一种可以控制流速的高效液相色谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可以控制流速的高效液相色谱仪，包括一个由凸轮驱动的双泵头串联柱塞泵，一个控制系统，串联柱塞泵包括一个主泵腔，一个主泵头柱塞，一个副泵腔，一个副泵头柱塞，以及一个用于连通主泵腔和副泵腔的出口单向阀，控制系统用于控制主泵头柱塞和副泵头柱塞的运动，控制系统还用于循环执行以下步骤：根据系统压力及液相色谱仪的配置参数，得到一个出口单向阀开启点的计算值；再根据系统压力，得到一个出口单向阀开启点的校准值；将计算值加上所述的校准值，得到出口单向阀开启点的实际值；根据实际值，得到一个压缩体积；根据压缩体积，控制凸轮的转速。本发明的液相色谱仪，保证了流动相的混合比例，提高了测量结果的准确性。
【专利说明】一种可以控制流速的高效液相色谱仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液相色谱仪领域。
【背景技术】
[0002] 高效液相色谱是色谱法的一个重要分支，其是以液体为流动相，采用高压输液系 统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相连同被测样品泵 入装有固定相的色谱柱，被测样品的各成分在柱内被分离后，进入检测器进行检测，从而实 现对样品的定性定量分析。该方法已成为化学、医学、工业、农学、商检和法检等学科领域中 重要的分离分析技术。高效液相色谱仪（HPLC)是用于此分析方法的仪器。
[0003] 如图1所示，高效液相色谱仪1通常由溶液组织器101、输液泵102、进样器103、色 谱柱104、检测器105、信息处理系统106和控制系统107等部分组成，其中溶液组织器101 中的溶液经过脱气后，作为流动相被输液泵102注入到液相色谱仪1的系统中，样品溶液经 过进样器103注入流动相，并被流动相载入到色谱柱104 (固定相)内，由于样品溶液中的各 组分与色谱柱具有不同的极性，样品溶液在色谱柱104中作相对运行时，经过反复多次的 吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，最后被分离成单个组分依 次从色谱柱104内析出，析出的成分经过单色光的投射，检测器105检测到光强度的变化， 并把这些光信号转换成电信号传送到信息处理系统106,信息处理系统106主要用于分析 接收到的数据，并最后将它们以图谱形式显示出来。控制系统107用于实现对色谱仪内各 部件的控制和数据处理等操作。
[0004] 其中，输液泵102是高效液相色谱仪1的动力源，用于将一种或者多种流动相按照 一定的比例进行混合，然后输送到液相色谱仪1的系统中，其所影响的仪器指标包括压力 脉动和流动相混合比例的准确度，如果压力脉动大，就说明输液泵所输出的流量不平稳，则 流速精度就会差，从而引起检测器基线的波动，最终影响色谱仪1的检测结果；如果流动相 的混合比例不准确，则每次测试的结果可能就会相差较大，导致没有可比性，并且同样的方 法在不同的仪器上测试也会有较大的差别，不利于建立统一标准的测试方法。
[0005] 目前，广泛使用的高压输液泵是由凸轮驱动的双泵头串联柱塞泵。如图2所示，双 栗头串联彳主复柱塞栗2王要由王栗头柱塞201，副栗头柱塞202,王栗脸203、副栗脸204、入 口单向阀205、出口单向阀206和压力传感器207等部件组成，其中柱塞201、202用于实现 液体的压缩，主泵腔203和副泵腔204用于储存液体，入口单向阀205位于主泵腔203的入 口端，出口单向阀206位于主泵腔203和副泵腔204之间，用于隔离主泵腔203和副泵腔 204,压力传感器207位于副泵腔204的出口处，用于检测系统压力。液相色谱仪1运行时， 控制系统107控制步进电机运转，电机带动凸轮转动，然后凸轮驱动活塞杆运动，把圆周运 动转化成直线运动，活塞杆带动主泵头柱塞201和副泵头柱塞202往复交错运动，实现往复 式的液体输送，并且，控制系统107根据凸轮曲线控制主副泵头柱塞的运动，使得输出压力 平稳，参照图3,是凸轮曲线图，其中横坐标是步进电机的步数，纵坐标是凸轮的运动速度， 图中的3条曲线分别代表主凸轮速度变化曲线、副凸轮速度变化曲线和两个凸轮的和速度 变化曲线，其中主凸轮和副凸轮分别用于驱动主泵头柱塞和副泵头柱塞的运行，控制系统 107通过控制电机的运转，间接地控制主、副泵头柱塞的运动。
[0006] 但是由于液体具有压缩性，以及泵腔体积和单向阀泄漏等因素的影响，使得出口 单向阀206的开启点实际上并不在主泵腔吸排液的切换点处，具体原因如下：
[0007] 结合参考图3和图4,在T1时刻，主泵头柱塞201在主泵腔203的最右端，副泵头 柱塞202在副泵腔204的最左端，主泵腔203开始准备吸液，副泵腔204开始排液，此时入口 单向阀205和出口单向阀206均关闭；T2时刻，主泵头柱塞201向左运行，副泵头柱塞202 向右运行，主泵腔203吸液，入口单向阀205打开，出口单向阀206关闭；T3时刻，主泵头柱 塞201运行到最左端，主泵腔203内充满了液体，主泵腔203开始准备排液；T4时刻，主泵 头柱塞201开始排液，副泵头柱塞202运行到了最右端。出口单向阀206已经打开。整个 泵的总流量输出变为主泵腔203的排液量减去副泵腔204的吸液量。T5时刻，副泵头柱塞 202运行到了最左端，主泵头柱塞201依旧向右运行，……，如此循环往复的运行，实现液体 的传输。
[0008] 因为出口单向阀是靠外界压力驱动的被动阀，所以只有当主泵腔203中的压力大 于副泵腔204中压力时，出口单向阀206才会打开，由于液体在不同的压力下具有不同的体 积（即压缩性）以及单向阀存在泄露等原因造成出口单向阀206的开启点不在T3时刻，往 往会延后一些，由此可见为了使出口单向阀206打开，主泵头柱塞201需要向右运行一段距 离，将液体进行压缩，出口单向阀206打开后才能开始排液，但被压缩的这部分液体并没有 输出到系统中，这样就会造成实际的输出液体体积是不准确的，因此造成流动相的流速也 是不准确的，并且流动相的混合比例不准确；并且随着系统压力变化，主泵头柱塞201压缩 的液体体积还会变化，这样对于测量方法的移植和通用性都会产生影响。
[0009] 例如：二元高压泵运行一个总流速lml/min比例为30%的甲醇水溶液的测试条 件。如果此时系统压力是常压，可以设定一台泵走水按照0. 7ml/min的流速运转，另一台泵 走甲醇按照〇. 3ml/min的流速运转，这样它们混合后就是30%的甲醇水混合溶液了。如果 此时的系统压力为30Mpa，还按照上面流速进行设置，则实际上走水的泵的输出体积流速是 0. 296ml/min，走甲醇的泵的输出体积流速是0. 675ml/min，而实际输出的比例为30. 5%，实 际输出的总流速为〇. 971ml/min，并且当系统压力变化时，输出比例和体积流速还会变化。 [0010] 终上所述，现有技术中缺乏一种能够快速响应系统压力的变化，准确控制流动相 的流速的高效液相色谱仪。
【发明内容】
[0011] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够快速响应系统压力的变 化，准确控制流动相的流速的高效液相色谱仪。
[0012] 本发明提供了一种可以控制流速的高效液相色谱仪，包括一个由凸轮驱动的双泵 头串联柱塞泵，一个控制系统，所述的串联柱塞泵包括一个主泵腔，一个主泵头柱塞，一个 副泵腔，一个副泵头柱塞，以及一个用于连通所述的主泵腔和副泵腔的出口单向阀，所述的 控制系统用于控制主泵头柱塞和副泵头柱塞的运动，所述的控制系统还用于循环执行以下 步骤：
[0013] 1)根据所述的系统压力及所述的液相色谱仪的配置参数，得到一个出口单向阀开 启点的计算值；
[0014] 2)再根据所述的系统压力，得到一个出口单向阀开启点的校准值；
[0015] 3)根据所述的实际值和所述的校准值的和，得到出口单向阀开启点的实际值；
[0016] 4)根据所述的实际值，得到一个压缩体积；
[0017] 5)根据所述的压缩体积，控制所述的凸轮的转速。
[0018] 在本发明所述的液相色谱仪中，所述的1)根据所述的系统压力及所述的液相色谱 仪的配置参数，得到一个出口单向阀开启点的计算值，可以是指，根据所述的系统压力及所 述的液相色谱仪的配置参数，得到所述的主泵头柱塞的初始压缩液体体积，及所述的出口 单向阀的泄漏体积，然后根据所述的初始压缩液体体积和所述的泄漏体积，得到所述的出 口单向阀开启点的计算值。
[0019] 在本发明所述的液相色谱仪中，所述的根据所述的系统压力及所述的液相色谱仪 的配置参数，得到所述的主泵头柱塞的初始压缩液体体积及所述的出口单向阀的泄漏体 积，可以是指，用所述的系统压力乘以主泵腔中液体的压缩系数，再乘以主泵腔体积，得到 所述的主泵头柱塞的初始压缩液体体积，及用所述的系统压力乘以所述的出口单向阀的泄 漏常数，得到所述的出口单向阀的泄漏体积。
[0020] 在本发明所述的液相色谱仪中，根据所述的初始压缩液体体积和所述的泄漏体 积，得到所述的出口单向阀开启点的计算值，可以是指，将所述的初始压缩液体体积加上所 述的泄漏体积，并根据上述体积的和及所述的凸轮的曲线的函数方程，得到所述的出口单 向阀开启点的计算值。
[0021] 在本发明所述的液相色谱仪中，所述的2)再根据所述的系统压力，得到一个出口 单向阀开启点的校准值，可以是指，根据出口单向阀开启点附近的系统压力的上升或下降 的幅值，得到所述的出口单向阀开启点的校准值。
[0022] 在本发明所述的液相色谱仪中，所述的根据出口单向阀开启点附近的系统压力的 上升或下降幅值，得到所述的出口单向阀开启点的校准值，可以是指，用所述的系统压力的 上升幅值乘以一个校准系数_2,得到所述的出口单向阀开启点的校准值，用所述的系统压 力的下降幅值乘以一个校准系数2,得到所述的出口单向阀的开启点的校准值。
[0023] 在本发明所述的液相色谱仪中，4)根据所述的实际值，得到一个压缩体积，可以是 指，根据所述的实际值和所述的凸轮的曲线的函数方程，得到所述的压缩体积。
[0024] 在本发明所述的液相色谱仪中，5)根据所述的压缩体积，控制所述的凸轮的转速， 可以是指，根据所述的压缩体积和所述的主泵头柱塞的冲程体积的比例关系，控制所述的 凸轮的转速。
[0025] 本发明所述的液相色谱仪，可以快速响应系统压力对出口单向阀开启点的影响， 对开启点进行时时校准，根据校准后的开启点，调节凸轮的转速，从而调节流动相的流速， 保证了流动相的混合比例，提高了测量结果的准确性，而且每次测量的结果相差较小，利于 建立统一的测试方法。
[0026] 并且本发明所述的液相色谱仪，通过时时校准出口单向阀的开启点，减轻了系统 压力脉动，提高了仪器的测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是高效液相色谱仪1的结构示意图。
[0028] 图2是双泵头串联柱塞泵2的结构示意图。
[0029] 图3是用于驱动双泵头串联柱塞泵2的凸轮曲线图。
[0030] 图4是双泵头串联柱塞泵2在不同时刻的工作状态示意图。
[0031] 图5是本发明较佳实施例中所述的控制方法的工作流程图。
[0032] 图6是驱动主泵头柱塞201的主凸轮的曲线图。
[0033] 图7是液相色谱仪1中的系统压力的幅值产生上升时的压力曲线图。
[0034] 图8是液相色谱仪1中的系统压力的幅值产生下降时的压力曲线图。
[0035] 图9是经过校准后，系统压力平稳的压力曲线图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图介绍本发明的一较佳实施例。
[0037] 参考图1，本实施例中的高效液相色谱仪1包括溶液组织器101、输液泵102、进样 器103、色谱柱104、检测器105、信息处理系统106和控制系统107等，其中溶液组织器101 中的溶液经过脱气后，作为流动相被输液泵102注入到液相色谱仪1的系统中，样品溶液经 过进样器103注入流动相，并被流动相载入到色谱柱104 (固定相)内，由于样品溶液中的各 组分与色谱柱具有不同的极性，样品溶液在色谱柱104中作相对运行时，经过反复多次的 吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，最后被分离成单个组分依 次从色谱柱104内析出，析出的成分经过单色光的投射，检测器105检测到光强度的变化， 并把这些光信号转换成电信号传送到信息处理系统106,信息处理系统106将接收到的数 据进行数字分析，并最后将它们以图谱形式显示出来，控制系统107用于实现对色谱仪内 各部件的控制和数据处理等操作。
[0038] 作为举例说明，信息处理系统106可以通过计算机等具有信息处理能力的设备实 现。
[0039] 作为举例说明，控制系统107可以通过DSP、FPGA等数字处理部件实现，并且控制 系统107可以嵌入检测器105的系统中。
[0040] 作为举例说明，输液泵102可以是单泵、二元泵或四元泵。
[0041] 参考图2,在本实施例中，本发明的输液泵102由图2中所示的双泵头串联柱塞泵 2构成，串联柱塞栗2王要包括王栗头柱塞201、副栗头柱塞202、王栗203、副栗204、 入口单向阀205、出口单向阀206和压力传感器207等部件组成，其中柱塞201、202用于实 现液体的压缩，主泵腔203和副泵腔204用于储存液体，入口单向阀205位于主泵腔203的 入口端，出口单向阀206位于主泵腔203和副泵腔204之间，用于隔离主泵腔203和副泵腔 204,压力传感器207位于副泵腔204的出口处，用于检测系统压力V。液相色谱仪1运行时， 控制系统107控制步进电机运转，电机带动凸轮转动，然后凸轮驱动活塞杆运动，把圆周运 动转化成直线运动，活塞杆带动主泵头柱塞201和副泵头柱塞202往复交错运动，实现往复 式的液体输送，并且，控制系统107根据凸轮曲线控制主副泵头柱塞的运动，使得输出压力 平稳，参照图3,是凸轮曲线图，其中横坐标是步进电机的步数，纵坐标是凸轮的运动速度， 图中的3条曲线分别代表主凸轮速度变化曲线、副凸轮速度变化曲线和两个凸轮的和速度 变化曲线，控制系统107通过控制电机的运转，间接地控制主、副泵头柱塞的运动。
[0042] 从【背景技术】的描述可以看出，流动相流速的变化，是由于系统压力V变化，导致液 体的压缩系数及出口单向阀206的泄漏量的变化，进而引起出口单向阀206的开启点滞后 所造成的，因此，为了解决现有技术中流动相流速不确定的问题，本发明首先得到主柱塞泵 头201为了使出口单向阀206打开所压缩的液体的体积，然后通过该液体体积，求出凸轮转 速的变化量，从而反过来控制凸轮的速度，使凸轮提高相应的速度来补偿上述压缩的液体 体积。
[0043] 参考图5,本发明所述的控制方法是：
[0044] 所述的控制系统循环执行以下步骤：
[0045] 501 :根据系统压力V及液相色谱仪1的配置参数，得到出口单向阀206开启点的 计算值；
[0046] 502 :再根据系统压力V，得到出口单向阀206开启点的校准值；
[0047] 503 :根据计算值和校准值的和，得到出口单向阀206开启点的实际值；
[0048] 504 :根据实际值，得到压缩体积Vb ;
[0049] 505 :根据压缩体积Vb，控制凸轮的转速。
[0050] 首先是要求得出口单向阀206的开启点，进而根据开启点得到主柱塞泵头201压 缩的液体体积。具体方法如下：
[0051] 501 :根据系统压力V及液相色谱仪1的配置参数，得到出口单向阀206开启点的 计算值；
[0052] 502 :再根据系统压力V，得到出口单向阀206开启点的校准值；
[0053] 503 :根据计算值和校准值的和，得到出口单向阀206开启点的实际值；
[0054] 本发明将影响出口单向阀206开启点的因素分解成两类，第一类是根据系统配置 得到的计算值，计算值是指在仪器配置固定的情况下，按照理论公式计算得到的理论值；另 一类是根据仪器加工误差以及测量条件的变化得到的校准值，校准值是指由于测量过程中 仪器的加工差异，以及由于内外环境的变化引起的细微变化值。最后将计算值与校准值相 力口，得到出口单向阀206开启点的实际值。该控制方法因为充分考虑了对出口单向阀206 开启点的影响因素，所以能够更加快速准确的找到出口单向阀206的开启点的实际值。
[0055] 下面详细介绍找到出口单向阀206的开启点的实现过程：
[0056] 501 :根据系统压力V及液相色谱仪1的配置参数，得到一个出口单向阀206的计 算值；
[0057] 其中所述的系统压力V是指液相色谱仪系统中的压力，在本实施例中，是指压力 传感器207检测到的压力；所述的配置参数是指为了满足仪器测量需要，为色谱仪1配置的 各种部件的物理尺寸或特性指标参数等。
[0058] 进一步地，根据所述的系统压力V及所述的液相色谱仪的配置参数，得到一个出 口单向阀开启点的计算值，是指，
[0059] 根据液相色谱仪1的系统压力V及液相色谱仪1的配置参数，得到主泵头柱塞201 的初始压缩液体体积Vs，及出口单向阀206的泄漏体积Vx，然后根据初始压缩液体体积Vs 和泄漏体积Vx，得到出口单向阀开启点206的计算值。
[0060] 根据【背景技术】的介绍，出口单向阀206开启的条件是主泵腔203内的液体压力大 于副泵腔204内的液体压力时打开，如果假设泵腔中的液体是理想状况下的不可压缩的， 并且出口单向阀206的泄漏量为零，那么出口单向阀206的开启点就是如图3所示的凸轮 曲线上主泵头柱塞201开始排液的位置T3,但是在实际测量中，开启点往往会延迟到T4位 置，也就是主泵头柱塞201需要压缩一定量的液体体积才能使出口单向阀206打开。原因在 于，液体都是具有一定的压缩系数的，即相同分子量的液体在不同的压力下体积是不同的， 所以为了打开出口单向阀206,主泵头柱塞201需要压缩一定量的体积，初始压缩液体体积 Vs，又由于实际采用的出口单向阀206都会有一定的泄漏，又会泄漏掉一定的体积，即泄漏 体积Vx，因此在计算出口单向阀206的开启点的计算值的时候，需要考虑主泵头柱塞201的 初始压缩液体体积Vs和出口单向阀206的泄漏体积Vx的和。
[0061] 更进一步地，根据液相色谱仪1的系统压力V及液相色谱仪1的配置参数，得到主 泵头柱塞201的初始压缩液体体积Vs，及出口单向阀206的泄漏体积Vx，是指
[0062] 用系统压力V乘以主泵腔203中液体的压缩系数C1，再乘以主泵腔体积Vz，得到 主泵头柱塞201的初始压缩液体体积Vs，及
[0063] 用系统压力V乘以出口单向阀206的泄漏常数C2,得到出口单向阀206的泄漏体 积Vx。
[0064] 在主泵腔203没排液的时候，其中的压力是常压，而此时副泵腔204中压力（即系 统压力）此时是高压，为了使出口单向阀206打开，必须使主泵腔203中的压力大于系统压 力V，由于常压下的液体体积比高压下的液体体积要大（与液体压缩系数有关)，所以主泵头 柱塞201需要运动一段距离，压缩主泵腔203内的液体以产生高压，为此发明人经过了分析 和反复的测试，得到主泵头柱塞201运动这段距离压缩的液体体积（即初始压缩液体体积 Vs)与系统压力V、液体的压缩系数C1和主泵腔203的体积Vz有关，即Vs=VXCl XVz。
[0065] 并且，还因为出口单向阀206具有一定的泄漏，所以主泵头柱塞201需要压缩的液 体体积还需要加上出口单向阀206的泄漏量，发明人经过分析和测试后，得到出口单向阀 206的泄漏体积Vx与系统压力V和泄漏常数C2有关，即Vx=VXC2。
[0066] 最后，根据得到的初始压缩液体体积Vs和出口单向阀206的泄漏体积，得到出口 单向阀206开启点的计算值，是指，
[0067] 将初始压缩液体体积Vs加上出口单向阀206的泄漏体积，并根据它们体积的和Vh 与所述的凸轮曲线的函数方程，得到出口单向阀的开启点的计算值。
[0068] 根据上面的分析可以看出，将初始压缩液体体积Vs和出口单向阀206的泄漏体积 Vx相加后会得到一个体积，该体积就是为了达到出口单向阀206打开的条件，主泵头柱塞 201需要压缩的液体体积Vh=Vs+Vx=VXClXVz+VXC2,但是因为出口单向阀206的开启点 的计算值实际指的是步进电机的运转步数，所以我们还需要根据体积Vh转换得到步进电 机的运转步数。
[0069] 参考图6,是主凸轮的速度(纵坐标）_步进电机步数(横坐标）的关系曲线图，图中 的A点是主泵头柱塞201开始排液的点，这个点是固定的，Sp点是出口单向阀206实际的 开启点，根据上面的分析，Sp点与系统压力V、液体压缩系数C1、主泵腔的体积Vz以及出口 单向阀206的泄漏系数是相关的，阴影部分的面积是液体体积Vh，再根据凸轮曲线的函数 方程（凸轮曲线的函数方程表示凸轮速度和步进电机步数的函数关系)，可以得到一个二元 方程组，通过求解该方程组可以得到Sp点的值。
[0070] 假设，通过上面的计算得到体积Vh=10000ul，凸轮曲线的函数方程为y=2x，y表示 凸轮的速度，X表示步进电机步数，2是在A点到Sp点之间的那段凸轮曲线的斜率，那么可 以得到如下的二元方程组：
[0071] y=2x
[0072] xy/2=2
[0073] 最后求得 x=100, y=200
[0074] 即Sp点的横坐标减去A点的横坐标等于100,假设A点的横坐标是100,因此可以 得到Sp点的横坐标，即出口单向阀201开启点的计算值是100+100=200步。
[0075] 在本实施例中，凸轮的曲线是通过数据列表的方式存储在控制系统107的存储器 中的，在计算出口单向阀206开启点的计算值时，通过查表的方式找到对应的步进电机的 步数，也就是出口单向阀206开启点的计算值。
[0076] 502 :根据系统压力V，得到出口单向阀206开启点的校准值；
[0077] 由于不同仪器在加工时都会存在差异，而且由于测量条件，例如温度等的变化，在 仪器运行过程中，也会引起例如液体的压缩系数C1或出口单向阀206的泄漏常数C2的变 化，所以，本发明在凸轮的每个运转周期内都会根据系统压力P上升或下降的幅值的变化， 得到一个出口单向阀206开启点的校准值，该值能够较准确反应出由于上述因素导致的出 口单向阀206的开启点的变化。
[0078] 液相色谱仪1开机后，控制系统107会先根据出口单向阀206开启点的计算值进 行控制，然后根据检测到系统压力107的变化，判断系统压力幅值的变化，如果压力幅值与 平均幅值相比上升或者下降，那么就说明出口单向阀206的开启点出现了偏差，在本发明 中，发明人通过长期的测试后，得出一个校准系数，当压力出现变化时，就用压力的变化值 乘以该校准系数，就得到了出口单向阀206开启点的校准值。
[0079] 例如，参考图7,图中系统压力P的幅值上升了 20psi，说明由于测量条件的变化， 导致出口单向阀206开启点的计算值比实际值前移了，所以为了得到开启点的实际值，就 需要用系统压力P上升的幅值20psi乘以校准系数-2,得到出口单向阀206开启点的校准 值-40步；再参考图8,图中系统压力P的幅值下降了 20psi，说明由于测量条件的变化，导 致出口单向阀206开启点的计算值比实际值后退了，所以为了得到开启点的实际值，就需 要用系统压力P下降的幅值20乘以校准系数2,得到开启点的校准值40步。
[0080] 503 :将上述的计算值加上上述的校准值，得到出口单向阀206开启点的实际值；
[0081] 最后，将上面得到的计算值加上校准值，就得到了出口单向阀206开启点的实际 值。
[0082] 例如，通过上面的计算得到出口单向阀206开启点的计算值等于200步，那么在 系统压力上升的情况下，最终的实际值等于计算值200步加上校准值-40步，即出口单向 阀206的开启点的实际值是160步；而在系统压力下降的情况下，最终的实际值等于计算值 200步加上校准值40步，即出口单向阀206的开启点的实际值是240步。
[0083] 504 :根据实际值，得到压缩体积Vb ;
[0084] 参考图9,是出口单向阀206被校准后，系统压力P平稳的效果图。可以看出，通过 上述的方法进行校准后，系统压力变得平稳了，也就说明此时的出口单向阀206的开启点 的值应该是准确的了，所以根据此时的开启点的值，就能够得到主泵头柱塞201为了使出 口单向阀206打开，所压缩的液体体积，即压缩体积Vb。
[0085] 具体是，根据所述的实际值和所述的凸轮的曲线的函数方程，得到所述的压缩体 积。
[0086] 通过上面的计算得到出口单向阀206的开启点的实际值，假设是160步，那么将该 值带到凸轮曲线的函数方程中，例如是y=2x，就能得到压缩体积Vb 了。具体方法是，假设 χ=160,所以 y=320, A 点的横坐标是 100,那么 Vb=320* (160-100) /2=9600ul
[0087] 505:根据压缩体积Vb，控制凸轮的转速
[0088] 具体是指，根据压缩体积Vb和主泵头柱塞201的冲程体积Vc的比例关系，控制所 述的凸轮的转速。
[0089] 冲程体积Vc是指理想状态的时候，主泵头柱塞201的排液体积，它是已知量。
[0090] 假设，冲程体积Vc=192000ul，流动相的流速是T=lml/min，则凸轮在理想状态下 的转速是R=T/Vc=l/192,但在实际的情况下，由于主柱塞泵头201压缩了液体体积Vb，所以 如果凸轮还按照R运转，是不能达到流动相的流速lml/min，为了补偿压缩体积Vb，凸轮的 实际转速应该为：
[0091] R*Vc/(Vc-Vb)=1/(192-9. 6)=1/182. 4
[0092] 可见，凸轮的转速降低了，从而补偿了压缩体积Vb那部分的液体。
[0093] 终上所述，液相色谱仪1开始运行后，首先检测系统压力P，然后控制系统107根据 系统压力P以及上述的液相色谱仪的相关配置参数，得到出口单向阀206开启点的计算值， 色谱仪1运行一段时间后，压力传感器207会检测到系统压力P的变化，控制系统107根据 系统压力P的变化，得到出口单向阀206的校准值，将上述的计算值与校准值相加得到开启 点的实际值，也就是步进电机运转的步数，再根据开启点的实际值和凸轮的曲线，得到主泵 头柱塞201的压缩体积Vb，最后根据Vb以及冲程体积Vc得到凸轮实际的转速，前面已经提 到柱塞泵是通过步进电机带动凸轮转动，然后凸轮驱动活塞杆运动，把圆周运动转化成直 线运动，活塞杆带动主泵头柱塞201和副泵头柱塞202往复交错运动，所以通过调整凸轮的 转速，最终实现了对柱塞速度的调节，也就调整了流动相的流速，使得实际输出流动相的流 速达到预定的流速，保证了仪器测量的准确性，和流动相混合比例的准确。
[0094] 在本实施例中，是在系统压力P平稳后，才进行流动相流速的调整，这种调整是时 时运行的。
[0095] 在本实施例中，所述的计算值是时时计算的，并与此时的校准值相加，得到开启点 的实际值，这样得到的实际值能够更加准确地反映实际的出口单向阀206开启点。
[0096] 作为另外的举例说明，根据不同系统的测量精度的需求，计算值也可以按照一定 时间间隔进行计算，然后与此时的校准值相加，得到开启点的实际值。
[0097] 在本实施例中，校准值是在凸轮运行一个周期计算一次，然后与此时对应的计算 值相加，得到开启点的实际值。这样得到的实际值能够更加准确地反映实际的出口单向阀 206的开启点。
[0098] 作为另外的举例说明，根据不同系统的测量精度的需求，校准值也可以在凸轮运 行2个或者3个周期计算一次，然后与此时对应的计算值相加，得到开启点的实际值。
[0099] 在本实施例中，因为在色谱仪1刚开机的时候，是没有系统压力变化的，所以开启 点校准值的初始值是0。
[0100] 本发明所述的液相色谱仪，提供一种可以控制流动相流速的液相色谱仪，该方法 根据系统压力及仪器的配置参数得到出口单向阀206的实际的开启点，并根据该开启点得 到主泵头柱塞201压缩的液体体积Vb，从而得到凸轮实际的转速，最终得到准确的流动相 流速，使得流动相的混合比例更加准确，仪器的测量更加精确，测量方法通用性更好。
[0101] 以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本 发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。
【权利要求】
1. 一种可以控制流速的高效液相色谱仪，包括一个由凸轮驱动的双泵头串联柱塞泵， 一个控制系统， 所述的串联柱塞泵包括一个主泵腔，一个主泵头柱塞，一个副泵腔，一个副泵头柱塞， 以及一个用于连通所述的主泵腔和副泵腔的出口单向阀， 所述的控制系统用于控制主泵头柱塞和副泵头柱塞的运动， 其特征在于， 所述的控制系统还用于循环执行以下步骤： 1) 根据所述的系统压力及所述的液相色谱仪的配置参数，得到一个出口单向阀开启点 的计算值； 2) 再根据所述的系统压力，得到一个出口单向阀开启点的校准值； 3) 根据所述的计算值和校准值的和，得到出口单向阀开启点的实际值； 4) 根据所述的实际值，得到一个压缩体积； 5) 根据所述的压缩体积，控制所述的凸轮的转速。
2. 根据权利要求1所述的液相色谱仪，其特征在于， 所述的1)根据所述的系统压力及所述的液相色谱仪的配置参数，得到一个出口单向阀 开启点的计算值，是指， 根据所述的系统压力及所述的液相色谱仪的配置参数，得到所述的主泵头柱塞的初始 压缩液体体积，及所述的出口单向阀的泄漏体积，然后根据所述的初始压缩液体体积和所 述的泄漏体积，得到所述的出口单向阀开启点的计算值。
3. 根据权利要求2所述的液相色谱仪，其特征在于， 所述的根据所述的系统压力及所述的液相色谱仪的配置参数，得到所述的主泵头柱塞 的初始压缩液体体积及所述的出口单向阀的泄漏体积，是指， 用所述的系统压力乘以主泵腔中液体的压缩系数，再乘以主泵腔体积，得到所述的主 泵头柱塞的初始压缩液体体积，及 用所述的系统压力乘以所述的出口单向阀的泄漏常数，得到所述的出口单向阀的泄漏 体积。
4. 根据权利要求3所述的液相色谱仪，其特征在于， 根据所述的初始压缩液体体积和所述的泄漏体积，得到所述的出口单向阀开启点的计 算值，是指， 将所述的初始压缩液体体积加上所述的泄漏体积，并根据上述体积的和及所述的凸轮 的曲线的函数方程，得到所述的出口单向阀开启点的计算值。
5. 根据权利要求1所述的液相色谱仪，其特征在于， 所述的2)再根据所述的系统压力，得到一个出口单向阀开启点的校准值， 是指， 根据出口单向阀开启点附近的系统压力的上升或下降的幅值，得到所述的出口单向阀 开启点的校准值。
6. 根据权利要求2、3或4所述的液相色谱仪，其特征在于， 所述的2)再根据所述的系统压力，得到一个出口单向阀开启点的校准值， 是指， 根据出口单向阀开启点附近的系统压力的上升或下降的幅值，得到所述的出口单向阀 开启点的校准值。
7. 根据权利要求6所述的液相色谱仪，其特征在于，所述的根据出口单向阀开启点附 近的系统压力的上升或下降幅值，得到所述的出口单向阀开启点的校准值，是指， 用所述的系统压力的上升幅值乘以一个校准系数-2,得到所述的出口单向阀开启点的 校准值， 用所述的系统压力的下降幅值乘以一个校准系数2,得到所述的出口单向阀的开启点 的校准值。
8. 根据权利要求1、2、3、4或5所述的液相色谱仪，其特征在于， 4) 根据所述的实际值，得到一个压缩体积，是指， 根据所述的实际值和所述的凸轮的曲线的函数方程，得到所述的压缩体积。
9. 根据权利要求1所述的液相色谱仪，其特征在于， 5) 根据所述的压缩体积，控制所述的凸轮的转速，是指， 根据所述的压缩体积和所述的主泵头柱塞的冲程体积的比例关系，控制所述的凸轮的 转速。
10. 根据权利要求8所述的液相色谱仪，其特征在于， 5)根据所述的压缩体积，控制所述的凸轮的转速，是指， 根据所述的压缩体积和所述的主泵头柱塞的冲程体积的比例关系，控制所述的凸轮的 转速。
【文档编号】G01N30/02GK104101658SQ201310122106
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】张琰, 王悦, 王铁军, 李维森 申请人:北京普源精电科技有限公司