CN109654083A - 静电-气压转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电‑气压转换器，包括静电控制装置，其包含接地电极(2)和设计成活动的等臂式平衡杆形式的且与该接地电极(2)电绝缘的控制电极(4)，该控制电极通过加在所述接地电极(2)和控制电极(4)之间的控制电压(U_St)来操作，还包括阀装置(40)，该阀装置具有用于供应处于预压(Pv)下的流动介质的入口(42)、布置成与该入口(42)流通相连的输出嘴(44)和布置成与该入口(42)流通相连的出口，其中该控制电极(4)与该接地电极(2)至少部分形成一个间隙(3)，间隙大小能依据由电流源(5)加在所述控制电极(4)和接地电极(2)之间的控制电压(U_St)而变化，其中通过该间隙大小来影响输出嘴(4)的开口横截面，其中该输出压力(Pa)作为在出口(46)处的气压输出信号能根据该控制电压(U_St)来控制。

Description

静电-气压转换器

技术领域

本发明涉及用于将控制电压变换为气压输出信号的静电-气压转换器。

背景技术

DE10047705U1公开了一种用于控制流体流的微型阀，其具有至少一个阀芯件，为了阀芯件的操作而设有基于静电工作原理的驱动机构，在这里，该驱动机构包含至少一个所谓的组合式传动驱动机构。微型阀的阀芯件按照等臂式平衡杆(Wippe)方式可转动地安装在一个支承部位上并且通过弹簧机构被预紧向初始位置。根据等臂式平衡杆的长度，两个出口之一被关闭，两个出口中的另一个被打开。这样的开关阀因此不能改变出口处的压力。

发明内容

因此，本发明基于如下任务，提供一种静电-气压转换器，可以借此将加在转换器上的控制电压转换为气压输出信号，其值可以通过控制电压在最小值到最大值之间调节。

为此，本发明的静电-气压转换器包括静电控制装置，其包含接地电极和设计成活动的等臂式平衡杆形式的且与接地电极电绝缘的控制电极，控制电极通过加在接地电极和控制电极之间的控制电压被操作，还包括阀装置，阀装置包含用于供应处于预压的流动介质的入口、与入口流通相连的输出嘴和与入口流通相连设置的出口，其中该控制电极与接地电极至少部分形成一个间隙，间隙大小可依据由电流源加在控制电极和接地电极之间的控制电压而改变，其中，通过间隙大小来影响输出嘴的开口横截面，并且该输出压力作为在出口处的气压输出信号可以根据控制电压来控制。

这样的转换器适合以下应用场合，在此将控制电压准确变换为气压输出信号是重要的。这样的应用场合的例子是用于在气动调节阀中控制位置控制器的静电-气压转换器。

在本发明的转换器中该控制电极设计成板状且延伸经过输出嘴，其中所述开口横截面优选直接与间隙大小相关。

当在本发明的静电-气压转换器中该控制电极包括平衡物(Ausgleichsmasse)和与之相接的挡板并在平衡物和挡板之间安装在接地电极上的转动轴处时，有利地做到了转换器的稳定响应性得以改善，因为控制电极可几乎无惯性地对控制电压做出响应。因为发生绕转动轴的物平衡(Masseausgleich)，故转换器系统与位置无关。

根据本发明的静电-气压转换器的一个有利实施方式，控制电极的转动轴由接地电极的一个锐边构成，在这里，以小的机械手段获得了由平衡物和挡板构成的等臂式平衡杆的精确支承。

当根据本发明的静电-气压转换器的另一个有利实施方式设有将控制电极压迫至该边缘的弹簧机构时，不太费力地做到了由平衡物和挡板构成的等臂式平衡杆的进一步稳定化，尤其当该弹簧机构包括在销处被引导的弹簧时。此外，必要时可以消除作用于等臂式平衡杆的伴生转矩。

在此实施方式中，对控制电极的电流供应可以通过所述销和弹簧进行，因此电流供应无需其它构件。

当根据本发明的静电-气压转换器的另一个有利实施方式所述挡板具有蜂窝状结构时，挡板重量被减轻，由此改善本发明的静电-气压转换器的响应性能和稳定反应。另外，通过因在顶侧的蜂窝状结构减小质量而获得良好的抗振性和加速不敏感性。

当根据本发明的静电-气压转换器的另一个有利实施方式所述挡板由导电陶瓷材料和设于挡板的朝向接地电极的一侧的由绝缘陶瓷材料构成的介电绝缘层构成时，有利地做到了挡板和接地电极的彼此相向的表面可以非常平坦光滑地构成，在这里，可以避免在本发明的静电-气压转换器的电压-压力变换时的故障。

根据本发明的静电-气压转换器的另一个有利实施方式，该弹簧可以通过销被扭转，从而可以对至控制电极的弹簧力传递进行调节。

根据本发明的静电-气压转换器的一个有利实施方式，设有也可细微调整的止挡，止挡限制挡板运动离开接地电极或者说限制等臂式平衡杆打开，这有助于本发明的静电-气压转换器的安全性，因为等臂式平衡杆无法离开工作区域。

当在本发明的静电-气压转换器中该挡板直接与输出嘴配合时，在输出嘴与控制电极之间的间隙设计成楔形，因为挡板的下表面相对于输出嘴的开口成一个角度。另一方面，此阀装置实施方式的封闭密封性完全足以用于一系列应用。

静电-气压转换器的封闭密封性被如此提高，即，在输出嘴和控制电极之间设有球，球与控制电极和输出嘴之间的角度无关地保证了紧密关闭。

在本发明的静电-气压转换器的另一个实施方式中，输出嘴是高度可调的，因此该间隙是可调的，在这里，本发明的静电-气压转换器可以简单地针对不同的应用场合被调节。

根据本发明的静电-气压转换器的另一个有利实施方式，在该阀装置的入口处设有处于预压的节流阀，在此有利地照顾到了所述预压小到能得到可靠的调节功能。

当该节流阀有利地包含可更换的被拧入接地电极的螺纹中的螺纹套时，做到了简单地根据不同的应用场合来改装本发明的静电-气压转换器。

附图说明

本发明的其它优点、特征和应用可能来自以下结合附图所示的实施例的说明。

在说明书、权利要求书和附图中采用了在下述附图标记列表中所用的术语和相应的附图标记，附图示出了：

图1是根据本发明的一个实施例的静电-气压转换器的沿图2的线A-A的剖视图；

图2是根据图1的静电-气压转换器的俯视图；

图3是带有控制电极的接地电极的立体图；

图4是根据图1的静电-气压转换器的沿图2的线B-B的另一个剖视图；

图5是图3的细节B的细节图；

图6是根据阀装置的第一实施例的阀装置的细节图；和

图7是根据阀装置的第二实施例的阀装置的细节图。

附图标记列表

2 接地电极

3 间隙

4 控制电极

5 电流源

6 平衡物

8 挡板

10 转动轴

11 边缘

12 凹窝

14 止挡

16 底面

18 调节螺钉

20 弹簧机构

22 弹簧

24 销

28 绝缘层

30 盖

32 导销

34 导销

36 绝缘套

38 绝缘套

40 阀装置

42 入口

44 输出嘴

46 出口

48 节流阀

50 螺纹套

52 螺纹

54 球

具体实施方式

图1示出了沿图2的线A-A的剖视图，图2示出了根据图1的静电-气压转换器的俯视图。根据图1的静电-气压转换器因此包括静电控制装置，其包含接地电极2和设计成活动的等臂式平衡杆形式的与接地电极2电绝缘的控制电极4，控制电极通过由电流源5加在接地电极2和控制电极4之间的控制电压U_St被操作。控制电极4与接地电极2至少部分形成一个间隙3，间隙大小可以依据加在控制电极4和接地电极2之间的控制电压U_St而改变，在这里，输出压力Pa作为在出口46处的气压输出信号可依据控制电压U_St来控制。

接地电极2和控制电极4由导电材料如导电陶瓷材料或者铝构成。接地电极2和控制电极4与电压源5电连接且通过在控制电极4的朝向接地电极2的一侧上的介电绝缘层7相互电绝缘。

控制电极4包括平衡物6和与之相接的挡板8并且控制电极4在平衡物6和挡板8之间在转动轴10处安装在接地电极2上，其中直至转动轴10的平衡物6的重量等于直至转动轴10的挡板8的重量。挡板8由导电陶瓷材料构成且具有包含凹窝12的蜂窝状结构。挡板8运动离开接地电极2受到可调节的止挡14的限制，止挡由调节螺钉18的底面16构成。控制电极4的转动轴10是接地电极2的锐边11。

弹簧机构20将控制电极4压迫至边缘10，其中该挡板8稳固且可转动地安装在接地电极2上。弹簧机构20由在销24处被引导的弹簧22构成。利用这样的布置，可以经由所述销24和弹簧22实现对控制电极4的电流供应。

弹簧22一方面连接至接地电极2且另一方面连接至销24，使得弹簧22将通过销24被扭转以便调节弹簧力传递至控制电极4。

挡板8在其与接地电极相对置的底面涂覆有薄陶瓷绝缘层28，其中该接地电极2和控制电极4形成用于静电驱动机构的电容器。

根据图1的静电-气压转换器通过由电绝缘材料构成的盖30被补全，所述盖上装有弹簧机构20，如图1所示。

图3示出了带有控制电极4的接地电极2的立体图。为了在接地电极2上侧向引导挡板8而设有两个导销32、34，它们如图4和图5所示安装在绝缘套36、38中，穿过挡板8且锚固在接地电极2中。

静电-气压转换器还包括阀装置40，其包括用于供应处于预压Pv的流动介质的入口42、布置成与入口42流通相连的输出嘴44和布置成与入口42流通相连的出口46。通过间隙3的间隙大小，输出嘴44的开口横截面受到影响，其中该输出嘴的开口通过等臂式平衡杆的运动来控制。

在入口42处设有处于预压的节流阀48，节流阀包括被拧入接地电极2内的螺纹52中的可更换的螺纹套50。供应压力Pv因此通过节流阀48被输入。

控制电极4与输出嘴44形成所述间隙3，该间隙依据由电流源5加在控制电极4和接地电极2之间的控制电压U-St可以稳定变化，其中该输出压力Pa作为在出口46处的气压输出信号可以根据控制电压U-St被控制。

根据图6，在输出嘴44与控制电极4之间的间隙被设计成楔形，使得输出嘴44无法被完全关闭。

在根据图7的实施例中，在输出嘴44和控制电极4之间设有球54，球与控制电极4和输出嘴44之间的角度无关地保证输出嘴44的紧密关闭。

输出嘴44不仅在根据图6的实施方式中、也在根据图7的实施方式中是高度可调的，因此该间隙是可调节的。

以下将描述本发明的静电-气压转换器的功能。被加在接地电极2和控制电极4之间的控制电压U_St的大小控制着输出信号压力Pa。当被加在接地电极2和控制电极4之间的控制电压U_St产生将控制电极4吸向接地电极2的静电力时，在控制电极4和接地电极2之间的间隙3被减小，在出口46处的输出压力Pa被增大。当输出嘴44被关闭时，输出压力Pa等于入口压力或预压Pv，使得输出压力Pa可以在入口压力Pv和近似零之间变化。

力平衡发生在作用于等臂式平衡杆的电容器的静电力与包括节流阀48和输出嘴44的阀装置40的作用于等臂式平衡杆的气压力之间。为了调节出力平衡，可以调节以下参数：节流阀48和输出嘴44的直径、由接地电极2和控制电极4构成的电容器的面积、绝缘层28的厚度和转动轴10和输出嘴44之间的杆臂。

Claims (15)

1.一种静电-气压转换器，该静电-气压转换器具有静电控制装置，该静电控制装置包含接地电极(2)和控制电极(4)，该控制电极设计成活动的等臂式平衡杆形式且与所述接地电极(2)电绝缘，所述控制电极通过加在所述接地电极(2)和所述控制电极(4)之间的控制电压(U_St)来操作，所述静电-气压转换器还具有阀装置(40)，该阀装置具有用于供应处于预压(Pv)下的流动介质的入口(42)、布置成与所述入口(42)流通相连的输出嘴(44)和布置成与所述入口(42)流通相连的出口，其中所述控制电极(4)与所述接地电极(2)至少部分形成间隙(3)，间隙大小能依据由电流源(5)加在所述控制电极(4)和所述接地电极(2)之间的控制电压(U_St)而变化，其中通过所述间隙大小来影响所述输出嘴(44)的开口横截面，其中所述输出压力(Pa)作为在出口(46)处的气压输出信号能根据所述控制电压(U_St)来控制。

2.根据权利要求1所述的静电-气压转换器，其特征是，所述控制电极(4)设计成板状且延伸经过所述输出嘴(44)。

3.根据权利要求1或2所述的静电-气压转换器，其特征是，所述控制电极(4)包括平衡物(6)和与平衡物相接的挡板(8)，并且在所述平衡物(6)和所述挡板(8)之间安装在所述接地电极(2)上的转动轴(10)处。

4.根据权利要求3所述的静电-气压转换器，其特征是，所述控制电极(4)的转动轴(10)包括所述接地电极(2)的边缘(11)，且设有将所述控制电极(4)压迫向所述边缘(11)的弹簧机构(20)。

5.根据权利要求4所述的静电-气压转换器，其特征是，所述弹簧机构(20)包括在销(24)处被引导的弹簧(22)。

6.根据权利要求5所述的静电-气压转换器，其特征是，对所述控制电极(4)的电流供应通过所述销(24)和所述弹簧(22)进行。

7.根据权利要求4、5或6所述的静电-气压转换器，其特征是，所述弹簧(22)的弹簧力能通过所述销(24)调节，以调节对所述控制电极(4)的弹簧力传递。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的转换器，其特征是，所述挡板(8)具有蜂窝状结构。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的静电-气压转换器，其特征是，所述挡板(8)由导电陶瓷材料和设于所述挡板(8)的朝向所述接地电极(2)的一侧的由绝缘陶瓷材料构成的介电绝缘材料层(28)构成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的静电-气压转换器，其特征是，设有限制所述挡板(8)的运动的能够调节的止挡(14)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的静电-气压转换器，其特征是，所述间隙(3)在所述输出嘴(44)和控制电极(4)之间呈楔形。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的静电-气压转换器，其特征是，在所述输出嘴(44)和控制电极(4)之间设有球(54)，所述球与所述控制电极(4)和输出嘴(44)之间的角度无关地保证紧密关闭。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的静电-气压转换器，其特征是，所述输出嘴(44)是高度可调的，因此所述间隙(3)是能够调节的。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的静电-气压转换器，其特征是，在所述入口(42)处设有处于预压的节流阀(48)。

15.根据权利要求14所述的静电-气压转换器，其特征是，所述节流阀(48)包括能够更换的螺纹套(50),该螺纹套被拧入所述接地电极(2)中的螺纹(52)中。