CN106352136B - 定位器 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在振动较大的环境中也能实现调节阀的稳定控制的定位器。定位器(1)的特征在于，具有：检测调节阀的阀轴的位移量并输出一对检测信号的位移量检测器(11)；具有配线层(L1)的配线基板(15)，该配线层配置于两个绝缘层(100、101)之间，并形成有被供给一对检测信号的一对信号配线(22、23)；形成有生成控制信号的电子电路(12)的电路基板(20)，该控制信号用于根据上述一对检测信号控制调节阀的阀开度；以及至少容纳配线基板和电路基板的壳体(10)，配线基板在其中一个绝缘层的表面的至少一部分上通过具有导电性的粘合材料(30)与壳体接合，粘合材料的采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值在D20以上D90以下的范围内。

Description

定位器

技术领域

本发明涉及控制调节阀的阀开度的定位器。

背景技术

一直以来，在化工厂等中，对流量的过程控制中使用的调节阀设置定位器，利用该定位器控制调节阀的阀开度。定位器计算上位装置送来的调节阀的阀开度设定值(设定开度)与调节阀的阀开度的测定值(实际开度)的偏差，将根据该偏差生成的控制信号提供给操作调节阀的开闭用的操作器，以此控制调节阀的阀开度(参照专利文献1、2、3)。

通常，定位器把将调节阀的实际开度作为调节阀的阀轴的位移量检测出的角度传感器、磁传感器等位移量检测器、形成有根据上述位移量检测器的输出信号等进行信号处理的电子电路的电路基板等容纳于由金属构成的壳体内部，通过托架等固定于调节阀的磁轭上使用。

在定位器中，以下情况较多：角度传感器等位移量检测器为与调节阀连接而被配置于壳体内部的调节阀近侧，另一方面，上述电路基板在壳体内部则被配置于远离调节阀的位置。因此，在上述壳体内部，上述位移量检测器与上述电路基板利用多条导线集束而成的电线束(harness)连接，由此确保各配置的自由度。

但是为了安全，通常定位器的壳体是接地的。在该地线上，不仅连接有定位器，往往也连接有调节阀、其他动力源。因此，调节阀、动力源等工作时产生的电流变化、物理振动引发的噪声可能经地线施加于定位器壳体。

如上所述，定位器的壳体内部容纳着上述位移量检测器、上述电路基板、以及上述电线束等。通常，构成电线束的各导线具有用绝缘构件覆盖作为信号线的芯线的结构，因此在定位器的上述壳体内部，上述电线束与上述壳体能够直流绝缘。

但是，在因定位器周边配置的调节阀、动力源等的动作而引发定位器自身振动的情况下，上述电线束与上述壳体接触，或上述电线束与上述壳体接近时，由于上述电线束与上述壳体的电容耦合，来自地线的噪声有可能通过上述壳体施加于电线束的芯线。

针对这种情况，定位器采用将角度传感器等位移量检测器输出的一对检测信号通过电线束输入到上述电路基板上形成的差动电路后进行规定的信号处理的电路结构，因此即使通过电线束从定位器的上述壳体对上述位移量检测器的一对检测信号附加了噪声，只要该噪声是共模噪声(common-mode noise)，就能够利用上述差动电路予以去除。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2013-104454号公报

专利文献2：日本特开2013-130236号公报

专利文献3：日本特开2003-139561号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在定位器的壳体内部，传输上述一对检测信号的各导线的相对于上述壳体的距离互不相同的情况下，会从上述壳体对各导线施加大小不同的噪声。由于该噪声是串模噪声，因此仅用上述差动电路不能够很好地去除该噪声。

特别是在配置有定位器的环境中，流体流动引起的来自配管的振动、泵和搅拌器等设备的动作产生的振动较大，因此这些较大的振动传到定位器，由此很可能发生较大的串模噪声。

一旦发生这样的较大的串模噪声，角度传感器等位移量检测器得到的调节阀的实际开度检测结果就会产生误差，有可能降低调节阀的控制稳定性。

针对这样的问题，向来在定位器的信号传递路径上另行设置噪声滤波器(例如滤波电路等)，由此满足标准所要求的抗噪声性能。但是，考虑能够使用定位器的所有的环境并设计最合适的噪声滤波器不是容易的事情，这成了招致定位器的开发时间的长期化、开发成本增大的原因之一。

本发明是鉴于上述存在问题而作出的，本发明的目的在于，提供即使是在振动大的环境中也能够实现调节阀的稳定控制的定位器。

解决课题用的手段

本发明的定位器(1)的特征在于，具有：检测调节阀(3)的阀轴的位移量，并输出一对检测信号的位移量检测器(11)；配线基板(15)，其具有两个绝缘层(100、101)和配线层(L1)，所述配线层(L1)配置于该两个绝缘层之间，形成有被供给一对检测信号的一对信号配线(22、23)；形成有电子电路(12)的电路基板(20)，该电子电路(12)根据通过上述一对信号配线输入的所述一对检测信号来生成控制调节阀的阀开度用的控制信号(CNT)；以及至少容纳配线基板和电路基板的壳体(10)，配线基板在其中一个绝缘层的表面的至少一部分上通过具有导电性的粘合材料(30)与壳体接合，上述粘合材料的采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值在D20以上D90以下的范围内。

在上述定位器中，上述粘合材料的采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值也可以在D70的±10％以内的范围内。

在上述定位器中，配线基板也可以为挠性基板。

在上述定位器中，也可以是，位移量检测器为具有构成桥式电路的多个磁阻元件(R1～R4)的角度传感器，上述一对信号配线分别连接于桥式电路的对应的一对输出端子(A、B)上。

还有，上述说明中，作为一个例子，对与发明的构成要素对应的附图上的参照符号附上括弧进行记载。

发明效果

根据以上所作的说明，如果采用本发明，则能够提供即使是在噪声较大的环境中也能够进行调节阀的更稳定的控制的定位器。

附图说明

图1表示包含实施形态1的定位器的阀控制系统的构成。

图2表示实施形态1的定位器的角度传感器与电路基板的连接例。

图3是示意性地示出定位器的壳体内部的电路基板与角度传感器的连接结构的图。

图4A是示意性地示出将实施形态1的定位器的电路基板与角度传感器加以连接的配线基板的平面结构的图。

图4B是示意性地示出将实施形态1的定位器的电路基板与角度传感器加以连接的配线基板的截面结构的图。

图5是示意性地示出将实施形态1的定位器的电路基板与角度传感器加以连接的另一配线基板的截面结构的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施形态进行说明。

《实施形态1》

图1表示包含实施形态1的定位器的阀控制系统的构成。

图1所示的阀控制系统500具有调节阀3、操作部2、上位装置4以及定位器1。

调节阀3是对从一流路流往另一流路的流体的流动进行控制的装置，例如气压式调节阀。操作器2例如是空气式的阀致动器，通过与下述的定位器1提供的气压操作信号SC对应地操作调节阀3的阀轴，来控制调节阀3的开闭动作。上位装置4是对定位器1指示调节阀3的开闭的上位侧的设备，将调节阀3的阀开度的设定值SP提供给定位器1。

定位器1是控制调节阀3的开闭的装置。具体地说，定位器1计算由上位装置4提供的调节阀3的阀开度的设定值SP与调节阀3的阀开度的实测值PV的偏差，生成与该偏差对应的气压操作信号SC并提供给操作器2，以此控制调节阀3的阀开度。

更具体地说，如图1所示，定位器1具有角度传感器11、数据处理控制部12、电空转换部13以及压力放大部14。角度传感器11、数据处理控制部12、电空转换部13以及压力放大部14被容纳于壳体10内部。壳体10通过托架等固定在调节阀3的磁轭上。又，壳体10利用金属材料形成，与地线6电连接。

角度传感器11是将调节阀3的阀开度作为调节阀3的阀轴的位移量检测出，并输出一对检测信号的位移量检测器。

数据处理控制部12是根据角度传感器11输出的一对检测信号生成控制调节阀3的阀开度用的控制信号的电子电路。具体地说，数据处理控制部12根据角度传感器11输出的一对检测信号计算出调节阀3的阀开度的实测值PV，且计算出从上位装置4提供的调节阀3的阀开度的设定值SP与上述阀开度的实测值PV的偏差，生成与该偏差对应的电信号CNT。

电空转换部13是将由数据处理控制部12生成的电信号CNT转换为空气压力信号输出的功能部。具体地说，例如将从减压阀(未图示)提供的空气(air)5的供给气压转换为与电信号CNT对应的压力，作为气压信号输出。

气压放大部14是将由电空转换部13输出的气压信号的压力放大并输出的功能部。具体地说，例如根据从电空转换部13输出的气压信号CNT的压力将由减压阀(未图示)提供的空气5的供给气压减压，作为气压操作信号SC输出。

在这里，对角度传感器11与数据处理控制部12的连接关系进行详细说明。

图2表示实施形态1的定位器1中的角度传感器11与电路基板20的连接例。

首先，对角度传感器11进行说明。

角度传感器11具备旋转轴110、磁场产生部111、磁阻R1～R4、以及外部端子26＿1～26＿4。旋转轴110通过调节阀3的阀轴上连接的反馈杆(未图示)，与上述阀轴的直线性往复运动相对应地旋转。磁场产生部111与旋转轴110的旋转角度变化相对应地使磁场改变。

磁阻R1～R4是根据磁场产生部111产生的磁场的磁通密度改变阻值的磁阻元件，构成桥式电路。具体地说，磁阻R1的一端与磁阻R2的一端连接，磁阻R1的另一端与磁阻R3的一端连接，磁阻R2的另一端与磁阻R4的一端连接，磁阻R3的另一端与磁阻R4的另一端连接。

又，磁阻R1与磁阻R2连接的节点C连接于端子26＿1，磁阻R3与磁阻R4连接的节点D连接于端子26＿4，磁阻R1与磁阻R3连接的节点A连接于端子26＿2，磁阻R2与磁阻R4连接的节点B连接于端子26＿3。

在这里，端子26＿1、26＿4是对上述桥式电路中的C、D提供电力的电力供给用的外部端子，从数据处理控制部12提供作为电力的恒定电流。又，端子26＿2、26＿3是将上述桥式电路中的节点A、B的电压作为表示调节阀3的阀轴的位移量的一对检测信号输出的信号输出用的外部端子。

下面对数据处理控制部12进行说明。

如图2所示，数据处理控制部12具备差动放大电路121、恒定电流源122、A/D转换部123、控制运算部124、以及多个外部端子。还有，在图2中图示了数据处理控制部12具有的上述外部端子中与角度传感器11连接用的端子25＿1～25＿4。

在这里，构成数据处理控制部12的差动放大电路121、恒定电流源122、A/D转换部123、控制运算部124、以及端子25＿1～25＿4利用软钎焊等方法形成于由印刷电路基板等构成的电路基板20上。

端子25＿1、25＿4是对角度传感器11提供电力(例如恒定电流)的电力供给用的外部端子。端子25＿1借助于电力供给线21连接于角度传感器11的端子26＿1，端子25＿4借助于电力供给线24连接于角度传感器11的端子26＿4。

端子25＿2、25＿3是输入来自角度传感器11的信号的信号输入用的外部端子。端子25＿2借助于信号线22连接于角度传感器11的端子26＿2，端子25＿3借助于信号线23连接于角度传感器11的端子26＿3。

还有，以下的说明中，有时候将电力供给线21、24及信号线22、23总称记载为“配线21～24”。

差动放大电路(AMP)121是通过端子25＿2、25＿3，分别输入角度传感器11的上述桥式电路中的一对节点A、B的电压，将输入的2个电压的电压差放大后输出的电路。还有，向差动放大电路121的信号输入可以如图2所示从端子25＿2、25＿3直接输入，也可以通过缓冲电路等输入。

恒定电流源122是通过端子25＿1、25＿4将一定的电流提供给角度传感器11的上述桥式电路中的一对节点C、D的功能部。具体地说，从恒定电流源122输出的一定的电流通过端子25＿1、电力供给线21、以及端子26＿1，流入上述桥式电路的节点C，且从节点D输出的电流通过端子26＿4、电力供给线24、以及端子25＿4，流入数据处理控制部12的“地”GND。

A/D转换部123将差动放大电路121的输出信号(模拟信号)转换为数字信号，将转换结果作为调节阀3的阀开度的实测值PV输出。

控制运算部124是计算从A/D转换部123输出的调节阀3的实测值PV与上位装置4提供的阀开度的设定值SP的偏差，生成与该偏差相应的电信号CNT的功能部。控制运算部124例如由CPU等程序处理装置构成。

在这里，构成数据处理控制部12的控制运算部124、A/D转换回路123、恒定电流源122、以及差动放大电路121可以利用例如微控制器那样的一个半导体装置实现，也可以利用分别独立的半导体装置实现，硬件构成没有特别限定。例如，也可以利用一个微控制器实现控制运算部124，利用一个IC芯片实现A/D转换部123、差动放大电路121、以及恒定电流源122。

下面对形成有数据处理控制部12的电路基板20与角度传感器11的连接结构进行说明。

图3是示意性地示出定位器的壳体内部的电路基板20与角度传感器11的连接结构的图。该图示意性地表示壳体10内部的截面结构。

如图3所示，角度传感器11如上所述需要通过反馈杆与调节阀3的阀轴连接，因此被配置于壳体内部的靠近调节阀3的一侧。另一方面，数据处理控制部12被配置于相比于角度传感器11离调节阀3较远的位置。

如上所述，角度传感器11与数据处理控制部12需要利用电力供给线21、24和信号线22、23相互电连接。因此，在实施形态1的定位器1中，如图3所示，将电力供给线21、24及信号线22、23形成于配线基板15，通过配线基板15将角度传感器11与数据处理控制部12加以连接。

在这里，配线基板15例如是具有一个配线层的挠性基板(FPC：Flexible PrintedCircuits(挠性印刷电路板))，利用公知的挠性基板的制造技术制作而成。

图4A是示意性地示出配线基板15的平面结构的图，图4B是示意性地示出配线基板15的截面结构的图。图4A表示从图3的Y方向观察到的配线基板15的平面结构，图4B表示图4A的A－AX线中的配线基板15的截面结构。

如图4B所示，配线基板15中，在由作为基体(基材)的绝缘材料构成的覆盖膜100上形成有一个配线层L1，在配线层L1上形成有由绝缘材料构成的覆盖膜101。

在这里，覆盖膜100、101例如利用聚酰亚胺等树脂材料形成。另外，还可以在各层间(例如在配线层L1与覆盖膜100、101之间)根据需要设置使上下层粘合的粘合层。

在配线层L1上，利用例如铜(Cu)等金属材料形成有配线。具体地说，如图4A、4B所示，在配线层L1上形成有电力供给线21、24及信号配线22、23。

如图3所示，在电力供给线21、24及信号配线22、23的一端上连接有连接器27，通过连接器27与电路基板20(端子26＿1～26＿4)连接。又，电力供给线21、24及信号配线22、23的另一端连接有角度传感器11(端子25＿1～25＿4)。

另外，还可以使形成于配线基板15的配线层L1的电力供给线21、24及信号配线22、23的一端及另一端通过连接器与角度传感器11、电路基板20连接，也可以利用软钎焊方法直接连接于角度传感器11、电路基板20，配线基板15与角度传感器11及电路基板20的连接方法没有特别限制。

如图4A、4B所示，配线基板15中，覆盖膜101、102中的任一方的表面的至少一部分通过具有导电性的粘合构件30与定位器1的壳体10接合。另外，图4B例示了覆盖膜101的表面通过粘合构件30接合于壳体10的表面的情况，但也可以通过粘合构件30将覆盖膜100的表面接合于壳体10的表面。

如上所述，由于作为现场设备的定位器常使用在振动较大的环境下，因此不得不采用耐振动的结构。因此，粘合构件30较理想为具有将配线基板15粘合于壳体10后能够耐受定位器受到的振动的硬度。即，粘合构件30较理想为，一面将配线基板15与壳体10的表面的距离保持为一定，一面保持有难以因振动而导致粘合构件30自身的损坏或者破坏的弹性。

具体来说，作为粘合构件30，较理想为使用采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值在D20以上D90以下的范围内的粘合材料。更理想为，作为粘合构件30，使用采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值为D70的粘合材料。在此，固化后的硬度的测定值“D70”也可以包含稍许误差。例如，固化后的硬度的测定值可以在D70的±10％以内的范围。作为具有上述特性的粘合构件30，可以例示由具有导电性的环氧系树脂构成的太阳金钢株式会社制的“Duralco 120”。

配线基板15与壳体10通过粘合构件30接合，由此，在该接合部分，电力供给线21、24以及信号配线22、23各自与壳体10之间的距离就变得相等。即，如图4B所示，各配线21～24在上述接合部分，相对于电连接于地线6的壳体10的表面等距离地配置。又，由于粘合构件30具有导电性，所以粘合构件30成为与壳体10的表面、即地线6相同的电位。由此，在各配线21～24与壳体10的表面之间将覆盖膜101作为电介质而形成的寄生电容各自的电容值变得相等。

即，即使在定位器1振动的情况下，由于各配线21～24与壳体10的距离被维持为相互相等的状态，因此从壳体10通过上述寄生电容施加到各配线21～24上的噪声也成为相位以及信号电平相互相等的共模噪声。

在这里，电力供给线21、24与信号配线22、23的配线基板15的平面方向上的位置关系没有特别限制，但是最好是信号配线22与信号配线23相对于电力供给线21、24尽可能对称配置。借助于此，能够进一步减小各信号配线22、23上施加的噪声的相位及信号电平之差。例如，如图4A、4B所示，在信号配线22与信号线23之间配置电力供给线21、24即可。又，如图5所示，也可以在电力供给线21与电力供给线24之间配置信号配线22、23。

以上，根据实施形态1的定位器1，将连接角度传感器11与电路基板20的配线形成于配线基板15，将使从角度传感器11输出的一对检测信号传输的一对信号线22、23形成于配线基板15的配线层L1，且通过具有导电性的粘合构件30接合配线基板15的覆盖膜101的表面与壳体10的表面，由此能够使壳体10与一对信号线22、23的距离分别相等。由此，在将壳体10连接于地线6的情况下，通过壳体10从地线6分别施加于信号线22、23的噪声成为共模噪声而非串模噪声，能够通过后级的差动放大器121较好地去除该噪声。

又，根据实施形态1的定位器1，作为粘合构件30，使用用D类型的硬度计测定的固化后的硬度在D20以上D90以下的范围内的粘合材料，由此，能够一面将配线基板15与壳体10的表面的距离保持为一定，一面实现难以产生基于振动的粘合构件30自身的损坏或者破坏的弹性。由此，即使在振动较大的环境下使用定位器1，配线基板15也难以从壳体10剥离，能维持上述一对信号线22、23与壳体10的距离相互相等的状态。

从而，如果采用实施形态1的定位器1，则即使是在振动较大的环境中，也能够很好地去除通过壳体10重叠于角度传感器11等位移量检测器的检测结果的噪声，因此能够实现调节阀3的更稳定的控制。

又，如果采用实施形态1的定位器1，则不另设噪声滤波器，就能够降低来自壳体10的串模噪声，因此能够谋求缩短定位器的开发时间和降低开发研究成本。又，即使在为进一步提高抗噪声性能而设置噪声滤波器的情况下，与以往的定位器那样只利用噪声滤波器去除能够设想的全部噪声的情况相比，噪声滤波器的设计也变得比较容易。

又，用多层挠性基板构成配线基板15，由此，壳体10内部的角度传感器11等的位移量检测器以及电路基板20的配置的自由度增加，定位器的设计变得容易。

以上根据实施形态对本发明人的发明进行了具体说明，但本发明不限于此，在不脱离其要旨的范围内可以有各种变更是不言而喻的。

例如，在实施形态1中，例示了配线基板15为多层挠性基板的情况，但是并不限于此。例如，配线基板15也可以由刚性基板与挠性基板组合而成的刚柔结合基板构成，也可以由形成为例如L字形的单层的刚性基板构成。

又，在实施形态1中，例示了角度传感器作为将阀开度作为调节阀3的阀轴的位移量检测出的位移量检测器，但是只要是检测阀轴的位移量，输出一对检测信号(差动信号)的传感器即可，并不限于此。例如，也可以取代角度传感器11，采用检测阀轴的位移量并输出一对检测信号的位置传感器。在这种情况下，也能够减小上述位置传感器输出的一对检测信号上重叠的串模噪声。

又，实施形态1中，例示了角度传感器11被容纳于壳体10内部的结构的定位器，但是并不限于此，也可以是形成角度传感器11与上述壳体10分离的结构的定位器。在这种情况下。将电路基板20与角度传感器11加以连接的配线中的、被容纳于壳体10内部的部分利用上述配线基板15来形成即可。

符号说明

500…阀控制系统，1…定位器，2…操作器，3…调节阀，4…上位装置，5…空气(air)，6…地线，10…壳体，11…角度传感器，12…数据处理控制部，13…电空转换部，14…气压放大部，15…配线基板，20…电路基板，21、24…电力供给线，22、23…信号线，25＿1、25＿2、25＿3、25＿4、26＿1、26＿2、26＿3、26＿4…端子，27…连接器，30…粘合构件，R1、R2、R3、R4…磁阻，A、B、C、D…桥式电路的端子，L1…配线层，100、101…覆盖膜，121…差动放大电路，122…恒定电流源，123…A/D转换部，124…控制运算部。

Claims (5)

1.一种定位器，其特征在于，具有：

位移量检测器，其检测调节阀的阀轴的位移量，并输出一对检测信号；

配线基板，其具有配线层和两个绝缘层，所述配线层配置于所述两个绝缘层之间，形成有被供给所述一对检测信号的一对信号配线；

形成有电子电路的电路基板，所述电子电路根据通过所述一对信号配线输入的所述一对检测信号来生成控制所述调节阀的阀开度用的控制信号；以及

壳体，其至少容纳所述配线基板和所述电路基板，

所述配线基板在其中一个所述绝缘层的表面的至少一部分上通过具有导电性的粘合材料与所述壳体接合，

所述粘合材料的采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值在D20以上D90以下的范围内。

2.如权利要求1所述的定位器，其特征在于，

所述粘合材料的采用D类型的硬度计测得的固化后的硬度的测定值在D70的±10％以内的范围内。

3.如权利要求1或权利要求2的定位器，其特征在于，

所述配线基板为多层挠性基板。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的定位器，其特征在于，

所述位移量检测器是具有构成桥式电路的多个磁阻元件的角度传感器，

所述一对信号配线分别连接于所述桥式电路的对应的一对输出端子。

5.根据权利要求3所述的定位器，其特征在于，

所述位移量检测器是具有构成桥式电路的多个磁阻元件的角度传感器，

所述一对信号配线分别连接于所述桥式电路的对应的一对输出端子。