JPH01106121A - 自動圧力調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、食品や薬品等の製造設備を制御対象にしてそ
の圧力を設定値に対して自動的に調整、制御する自動圧
力調節装置に関する。

〔従来技術〕

一般に食品工場、薬品工場或いは化学工場に置いては、
温度、圧力、ＰＨ値等の様々な単位操作を行っているが
、例えば、圧力を自動的に調節しなければならないとき
、予め設定した値である目標値と実際の計測値とのずれ
を自動的に修正し、圧力を一定の圧力制御範囲内に維持
することが必要であり、このために、様々の自動圧力調
節装置または自動圧力制御装置が使用されている。

他方、自動圧力制御装置を含めて自動制御装置を構成す
る検出器、制御器、操作器等には種々の作動方式のもの
があり、特に後者の操作器では、電気“式、空気式、或
いは電気−空気式等の種々の作動方式を備えたものが使
用され、オンオフ制御、比例制御（Ｐ制御）、比例積分
制御（ＰＩ制御）更には比例積分微分制御（ＰＩＤ制御
）が行われる。

〔解決すべき問題点〕

然しなから、上述において、制御系の動作を考察すると
、オンオフ制御はゲイン定数が無限大であるので、該制
御系は安定限界を越えて発信状態に入る可能性があり、
所謂「動作すきま」を与えても、成る程度の誤差を伴う
のは止むを得ない。

また、Ｐ制御やＰＩＤ制御は目標値と計測値との偏差を
修正する能力が高く、狭い範囲に制御できるが、このよ
うな制御機能を有した自動制御装置の場合には精密にで
きているために、−船釣に、振動や高温、高湿気等の悪
条件に弱く、故障し易く叉高価である等の欠点を有する
。依って、本発明は、制御対象の圧力制御を行う自動圧
力調節装置において、上述の欠点を解消することを目的
としたものである。また、本発明は、比較的少ない構成
部品を用いて、制御対象の圧力制御をＰ制御方式でもＰ
ＩＤ制御方式でも作動させ得る自動圧力調節装置を提供
せんとしたものである。

〔解決手段〕

本発明によれば、上述の発明目的に鑑みて、制御対象の
圧力を自動調節する自動圧力調節装置において、制御対
象に対して圧力設定値に基づく圧力供給を行う圧力供給
路内に配設されて操作部を形成するダイヤフラム弁と、
前記ダイヤフラム弁の開閉作動用圧力を出力する電気−
空気変換器と、前記電気−空気変換器を電気的に制御す
る制御器を形成する調節手段と、前記制御対象の圧力変
動を検出して検出信号を前記調節手段に出力する圧力検
出器とを具備して構成され、かつ前記ダイヤフラム弁は
、前記制御対象の圧力制御対象の上限値に対応する弁開
度が０％、下限値に対応する弁開度が１００％であるよ
うに形成されていることを特徴とした自動圧力調節装置
が提供され、―作部を形成するダイヤフラム弁の単純な
構造にも拘わらず、圧力制御をＰ動作やＰＩＤ動作で遂
行でき、しかも安価に構成し得るのである。以下、本発
明を添付図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明の１実施例による自動圧力調節装置の
基本的構成を示すブロック図である。

同第１図を参照すると、圧力制御対象ｌＯの圧力を検出
して該圧力制御対象１０内の圧力を目標とした設定値に
対し、一定の制御範囲値以内に自−動調節する本実施例
の自動圧力調節装置は、圧力制御対象１０の圧力状態を
検出する圧力検出器２０、この圧力検出器２０に接続し
た指示調節器３０、この指示調節器３０に接続した電気
−空気変換器４０、操作部５０とを具備して構成され、
上記圧力検出器２０は、周知のピエゾ素子から成ること
により、圧力変化を電気抵抗値の変化として検出する半
導体ひずみ計２２と、この半導体ひずみ計２２の検出信
号である電気抵抗の変化に対応した電圧の変化を生起す
るブリッジ回路２４とを備えて構成されている。また、
上記指示調節装置３０は、圧力検出器２０の上記ブリッ
ジ回路２４から送出された゛電圧変化の微弱な信号を増
幅する増幅回路３２と、増幅された電圧値により励起さ
れるＬＥＤドライバー回路３４と、このＬＥＤドライバ
ー回路３４により駆動されて前記の検出した圧力値の変
化を点灯してディジタル表示するＬＥＤ表示部３６とを
具備して構成されている。

更に、上記電気−空気変換器４０は、指示調節装置３０
の上記ＬＥＤドライバー回路３４により駆動されるトル
クモータ４２とこのトルクモータ４２により作動される
フラッパを有したノズルフラッパ機構４４とを具備して
成り、操作部５０を形成するダイヤフラム弁５２を開閉
制御するための２次圧を出力する。この場合に、電気−
空気変換器４０からは、前記圧力検出器２０で検出され
る制御対象１０の圧力が変化すると、それに対応して変
化する圧力値を有した２次圧力を出力するのである。そ
して、本実施例では電気−空気変換器４０の２次圧出力
はノズルフラッパ機構４４における背圧力として取り出
されるから、実際には例えば、０．２　Ｋｇ／ｃｍ２〜
Ｉ　Ｋｇ／ｃｍ２の２次圧力と言った一定範囲で変化す
る空気圧出力を出力端に生じるものである。そして、２
次圧出力が例えば、上述のように０．２　Ｋｇ／ｃｍ”
〜Ｉ　Ｋｇ／ｃｍ２の範囲で変化すると、操作部５０の
ダイヤフラム弁５２は弁開度を全閉状態と全開状態との
間で開閉作動されるのである。

さて、本発明は、制御対象１０の圧力を制御すべき範囲
が、例えば、２　Ｋｇ／ｃｍ”　　（下限値）〜３Ｋｇ
／ｃｍ”　（上限値）であり、設定値がその中間値であ
る２、５　Ｋｇ／ｃｍ２としたと、制御対象１０の圧力
状態の変化は、圧力検出器２０で常時、監視・検出され
、この検出信号に対応して、指示調節装置３０を介して
電気−空気変換器４０から上述した２次圧が出力される
ことにより、制御対象ｌＯの圧力が上記設定値に安定す
るように操作部５０のダイヤフラム弁５２の開度が調節
されるが、そのとき、本発明では、上記圧力制御範囲の
上限値に対応して操作部５０のダイヤフラム弁５２の開
度は０％を呈し、下限値に対応して同ダイヤフラム弁５
２の開度は１００％を呈するように構成されでいるので
ある。これを数値的により具体化した例として説明する
と、制御対象１０の圧力状態が’ｌ　Ｋｇ／ｃｍ”のと
きには、圧力検出器２０のブリッジ回路２４からは電圧
信号として例えば、１２　ｍＶが出力され、これが指示
調節装置３０に印加され　　　　−ると増幅回路３２に
より４ｖに増幅され、ＬＥＤドライバー回路３４、トル
クモータ４２を介して電気−空気変換器４０は、これを
０．２　Ｋｇ／ｃｍ”の２次圧に変換する。従って、こ
の２次圧により、操作部５０のダイヤフラム弁５２は全
開となるのである。そして、制御対象１０の圧力状態が
３　Ｋｇ／ｃｍ”になるまでダイヤフラム弁５２の弁開
度は比例的に開度を低減させ、制御対象１０の圧力状態
が３Ｋｇ／ｃｍ”に達したときは、圧力検出器２０のブ
リッジ回路２４からは電圧信号として例えば、１８ｍＶ
が出力され、どれが指示調節装置３０に印加されると増
幅回路３２により６ｖに増幅される。この６シの電圧信
号を受けて、電気−空気変換器４０は、これをｌ　Ｋｇ
／ｃｍ２の空気圧に変換してダイヤフラム弁５２を全閉
としたものである。こうして、制御対象１０の圧力状態
は、結局、２　Ｋｇ／ｃｍ２〜３　Ｋ’ｇ／ｃｍ”の圧
力範囲に調節、制御されるが、その際は上記設定圧力２
．５　　にｇ／ｃｍｔを中央値として±０．５　　Ｋｇ
／ｃｍ”でＰ制御が成されるのである。

上述の数値的説明は、単に１例であり、制御対象１０の
圧力状態が、例えば、設定値を１．５　Ｋｇ／ｃｍ”と
してＩ　ＫＡ／ＣＩｌ＋”　〜２　Ｋｇ／ｃｍ２の範囲
で制御されるべきものとしたと、圧力検出器２０は、こ
の範囲の圧力変化を６〜１２ｍＶの電圧信号として出力
し、故に指示調節装置３０は、これらを２ｖ〜４ｖに増
幅し、更に電気−空気変換器４０がこれを受けて下限値
の２ｖのときには、０．２　Ｋｇ／ｃｍ”の２次圧を出
力して操作部５０のダイヤフラム弁５２を全開とし、上
限値の４ｖのときに、Ｉ　Ｋｇ／ｃｎ＋”に変換してダ
イヤフラム弁５２を全閉としたものである。

以上の説明より理解できるように、本発明は、圧力検出
器２０の圧力検出によって、指示調節装置３０から伝達
された電気信号を電気−空気変換器４０で２次圧として
用いられる空気圧信号に変換する際に、制御対象１０が
目標とした設定値に関する圧力制御範囲の下限値を０．
２　Ｋｇ／ｃｍ”の空気圧に変換して、操作部５０のダ
イヤフラム弁５２の弁開度を１００％となし、′圧力制
御範囲の上限値を１．０　Ｋｇ／ｃｍ”の空気圧に変換
して弁開度を０％となして、目標の中央設定値に制御す
る点を要旨としたものである。

ここで、電気−空気変換器４０のは既述のようにトルク
モータ４２とノズルフラッパ機構４４とから構成されて
いるが、この両者によれば、ノズルフラッパ機構４・４
のフラッパ部をノズル部に対してトルクモータ４２で変
位させることにより、該変位に対して比例的に変化する
ノズル部の背圧出力を２次圧として取り出すことができ
るものであり、これにより操作部５０の制御動作をＰ動
作とし得るものであるが、更に、上記ノズルフラッパ機
構と結合してダイヤフラム機構とベクトルメカニズムと
を付加すれば、ＰＩＤ動作を実現することも可能である
。依って、第２図に基づき、ダイヤフラム１１１４　ｔ
ｉとベクトルメカニズムをも含んだ電気−空気変換器の
機構的な構成に就いて、以下に説明する。

さて、第２図において、電気−空気変換器４０は、指示
調節装置３０のＬＥＤドライバー回路３４に結合したト
ルクモータ４２と、このトルクモータ４２に接続したノ
ズルフラッパ機構４４と、このノズルフラッパ機構４４
に接続したダイヤフラム機構４６と、ベクトルメカニズ
ム４８と、受圧ベローズ６２とを具備して構成されてい
る。トルクモータ４２は、板ばね４１で支持され、コイ
ルばね４３により中立位置に保持されたアーマチュア４
５とソレノイド４７とを備え、ＬＥＤドライバー回路３
４から適宜の電圧−電流変換器を介して端子４９に印加
される電流信号に応じてアーマチュア４５の外部への突
出端の先端が変位するように成っている。そして、この
アーマチュア４５の変位により、ノズルフラッパ機構４
４における後述のフラッパが変位するように接続されて
いる。さて、空気圧源からダイヤフラム機構４６の入力
ポートロ４に導入された圧力空気は、ダイヤフラム機構
４６内の固定絞り６６を経てノズルフラッパ機構４４の
ノズル６８から外部に噴出している。このノズル６８と
対向してフラッパ７０が配設されており、このフラッパ
７０の変位に応じてノズル背圧が変化するものである。

そして、このノズル背圧がダイヤフラム機構４６のダイ
ヤフラム７２に作用し、弁棒７４を左右に変位させ、出
力ポードア６の空気圧が調節されるようになっている。

しかも、ノズルフラッパ機構４４のフラッパ７０は、板
ばね７８により揺動可能に支持されたフラッパレバー８
０の下端に設けられ、同フラッパレバー８０の上端は、
前述したトルクモータ４２のアーマチュア４５の下端に
係合した構造にあり、故にアーマチュア４５の変位に従
って、フラッパ７０が変位し、ノズル６８との隙間に変
化を来してノズル背圧を増減変化させるものである。零
調ツマミ８２によってばね圧調節可能な零調ばね８４が
フラッパレバー８０に結合されており、故にノズル背圧
の零点調節も可能になっている。また、フラッパレバー
８０の下端にはダイヤフラム７２に連動する補償ばね８
６が張設されており、圧力空気源からの圧力空気の圧力
変動を補償できるようになっているが、この補償ばね８
６がノズルフラッパ機構４４のフラッパ７０に積分動作
を付与する。また、ダイヤフラム機構４６の出力ポード
ア６に取り出される空気圧は管路８８を経て受圧ベロー
ズ６２に導入され、レバー９０の変位を介してノズル。

フラッパ機構４４にフィードバックされている。このと
き、スパン調整つまみ９２を備えたベクトルメカニズム
４８は、受圧ベローズ６２のレバー９０に連結されてお
り、ノズルフラッパ機構４４の応答性を調節し得るよう
になっていて、受圧ベローズ６２のレバー９０を介して
ノズルフラッパ機構４４のフラッパレバー８０に付与さ
れる微分動作を調節する構成となっているのである。こ
うして、第２図に示した電気−空気変換器はＰＩＤ調節
要素として機能するものであり、ダイヤフラム４６とベ
クトルメカニズム４８、受圧ベローズ６２を取り外せば
、既述した第１図のＰ調節要素として機能することにな
るのである。

〔発明の効果〕

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明に
よれば、既存の制御系要素を利用し、構造が簡単でコン
パクト性に富み、かつ、徒に精密な要素を使用していな
いから、故障も少なく、しかも制御！動作として比例積
分微分動作をも達成し得る安価な自動圧力調節装置がえ
得られるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る自動圧力調節装置の基
本的構成を示したブロック図、第２図は同自動圧力調節
装置に用いられる電気−空気変換器の実施例の機械的構
成を示した断面機構図である。 １０・・・制御対象、　　　２０・・・圧力検出器、３
０・・・指示調節装置、 ４０・・・電気−空気変換器、 ５０・・・操作部、 ５２・・・ダイヤフラム調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御対象の圧力を自動調節する自動圧力調節装置に
   おいて、制御対象に対して圧力設定値に基づく圧力供給
   を行う圧力供給路内に配設されて操作部を形成するダイ
   ヤフラム弁と、前記ダイヤフラム弁の開閉作動用圧力を
   出力する電気−空気変換器と、前記電気−空気変換器を
   電気的に制御する制御器を形成する調節手段と、前記制
   御対象の圧力変動を検出して検出信号を前記調節手段に
   出力する圧力検出器とを具備して構成され、かつ前記ダ
   イヤフラム弁は、前記制御対象の圧力制御範囲の上限値
   に対応する弁開度が０％、下限値に対応する弁開度が１
   ００％であるように形成されていることを特徴とした自
   動圧力調節装置。 ２、前記ダイヤフラム弁の弁開度は、０％から１００％
   まで比例的に開度変化が可能に形成されると共に前記電
   気−空気変換器は、前記圧力制御範囲の上限値と下限値
   間の値に比例変動する開閉作動用圧力を出力可能に形成
   されていることを特徴とした特許請求の範囲１、に記載
   の自動圧力調節装置。 ３、前記調節手段は、表示機能を有した指示調節器であ
   ることを特徴とした特許請求の範囲１、に記載の自動圧
   力調節装置。