DK150278B - Signalomsaettende enhed beregnet til at indgaa i et pneumatisk reguleringssystem - Google Patents

Description

1 150278

Den foreliggende opfindelse angår en signalomsættende enhed beregnet til at indgå i et pneumatisk reguleringssystem og tjenende til at omsætte et på enhedens indgang modtaget elektrisk reguleringssignal til et pneumatisk signal, som afgives på enhedens udgang, og hvis værdi skal være proportional med reguleringssignalets værdi, omfattende et tungeformet piezoelektrisk element, som påtrykkes en spænding, som afhænger af reguleringssignalet, således at elementet får en udbøjning til siden, som varierer med spændingen, en pneumatisk ledning med et rum, som tilføres trykluft via en indsnævring, og fra hvilket trykluft afledes gennem en dyse, der er anbragt ved det piezoelektriske elements ene side, således at lufttrykket i rummet bliver reguleret af det piezoelektriske element som en funktion af den nævnte spænding, og en fra rummet gående udgangsledning, som til reguleringssystemet overfører det regulerede lufttryk som det nævnte pneumatiske signal, hvorhos der til udgangsledningen er koblet en tryk måler , som er indrettet til at danne et til det regulerede lufttryk svarende elektrisk signal, som tilbagekobles til enhedens indgang.

En signalomsættende enhed i det væsentlige af denne art kendes fra DE-OS 16 73 475, som dog ikke omhandler den ellers kendte tilbagekobling mellem den pneumatiske signaludgang og enhedens indgang.Kendte signalomsættende enheder arbejder i mange tilfælde ikke med tilstrækkelig nøjagtighed. Således vil sådanne faktorer som den piezoelektriske tunges temperaturafhængighed, ulinearitet, hy-sterese og langtidsinstabilitet hos udbøjningskraften som funktion af det elektriske styresignal påvirke nøjagtigheden i omsætningen fra elektrisk styresignal til fluidum-trykværdi.

Temperaturafhængigheden, som hidrører fra tungens piezokrystaller, og vanskeligheder ved at opnå en god indfæstning af disse, medfører en fejl i størrelsesordenen 150273 2 0,05 - 0,5% pr. °C. Hysteresen, som indebærer, at tungen for en og samme styresignalværdi får forskellige udbøjnin-ger i afhængighed af, om den nævnte værdi nås med voksende eller mindskende styresignalværdi, kan nå op til ca. 20%, og det kan tage op til 20 timer for tungen at indtage en entydig, stabil udbøjningsstilling svarende til en vis styresignalværdi. Også langtidsstabiliteten hænger sammen med tungens mekaniske opbygning. De fejl, som opstår som følge af manglende langtidsstabilitet er imidlertid vanskelige at skelne fra dem, som hidrører fra hysterese.

Især i procesindustrien findes der behov for anordninger, som med stor nøjagtighed formår at frembringe en omsætning af ovennævnte art, men med hidtil kendte anordninger har man kun formået at reducere indvirkningen af de nævnte faktorer, og man har derfor ikke opnået tilstrækkelig stor nøjagtighed.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise en signalomsætter af den omhandlede art, som formår med stor nøjagtighed at omsætte et elektrisk styresignal til en modsvarende pneumatisk trykværdi, hvilken signalomsætter ikke har ovennævnte ulemper.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i kravet anviste udformning.

For fuldstændighedens skyld skal det anføres, at det fra DE-AS 15 88 245 i en noget anden sammenhæng ved en elektropneumatisk regulator er kendt at sammenligne det elektriske styresignal og det tilbagekoblede elektriske signal og på basis af disse at danne et differenssignal. Yderligere ligheder med den anviste signalomsættende enhed' forekommer ikke, da det nævnte fremlæggelsesskrift åbenbarer en regulator med et elektromagnetisk dyse-pral-pladesystem.

3 150278

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 skematisk og delvis i blokskemaform viser en signalomsættende enhed ifølge opfindelsen til omsætning af et elektrisk styresignal til en modsvarende pneumatisk trykværdi, en såkaldt I/P-omsætter, og fig. 2 i blokskemaform en alternativ udførelsesform for en signalomsætter ifølge opfindelsen.

På tegningen er 1 en til en pneumatisk trykkilde 2 forbundet ledning, som udmunder i en dyse 3· Mellem trykkilden 2 og dysen 3 findes i den nævnte rækkefølge en indsnævring 4 og en pneumatisk trykudgang 5. Ved hjælp af trykkilden frembringes et pneumatisk tryk i et rum la mellem dysen 3 og indsnævringen 4 i ledningen 1. Ved dysen 3 er anbragt et for elektrisk signalpåvirkning følsomt piezo-elektrisk element 6, hvis fra dysen vendte ende er fast indspændt. Elementets 6 mod dysen 3 vendte side er således udformet, at der mellem elementet og dysen opstår en spalte, gennem hvilken luften kan strømme ud. Ved hjælp af den elektriske signalpåvirkning kan elementet 6 bringes til at bevæge sig mod eller bort fra dysen 3 i afhængighed af signalets styrke og polaritet, hvorved spalten mellem elementet og dysen mindskes eller øges. På denne måde kan luftens udstrømning gennem dysen 3 påvirkes, og derved kan det pneumatiske tryk i rummet la og på trykudgangen 5 styres. Dette tryk, som kan anvendes som styretryk for en pneumatisk forstærker eller et cylinder-stempelaggregat, er på tegningen markeret med P. Hvis der ikke træffes andre foranstaltninger, ville, som indledningsvis forklaret, nøjagtigheden ved en sådan styring af det pneumatiske tryk påvirkes i negativ retning af flere faktorer.

Til aftastning af det pneumatiske tryk er der, som det fremgår af fig. 1, i ledningen forbundet en trykmåler 7 til trykudgangen 5. Trykgiveren 7 er 4 150270 indrettet til at frembringe et elektrisk signal T, som modsvarer det nævnte styretryk. Signalet T påføres den ene signalindgang 8 på et sammenlignende kredsløb 9, hvis anden indgang 10 påføres det elektriske styresignal I, som ønskes omsat til en pneumatisk trykværdi. Det sammenlignende kredsløb 9 er indrettet til at sammenligne signalerne T og I og til at frembringe et til forskellen mellem disse signaler svarende differenssignal. Dette påføres en integrator 11, hvis udgangssignal er en spænding, der påtrykkes det piezoelektriske element 6. Integratoren 11 er fortrinsvis en integrerende forstærker, og dens udgangssignal svarer til tidsintegralet af det til integratoren indkommende differenssignal. Dette indebærer, at også små differenssignaler med en vis varighed frembringer udgangssignaler fra integratoren 11 af samme størrelsesorden som større men mere kortvarige differenssignaler.

Den i fig. 1 viste anordning fungerer som en I/P-omsætter og arbejder med en lukket reguleringssløjfe på følgende måde:

Afhængigt af størrelse og polaritet af differenssignalet vil elementet 6 som tidligere nævnt bevæge sig fra eller mod dysen 3, hvorved spalten mellem elementet og dysen øges eller mindskes, således at det pneumatiske tryk i rummet la og dermed også såvel den pneumatiske trykværdi P som signalet T vil blive ændret. Man kan naturligvis give reguleringssløjfen sådanne egenskaber, at den pneumatiske trykværdi P meget nøje modsvarer signalet I. Det piezoelektriske elements 6 egenskaber eller variationer i føde-trykket fra trykkilden 2 påvirker ikke omsætterens nøjagtighed, som alene påvirkes af trykmålerens 7 nøjagtighed.

Det sammenlignende kredsløb 9 og integratoren 11 modsvarer funktionsmæssigt en proportional integrerende regulator, en såkaldt P/I-regulator. I fig. 2 er 12 en sådan P/l-regulator. Nævnte figur viser en alternativ udførelsesform af en i/P-omsætter ifølge opfindelsen, hvor en fluidumforstærker 13 er forbundet til trykudgangen 5. Forstærkeren 13 trykfødes fra trykkilden 2 via en ledning 14 150278 5 og har til opgave at frembringe en forstærket luftstrøm og/eller en forøget trykværdi i udgangsledningen 5 for sådanne anvendelser, hvor en luftstrøm via indsnævringen 4 ikke er tilstrækkelig. Trykmåleren 7 er koblet til forstærkerens udgang 15, som også udgør I/P-omsætterens udgang, dvs. det til signalet I svarende pneumatiske trykniveau tages som et arbejdstryk ud på udgangen 15. Ar-bejdstrykket kan eksempelvis anvendes til stillingsstyring af et på tegningen ikke vist cylinder-stempelaggre-gat.

Det er indlysende, at signalomsætteren ifølge opfindelsen kan modificeres på mange måder inden for rammén for opfindelsestanken. Således kan eksempelvis det piezo-elektriske element 6 monteres, så det tinder påvirkning af styresignalet kun bevæger sig i en retning, dvs. enten fra eller mod dysen 5.