ図に示された装置においては、
異なる。なぜならば、その圧力ＰBはトランスジ
ユーサの実効容積Ｖとタンク３８の基準容積ＲV
が平衡に達した時の圧力であつて、カラムＣの入
口の圧力とは直接関係がないからである。このカ
ラム圧力は、タンク３８の最低圧力ＰC（カラム
への排出時に生じる）に非常に近い。
保つことがしばしば要求される。第１Ａ図及び第
２Ａ図に示された装置において、カラムの入口の
圧力は期間Q4間に測定した圧力ＰBに非常に近
い。しかし第３Ａ図に示された装置においては、
異なる。なぜならば、その圧力ＰBはトランスジ
ユーサの実効容積Ｖとタンク３８の基準容積ＲV
が平衡に達した時の圧力であつて、カラムＣの入
口の圧力とは直接関係がないからである。このカ
ラム圧力は、タンク３８の最低圧力ＰC（カラム
への排出時に生じる）に非常に近い。
第(6)式から流量ｍ〓をひとたび求めることによ
り、圧力ＰCは次式に基づいて計算することがで
きる。
り、圧力ＰCは次式に基づいて計算することがで
きる。
(8) ＰC＝ＰB−〓ＲＴ／ＲＶ
ここでＴはタンク３８における基準容積の温度
である。このようにして決定された実際のＰCと
希望する圧力との差は、数Ｎを決定するために用
いられる。そして数Ｎは、最初の期間Q1中にバ
ルブV1を開いておくべき時間を制御する。
である。このようにして決定された実際のＰCと
希望する圧力との差は、数Ｎを決定するために用
いられる。そして数Ｎは、最初の期間Q1中にバ
ルブV1を開いておくべき時間を制御する。
本実施例の説明に際し、いろいろな動作を1/4
周期に対応させてきた。これは、２つのクロマト
グラフ系を同時に動作させるのに簡単なためであ
つて、いろいろな事項の相対的時間を変化させる
ことができないというような制限ではない。たと
えばカウントCt＃１及びCt＃２をとるための時
間は1/4周期（Ｑ）より短くすることができる。
周期に対応させてきた。これは、２つのクロマト
グラフ系を同時に動作させるのに簡単なためであ
つて、いろいろな事項の相対的時間を変化させる
ことができないというような制限ではない。たと
えばカウントCt＃１及びCt＃２をとるための時
間は1/4周期（Ｑ）より短くすることができる。
第１Ａ図及び第２Ａ図に示した装置において、
バルブＶRを除去することも可能である。この場
合、第３Ａ図において述べた如く、バルブV1の
制御により流量又は圧力を調節することができ
る。更に、第１Ａ図ないし第３Ａ図に示した装置
においては、キヤリアガスをクロマトグラフのカ
ラムに供給しているが、他のどのような流体負荷
でもカラムの代わりになりうる。
バルブＶRを除去することも可能である。この場
合、第３Ａ図において述べた如く、バルブV1の
制御により流量又は圧力を調節することができ
る。更に、第１Ａ図ないし第３Ａ図に示した装置
においては、キヤリアガスをクロマトグラフのカ
ラムに供給しているが、他のどのような流体負荷
でもカラムの代わりになりうる。
第１Ａ図は本発明の一実施例による流量調節器
をガスクロマトグラフに応用した一例を示すブロ
ツク図、第１Ｂ図は第１Ａ図の動作説明に用いる
一連のグラフ、第２Ａ図は本発明の他実施例によ
る流量調節器をガスクロマトグラフに応用した一
例を示すブロツク図、第２Ｂ図は第２Ａ図の動作
説明に用いる一連のグラフ、第３Ａ図は本発明の
第３実施例による流量調節器をガスクロマトグラ
フに応用した一例を示すブロツク図、第３Ｂ図は
第３Ａ図の動作説明に用いる一連のグラフであ
る。
をガスクロマトグラフに応用した一例を示すブロ
ツク図、第１Ｂ図は第１Ａ図の動作説明に用いる
一連のグラフ、第２Ａ図は本発明の他実施例によ
る流量調節器をガスクロマトグラフに応用した一
例を示すブロツク図、第２Ｂ図は第２Ａ図の動作
説明に用いる一連のグラフ、第３Ａ図は本発明の
第３実施例による流量調節器をガスクロマトグラ
フに応用した一例を示すブロツク図、第３Ｂ図は
第３Ａ図の動作説明に用いる一連のグラフであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 次の(イ)〜(チ)より成るガス流量調節器。 (イ) ガス供給源と負荷との間の管路に結合された
バルブ、 (ロ) 前記バルブの出力端と負荷との間に結合され
そして所定の容積Ｖを定義する手段、 (ハ) 前記容積Ｖにおける圧力信号を電気信号に変
換するトランスジユーサ、 (ニ) 周期△ｔをもつ信号サイクルの各第１部分で
前記バルブを開位置に設定するとともに、残り
の部分で閉位置に設定するバルブ駆動手段、 (ホ) 前記各サイクルの第１部分における所定期間
だけ前記容積Ｖにおけるガス圧ＰAに対応した
電気信号を前記トランスジユーサから送り出す
手段、 (ヘ) 前記各サイクルの残りの部分における所定期
間だけ前記容積Ｖにおけるガス圧ＰBに対応し
た電気信号を前記トランスジユーサから送り出
す手段、 (ト) 前記各サイクルにおける圧力信号ＰA，ＰBに
応答し、そして前記容積Ｖを通る流量ｍを表わ
す制御信号を発生するプロセツサ手段で、前記
ｍは次式で示される。 ｍ＝｛（ＰA−ＰB）／△ｔ｝（Ｖ／RT） 但し、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度である、 (チ) 前記流量と予定された設定流量との差信号に
応答して前記バルブを通過するガス流量を制御
する手段。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/011,333 US4373549A (en) | 1979-02-12 | 1979-02-12 | Mass flow/pressure control system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55107955A JPS55107955A (en) | 1980-08-19 |
| JPS626248B2 true JPS626248B2 (ja) | 1987-02-09 |
Family
ID=21749922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1588980A Granted JPS55107955A (en) | 1979-02-12 | 1980-02-12 | Gas flow controller |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4373549A (ja) |
| JP (1) | JPS55107955A (ja) |
| DE (1) | DE3003821C2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114737U (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-26 | ||
| JP2007535617A (ja) * | 2004-04-12 | 2007-12-06 | エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド | パルス化された質量流量搬送システム及び方法 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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