(57)【要約】【課題】機器に供給されるガスの圧力値又は流量がガス温度の影響を受けない精密な制御を行う。【解決手段】ガスクロマトグラフ本体２へのキャリアガス供給流路にはホイストンブリッジ回路を備えた圧力・温度検出部１０が設けられており、圧力・温度検出部１０による圧力検出値はガスクロマトグラフ本体２に供給されるキャリアガス流量に対応した検出値となる。圧力・温度検出部１０による圧力検出値はマイクロコンピュータ１２によってオフセットとゲインの温度補正がなされる。マイクロコンピュータ１２はコントローラ８への設定値がその温度補正された圧力検出値に該当する流量と一致するように、コントローラ８によるバルブ６の制御を修正する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクロマトグラフ等の機器に供給するガスの圧力／流量を調節するバルブと、
入力された設定値に応じて前記バルブの開度を調節するバルブコントローラと、
４つの抵抗体が四辺形を形成するように接続され、そのうちの少なくとも１つの抵抗体が前記ガスの流れる被測定部位に取りつけられた感圧素子であるホイストンブリッジ回路、このホイストンブリッジ回路の両端間に定電流を流す定電流源及びこのホイストンブリッジ回路の前記両端以外の２点間の電圧差を検出し増幅する増幅器を備えた圧力／流量センサと、
前記ホイストンブリッジ回路の前記両端間に発生する電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ホイストンブリッジ回路の前記両端間電圧に対する前記圧力／流量センサの出力のオフセット補正値及びゲイン補正値を保持しておき、前記電圧検出回路の検出電圧に基づいて前記圧力／流量センサの出力をオフセット補正及びゲイン補正して補正された出力値を算出し、その補正された出力値が前記バルブコントローラへの設定値と一致するように前記バルブコントローラによるバルブ調節を修正する制御装置とを備えたガス流量制御装置。
【請求項２】
前記ホイストンブリッジ回路の前記両端の端子は、一方が前記定電流源に接続され、他方は接地されており、
前記電圧検出回路は前記ホイストンブリッジ回路の端子で前記定電流源に接続された端子の電圧を検出するものである請求項１に記載のガス流量制御装置。
【請求項３】
前記機器はガスクロマトグラフであり、前記ガスは試料を分離カラムに送り込んで成分に分離させるためのキャリアガスである請求項１又は２に記載のガス流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスクロマトグラフなどの機器において、設定された流量でガスを供給するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスクロマトグラフでは、試料を分離カラムに送り込み、試料成分に分離させるためにキャリアガスを一定流量で供給する。そのキャリアガス供給流路には、ガス流量を調節するバルブ、流量を設定することができバルブの開度を流量設定値に合わせるように調節するバルブコントローラ、及び流量を圧力として検出する圧力センサが設けられている。バルブコントローラに流量を設定すれば、バルブがその流量になるように調節され、そのときの実際の流量が圧力センサで検出される。
【０００３】
そのような流路で使用される圧力センサとしては、４つの抵抗体が四辺形を形成するように接続され、そのうちの少なくとも１つの抵抗体がガスの流れる被測定部位に取りつけられた感圧素子であるホイストンブリッジ回路、このホイストンブリッジ回路の両端間に定電流を流す定電流源及びこのホイストンブリッジ回路の両端以外の２点間の電圧差を検出し増幅する増幅器を備えた圧力センサが使用されている。
【０００４】
ホイストンブリッジ回路を構成する抵抗体の抵抗値は温度によっても変化するので、ホイストンブリッジ回路で圧力を検出する際、ガスの温度が変化すると圧力検出値のオフセット（零点）がずれる。
また圧力センサの検出値を増幅する増幅器のゲインも温度の影響を受けて変化する。特に、ガス供給を高圧力又は大流量で設定する際には、ゲインの変化が支配的になる。
【０００５】
オフセットやゲインが温度によりどのように変化するかはそれぞれの圧力センサの温度特性を測定することにより知ることができるので、圧力センサが設けられている環境の温度を測定することにより検出値の温度補正をすることはできる。
【０００６】
一方、ホイストンブリッジ回路に定電流を流したときにホイストンブリッジ回路の両端間に発生する電圧はその時の温度と対応していることも知られている。そのために、環境温度を検出するために測温素子を別途設けなくても、ホイストンブリッジ回路を定電流駆動し、その時のホイストンブリッジ回路の両端間の電圧を環境温度として、圧力検出値のオフセット補正、又はさらに感度補正までも行う温度補正方法が提案されている（特開昭５７−９０１０７号公報、特開２０００−８８８９１号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの温度補正方法によれば、検出された圧力値をホイストンブリッジ回路の両端間の電圧によって温度補正して正しく表示することができる。
一方、ガスクロマトグラフのような分析機器では、ガスボンベなどのガス供給部が分析機器本体から離れた場所に設置されていて温度差があることがある。また、測定中に温度が変化することもある。そのため、設定された流量が温度補正されて正しく表示されるだけではなく、設定された流量のガスが設定値通りに正しく供給されること、しかも時間によっても変化しないことが要請される。
【０００８】
そこで、本発明は圧力／流量センサの出力値を温度補正できることを利用して、機器に供給されるガスの圧力値又は流量がガス温度の影響を受けない精密な制御を行うことのできるガス流量制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスクロマトグラフ等の機器に供給するガスの圧力／流量を調節するバルブと、入力された設定値に応じて前記バルブの開度を調節するバルブコントローラと、４つの抵抗体が四辺形を形成するように接続され、そのうちの少なくとも１つの抵抗体が前記ガスの流れる被測定部位に取りつけられた感圧素子であるホイストンブリッジ回路、このホイストンブリッジ回路の両端間に定電流を流す定電流源及びこのホイストンブリッジ回路の前記両端以外の２点間の電圧差を検出し増幅する増幅器を備えた圧力／流量センサと、前記ホイストンブリッジ回路の前記両端間に発生する電圧を検出する電圧検出回路と、前記ホイストンブリッジ回路の前記両端間電圧に対する前記圧力／流量センサの出力のオフセット補正値及びゲイン補正値を保持しておき、前記電圧検出回路の検出電圧に基づいて前記圧力／流量センサの出力をオフセット補正及びゲイン補正して補正された出力値を算出し、その補正された出力値が前記バルブコントローラへの設定値と一致するように前記バルブコントローラによるバルブ調節を修正する制御装置とを備えたガス流量制御装置である。
【００１０】
ここで、圧力／流量とは、圧力、流量又はその両方を示す意味である。本発明で最終的に制御するのは流量であるので、流量センサで流量を直接検出してもよい。また、流量の検出に替えて流路の圧力を検出してもよい。圧力と流量は一対一に対応しているので、いずれを検出しても流量制御を行うことができる。本発明では、流量と圧力を対等なものとして扱うため、圧力／流量と表現している。
【００１１】
ホイストンブリッジ回路の両端の端子は、一方が定電流源に接続され、他方が接地されている場合、ホイストンブリッジ回路の両端間に発生する電圧はホイストンブリッジ回路の端子で定電流源に接続された端子の電圧に等しくなる。その場合には、電圧検出回路はホイストンブリッジ回路の端子で定電流源に接続された端子の電圧を検出するものとすればよい。
【００１２】
本発明が有効に適用される機器の１つの例はガスクロマトグラフであり、その場合、ガスは試料を分離カラムに送り込んで試料成分に分離させるためのキャリアガスである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をガスクロマトグラフにキャリアガスを供給する機構に適用した一実施例を示したものである。
試料をキャリアガスにより分離カラムに導いて成分に分離し検出するガスクロマトグラフ本体２に対し、キャリアガスボンベ４からキャリアガスを一定流量で供給するために、キャリアガス供給流路には開度が調節可能なバルブ６が設けられている。キャリアガス供給源としては、ボンベ４に替えてコンプレッサによりキャリアガスを供給するようにしてもよい。
【００１４】
８はバルブ６のコントローラであり、コントローラ８に使用者が圧力（又は流量）を設定することにより、コントローラ８はバルブ６の開度をその設定された圧力又は流量になるように調節する。
【００１５】
また、ガスクロマトグラフ本体２へのキャリアガス供給流路には圧力・温度検出部１０が設けられている。圧力・温度検出部１０は、後述するように図２に示されたホイストンブリッジ回路を備えた構成をしている。圧力・温度検出部１０による圧力検出値はガスクロマトグラフ本体２に供給されるキャリアガス流量に対応した検出値を表わす。
【００１６】
１２は制御装置としてのマイクロコンピュータ１２であり、圧力・温度検出部１０による圧力検出値はマイクロコンピュータ１２によって温度補正される。マイクロコンピュータ１２はコントローラ８への設定値がその温度補正された圧力検出値に該当する流量と一致するように、コントローラ８によるバルブ６の制御を修正する。
【００１７】
図２に圧力・温度検出部１０を示す。ここでは、圧力／流量センサとして圧力センサを使用しているが、圧力と流量は一対一に対応するものであり、これを流量センサとみることもできる。
【００１８】
２０はホイストンブリッジ回路であり、４つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４が四辺形を形成するように接続されたものであり、そのうちの１つの抵抗体Ｒ１が半導体歪計素子のような感圧素子である。感圧素子Ｒ１がキャリアガスの流路を流れるガスに曝されるように取りつけられる。このブリッジ回路２０において、抵抗体Ｒ１とＲ４の接点に定電流回路２２と電源２４からなる定電流源が接続され、抵抗体Ｒ２とＲ３の接点Ｄが接地されて、定電流源から一定電流、例えば数ｍＡの電流が流される。抵抗体Ｒ１とＲ２の接点Ａと、抵抗体Ｒ３とＲ４の接点Ｂは、増幅器としての差動増幅器２６のそれぞれの入力端子に接続されている。キャリアガス流路に圧力が印加されていない状態では、接点Ａ，Ｂ間には電位差が生じないように、各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が設定されている。
ホイストンブリッジ回路２０、定電流源２２，２４及び増幅器２６により圧力／流量センサを構成している。
【００１９】
抵抗体Ｒ１とＲ４の接点Ｃ、すなわち定電流源に接続される接点Ｃには電圧測定回路２８が接続されている。抵抗Ｒ２とＲ３の接点Ｄが設置されているので、電圧測定回路２８はその接地電位を基準としてこのブリッジ回路２０に印加される電圧を検出することができる。電圧測定回路２８はブリッジ回路２０の接点ＣとＤの間の電位差を検出するようにしてもよい。
【００２０】
動作時、ブリッジ回路２０に定電流源から一定電流を流す。流路にキャリアガスが流れていないときは、接点Ａ，Ｂ間には電位差が生じず、増幅器２６には出力が発生しない。しかし、温度が変化すると、その温度変化に伴うオフセットによって接点Ａ，Ｂ間に電位差が生じる。
【００２１】
流路にキャリアガスを流すと、抵抗Ｒ１の抵抗値が変化し、接点Ａ，Ｂ間に電位差が生じ、その電位差は圧力を表わす。このとき、温度変化があればオフセットが変化するとともに、増幅器２６のゲインも変化する。
【００２２】
そこで、オフセットを補正するために、マイクロコンピュータ１２には図３（Ａ）に示されるような、ブリッジ回路２０への印加電圧Ｖ０とオフセットの関係を示すデータが保持されている。一般には、その関係式は図３（Ａ）に示されるような上に凹は凸となる二次関数にて近似される。
【００２３】
更に、増幅器２６のゲインの温度補正をするために、マイクロコンピュータ１２には図３（Ｂ）に示されるように、ブリッジ回路２０への印加電圧Ｖ０とゲインの関係がデータとして保持されている。この関係式も、一般的には図３（Ｂ）に示されるような上に凸又は凹となる二次関数にて近似される関係式である。
【００２４】
使用者がコントローラ８により圧力又は流量を設定すると、コントローラ８はバルブ６を開いて流路のキャリアガス圧力又はその流量が設定値になるように制御する。その状態の圧力（又は流量）は図２の圧力センサで検出され、その時の増幅器２６による出力がマイクロコンピュータ１２に取り込まれる。マイクロコンピュータ１２では、電圧測定回路２８が検出したブリッジ回路２０への印加電圧Ｖ０を取り込み、印加電圧Ｖ０とオフセットとの間のデータと、印加電圧Ｖ０とゲインとの間のデータを用い、取り込んだ印加電圧検出値によりキャリアガス温度によるオフセットとゲインの補正を行う。オフセットの補正は次の出力▲１▼の式で表される。
【００２５】
出力▲１▼＝（ＶＡ−Ｂ＋ｆ１（Ｖ０））×（増幅率）
ここで、ＶＡ−Ｂは接点Ａ，Ｂ間の電圧差、ｆ１（Ｖ０）は印加電圧Ｖ０とオフセットとの間のデータを関数として表わしたもので、マイクロコンピュータ１２に記憶されている関数、（増幅率）は増幅器２６のゲインである。
【００２６】
マイクロコンピュータ１２は更に増幅器２６のゲインの温度補正も行い、次の出力▲２▼で示される値を算出する。
出力▲２▼＝出力▲１▼＋ｆ２（Ｖ０）×（設定値）×（増幅率）
ここで、ｆ２（Ｖ０）は印加電圧Ｖ０とゲインとの間のデータを関数として表わしたもので、マイクロコンピュータ１２に記憶されている関数、（設定値）はバルブコントローラ８に入力された設定値である。
そして、マイクロコンピュータ１２は、バルブコントローラ８への設定値がこの出力▲２▼の計算値と等しくなるように、バルブ６の開度を修正する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明では、ホイストンブリッジ回路の両端間電圧を検出して圧力／流量センサの出力をオフセット補正及びゲイン補正するとともに、その補正された出力値がバルブコントローラへの設定値と一致するようにバルブコントローラによるバルブ調節を修正するようにしたので、雰囲気温度の変化によっても、またガスクロマトグラフのようにキャリアガス供給部がキャリアガスを使用する分析計などの本体から離れていてそれらの間に温度差があるような場合においても、精密な圧力又は流量の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をガスクロマトグラフのキャリアガス供給機構に適用した一実施例を示す概略構成図である。
【図２】同実施例における圧力／流量センサと制御装置の部分を示すブロック図である。
【図３】同実施例において制御装置に保持される補正データを示す図である。
【符号の説明】
２　　　ガスクロマトグラフ本体
４　　　キャリアガスボンベ
６　　　バルブ
８　　　バルブコントローラ
１０　　　圧力・温度検出部
１２　　　マイクロコンピュータ
２０　　　ホイストンブリッジ回路
２２　　　定電流回路
２４　　　電源
２６　　　差動増幅器
２８　　　電圧測定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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