FI80507B - Transduktor foer omvandlande av elsignal till trycksignal. - Google Patents

Description

80507

SÄHKÖSIGNAALIN PAINESIGNAALIKSI MUUNTAVA MUUNNIN

Esillä oleva keksintö kohdistuu sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavaan muuntimeen.

Aikaisemmin on esitetty erilaisia sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavia laitteita, jotka muuntavat sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi venttiilien ja vastaavien ohjaamiseksi. Viime vuosina ne ovat pääasiassa olleet jonkinlaisia yksinkertaisen suuntinläppäyhdlstelmän muunnoksia. Vastakohtana pneumaattiselle sovellutukselle hydraulisissa sovellutuksissa on käytetty sekä kiinteän suut-timen Ja kiinteän vastaanottimen yhdistelmää, joiden väliin on sijoitettu siirtyvä levy, että kiinteän suuttimen Ja kiinteiden vastaanottimien parin yhdistelmää, jossa on raolla varustettu ohjauselin.

Yksinkertainen suutinläppämuunnin on konstruoitu siten, että . . suutin kytketään pneumaattiseen lähteeseen, jolloin pneumaat- : tisen lähteen ja suuttimen välille on sijoitettu kuristus- kohta. Tyypillisiä tällaisia laitteita on esitetty yksityiskohtaisesti US-patenteissa 291^076 ja 3^56669, joissa läppä on sijoitettu suoraan suuttimen eteen. Läppää siirretään lähemmäksi tai kauemmaksi suuttimesta sähköisen tulosignaa-lin vaikutuksesta. Vastapaine, jonka läppä kehittää suutti-·: : men ja kuristuskohdan välille, muodostaa pneumaattisen lähtö- signaalin ja se valhtelee läpän ja suuttimen välisen etäisyyden funktiona. Tällä konstruktiolla on sille ominaisia rajoi-tuksia, joihin sisältyy läpän oleminen alttiina kaasuvirtauk-. . sessa olevien hiukkasten aiheuttamalle kulumiselle ja epäpuh tauksien kerääntyminen kuristuskohtaan ja suuttimeen, mikä y. lopulta tukkii laitteen. Lisäksi tarvitaan kalliita ja moni- r’- mutkaisia menetelmiä läpän vaimentamiseksi estämään sitä *··' värähtämästä kaasuvirtauksessa ulkoisesta värähtelystä joh- ‘ ' tuen Ja ääritapauksessa iskeytymästä suuttimen aukkoon.

2 80507

Hydrauliseen muunninkonstruktioon sisältyy kiinteän suutti-men ja kiinteän vastaanottimen väliin sijoitettu levy, joka estää virtausta vastaanottimeen sähköisestä tulosignaalista riippuen. Tyypillisiä tällaisia laitteita on esitetty yksityiskohtaisesti US-patenteissa 3095906 ja 3*155330. Tällä mekanismilla on haittana esillä olevaan keksintöön verrattuna, että siinä tarvitaan suurimassainen levy, mikä aiheuttaa suuren hitauskuormituksen toimilaitteelle. Lisäksi levyllä on oltava laaja liikealue haluttujen tulosten saavuttamiseksi ja sen on vaikutettava oleellisesti koko hydrauliseen virtaukseen. Tämän tuloksena saadaan muunnin, jolla on pieni vahvistus, samalla kun se vaatii suuren energiankulutuksen levyn ohjaamiseksi.

: Muussa tunnetussa hydraulisessa laitteessa on yksi kiinteä suutln ja kaksi kiinteää vastaanotinta. Raolla varustettua ··: ohjainta siirretään sivuttain nestevirtauksen suhteen sen suuntaamiseksi halutulla tavalla pääasiallisesti jompaan kumpaan vastaanottimeen. Tällaisia laitteita on esitetty yksityiskohtaisesti US-patenteissa 35*12051 ja 3612.103· Tämän tyyppisillä laitteilla on samat haitat kuin aikaisemmin mainitulla hydraulisella muuntimella.

Raolla varustettu ohjain on vuorovaikutuksessa koko neste-virtaukseen ja ohjaimen rakoa siirtämällä muutetaan Itse ··-; asiassa suutinaukon muotoa virtaussuunnan suuntaamiseksi uudelleen.

US-patenttijulkaisussa 39931 01 on esitetty sähköisen sig-naalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntava muunnin sähköiseen tulosignaaliin ja kaasunsyöttöön kytkemiseksi, joka muunnin sisältää suuttimen, joka on kytkettävissä kaasunsyöttöön kaasuvirtauksen lähettämiseksi, välimatkan päähän suuttimesta asetetun vastaanottoellmen vastaanottamaan ainakin osan lähetetystä kaasuvirtauksesta, vastaanotetun osan muodostaessa pneumaattisen lähtösignaalin, ja suuttimen ja 3 80507 vastaanottovälineen väliin sijoitetun ohjaimen, jonka asentoa suhteessa kaasuvirtaukseen ohjataan sähköisellä tulo-signaalilla, ohjaimen taittaessa suuttimesta lähetetyn kaasu-virtauksen niin, että vastaanottimen vastaanottaman kaasu-virtauksen osan suuruuteen vaikutetaan.

Tämän tunnetun muuntimen haittana on se, että se ei toimi oikein suhteellisella tavalla. | Tämän keksinnön mukaan tällaiselle muuntimelle on tunnusomaista se, että ohjaimella on sellainen muoto ja se on sijoitettu suuttimen suhteen siten, että kaasuvirtaus vaikuttaa ohjaimen asentoon riippuen kaasuvirtauksen aiheuttamasta aerodynaamisesta voimasta.

US-patenttijulkaisu 2713869 esittää muuntimen, jolla on ·:*·· virtausdeflektori, Joka ottaa huomioon suhteellisen kaasu- virtauksen tai suhteellisesti taittavan kaasuvirtauksen.

. .·. Kuitenkin, kuten edellä on kuvattu, siinä tulosignaali muun- ·;;; timeen on mekaaninen eikä sähköinen.

.‘V- Tässä käytettynä termi "pneumaattinen" tarkoittaa ilmaa ja muita kaasuja, ja termi "vahvistus" tarkoittaa pneumaattisen lähtösignaalin paineen kulmakerrointa ohjainsiirtymän * - suhteen.

: Keksinnön muuntimessa sähköisen tulosignaalin muuttuessa ohjaimen asema kaasuvirtauksen suhteen muuttuu.

.* : Esillä olevan keksinnön muuntimessa edullisena ominaisuutena on pieni energiankulutus ja suuri energiavahvistus. Tätä kek-sintöä on edullista käyttää teollisuuden standardin mukaisen 4-20 mA kaksijohtimisen sähköisen tulosignaalin Ja muiden . . standardisähköslgnaalien yhteydessä. Ohjaimen Ja virtauksen ^ 80507 välisestä aerodynaamisesta vuorovaikutuksesta seuraa, että ohjaimessa tarvitaan erittäin vähän energiaa sen ohjaamiseksi ja se antaa ohjaimelle erittäin suuren vahvistuksen, joka on oleellista tällaisen käytön aikaansaamiseksi. Vaadittavan energian pienuuteen vaikuttaa myös se seikka, että ohjaimilla on pieni massa. Esitetyllä tavalla magneettisen toimilaitteen kanssa käytettynä esillä olevan keksinnön mukaan tehty laite voi toimia täydellisesti 2 mA ohjauskäämivirralla.

Tämän etuna on, että ohjainta voidaan siirtää koko alueella 4 mA tulosignaalilla eikä 4-20 mA signaalin 4 mA ylittävää osaa tarvita ohjaimen ohjaamiseen.

Esillä olevan keksinnön muuntimella on lisäksi erinomaiset epäpuhtauksien sieto-ominaisuudet. Tällaisiin epäpuhtauksiin sisältyy pneumaattisen lähteen ei haluttuja hartsimaisia :· aineita, jotka pyrkivät kerääntymään rakenteeseen, johon ne törmäävät. Muuntimessa suutin ja vastaanotin voivat olla suh-: teellisen suurikokoisia, mikä estää pneumaattisen syötön epä- : puhtauksien aiheuttamasta niissä tukkeutumia ja jonka avulla saadaan erinomainen epäpuhtauksien sietokyky. Esillä oleva muunnin kestää myös erinomaisesti kaasuvirtauksessa olevien hiukkasten aiheuttamaa kulutusta. Hiukkasilla tarkoitetaan tässä ei-haluttua, kuluttavaa materiaalia, joka koostuu pneu-1 maattisessa syötössä olevista rakeista. Tämä kulutuskestä- . . vyys johtuu siitä, että ohjainelementin tarvitsee olla vuoro vaikutuksessa vain kaasuvirtauksen pienen osan kanssa eikä siten ole alttiina kaasuvirtauksen sisältämien hiukkasten pääosalle.

Lisäksi keksinnön mukaisilla muuntimilla on suuri värähtelyn kestävyys. Ainoat liikkuvat osat ovat ohjain ja toimilaitteen jalusta, joilla on erittäin pieni massa, mistä on tuloksena erittäin korkea resonanssitaajuus. Tämä pienempi massa tekee laitteen vastustuskykyiseksi normaalisti esiintyville ympäristön värähtelyille, joiden taajuudet yleensä ovat huomattavasti alhaisempia.

5 80507

Kuvio 1 on sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavan muuntimen leikkauskuvanto, joka esittää kaasuvirtauk-sen antavaa suutinta ja vastaanotinta, kun ohjain ei lähes ollenkaan vaikuta kaasuvirtaukseen.

Kuvio 2 on oleellisesti samanlainen leikkauskuvanto kuin kuvio 1, paitsi että ohjain poikkeuttaa kaasuvirtauksen lähes kokonaan.

Kuvio 3 on käyrä, joka esittää ohjaimen vahvistusta voiman funktiona, joka tarvitaan keksinnön mukaisten erilaisten muuntimien ohjainten inkrementaaliseen siirtämiseen.

Kuvio 3a on leikkauskuvanto sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavasta muuntimesta, jossa ohjain on poikkileikkaukseltaan kolmiomainen.

: Kuvio 3b on leikkauskuvanto sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavasta muuntimesta, jossa ohjain on poikki-leikkaukseltaan puoliympyränmuotoinen Ja tasomainen sivu ; pidetään oleellisesti suuttimen pitkittäisakselin suuntai- sena.

Kuvio 3c on leikkauskuvanto sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavasta muuntimesta, jossa tasomaiset sivut pidetään oleellisesti kohtisuorassa suuttimeen pituusakseliin nähden.

'; Kuvio 3d on leikkauskuvanto sähkösignaalin pneumaattiseksi j : signaaliksi muuntavasta muuntimesta, jossa ohjain on poikki- leikkaukseltaan pyöreä sauva, jonka toinen pää on kiinni-.V.' tetty toimilaitteeseen Ja toinen pää muodostaa ohjaimen ja y* on muodoltaan puolipallonmuotoinen.

6 80507

Kuvio 3e on leikkauskuvanto sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavasta muuntimesta, jossa ohjaimen poikkileikkaus on siivenmuotoinen.

Kuvio 4 on vektorikaavio, joka esittää kaasuvirtauksessa syntyviä aerodynaamisia vaikutuksia, Jotka seuraavat ohjaimen asettamisesta siten, että se vaikuttaa kaasuvirtaukseen.

Kuvio 5 on käyrä, joka esittää voimaa, joka vaaditaan ohjaimen siirtämiseksi inkrementaalisesti ohjaimen liikealueella.

Kuvio 6 on poikkileikkaus esillä olevan keksinnön mukaisesti muun sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavasta muuntimesta.

Kuvio 6a on kuvanto, joka esittää kuvion 6 L:n muotoista ohjainta vasemmalta viivan 6A-6A suunnassa.

Kuvio 6b on havainnollistava kuvanto, joka esittää kuviossa • 6 esitetyn suuttlmen pitkittäisakselin ja ohjaimen liiketien muodostaman viivan välistä kulma-asentoa.

Kuvio 7 on lohkokaavio säätösilmukkaan yhdistetystä sähkö-signaalin pneumaattiseksi signaaliksi keksinnön mukaisesta : ; muuntavasta muuntimesta.

Kuviossa 1 on esitetty sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntava muunnin 10, jossa on suutin 12, ohjain 14 ja vastaanotin 16 ja joka on suljettu kannen 11 sisälle.

"· Kansi 11 on asennettu lrroitettavasti toimilaitemoduliin 19 ja siinä on sisäinen kammio 21. Suutin 12 on tuettu koteloon 11 ja se ulkonee kammioon 21. Suutin 12 muodostuu edullisimmin kanavasta, jonka kammiossa 21 olevaa päätä on kavennettu suutinaukon 22 muodostamiseksi. Suuttimella 12 on pitkittäis-*’ akseli, joka kulkee sen geometrisen keskikohdan kautta ja on kohtisuorassa suutinaukon 22 tasoa vastaan.

7 80507 c

Suutin 12 on edullisemmin kiinnitetty kanteen 11 esim. tuotoksella tai hitsauksella, joka on osoitettu kohdassa 26.

Vastaanotin 16 kulkee kannen 11 läpi ja se on kiinnitetty kanteen 11 esim. juotoksella tai hitsauksella, joka on esitetty kohdassa 28. Vastaanotin 16 ulkonee kammioon 21.

Vastaanotin 16 muodostuu edullisemmin kanavasta, joka kape-nee kammioon 21 ulkonevasta päästä vastaanottoaukon 24 muodostamiseksi. Vastaanottimella 16 on sen geometrisen keskikohdan kautta kulkeva pitkittäisakseli, joka on edullisimmin suunnattu suuttimen 12 pitkittäisakselin mukaisesti ja joka on kohtisuorassa vastaanottoaukon 24 tasoon nähden.

Sähköjohtimet 15 on kytketty toimilaitemoduliin 19· Toimi-laitemodulin 19 osa sisältää edullisimmin välineet ohjaimen 14 ohjaamiseksi, kuten kuvion 6 magneettivuon kehittävän kää- _ . min. Esitetyssä suoritusmuodossa toimilaitemodulin 19 yläosa . . sisältää toimilaitteen 15» joka edullisimmin muodostuu kal vosta, jonka pystysuuntainen siirtoliike riippuu johtimien 15 syötetyistä sähköisistä tulosignaaleista. Toimilaite 13 ohjaa siten ohjaimen 14 liikettä johtimien 15 antamasta säh- ; köisestä tulosignaalista (1^) riippuen. Ohjain 14 muodostuu » : sauvasta, jolla on pyöreä poikkileikkaus ja jonka poikittai nen akseli on kohtisuorassa suuttimen 12 ja vastaanottimen 16 pitkittäisakseleihin nähden. Ohjain 14 on tuettu toimielimeen 13 suuttimen 12 ja vastaanottimen 16 suhteen sivuun siirretysti yleisesti siten kuin on esitetty kuviossa 6a.

Suutin 12 on kytketty kaasunsyöttöön, jonka syöttöpaine on . . merkitty P8. Suutin 12 lähettää kaaeuvirtauksen, joka on esitetty viivoilla 20. Vastaanotin 16 on sijoitettu välimatkan päähän suuttimesta ja se sijoitettu suuttimen 12 suhteen siten, että se voi vastaanottaa ainakin osan suutti-: men 12 lähettämästä kaasuvirtauksesta 20. Suuttimen 12 ja vastaanottimen 16 pitkittäisakselit ovat edullisimmin samalla suoralla. Vastaanotin 16 muuntaa kaasuvirtauksen 20 8 80507 vastaanotetun osan nopeuden kineettisen energian pneumaattisen paineen potentiaalienergiaksi. Muu osa kaasuvirtauksesta 20, jota vastaanotin 16 ei vastaanota, poistuu kammion 21 poistoaukosta 23 ympäristöön.

Kaasuvirtauksen 20 vastaanotetun osan paine on merkitty pout· Esitetyssä tilassa Pout cm maksimiarvossaan suhteessa paineeseen Ps. Tämä johtuu siitä, että kuten kuviossa 1 on esitetty toimilaite 13 on asettanut ohjaimen 14 alempaan ääriasentoonsa siten, että se ei vaikuta oleellisesti kaasu-virtaukseen 20. Esitetty tila edustaa toimilaitteeseen 13 vaikuttavaa maksimaalista sähköistä tulosignaalia. Esitetyssä edullisessa suoritusmuodossa maksimaalisesta sähköisestä tulosignaalista on siten seurauksena maksimaalinen painelähtösignaali vastaanottimesta 16. Pout on tyypillisesti tässä tilassa 30-60 # arvosta Ps, mutta se voi lähestyä 100 # arvosta Ps sellaisista parametreistä, kuten suut-timen 12 ja vastaanottimen 16 välisestä etäisyydestä ja suutinaukon 22 ja vastaanottoaukon 24 suuruuksista riippuen.

Kuvio 2 esittää sähkösignaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavaa muunninta, joka muodostuu suuttimesta 12, ohjaimesta 14 ja vastaanottimesta 16, jotka on sijoitettu kanteen 11. Kaikki kuvion 2 numerot vastaavat kuviossa 1 samalla tavoin numeroituja komponentteja. Toimilaite 13 ohjaa ohjainta 14 johtimille 15 annetuista sähköisistä tulosignaaleista riippuvaisesti. Kuviossa 2 toimilaitteeseen 13 ja ohjaimeen 14 vaikuttaa minimisähkösignaali, jona voi olla nollavirta. Tämän seurauksena ohjainta 14 vetää ylöspäin kehittyvä noste aerodynaamisesti ja toimilaitteen 13 jousivaikutus mekaanisesti. Ohjain 14 kohoaa ylempään ääriasentoonsa, mistä on . tuloksena kaasuvirtauksen 20A maksimaalinen poikkeutus.

; Kaasuvirtaus 20A on esitetty poikkeutetuksi siten, että vastaanottoaukko 24 vastaanottaa minimaalisen osan kaasu-virtauksesta 20A.

9 80507 Tässä tilanteessa P0ut on tyypillisesti 1-5 % arvosta Ps, mutta se voi olla nollan suuruinen. Kuviossa 2 esitetyssä asennossa melkein koko kaasuvirtaus 20A poistuu poisto-aukosta 23. Siten keksinnön tässä suoritusesimerkissä minimi-sähkösignaali liittyy vastaanottimesta 16 saatavaan oleellisesti nollan suuruiseen paineeseen.

On selvää, että muissa ohjaimen 14 toteutuksissa ohjaimen muodosta voi seurata, että aerodynaaminen voima pyrkii työntämään ohjainta pois kaasuvirtauksesta. Tällaisessa toteutuksessa tarvitaan kasvavaa sähköistä tulosignaalia kaasu-virtauksen 20 poikkeutuksen suurentamiseksi. Näin tapahtuu esim. kun ohjaimella on käännetty siipimuoto. Kuten tunnettua siipi on sen muotoinen kappale, jossa väliaineen suhteellisen liikkeen siihen kohdistamalla voimalla on suurempi komponentti liikesuuntaan nähden kohtisuorassa suunnassa kuin liikkeen suunnassa. Eräänä esimerkkinä on lentokoneen taso.

; Siinä muodossa kuin tätä tavallisesti käytetään lentokoneen • · ‘V tason yhteydessä siiven kehittämä liikesuuntaan nähden kohti- suora voimakomponentti suuntautuu ylöspäin määrätyllä positiivisella kohtauskulmalla. Esillä olevassa keksinnössä käy-;: tettynä tällaisen käännetyn siiven kehittämä voima pyrkii siirtämään ohjainta 14 poispäin kaasuvirtauksesta 20.

: Suhde, Joka on tärkeä keksinnön toiminnalle, on suutlnaukon : : 22 ja vastaanottoaukon 24 välinen etäisyys. Tyydyttävä toiminta saadaan, kun suutlnaukon 22 ja vastaanottoaukon 24 :·- välinen etäisyys on 8-12 kertaa suutlnaukon 22 halkaisija.

- ; Lisäksi on havaittu, että vastaanottimen 16 suorittaman kaasuvirtauksen 20 vastaanoton parantamiseksi on suotavaa, että vastaanottoaukko 24 on suurempi kuin suutlnaukko 22. Tyydyttävä toiminta on saatu vastaanottoaukon 24 halkaisijan ollessa 1-2 kertaa suutlnaukon 22 suuruinen optimitulosten esiintyessä, kun vastaanottoaukon 24 halkaisija 1,5 kertaa ·’ suutlnaukon 22 halkaisija.

10 80507

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa on havaittu, että suutin 12 toimii tyydyttävästi ja estää kaasuvirtauksessa 20 olevien epäpuhtauksien aiheuttamaa tukkeutumista, kun suutin-aukon 22 halkaisija on välillä 0,025-0,05 cm optimitulosten esiintyessä arvolla 0,0375 cm. Kuten edellä on todettu ohjaimen 14 ja kaasuvirtauksen 20 välinen aerodynaaminen vuorovaikutus kehittää nosteen ohjaimeen 14. Tämä noste kehittyy tunnettujen aerodynaamisten periaatteiden mukaisesti, jolloin ohjaimen 14 yli kulkevasta nopeutuneesta virtauksesta on seurauksena alentunut paine ohjaimen 34 alapuolella vallitsevaan vertailupaineeseen verrattuna. Vertailupaine vaikuttaa ohjaimeen 14 ylöspäin, mikä aiheuttaa nosteen.

Tämän nosteen vaikutus vetää ohjainta 14 pidemmälle kaasuvir-taukseen 20, mistä on lopulta seurauksena kohdassa 20A esitetty poikkeutus. Toimilaite 13 on edullisimmin jännitetty metallikalvo, joka pyrkii palaamaan kuviossa 2 esitettyyn lepoasentoonsa Ja joka toimii esijännitysjousena, joka pyrkii vetämään ohjainta 14 pisimmällä kaasuvirtauksessa 20 olevaan asentoonsa. Sähköisen tulosignaalin on siten vedettävä ohjainta 14 alaspäin eli poispäin kaasuvirtauksesta 20 aerodynaamisten voimien ja kalvon esijännitysvoiman voittamiseksi.

' : Kuviot 1 Ja 2 esittävät yhdessä toimintarajoja, jotka edus- tavat ohjaimen koko liikealuetta, jota on liioiteltu kuvi-Y: oissa 1 ja 2 havainnollisuuden vuoksi. Todellisuudessa vaadittava llikealue on erittäin pieni ja ohjaimen tarvitsee vaikuttaa vain erittäin pieneen osaan kaasuvirtauksesta haluttujen tulosten saavuttamiseksi.

Tarkasteltaessa kuvioissa 1 ja 2 esitettyjä kahta tilaa voidaan havaita, että maksimaalisesta sähkösignaalista on tuloksena maksimaalinen pneumaattinen lähtösignaali Ja minimi-sähkötulosignaallsta on seurauksena oleellisesti nollan-suuruinen pneumaattinen sähkösignaali. Sähköisen tulo- n 80507 signaalin muuttamisesta kahden toimintarajan välillä on seurauksena Jatkuvasti muuttuva pneumaattinen lähtösignaali, jolla on tunnettu riippuvuus sähköisestä tulosignaalista.

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa ohjaimen 14 on esitetty antavan optimitulokset, kun sen halkaisija on 0,8 mm. Tästä erittäin pienestä koosta seuraa, että ohjaimen 14 massa on erittäin pieni. Erittäin pieni massa vaikuttaa edullisesti ympäristön värähtelyjen sietoon, koska tämä pieni massa vaikuttaa osaltaan siihen, että ohjaimen 14 resonanssitaajuus on erittäin korkea. Ympäristön värähtelyt, jotka voivat vaikuttaa laitteeseen, ovat tyypillisesti taajuudeltaan pienempiä ja niiden haittavaikutukset ohjaimeen 14 ovat siten pienempiä. Ohjaimen 14 tarvitsee liikkua vähemmän kuin 0,010 mm kuvioissa 1 Ja 2 esitettyjen toimintarajojen saavuttamiseksi. Lisäksi ohjain 14 vaikuttaa suoraan vain pieneen osaan kaasuvirtauksesta 20A. Sen ei tarvitse olla täydelli-. sesti upotettuna kaasuvirtaukseen 20A halutun lähdön saavut- tamiseksi. Tämä on edullista kulutuskestävyyden kannalta. Muuntimen komponenttien kuluminen aiheutuu tyypillisesti kaasuvirtauksessa olevien hiukkasten törmäämisestä näihin komponentteihin. Koska ohjain 14 vaikuttaa suoraan pieneen kaasuvirtauksen 20A osaan, suurin osa kaasuvirtauksessa 20A olevista hiukkasista kulkee ohjaimen 14 ohi.

Ohjaimeen 14 vaikuttava aerodynaaminen noste sekä ohjaimen 14 pieni massa ja se seikka, että ohjaimen tarvitsee liikkua vain pienen matkan Ja vaikuttaa suoraan vain pieneen osaan kaasuvirtauksesta 20A aikaansaavat yhdessä sen, että ohjai-:: : men 14 ohjaamiseen tarvitaan vain vähän sähkötehoa. Esillä olevan keksinnön mukainen muunnin tarvitsee vain 2 mA jännitteellä 5 V toimintaa varten. Tämä tehovaatimus riippuu edellä mainituista tekijöistä Ja on oleellisesti riippumaton ohjaimen 14 toimielimistä.

i2 80507

Standardi-instrumentointijärjestelmät toimivat virralla 4-20 mA. On suotavaa, että virtaa arvosta 0 arvoon 4 mA käytetään tehon syöttämiseksi järjestelmälle alueen 4-20 mA muodostaessa sähköisen tulosignaalin. Muunnin 10 yhdistetään tyypillisesti kuviossa 7 esitetyllä tavalla takaisinkytkentä-silmukkaan, jossa on muunnin 90, pneumaattinen toinen aste tai vahvistin 92 ja takaisinkytkentälaite 106. Muunnin 10 (tai 90) kuluttaa 2 mA lepovirtaa, joka edustaa nollatulo-signaalia. Kun tällaista takaisinkytkentäsilmukkaa käytetään 4-20 mA järjestelmässä, pneumaattiseen toiseen asteeseen 92 ja takaisinkytkentälaitteeseen 106 mahdollisesti sisältyvän elektroniikan käyttöön jää 2 mA. Koska muunnin 10 ei tarvitse lisävirtaa fysikaalista tehonsyöttöä varten jonkin nollaa suuremman signaalin esittämiseksi, koko toiminta-alue voi-: daan saavuttaa jopa vain 0,1 mA suuruisella virran lisä- muutoksella. Tämä alhainen tehonkulutus antaa monipuoli-suuden, joka mahdollistaa esillä olevan keksinnön mukaisesti tehdyn laitteen käyttämisen laajalla standarditulosignaalien alueella.

On suotavaa, että tyydyttävän toiminnan saavuttamiseksi ohjain aikaansaa aerodynaamiset vaikutukset kaasuvirtaukseen siten kuin tässä on esitetty. Monet ohjainmuodot ovat osoit-; tautuneet tyydyttäviksi. Kuvio 3 esittää käyränä eri ohjain- toteutuksia, joita on rakennettu ja Jotka on testattu ver-tailukelpoisissa olosuhteissa. Käyrän pystyakseli on vahvistus, joka kasvaa ylöspäin mentäessä. Vaaka-akseli on maksimivoima, joka tarvitaan ohjaimen siirtämiseksi 0,02 ; mm juuri kaasuvirtauksen ulkopuolelta kaasuvirtauksen si sälle voiman kasvaessa kuviossa 3 oikealle mentäessä. Kuten aikaisemmin on määritelty, vahvistus on pneumaattisen lähtö-signaalin P0ut paineen kulmakerroin. On edullista, että vahvistus on suuri samalla kun ohjaimen liikuttamiseen tarvitaan pieni voima. Siten kaikkien muiden tekijöiden ollessa muuttumattomia edulliset ohjalntoteutukset pyrkivät kuvautumaan kaavion vasemman yläkulman alueelle. Kaavion käyrä 108 13 80507 on sylinterimäisten ohjainten kuvaaja, jossa jokainen piste edustaa halkaisijaltaan eri suuruista ohjainta. Piste 110 edustaa halkaisijaltaan pienintä ohjainta. Piste 114 edustaa halkaisijaltaan suurinta ohjainta. Nämä ohjaimet ovat oleellisesti kuviossa 6a esitetyn mukaisia. Käyrän 108 piste 110 on sylinteri, jonka halkaisija on 1,5 kertaa suutinaukon halkaisija. Piste 112 edustaa sylinteriä, jonka halkaisija on 2 kertaa suutinaukon halkaisija ja piste 114 edustaa sylinteriä, jonka halkaisija on 2,5 kertaa suutinaukon halkaisija. Kaikki nämä suoritusmuodot ovat osoittautuneet tyydyt-täviksi ohjaimen edullisimman suoritusmuodon ollessa sylin-terimäinen sauva, jonka halkaisija 1,5-2 kertaa suutinaukon halkaisija.

Muita edullisia suoritusmuotoja ovat poikkileikkaukseltaan kolmiomainen sauva tai putki, jonka koetulokset on esitetty pisteessä 118. Kuten kuviossa 3A on esitetty ohjaimen 122 yksi sivu pidetään oleellisesti suuttimen 120 keskiviivan suuntaisena ja kaasuvirtaukseen vaikutetaan pääasiassa ohjaimen 122 kahdella muulla sivulla. Vastaanotin 124 on esitetty sijoitettuna kuvioissa 1 ja 2 esitetyllä tavalla. Ohjain 122 on asennettu jalustaan 126, joka on katkaistun kartion muotoinen. Jalusta 126 on kiinnitetty toimilaitteeseen 128 edullisimmin liimaamalla tai juottamalla. Eräässä toisessa suoritusmuodossa ohjain voi myös muodostua sauvasta tai putkesta, jolla on puolipyöreä poikkileikkaus.

Tässä tapauksessa tyydyttäviä tuloksia on saatu sekä silloin, kun puolipyöreän ohjaimen 130 halkaisija tai tasomainen sivu on pidetty oleellisesti suuttimen 120 keskiviivan suuntaisena, kuten on esitetty kuviossa 31>» tai kun kuten kuviossa 3c on esitetty, ohjaimen 132 halkaisija on pidetty kohtisuorassa suuttimen 120 keskiviivaan nähden.

Muut komponentit kuvioissa 31> ja 3c vastaavat vastaavasti numeroituja komponentteja kuviossa 3a. Näissä molemmissa tapauksissa puolipyöreän ohjaimen tasainen tai tasomainen sivu on kauempana suuttimesta ja ohjaimen osa, joka on tähän sivuun nähden kohtisuoran säteen kohdalla, on lähempänä 14 80507 suutinta siten, että se vaikuttaa kaasuvirtaukseen. Kaikissa näissä edullisissa suoritusmuodoissa ohjainsauvan tai putken liike tapahtuu kohtisuoraan ohjaimen pituusakseliin nähden, niin että kaasuvirtaukseen vaikuttaa lähinnä tämä ohjainsau-van tai putken pinta eikä ohjaimen pää. Kuvion 3c suoritusmuodon koetulokset on esitetty kuvion 3 pisteessä 116.

Kuvio 3d esittää keksinnön vielä erästä suoritusmuotoa, joka muodostuu sauvasta, jossa on muodoltaan puolipyöreä pää. Tässä suoritusmuodossa ohjainsauvan päätä siirretään vaikuttamaan kaasuvirtaukseen pitkittäisakselinsa suuntaisella liikkeellä. Muista esitetyistä suoritusesimerkeistä poiketen toimilaitteeseen 120 liittyvää asennusjalustan 136 kohtaa ei ole siirretty sivuun suuttimen 120 pitkittäisakselin pysty-projektiosta. On tärkeätä ymmärtää, että myös muunlaisia ohjainmuotoja, joilla saadaan halutut aerodynaamiset vaikutukset kaasuvirtaukseen, voidaan käyttää. Eräs tällainen muoto on siivenmuotoinen ohjain 138, joka on esitetty kuviossa 3e.

Kuviossa 4 on esitetty kohdassa 38 esitetyn ohjaimen aerodynaamiset vaikutukset kaasuvirtaukseen 36. Kuviossa 4 esitetyssä tilanteessa ohjain 38 sijaitsee suuttimen 40 suhteen jossain kuvioissa 1 ja 2 esitettyjen toimintarajojen välissä, niin että ohjain 38 vaikuttaa kaasuvirtaukseen 36, mutta ei poikkeuta sitä kokonaan siten kuin on esitetty kuviossa 2. Suuttimella 40 on kuviossa 6b esitetty keskiviiva. Suutti-mesta 40 ohjaimen 38 ohi virtaavasta kaasuvirtauksesta on tuloksena paikallisen nosteen kehittyminen, joka vaikuttaa ohjaimeen 38 siten kuin on esitetty paikallisnosteen vektorilla. Ohjaimen 38 halutulla liikealueella kehittyvän nosteen voima kasvaa ohjaimen 38 lähestyessä suuttimen 40 keskiviivaa. Ohjaimen 38 tietyn aseman säilyttämiseksi kaasuvir-tauksen 36 suhteen ohjaimen liikettä ohjaavan toimilaitteen on kehitettävä voima, joka on yhtä suuri, mutta vastakkaissuuntainen kuin ohjaimeen 38 kehittyneen nosteen voiman ja kuvioissa 1 ja 2 kohdassa 13 esitetyn toimilaitteen jousi-esijännityksen voiman summa.

is 80 507 Tällaisen kumoavan voiman kehittämiseen tarvitaan siten suuruudeltaan sitä suurempi sähköinen tulosignaali mitä lähempänä ohjain 38 on suuttimen 40 keskiviivaa. Nosteen voima vaikuttaa siten vetämällä ohjainta 38 pidemmälle kaasu-virtaukseen 36. Tuloksena on, että sähköisen tulosignaalin pienentäminen sallii nosteen ja toimilaitteen esijännityksen voiman vetää ohjaimen 38 pidemmälle kaasuvirtaukseen.

Kuvio 4 esittää vektorianalyysiä ohjaimen 38 ja kaasuvirtauk-sen 36 vuorovaikutuksesta. Tämänkaltainen analyysi on tavanomainen aerodynaaminen analyysi nosteen kehittymisen vaikutuksesta. Tällaisessa analyysissä resultoiva paikallinen nopeusvektori ja paikallinen nostevektori ovat aina kohtisuorassa toisiaan vastaan. Kehittyneen nosteen kasvaessa nostevektorin Itseisarvo kasvaa ja sen kulma pienentyneen vapaan virtauksen vektorin suhteen pienenee. Itse asiassa nostevektori kallistuu vaakatason suuntaan. Resultoiva paikallinen nopeus pysyy nostevektoriin nähden suorassa kulmassa.

Resultoiva palkallinen nopeus vaikuttaa sekä pienentyneen vapaan virtauksen nopeuteen että indusoituneeseen nopeuteen. Tuloksena olevan paikallisen nopeusvektorin itseisarvo pysyy vakiona ja se on yhtä suuri kuin kaasuvirtauksen 36 nopeuden itseisarvo. Pienentynyt vapaan virtauksen nopeus on aina kaasuvirtauksen 36 suuntainen. Tässä nimenomaisessa tapauksessa se on aina vaakasuuntainen. Indusoitu nopeus on aina suorassa kulmassa pienentyneeseen vapaan virtauksen nopeuteen nähden ja muodostaa aina kolmion resultoivan paikallisen nopeuden kanssa. Edellä olevasta eri vektoreiden suhteiden selityksestä voidaan havaita, että nosteen kasvaessa ja paikallisen nostevektorin ja resultoivan paikallisen nopeuden kiertyessä myötäpäivään indusoidun nopeuden vektori kasvaa itseisarvoltaan ja pienentyneen vapaan virtauksen nopeus-vektori pienenee itseisarvoltaan. Nostevektorin itseisarvon suurentuminen tai pienentyminen ja suunnan muuttuminen ovat funktioita ohjaimen 38 asemasta kaasuvirtauksen 36 suhteen, ,6 80507 mikä vuorostaan on sähköisen tulosignaalin funktio. Koska pienentyneen vapaan virtauksen nopeuden itseisarvo riippuu suoraan nostevektorista, myös pienentynyt vapaan virtauksen nopeus on sähköisen tulosignaalin funktio. Ajatuksellisesti on edullista ajatella pienentynyttä vapaan virtauksen nopeuta ta vastaanottimen 42 vastaanottamana ja pneumaattisen lähtö-signaalin P0ut muodostavana nopeutena. Pienentyneen vapaan virtauksen nopeuden itseisarvon pienentyminen vapaan virtauksen nopeuteen verrattuna noudattaa tunnettua riippuvuutta sähköisestä tulosignaalista, jonka vaikutus asettaa ohjaimen 38 kaasuvirtauksen 36 suhteen. Sähköisen tulosignaalin, pneumaattisen lähtösignaalin ja ohjaimen 38 suorittaman kaasuvirtauksen 36 aerodynaamisen poikkeutuksen keskinäinen riippuvuus voidaan siten esittää aerodynaamisen vuorovaikutuksen vektorianalyysillä. On selvää, että vastaanottimen 42 vastaanottamaan kaasuvirtauksen osaan vaikuttaa muita tekijöitä edellä olevan aerodynaamisen analyysin lisäksi ja että tällainen analyysi antaa vain todellisen tuloksen likiarvon.

Tässä selityksessä jouslkerroin on määritelty lisävoimaksi, joka tarvitaan laitteen poikkeuttamiseksi yksikön suuruisen lisäetäisyyden verran. Kuvion 5 kaaviossa sen vaaka-akseli edustaa etäisyyttä. Etäisyys on 0, kun ohjain on asetettu siten, että se ei vaikuta kaasuvlrtaukseen. Etäisyyden kasvaminen siirryttäessä kaaviossa oikealle edustaa ohjaimen siirtymistä kaasuvlrtaukseen. Pystyakseli edustaa jousi-kerrolnta positiivisten voimien ollessa nollavoiman yläpuolella ja negatiivisten voimien nollavoiman alapuolella. Käyrä 44 edustaa ohjaimen jousikerrointa ja se esittää ohjaimen siirtämiseksi tarvittavaa voimaa matkan funktiona. Esillä olevan keksinnön kannalta vain käyrän 44 ensimmäinen osa sen alkupisteestä (nollakohdasta) sen alimman pisteen lähelle on käyttökelpoinen, koska tällä osalla jousikertoi-men ja etäisyyden välillä on olellisesti lineaarinen riip- 17 80507 puvuus. Toimilaitteen jousikerroin on esitetty viivalla 48. Koska toimilaite vastustaa ohjaimen kehittämää nostevoimaa, toimilaitteen jousikerroin on vastakkaismerkkinen ohjaimen jousikertoimeen verrattuna. Tämä toimilaitteen jousikerroin riippuu toimilaitteen rakenteesta ja viivan 48 kulmakerroin voidaan saada erilaiseksi tästä rakenteesta riippuen. On havaittu, että ohjaimen toiminnan stabiilisuuden edistämiseksi on suotavaa, että toimilaitteen rakenteen jousikerroin on suurempi kuin ohjaimen jousikerroin. Siten stabiilin toiminnan parantamiseksi kulman β on oltava suurempi kuin kulman c/. Kun kulma yhtä suuri tai suurempi kuin kulma β, on havaittu, että ohjain värähtelee kaasuvirtaukseen vaikuttaessaan, mistä on seurauksena virheellisiä pneumaattisia lähtösignaaleja.

Kuviossa 6 esitetyssä sähköisen signaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavan muuntimen edullisessa suoritusmuodossa keksintö on esitetty magneettityyppiseen toimilaitteeseen liittyvänä. On selvää, että myös muun tyyppisiä ohjauksia voidaan käyttää, kuten magnetostriktiota, muodonmuistavaa metalliseosta, elektreettiä tai pietsosähköisyyttä. Ohjain 52 on edullisimmin L:n muotoinen sauva, jossa molemmilla L:n haaroilla on pyöreä poikkileikkaus. Tämä L:n muotoinen rakenne näkyy parhaiten kuviossa 6a. Kuvion 6a numerot vastaavat kuvion 6 numeroita. Vastaanottimen 58 aukko on esitetty katkoviivaympyränä ohjaimen 52 ja vastaanottimen 58 keskinäisen aseman havainnollistamiseksi. Kuten havaitaan, jalusta 53 on asennettu kalvoon 54 vastaanottimesta 58 sivuun siirrettyyn kohtaan. L:n muotoisen ohjaimen 52 ensimmäisen haaran pää on asennettu keskelle kalvon 54 ensimmäiselle puolelle kalvoon 54 kiinnitettyyn mutteriin 51 kiertämällä. Muita tyydyttäviksi tiedettyjä tapoja ohjaimen 52 kiinnittämiseksi kalvoon ovat liimaus ja juottaminen. Ohjaimen jalusta 53 voi esimerkiksi olla katkaistu kartio, jonka suurempi pää on kiinnitetty kalvoon 54 ohjaimen 52 ollessa sijoitettu pienempään päähän, oleellisesti siten kuin on esitetty koh- is 80507 dassa 126 kuviossa 3a. Esitetyssä suoritusmuodossa L:n muotoisen sauvan toinen haara on sijoitettu siten, että ohjaimen jalustan 53 pitkittäisakselin suuntainen liike saa ohjaimen 52 vaikuttamaan suuttimesta 56 tulevaan kaasu-virtaukseen. Tällainen liike vaikuttaa vastaanottimen 58 vastaanottamaan kaasuvirtauksen osaan kuten edellä on selitetty. Tässä suoritusmuodossa ohjaimen 52 liike muodostaa suoran, joka muodostaa suuttimen 56 pituusakselin kanssa välillä 75-150° olevan kulman. Tämä keskinäinen asema näkyy selvimmin kuviossa 6b. Suutin 56 on esitetty ohjaimen 52 suhteen ohjaimen 52 toiminnan molemmissa rajapisteissä. Suora 122 on ohjaimen liikkeen muodostama suora sen siirtyessä toimintarajalta toiselle. Suuttimen 56 pitkittäisakseli on esitetty viivalla 120. Kulma-Θ on pitkittäisakselin 120 ja liikesuoran 122 välinen kulma. Tämä kulma voi olla noin 75-150°. Muuntimen 50 edullisessa suoritusmuodossa ohjaimen 52 liike tällaisessa kulmassa parantaa ohjaimen 52 toiminnan stabiilisuutta ohjaimen 52 vaikuttaessa kaasuvirtaukseen. Jalusta 53 kykenee paremmin vastaanottamaan kaasuvirtauksen vaihtelut ja silti aikaansaamaan stabiilin toiminnan, kun se on suunnattuna tällaiseen kulmaan. Tämä auttaa minimoimaan mainittujen vaihteluiden vaikutuksen ohjaimeen 52. Kuviossa 6 kalvon 54 toiselle puolelle on asennettu levy 60. Edullisessa suoritusmuodossa levyllä 60 on sellaiset ominaisuudet, että magneettinen voima vaikuttaa siihen. Välimatkan päässä levystä 60 on napakenkä 62. Napakenkä 62 muodostuu kahdesta osasta pyöreästä levyosasta 64 ja sauvasta 66. Pyöreä levy-osa 64 on oleellisesti levyn 60 suuntainen ja välimatkan päässä siitä. Sauvan 66 pää on asennettu pyöreän levyosa 64 keskelle. Sauva 66 ulottuu renkaan muotoisen käämin 70 keski-aukkoon. Käämi 70 on kytketty johtimilla 72 sähköiseen tulo-signaaliin. Käämi 72 on kuppimaisen kotelon 74 sisällä kalvon 54 muodostaessa kupin peitteen. Kalvon 54 kehä on kiinnitetty kuppimaisen kotelon 74 reunaan.

i9 80507

Suutln 56 Ja vastaanotin 58 on asennettu kanteen 76 siten kuin on esitetty kuviossa 1. Kannessa 76 on sisäkammio 80, Johon suuttimen 56 Ja vastaanottimen 58 päät on asennettu. Kanteen 76 on muodostettu pyöreä syvennys 78, Johon kotelo 74 asetetaan. Syvennyksen 78 Ja kammion 80 on välillä on aukko, Joka mahdollistaa Jalustan 53 asettamisen kammioon 80, kun kotelo 74 sijoitetaan syvennykseen 78. Paikalleen sijoitettuna kalvo 54 sulkee yhteistoiminnassa kannen 76 kanssa kammiosta 80 syvennykseen 78 Johtavan aukon. Kammio 80 on tiivistetty kalvon 54 Ja kannen 76 liitoskohdassa O-renkaalla 82. On selvää, että myös muita sopivia tiivis-tysvälineitä voidaan käyttää. Kaasuvirtauksen osa, Jota vastaanotin 58 ei vastaanota, poistuu kammiosta 80 poisto-aukon 84 kautta.

·_ Kuviossa 6 esitetty laite muodostaa modulin, Jonka halkai sija on likimain 2,0 cm. Edullisessa suoritusmuodossa tällainen moduli voidaan haluttaessa irrottaa kannatinlait-teistostaan Ja vaihtaa uuteen kentällä.

Laitteen toimiessa sähköinen tasavlrtatulosignaali syötetään johtimiin 72 Ja se kulkee käämin 70 läpi. Tämän vaikutuksesta napakengästä 62 kulkee magneettivuo, Joka kehittää ;; magneettisen voiman. Tämä voima kohdistaa levyyn 60 vaiku tuksen, Jolla on tunnettu riippuvuus sähköisen tulosignaalin suuruudesta. Periaatteessa mitä suurempi sähköinen tulosig-naali on sitä suurempi magneettinen vuorovaikutus vaikuttaa napakengän 62 ja levyn 60 välillä. Tämä vuorovaikutus aiheuttaa kalvon 54 ja siihen kiinnitetyn ohjaimen 52 siirtymisen alaspäin napakenkää 62 kohti. Kalvo 54, joka on jännitettyä metallia, on kimmoisa ja sillä on siten jousiesijännitys, joka pyrkii palauttamaan sen poikkeutetusta asemasta kuviossa 6 esitettyyn lepoasemaan. Kalvon 54 jousiesijännityksen lisäksi myös magneettinen vetovoima vastustaa ohjaimen 52 ohi virtaavan kaasuvirtauksen kehittävää nostetta, joka on 2o 80507 on esitetty kuviossa 3· Magneettisen voiman vaikutus vetää puoleensa ohjainta 52 ja asettaa siten ohjaimen 52 etääm-mäksi kaasuvirtauksesta mikä pienentää ohjaimen 52 vaikutusta suuttimesta 56 tulevaan kaasuvirtaukseen. Maksimaalinen sähköinen tulosignaali aikaansaa suurimman magneettisen voiman, mistä on tuloksena kalvon suurin poikkeama alaspäin ja ohjaimen 52 sijoittuminen toimintarajalle, jossa ohjain 52 ei vaikuta kaasuvirtaukseen. Tämä asento muodostaa maksimietäisyyden kaasuvirtauksesta. Tämä toimintaraja on esitetty kuviossa 1. Kääntäen minimisähköslgnaali aikaansaa pienimmän magneettisen voiman levyyn 60, mistä on seurauksena, että kalvo ei ole poikkeutettuna. Kuten kuviossa 2 on esitettynä tästä seuraa kaasuvirtauksen maksimaalinen poikkeama. Jos kalvo 5^ on poikkeutetussa asemassa minimi-sähkösignaalia tuotaessa, ohjaimen 52 kehittämä noste ja kalvon 5^ jousiesijännitys pyrkivät kohottamaan ohjainta 52 sijoittaen ohjaimen 52 lähemmäksi kaasuvirtausta ja lisäten ohjaimen 52 poikkeutusvaikutusta kaasuvirtaukseen. Kalvon 51» ylössuuntautuvan liikkeen rajoittaa kanteen 76 muodostettu reuna 77. Tämä asento, joka muodostaa kalvon 51* ja ohjaimen 52 toiminnan kuviossa 2 esitetyn leporajan, saadaan minimi-sähkötulosignaalin seurauksena, mikä vuorostaan antaa pneumaattisen minlmilähtösignaalin vastaanottimesta 58 (tai 16). Voidaan siten havaita, että esitetyssä edullisessa suoritusmuodossa maksimaalinen sähköinen tulosignaali antaa maksimaalisen painelähtösignaalin ja minimisähkötulosignaali antaa minimipainelähtöslgnaalin.

Edellä yksityiskohtaisesti esitetyn suoritusmuodon etuna on, että se on luonnostaan turvallisesti vikaantuva. Tehonsyöttö-häiriö aiheuttaa nollansuuruisen magneettisen vetovoiman, mikä sallii kalvon 5^ ja ohjaimen 52 nousemisen kuviossa 6 esitettyyn lepoasentoon ohjaimeen 52 kehittyneen nosteen ja kalvon 5^ jousiesijännityksen vaikutuksesta. Kuten edellä on selitetty ohjain 52 vaikuttaa leporaja-asennossa koko teholla suuttimesta 56 tulevaan kaasuvirtaukseen, mistä on seu 2i 80507 rauksena oleellisesti nollansuuruinen pneumaattinen lähtösig-naali. Muunnin 50 vikaantuu siten tehonsyöttöhäiriön tapauksessa turvallisesti antaen nollansuuruisen pneumaattisen lähtösignaalin.

Kuviossa 7 keksinnön mukainen muunnin on esitetty sisältyen säätösilmukkaan 88. Sähköisen signaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntavalle muuntimelle 90 tuodaan yleensä sähköinen tulosignaali Iin. Tämä signaali voi olla joko jännite tai virtasignaali, vaikka se on esitetty selityksessä virta- * signaalina.

Laitteen toimiessa säädin 96 valvoo haluttua parametria kuten virtausta putkessa 98 virtausanturilta 100 tulevalla sähköisellä signaalilla. Säätimen 96 edellyttämä virtaus voi riippua lasketusta syöttöarvosta tai se voi olla ihmisen syöttämä. Kun virtausanturilta 100 tuleva sähköinen signaali poikkeaa säätimen 96 edellyttämästä virtauksesta, säädin 96 antaa sähköisen komentosignaalin Ic komparaattorille 102. Komparaattori 102 vertaa arvoa Ic sähköiseen takaisinkyt-kentäsignaaliin lp ja lähettää asianomaisen sähköisen tulo-signaalin Iin muuntimelle 90. Muuntimelle 90 tuodaan lisäksi kaasunsyöttö Ps. Edullisessa suoritusmuodossa muunnin 90 muodostuu kuviossa 6 esitetystä muuntimesta 50. On selvää, että muita toimielimiä kuin kuviossa 6 esitettyjä magneettisia toimielimiä voidaan käyttää, kuten aikaisemmin on mainittu.

Pneumaattinen lähtösignaali Pout kuviossa 7 on painesignaali ja se on muuntimen 90 vastaanottimen sähköisen tulosignaalin v. seurauksena vastaanottaman kaasuvirtauksen osan paine, kuten ;/ aikaisemmin on selitetty. Tämä paine on tyypillisesti oleel lisesti 0-27,6*103 Nm2. Esitetyssä edullisessa suoritus-* ' muodossa pneumaattinen lähtösignaali syötetään pneumaatti- *«.. seen toiseen asteeseen 92, jossa se vahvistetaan. Pneumaat- 22 80507 tinen toinen aste 92 muodostuu pneumaattisesta vahvistimesta. P0ut ohjaa tyypillisesti venttiiliä, joka päästää osan suurpaineisesta pneumaattisesta syötöstä Ps (korkea) lähtö-aukkoon. Tämä syötön Ps (korkea) osa muodostaa vahvistetun pneumaattisen lähtösignaalin P0ut (vahvistettu)· Tämä vahvistettu pneumaattinen lähtösignaali on tyypillisesti 20,7-103*5 kNm^. Pneumaattisesta toisesta asteesta 92 tulevan vahvistetun pneumaattisen lähtösignaalin paine on korkeampi kuin sähköpneumaattiselta muuntimelta 90 tuleva pneumaattisen lähtösignaalin paine ja riippuu tästä tunnetun riippuvuuden mukaisesti. Tämä vahvistettu pneumaattinen lähtösignaali P0ut (vahvistettu) viedään pneumaattisilla putkilla tai vastaavilla ohjaamaan toimilaitetta 94 venttiilin 104 ohjauksen suorittamiseksi siten, että se muuttaa putken 98 virtausta säätimen 96 määräämällä tavalla.

Vahvistettu pneumaattinen lähtösignaali voidaan myös tuoda takaisinkytkentälaitteelle 106 pneumaattisilla putkilla tai vastaavilla.

Takaisinkytkentälaite 106 havaitsee tämän vahvistetun pneu-: · maattisen lähtösignaalin tai vaihtoehtoisesti venttiilin 104 asennon kuten on osoitettu takaisinkytkentälaltteen 106 ja ·: ohjaavan toimilaitteen 94 välisellä katkoviivalla 95· Edulli sessa suoritusmuodossa takaisinkytkentälaite 106 on pietso-resistiivinen siltatyyppinen anturi tai venymä liuska-anturi tai vaihtoehtoisesti asentoilmaisinta käytettäessä anturi on lineaarinen dlfferentiaalimuuntaja LVDT, potentiometrivenymä-liuska-anturi, synkro tai muu asennonkoodauslaite, joka on kytketty komparaattoriin 102 ja joka antaa takaisinkytkentä-signaalin lp. Kun vahvistettu pneumaattinen lähtösignaali ·.· tai venttiilin 104 asento muuttuu, pietsosähköisen sillan " resistanssit tai asentoilmaisimen signaali muuttuvat, mikä aiheuttaa virran lp muuttumisen. Komparaattori 102 ohjaa muuntimen 90 signaalia I^n ja siten pneumaattista lähtö- 23 80507 signaalia signaalien lp ja Ic vertailun funktiona.

Pneumaattista lähtösignaalia ohjataan siten ohjaimelta 96 tulevan signaalin Ic ja takaisinkytkentälaitteen 106 havaitseman paineen tai asennon funktiona. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa säädin 96 antaa tulotasavirran Ic, joka vaihtelee välillä 4-20 mA. Säätimeltä 96 tulevan tasavirran Ic lisääntymisestä virtausanturin 100 havaitseman parametrin muutoksen seurauksena seuraa poikkeama signaalien lp ja Ic : sähköisessä tasapainossa, mistä puolestaan seuraa muuntimel-le 90 syötetyn signaalin Iin kasvu ja toiselle pneumaattiselle asteelle 92 syötettävän paineen P0ut kasvu. Tällöin Pout (vahvistettu) kasvaa ja takaisinkytkentälaite 106 muuttaa resistanssiaan. lp muuttuu (ja muuntimelle 90 syötetty Ι·[η jatkaa muuttumistaan) kunnes signaalien lp ja Ic välillä saavutetaan uusi tasapaino. Uudessa tasapainotilassa muuntimelle 90 syötetty Iin pysyy vakiona. Pneumaattinen signaali Pout pysyy vakiona tasolla, joka sillä oli tasapaino saavutettaessa. Kun poikkeama tasapainosta esiintyy (johtuen joko lp tai Ic muuttumisesta), Iin muuttuu jälleen, kunnes tasapaino saavutetaan jälleen.

’ i j

Claims (11)

24 8G507

1. Sähköisen signaalin pneumaattiseksi signaaliksi muuntava muunnin sähköiseen tulosignaaliin ja kaasunsyöttöön kytkemiseksi, joka muunnin sisältää suuttimen (12, 40, 56, 120), joka on kytkettävissä kaasunsyöttöön kaasuvirtauksen (20A, 36) lähettämiseksi, välimatkan päähän suuttimesta asetetun vas-taanottoelimen (16, 42, 58, 124) vastaanottamaan ainakin osan lähetetystä kaasuvirtauksesta (20A, 36), vastaanotetun osan muodostaessa pneumaattisen lähtösignaalin, ja suuttimen ja vastaanottovälineen väliin sijoitetun ohjaimen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138), jonka asentoa suhteessa kaasu-virtaukseen ohjataan sähköisellä tulosignaalilla, ohjaimen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) taittaessa suuttimesta (12, 40, 56, 120) lähetetyn kaasuvirtauksen (20A, 36), niin että vastaanottimen (16, 42, 58, 124) vastaanottaman kaasu-virtauksen osan suuruuteen vaikutetaan, tunnettu siitä, että ohjaimella (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) on sellainen muoto ja se on sijoitettu suuttimen (12, 40, 56, 120) suhteen siten, että kaasuvirtaus vaikuttaa ohjaimen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) asentoon riippuen kaasuvirtauksen (20A, 36) aiheuttamasta aerodynaamisesta voimasta .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että ohjaimella (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) on sellainen muoto, että aerodynaaminen voima pakottaa ohjaimen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) pitemmälle kaasuvirtaukseen (20A, 36).

3. patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että ohjain (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) taittaa vain osan kaasuvirtauksesta (20A, 36).

4. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen muunnin, tunnettu siitä, että yhdellä ohjaimen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138) osalla on poikkileikkaus, joka 25 80507 on ainakin ympyrän kaaren muotoinen, osan vaikuttaessa yhdessä kaasuvirtauksen (20A, 36) kanssa.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että ohjaimella (14, 38, 52) on pyöreä poikkileikkaus.

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että ohjaimella (122) on kolmikulmai-nen poikkileikkaus.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että ohjaimella (132) on puoliympyrän-muotoinen poikkileikkaus. i

8. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että ohjaimella (138) on kantosiiven-muotoinen poikkileikkaus.

9. jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että suuttimella (12, 40, 56, 120) on aukko kaasuvirtauksen (20A, 36) syöttämiseksi, ja että välimatka suuttimen ja vastaanottimen välillä on kahdeksasta kahteentoista kertaa suuttimessa olevan aukon halkaisija.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen muunnin, tunnettu siitä, että toimielin (13, 128), joka on kytketty ohjaimeen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138), vastaanottaa sähköisen tulosignaalin ja muuttaa tällaisen signaalin liikkeeksi suhteessa lähteen tasoon, ja että se osa kaasuvirtauk-sesta, joka muodostaa lähtösignaalin, on ennaltamäärätyssä suhteessa sähköiseen tulosignaaliin.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen muunnin, siinä määrin kuin se on riippuvainen patenttivaatimuksesta 2, tunnet-t u siitä, että ohjaimen (14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138. veto pidemmälle lähetettyyn kaasuvirtaukseen (20A, 36) on negatiivisen voiman per taivutusmatka syntyminen, jota 26 80507 toimielin vaatii saadakseen ohjaimen yhä enemmän vaikuttamaan kaasuvirtaukseen, ja että toimielimellä (13, 128) on jousivakio, joka on suurempi ja vastakkaissuuntainen kuin ohjaimen jousivakio.