CN209622168U - 电动-气动转换器 - Google Patents

Abstract

本文公开了示例性的电动‑气动转换器，以及相关的方法。示例性电动‑气动转换器包括在本体中限定在第一开口与第二开口之间的轴向通道。供应端口由第一开口形成。供应端口将接收来自压力供应源的加压流体。电动‑气动转换器还包括流体地耦接到轴向通道的输出端口和螺线管，螺线管包括线圈和电枢。电枢设置在轴向通道中并可在其中移动。电枢能够在阻挡加压流体流过供应端口与输出端口之间的轴向通道的第一位置和允许加压流体流过供应端口与输出端口之间的轴向通道的第二位置之间移动。

Description

电动-气动转换器

技术领域

概括地，本公开内容涉及转换器，更具体而言，涉及电动-气动转换器及相关方法。

背景技术

控制阀(例如，滑动杆阀、旋转阀、轴流阀、截止阀等)通常用于诸如石油和天然气管道分配系统和化学处理工厂的工业过程中，以控制过程流体的流动。这些控制阀使用由远程操作现场仪表控制的压力操作致动器进行自动化。现场仪表与过程控制计算机进行通信，以控制阀内的流体流动变化，从而通过压力操作的致动器实现所需的控制策略。诸如电流-压力传感器之类的电动-气动转换器通常用于现场仪表中以提供电信号到体积流量或压力输出的转换以控制致动器并因此控制控制阀。

实用新型内容

鉴于上述问题，本文公开的示例性电动-气动转换器包括限定在本体中且在第一开口和第二开口之间的轴向通道。供应口由所述第一开口形成。所述供应端口接收来自压力供应源的加压流体。所述电动-气动转换器还包括输出端口和螺线管，所述输出端口流体地耦接到所述轴向通道，所述螺线管包括线圈和电枢。所述电枢设置在所述轴向通道中并且能够在所述轴向通道中移动。所述电枢能够在阻挡所述加压流体流过所述供应端口与所述输出端口之间的轴向通道的第一位置和允许所述加压流体流过所述供应端口与所述输出端口之间的轴向通道的第二位置之间移动。

在一个实例中，所述电动-气动转换器还包括行程止挡件，所述行程止挡件设置在所述轴向通道中且靠近所述供应端口，行程止挡件通道通过所述行程止挡件而被限定，其中，所述电枢处于所述第一位置中时与所述行程止挡件接合，以阻挡所述加压流体流动通过所述行程止挡通道，并且所述电枢处于第二位置中时与所述行程止挡件间隔开，以允许所述加压流体流动通过所述行程止挡通道。

在一个实例中，所述螺线管设置在所述轴向通道中且靠近所述第二开口，所述螺线管包括缠绕在芯部周围的线圈，排气通道通过所述芯部而形成，在所述电枢处于所述第二位置时，所述排气通道将所述轴向通道流体地耦接到大气。

在一个实例中，所述排气通道与所述轴向通道轴向对准。

在一个实例中，所述电枢在所述第一位置中时，所述电枢与所述芯部间隔开，且流动路径被限定在所述输出端口与所述排气通道之间，并且所述电枢在所述第二位置中时，所述电枢与所述芯部接合并阻挡所述排气通道。

在一个实例中，在所述第二位置中与所述电枢接合的所述芯部的一侧包括浮雕图案。

在一个实例中，所述电动-气动转换器还包括弹簧，以将所述电枢偏置到所述第一位置。

在一个实例中，所述弹簧被设置在所述轴向通道中且位于所述电枢与所述螺线管之间。

在一个实例中，所述输出端口在垂直于所述轴向通道的方向上从所述轴向通道延伸。

在一个实例中，所述输出端口是第一输出端口，所述电动-气动转换器还包括第二输出端口，所述第二输出端口流体地耦接到所述轴向通道，所述第二输出端口在与所述第一输出端口相对的方向上从所述轴向通道延伸。

在一个实例中，所述电动-气动转换器还包括控制器，以激活所述螺线管，其中，当所述螺线管被激活时，所述电枢移动到所述第二位置，并且当所述螺线管被去激活时，所述电枢移动到所述第一个位置。

在一个实例中，所述控制器通过向所述线圈施加第一电流一段时间并且然后向所述线圈施加第二电流来激活所述螺线管，所述第二电流小于所述第一电流。

本文公开的电动-气动转换器包括限定在本体中且位于供给端口与排放端口之间的通道。所述供应端口接收来自供应压力源的加压流体，并且所述排放端口排放到大气中。所述电动-气动转换器包括流体地耦接到所述通道的输出端口。所述电动-气动转换器还包括能够在所述供应端口与所述排放端口之间的所述通道中移动的电枢。所述电枢能够在第一位置与第二位置之间移动，所述电枢在所述第一位置时，阻挡所述加压流体在所述通道中流动并在所述输出端口与所述排放端口之间创建流动路径，所述电枢在所述第二位置时，阻挡所述排放端口并为所述加压流体在所述供应端口与所述输出端口之间创建流动路径。

本文公开的示例性方法包括经由控制器向电动-气动转换器中的螺线管施加第一电流，经由所述控制器将所述第一电流减小到低于所述第一电流的第二电流，并且经由所述控制器停止施加所述第二电流。

附图说明

图1是具有处于第一(关闭)位置的示例性电枢的电动-气动转换器的横截面图。

图2是图1的示例性电动-气动转换器的横截面图，其中，示例性电枢处于第二(打开)位置。

图3是示出用图1的示例性电动-气动转换器实现的、施加的输入电流和输出压力的示例性曲线图。

图4是具有示例性浮雕图案(relief pattern)的图1和图2的示例性电动-气动转换器的示例性螺线管的透视图。

图5是实施图1的示例性电动-气动转换器以操作示例性致动器的示例阀控制器的横截面图。

图6是表示示例性方法的流程图，该方法可以由示例性控制器实施，以激活图1的示例性电动-气动转换器。

某些示例在上面的附图中示出并在下面详细描述。在描述这些示例时，使用同样的或相同的附图标记来标识相同或相似的元件。附图不一定按比例绘制，并且附图的某些特征和某些视图可能为了清楚和/或简洁而以比例或示意性放大地示出。另外，本说明书中已经描述了几个示例。任何示例中的任何特征都可以与其它示例中的其他特征一起包含、替换或者以其它方式组合。

从以上描述可见，本公开提供了具有与已知转换器相比更小并且消耗更少功率的优化几何形状的示例性电动-气动转换器。

具体实施方式

电动-气动转换器(也称为电动-气动变换器或锁定气动变换器)用于将电输入信号转换成气动压力信号。在一些示例中，电输入信号相对较小，诸如毫安量级。电动-气动转换器通常用于现场仪表中以提供电信号到体积流量或压力的转换以控制过程控制设备。在一些情况下，输出压力或流量被放大(例如，经由继电器)并用于操作诸如致动器的过程控制设备以改变阀的位置或状态。

已知的电动-气动转换器通常利用压力腔、梁和喷嘴的复杂系统来将电信号转换成气动输出信号。这些系统通常很大，需要相当大的空间来实施。而且，许多已知的电动-气动转换器在操作期间不断地消耗或排出空气，这对于环境而言是昂贵且浪费的。

本文公开了具有与已知转换器相比更小并且消耗更少功率的优化几何形状的示例性电动-气动转换器。通常，本文公开的示例性电动-气动转换器将流体地耦接在供应加压流体的供应压力源与下游设备之间，所述下游设备诸如是气动继电器等，其使用加压流体以控制过程控制设备(例如，致动器)。示例性电动-气动转换器控制供应压力源与下游设备之间的加压流体的流动。特别地，示例性电动-气动转换器在关闭状态(有时称为断开或未闭锁)与打开状态(有时称为开启或闭锁)之间操作。在关闭状态下，不向下游设备提供加压流体。在打开状态下，电流形式的电信号被施加到电动-气动转换器，这允许加压流体流到下游设备，并且因此将电输入信号转换成气动压力信号。

本文公开的示例性电动-气动转换器利用具有线圈和可移动电枢 (armature)的螺线管来控制供应端口和一个或多个输出端口之间的加压流体的流动。在一些示例中，电动-气动转换器包括在供应端口与排放端口之间的轴向通道。一个或多个输出端口流体地耦接到轴向通道并且可以耦接到诸如气动继电器的下游设备。供应端口将接收来自压力供应源的加压流体。电枢设置在轴向通道中并且在轴向通道中在第一位置和第二位置可移动，电枢在第一位置时，阻挡加压流体流过供应端口与输出端口之间的轴向通道，电枢在第二位置时，允许加压流体流过供应端口与输出端口之间的轴向通道。当螺线管被激活时，电枢从第一位置移动到第二位置，以允许加压流体流到输出端口。在第一位置，当供应端口被阻挡时，排放端口被解除阻挡并且输出端口流体地耦接到排放端口(例如，排放到大气)。在第二位置，当供应端口被解除阻挡时，电枢阻挡排放端口，由此使加压流体能够从供应端口流到输出端口。螺线管可激活和去激活，以在第一位置与第二位置之间的通道中来回移动电枢，从而控制加压流体流到输出端口。该几何形状使电枢能够在第一(关闭)位置与第二(打开)位置之间行进相对较小的距离。因此，示例性电动-气动转换器可以被构造成具有相对小的尺寸。

在一些示例中，在电枢已经移动到第二(打开)位置之后，施加到螺线管的线圈的电流被减小并被保持直到螺线管被去激活。作为结果，示例性转换器使用较少的功率来产生相同的输出压力。因此，本文公开的示例性电动-气动转换器具有减小的功耗。本文公开的示例性电动-气动转换器与已知的电动-气动转换器相比具有更少的渗漏。在一些情况下，本文公开的示例性电动-气动转换器可实现小于0.1立方英尺(square cubic feet)/小时 (SCFH)的空气。因此，本文公开的示例性电动-气动转换器比已知的电动 -气动转换器更有效。

现在转向附图，图1是根据本公开内容的一个或多个原理构造的示例性电动-气动(I/P)转换器100(在本文中称为转换器100)的横截面图。示例性转换器100通过控制通过转换器100的加压流体的流动来将电输入信号转换成气动输出信号(例如，压力信号)。在一些示例中，气动输出信号被用于控制设备，诸如用于致动阀的气动致动器。在一些示例中，气动输出信号经由气动继电器被放大到更高的压力和/或体积流率，然后将其供应到用于致动阀的致动器，如结合图4进一步详细公开的那样。

在图1所例示的示例中，转换器100包括本体102，本体102将轴向通道104限定在第一开口105与第二开口107之间延伸。第一开口105由供应端口106限定，供应端口106将流体地耦接到供应压力源(例如，工厂空气、过程气体等)。在所例示的示例中，两个输出端口108流体地耦接到通道104。转换器100操作以阻挡或允许供应端口106与输出端口108之间的流体流动。输出端口108可以流体地耦接到接收加压流体的下游设备，这被认为是气动输出信号。

为了控制供应端口106与输出端口108之间的流体流动，示例性转换器100包括具有线圈112和可移动电枢114(例如，插头或柱塞)的螺线管 110。电枢114设置在第一开口105与第二开口107之间的通道104内并可在通道104内移动。电枢114具有面向供应端口106的第一侧116(例如，顶侧)和第二侧118(例如，底侧)。电枢114可在第一位置(在图1中示出，其可以被称为断开位置、关闭位置或未锁定位置)与第二位置(在图2 中示出，其可以被称为开启位置、打开位置或锁定位置)之间移动，在第一位置，电枢114阻挡加压流体流过供应端口106与输出端口108之间的通道104，在第二位置，电枢114允许加压流体流过供应端口106与输出端口108之间的通道104，如本文进一步详细公开的。在图1所例示的示例中，控制器120经由导线121电耦接到线圈112。控制器120可以通过向线圈 112施加电流来激活螺线管110，如本文进一步详细公开的。

在例示的示例中，螺线管110包括被线圈112缠绕的芯部122和套筒 124。芯部122和线圈112设置在套筒124中。芯部122具有第一侧126(例如,顶侧)和第二侧128(例如，底侧)，第一侧126和第二侧128形成螺线管110的相对侧。在所例示示例中，螺线管110设置在通道104中靠近第二开口107处。螺线管110设置在通道104的直径大于通道104的靠近第一开口105的段的段中。在一些示例中，螺线管110通过第二开口107压配到通道104中。在所例示的示例中，密封件130设置在螺线管110与通道104的内壁131之间。密封件130在螺线管110与本体102之间形成流体密封界面，并且因此防止围绕螺线管110的流体流动。在所例示的示例中，套筒124的第一侧133(例如，螺线管110的顶侧)与本体102的壁 132(例如，台阶)接合，从而分隔出通道104的较小段和较大段。在其它示例中，套筒124的第一侧133可以与壁132分离。例如，螺线管110可以形成有脊或唇，其与形成在通道的内壁131上的对应唇接合(例如，靠近第二开口107)，这在制造和/或组装期间可能是有利的。在所例示的示例中，螺线管110的芯部122包括位于芯部122的第一侧126中的第一开口 136(例如，排放端口)与芯部122的第二侧128中的第二开口138之间的排气通道134，本文中将进一步详细公开。

在所例示的示例中，行程止挡件140设置在通道104中靠近供应端口 106处。行程止挡件140具有位于行程止挡件140中的第一开口144与第二开口146之间的行程止挡通道142。在所例示的示例中，密封件148设置在行程止挡件140与通道104的内壁131之间，以防止行程止挡件140泄漏。因此，加压流体流入通道104通过行程止挡件通道142来控制。当转换器 100打开或开启时，行程止挡件140可调节到通道104中的不同位置以调节流率，如在本文中进一步详细讨论的。在一些示例中，行程止挡件140经由过盈配合保持在通道104中。在其它示例中，行程止挡件140可以旋入通道104中。在这样的示例中，行程止挡件140可以在一个方向上或在另一个方向上旋转，以调节行程止挡件140在通道104中的位置。在所例示的示例中，面向电枢114的行程止挡件140的侧面为圆锥形。然而，在其它示例中，行程止挡件140的侧面可以被不同地成形。

在图1所示的断开或关闭位置中，螺线管110未通电，并且电枢114 经由弹簧150朝向供应端口106偏置。在所例示的示例中，弹簧150设置在电枢114与螺线管110之间。弹簧150的外部部分(例如，外圆周)被捕获在套筒124(例如，套筒124的第一侧133中的凹口)与本体102的壁 132之间。弹簧150的内部部分(例如，内圆周)在电枢的第二侧118处或靠近电枢的第二侧118耦接到电枢114。在所例示的示例中，弹簧150的内部部分与电枢114的凸缘151接合，靠近电枢114的第二侧118。弹簧150 将电枢114朝向行程止挡件140偏置。在所例示的示例中，弹簧150是锥形拉簧。然而，在其它示例中，可以实施其它类型的弹簧。另外，在其发他示例中，弹簧150可以设置在其它位置。

在图1所例示的断开或关闭位置中，电枢114阻挡来自供应端口106 的流体的流动。更具体地，电枢114与行程止挡件140接合并阻挡第二开口146，从而阻挡流体流过行程止动通道142。因此，电枢114阻挡加压流体流过供应端口106与输出端口108之间的通道104。此外，在断开或关闭位置，电枢114与芯部122的第一侧126(例如，螺线管110的顶侧)间隔开。在该位置，排气通道134将通道104流体地耦接到大气。作为结果，在输出端口108与排气通道134之间限定了流动路径(即，输出端口108 被排放到大气)。流体可以从输出端口108，围绕电枢114(在电枢114与通道104的内壁131之间)流动，穿过弹簧150，在电枢114的第二侧118 与芯部122的第一侧126之间流动，并穿过排气通道134到达大气。因此，当转换器100处于断开或关闭位置时，输出端口108(和/或耦接到输出端口108的流体管线)处的任何正压力被排放到大气。

为了将流体从供应端口106供应到输出端口108(例如，以生成气动输出信号)，可以通过向线圈112施加电流来接通或激活螺线管110。图2例示了螺线管110被激活时的示例性转换器100。芯部122可以由铁质材料(例如，铁)构成。线圈112中的电流在芯部122周围感应磁场。由金属材料 (例如，铁)构成的电枢114被吸引到芯部122并朝向芯部122的第一侧126移动。作为结果，电枢114远离行程止挡件140的第二开口146移动，并且因此加压流体可以从供应端口106流过通道104到达输出端口108(如箭头所示)。而且，在开启位置或打开位置，电枢114的第二侧118与芯部 122的第一侧126接合。在该位置，电枢114关闭第一开口136并因此阻挡排气通道134。

如图1和图2所例示，电枢114可沿着通道104的轴线152在阻挡供应端口106(图1)的第一位置和阻挡排气通道134的第二位置之间移动(图 2)。供应端口106和排气通道134与通道104轴向对准。该几何形状使电枢114能够移动相对较小的距离，以控制流体流过转换器100。具体地，电枢114在第一位置(图1)与第二位置(图2)之间移动相对较小距离。在一些示例中，电枢114移动大约0.002英寸(in)(0.0508毫米(mm))。在其它示例中，转换器100可以被设计为使得电枢114在通道104中或多或少地移动。因此，需要更少的空间来适应电枢行程，并且因此转换器100 可以比已知转换器更小。在一些示例中，转换器100的长度大约为1英寸 (25.4mm)。因此，示例性转换器100可以用于更广泛的应用。

在图1和图2所例示的示例中，输出端口108从通道104在垂直于通道104的轴线152的方向上延伸。在其它示例中，输出端口108可以相对于轴线152定向在不同的角度。在所例示的示例中，转换器100包括两个输出端口108，其设置在通道104的相对侧上。换而言之，输出端口108从通道104在相反的方向上延伸。在一些示例中，通过提供两个相对的输出流动路径，流过行程止挡件140并经过电枢114的流体以对称的方式作用在电枢114的第一侧116(例如，顶侧)上。换而言之，从流动的流体作用在电枢114的第一侧116上的力是平衡的。否则，如果仅使用一个输出端口，则流体可能将电枢114偏置到通道104中的一侧，这随着时间推移可能使得电枢114变得未对准。在其它示例中，转换器100可以包括更多(例如，三个、四个等)或更少(例如，一个)输出端口，并且输出端口可以设置在其它位置和/或定向在其它方向上。在图1的所例示的示例中，电枢 114的第一侧116相对平的或平坦的。作为结果，如果电枢114在通道104 中侧向移动(朝向内壁131)，电枢114的第一侧116仍可在电枢114移回到第一位置时阻挡行程止挡件144的第二开口146。在其它示例中，电枢的第一侧116可以被不同地成形。

转换器100的流率可以通过调节止挡件140在通道104中的位置来改变。例如，如果止挡件140朝向螺线管110进一步移动到通道104中，则在电枢114移动到第二位置(图2)时在行程止挡件140与电枢114之间创建较小的空间。作为结果，流率降低。另一方面，如果行程止挡件140在通道104中移动远离螺线管110，则当电枢114移动到第二位置(图2)时，在行程止挡件140与电枢114之间创建更多的空间。作为结果，流率增加。因此，示例性转换器100可以容易地校准以通过调节行程止挡件140的位置来实现期望的流率(例如，其可以对应于气动输出信号)。

一旦达到输出端口108处的期望压力，控制器120可以通过停止向线圈112施加电流来去激活螺线管110，这允许电枢114移动(例如，经由弹簧150)回到第一位置(图1)并且阻挡流体流到输出端口108。此外，排气通道134被打开。作为结果，输出端口108处的任何压力通过排气通道 134被排放到大气。在一些示例中，控制器120可以向线圈112施加反向电流，这相反方向上创建电磁场，其将电枢114朝向行程止挡件140抵挡或推动。转换器100可相对快速地(例如，经由电流脉冲)激活和去激活以在输出端口108处产生小的气动输出信号(例如，空气脉冲)。

在断开或关闭位置(图1)，电枢114基本上阻挡了加压流体流入通道104中。在一些情况下，只有相对少量的流体泄漏到通道104中。在一些示例中，转换器100以20磅/平方英寸(PSI)实现小于0.1平方立方英尺/小时(SCFH)的空气消耗量。因此，与已知的电动-气动转换器相比，示例性转换器100导致明显更少的浪费的排出空气。

在图1和图2所例示的示例中，转换器100包括在输出端口108附近围绕本体102设置的密封件154(例如，O形环)。密封件154可以用于将转换器100流体密封在控制器(诸如结合下面的图4进一步详细描述的阀控制器400)的孔或通道中。

在一些示例中，控制器120最初向线圈112施加较高的电流以将电枢 114移动到第二位置(图2)，然后将电流减小到较低的电流。一旦电枢114 移动靠近芯部122，就需要较小的磁力来将电枢114保持在第二位置。因此，需要较少的电流来生成足以将电枢114保持在适当位置的磁场。因此，一旦电枢114移动到第二位置，控制器120就减小电流，并因此减小转换器 100消耗的总功率。

图3例示了示例性曲线图300，其示出了施加的电流(上部曲线图)和示例性转换器100产生的相应的气动输出(下部曲线图)。如图所例示，当接通转换器100时，控制器120向线圈112施加更高的电流以使电枢114 朝向螺线管110移动以克服弹簧150的偏置。一旦电枢114移动到第二位置(图2)，供应端口106与输出端口108之间的流动路径就被打开，并产生稳定的气动输出压力。然后，施加的电流可能会减小。如上所述，一旦电枢114接近芯部122，芯部122与电枢114之间的吸引力就越强，因此可以使用较低的磁场来将电枢114保持在适当的位置。在一些示例中，仅在一段时间内施加较高的电流，直到电枢114位于芯部122处或附近，此时电流可以减小。通过减小电流，使用较少的能量来操作示例性转换器100。特别地，即使当电流减小时，输出压力也保持不变。因此，示例性转换器 100比在整个激活期间施加相同的高电流的已知转换器更有效率。在一些示例中，高电流信号约为3毫安，而低电流信号约为1毫安。然后电流可以停止，这导致转换器100关闭并停止产生气动输出压力。因此，转换器100 在三种功率状态(断开、高电流和低电流)之间操作以产生两种气动输出状态(开或关)。

在图2所例示的示例中，当电枢114处于第二位置时，电枢114的第二侧118与芯部的第一侧126接合。在该位置，形成朝向螺线管110偏置电枢114(到第二位置)的压力差。具体地，通道104中的流体的压力作用在第一侧116(例如，顶侧)和电枢114的侧面上，由此迫使电枢114朝向螺线管110，并且排气通道134中的压力(例如，大气压力)作用在电枢 114的第二侧118(例如，底侧)上的相对较小的区域上，由此在相反的方向上推动电枢114。在一些情况下，如果弹簧150不会在电枢114上产生足够的反作用力以克服作用在电枢114上的通道104中的流体的压力，电枢 114可能甚至在螺线管110去激活之后仍然卡在第二位置。换而言之，当螺线管110去激活并且电枢104处于第二位置(图2)时，作用在第一侧116 和电枢114的侧面上的通道104中的流体的压力可以大于弹簧150的合力和作用在电枢的第二侧118上的排气通道134中的压力。作为结果，该压力差使电枢114克服弹簧150的偏置而保持在第二位置。因此，在一些示例中，可使用浮雕图案来使通道104中的较高压力的空气能够作用于电枢的第二侧118，使得作用在电枢114的所有侧面上的压力基本平衡。这使得能够使用相对较小的较轻的弹簧150。

例如，图4是没有套筒124(图1)的螺线管110的透视图。在所例示的示例中，在芯部122的第一侧126上形成浮雕图案400。浮雕图案400包括一系列凹槽，其在电枢114与芯部122的第二侧126接触时，在电枢114 的第二侧118(图1和图2)与芯部122的第一侧126之间形成通道。在图 4所例示的示例中，浮雕图案400包括环402和与环402交叉的多个线404 并径向向外延伸。线404向外延伸超过电枢114的第二侧118的直径。因此，当电枢114与芯的第一侧126接触时，来自通道104(图2)的流体可以流入线404和环402。因此，来自通道104的作用在电枢114上的压力在电枢114的所有侧上更加平衡。作为结果，可以实施更轻、更小的弹簧150，这减小了转换器100的总重量、尺寸和成本。

在图4所例示的示例中，浮雕图案400(包括环402和线404)围绕排气通道134(图2)的第一开口136居中(但不与其接触)。在其它示例中，浮雕图案400可以包括更多或更少的凹槽并且凹槽可以以其它设计或图案布置。在其它示例中，可以不使用浮雕图案。替代地，可以使用相对较强的弹簧，其提供足够的力来克服作用在电枢114上的压力。图4中还示出了线圈112(其中之一参考图4)，其将线圈112连接到控制器120(图1和 2)。

图5例示了其中可以实施示例性转换器100的示例性阀控制器500(例如，定位器)。在所例示的示例中，阀控制器500控制用于操作阀504的致动器502，操作阀504安装在处理系统或工厂的流体过程系统506(例如，分配管道系统)中。在所例示的示例中，阀控制器500已经被横截面化并且相对于致动器502和阀504不成比例。阀控制器500将高压流体供应到致动器502以操作阀504(例如，通过移动阀杆)。在所例示的示例中，阀控制器500包括放大器或继电器508。转换器100产生气动输出信号，其由继电器508放大并且被提供给致动器502，用于操作阀504(例如打开或关闭阀504)。

在所例示的示例中，转换器100设置在孔510内，孔510限定在阀控制器500的本体512(例如，壳体)中。密封件154在转换器100的本体 102与阀控制器400的本体512之间提供流体紧密密封。此外，密封件154 限定将输出端口108流体连接到通道524的环形部分，在本文中进一步详细讨论。在所例示的示例中，阀控制器400的本体512包括将供应压力源 516(例如，低压力源)流体地耦接到转换器100的供应端口106的通道514。转换器100通过使加压流体从供应压力源516流过转换器100到达输出端口108而将电输入信号转换成气动输出信号。供应压力源516可以是例如工厂空气(例如，通过炼油厂分配的压缩流体，诸如空气或天然气)、来自流体过程系统506的加压流体和/或任何其它流体源的加压流体。在一些示例中，供应压力源516从以下公开的高压力供应544抽出并被调整到相对较低的压力。

在图5所例示的示例中，输出端口108流体地耦接到继电器508的致动器518。致动器518包括设置在腔室520中的腔室520和活塞522。通道 524将输出端口108流体地耦接到活塞522的一侧上的腔室520的第一侧 526。腔室520的第二侧528被排放到大气。当向腔室520的第一侧526供应加压时，活塞522在图5中向下移动。

在所例示的示例中，活塞522经由杆532耦接到塞子530(例如，流动控制构件)。塞子530可朝向和远离座位534移动。在所例示示例中，座534 被设置成围绕继电器输入腔室538与继电器输出腔室540之间的孔口536。继电器输入腔室538经由通道542流体地耦接到高压力供应544，并且继电器输出腔室540经由通道546流体地耦接到致动器502。高压力供应544可以是例如工厂空气(例如，压缩流体，诸如通过处理工厂分配的空气或天然气)，来自流体过程系统506的加压流体，和/或加压流体的任何其它流体源。塞子530可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置，塞子530 与座534接合并且阻挡继电器输入腔室538与继电器输出腔室540之间的加压流体的流动，在第二位置，塞子530从座534移开并且加压流体可以从继电器输入腔室538流到继电器输出腔室540，并因此流到致动器502。继电器508包括复位弹簧548以将塞子530偏置到第一位置或关闭位置。在所例示的示例中，复位弹簧548设置在继电器输入腔室538中。然而，在其它示例中，复位弹簧548可设置在其它位置。

下面描述的是使用示例性阀控制器500将高压力流体供应到致动器 502的示例性操作。首先，控制器120接收(例如，从控制室)压力命令并且通过向螺线管110施加电流(例如，电输入信号)。当被激活时，螺线管 110创建吸引电枢114的磁场，这使电枢114远离行程止挡件140移动(如图2中的位置所例示)。作为结果，来自供应压力源516的加压流体流过供应端口106与输出端口108之间的转换器100中的通道104(图1)。加压流体流过通道524到达致动器518的腔室520的第一侧526。腔室520的第一侧526中的较高压力使得活塞522在图5中向下移动。作为结果，塞子 530远离座534移动，这使得高压力流体从高压力供应544流到致动器502。

当达到期望的压力和/或致动器502将被停止时，控制器120通过停止向螺线管110施加电流而去激活螺线管110。作为结果，弹簧150(图1) 使电枢114移动回到与行程止挡件140(图1)接合，该行程止挡件140阻挡流体流过在供应端口106与输出端口108之间的通道104，如图1所示的位置所示。通道104(图1)将输出端口108流体地耦接到芯部122(图1) 中的第一开口136(例如，排放端口)(图1)。因此，通道524中的加压流体(和腔室520的第一侧526)被排放到大气中。作为结果，腔室520的第一侧526和第二侧528中的压力稳定，并且复位弹簧548将塞子530移回到与座534接合的第一位置，由此阻挡高压力流体流到致动器502。因此，转换器100将相对较小的电输入信号(例如，1-3毫安)转换成气动输出信号(在输出端口108处)，然后将其放大并用于控制致动器502。转换器100 可以相对快速地接通和关掉，以向致动器502提供少量加压流体，这使得致动精度相对较高。

在一些示例中，使用一个转换器和继电器来向致动器502供应高压力流体以在一个方向上操作阀504(例如，打开阀504)，并且使用单独的转换器和继电器来释放来自致动器502的高压力流体以在相反方向上操作阀 504(例如，关闭阀504)。释放转换器和继电器可以被配置为类似于图5中的转换器100和继电器508。然而，继电器输入腔室538替代地被排放到大气。因此，当转换器100打开继电器508(通过使塞子530远离座534移动) 时，继电器输出腔室540中的(来自致动器502的)高压力流体被排放到大气中，从而释放致动器502中的压力并且使阀504能够在另一方向上操作。在一些示例中，控制器120控制两个转换器。在其它示例中，可以实施单独的控制器以控制相应的转换器。

虽然在图5所例示的示例中，转换器100和继电器508被集成到同一本体512中，但是在其它示例中，转换器100和继电器508可以被设置在单独的本体中并且经由一个或多个导管流体地耦接。在所例示的示例中，本体512由耦接在一起的多个本体或壳体构成。在其它示例中，本体512 可以是基本上单一的零件或部件。

图6是表示可由示例性控制器120执行以激活转换器100并将电输入信号转换成气动输出信号的示例性方法的流程图。在框600处，控制器120 接收将被实现的期望压力和/或位置。例如，控制器120可以接收将被提供给致动器502(用于致动阀504)的期望压力和/或可以接收致动器502和/ 或阀504的期望位置。在框602处，控制器120确定时间量以激活转换器 100以达到期望的压力和/或位置。在框604处，控制器120向螺线管110 的线圈112施加第一电流。因此，控制器120通过激活电磁线圈110来打开转换器100，电磁线圈110使电枢114远离行程止挡件140移动并且使加压流体(例如，气动输出信号)被供应到输出端口108。在一些示例中，第一电流被施加预定的时间段。例如，如图3所例示，可以向线圈112施加较高的电流(例如，在或接近最大值)一段时间(例如，直到电枢114处于第二位置所花费的时间(图2))。然后，在框606处，控制器120将所施加的电流从第一电流减小到低于第一电流的第二电流。例如，返回参考图3，所施加的电流被减小到第二较低的电流。第二电流足以将电枢114保持在打开位置并使流体能够流到输出端口108。如图3所例示，即使当电流减小时，输出压力也保持恒定。

在框608处，控制器120确定自转换器100在框604处被激活(打开，解锁等)以来是否时间量已经流逝。如果时间量还没有流逝，则控制器120 继续将第二电流施加到将转换器100保持在打开状态的线圈112。一旦控制器120确定时间量已经流逝，则在框608处，控制器120在框610处通过停止向线圈112施加第二电流来去激活螺线管110。在一些示例中，控制器 120在与线圈112使电枢114移动回到第一位置(闭合位置)的相反方向上施加另一电流(例如，第三电流)。在一些示例中，在停止激活螺线管110 之后，控制器120确定是否已经达到期望的压力和/或位置。如果还没有的话，则图6的示例性过程可以再次开始。附加地或替代地，如果控制器120 接收到新的期望的压力和/或位置，则图6的示例性过程可以再次开始。因此，图6的示例性过程可以重复任意次数。在其它示例中，控制器120可以激活或移动转换器100至打开状态并监控压力和/或位置。一旦达到期望的压力和/或位置，控制器120就可以去激活或者将转换器100移动到关闭状态。如以上结合图5公开的，取决于继电器的设置，示例性过程可用于向致动器供应压力或从致动器释放压力。

根据前述内容，可以理解的是，上面公开的电动-气动转换器通过采用比已知转换器更高效的几何形状来减小功耗。特别地，电枢被布置成在线性方向上移动，这使得能够进行相对小的移动(例如，大约0.002英寸)以打开和关闭转换器。另外，几何形状允许更简单的组装和校准。例如，通过在通道中移动行程止挡件，可以容易地调节示例性转换器的流率。此外，电枢被布置成使得在转换器保持打开时可以减小施加到螺线管的电流。因此，示例性转换器使用比已知转换器更少的功率。此外，在电枢行程缩短的情况下，示例性转换器可以具有相对小的尺寸包络(envelope)。在一些示例中，转换器的长度可小于1英寸(例如，从第一开口105到第二开口107)。本文公开的示例性转换器也具有比已知转换器更少的渗漏(bleed)。

虽然本文已经公开了一些方法、装置和造品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利权利要求范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (20)

1.一种电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器包括：

轴向通道，所述轴向通道被限定在本体中且位于第一开口与第二开口之间，供应端口由所述第一开口形成，所述供应端口被配置为从压力供应源接收加压流体；

输出端口，所述输出端口流体地耦接到所述轴向通道；和

螺线管，所述螺线管包括线圈和电枢，所述电枢设置在所述轴向通道中并且能够在所述轴向通道中移动，所述电枢能够在第一位置与第二位置之间移动，所述电枢在所述第一位置时，阻挡所述加压流体流动通过在所述供应端口与所述输出端口之间的轴向通道，所述电枢在所述第二位置时，允许所述加压流体流动通过在所述供应端口与所述输出端口之间的轴向通道。

2.根据权利要求1所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器还包括行程止挡件，所述行程止挡件设置在所述轴向通道中且靠近所述供应端口，行程止挡件通道通过所述行程止挡件而被限定，其中，所述电枢处于所述第一位置中时与所述行程止挡件接合，以阻挡所述加压流体流动通过所述行程止挡通道，并且所述电枢处于第二位置中时与所述行程止挡件间隔开，以允许所述加压流体流动通过所述行程止挡通道。

3.根据权利要求1所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述螺线管设置在所述轴向通道中且靠近所述第二开口，所述螺线管包括缠绕在芯部周围的线圈，排气通道通过所述芯部而形成，在所述电枢处于所述第二位置时，所述排气通道将所述轴向通道流体地耦接到大气。

4.根据权利要求3所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述排气通道与所述轴向通道轴向对准。

5.根据权利要求3所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述电枢在所述第一位置中时，所述电枢与所述芯部间隔开，且流动路径被限定在所述输出端口与所述排气通道之间，并且所述电枢在所述第二位置中时，所述电枢与所述芯部接合并阻挡所述排气通道。

6.根据权利要求5所述的电动-气动转换器，其特征在于，在所述第二位置中与所述电枢接合的所述芯部的一侧包括浮雕图案。

7.根据权利要求1所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器还包括弹簧，以将所述电枢偏置到所述第一位置。

8.根据权利要求7所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述弹簧被设置在所述轴向通道中且位于所述电枢与所述螺线管之间。

9.根据权利要求1所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述输出端口在垂直于所述轴向通道的方向上从所述轴向通道延伸。

10.根据权利要求1所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述输出端口是第一输出端口，所述电动-气动转换器还包括第二输出端口，所述第二输出端口流体地耦接到所述轴向通道，所述第二输出端口在与所述第一输出端口相对的方向上从所述轴向通道延伸。

11.根据权利要求1所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器还包括控制器，以激活所述螺线管，其中，当所述螺线管被激活时，所述电枢移动到所述第二位置，并且当所述螺线管被去激活时，所述电枢移动到所述第一位置。

12.根据权利要求11所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述控制器通过向所述线圈施加第一电流一段时间并且然后向所述线圈施加第二电流来激活所述螺线管，所述第二电流小于所述第一电流。

13.一种电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器包括：

通道，所述通道被限定在本体中且位于供应端口与排放端口之间，所述供应端口被配置为从供应压力源接收加压流体，并且所述排放端口被配置为排放至大气；

输出端口，所述输出端口流体地耦接到所述通道；和

电枢，所述电枢能够在所述通道中且在所述供应端口与所述排放端口之间移动，所述电枢能够在第一位置与第二位置之间移动，所述电枢在所述第一位置时，阻挡所述加压流体在所述通道中流动并在所述输出端口与所述排放端口之间创建流动路径，所述电枢在所述第二位置时，阻挡所述排放端口并在所述供应端口与所述输出端口之间为所述加压流体创建流动路径。

14.根据权利要求13所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器还包括螺线管，其中，当所述螺线管通电时，所述电枢从所述第一位置移动到所述第二位置。

15.根据权利要求14所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述螺线管包括缠绕在芯部周围的线圈，并且其中，所述排放端口形成在所述芯部中。

16.根据权利要求14所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器还包括弹簧，以将所述电枢偏置到所述第一位置，所述弹簧设置在所述通道中且位于所述电枢与所述螺线管之间。

17.根据权利要求13所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述输出端口在垂直于所述通道的轴线的方向上从所述通道延伸。

18.一种电动-气动转换器，其特征在于，所述电动-气动转换器包括：

螺线管，所述螺线管包括线圈，以及

控制器，所述控制器与所述线圈电连接，并且所述控制器被配置为：

向所述线圈施加第一电流，以激活所述螺线管；

将所述第一电流减小到小于所述第一电流的第二电流；以及

经由所述控制器停止施加所述第二电流，以去激活所述螺线管。

19.根据权利要求18所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述控制器被配置为：在将所述第一电流减小到所述第二电流之前，施加所述第一电流预定时间段。

20.根据权利要求18所述的电动-气动转换器，其特征在于，所述控制器还被配置为：在停止施加所述第二电流之后，以反向对所述螺线管施加第三电流。