JP5628196B2 - 流量を制御する装置 - Google Patents

Description

本開示は、概して流量制御デバイスに関し、より具体的には、流量を制御する装置に関する。

産業処理場は、制御デバイスを多岐の用途において使用する。例えば、貯蔵タンク内の流体のレベルを制御するため、レベルコントローラが、最終制御機構（例えば、弁アセンブリおよび作動装置アセンブリ）を管理するために使用され得る。多くの処理場は、圧縮空気などの圧縮ガスを、制御デバイス等を操作するための動力源として使用する。特定の炭化水素生成機関では、圧縮空気は、概して、制御デバイスを操作するためにすぐに入手できるわけではない。これらの制御デバイスを操作するための供給ガスとして、天然ガスがしばしば使用される。しかしながら、多くの制御デバイスは大気に天然ガスを抽気する可能性があり、これは天然ガスの価格ならびにかかる排気ガス等に関する環境管理および環境規制のために、費用がかかる。したがって、制御デバイスにより大気への天然ガスの抽気を最小限に抑えるか、または排除することは重要な課題である。

炭化水素生成業で使用される典型的なレベルコントローラは、天然ガスを用いて操作される一段式の低抽気圧縮空気装置であることが一般的に理解されている。運転中の天然ガスの消費を最小限に抑えるため、レベルコントローラ等が、抽気ガスの量を減少させる不感帯を含むように設計される。しかしながら、かかる設計は、概して、低い運転感度または増幅率を有し、結果的に、容器の全長が大きくなるか、大きすぎるセンサーになる。

高出力感度で所望の応答特性を生成するため、二段空気圧式制御デバイスを作りだすことによって一段式装置等の利得を向上させることも一般的である。第１の段は、しばしば信号段と呼ばれ、機械的圧力入力信号または流圧入力信号を圧力出力に変換する。信号段は、所望の処理制御利用への応答特性および制御特性を提供する低い体積流量率および低圧出力を有する。第２の段は、しばしば増幅段と呼ばれ、最終制御機構を動作するために必要な高い出力流量および／または高圧力を提供すると同時に、所望の応答特性を得るため、高い空気圧容量を提供し、信号段の出力に応答する。多くのこれらの装置は、運転中、入力信号に比例する制御作動を提供せず、および／または、天然ガス等の供給ガスの多大な損失を受けることがない。

図１および図２は、既知の直接作動を説明し、二段空気圧制御デバイス１は、増幅段継電器１０を有する反対作動増幅段Ｂと連結する（下記でより詳細に説明）信号段弁１１０を備える反対作動信号段Ａを含む。運転において、流体タンク内でディスプレーサと接続する連関等の（図示せず）機械装置からの入力信号（動きや移動などの）は、増幅段継電器１０への空気圧制御信号を開始するため信号段弁１１０の弁軸先端１３５に印加される。しかしながら、当業者は、入力信号は圧力信号および他の直接的機械力を含む、任意の数の既知の入力から得られる可能性があることを理解するであろう。

増幅段Ｂの増幅段継電器１０は、米国特許第４，９７４，６２５号に開示される４モード空気圧継電器であり、当該特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。より所望の詳細については、米国特許第４，９７４，６２５号を参照されたい。この継電器は使用者に選択可能な直接作動または反対作動運転モードおよび比例作動またはスナップ作動動作モードを提供する。例えば、直接モードは、入力信号の増加とともに出力信号が増加することを意味する、というように、当業者は、直接動作または反対動作モードは入力信号に対する出力信号の関係について言及するということを理解するであろう。対して、例えば、比例作動は出力信号における変化は、入力信号の変化に対して直線状であることを意味し、スナップ作動は出力信号における変化は、入力信号の変化に対して双安定で非直線状であることを意味する、というように、比例作動またはスナップ作動モードは、出力信号の応答について言及する。

米国特許第４，９７４，６２５号に開示される空気圧継電器は、４モード式を提供するが、図１および図２で説明される二段空気圧制御デバイスは、不都合にも、直接作動および反対／スナップ作動モードの、２つの運転のみ利用し得る。これは、二段空気圧制御デバイス１が、増幅段継電器１０と信号段弁１１０との間に微小のフィードバック力または比例力を提供することによる。すなわち、信号段弁１１０の弁軸先端１３５で、印加された入力される力を補う増幅段継電器１０の信号振動板９０からの出力圧力をフィードバックするための特定の機械はない。

概して、制御デバイス１の増幅段継電器１０は、増幅段継電器１０内に形成される各チャンバと通じる入力および出力ポートの一連を含む。使用者が選択可能なスイッチを通して様々な入力ポートと出力ポートの間の流体連結を選択的に制御することにより、単一増幅段継電器１０は、様々な制御要素につなぎ合わさるため、前記に説明された多重運転モードを提供し得る。

図２に関して、増幅段継電器１０内に運転モードを適応するため、入力ポート１１は、チャンバ１５および出力ポート１２と通じている。圧力出力１７は、チャンバ１６に通じており、入力ポート１３はチャンバ１８に通じ、出力ポート１４はチャンバ２０に通じ、圧力出力１７は、弁アセンブリおよび作動装置アセンブリのような最終制御機構へ接続され得る（図示せず）。

図１は、様々な運転モードを選択するために使用される制御デバイス１の増幅段Ｂのポートスイッチの切欠図である。第１および第２の、概して三角形状のポートスイッチ７０および７２は、ピン７１および７３により、それぞれ、増幅段継電器１０上に枢動可能に装着される。ポートスイッチ７０および７２は、蛇行流路７４および７６を、それぞれ露呈するために区分され、運転の代替モードを提供するため、圧力注入口７８および圧力排出口１７からの空気圧で増幅段継電器１０の様々な入力および出力ポートと連結する。図１に説明されるように、第１のポートスイッチ７０では、入力ポート１３は、圧力注入口７８と通じ、入力ポート１１は、大気へ放出されるように位置される。第２のポートスイッチ７２では、出力ポート１４を放出することが示される。このスイッチ構成は、増幅段継電器１０を反対／スナップ作動モードの状態にし、反対作動信号段弁１１０と結合した場合、直接／スナップ作動空気圧制御デバイス１を提供する、ということは米国特許第４，９７４，６２５号から理解されるであろう。

すなわち、図２について、チャンバ８８における圧力の減少は、ケージアセンブリ５９の左方向への移動をもたらし、圧力出力１７での出力圧力の増加を提供する。このように、増加する入力信号が信号段弁１１０の軸先端１３５を移動させた場合の運転で、信号段弁１１０の反対作動モードは、直接作動空気圧制御デバイス１を提供するための、通路８２における出力圧力の減少および、結果として、チャンバ８８における圧力の減少をもたらす。制御デバイス１の代替スイッチ構成は、入力ポート１１と圧力注入口ポート７８を連結し、入力ポート１３は、ポート１４と出力ポート１２を連結するために構成される第２のポートスイッチ７２とともに大気へ放出される。この代替構成は、増幅段継電器１０を直接／スナップ作動モードの状態にし、故に、空気圧制御デバイス１は、反対／スナップ作動モードで動作する。説明された制御デバイス１の実施形態においてフィードバック機構が存在しないため、増幅段継電器１０への残りの可能なスイッチ構成は継電器を作動不可能とする。

図２に示されるように、信号段弁１１０は単一プラグ１３０、第１の弁座１２０および第２の弁座１２２を含む。第１の状態で、第１のプラグ端部１３２は第１の弁座１２０と係合せず、第２のプラグ端部１３４は、第２の弁座１２２と係合する。第２の状態で、第１のプラグ端部１３２は、第１の弁座１２０と係合し、第２のプラグ端部１３４は、第２の弁座１２２と係合しない。第２の状態で、プラグ端部１３２および１３４のどちらもそれぞれ弁座１２０および１２２のどちらにも係合しない。

運転において、連関は弁軸先端１３５に増幅段継電器１０に向かって、または右方向へ移動させる力を印加し得る（図１および図２に関する）。弁軸先端１３５の右方向への移動は、中間の状態で、第１のプラグ端部１３２および第２のプラグ端部１３４が、同時にそれぞれの第１および第２の弁座１２０および１２２から離れる結果となる、信号段弁１１０の軸１３０の移動を引き起こす。この別離の間、供給ポート８５からの天然ガス等の供給ガスは第２の弁座１２２を通して弁軸先端１３５を過ぎて大気へ放出されるか、抽気される。この供給ガスの大気への放出は、しばしば遷移抽気と呼ばれ、天然ガス等の供給ガスの大気への多大な損失を引き起こす。軸１３０の右方向への移動が続く場合、軸１３０は、最終的に第１のプラグ端部１３２を第１の弁座１２０に係合し、遷移抽気が止まり、信号段弁１１０の直通のフィードバック通路１１４および増幅段継電器１０のチャンバ８８内の流圧は大気圧下である。

チャンバ８８内の供給ガス圧から大気圧への変化は、チャンバ１６で、振動板ケージアセンブリ５９が図２における左方向に向かってバネ４８により移動される結果となる。ケージアセンブリ５９は、弁座３０および弁プラグ４０を含む。弁座３０および弁プラグ４０の左方向への移動は、弁プラグ３８を弁座４２に係合させ、出力ポート１２への供給ガスの送出を終了させることを引き起こす。弁座３０は、次に、振動板ケージアセンブリ５９が左へ移動するにつれて弁プラグ４０から離され、そのためチャンバ１６での流圧は、チャンバ１６および１８からの流圧を放出するため、Ｔ形開口を通してチャンバ１８に流れる。

増幅段継電器１０をともなう信号段弁１１０の使用は、連関からの入力信号に感度を提供すると同時に、二段空気圧制御デバイス１の運転中、天然ガスの相当量の遷移抽気をも提供する。遷移抽気を減少させ、二段空気圧制御デバイス１の多くの増幅率を維持するための１つの方法は、二つの増幅段継電器１０を、直列運転のために、互いに連結させることであることも理解されるであろう。しかしながら、タンデム装置を生成するために二つの増幅段継電器１０を互いに連結させることは、費用の増加につながり、比較的大きめの二段空気圧制御デバイス１をもたらす結果となる。

加えて、特定の設計がフィードバック力を上記装置に提供するが、あまり望ましくない設計である可能性がある。１つの方法は、軸１３０と弁体１１２との間の振動板を、信号段弁１１０内に提供することである。しかしながら、振動板は、その内径および外径で、固定されるかまたは保持されなければならないため、連関およびディスプレーサ内の望ましくない変化を後に必要とする大きめの信号段をもたらす結果となる。

米国特許第４，９７４，６２５号明細書

本明細書で説明される流量制御装置の実施例は、第１の端部で弁座と、第２の端部で排気座と動作可能に接続される供給プラグを有する信号段継電器を備える信号段と、シールが流圧フィードバック力を排気座へ印加するためのフィードバック面積を提供するように、供給プラグと動作可能に連結されるシールと、を含む。

しかし他の実施例において、本明細書で説明される二段流量制御装置は、比例出力を有する信号段を含み、信号段は弁座に隣接する第１の端部および排気座に隣接する第２の端部を有する供給プラグを含む信号段継電器と、信号段を制御デバイスに連結するように適合される信号段入力ポストと、前記供給プラグにわたる座荷重を、弁座または排気座のいずれかの方に付勢するための手段と、を備える信号段を含む。増幅段は、信号通路を通して前記信号段と動作可能に接続される増幅段継電器を備え、増幅段は、信号段入力ポストで、入力信号に関する増幅段の比例作動出力またはスナップ作動出力および直接作動出力または反対作動出力のいずれかを提供するために、弁座および排気座を通る座荷重の推移が、弁座から供給プラグの第１の端部へ、もしくは排気座から供給プラグの第２の端部へのいずれかの所定の係合を提供するように、増幅された流体供給出力を提供するため、継電器部材を移動するように適合される流体供給応答部材を有する。

しかし他の実施例において、本明細書で説明される流量制御装置は、比例出力を有する信号段を含む。信号段は、供給ポートを含む信号段継電器と、弁座に隣接する第１の端部および排気座に隣接する第２の端部を有する供給プラグと、信号段を制御デバイスに連結するように適合される信号段入力ポストと、供給プラグにわたる座荷重を、弁座または排気座のいずれかの方に付勢するための手段と、を含む。増幅段継電器を備える増幅段は、信号通路を通して信号段と動作可能に接続される。前記増幅段継電器は、前記信号段の前記供給プラグにわたる前記座荷重における推移が、前記信号段において、遷移抽気を実質的に排除するために前記信号段の前記弁座を開く前に、前記信号段の前記排気座を閉じるように、増幅された流体供給出力を提供するために継電器部材を移動するため適合される流体供給応答部材を有する。

図２の二段空気圧制御デバイスの増幅段のポートスイッチの切欠図である。 二段式として周知の直接作動空気圧制御デバイスの切欠図である。 二段式の実施例である、直接作動空気圧制御デバイスの静止運転時点における切欠図である。 安定圧力調整器をともなう二段空気圧制御デバイスの実施例の切欠図である。 信号段の実施例の切欠図である。

概して、本明細書で説明される装置および方法の実施例は流量処理の様々な形式において流量を制御するために利用され得る。流量制御装置の実施例は、流量の制御を向上するため、小型で、比例出力をともなう低抽気信号段を有する二段流体制御デバイスを含む。加えて、本明細書で説明される実施例は、産業用処理産業への生産フローの制御に関連するが、本明細書で説明される実施例はさらに、概して、異なる目的への様々な処理制御運転に、適用できる。

図３は、信号段継電器３００を有する信号段と、増幅段継電器２１０をさらに備える増幅段と、を備える直接作動二段空気圧制御デバイス２００の実施例の切欠図である。直接作動信号段継電器３００は、信号段Ｃを提供し、直接作動増幅段継電器２１０は二段空気圧制御デバイス２００の実施例の増幅段Ｄを提供する。増幅段Ｄの増幅段継電器２１０は、図１に図示されるポートスイッチ７０および７２を含む、米国特許第４，９７４，６２５号に開示される、４モード空気圧継電器弁と、図２に開示される増幅段継電器１０と類似している。図２の増幅段継電器１０における構成材と同一、または類似する図３の増幅段継電器２１０における構成材は、２００により増加される同一の参照符号を有する。

下記に詳細に説明されるように、信号段継電器３００は、絞り作動または比例動作を提供することによって、図１および図２に図示される、上記に説明される二段継電器の運転を向上し、その結果、信号段弁１１０に関する遷移抽気を実質的に減少させながら、増幅段継電器２１０において４モードの使用を可能にすることができる、ということが当業者に理解されるであろう。運転の絞りまたは比例／直接モードは、制御デバイス２００の運転の実施例として下記に説明される。より所望の詳細または説明は米国特許第４，９７４，６２５号に言及され、そこで図３の増幅器２１０と類似の４モード空気圧継電器弁の３モードの運転が説明される。

図３に関して、信号段Ｃの信号段継電器３００は、直通フィードバック通路３１４と、横ポート３１６と、注入口３１８と、第１の弁座３２０と、第２の弁座３２２を有する、継電器体３１２を含む。第２の弁座３２２は、直通フィードバック通路３１４の内面３１７に対して係合するか密閉するシールまたはＯリング３２６を有する、排気座３２５上に位置づけられる。下記により詳細に説明されるように、Ｏリング３２６は、信号段継電器３００のフィードバック通路３１４内の流圧が、制御デバイス２００において絞り動作または比例動作を提供するため、フィードバック力を生成するように動作し得る位置上に有効面積を提供する。

絞りモードまたは比例モードにおける静止点で、弁プラグ３３０、２４０および２３８は、「閉弁」位置である、ということが理解されるであろう。すなわち、閉弁位置とは、弁が弁座に「実質的に接触している」ことを意味する。しかしながら、弁座面等において、例えば、利用可能な一定限度の座荷重での閉弁位置における、金属間の弁座配置等の弁座配置は、少量の流体を漏洩すると知られていることが当業者に理解されるだろう（すなわち、バブルタイトではない）。座でのこの漏洩は、運転における空気圧制御デバイスの絞り作動を提供するため、流圧を生み出す。すなわち、弁が実質的に、弁座に対して接離して移動する、スナップ作動運転と異なり、絞りモードまたは比例モードは、一部において、継電器構成材を通る圧力バランスを修正するため、相当する座荷重における推移によって画定される。座荷重の推移は、静止運転の間、供給入力およびセンサーフィードバックに比例して、信号段Ｃおよび増幅段Ｄを通る圧力バランスを推移するため座漏洩の修正を提供する。十分な硬度を有する他の構造材は、運転中に類似の漏洩流を生み出すであろうことも理解されるであろう。

図３に示されるように、排気座３２５は入力ポスト３２７を有し、端部キャップ３２９により直通フィードバック通路３１４内に保持される。供給弁プラグ３３０は、直通フィードバック通路３１４に位置づけられ、第１の弁座３２０に隣接する（例えば、直接隣接する）第１のプラグ端部３３２および第２の弁座３２２に隣接する（例えば、直接隣接する）第２プラグ端部３３４を含む。排気座３２５は、バネ３４０を受け入れるショルダ３３６を含む。バネ３４０もまた排気座３２５の端部キャップ３２９への係合を促し、第２のプラグ端部３３４から離れるためショルダ３１３と係合する。第２のバネ３４４は、第１のプラグ端部３３２の第１の弁座３２０への係合を促すため、弁体ショルダ３１５および第１のプラグ端部３３２と係合する。

信号段継電器３００は、増幅段継電器２１０における端部カバー２３６の開口２８０内に位置される。端部カバー２３６は、信号段継電器３００の横ポート３１６を、端部カバー２３６と中間部品２３９との間に位置づけられる信号振動板２９０により部分的に画定される、信号チャンバ２８８に流動的に連結する、信号通路２８２を含む。端部カバー２３６はまた信号段継電器３００の注入口３１８へ供給ガスを提供する供給ポート２８５を含む。

静止運転モードにおいて、第１のプラグ端部３３２は、第１の弁座３２０と接触し、第２のプラグ端部３３４は、第２の弁座３２２と接触する。供給ガスは、供給ポート２８５および注入口３１８を通じて信号段継電器３００に提供される。第１のプラグ３３２は十分な座荷重で第１の弁座３２０に位置されるため、供給ガスは第１の弁座３２０を通過することを実質的に制止され、第２のプラグ端部３３４の座荷重は、排気座３２５の第２の弁座３２２に位置され、供給ガスは実質的に排気座３２５から排気されることを制止されている。しかしながら、上記に説明されたように、静止動作点での、絞りモードまたは比例モードにおいて、漏洩流のみ存在した状態で、第１および第２の弁プラグ端部３３２および３３４の双方は、弁座３２０および３２２のそれぞれに係合した場合、実質的に流量を制止する。微量の漏洩は、比例的な、増幅段ＣおよびＤを通る推移圧力バランスを、供給流体に比例して、それぞれの座荷重を修正するため生成し、フィードバック力は流体タンク（図示せず）内のディスプレーサに連結される連関を通じて連結される。入力信号は、圧力信号および直接機械力を含む、任意の数の既知の入力から派生され得る。

例えば、供給プラグ３３０は、図３について、第１の弁座３２０と接して、最も左の位置に示される。レベル制御利用のような、運転において、流体タンク内の流体によりディスプレーサへ浮力が印加され、入力連関または機械連関は、排気座３２５の入力ポスト３２７へ入力される力を提供する。入力される力または信号は、第１の弁座３２０を通る漏洩流を増加させる。この行動はまた第２の弁座３２２の座荷重に第２のプラグ端部３３４と密閉して係合することおよびフィードバック通路３１４を通じる大気への漏洩流の減少をもたらし、また、次に供給ガスの一定限度量が、フィードバック通路３１４に入ることを可能にするため第１のプラグ端部３３２に、第１の弁座３２０からの漏洩流の増加をもたらす。

続いて、供給ポート２８５からの供給ガスは、信号振動板２９０に作用するため、注入口３１８を通じて、第１の弁座３２０を通過し、フィードバック通路３１４を通じて横ポート３１６へと、信号通路２８２、信号チャンバ２８８を通過する。供給ガスの圧力は信号振動板２９０および振動板ケージアセンブリ２５９により供給される力を増加させ、その結果それらの間の漏洩流を減少させるため、弁プラグ２４０からの弁座２３０上の座荷重を増加する。この圧力はまた、制御デバイス２００から比例出力を提供するため、連関上で負のフィードバック力を印加するためにＯリング３２６の内面３１７にも作用する。すなわち、信号通路２８２およびＯリング３２６の有効シール面積（例えば、内面３１７により画定されるＯリングの断面積）内の圧力の生産に等しい力は連関力に反して印加される。

連関が、入力ポスト３２７へ入力信号を印加するのに伴って、第１のプラグ端部３３２と第１の弁座３２０との間の座力は、縮小または減少され、信号チャンバ２８８への供給ガス圧は増加する。増幅段Ｄの増幅段継電器２００は比例／直接運転のために設置されるポートスイッチ（図示せず）を有する。このように、供給ガスは出力ポート２１１およびチャンバ２１５に印加される。チャンバ２１６および出力ポート２１７は、最終制御デバイスに連結される。供給ガスは、弁座２４２を通る漏洩流が、チャンバ２１６および出力ポート２１７における圧力の増加を制止するため実質的に弁プラグ２３８によって減少される限り、チャンバ２１５内に収容される。圧力が信号チャンバ２８８で増加する時、信号振動板２９０および振動板ケージアセンブリ２５９により発生される力は、弁座２３０を通る座荷重を増加する。座荷重が、プラグアセンブリ２３７の弁座２３０および弁プラグ２４０を通って増加するのに伴って、弁座２４２およびプラグ２３８を通る座荷重は減少する。弁座２４２およびプラグ２３８を通る座荷重の減少は、チャンバ２１５から、および、続いてチャンバ２１６へ流れる漏洩流を増加する。流れおよび圧力の増加は、圧力排出口２１７を通じ最終制御デバイス内へ伝わる。

運転を続けると、第１のプラグ端部３３２および第１の弁座３２０の座荷重が減少するにつれて、フィードバック通路における供給ガス３１４は、連関により入力ポスト３２７へ印加される入力信号を補うため排気座３２５へ作用し、供給ガス圧の比例量を信号チャンバ２８８へ提供する。平衡状態で、増幅段継電器２１０の弁座２３０は、平衡な状態である座荷重で、弁プラグ２４０に接触し、弁座２４２は弁プラグ２３８に接触する。そのため、圧力排出口２１７および最終制御デバイスでの出力圧力は、入力ポスト３２７に比例する。

入力ポスト３２７での出力圧力が減少した場合、振動板ケージアセンブリ２５９により提供される力は減少し、弁プラグ２３８と弁座２４２との間の座荷重は増加し、弁座２３０と弁プラグ２４０との間の座荷重は減少する。この状態で、弁座２３０と弁プラグ２４０との間の漏洩流は、チャンバ２１６における供給ガスが、Ｔ形開口２３２を通過しチャンバ２１８へ流れ、入力ポート２１３を通じて放出できるようにし、それは大気へさらされる。入力ポスト３２７での入力信号の変化は、入力信号に正比例している排出口２１７の圧力下での出力圧力での増幅段継電器２１０への新しい平衡状態をもたらす。

運転中、入力ポスト３２７の入力される力が減少すると、第２の弁座３２２の座荷重は減少し、供給プラグ３３０はわずかに荷重される。すなわち、供給プラグ３３０の第１の端部３３２および第１の弁座３２０での座荷重は、第１の弁座３２０を通り抜ける供給ガスの漏洩流を減少させるために増加する。排気座３２５の第２の弁座３２２および供給プラグ３３０の第２のプラグ端部３３４での座荷重は減少する。座荷重の減少は、信号チャンバ２８８と、信号通路２８２と、横ポート３１６と、フィードバック通路３１４とにおける供給ガスが第２の弁座３２２を通じて大気へ放出されることを可能にする。

信号段継電器３００は、二段空気圧制御デバイス２００の実施例が高増幅率と、低抽気と、数々の利点をもたらす運転の４モードを有することを可能にする。例えば、バネ３４０は、シールまたはＯリング３２６により生成される摩擦力を克服するため、または、入力ポスト３２７の入力連関への接触を維持し続けるために利用され、その結果、運転の不感帯が連関の運転中に発生しないことを確かにする。言い換えると、入力ポスト３２７は、バネ３４０のバイアス力が実質的に、入力連関の動作と排気座３２５の動作との間の不感帯を実質的に排除するため、入力連関と入力ポスト３２７との間の接触を維持するように、入力連関と接触する。高増幅率であり、二段空気圧制御デバイス２００の実施例により提供される運転の４モードは、高増幅率を提供する二連続で整列する増幅段継電器２１０またはフィードバック力を提供する排気座３２５と弁体３１２との間の振動板のいずれかを使用する必要性を排除する。供給ガス圧フィードバック力を排気座３２５へ提供するためのシールまたはＯリング３２６（例えば、振動板の使用とは対照的に）の使用は、信号段継電器３００が小口径、つまり、小さく、小型である小口径を有することを可能にする。これはまた、小さめのディスプレーサと流体容器内の軽めの流体を使用可能である二段空気圧制御デバイス２００をもたらし、その結果、流体容器にかかる費用を最小限に抑える。

二段空気圧制御デバイス２００の実施例は、増幅段継電器２１０のバネ２４４および２４８、ならびに信号段継電器３００のバネ３４４および３４０を利用して、それぞれ弁座２４２、２３０、ならびに３２０および３２２を通りぬけるか、それらにわたる、供給ガスの流れの制御を補助する。結果として、二段空気圧制御デバイス２００の実施例は、重力の影響を相殺することなく、水平、垂直、傾斜、を含む、任意の配向で機能し得る。

Ｏリング３２６の有効面積により提供されるフィードバック面積が、信号段継電器３００のフィードバック通路３１４の内径およびシールまたはＯリング３２６の外径を変更することによっても調整され得るということも当業者に理解されるはずである。すなわち、信号段継電器筐体３１２およびシールまたはＯリング３２６は、異なる連関力を提供するかまたは及ぼし得る、水、コンデンセート、または界面等の異なる種類の供給に適応するために、所定のフィードバック面積を提供する交換式の単一段モジュールとして、迅速に変更されるかまたは交換され得る。例えば、相対的に大きなフィードバック面積（例えば、０．１０８０ｉｎ２）は、水等の大きな浮力を提供する利用（すなわち、略１．０の比重を有する流体に相当する）に好ましい。わずかに小さめのフィードバック面積（例えば、０．０６２５ｉｎ２）は、油等の穏やかな浮力を提供する利用（すなわち、略０．８の比重を有する流体に相当する）に適応し、また極小のフィードバック面積（例えば、０．０３６ｉｎ２）は、小さな浮力で油水界面の利用（すなわち、略０．１の異なる比重を有する流体に相当する）に適応することが好ましい。具体的には、この特性は、レバーおよびディスプレーサがこれらの異なる利用において修正または交換される必要がないため、使用者にレベル制御利用における向上した設置および較正計画を提供するということが当業者に認識されるだろう。

図３に描かれる二段空気圧制御デバイス２００の実施例は、標準運転の間、高増幅率（すなわち反応性の向上）および極低抽気の消費を提供し得る。しかしながら、いくつかの利用において、このような高増幅率または高反応性は、制御において、不安定な状態に導き得る機械的振動への感受性を生成し得る。この不安定な状態の原因は、概して、空気圧コントローラデバイスの信号段による、コントローラ連関上のフィードバック力の急速な利用である。図４の空気圧制御デバイス４０１の実施例は、このような感受性を１）信号段継電器への圧力を独立して制御する、および２）信号段継電器のフィードバック面積を減少させる、ことにより実質的に減少させ得る。

図４は、安定圧力調整器５００および５１０を含む信号段Ｅおよび増幅段Ｆを有する二段空気圧制御デバイス４０１の実施例の切欠図である。安定圧力調整器５００および５１０は独立して、供給空気を信号供給圧力注入口４８５および増幅供給圧力注入口４１１を通じて、信号段継電器４１０および増幅段継電器４２０へ提供する。当該の安定圧力調整器５００および５１０は、信号段Ｅおよび増幅段Ｆ内に統合され得るか、または、当該の調整器は、信号および増幅段ＥとＦの外部にあり得るということが理解されるであろう。代替として、安定圧力調整器５００は、安定圧力調整器５１０の下流に位置され得るということが理解されるであろう。装置の実施例の信号段継電器４１０および増幅段継電器４２０は、安定圧力調整器５００および５１０が、装置の安定性を強化するため、また、全体の空気圧制御デバイスの性能を向上するため、独立して、圧力供給を各段、信号段Ｅおよび増幅段Ｆに提供することを除いて、概して上記に説明され、図３に描かれる二段空気圧制御デバイス２００の実施例として、機能する。例えば、信号段圧力調整器５００は、８ｐｓｉｇに設定され得るのに対して、増幅段圧力調整器５１０は、３５ｐｓｉｇに設定され得る。概して、信号段Ｅは、増幅段Ｆより低い圧力に設定される。すなわち、信号段圧力は、増幅段Ｆを動作するため、最小の動作点に設定され得る。より低い信号段圧力は、空気圧制御デバイスの安定性と性能を次の方法で向上する。１）より低い信号段供給圧力が、信号段継電器４１０により生じ得るフィードバック力を直接的に減少させる（例えば力＝圧力×面積）、および、２）より低い圧力が、信号段継電器４１０により消費されるガスを直接的に減少させる。

加えて、図５は、空気圧制御デバイスの性能をさらに向上する信号段６１０を図示する。すなわち、図４の空気圧制御デバイスの実施例のより低い信号段圧力と組み合わせて、当信号段６１０の実施例は、センサー上のフィードバック力をさらに減少させるため、減少されたフィードバック面積を有する。信号段継電器６１０の実施例は、フィードバック通路６１４に関して小さめの内径を有する継電器体６１２および／または上記に説明され図３に描かれる空気圧制御デバイス２００の実施例の継電器体３１２を含む。相当するフィードバック通路６１４はまた、シールまたはＯリング６２６での密閉係合を提供するための直径を減少される。上記に説明されるように、フィードバック通路６１４での流体圧力は、制御デバイスから比例出力を提供するため、連関上で負のフィードバック力を印加するために、内面６１７およびシールまたはＯリング６２６に作用する。結果として、減少されたフィードバック面積は、減少されたフィードバック力を、空気圧制御デバイスに連結されるセンサーに提供する。

低圧力信号段と減少されたフィードバック面積の信号段の組み合わせは、高増幅率をともなってフィードバックセンサーの装置安定性を向上し得る。所定の方法で、フィードバック面積を制御することと、増幅段圧力から独立した信号段圧力を構成することで、空気圧制御デバイスは、幅広い置換式レベルコントローラが安定するように適合され得る。

要約すると、本明細書で開示される装置の実施例は、供給ポートが開く前に継電器の排気ポートを確実に閉じる二段空気圧継電器を形成する制御デバイスの遷移抽気を実質的に排除することを理解されたい。加えて、信号段継電器のシールまたはＯリングは、全体のシステム性能を向上する増加した増幅率を提供すると同時に、絞り方式または比例方式において、大きな負のフィードバック面積を信号段継電器上のレバー力に対抗するか補うために提供する。

本明細書でいくつかの装置の実施例が説明されてきたが、この特許権の対象範囲はそれらに限定されない。反対に、この特許権は文字通りまたは均等論のいずれかで、添付の特許請求の範囲内に適正に収まる、すべての方法、装置、および製造物の発明に及ぶ。

Claims (13)

1. 内面を有するフィードバック通路と、このフィードバック通路内に保持されている第１の弁座および排気座とを有するとともに、第２の弁座と、第１の端部および第２の端部を含み、第１の端部で第１の弁座と、第２の端部で第２の弁座とそれぞれ動作可能に係合するように構成された供給プラグとを有する継電器体を含む信号段継電器を備える、信号段と、
   前記排気座に配置されたシールが流圧フィードバック力を前記排気座へ加えるためのフィードバック面積を提供するように、前記フィードバック通路の内面に対して係合し、密閉するシールと、
   を備える、流量制御装置。
2. 前記シールは、Ｏリングを含む、請求項１に記載の流量制御装置。
3. 信号段継電器筐体をさらに備え、前記信号段継電器筐体および前記シールが、所定の連関力で動作するように適合される所定のフィードバック面積を提供する信号段モジュールを画定するようにする、請求項１または２に記載の流量制御装置。
4. 前記信号段が絞りモードを提供する、請求項１から３のいずれか１項に記載の流量制御装置。
5. 絞りモードにおけるある点で、前記供給プラグの第１の端部は、前記第１の弁座と接触し、前記供給プラグの第２の端部は、前記第２の弁座と接触する、請求項１から４のいずれか１項に記載の流量制御装置。
6. 前記流圧フィードバック力は、信号段出力圧力と比例する、請求項１から５のいずれか１項に記載の流量制御装置。
7. バネが、前記シールにより生じる摩擦力を克服するために前記供給プラグと動作可能に連結される、請求項１から６のいずれか１項に記載の流量制御装置。
8. 前記排気座は、入力連関と接触するための入力ポストを含み、前記バネのバイアス力が、入力連関と入力ポストとの間の接触を維持するようにする、請求項７に記載の流量制御装置。
9. 比例出力を有する信号段であって、当該信号段を制御デバイスに連結するように適合された信号段入力ポストを備える信号段と、
   信号通路を通して前記信号段と動作可能に接続される増幅段継電器を備える増幅段であって、前記増幅段は、前記信号段入力ポストで、入力信号に関する前記増幅段の比例作動出力またはスナップ作動出力と直接作動出力または反対作動出力とのいずれかを提供するために、前記弁座および前記排気座にわたる前記座荷重の推移が、前記第１の弁座から前記供給プラグの前記第１の端部へ、または前記第２の弁座から前記供給プラグの前記第２の端部へのいずれかの所定の係合を提供するように、増幅された流体供給出力を提供するため、継電器部材を移動するように適合される流体供給応答部材を有する、増幅段と、
   を備える、二段流量制御装置を形成する、請求項１から８のいずれか１項に記載の流量制御装置。
10. 前記信号通路での流圧は、前記増幅段の前記比例出力を提供するように、負のフィードバック力を印加するために、前記シールの内面に作用する、請求項９に記載の流量制御装置。
11. 前記シールの前記内面により画定される前記信号通路および有効シール面積内の圧力の結果に等しい力が、信号段入力ポスト上で入力される力に反して印加される、請求項１０に記載の流量制御装置。
12. 第１の安定圧力調整器は、前記信号段へ流体供給を提供し、第２の安定圧力調整器は前記増幅段へ流体供給を提供する、請求項９に記載の流量制御装置。
13. 前記信号段は、供給ポートを含む信号段継電器を備え、
    前記増幅段継電器は、前記信号段の前記供給プラグにわたる前記座荷重における推移が、前記信号段における遷移抽気を実質的に排除するために、前記信号段の前記第１の弁座を開く前に、前記信号段の前記排気座を閉じる請求項９に記載の流量制御装置。

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