JP2009257363A - Pressure amplifying device and electro-pneumatic converter with this pressure amplifying device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure amplifying device which, when change of input pressure is insignificant, stably and finely changes an output pressure with a small gain, and, when change of the input pressure is significant, rapidly and significantly changes the output pressure with a large gain; and to provide an electro-pneumatic convertor capable of appropriately controlling opening of a valve. <P>SOLUTION: In the pressure amplifying device, to which a supply pressure and the input pressure are supplied, for amplifying and changing pressure in accordance with change of the input pressure by elastic deformation of a diaphragm, a displacement adjusting mechanism for adjusting displacement of the diaphragm is provided for an outer circumference support part of the diaphragm so that a pressure receiving area of the diaphragm changes according to the change of the input pressure and the gain changes. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧力増幅装置とこの圧力増幅装置を備えた電空変換器に関し、特に、入力圧の変化に応じたゲイン制御に関する。   The present invention relates to a pressure amplifying device and an electropneumatic converter including the pressure amplifying device, and more particularly to gain control according to a change in input pressure.

従来から、石油、鉄鋼、化学プラントなどで導入されているプロセス制御では、配管内の流量を調整するために、バルブの開度を制御する電空変換器が用いられている。電空変換器は、入力電流信号に応じた圧力を供給する電空変換モジュール(以下、I/Pモジュールという)と、このI/Pモジュールで得られた圧力に基づきバルブを駆動する駆動出力圧を出力する圧力増幅装置とを備え、この駆動圧力を制御することでバルブの開度を制御するものである。   Conventionally, in process control introduced in petroleum, steel, chemical plants, etc., an electropneumatic converter that controls the opening of a valve is used to adjust the flow rate in the pipe. The electropneumatic converter includes an electropneumatic conversion module (hereinafter referred to as an I / P module) that supplies a pressure corresponding to an input current signal, and a drive output pressure that drives a valve based on the pressure obtained by the I / P module. And the opening degree of the valve is controlled by controlling the driving pressure.

図5は従来の圧力増幅装置を用いた電空変換器の一例を示す構成ブロック図である。図5において、MAU(Media Access Unit)1は、外部機器との間で信号を送受信する。フィールドバスモデム2はMAU1と制御部3の間に接続され、入出力信号を変復調を行う。制御部3は、電空変換器の各部を制御する。D/A変換器4は、制御部3から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換してI/Pモジュール5に出力する。I/Pモジュール5は、受信した電気信号に応じて圧力を圧力増幅装置6に供給する。これらI/Pモジュール5および圧力増幅装置6には、外部から圧力が供給される。圧力増幅装置6は、I/Pモジュール5から入力される圧力に基づきバルブ7を駆動する駆動出力圧を出力する。圧力センサ8は、駆動出力圧を電気信号に変換してA/D変換器9に出力する。A/D変換器9は、入力信号をデジタル信号に変換して制御部3に出力する。   FIG. 5 is a block diagram showing an example of an electropneumatic converter using a conventional pressure amplifying device. In FIG. 5, a MAU (Media Access Unit) 1 transmits / receives a signal to / from an external device. The fieldbus modem 2 is connected between the MAU 1 and the control unit 3 and modulates and demodulates input / output signals. The control unit 3 controls each unit of the electropneumatic converter. The D / A converter 4 converts the digital signal input from the control unit 3 into an analog signal and outputs the analog signal to the I / P module 5. The I / P module 5 supplies pressure to the pressure amplifying device 6 according to the received electrical signal. The I / P module 5 and the pressure amplifying device 6 are supplied with pressure from the outside. The pressure amplifying device 6 outputs a drive output pressure that drives the valve 7 based on the pressure input from the I / P module 5. The pressure sensor 8 converts the drive output pressure into an electrical signal and outputs it to the A / D converter 9. The A / D converter 9 converts the input signal into a digital signal and outputs it to the control unit 3.

図5の電空変換器によるバルブ7の開度制御について説明する。まず、駆動出力圧の目標値信号がMAU1およびフィールドバスモデム2を介して制御部3に入力される。制御部3は、目標値信号と圧力センサ8からの駆動圧信号との偏差信号を演算し、D/A変換器4を介してI/Pモジュール5に出力する。   The opening degree control of the valve 7 by the electropneumatic converter of FIG. 5 will be described. First, the target value signal of the drive output pressure is input to the control unit 3 via the MAU 1 and the fieldbus modem 2. The control unit 3 calculates a deviation signal between the target value signal and the driving pressure signal from the pressure sensor 8 and outputs the deviation signal to the I / P module 5 via the D / A converter 4.

I/Pモジュール5は、入力された偏差信号に応じた圧力を発生して圧力増幅装置6に供給する。圧力増幅装置6は、供給圧力とI/Pモジュール5からの入力圧力の変化量に対して駆動出力圧の変化量を一定倍率だけ増幅し、駆動出力圧としてバルブ7および圧力センサに供給する。駆動出力圧がバルブ7に供給されることにより、バルブ7の開度が制御される。   The I / P module 5 generates a pressure corresponding to the input deviation signal and supplies it to the pressure amplifying device 6. The pressure amplifying device 6 amplifies the change amount of the drive output pressure with respect to the change amount of the supply pressure and the input pressure from the I / P module 5 by a predetermined magnification, and supplies it to the valve 7 and the pressure sensor as the drive output pressure. When the drive output pressure is supplied to the valve 7, the opening degree of the valve 7 is controlled.

また、圧力センサ8は駆動出力圧を電気信号に変換し、A/D変換器9を介して制御部3へフィードバックする。そして制御部3は、目標値信号と駆動圧信号との偏差を演算して、この偏差が0になるようにI/Pモジュール5を制御する。   The pressure sensor 8 converts the drive output pressure into an electrical signal and feeds it back to the control unit 3 via the A / D converter 9. Then, the control unit 3 calculates the deviation between the target value signal and the driving pressure signal, and controls the I / P module 5 so that this deviation becomes zero.

このように、電空変換器は、I/Pモジュール5および圧力増幅装置6を用いて駆動出力圧を制御することにより、バルブ7の開度を制御する。このような電空変換器などに備えられる圧力増幅装置に関連する先行技術文献としては、次のようなものがある。   Thus, the electropneumatic converter controls the opening degree of the valve 7 by controlling the drive output pressure using the I / P module 5 and the pressure amplifying device 6. Prior art documents related to a pressure amplifying device provided in such an electropneumatic converter include the following.

特開2004−251375号公報JP 2004-251375 A

図6は従来の圧力増幅装置の一例を示す断面構成図、図7は図6の圧力増幅装置における排気弁部の移動によるダイアフラムの変形説明図である。図6において、従来の圧力増幅装置は、内部に複数の空気室が形成される空間部を有する圧力増幅装置本体10(以下、ベースという)、ベース10の空間部内に移動可能に配置されるポペット20および排気弁部30、ベース10とポペット20を連結するばね21、排気弁部30をベース10の空間部内に移動自在に支持するとともに複数の独立した空気室を形成する隔壁として機能する第1〜第4のダイアフラム41〜44などで構成されている。つまり第1〜第4のダイアフラムは排気弁部30を懸架している。   FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a conventional pressure amplifying device, and FIG. 7 is a diagram illustrating deformation of a diaphragm due to movement of an exhaust valve portion in the pressure amplifying device of FIG. In FIG. 6, a conventional pressure amplifying device includes a pressure amplifying device main body 10 (hereinafter referred to as a base) having a space portion in which a plurality of air chambers are formed, and a poppet that is movably disposed in the space portion of the base 10. 20 and the exhaust valve part 30, the spring 21 which connects the base 10 and the poppet 20, and the exhaust valve part 30 are movably supported in the space part of the base 10 and function as a partition which forms a plurality of independent air chambers. To fourth diaphragms 41 to 44 and the like. That is, the first to fourth diaphragms suspend the exhaust valve portion 30.

ベース10の空間部の一端には、外部からの供給圧を受ける供給圧室12、入力圧が増加すると一定倍率で出力圧が増加する出力圧室13が形成され、これら供給圧室12と出力圧室13の間には、移動可能にポペット20が設けられている。このポペット20の供給圧室12側の端部はばね21を介してベース10の内壁に取り付けられている。   A supply pressure chamber 12 that receives supply pressure from the outside and an output pressure chamber 13 that increases the output pressure at a constant magnification when the input pressure increases are formed at one end of the space portion of the base 10. A poppet 20 is movably provided between the pressure chambers 13. The end of the poppet 20 on the supply pressure chamber 12 side is attached to the inner wall of the base 10 via a spring 21.

ベース10の空間部には、ポペット20の移動方向の延長線上で移動可能に排気弁部30が第1〜第4のダイアフラム41〜44を介して取り付けられている。第4のダイアフラム44を介して出力圧室13と対向するように排気圧室14が形成され、第3のダイアフラム43を介して排気圧室14と対向するように入力圧室15が形成され、第2のダイアフラム42を介して入力圧室15と対向するようにバイアス室16が形成され、第1のダイアフラム41を介してバイアス室16と対向するようにフィードバック室17が形成されている。   An exhaust valve portion 30 is attached to the space portion of the base 10 via first to fourth diaphragms 41 to 44 so as to be movable on an extension line in the movement direction of the poppet 20. An exhaust pressure chamber 14 is formed so as to face the output pressure chamber 13 via the fourth diaphragm 44, and an input pressure chamber 15 is formed so as to face the exhaust pressure chamber 14 via the third diaphragm 43, A bias chamber 16 is formed so as to face the input pressure chamber 15 via the second diaphragm 42, and a feedback chamber 17 is formed so as to face the bias chamber 16 via the first diaphragm 41.

ここで、排気圧室14は出力圧室13から空気を排出し、入力圧室15は図示しないI/Pモジュールなどから入力圧を受け、バイアス室16は図示しない流路を介して供給圧室12と接続され、フィードバック室17は図示しない流路を介して出力圧室13と接続される。なお排気弁部30には出力圧室13と排気圧室14とを接続する流路が形成されている。   Here, the exhaust pressure chamber 14 discharges air from the output pressure chamber 13, the input pressure chamber 15 receives input pressure from an I / P module or the like (not shown), and the bias chamber 16 is supplied through a flow path (not shown). 12 and the feedback chamber 17 is connected to the output pressure chamber 13 through a flow path (not shown). The exhaust valve portion 30 is formed with a flow path that connects the output pressure chamber 13 and the exhaust pressure chamber 14.

このような構成において、入力圧室15に供給される入力圧が増加すると、第3のダイアフラム43に圧力が加わる。このとき排気弁部30は、第3のダイアフラム43の受圧面積の方が第2のダイアフラム42の受圧面積よりも大きいので、これらの受圧面積の差分に相当する力によってダイアフラム42、43が変形することにより、図6の矢印A方向に移動する。   In such a configuration, when the input pressure supplied to the input pressure chamber 15 increases, pressure is applied to the third diaphragm 43. At this time, since the pressure receiving area of the third diaphragm 43 is larger than the pressure receiving area of the second diaphragm 42 in the exhaust valve portion 30, the diaphragms 42 and 43 are deformed by a force corresponding to the difference between these pressure receiving areas. As a result, it moves in the direction of arrow A in FIG.

一方、供給圧はバイアス室16にも供給され、第1および第2のダイアフラム41、42の受圧面積の差分に相当する力が排気弁部30に作用する。   On the other hand, the supply pressure is also supplied to the bias chamber 16, and a force corresponding to the difference between the pressure receiving areas of the first and second diaphragms 41 and 42 acts on the exhaust valve unit 30.

このとき、第1のダイアフラム41の受圧面積は、第2のダイアフラム42の受圧面積よりも大きいので、これらの受圧面積の差分に相当する力が矢印B方向に抵抗力として排気弁部30に作用する。   At this time, since the pressure receiving area of the first diaphragm 41 is larger than the pressure receiving area of the second diaphragm 42, a force corresponding to the difference between these pressure receiving areas acts on the exhaust valve portion 30 as a resistance force in the direction of arrow B. To do.

排気弁部30は、ばね21の押圧力に抵抗してポペット20を加圧し、ばね21を圧縮させる。ポペット20は、排気弁部30と接触して出力圧室13と排気圧室14とを接続する流路を閉鎖し、排気弁部30とポペット20が一体となって矢印A方向に移動する。   The exhaust valve part 30 pressurizes the poppet 20 against the pressing force of the spring 21 and compresses the spring 21. The poppet 20 comes into contact with the exhaust valve portion 30 to close the flow path connecting the output pressure chamber 13 and the exhaust pressure chamber 14, and the exhaust valve portion 30 and the poppet 20 move together in the direction of arrow A.

ポペット20が矢印A方向に移動して供給圧室12と出力圧室13とを接続する流路を徐々に開くと、この流路の隙間を介して供給圧室12から出力圧室13に空気が流入して圧力が供給される。すなわち、出力圧室13に供給される圧力は増加する。   When the poppet 20 moves in the direction of the arrow A and gradually opens the flow path connecting the supply pressure chamber 12 and the output pressure chamber 13, the air is supplied from the supply pressure chamber 12 to the output pressure chamber 13 through the gap of the flow path. Flows in and pressure is supplied. That is, the pressure supplied to the output pressure chamber 13 increases.

出力圧室13に供給される圧力が増加すると、図示しない出力圧室13とフィードバック室17を接続する流路を介してフィードバック室17に供給される圧力も増加し、この出力圧の増加分がフィードバック室17にフィードバックされる。   When the pressure supplied to the output pressure chamber 13 increases, the pressure supplied to the feedback chamber 17 through a flow path connecting the output pressure chamber 13 and the feedback chamber 17 (not shown) also increases. Feedback is provided to the feedback chamber 17.

このとき第1のダイアフラム41の受圧面積よりも第4のダイアフラム44の受圧面積が小さいので、これらの受圧面積の差分に相当する力が矢印B方向に抵抗力として排気弁部30に作用する。   At this time, since the pressure receiving area of the fourth diaphragm 44 is smaller than the pressure receiving area of the first diaphragm 41, a force corresponding to the difference between these pressure receiving areas acts on the exhaust valve portion 30 as a resistance force in the arrow B direction.

このように圧力増幅装置は、外部からの入力圧が増加すると、各ダイアフラムの受圧面積に基づき一定倍率で出力圧を増加して出力する。   As described above, when the input pressure from the outside increases, the pressure amplifying device increases the output pressure at a constant magnification based on the pressure receiving area of each diaphragm and outputs the increased pressure.

ここで、各第1〜第4のダイアフラム41〜44が圧力を受ける面積をAa、Ab、Ac、Adとし、排気口部面積をAfとすると、一定倍率(ゲイン)は次の式(1)のように表すことができる。ダイアフラムの面積は、ダイアフラムの受圧部分の有効径(の二乗)に比例する。
G=(Ab−Ac)/(Aa−Ad+Af)・・・(1)
Here, when the areas where the first to fourth diaphragms 41 to 44 receive pressure are Aa, Ab, Ac, and Ad, and the exhaust port area is Af, the constant magnification (gain) is expressed by the following equation (1). It can be expressed as The area of the diaphragm is proportional to the effective diameter (square) of the pressure receiving portion of the diaphragm.
G = (Ab−Ac) / (Aa−Ad + Af) (1)

このような式(1)で表されるゲインは、入力圧の増加により力学的な平衡が崩れて排気弁部30がA、B方向に移動しても、図7のように各ダイアフラムの有効径は固定値であって変化しないので、結果としてゲインは変化しない。   The gain represented by the equation (1) is effective for each diaphragm as shown in FIG. 7 even when the mechanical equilibrium is lost due to the increase of the input pressure and the exhaust valve section 30 moves in the A and B directions. Since the diameter is a fixed value and does not change, the gain does not change as a result.

しかしながら、従来の圧力増幅装置は、供給される入力圧がたとえばステップ状に大きく変化する場合では、高ゲインにて入力圧の大きな変化に基づき出力圧を速やかに大きく変化させる必要があるところ、各ダイアフラムの有効径は変化しないのでゲインは変化せず、大きな出力圧変化を速やかに得ることができないという問題点があった。   However, in the case where the input pressure to be supplied greatly changes stepwise, for example, the conventional pressure amplifying device needs to change the output pressure quickly and greatly based on a large change in the input pressure at a high gain. Since the effective diameter of the diaphragm does not change, there is a problem that the gain does not change and a large output pressure change cannot be obtained quickly.

また従来の圧力増幅装置は、供給される入力圧の変化が小さくて緩やかな場合では、低ゲインにて出力圧を微小に変化させて制御・出力する必要があるところ、各ダイアフラムの有効径は変化しないのでゲインは変化せず、出力圧変化を安定的に制御することが困難であるという問題点があった。   In addition, when the change in the input pressure supplied is small and gentle, the conventional pressure amplifying device needs to control and output the output pressure by changing the output pressure slightly at a low gain. The effective diameter of each diaphragm is Since there is no change, the gain does not change, and it is difficult to stably control the output pressure change.

さらに従来の圧力増幅装置を備える電空変換器では、圧力増幅装置は目標出力圧が高い場合では大きな入力圧を必要とするため、外部のI/Pモジュールに大きな電流を供給して大きな入力圧を得る必要があるところ、I/Pモジュールに供給できる電流には制限があり、必要な入力圧を得ることができずバルブの開度を的確に制御できないという問題点があった。   Further, in an electropneumatic converter equipped with a conventional pressure amplifying device, the pressure amplifying device requires a large input pressure when the target output pressure is high, so that a large current is supplied by supplying a large current to the external I / P module. However, there is a limit to the current that can be supplied to the I / P module, and there is a problem that the required input pressure cannot be obtained and the valve opening cannot be accurately controlled.

本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、入力圧の変化が小さい場合は小さなゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には大きなゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させる圧力増幅装置を実現し、バルブの開度を的確に制御できる電空変換器を実現することにある。   The present invention solves the above-mentioned problems, and its purpose is to change the output pressure stably and minutely with a small gain when the change in input pressure is small, and when the change in input pressure is large. An object of the present invention is to realize a pressure amplifying device that rapidly changes the output pressure with a large gain, and to realize an electropneumatic converter capable of accurately controlling the opening of the valve.

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
供給圧と入力圧とが供給され、ダイアフラムの弾性変形によって前記入力圧の変化に応じて圧力を増幅変化させる圧力増幅装置において、
前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In a pressure amplifying device that is supplied with a supply pressure and an input pressure and amplifies and changes the pressure according to a change in the input pressure by elastic deformation of the diaphragm,
A displacement adjusting mechanism for adjusting the displacement of the diaphragm is provided on the outer peripheral support portion of the diaphragm so that the gain is changed by changing the pressure receiving area of the diaphragm according to the change of the input pressure.

請求項2記載の発明は、
前記圧力増幅装置は、供給圧と入力圧とが供給され、前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧が変化に応じて前記出力圧が変化する出力圧室と、前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する流路を開閉するポペットとを備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 2
The pressure amplifying device is supplied with a supply pressure and an input pressure, and is supplied with a supply pressure chamber and a bias chamber to which the supply pressure is supplied, an input pressure chamber to which the input pressure is supplied, and the output pressure. A feedback chamber, an exhaust valve portion that moves by elastic deformation of a plurality of diaphragms that separate the pressure chambers, an output pressure chamber in which the output pressure changes according to a change in the input pressure, the supply pressure chamber, and the output pressure And a poppet that opens and closes a flow path connecting the chambers.

請求項3記載の発明は、
請求項1または2記載の圧力増幅装置において、
前記変位調整機構は、各空気室を形成する少なくともいずれかの前記外周支持部に設けられ、その外周部分が前記ダイアフラムの変位に応じて前記ダイアフラムと接触する接触調整面または接触調整面を一部に有する接触調整部であることを特徴とする。
The invention described in claim 3
The pressure amplifying device according to claim 1 or 2,
The displacement adjustment mechanism is provided in at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber, and a part of the contact adjustment surface or the contact adjustment surface whose outer peripheral portion comes into contact with the diaphragm according to the displacement of the diaphragm. It is the contact adjustment part which has in this.

請求項4記載の発明は、
請求項1〜請求項3いずれかに記載の圧力増幅装置において、
前記変位調整機構は、各空気室を形成する少なくともいずれかの前記外周支持部の一部が切り欠かれ、その外周部分が前記ダイアフラムの変位に応じて前記外周支持部の前記ダイアフラムを支持する支点を変位させる切り欠き面または切り欠き面を一部に有する切り欠き部であることを特徴とする。
The invention according to claim 4
In the pressure amplifying device according to any one of claims 1 to 3,
The displacement adjusting mechanism includes a fulcrum in which a part of at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber is cut out and the outer peripheral portion supports the diaphragm of the outer peripheral support portion according to the displacement of the diaphragm. It is a notch surface or a notch part having a notch surface in part.

請求項5記載の発明は、
請求項1〜請求項4いずれかに記載の圧力増幅装置において、
前記接触調整面または接触調整面を一部に有する接触調整部は、各空気室を形成する少なくともいずれかの外周支持部にテーパ状に設けられ、前記ダイアフラムとの接触端から前記各圧力室を隔てるもう一方のダイアフラムが形成される方向にベースと排気弁部との間隙が狭まるように形成されることを特徴とする。
The invention according to claim 5
In the pressure amplifying device according to any one of claims 1 to 4,
The contact adjustment surface or a contact adjustment portion having a contact adjustment surface in part is provided in a tapered shape on at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber, and the pressure chambers are arranged from the contact end with the diaphragm. It is characterized in that the gap between the base and the exhaust valve portion is narrowed in the direction in which the other diaphragm that is separated is formed.

請求項6記載の発明は、
入力圧の変化に応じて出力圧を増幅変化させる圧力増幅装置を備え、前記出力圧によりバルブを動作させる電空変換器において、
前記圧力増幅装置は、供給圧と入力圧とが供給され、前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧が変化に応じて前記出力圧が変化する出力圧室と、前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する流路を開閉するポペットとを備え、前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする。
The invention described in claim 6
In an electropneumatic converter that includes a pressure amplifying device that amplifies and changes an output pressure according to a change in input pressure, and operates a valve by the output pressure,
The pressure amplifying device is supplied with a supply pressure and an input pressure, and is supplied with a supply pressure chamber and a bias chamber to which the supply pressure is supplied, an input pressure chamber to which the input pressure is supplied, and the output pressure. A feedback chamber, an exhaust valve portion that moves by elastic deformation of a plurality of diaphragms that separate the pressure chambers, an output pressure chamber in which the output pressure changes according to a change in the input pressure, the supply pressure chamber, and the output pressure A poppet that opens and closes a flow path connecting the chamber, and a diaphragm displacement is applied to an outer peripheral support portion of the diaphragm so that the pressure receiving area of the diaphragm changes and the gain changes according to the change of the input pressure. A displacement adjustment mechanism for adjustment is provided.

本発明に係る圧力増幅装置によれば、入力圧の変化が小さい場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができ、本発明に係る電空変換器によればバルブの開度を的確に制御できる。   According to the pressure amplifying device of the present invention, when the change in the input pressure is small, the output pressure is stably and minutely changed at a low gain, and when the change in the input pressure is large, the output pressure is adjusted at a high gain. The electropneumatic converter according to the present invention can control the opening degree of the valve accurately.

図1は本発明に係る圧力増幅装置の構成図であり、図6と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図6との相違点は、図1では、入力圧の変化に応じてダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、各ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことである。   FIG. 1 is a configuration diagram of a pressure amplifying device according to the present invention, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. 6 and description thereof is omitted as appropriate. The difference from FIG. 6 is that in FIG. 1, a displacement adjustment mechanism that adjusts the displacement of the diaphragm to the outer peripheral support portion of each diaphragm so that the pressure receiving area of the diaphragm changes and the gain changes according to the change of the input pressure. It is to have established.

図1において圧力増幅装置は、内部に複数の空気室が形成される空間部を有するベース10、ベース10の空間部内に移動可能に配置されるポペット20および排気弁部30、ベース10とポペット20を連結するばね21、排気弁部30をベース10の空間部内に移動自在に支持するとともに複数の独立した空気室を形成する隔壁として機能する第1〜第4のダイアフラム41〜44などで構成されている。   In FIG. 1, the pressure amplifying device includes a base 10 having a space part in which a plurality of air chambers are formed, a poppet 20 and an exhaust valve part 30 movably disposed in the space part of the base 10, the base 10 and the poppet 20. And the first to fourth diaphragms 41 to 44 functioning as partition walls that form a plurality of independent air chambers while supporting the exhaust valve portion 30 movably in the space portion of the base 10. ing.

第1のダイアフラム41は、ベース10に固着嵌装される第1の外周支持部と第2の外周支持部によってダイアフラムの外周部分を支持される。また第1のダイアフラム41は、一方の面に出力圧を受圧し、他方の面に供給圧を受圧して弾性変形する。   The first diaphragm 41 is supported at the outer peripheral portion of the diaphragm by the first outer peripheral support portion and the second outer peripheral support portion that are fixedly fitted to the base 10. The first diaphragm 41 receives an output pressure on one surface and receives a supply pressure on the other surface and elastically deforms.

第2のダイアフラム42は、ベース10に固着嵌装される第2の外周支持部と第3の外周支持部によってダイアフラムの外周部分を支持される。また第2のダイアフラム42は、一方の面に供給圧を受圧し、他方の面に入力圧を受圧して弾性変形し、第1のダイアフラム41よりも受圧面積が小さく形成されている。   The second diaphragm 42 is supported at the outer peripheral portion of the diaphragm by the second outer peripheral support portion and the third outer peripheral support portion that are fixedly fitted to the base 10. The second diaphragm 42 receives supply pressure on one surface and elastically deforms by receiving input pressure on the other surface, and has a pressure receiving area smaller than that of the first diaphragm 41.

第3のダイアフラム43は、ベース10に固着嵌装される第3の外周支持部と第4の外周支持部によってダイアフラムの外周部分を支持される。第3のダイアフラム43は一方の表に入力圧を受圧し、他方の面に排気圧を受圧して弾性変形する入力ダイアフラムであり、第2のダイアフラム42よりも受圧面積が大きく形成されている。   The third diaphragm 43 is supported at the outer peripheral portion of the diaphragm by the third outer peripheral support portion and the fourth outer peripheral support portion that are fixedly fitted to the base 10. The third diaphragm 43 is an input diaphragm that receives an input pressure on one surface and receives an exhaust pressure on the other surface and elastically deforms. The third diaphragm 43 has a larger pressure receiving area than the second diaphragm 42.

第4のダイアフラム44は、ベース10に固着嵌装される第4の外周支持部とベース10によってダイアフラムの外周部分を支持される。また第4のダイアフラム44は、一方の面に排気圧を受圧し、他方の面に出力圧を受圧して弾性変形するフィードバックダイアフラムである。この第4のダイアフラム44は、第1のダイアフラム41よりも受圧面積が大きく形成されている。   The fourth diaphragm 44 is supported at the outer peripheral portion of the diaphragm by the fourth outer peripheral support portion fixedly fitted to the base 10 and the base 10. The fourth diaphragm 44 is a feedback diaphragm that elastically deforms by receiving exhaust pressure on one surface and receiving output pressure on the other surface. The fourth diaphragm 44 has a larger pressure receiving area than the first diaphragm 41.

ここで接触調整部200は、各空気室を形成する各外周支持部の少なくともいずれかに設けられる。接触調整部200は、たとえば図1のように第2のダイアフラム42を支持する第3の外周支持部に設けられる。この接触調整部200は、第2のダイアフラム42との接触端から第3のダイアフラム43が形成される方向にベース10と排気弁部30との間隙が徐々に狭まるように、テーパ状に形成されている。   Here, the contact adjusting unit 200 is provided in at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber. The contact adjusting unit 200 is provided in a third outer peripheral support unit that supports the second diaphragm 42 as shown in FIG. 1, for example. The contact adjusting portion 200 is formed in a tapered shape so that the gap between the base 10 and the exhaust valve portion 30 gradually narrows in the direction in which the third diaphragm 43 is formed from the contact end with the second diaphragm 42. ing.

図2は第2のダイアフラムと接触調整部との関係を示す構成図である。(A)は排気弁部30が基準位置にあるとき、(B)は排気弁部30が矢印A方向に移動するときの第2のダイアフラムと接触調整部との関係を示す構成図である。   FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a relationship between the second diaphragm and the contact adjusting unit. (A) is a block diagram showing the relationship between the second diaphragm and the contact adjusting unit when the exhaust valve unit 30 is in the reference position, and (B) when the exhaust valve unit 30 moves in the arrow A direction.

図2において、たとえは排気弁部30が矢印A方向に移動すると、接触調整部200がベース10と排気弁部30との間隙を狭める形状となっているため、第2のダイアフラム42における受圧部分の有効径が小さくなり受圧面積は減少することになる。   In FIG. 2, for example, when the exhaust valve portion 30 moves in the direction of arrow A, the contact adjusting portion 200 has a shape that narrows the gap between the base 10 and the exhaust valve portion 30. As a result, the effective diameter decreases and the pressure receiving area decreases.

この接触調整部200は、排気弁部30の移動量とダイアフラムの受圧面積の変化量とが比例するようあらかじめ設計され形成される。   The contact adjusting unit 200 is designed and formed in advance so that the amount of movement of the exhaust valve unit 30 is proportional to the amount of change in the pressure receiving area of the diaphragm.

またダイアフラムの受圧面積が変化するとゲインも比例して変化するため、排気弁部の移動量はゲインと比例関係をもつことになる。   Further, when the pressure receiving area of the diaphragm changes, the gain also changes proportionally, so the movement amount of the exhaust valve portion has a proportional relationship with the gain.

すなわち、次の関係が得られることになる(以下「∝」は比例を表す)。
「入力圧の変化 ∝ 排気弁部の移動量 ∝ ダイアフラムの受圧面積の変化 ∝ ゲイン」
That is, the following relationship is obtained (hereinafter, “∝” represents proportionality).
“Change in input pressure 移動 Exhaust valve travel ∝ Diaphragm pressure receiving area change ゲ イ ン Gain”

すなわち、接触調整部200は、入力圧の変化に応じてダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、その外周部分がダイアフラムの変位に応じてダイアフラムと接触してダイアフラムの変位を調整する。   That is, the contact adjusting unit 200 adjusts the displacement of the diaphragm by contacting the outer periphery of the diaphragm according to the displacement of the diaphragm so that the gain is changed by changing the pressure receiving area of the diaphragm according to the change of the input pressure. To do.

ここで、本発明に係る圧力増幅装置の入力圧の変化の大きさに応じてゲインが変化する動作について説明する。図1において、入力圧室15に入力圧が供給されると、第3のダイアフラム43に圧力が加わり、排気弁部30が図1の矢印A方向に移動される。   Here, the operation of changing the gain according to the magnitude of the change of the input pressure of the pressure amplifying device according to the present invention will be described. In FIG. 1, when input pressure is supplied to the input pressure chamber 15, pressure is applied to the third diaphragm 43, and the exhaust valve portion 30 is moved in the direction of arrow A in FIG.

排気弁部30は、第3のダイアフラム43の受圧面積の方が第2のダイアフラム42の受圧面積よりも大きいので、これらの受圧面積の差分に相当する力によってダイアフラム42、43が変形することにより、図1の矢印A方向に移動される。   In the exhaust valve portion 30, since the pressure receiving area of the third diaphragm 43 is larger than the pressure receiving area of the second diaphragm 42, the diaphragms 42 and 43 are deformed by a force corresponding to the difference between these pressure receiving areas. , Moved in the direction of arrow A in FIG.

排気弁部30が矢印A方向に移動すると、第2のダイアフラム42の形状が変化し、接触調整部200がベース10と排気弁部30との間隙を狭める形状となっているため、図2(B)のように第2のダイアフラム42の圧力(空気圧)を受圧面積は小さくなる。   When the exhaust valve portion 30 moves in the direction of arrow A, the shape of the second diaphragm 42 changes, and the contact adjusting portion 200 has a shape that narrows the gap between the base 10 and the exhaust valve portion 30. FIG. As shown in B), the pressure receiving area of the pressure (air pressure) of the second diaphragm 42 is reduced.

いいかえれば第2のダイアフラム42の圧力(空気圧)を受圧する面の有効径が短くなる。このとき上述の式(1)で示すゲインGは低くなる。   In other words, the effective diameter of the surface that receives the pressure (air pressure) of the second diaphragm 42 is shortened. At this time, the gain G shown by the above-mentioned formula (1) becomes low.

このため、第2のダイアフラム42の受圧面積は、入力圧の大きさに応じて(たとえば比例して)変化し、ゲインGもまた変化する。たとえば入力圧が大きい時のゲインGは、入力圧が小さい時のゲインGよりも高くなる。   For this reason, the pressure receiving area of the second diaphragm 42 changes (for example, in proportion) according to the magnitude of the input pressure, and the gain G also changes. For example, the gain G when the input pressure is large is higher than the gain G when the input pressure is small.

具体的には、入力圧室15に供給される入力圧が大きいときの第2のダイアフラムの受圧面積をAb”、ゲインをG”とし、入力圧が小さいときの第2のダイアフラムの受圧面積をAb’、ゲインをG’とすると以下の式(2)、(3)のように表すことができる。なお、ゲインの式は分母分子がそれぞれ負の値となるので、理解を容易にするため分母分子にそれぞれ「−1」をかけて示す。
G”=(Ac−Ab”)/(Ad−Aa―Af)・・・(2)
G’=(Ac−Ab’)/(Ad−Aa―Af)・・・(3)
Specifically, the pressure receiving area of the second diaphragm when the input pressure supplied to the input pressure chamber 15 is large is Ab ″, the gain is G ″, and the pressure receiving area of the second diaphragm when the input pressure is small is When Ab ′ and the gain are G ′, the following expressions (2) and (3) can be obtained. Since the denominator numerator has a negative value in the gain equation, each denominator numerator is indicated by “−1” for easy understanding.
G ″ = (Ac−Ab ″) / (Ad−Aa−Af) (2)
G ′ = (Ac−Ab ′) / (Ad−Aa−Af) (3)

そして、これらの差分をとると、式(4)のように表すことができる。ただし、Ab”<Ab’であるものとする。
G”−G’=(−Ab”+Ab’)/(Ad−Aa−Af)>0・・・(4)
And if these differences are taken, it can represent like Formula (4). However, it is assumed that Ab ″ <Ab ′.
G ″ −G ′ = (− Ab ″ + Ab ′) / (Ad−Aa−Af)> 0 (4)

つまり、本発明に係る構成の圧力増幅装置では、入力圧が大きいときのゲインG”は、入力圧が小さいときのゲインG’よりも高くなる。   That is, in the pressure amplifying device having the configuration according to the present invention, the gain G ″ when the input pressure is large is higher than the gain G ′ when the input pressure is small.

このように接触調整部200が形成されることにより、入力圧の大きさに応じて第2のダイアフラム42の受圧面積が小さく(大きく)なって、ゲインも低く(高く)なる。また入力圧の変化の大きさに応じて第2のダイアフラム42の受圧面積が小さく(大きく)なるので、ゲインもまた入力圧の変化の大きさに応じて変化することになる。   By forming the contact adjusting unit 200 in this way, the pressure receiving area of the second diaphragm 42 is reduced (increased) and the gain is reduced (increased) according to the magnitude of the input pressure. Further, since the pressure receiving area of the second diaphragm 42 becomes smaller (larger) according to the magnitude of the change in the input pressure, the gain also changes according to the magnitude of the change in the input pressure.

この結果、本発明に係る圧力増幅装置は、入力圧の変化の大きさに応じて各ダイアフラムが変化することにより、入力室に供給される入力圧の変化が小さくて緩やかな場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、供給される入力圧がたとえばステップ状に大きく変化する場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができる。   As a result, the pressure amplifying apparatus according to the present invention has a low gain when the change of the input pressure supplied to the input chamber is small and gentle, by changing each diaphragm according to the magnitude of the change of the input pressure. Thus, when the output pressure is stably and minutely changed, and the supplied input pressure changes greatly, for example, in a stepped manner, the output pressure can be rapidly changed greatly with a high gain.

なお、接触調整部200と同様の形状の接触調整部が各空気室を形成する少なくともいずれかの外周支持部に設けられるものでもよい。   In addition, the contact adjustment part of the shape similar to the contact adjustment part 200 may be provided in at least one outer periphery support part which forms each air chamber.

また、各空気室を形成する少なくともいずれかの外周支持部の一部が切り欠かれ、その外周部分がダイアフラムの変位に応じてダイアフラムと接触しない切り欠き面または切り欠き面を一部に有する切り欠き部が形成されるものでもよい。また、これら接触調整部と切り欠き部のうち少なくともいずれか一つを備えるものであってもよい。   In addition, at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber is cut out, and the outer peripheral portion has a cutout surface or a cutout surface that does not come into contact with the diaphragm according to the displacement of the diaphragm. A notch may be formed. Moreover, you may provide at least any one of these contact adjustment parts and a notch part.

図3は、このようなダイアフラムに隣接して形成される接触調整部や切り欠き部の説明図である。(A)は全体図、(B)は排気弁部30が基準位置にあるとき、(C)は排気弁部30が矢印A方向に移動するときの第3のダイアフラムと切り欠き部との関係を示す構成図である。   FIG. 3 is an explanatory view of a contact adjusting part and a notch part formed adjacent to such a diaphragm. (A) is an overall view, (B) is the relationship between the third diaphragm and the notch when the exhaust valve unit 30 is in the reference position, (C) is the third diaphragm when the exhaust valve unit 30 moves in the arrow A direction. FIG.

接触調整部210は、たとえば図3のように第4のダイアフラム44を支持する第4の外周支持部に設けられる。この接触調整部210が、第4のダイアフラム44との接触端から第3のダイアフラム43が形成される方向にベース10と排気弁部30との間隙が徐々に狭まるように、形成される。   The contact adjusting unit 210 is provided in a fourth outer peripheral support unit that supports the fourth diaphragm 44 as shown in FIG. 3, for example. The contact adjusting portion 210 is formed so that the gap between the base 10 and the exhaust valve portion 30 gradually narrows in the direction in which the third diaphragm 43 is formed from the contact end with the fourth diaphragm 44.

この場合、圧力増幅装置の出力圧が減少すると排気弁部30がB方向に移動することで第4のダイアフラム44の形状が変化するときには、接触調整部210がベース10と排気弁部30との間隙を狭める形状となっているため、第4のダイアフラム44の受圧面積は減少する。このとき上述の式(1)で示すゲインGは低くなる。   In this case, when the output pressure of the pressure amplifying device decreases and the exhaust valve section 30 moves in the B direction and the shape of the fourth diaphragm 44 changes, the contact adjusting section 210 moves between the base 10 and the exhaust valve section 30. Since the gap is narrowed, the pressure receiving area of the fourth diaphragm 44 is reduced. At this time, the gain G shown by the above-mentioned formula (1) becomes low.

具体的には、入力圧が大きいときの第4のダイアフラムの受圧面積をAd”、ゲインをG”とし、入力圧が小さいときの第4のダイアフラムの受圧面積をAd’、ゲインをG’とすると、それぞれ以下の式(5)、(6)のように表すことができる。
G”=(Ac−Ab)/(Ad”−Aa―Af)・・・(5)
G’=(Ac−Ab)/(Ad’−Aa―Af)・・・(6)
Specifically, the pressure receiving area of the fourth diaphragm when the input pressure is high is Ad ″, the gain is G ″, the pressure receiving area of the fourth diaphragm when the input pressure is low is Ad ′, and the gain is G ′. Then, they can be expressed as the following formulas (5) and (6), respectively.
G ″ = (Ac−Ab) / (Ad ″ −Aa−Af) (5)
G ′ = (Ac−Ab) / (Ad′−Aa−Af) (6)

そして、これらの式(5)、(6)によれば、G”の分母とG’分母の関係は、以下の式(7)のように表すことができる。ただし、Ad”<Ad’であるものとする。
(Ad”−Aa―Af)―(Ad’−Aa―Af)<0・・・(7)
According to these equations (5) and (6), the relationship between the denominator of G ″ and the G ′ denominator can be expressed as in the following equation (7), where Ad ″ <Ad ′. It shall be.
(Ad ″ −Aa−Af) − (Ad′−Aa−Af) <0 (7)

つまり、本発明に係る構成の圧力増幅装置では、入力圧が大きいときのゲインG”は、入力圧が小さいときのゲインG’よりも高くなる。   That is, in the pressure amplifying device having the configuration according to the present invention, the gain G ″ when the input pressure is large is higher than the gain G ′ when the input pressure is small.

このように上述のような接触調整部210が形成されることにより、入力圧の大きさに応じて第4のダイアフラム44の受圧面積が減少(増加)して、ゲインも低く(高く)なる。また入力圧の変化の大きさに応じて第4のダイアフラム44の受圧面積が小さく(大きく)なるので、ゲインもまた入力圧の変化の大きさに応じて変化することになる。   By forming the contact adjusting unit 210 as described above, the pressure receiving area of the fourth diaphragm 44 decreases (increases) in accordance with the magnitude of the input pressure, and the gain also decreases (increases). Further, since the pressure receiving area of the fourth diaphragm 44 becomes smaller (larger) according to the magnitude of the change in the input pressure, the gain also changes according to the magnitude of the change in the input pressure.

一方、切り欠き部220は、たとえば図3のように、バイアス室16内を形成し第1のダイアフラム41を支持する第1の外周支持部の一部が切り欠かれて形成される。   On the other hand, the notch 220 is formed by cutting out a part of the first outer peripheral support that forms the inside of the bias chamber 16 and supports the first diaphragm 41 as shown in FIG.

この場合、圧力増幅装置の出力圧が減少すると排気弁部30がB方向に移動することで第3のダイアフラム43の形状が変化するときには、切り欠き部220がベース10と排気弁部30との間隙を広げる形状となっているため、第3のダイアフラム43の受圧面積は増加する。いいかえれば外周支持部が第3のダイアフラム43を支持する支点(支点PS1→PS2)が変位する。このとき、上述の式(1)で示すゲインGは低くなる。   In this case, when the shape of the third diaphragm 43 changes when the exhaust valve portion 30 moves in the B direction when the output pressure of the pressure amplifying device decreases, the notch portion 220 is formed between the base 10 and the exhaust valve portion 30. Since the gap is widened, the pressure receiving area of the third diaphragm 43 increases. In other words, the fulcrum (fulcrum PS1 → PS2) at which the outer peripheral support part supports the third diaphragm 43 is displaced. At this time, the gain G shown by the above equation (1) is low.

具体的には、入力圧が大きいときの第3のダイアフラムの受圧面積をAc”、ゲインをG”とし、入力圧が小さいときの第3のダイアフラムの受圧面積をAc’、ゲインをG’とすると、それぞれ以下の式(8)、(9)のように表すことができる。
G”=(Ac”−Ab)/(Ad−Aa―Af)・・・(8)
G’=(Ac’−Ab)/(Ad−Aa―Af)・・・(9)
Specifically, the pressure receiving area of the third diaphragm when the input pressure is high is Ac ″, the gain is G ″, the pressure receiving area of the third diaphragm when the input pressure is low is Ac ′, and the gain is G ′. Then, they can be expressed as the following equations (8) and (9), respectively.
G ″ = (Ac ″ −Ab) / (Ad−Aa−Af) (8)
G ′ = (Ac′−Ab) / (Ad−Aa−Af) (9)

そして、これらの式(8)、(9)によれば、G”の分母とG’分母の関係は、以下の式(10)のように表すことができる。ただし、Ac”>Ac’であるものとする。
G”−G’=(Ac”−Ac’)/(Ad−Aa−Af)>0・・・(10)
According to these equations (8) and (9), the relationship between the denominator of G ″ and the G ′ denominator can be expressed as the following equation (10). However, when Ac ″> Ac ′ It shall be.
G ″ −G ′ = (Ac ″ −Ac ′) / (Ad−Aa−Af)> 0 (10)

つまり、本発明に係る構成の圧力増幅装置では、入力圧が大きいときのゲインG”は、入力圧が小さいときのゲインG’よりも高くなる。   That is, in the pressure amplifying device having the configuration according to the present invention, the gain G ″ when the input pressure is large is higher than the gain G ′ when the input pressure is small.

このように上述のような切り欠き部220が形成されることにより、入力圧の大きさに応じて第3のダイアフラム43の受圧面積が増加(減少)し、ゲインも低く(高く)なる。また入力圧の変化の大きさに応じて第3のダイアフラム43の受圧面積が小さく(大きく)なるので、ゲインもまた入力圧の変化の大きさに応じて変化する。   By forming the notch 220 as described above, the pressure receiving area of the third diaphragm 43 increases (decreases) and the gain decreases (high) according to the magnitude of the input pressure. Further, since the pressure receiving area of the third diaphragm 43 becomes smaller (larger) according to the magnitude of the change in the input pressure, the gain also changes according to the magnitude of the change in the input pressure.

このため、本発明に係る圧力増幅装置は、入力室に供給される入力圧の変化が小さくて緩やかな場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、供給される入力圧がたとえばステップ状に大きく変化する場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができる。   Therefore, when the change in the input pressure supplied to the input chamber is small and gentle, the pressure amplifying device according to the present invention stably changes the output pressure minutely at a low gain, and the supplied input pressure is reduced. For example, when the step changes greatly, the output pressure can be rapidly changed greatly with a high gain.

また本発明に係る圧力増幅装置を電空変換器およびバルブポジショナに利用するものでもよい。図4は圧力増幅装置を用いた電空変換器およびバルブポジショナの一例を示す構成ブロック図である。(A)は電空変換器、(B)はバルブポジショナの説明図である。   Further, the pressure amplifying device according to the present invention may be used for an electropneumatic converter and a valve positioner. FIG. 4 is a configuration block diagram showing an example of an electropneumatic converter and a valve positioner using a pressure amplifying device. (A) is an electropneumatic converter, (B) is explanatory drawing of a valve positioner.

まず(A)の電空変換器について説明する。図5と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図5との相違点は、(A)の電空変換器は本発明に係る圧力増幅装置60を備えていることである。   First, the electropneumatic converter (A) will be described. Portions common to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate. The difference from FIG. 5 is that the electropneumatic converter of (A) includes the pressure amplifying device 60 according to the present invention.

このような、本発明に係る圧力増幅装置を利用した電空変換器であれば、入力圧の変化が小さい場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができるので、I/Pモジュールに大きな電流を供給して大きな入力圧を得る必要がなく、必要最大電流を減少させ、電流のマージンを増加させることにより電空変換器の信頼性を向上させることができる。   In such an electropneumatic converter using the pressure amplifying device according to the present invention, when the change in the input pressure is small, the output pressure is stably and minutely changed at a low gain, and the change in the input pressure is reduced. If it is large, the output pressure can be changed quickly and with a high gain, so there is no need to supply a large current to the I / P module to obtain a large input pressure, and the necessary maximum current is reduced. Increasing the margin can improve the reliability of the electropneumatic converter.

次に(B)の本発明に係る圧力増幅装置を用いたバルブポジショナについて説明する。(A)と共通する部分に同一の符号を付けて適宜説明を省略する。(A)との相違点は、(B)のバルブポジショナ51は、バルブステムを備えるバルブ10、バルブステムの変位を検出する位置センサ8aを備えていることである。   Next, a valve positioner using the pressure amplifying device according to the present invention of (B) will be described. The same reference numerals are given to the parts common to (A), and the description will be omitted as appropriate. The difference from (A) is that the valve positioner 51 of (B) includes a valve 10 having a valve stem and a position sensor 8a for detecting the displacement of the valve stem.

このバルブポジショナ51におけるバルブ10の開度は、バルブ10を支持しているバルブステムの位置を変位させることにより、制御される。バルブステムの変位は、位置センサ8aによって検知されてA/D変換器9を介し位置信号として制御部3にフィードバックされる。そして制御部3は、目標値信号と位置信号との偏差を演算し、この偏差が0になるようにI/Pモジュール5を制御する。   The opening degree of the valve 10 in the valve positioner 51 is controlled by displacing the position of the valve stem that supports the valve 10. The displacement of the valve stem is detected by the position sensor 8 a and fed back to the control unit 3 as a position signal via the A / D converter 9. Then, the control unit 3 calculates a deviation between the target value signal and the position signal, and controls the I / P module 5 so that the deviation becomes zero.

このように本発明に係る圧力増幅装置を利用したバルブポジショナであれば、入力圧の変化が小さい場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができるので、I/Pモジュールに大きな電流を供給して大きな入力圧を得る必要がなく、必要最大電流を減少させ、電流のマージンを増加させることにより信頼性を向上させることができる。   Thus, in the valve positioner using the pressure amplifying device according to the present invention, when the change in the input pressure is small, the output pressure is stably and minutely changed at a low gain, and the change in the input pressure is large. Can quickly change the output pressure at a high gain, so there is no need to supply a large current to the I / P module to obtain a large input pressure, reducing the required maximum current and increasing the current margin. Therefore, reliability can be improved.

以上説明したように、本発明によれば圧力増幅装置は、入力圧の変化が小さい場合は小さなゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には大きなゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができ、この圧力増幅装置を利用した電空変換器やバルブポジショナによってバルブの的確な開度制御でき、石油、鉄鋼、化学プラントにおける適切なプロセス制御への貢献が期待できる。   As described above, according to the present invention, the pressure amplifying apparatus stably changes the output pressure with a small gain when the change in the input pressure is small, and increases the gain when the change in the input pressure is large. The output pressure can be changed quickly and greatly with an electro-pneumatic converter and valve positioner using this pressure amplifying device, and the valve opening can be accurately controlled, enabling appropriate process control in oil, steel and chemical plants. Can contribute.

本発明に係る圧力増幅装置の構成図である。It is a block diagram of the pressure amplifier which concerns on this invention. 第2のダイアフラムと接触調整部との関係を示す構成図である。It is a block diagram which shows the relationship between a 2nd diaphragm and a contact adjustment part. 各ダイアフラムに隣接して形成される接触調整部や凹部の説明図である。It is explanatory drawing of the contact adjustment part and recessed part formed adjacent to each diaphragm. 圧力増幅装置を用いた電空変換器およびバルブポジショナの一例を示す構成ブロック図である。It is a block diagram showing an example of an electropneumatic converter and a valve positioner using a pressure amplifying device. 従来の圧力増幅装置を用いた電空変換器の一例を示す構成ブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the electropneumatic converter using the conventional pressure amplifier. 従来の圧力増幅装置の一例を示す断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram which shows an example of the conventional pressure amplifier. 従来の圧力増幅装置の排気弁部の移動によるダイアフラムの変形の説明図である。It is explanatory drawing of a deformation | transformation of the diaphragm by the movement of the exhaust valve part of the conventional pressure amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1 MAU
2 フィールドバスモデム
3 制御部
4 D/A変換器
5 I/Pモジュール
6 圧力増幅装置
7 バルブ/空空ポジショナ
7a バルブ
8 圧力センサ
8a 位置センサ
9 A/D変換器
10 ベース
12 供給圧室
13 出力圧室
14 排気圧室
15 入力圧室
16 バイアス室
17 フィードバック室
20 ポペット
21 ばね
30 排気弁部
41 第1のダイアフラム
42 第2のダイアフラム
43 第3のダイアフラム
44 第4のダイアフラム
200、210 接触調整部
220 切り欠き部
1 MAU
2 Fieldbus modem 3 Control unit 4 D / A converter 5 I / P module 6 Pressure amplifying device 7 Valve / empty positioner 7a Valve 8 Pressure sensor 8a Position sensor 9 A / D converter 10 Base 12 Supply pressure chamber 13 Output pressure Chamber 14 Exhaust pressure chamber 15 Input pressure chamber 16 Bias chamber 17 Feedback chamber 20 Poppet 21 Spring 30 Exhaust valve section 41 First diaphragm 42 Second diaphragm 43 Third diaphragm 44 Fourth diaphragm 200, 210 Contact adjusting section 220 Notch

Claims (6)

供給圧と入力圧とが供給され、ダイアフラムの弾性変形によって前記入力圧の変化に応じて圧力を増幅変化させる圧力増幅装置において、
前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする圧力増幅装置。
In a pressure amplifying device that is supplied with a supply pressure and an input pressure and amplifies and changes the pressure according to a change in the input pressure by elastic deformation of the diaphragm,
A pressure amplification characterized in that a displacement adjustment mechanism for adjusting the displacement of the diaphragm is provided at the outer periphery support portion of the diaphragm so that the pressure receiving area of the diaphragm changes according to the change of the input pressure and the gain changes. apparatus.
前記圧力増幅装置は、
供給圧と入力圧とが供給され、前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧が変化に応じて前記出力圧が変化する出力圧室と、前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する流路を開閉するポペットとを備えていることを特徴とする請求項1記載の圧力増幅装置。
The pressure amplification device includes:
Supply pressure and input pressure are supplied, supply pressure chamber and bias chamber to which the supply pressure is supplied, input pressure chamber to which the input pressure is supplied, feedback chamber to which the output pressure is supplied, and each pressure An exhaust valve portion that moves by elastic deformation of a plurality of diaphragms that separate the chambers, an output pressure chamber in which the output pressure changes according to a change in the input pressure, a flow that connects the supply pressure chamber and the output pressure chamber The pressure amplifying apparatus according to claim 1, further comprising a poppet that opens and closes the path.
前記変位調整機構は、
各空気室を形成する少なくともいずれかの前記外周支持部に設けられ、その外周部分が前記ダイアフラムの変位に応じて前記ダイアフラムと接触する接触調整面または接触調整面を一部に有する接触調整部であることを特徴とする
請求項1または請求項2記載の圧力増幅装置。
The displacement adjustment mechanism is
A contact adjusting portion provided in at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber, the outer peripheral portion of which is in contact with the diaphragm according to the displacement of the diaphragm, or a contact adjusting portion having a contact adjusting surface in part 3. The pressure amplifying device according to claim 1, wherein the pressure amplifying device is provided.
前記変位調整機構は、
各空気室を形成する少なくともいずれかの前記外周支持部の一部が切り欠かれ、その外周部分が前記ダイアフラムの変位に応じて前記外周支持部の前記ダイアフラムを支持する支点を変位させる切り欠き面または切り欠き面を一部に有する切り欠き部であることを特徴とする
請求項1〜請求項3いずれかに記載の圧力増幅装置。
The displacement adjustment mechanism is
A part of at least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber is cut out, and the outer peripheral portion of the cutout surface displaces a fulcrum supporting the diaphragm of the outer peripheral support portion in accordance with the displacement of the diaphragm. The pressure amplifying device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure amplifying device is a notch having a notch surface in part.
前記接触調整面または接触調整面を一部に有する接触調整部は、
各空気室を形成する少なくともいずれかの外周支持部にテーパ状に設けられ、前記ダイアフラムとの接触端から前記各圧力室を隔てるもう一方のダイアフラムが形成される方向にベースと排気弁部との間隙が狭まるように形成されることを特徴とする
請求項3または請求項4記載の圧力増幅装置。
The contact adjusting part having the contact adjusting surface or the contact adjusting surface in part,
At least one of the outer peripheral support portions forming each air chamber is tapered, and the base and the exhaust valve portion are arranged in the direction in which the other diaphragm separating the each pressure chamber from the contact end with the diaphragm is formed. The pressure amplifying device according to claim 3 or 4, wherein the gap is formed to be narrow.
入力圧の変化に応じて出力圧を増幅変化させる圧力増幅装置を備え、前記出力圧によりバルブを動作させる電空変換器において、
前記圧力増幅装置は、
供給圧と入力圧とが供給され、前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧が変化に応じて前記出力圧が変化する出力圧室と、前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する流路を開閉するポペットとを備え、前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする電空変換器。
In an electropneumatic converter that includes a pressure amplifying device that amplifies and changes an output pressure according to a change in input pressure, and operates a valve by the output pressure,
The pressure amplification device includes:
Supply pressure and input pressure are supplied, supply pressure chamber and bias chamber to which the supply pressure is supplied, input pressure chamber to which the input pressure is supplied, feedback chamber to which the output pressure is supplied, and each pressure An exhaust valve portion that moves by elastic deformation of a plurality of diaphragms that separate the chambers, an output pressure chamber in which the output pressure changes according to a change in the input pressure, a flow that connects the supply pressure chamber and the output pressure chamber A displacement adjusting mechanism that adjusts the displacement of the diaphragm at the outer peripheral support portion of the diaphragm so that the gain changes due to the pressure receiving area of the diaphragm changing according to the change of the input pressure. An electropneumatic converter characterized by being provided.
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