JPH0439401A - 電流／圧力変換機構 - 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、電流信号を圧力に変換する電流／圧力変換機
構に係り、特にこれに用い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／圧力変換機構に関する。

〈従来の技術〉 第１１図は実願昭６２−９１８１１号「電気／圧力変換
１ｍノに示された電気／圧力変換機構の構成を示すブロ
ック図である。この場合は、電空ポジショナを例に説明
する。

１０．１１は調節計などからの例えば４〜２０ｍＡなど
の電流出力Ｉｔを入力電流ＩＬとして受ける入力端子で
ある。１２は入力処理回路であり。

入力端子１０．１１間に直列に挿入された抵抗１２１で
入力電流ＩＬを電圧信号Ｖ、に変換し、またこの抵抗と
直列に接続されたツェナダイオード１２２で共通電位点
ＣＯＭに対する回路の電源電圧Ｂｂを作る。

１３は差動増幅器であり、電圧信号Ｖ、と帰還信号Ｖｆ
との差を増幅する。この差動増幅器１３の出力■。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Ｖ
、との差電圧■ｃはフラッパ１６３を変位させるアクチ
ュエータ１６を差動的に駆動する。

圧電アクチュエータ１６は圧電素子１６１，１６２、フ
ラッパ１６３、及び駆動回路１６４などを有し、圧電素
子１６２には一定の電圧Ｖａが印加され、圧電素子１６
１には差電圧ｖｃに関連した駆動電圧Ｖｂが駆動回路１
６４から印加され、この駆動；圧Ｖｂによりフラッパ１
６３を変位させる。フラッパ１６３に対向してノズル１
７が配置されており、ノズル１７のノズル背圧Ｐｂは駆
動電圧Ｖｂに対応して変化しこれがパイロットリレー１
４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Ｐｏ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１つで帰還信号Ｖ
ｐに変換され差動増幅器１３の出力Ｖ０との差がとられ
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■ｆ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、一方の端部が固定
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ｔＳ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の他端にはバネ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に変換される。

なお、変位／電気信号変換器１９は２１と同一の構成で
もよいが、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
し、場合によっては省略することもできる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この従来の構成の；気／圧力変換機楕は
以下に説明する問題がある。

２線の伝送線により信号電流（０〜１６ｍＡ）と固定電
流（４ｍＡ）の和の電流の伝送を受け、このうち固定電
流（４ｍＡ＞以下の電流により変換回路の電源を賄うこ
の様な圧電素子を用いる；気／圧力変換機構では、フラ
ッパを強く変位させるなめに駆動回路から圧電素子に大
きな駆動電流を流さなければならないので、変換回路の
他の部分で使用できる電流に制限が生じ変換回路に各種
のＩｌ能を盛り込む場合に制限が生じる。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の課題を解決するために、アクチュエ
ータと制御信号により内部インビータンスが変更される
可変インピーダンス素子とが直列に接続され入力電流の
一部がアクチュエータを駆動する駆動電流として流入す
る駆動回路と、入力電流の他の１部が流入し一定の基準
電圧を発生させる定電圧回路とこの電流に関連する電流
が流れその電流変化を検出する検出回路と基準電圧を基
準として電流変化を検出しこの変化を打ち消して検出回
路の両端の電源電圧を一定にする制御信号を出力する増
幅器のｔａｆ＠とが並列に接続された定電圧制御回路と
、アクチュエータにより変位されるフラッパとこれに対
向するノズルよりなり駆動電流に対応したノズル背圧を
出力するノズル／フラッパ機構と、入力電流が流れこれ
に対応する入力信号を出力する入力抵抗と、この入力信
号とノズル背圧に対応した空気圧に関連した帰還信号と
が入力されこれ等の偏差がゼロになるように駆動＠流を
補正する補正演算回路とを具備するようにしたものであ
る。

く作　用〉 駆動回路に流入する入力電流の一部がアクチュエータと
制御信号により内部インピーダンスが変更される可変イ
ンピーダンス素子とに流れる。

一方、入力電流の他の１部は定電圧回路と検出回路と増
幅器の電源端とが並列に接続された並列回路に流れ入力
電流の変化を検出してこの変化を打ち消す制御信号を可
変インピーダンス素子に出力して入力電流のうち駆動回
路に分流する電流を制御してこの並列回路の両端に発生
する電源電圧を一定にする。

また、この駆動電流によりアクチュエータが駆動されこ
れによりノズル／フラッパ機構のフラッパを変位させて
ノズル背圧を変更する。

そして、補正演算回路は、入力抵抗の両端に発生する入
力電流に比例した入力信号とノズル背圧に対応した空気
圧に関連した帰還信号とが入力されこれ等の偏差がゼロ
になるように駆動電流を補圧する。

〈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１０図に示す電気／圧力変換機構と同一の機
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。

第１図は入力電流に対応して変化する出力の空気圧によ
りバルブを駆動する電空ポジショナの例を示している。

入力端子１０と１１との間には、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２
とツェナダイオードなどの定電圧素子Ｄ２とで構成され
た定電圧回路２３、入力抵抗Ｒ３とがそれぞれ直列に接
続され、定電圧素子Ｄｚと入力抵抗Ｒ３との接続点は共
通電位点ＣＯＭに接続されている。

この定電圧回路２３に並列に、抵抗Ｒ４とＲ５が直列に
接続された検出回路２４、演算増幅器Ｑ１の電源端がそ
れぞれ接続されている。これらの定電圧回路２３、検出
回路２４、および演算増幅器Ｑ１により定電圧制御回路
ＣＶＣ１を構成している。

演算増幅器Ｑ１の反転入力＠（−）には定電圧素子Ｄｚ
に発生した基＊を圧Ｖｓが印加され、非反転入力端（＋
）には抵抗Ｒ４とＲ５の接続点の検出電圧Ｖｄが印加さ
れ、その出力端に制ｍｓ圧ＶＣを出力している。

また、検出回路２４の両端には一定の電源電圧Ｅｚが発
生し、この電源電圧Ｅｚは演算増幅器Ｑ１の電源端に印
加されている。

入力端子１０と共通電位点ＣＯＭとの間には可変インピ
ーダンス素子として機能するトランジスタＱ２とアクチ
ュエータ２５の直列回路がアクチュエータ２５を駆動す
る駆動回路ＤＲＣＩとして接続されている。

このトランジスタＱ２のコレクタは入力端子１０にその
エミッタはアクチュエータ２５にそれぞれ接続されてい
る。

このアクチュエータ２５としては、例えば永久磁石を取
り巻く可動コイルに流れる駆動電流Ｉｄとこの永久磁石
の磁界との相互作用によりこの可動コイルに固定された
板状のフラッパ２６を駆動電流Ｉｄに対応して変位させ
る可動コイル形のものが採用される。

このフラッパ２６の変位によりノズル１７のノズル背圧
ｐｂを変化させる。このノズル背圧ｐｂはパイロットリ
レー１４で増幅されてその出力端に空気圧信号ＰＯ＋を
出力する。

この空気圧信号ｐｏ　＋によりバルブ２０のバルブステ
ム２０１を変位させてその弁開度が変更される。この変
位は変位／電気信号変換器２１で帰還信号Ｖｆ＋に変換
されて演算増幅器Ｑ３の反転入力端（−）に出力される
。

？ｉ４Ｘ増幅器増幅器量３電圧Ｅｚで付勢され、その非
反転入力端（＋）には入力電流ＩＬに比例する入力信号
Ｖｉが印加されている。その出力端に発生した出力電圧
■。はパイロットリレー１４のステム１４１を電気信号
に変換する変位／電気信号変換器１９のマイナーな帰還
信号ＶＰとの偏差がとられてその偏差信号がトランジス
タＱ２とアクチュエータ２５との直列回路に並列に接続
されたトランジスタＱ４のベースに印加される。トラン
ジスタＱ４のコレクタはトランジスタＱ２のコレクタに
そのエミッタは抵抗Ｒ６を介して共通電位点ＣＯＭに接
続されている。これらの演算増幅器Ｑ３、トランジスタ
Ｑ４、抵抗Ｒ６で補正演算回路ＣＡＣ１を構成する。

なお５、この帰還信号Ｖｐは必要に応じて省略して出力
電圧Ｖｏで直接トランジスタＱ４を制御させることもで
きる。

次に、以上のように構成された第１図に示す実施例の動
作について説明する。

４〜２０ｍＡの範囲で変化する入力電流ＩＬの１部！［
２を流１２として１ｌＲ１、Ｒ２、定を圧素子Ｄｚを介
して流れ定電圧素子Ｄｚの両端に基準電圧Ｖｓを発生さ
せる。演算増幅器Ｑ１はこの基準電圧Ｖｓに抵抗Ｒ５の
両端の検出電圧Ｖｄが一致するようにその出力端の制御
電圧Ｖｃを制御してトランジスタＱ２に分流して流れる
第１を流１１を制御する。

抵抗Ｒ５の両端の検出電圧Ｖｄは基準電圧Ｖｓに一致す
るので、抵抗Ｒ５に流れる電流は常に一定に制御される
。この一定の電流は抵抗Ｒ３にも流れるので、結局、検
出回路２４の両端には基準電圧Ｖｓに対応する一定の電
源電圧Ｅｚが得られる。

この結果、入力電流Ｉｔの値の如何にかかわらず電源電
圧Ｅｚは一定になるが、この制御動作は演算増幅器Ｑ１
の出力端の制御電圧ＶｃでトランジスタＱ２のベース電
流を増減させてその内部抵抗を変化させることによって
駆動電流Ｉｄを増減させ、第２電流との分流比率を変更
することにより実現されている。したがって、入力；流
ＩＬの値の如何にかかわらず電源電圧Ｅｚが一定である
ので、駆動電流Ｉｄは入力電流ＩＬに対応して変化する
動作となる。

この駆動を流Ｉｄに対応してフラッパ２６を変位させ、
これによって生じるノズル背圧ｐｂを給気圧源ＳＵＰよ
り供給される空気圧を用いてパイロットリレー１４で増
幅して空気圧信号Ｐｏｔとする。この空気圧信号Ｐ。、
によりバルブ２０を作動させバルブステム２０１を変位
させる。

この変位は変位／電気信号変換器２１で帰還信号Ｖｆ＋
に変換されて演算増幅器Ｑ３の反転入力端（−）に出力
される。

演算増幅器Ｑ３は入力信号ｖｉとこの帰還信号Ｖｆ＋　
とが一致するようにトランジスタＱ４の内部抵抗を制御
し、第２電流Ｉ２との分流比率を変更してアクチュエー
タ２５に流れる駆動電流Ｉｄを入力電流ＩＬに正確に一
致するように修正をする。

なお、第１図において抵抗Ｒ１は電源；圧Ｅｚとアクチ
ュエータ２５の両端の電圧Ｖａとの大きさの関係で決定
され、Ｅｚ＜Ｖａの場合は抵抗Ｒ１は必要であるが、Ｅ
ｚ＞Ｖａの場合は抵抗Ｒ１はあってもなくても良い。

第２図は第１図に示す回路の一部を変更した第１の部分
実施例である。

このように、第１図に示すアクチュエータ２５とトラン
ジスタＱ２の位１を変更してトランジスタＱ２と直列に
抵抗Ｒ７を挿入した駆動回路ＤＲＣ２、抵抗Ｒ１の代り
にツェナダイオードＺ１、Ｒ３の代りにツェナダイオー
ド２で置換した定電圧制脚註ｆＮｃＶｃ２、演算増幅ｆ
ｉｉＱ３とトランジスタＱ４と抵抗Ｒ６で構成した補正
演算回路ＣＡＣ１として構成しても同様に動作する。

第３図は第１図に示す回路の一部を変更した第２の部分
実施例である。

この場合は、駆動回路ＤＲＣ２は第２図の場合と同一で
あるが、第１図に示す抵抗Ｒ１の代りにダイオードＤ１
と抵抗Ｒ８との直列回路に変更し、抵抗Ｒ２の代りに定
電流回路ＣＣを置換した定電圧制御回路ＣＶＣ３とした
上で、トランジスタＱ４のコレクタを抵抗Ｒ７と定を流
口路ＣＣの接続点に接続した補正？ｉ４に回路ＣＡＣ３
としたものである。

この櫟な構成にしても、演算増幅器Ｑ３の出力；圧Ｖ。

に応じて第１電流Ｉ、と第２を流Ｉ２どの比率を変更す
ることができる。

なお、この場合にＲ４をダイオードに変更しても同様に
動作する。

第４図は第１図に示す回路の一部を変更した第３の部分
実施例である。

この場合は、演算増幅器Ｑ１の出力端と共通電位点ＣＯ
Ｍとの間にトランジスタＱ５と抵抗Ｒ８とを直列に接続
した直列回路を接続し、このトランジスタＱ５のベース
電流を演算増幅器Ｑ３の出力電圧Ｖｏで制御する補正演
算回路ＣＡＣ４としたものである。これは演算増幅器Ｑ
１の負荷を可変して点線で示したように演算増幅器Ｑ１
の出力端を介して共通電位点ＣＯＭに流れる電流を制御
して駆動電流Ｉｄを補正するものである。

第５図は第１図に示す回路の１部を変更した第４の部分
実施例である。

この場合は、演算増幅器Ｑ１の出力端とその正の電源電
圧との間にトランジスタＱ６を並列に接続し、このトラ
ンジスタＱ６のベース電流を演算増幅器Ｑ３の出力電圧
Ｖｏで制御する補正演算回路ＣＡＣ３としたものである
。これは演算増幅器Ｑ１の負荷を可変して点線で示した
ように演算増幅器Ｑｌの出力端に電源端から流入する電
流を制御して駆動；流Ｉｄを補正する。

第６図は第１図に示す回路の１部を変更した第５の部分
実施例である。

この場合の補正演算回路ＣＡＣ６は抵抗Ｒ１と並列に抵
抗Ｒ９とトランジスタＱ７の直列回路を、さらに入力端
子１０と共通電位点ＣＯＭとの間に抵抗ＲＩＯをそれぞ
れ接続し、トランジスタＱ７のベース電流を演算増幅器
Ｑ３の出力電圧Ｖ。で制御するようにしたものである。

この構成によれば、出力電圧■。によりトランジスタＱ
７の内部抵抗が変化するので、抵抗Ｒ１０の両端電圧が
可変され駆動Ｓ流１ａが補正される。

第７図は第１図に示す回路の１部を変更した第６の部分
実施例である。

補正演算回路ＣＡＣ７は、演算増幅器Ｑ１の主力端と共
通電位点ＣＯＭとの間に接続された抵抗Ｒ１１、駆動回
路ＤＲＣ２の抵抗Ｒ７の両端に並列に接続されたトラン
ジスタＱ８、演算増幅器Ｑ３などにより構成されている
。

演算増幅器Ｑ３の出力；圧Ｖ。によりトランジスタＱ８
の内部抵抗か変更され、このため抵抗Ｒ７の両端の電圧
が変更される。このため、トランジスタＱ２のベース電
位ｖｂが変化する。したがって、点線で示すように演算
増幅器Ｑ１の電源端から出力端を介して抵抗Ｒ１１に流
れる電流が変化するので、アクチュエータ２５に分流す
る駆動電流１ｄが出力電圧Ｖ。により補正されることと
なる。

第８図は第１図に示す回路の１部を変更した第７の部分
実施例である。

この場合は、基本的には第７図に示す補正演算手段ＣＡ
Ｃ７では抵抗Ｒ１１が演算増幅器Ｑ１の出力端と共通電
位点ＣＯＭとの間に接続される代りに、入力端子１０と
演算増幅器Ｑ１の出力端との間に抵抗Ｒ１２を挿入する
補正演算回路ＣＡＣ３の構成としたものである。

出力電圧ｖｏによりトランジスタＱ８の内部抵抗が変化
しこれに伴なってトランジスタＱ８のベス電圧ｖｂが変
化し、抵抗Ｒ１２から出力端を介して共通電位点ＣＯＭ
に出力電圧■。に対にした電流がバイパスされ、結果と
して駆動電流Ｉｄが補正される。

第９図は第１図に示す回路の１部を変更した第８の部分
実施例である。

この場合は、補正演算図ＮＣＡＣ９としてアクチュエー
タ２５に並列にトランジスタＱ９とダイオードＤ２との
直列回路が接続され、演算増幅器Ｑ３の出力電圧■０が
トランジスタＱ９のベースに印加される構成としたもの
である。

このような構成により出力電圧■。に対応してトランジ
スタＱ９に流れる電流が変化し、アクチュエータ２５に
流れる駆動ＳＫ　Ｉ　ｄがバイパスされて補正される。

第１０図は電空変換器として構成したときのブロック図
である。

この場合は、パイロットリレー１４の出力に現れる空気
圧信号ＰＯ２を出力端子２７に出力すると共に圧力を電
気信号に変換する圧力センサ２８で空気圧信号ＰＯ２を
電気信号に変換し増幅器２９を介して帰Ｉｆ信号Ｖｆ２
として演算増幅器Ｑ３の非反転入力＠（−）に出力する
ようにしたものである。

空気圧信号ＰＯ２を帰還信号Ｖｆ２に変換する点を除け
ば、第２図〜第９図に示すポジショナに関する各種の部
分変形実施例をこの電空変換器に適用することができる
。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、定電圧制御回路により入力電流の一部を取り込ん
で基準電圧を作りこの基準電圧をベースとして回路の電
源電圧が定電圧になるように入力を流を分流してこの分
流電流を駆動回路のアクチュエータに直接流すようにし
たので、アクチュエータに流す駆動電流を大きくするこ
とができ、このため全体としてループゲインが増加し、
メカ部品のヒステリシスなどを減少させることができる
。また、駆動電流の増加により多くの付加機能を盛り込
むこともできる。

【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ブロック図、第
２図は第１図に示す回路の一部を変形した第１の部分回
路図、第３図は第１図に示す回路の一部を変形した第２
の部分回路図、第４図は第１図に示す回路の一部を変形
した第３の部分回路図、第５図は第１図に示す回路の一
部を変形した第４の部分回路図、第６図は第１図に示す
回路の一部を変形した第５の部分回路図、第７図は第１
図に示す回路の一部を変形した第６の部分回路図、第８
図は第１図に示す回路の一部を変形した第７の部分回路
図、第９図は第１図に示す回路の一部を変形した第８の
部分回路図、第１０図は本発明を電空変換器として構成
したときの電流／圧力変換機構の構成を示すブロック図
、第１１図は従来の電流／圧力変換機構の構成を示すブ
ロック図である。 １２・・・入力処理回路、１４・・・パイロットリレー
１６・・・アクチュエータ、１７・・・ノズル、１９．
２１・・・変位／電気信号変換器、２３・・・定電圧回
路、２４・・・検出回路、２５・・・アクチュエータ、
２６・・・フラッパ、２８・・・圧力センサ、ＣＶＣ１
〜ＣＶＣ３・・・定電圧制御回路、ＤＲＣ１〜ＤＲＣ２
・・・駆動回路、ＣＡＣＩ〜ＣＡＣ９・・・補正演算回
路、ＩＬ・・入力＠流、Ｐ０４、Ｐｏ２・・・空気圧信
号、■ｉ・・入力信号、ＶＳ・・・基準電圧、Ｖｄ・・
・検出電圧、Ｅｚ・・・電源電圧、１１・・・第１電流
、Ｉ２・・・第２′＠流。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）　アクチュエータと制御信号により内部インピ
   ーダンスが変更される可変インピーダンス素子とが直列
   に接続され入力電流の一部が前記アクチュエータを駆動
   する駆動電流として流入する駆動回路と、前記入力電流
   の他の１部が流入し一定の基準電圧を発生させる定電圧
   回路とこの電流に関連する電流が流れその電流変化を検
   出する検出回路と前記基準電圧を基準として前記電流変
   化を検出しこの変化を打ち消して前記検出回路の両端の
   電源電圧を一定にする制御信号を出力する増幅器の電源
   端とが並列に接続された定電圧制御回路と前記アクチュ
   エータにより変位されるフラッパとこれに対向するノズ
   ルよりなり前記駆動電流に対応したノズル背圧を出力す
   るノズル／フラッパ機構と、前記入力電流が流れこれに
   対応する入力信号を出力する入力抵抗と、この入力信号
   と前記ノズル背圧に対応した空気圧に関連した帰還信号
   とが入力されこれ等の偏差がゼロになるように前記駆動
   電流を補正する補正演算回路とを具備することを特徴と
   する電流／圧力変換機構。
2. 　（２）　前記空気圧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／圧力変換機構。