Brevet FR2810753A1 — publié le 20011228

SXSTEME ET PROCEDE POUR MODULATION DE VITESSE POUR LE FONCTIONNEMENT SANS IMPULSION 'UNE POMPE CONTEXTE DE L'INVENTION La présente invention concerne de façon générale une pompe alternative qui assure sensiblement sans impulsion la distribution d'un liquide. La pompe est particulièrement adaptée pour délivrer des liquides utilisés dans des dispositifs d'analyse chromatographique où un écoulement sans impulsion à des débits faibles est requis pour obtenir une sensibilité élevée des appareils. De façon plus spécifique, la présente invention concerne la réduction de la pulsation de pression d'une pompe. A cet effet, un moteur d'entraînement est accéléré ou ralenti en se basant sur l'endroit où se trouve la pompe dans le cycle de pompage. En conséquence, une sortie sans impulsion est obtenue. Des pompes alternatives à volume constant sans impulsion sont généralement connues décrites dans les brevets U.S. Nos. 3 861 029 ; 4 028 018 ; 4 687 426 ; et 4 556 371. Une pompe à pistons utilisant un tiroir de commande pour contrôler la sortie de liquide des pistons est présentée de façon similaire dans le brevet européen No. A20 172 780. La distribution sans impulsion d'un liquide est décrite en détail dans le brevet U.S. No. 4 359 312, qui décrit une pompe alternative à pistons avec deux pistons raccordés en parallèle du côté évacuation. L'un des pistons extrait le fluide tandis que l'autre distribue le fluide. Les pistons sont commandés par une came qui est, son tour, actionnée par un programme informatique pour compenser la compressibilité du liquide dans la pompe. La vitesse de rotation de la came varie pour compenser la compressibilité du liquide dans la pompe et pour obtenir une sortie de pompe constante. Le brevet U.S. No. 2 020 377 décrit une pompe à deux pistons permettant d'obtenir une sortie de fluide sans pulsation par recouvrement des courses motrices de chaque piston dans la pompe et de contrôler le déplacement volumétrique de la pompe par cycle. La distribution combinée des deux pistons par unité de temps est sensiblement constante ou non fluctuante. Chacune des pompes des brevets décrits ci- dessus est relativement grande et n'est pas bien adaptée pour le pompage et la distribution de très faibles quantités de liquide, requise pour alimenter des dispositifs analyseurs. Les pompes antérieures sont particulièrement mal adaptées pour être placées dans un ensemble de pompage compact. Certaines de ces pompes antérieures souffrent également de l'inconvénient de nécessiter des programmes informatiques et des mécanismes de contrôle automatiques compliqués pour obtenir une sortie de pompe constante. En outre, les pompes à pistons connues présentent souvent une pulsation de pression importante. I1 existe en conséquence un besoin pour un système et un procédé améliorés pour le fonctionnement sans impulsion d'une pompe à pistons par modulation de vitesse. RESUME DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé pour moduler la vitesse pour créer un fonctionnement sans impulsion d'une pompe. A cet effet, dans un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend les étapes consistant à : fournir une entrée pour déterminer la vitesse de distribution ; fournir un tableau de consultation pour déterminer le temps nécessaire avant incrémentation jusqu'à l'étape de distribution suivante ; charger un séquenceur en se basant sur les données du tableau de consultation ; et en cas de dépassement du séquenceur/ compteur, commander d'un pas un moteur pas à pas lors du dépassement du séquenceur/compteur. Dans un mode de réalisation, pendant les étapes où faible écoulement est attendu de la pompe, le moteur avance par pas plus rapidement ; pendant les étapes où un écoulement supérieur est attendu, le moteur avance par pas plus lentement. De plus, un détecteur détecte un aimant monté sur une came montée sur l'arbre du moteur. Le détecteur fournit un signal une fois par tour (400 pas par tour) pour signaler au microprocesseur l'endroit où se trouve la pompe dans son cycle de distribution. Le détecteur n'est pas requis, mais il est utile pour détecter des conditions de défaut et synchroniser le tableau de consultation du microprocesseur avec le cycle de distribution de la pompe. En conséquence, dans un mode de réalisation de la présente invention, l'entrée directe par l'utilisateur d'une vitesse de distribution désirée est possible en utilisant des touches et un dispositif d'affichage à cristaux liquides. L'utilisateur entre la vitesse de distribution désirée et démarre la pompe. Le microprocesseur calcule un tableau de consultation de temps de retard basé sur une formule trigonométrique et la vitesse de distribution désirée entrée. L'utilisateur doit ensuite démarrer et arrêter la pompe. Toutefois, la pompe peut être démarrée et arrêtée par d'autres moyens, tels que, par exemple, un séquenceur analogue. Le microprocesseur précharge un séquenceur avec une valeur provenant du tableau de consultation calculé. Lorsque le séquenceur du microprocesseur est en dépassement, le microprocesseur commande le moteur pas à pas d'un pas en avant. La valeur suivante dans le tableau de consultation est ensuite préchargée dans le séquenceur. En conséquence, le mode de réalisation décrit ci-dessus fournit un système et un procédé permettant une interface humaine directe, une vitesse de distribution plus précise et un système à base de microprocesseur relativement complexe et souple. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, des signaux de contrôle externes sont utilisés pour générer une onde carrée qui est délivrée dans le microprocesseur. Soit un signal de 4 à 20 milliampères, soit un signal de 0 à 5 volts, est délivré à un oscillateur commandé en tension (VCO). La sortie du VCO ou, comme alternative, une tension carrée générée de manière externe, est ensuite délivrée au microprocesseur. La fréquence de l'onde carrée est proportionnelle à la vitesse de distribution de la pompe. Le microprocesseur précharge un compteur avec une valeur provenant d'un tableau de consultation permanent invariable. Le compteur compte le nombre de cycles d'onde carrée jusqu'à ce que le compteur soit en dépassement. Après dépassement du compteur, le microprocesseur commande d'un pas vers 1 avant le moteur pas à pas. La valeur suivante dans le tableau de consultation est ensuite préchargée dans le compteur. Aucun temps spécifique durant lequel le compteur est en dépassement n'existe, à la différence du premier mode de réalisation, qui utilise un séquenceur. En conséquence, ce mode de réalisation de la présente invention utilise avantageusement un compteur permettant au tableau de consultation d'être permanent. Puisqu'il 'y a aucun lien avec des temps spécifiques, la vitesse de distribution peut varier sans arrêter la pompe. La nature analogique du système permet de délivrer contrôleur des signaux de contrôle aux normes industrielles. Le procédé de contrôle met en oeuvre un microcontrôleur très simple et peu coûteux. Dans un mode de réalisation, l'entrée est une entrée de courant analogique proportionnel à une vitesse de distribution de sortie désirée. Dans un mode de réalisation, l'entrée est une entrée de tension analogique proportionnelle à une vitesse de distribution de sortie désirée. Dans un mode de réalisation, le tableau de consultation est rempli par une matrice interne de nombres basee sur les données d'entrée. Dans un mode de réalisation, 'le tableau de consultation comporte des nombres qui fixent une quantité temps entre les changements d'états d'une sortie de fréquence. Dans un mode de réalisation, le moteur est commandé pas par changement d'état. Dans un mode de réalisation, la vitesse désirée change pendant le fonctionnement de la pompe. Dans un mode de réalisation, le pointeur du tableau est incrémenté d'un pas en se basant sur un changement détecté de l'état de sortie. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, un système est fourni pour moduler la vitesse pour créer un fonctionnement sans impulsion d'une pompe entraînée par un moteur. Le système comprend un dispositif d'entrée pour entrer une entrée associée à une vitesse désirée pour distribuer un liquide. Un processeur comporte un tableau de consultation mémorisé dans celui-ci, qui est capable de détecter des changements de l'état de la sortie. Un séquenceur est chargé par des données du tableau de consultation. Des moyens de commande sont prévus pour commander le moteur en se basant sur les changements détectés de l'état de sortie. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande font avancer le moteur d'un pas par changement état. Dans un mode de réalisation, l'entrée est une vitesse de distribution entrée par l'utilisateur. Dans un mode de réalisation, le dispositif d'entrée est une interface d'utilisateur. Dans un mode de réalisation, le tableau de consultation du microprocesseur est rempli une matrice interne de nombres basée sur l'entrée. Dans un mode de réalisation, chacun des nombres de la matrice interne fixe la quantité temps entre les changements d'états de la sortie. En conséquence, un avantage de la présente invention consiste à fournir un système et un procédé pour moduler la vitesse, de manière à créer un fonctionnement sans impulsion d'une pompe. Un autre avantage de la présente invention consiste à fournir un système et un procédé qui réduisent la charge de calcul du processeur. Encore un autre avantage de la présente invention consiste à fournir un système et un procédé permettant à un utilisateur de modifier les vitesses de distribution pendant la révolution d'un arbre de moteur entraînant une pompe. Toujours un autre avantage de la présente invention consiste à fournir un système et un procédé pour fonctionnement sans impulsion en utilisant des composants grand public existants sans modification de ceux-ci. De plus, un avantage de la présente invention consiste à fournir un systeme et un procédé pour fonctionnement sans impulsion proposant une interface humaine. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention sont décrits dans et deviendront évidents d'après la description détaillée des modes de réalisation actuellement preférés et d'après les dessins. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre un organigramme d'un mode de réalisation d'un procédé pour mettre en oeuvre le fonctionnement sans impulsion une pompe. La figure 2 illustre un organigramme d'un autre mode de réalisation d procédé pour mettre en oeuvre le fonctionnement sans impulsion d'une pompe. La figure 3 illustre un diagramme par boîtes noires d'un mode de réalisation d'un système pour mettre en oeuvre la modulation sans impulsion d'un système. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION ACTUELLEMENT PREFERES La présente invention concerne de façon générale un système et un procedé pour le fonctionnement sans impulsion d'une pompe à pistons. De façon plus spécifique, la présente invention concerne un système et un procédé pour modulation de vitesse pour fonctionnement sans impulsion une pompe à pistons. Une pompe à pistons est décrite de façon générale dans la demande de brevet U.S. assigné en commun de No. de série 08/618 , dont l'objet est ici incorporé en référence dans sa totalité. Bien que divers modes de réalisation de pompes à piston y soient décrits, il faut comprendre diverses autres pompes peuvent mettre en oeuvre le système et le procédé de la présente invention pour créer un fonctionnement sans impulsion par l'intermédiaire la modulation de vitesse comme décrit par le système et le procédé de la présente invention. Le système et le procédé de la présente invention vont maintenant être expliqués ci-après en référence aux figures 1 à 3. En se référant maintenant aux figures 1 et 2, deux organigrammes sont présentés pour mettre en oeuvre la modulation de vitesse et créer un fonctionnement sans impulsion d'un type quelconque de la pompe à pistons. Naturellement, le procédé et le système décrits peuvent également être appliqués à un grand nombre d'autres pompes et dispositifs de pompage et la présente invention n'est pas destinée à être comprise comme étant limitée un type de pompe spécifique. La figure 1 représente un premier mode de réalisation et un procédé utilisant la modulation de vitesse pour un fonctionnement sans impulsion d'une pompe à pistons. Les figures et 2 doivent être comprises conjointement avec un système 500 illustré sur la figure 3. Comme représenté sur la figure 3, une interface d'utilisateur 502 est prévue pour entrer des données dans le système 500, telles que, par exemple, la vitesse de distribution pour la pompe à pistons. Les informations entrées au niveau de la carte d'interface 502 sont envoyées à un microprocesseur 504 qui contrôle le fonctionnement d'un moteur pas à pas 506, raccordé de manière fonctionnelle à une pompe 512 pour entraîner celle-ci. Après que la vitesse de distribution est entrée par un utilisateur au niveau de l'interface d'utilisateur 502, le microprocesseur 504 remplit une matrice interne de nombres en se basant sur les données d'entrée. Chaque nombre de la matrice détermine une quantité de temps entre changements d'état d'une broche de sortie de fréquence. En conséquence, un signal d'onde carrée modulé dans le temps est généré et délivré la commande de moteur pas à pas 508. La commande de moteur pas à pas 508 fait avancer le moteur 506 d'un pas par changement d'état. La vitesse angulaire résultante du moteur pas à pas 506 est en conséquence, approximativement l'inverse d'une onde sinusoïdale redressée. La forme d'onde de la vitesse angulaire est l'inverse de la forme d'onde de la vitesse de distribution instantanée de la pompe en fonction de l'angle du moteur. La clé de la présente invention consiste commander le moteur plus rapidement lorsque la pompe distribue moins de fluide et à commander le moteur plus lentement lorsque la pompe distribue plus de fluide. En outre, la pression et l'écoulement résultants sont presque constants. Une dépression existe uniquement lorsque la fonction sinusoïdale est approximativement nulle, car l'inverse de zéro est l'infini. Dans cet état, le moteur pas à pas 506 ne peut pas avancer un rythme suffisamment élevé. Comme représenté sur la figure 1, à l'étape 501, un utilisateur entre des données de vitesse comme indiqué précédemment en référence au système 500 de la figure 3,en utilisant l'interface d'utilisateur 502. Un tableau de consultation est calculé et mémorisé par le microprocesseur 504 à l'étape 503. Après calcul, l'opération de distribution peut commencer comme représenté à l'étape 505. À ce moment, comme représenté par l'étape 507, un séquenceur 514 est préchargé à partir du tableau de consultation et le séquenceur 514 peut alors démarrer (étape 509). Le microprocesseur 504 détecte un moment auquel le séquenceur 514 est en dépassement, comme indiqué à l'étape 511. Puis, à l'étape 513, le moteur 506 et le pointeur de tableau du tableau de consultation sont incrémentés d'un pas et le séquenceur est de nouveau préchargé à partir du tableau de consultation, comme illustré en 507 et le processus continue ou se répète. La figure 2 illustre un procédé d' autre mode de réalisation pour le fonctionnement sans impulsion d'une pompe, telle qu'une pompe à pistons, par l'intermédiaire de la modulation de vitesse. Pour le contrôle, l'utilisateur peut sélectionner une parmi trois options : une entrée de courant analogique proportionnel à la vitesse de sortie désirée ; une tension analogique proportionnelle à la vitesse de sortie désirée ; ou une onde carrée avec une fréquence proportionnelle à une vitesse de sortie désirée. Si une entrée courant analogique est sélectionnée, signal de courant est délivré par l'intermédiaire d'un convertisseur courant-tension (non représenté). Puis, le signal tension d'entrée ou le signal courant converti est délivré dans un oscillateur commandé en tension. À ce moment, les signaux de fréquence analogique convertis ou d'entrée sont appliqués à l'entrée du microprocesseur 504. L'élément 510 illustre de façon générique cette entrée sur la figure 3. Comme représente sur la figure 2, le microprocesseur 504 est configure comme représenté à l'étape 601 et un compteur est préchargé à partir d'un tableau de consultation précalculé à l'étape 603. La valeur préchargée provenant du tableau de consultation détermine le nombre d'impulsions d'entrée comptées entre les pas moteur. À ce moment, les impulsions d'entrée sont comptées à l'étape 605 par le microprocesseur 504. Au moment où le dépassement du compteur est détecté, comme représenté à l'étape 607 de la figure 2, le moteur pas à 506 avance d'un pas et le pointeur du tableau est incrémenté d'un pas, comme représenté à l'étape 609. Le procédé retourne ensuite à l'étape 603 où le compteur 514 est préchargé à partir du tableau de consultation précalculé. En conséquence du procédé représenté et décrit en référence aux figures 1 et des distributions sans impulsion à une vitesse précise, continue, sont produites. Le procédé représenté et décrit en référence à la figure 2 fournit une charge de calcul moindre au microprocesseur et l'utilisateur est capable de modifier les vitesses de distribution à mi-révolution de l'arbre du moteur. De plus, la pompe est automatiquement commandée avec des signaux de contrôle aux normes industrielles sans autre modification. Le procédé représenté et décrit en référence à la figure 1 propose façon avantageuse une interface humaine ainsi que le potentiel pour des communications RS-232 avec un ordinateur hôte. Le procédé offre également un contrôle vitesse de distribution plus précis que l'autre mode de réalisation. En conséquence, la présente invention fournit un précalcul de l'écoulement par unité de modification de la position du piston par utilisation de par exemple, un moteur pas à pas. Ceci peut être réalisé avec un angle d'attaque constant sur les cames ou comme alternative, avec un angle de désattaque variable sur les cames. Dans l'un ou l'autre cas, le résultat final désiré consiste à créer un mouvement de piston constant par unité de temps. Ainsi, un volume constant fluide est distribué par unité de temps. L'angle d'attaque de la came peut être un angle d'attaque désiré quelconque, le nombre de pistons peut être différent de deux et d'autres portions de la conception de la pompe peuvent également être variables. Une des clés de la présente invention est en conséquence, le précalcul volumes de fluide distribués par la pompe pour chaque étape de rotation du moteur. Ce concept peut également être mis en oeuvre pour une plus large plage de pompes celle décrite par la présente invention. Considérant ce qui précède, le tableau consultation de la présente invention peut varier pour chaque conception de pompe, pour chaque angle d'attaque et/ou pour le nombre de pistons par pompe. Néanmoins, les concepts présentés et enseignés par la présente invention peuvent s'appliquer à toutes ces variantes, car chacun peut être calculé lorsque la décision prise concernant la géométrie des divers composants de la pompe. conséquence de ce qui précède, la vitesse du moteur varie pour fournir un écoulement constant de la pompe. faut comprendre que diverses variantes et modification aux modes de réalisation actuellement préférés ici décrits seront évidentes aux hommes de l'art. variantes et modifications peuvent être réalisées sans s'écarter de l'esprit et de la portée de la présente invention et sans diminuer ses avantages associés. est en conséquence voulu, que ces variantes et modifications soient couvertes par les revendications annexées. REVENDICATIONS: 1. Procédé pour moduler la vitesse pour créer un fonctionnement sans impulsion d'une pompe, le procédé comprenant les étapes consistant à fournir une entrée associée à une vitesse de distribution désirée d'un liquide par la pompe ; fournir un tableau de consultation détecter des changements d'état de sortie ; charger un séquenceur en se basant sur des données provenant du tableau de consultation * et commander le moteur en se basant sur les changements de l'état de sortie de façon ' créer une pression et un écoulement du liquide la pompe sensiblement constants. 2. Procédé selon la revendication 1, caracterisé en ce que l'entree est une vitesse de distribution entrée par un utilisateur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée est une entrée de courant analogique proportionnel à une vitesse de distribution de sortie désirée. 4. Procédé selon la revendication 1, caracterisé en ce que l'entree est une tension analogique proportionnelle à une vitesse de distribution de sortie désirée. S. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée est une onde carrée dont la fréquence est proportionnelle à une vitesse de distribution de sortie désirée. 6. Procédé selon la revendication 1, caracterisé en ce que le tableau de consultation est rempli par une matrice interne de nombres basée sur les donnees d'entrée. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce le tableau de consultation comporte des nombres fixent une quantité de temps entre les changements états d'une sortie de fréquence. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce le moteur est commandé d'un pas par changement état. . Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à changer la vitesse désirée pendant le fonctionnement de la pompe. 10. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à incrémenter un pointeur de tableau d'un pas en se basant sur un changement détecté de l'état de sortie. 11. Système pour moduler la vitesse pour créer un fonctionnement sans impulsion d'une pompe entraînée un moteur, le système comprenant un dispositif d'entrée pour entrer une entree associée à une vitesse désirée pour fournir un liquide ; un processeur comportant un tableau consultation mémorisé dans celui-ci et capable de détecter des changements dans l'état de la sortie ; et des moyens de commande pour commander le moteur en se basant sur les changements détectés de l'état de la sortie. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande font avancer le moteur d'un pas changement d'état. 13. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que 1 entrée est une vitesse de distribution entrée par un utilisateur. 14. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'entrée est une entrée de courant analogique proportionnel à la vitesse désirée. 15. Système selon la@revendication 11, caractérisé en ce que l'entrée est une tension analogique proportionnelle à une vitesse de sortie désirée. 16. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif d'entrée est une interface d'utilisateur. 17. Système selon la revendication 11, caractérisé ce que le tableau de consultation du processeur est rempli par une matrice interne de nombres basée sur l'entree. 18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que chacun des nombres de la matrice interne fixe la quantité de temps entre les changements d'états de sortie.