JPH03186605A - 電流／圧力変換装置 - 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、２本の伝送線を介して伝送された電流を用い
て対応する空気圧信号などに変換する電流／圧力変換装
置に係り、特にこの電流／圧力変換装置に用いられるア
クチュエータの駆動力を強くするように改良した電流／
圧力変換装置に関する。

〈従来の技術〉 第３図は特願平１−１０８７４号「電気／圧力変換機構
」で開示されている電気／圧力変換装置として電空ポジ
ショナを例にとったときの構成を示すブロック図である
。

１０．１１は調節計などからの例えば４〜２０ｍＡなど
のｔ流出力ＩＬを入力電流ＩＬとして受ける入力端子で
ある。２３は入力処理回路であり。

この中には入力端子１０．１１に直列に定電流回路２３
１、ツェナダイオード２３２、入力抵抗２３３があり、
これ等はこの順序で直列に接続されている。ツェナダイ
オード２３２と入力抵抗２３３との接続点は変換回路の
共通電位点ＣＯＭに接続され、この共通電位点ＣＯＭと
ツェナダイオド２３２との間には変換回路で使用される
電源電圧Ｅｂを得る。

定電流回路２３１は４〜２０ｍＡの入力電流Ｉしのうち
、例えは固定電流である４ｍＡからトランジスタ２４に
流れる基準の分流電流１ｃｓ（例えば、０．１ｍＡ）を
差し引いた差電流を定を流１０　（例えば、３．９ｍＡ
）に制限する。

共通電位点ＣＯＭと入力端子１０との間には入力型ｍＩ
［を分流する分流手段としてＩｌｌｔｒｇするトランジ
スタ２４のエミッタとコレクタとが接続され、そのベー
スには差電圧Ｖｃが印加されてこれにより分流電流ＩＣ
５が制御される。この差電圧ｖｃは入力抵抗Ｒ９の両端
に発生する電圧信号ＶＬと帰還信号ｖｆとの差を差動増
幅器１３で増幅しその出力ｖｏとパイロットリレー１４
のステム変位に関連した帰還信号Ｖｐとの差電圧として
得られる。

アクチュエータ２５は入力端子１０と共通電位点ＣＯＭ
との間に接続され、入力を流Ｉしのうちの信号電流Ｉｓ
である０〜１６ｍＡの電流が流されこれによりフラッパ
２５１を変位させる。フラッパ２５１に対向してノズル
１７が配置されており、ノズル１７のノズル背圧Ｐｂは
駆＃Ｊ電圧Ｖｂに対応して変化しこれがパイロットリレ
ー１４に入力される。

パイロットリレー１４はノズル背圧Ｐｂを増幅して空気
圧出力Ｐ。に変換すると共にステム１４１を変位させる
。この変位は、変位／電気信号変換器１９で帰還信号Ｖ
ｐに変換され差動増幅器１３の出力■。どの差かとられ
る。

バルブ２０は空気圧出力Ｐ０をバルブステム２０１の変
位に変え、この変位は変位／電気信号変換器２１で帰還
信号Ｖｆに変換される。この変位／電気信号変換器２１
は振動式力センサを用いて構成され、一方の端部か固定
された片持梁２１１のエツチングされた振動部２１２に
一対の圧電素子２１３，２１４を配置させ、増幅器２１
５と２個の圧電素子が閉ループを構成するようにして振
動部２１２の固有周波数の自己発振をさせている。

片持梁２１１の他端にはへネ２１６を介してバルブステ
ム２０１の変位を力に変換して入力することにより、バ
ルブステム２０１の変位に関連した周波数の振動出力を
得ることができる。増幅器２１５の出力は周波数／電圧
変換回路２１７で帰還電圧Ｖｆに交換される。

なお、変位／電気信号変換器１９は２１と同一の構成で
もよいか、安定性を向上させるものであるから変位／電
気信号変換器２１に比べて精度の低いものでも実現でき
る。

次に、以上のように構成された第３図に示す電流／圧力
変換装置の動作について説明する。

入力電流ＩＬとして、４〜２０ｍＡが例えば調節計など
から流入される。このうち４　ｍ　Ａは固定電流ＩＯ，
Ｏ〜１６ｍＡは信号電流■Ｓとして流入されるが、この
固定電流■。は定電流回路２３１に流れる定電流ＩＯと
基準＠分流電流ＩＣ５との和の電流に等しい、その他の
電流である信号電流ｉｓはアクチュエータ２５に直接流
される。

したがって、アクチュエータ２５は信号電流ＩＳに対応
してそのフラッパ２５１が変位し、これに伴ないノズル
１７のノズル背圧Ｐｂが変化し、これがパイロットリレ
ー１４に入力される。

パイロットリレー１４はノズル背圧Ｐｂを増幅して空気
圧出力Ｐ０に変換すると共にステム１４１を変位させる
。この変位は、変位／電気信号変換器１９で帰還信号Ｖ
、に変換され差動増幅器１３の出力Ｖｏとの差がとられ
る。この帰還動作は変換回路の安定化を図るためのもの
であり、必ず、も必要なものではない。

バルブ２０は空気圧出力Ｐ０をバルブステム２０１の変
位に変え、この変位は変位／電気信号変換器２１で帰還
信号■ｆに変換される。

差動増幅器１３は信号を流ＩＳを入力抵抗２３３で変換
した電圧信号Ｖ、とバルブステム２０１の変位に対応し
た帰還信号ｖｆどの差を演算し、これ等の間に偏差があ
るとこの偏差に関連した差電圧Ｖｃによりトランジスタ
２４のベース電圧を変更してトランジスタ２４に分流す
る分流を流ＩＣを制御してアクチュエータ２５に流れる
電流を補正する。

従って、変換回路に温度変動などがあり、これによりバ
ルブステム２０１の変位が変更されても信号電流Ｉｓに
正確に対応するバルブの開度が得られる。

次に、第３図におけるアクチュエータ２５の具体的な構
成の１例を第４図に示しこれについて説明する。第４図
（イ）はアクチュエータの平面図、第４図（ロ）はその
断面図である。

フラッパ２５１は説明の便宜上、第３図に示すものと異
なる構成のように記載しであるが、実際には第４図に示
すようにバネ材料を用いて周辺かリング状でその中央部
に十字状の可動片をもつフラッパ２５１として形成され
、中央の交差部Ｐにノズル１７が配置される。フラッパ
２５１の底部中央には、例えばアルミ製のボビン２５２
が固定され、その側面には駆動コイル２５３が所定回数
だけ巻かれて固定されている。

また、底部２５４を有し上部にはその中央部が開Ｕされ
た円筒状の磁極面２５５を持つ外形が円筒状の磁性体の
継鉄２５６が配置され、更にその底部２５４の中央から
磁極面２５５に所定の間隔で対向するように円柱状の永
久磁石２５７が配置されている。そして、永久磁石２５
７と磁極面２５５とで形成された間隙に駆動コイル２５
３が磁極面２５５に沿って自由に移動できるように挿入
されている。

以上の構成により、駆動コイル２５３に信号電流Ｉｓが
流されると、磁極面２５５と永久磁石２５７とで形成さ
れる間隙に発生している磁場との相互作用により、ボビ
ン２５２か信号電流ｒｓに対応して移動しフラッパ２５
１を変位させる。

このような構成によれば、信号電流を直接に駆動コイル
に流すので人力される最大の電流でアクチュエータを駆
動することかできる。

また、第３図に示す電流／圧力変換装置ではポジショナ
をベースとして説明したが、空気圧出力Ｐ０をバネ２１
６の代りに例えばベローズなどをもちいて片持梁２１１
に帰還すると共にこの空気圧出力Ｐ０を信号電流■ｓに
対応する出力とする電空変換器として構成することもで
きる。

く本発明か解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のような電流／′圧力変換装置はア
クチュエータ２５の内部インピーダンスが大きいときに
はよいがこの内部インピーダンスが小さいときにはこの
両端の電圧が定電圧回＠２３１とツェナーダイオード２
３２とで構成される直列回路の両端の電圧よりも低くな
るので、定電圧回路２３１が正常に機能しなくなるおそ
れがある上にゼロ点（４ｍＡ＞の可変範囲が小さし］と
も）う問題かある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するための主な構成として
、入力電流が流入する一対の入力端子と、駆動コイルと
補助コイルとを有しフラッパを変位させるアクチュエー
タと、回路電圧を発生させる定電圧素子と補助コイルと
に入力電流のうちの一部を所定の定電流として流す定電
流素子と、補助コイルに並列に接続される可変インピー
ダンス素子と、前記定電圧素子と入力端子との間に接続
された入力抵抗に発生した入力信号と帰還信号との偏差
を演算して偏差信号を出力する演算手段と、駆動コイル
に並列に接続され偏差信号に関連して自己の内部インピ
ーダンスを変更する分流手段と、分流手段と駆動コイル
とが並列に接続された並列回路と他の入力端子との間に
接続され回路の電源に関連する電圧を用いて内部抵抗が
変更される可変インピーダンス素子と、フラッパに対向
して配置され絞りを介して給気圧が供給されたノズルと
、ノズルのノズル背圧に対応した空気圧信号を出力する
空気圧交換手段とを具備し、この空気圧信号に関連した
信号を帰還信号として出力するようにしたものである。

〈作　用〉 入力電流の一部が定を沃素子を介して補助コイルと定電
圧素子に流されてこの定電圧素子で回路電圧か作られる
。

また、この補助コイルに並列に接続されたインピーダン
ス素子の内部抵抗を変更して空気圧信号のゼロ点が調整
される。

さらに、駆動コイル及び分流手段の並列回路と入力端子
との間には可変インピーダンス素子が直列に接続されこ
の直列回路には定電流素子から流される所定の電流の残
りの信号電流が流される。

駆動コイルに流れる電流は分流手段で分流されるｔｉの
残りの電流が流されこれによりアクチュエタが駆動され
る。

この可変インピーダンス素子は駆動コイルのインピーダ
ンスの大小に対応して適宜にその内部抵抗を変更してこ
れ等の値が所定の値以下に低下するのを防止して定電流
素子か動作不能になるのを防止する。

次に、アクチュエータの駆動によりフラッパに対向して
配置され絞りを介して給気圧が供給されたノズルのノズ
ル背圧に対応した空気圧信号を空気圧変換手段により出
力する。

演算手段はこの空気圧信号に関連した信号を帰還信号と
して受信し入力信号との偏差を演算して分流手段に出力
し、この偏差がなくなるようにして入力信号に対応した
空気圧信号とする。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図である
。なお、第３図、第４図に示す従来のｔ流／圧力交換装
置と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適
宜にその説明を省略する。

入力端子１０と１１との間には定電流素子２３１、アク
チュエータ２６の補助コイル２６１、定電圧素子として
機能するツェナダイオード２３２及び入力抵抗２３３か
直列に接続されている。そしてツェナダイオード２３２
と入力抵抗２３３の接続点は共通電位点ＣＯＭに接続さ
れている。

また、補助コイル２６１の両端には可変インピダンスと
して機能する電界効果トランジスタ２７のソースとドレ
インが接続され、このゲートにはツェナダイオード２３
２と共通電位点ＣＯＭとの間に得られる回路電圧Ｅｂを
ポテンショメータ２８で分圧した分圧電圧ＥＧが印加さ
れている。

この分圧電圧ＥＱを変更することにより補助コイル２６
１に流れる分流を流を調節してゼロ点を調節する。

入力端子１０と共通電位点ＣＯＭとの間にはインピーダ
ンス素子として機能するトランジスタ２９のコレクタ／
エミッタ、アクチュエータ２６の駆動コイル２６２がそ
れぞれ直列に接続されている。トランジスタ２９のベー
スには回路電圧Ｅｂをポテンショメータ３０で分圧した
分圧電圧ＥＴが印加されている。

駆動コイル２６２の両端には分流手段として機能するト
ランジスタ３１が並列に接続されており、このトランジ
スタ３１のベースにはスパン調整回路３２を介して差電
圧Ｖｃが印加されている。このベースにはスパン調１１
回路３２で電源電圧旦」−から作られた所定のバイアス
電圧Ｅｓが印加され、これと差電圧ＶＣとが加算されて
印加される。

このバイアス電圧Ｅｓによりトランジスタ３１の内部抵
抗を変更して駆動コイル２６２に流れる電流を決定しこ
れによりスパンを決定する。

アクチュエータ２６の駆動コイル２６２は入力電流に対
応して補助コイル２６１は所定の一定電流でフラッパ２
６１を変位させる。

第２図はアクチュエータの具体的な構成を示す縦断面図
である。

第４図に示すアクチュエータのボビン２５２に巻かれた
駆動コイル２６２の下にさらに補助コイル２６１を巻き
、これ等に流れる電流によりフラッパ２６１が変位され
、ノズル１７どの間隙ｄ。

を変更してノズル背圧ｐｂを変更するようにしたもので
ある。

以上のｍ或により、入力端子１０．１１の間には入力電
流Ｉしく＝４〜２０ｍＡ）か流され、このうち固定電流
Ｉ　ｃ　ｏ　　（＝　４　ｍ　Ａ　）は定電流素子２３
１に流され、残りの信号電流ｌ５ｏ（＝Ｏ〜１６ｍＡ）
はトランジスタ２９に流される。なお、ＩＣＯを３ｍ、
Ａに選定すれば、Ｉ’ＥＯは１〜１７ｍＡとなる。

したがって、アクチュエータ２６に全体として最大２０
ｍＡが流され入力電流■［の全てを有効に利用すること
ができる。

さらに、ポテンショメータ２８でゼロ点の調節をするが
、この場合に最大Ｏ〜４ｍＡの範囲を利用することがで
きるので、ゼロ点の調節に大きな余裕を持たせることが
できる。

また、アクチュエータ２６の駆動コイル２６２のインピ
ーダンスか小さい場合には、ポテンショメータ３０を調
節することによりトランジスタ２９の内部インビータン
スを大きくしてアクチュエタ２６を★む共通電位点ＣＯ
Ｍと入力端子１０との間の電圧を、定電流素子２３１を
含む共通電位点ＣＯＭと入力端子１０との間の電圧より
も大きくして定電流素子２３１か動作不能になるのを防
止することかでさる。つまり、アクチュエータ２６の駆
動コイル２６２のインピーダンスによる制限を受けない
ようにすることができる。

その池の動作は、第３図に示す電流／圧力変換装置と同
様である。

なお、第１図に示す実施例においてバイアス電圧Ｅｓを
大幅に変更してトランジスタ３１がオンになるようにす
ればバーンアウトをさせることが可能となる。またトラ
ンジスタ２７の代わりに可変抵抗あるいは固定抵抗で置
換して電流分流をさせることも出来る。

また、第１図に示す実施例ではポジショナをベースとし
て説明したが、空気圧出力Ｐ０をバネ２１６の代りに例
えばベローズなどをもちいて片持梁２１１に帰還すると
共にこの空気圧出力Ｐｏを信号電流ＸＳに対めする出力
とする電空変換器として構成することもできる。

〈発明の効果〉 以下、実施例により具体的に説明したように本発明によ
れば、駆動コイルと補助コイルとを有するアクチュエー
タを用いその駆動コイルには信号ｔ　ａを、補助コイル
には固定電流を流しこの固定だ流を分流することにより
セロ点を調節するようにしたので、入力＠流の全部を有
効に使用することができこのため強力な駆動力を維持し
ながら大幅にゼロ点の調節が可能となり、またアクチュ
エータに直列に可変インピーダンス素子を挿入してこの
直列回路の電圧を所定値以上に保持するようにしたので
、アクチュエータの駆動コイルジ）インピーダンスの大
小にかかわらず定電流素子が動作不能になることを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すプロ・７７図、
第２図は第１図に示すアクチュエータの構成を示す縦断
面図、第３図は従来の電流／圧力変換装置の構成を示す
ブロック図、第４図は第３図に示すアクチュエータの構
成を示す構成図である。 １０．１１・・・入力端子、１３・・・差動増幅器、１
４・・・パイロットリレー、２０・・・バルブ、２１・
・・変位／電気信号変換器、２３・・・人力処理回路、
２５．２６・・・アクチュエータ、２６１・・・補助コ
イル、２６２・・・駆動コイル、３２・・・スパン調整
回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力電流が流入する一対の入力端子と、駆動コイ
   ルと補助コイルとを有しフラッパを変位させるアクチュ
   エータと、回路電圧を発生させる定電圧素子と前記補助
   コイルとに前記入力電流のうちの一部を所定の定電流と
   して流す定電流素子と、前記補助コイルに並列に接続さ
   れるインピーダンス素子と、前記定電圧素子と入力端子
   との間に接続された入力抵抗に発生した入力信号と帰還
   信号との偏差を演算して偏差信号を出力する演算手段と
   、前記駆動コイルに並列に接続され前記偏差信号に関連
   して自己の内部インピーダンスを変更する分流手段と、
   前記分流手段と前記駆動コイルとが並列に接続された並
   列回路と田布入力端子との間に接続され前記回路の電源
   に関連する電圧を用いて内部抵抗が変更される可変イン
   ピーダンス素子と、前記フラッパに対向して配置され絞
   りを介して給気圧が供給されたノズルと、前記ノズルの
   ノズル背圧に対応した空気圧信号を出力する空気圧変換
   手段とを具備し、この空気圧信号に関連した信号を前記
   帰還信号として出力するようにしたことを特徴とする電
   流／圧力変換装置。
2. （２）前記空気圧信号によりバルブを駆動しその開度を
   変位／電気変換手段を介して前記帰還信号とする特許請
   求の範囲第１項記載の電流／圧力変換装置。