P系列液相色谱泵故障的预防和排除

　　P系列液相色谱仪是美国TSP公司的第5代产品,包括P1000,P1500,P2000和P4000四种类型,其中P4000和P2000为可编程梯度泵,P1000和P1500为恒容泵。

　　1　泵的工作原理

　　1·1　液端的工作周期(见图1)

　　1·1·1　A步(凸轮旋转0°~200°)

　　泵循环开始,柱塞1启动吸入冲程,柱塞1开始抽出(离开),较小的压力使入口单向阀打开,使流动相进入泵头,这时吸入冲程相对较慢,且稳定,使梯度泵的流动相比例精确。同时,压力传感器单向阀关闭,流动相完全由柱塞2输出。这一阶段最后凸轮旋转大约一半(190°)。

　　1·1·2　B步(凸轮旋转200°~270°)

　　这一步称为双流区。柱塞1开始返回,较大压力使入口单向阀关闭,压缩液端1中的流动相。当液缸1中流动相的压力超过柱压时,压力传感器(出口)单向阀打开,流动相通过传感器并流入液端2。这个阶段,流动相从两个液端输出,这一步凸轮的旋转相对较慢(70°),这是为了保持流量的稳定性而降低马达的转速。

　　1·1·3　C步(凸轮旋转270°~360°)

　　C步开始,柱塞2启动吸入冲程,流动相完全由柱塞1泵出并将流动相冲满液端2,柱塞1的冲程比柱塞2长,这是柱塞1增加流动相所必须的,柱塞1填充柱塞2的同时仍保持稳定的泵输出,入口单向阀保持关闭,传感器单向阀打开。泵循环完成。

　　1·2　流速调节-反馈电路(见图2)

　　两个反馈环路维持精确的流量,内环在整个凸轮周期内保持恒定压力,而外环(数字环)则在整个运行过程中保持恒定流速。

　　1·2·1　内环(模拟环)

　　此快速环路是由硬件来实现的,无需任何微处理器来干预,它不断地监视柱子的压力(通过压力传感器),并与一个参考目标压力进行比较,以便提高和降低马达步进速率以保持恒定的压力。内环检测双倍的流量范围,因而降低了马达的转速,这是马达声音特殊变化的最初来源,这一控制特点使P系列泵在没有大容量的脉动阻尼器情况下获得平稳的流速。

　　1·2·2　外环(数字环)

　　此环提供了较长期间的流量参数的数字控制,它监视着马达的运转步数与凸轮信号。此环还调节参考目标压力以补偿色谱系统较长期间的变化。例如变化了的淋洗液压缩性、粘度、堵塞的柱子以及环境温度的波动等。在泵的工作周期中,凸轮整整转一圈。这一圈由5个相等的段组成,被称作单元,单元借助凸轮信号与凸轮位置同步。

　　利用六步标准算法确定泵的初始工作设置点(目标参考压力),这一过程的结果,把每单元的参考时间存入泵中,根据这个参考时间泵的中央微处理器(CPU)通过计算整个单元的时间来监视马达的转速,测量时间与参考时间之间的差被用来产生一个新的目标压力并将它输入到模数变换器(DAC)中去,DAC输出与目标压力信号相加,将其结果输入到驱动电路,以提高或降低马达转速。