[发明专利]具有力传感器的活塞泵及用于控制所述活塞泵的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞泵，尤其是一种双活塞泵，其用于产生基本上没有脉动的输送流动；本发明还涉及一种用于控制所述活塞泵从低压区域输送泵送介质到高压区域的方法。

背景技术

根据本发明的活塞泵包括：至少两个用于从低压区域输送泵送介质到高压区域的活塞/缸体单元，用于驱动至少一个活塞/缸体单元的凸轮驱动器，用于控制凸轮驱动器的旋转速度的控制单元，和用于测量控制参数实际值的传感器，其中通过所述控制参数的实际值可以得到在高压侧产生的输送流体的脉动程度。

例如在液体色谱法(liquid chromatography)、尤其在高压液体色谱法(HPLC)和超高压液体色谱法(UHPLC)中采用了这种类型的泵，用于可动相(洗提液，eluant)的输送，例如以纯溶剂或低压侧梯度溶剂混合物的形式通过相关分析系统的分离柱中的静止相(包装件)。术语“低压侧梯度(low pressure side gradient)”为本领域技术人员所熟悉。

有关于质量(保持时间)和数量(峰值面积)的正确分析结果，需要可动相的持续恒定质量流(mass flow)。理想地，需要确保“真质量流”(true mass flow)，也即输送流动在一定单元时间中在大气压下相对于体积是恒定的。真质量流应该被确保至少持续在彼此相关联的一系列分析过程的持续期间。恒定的质量流具有重要的意义，尤其在HPLC和UHPLC中，这是因为当使用所述分析方法时所述泵的输送压力可以达到100MPa或更高。

在这样的操作条件下，泵送的介质不再表现为理想的(也即不可压缩的)液体。这会导致这样的事实：由于泵送介质特定的压缩性，增长的输送压力进一步恶化了基本没有脉动的所产生的被泵送介质的真质量流。

为了减小活塞泵所产生的高压输送流动中的脉动，具有例如多个活塞(尤其是两个活塞)的多个泵根据并联或者优选是串联的输送原则进行操作。换句话说，多个活塞输送进入共同高压区域，其中它们的冲程运动相对于彼此在时间上偏移，从而单个输送流动在理论上互相叠加以形成没有脉动的合成恒定流动。

由于具有低的输送压力，总输送流动的脉动因而可以完全或者几乎避免；然而，对于高的或者最高的输送压力而言，还是会生成残余脉动。该残余脉动由泵送介质的特定压缩性而引起，所述特定压缩性随着输送压力的增加会具有增加的效应，且其程度取决于泵送介质的变化物理性质。所述残余脉动可以通过使每个输送循环以预压行程开始而得到减小或抑制，这确保了在实际输送开始之前在缸体内部空间中的介质得到压缩以匹配位于高压侧的各个系统压力，用于避免或至少减小在从一个活塞到另一个活塞的液力过渡时发生的泵送介质短期回流和/或持续输送中断。

在相关泵中已知的反馈控制是用于(持续地)补偿泵送介质的特定压缩性对瞬间泵送效率的影响，该反馈控制或者是基于监测位于泵入口和/或出口处的输送压力，或者是基于确定位于泵入口和/或出口处的流速(例如通过根据热量测量原理操作的传感器)，以及对各个测量信号的定性或定量处理。

US4,359,312公开了一种具有凸轮驱动器的双活塞泵，其根据上述类型的并联或串联输送原理进行运行，并且还公开了基于相减方法(subtractive approach)来控制所述泵的方法。为了能够抵消在增加输送压力时泵送效率的下降，引起实际泵送动作的驱动凸轮器包括升程型面(elevation profile section)用于产生预压冲程，同时吸入冲程相对于角度范围相应地缩短并且因为结构的原因而加速。最初，预压冲程的长度以如下方式进行选择：即所述预压冲程补偿了在指定的最大特定压缩性和指定最大许可输送压力下的泵送介质的特定压缩性对泵送效率的影响，——所述泵被驱动以完全补偿这些最大值条件。为此目的，所述设备包括压力传感器，其中高压侧上的系统压力利用所述压力传感器得到持续监测。

通过压力传感器所监测得到的测量值被供给到驱动控制系统，并且驱动电机的旋转速度在预压冲程范围中以如下方法进行调制：即通过迭代和相减方法，泵从最大值条件的补偿进行迭代地回归，从而补偿在实际运行压力下的泵送介质的实际条件。与其相并行地，因在反馈过程中分别采用的预压冲程而获得在大气压力下相对于体积的输送增加。通过对凸轮旋转速度叠加次级修正系数，利用再调制来修正所述多余输送。