JPH0440005Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、空気圧で駆動されるバルブのステム
位置を入力電流に対応させて制御するための電空
ポジシヨナに係り、特にその制御ループの制御特
性を改良した電空ポジシヨナに関する。

〈従来技術〉 第６図に従来の電空ポジシヨナの構成を示す。
１，１′は調節計などから出力される電流出力を
入力電流Ioとして受ける入力端子、２はトルクモ
ータでそのコイル２０１に入力電流Ioが流され
る。３はトルクモータ２で駆動されるレバーであ
り、支点３０１を中心として回動する。４はレバ
ー３を基準位置に規制するためのバネである。レ
バー３は入力電流Ioによりレバー３の一方の端部
３０２がフラツパーとして矢印Ａ方向に駆動され
る。フラツパー３の端部３０２にはノズル６が対
向して配置されている。

８はノンブリード形のパイロツトリレーであ
り、ステム８０１はケース８０２にダイヤフラム
８０３，８０４を介して固定されている。ステム
８０１には可動端８０５が伸延されており、この
可動端８０５に固定されたバネ５を介してレバー
３にフイードバツクされている。入力電流Ioに対
応してレバー３がＡ方向に移動するとノズル６の
ノズル背圧Pbが増加しステム８０１を下方に押
しこれに伴い可動端８０５が下方に変位ｘされバ
ネ５を介してフラツパ３を押し下げノズル背圧
Pbを下げて負帰還をかける。これにより制御ル
ープの安定化を図る。

ステム８０１の下端は、下方に形成された給気
弁と上方に形成された排気弁を有する弁棒８０７
の排気弁と当接され、ケース８０２に固定された
バネ８０６を介して押圧されている。

ケース８０２とダイヤフラム８０３との間には
絞り７を介して供給空気圧Psが印加され、ダイ
ヤフラム８０３と８０４の間および弁棒８０７の
給気弁側にはそれぞれ供給空気圧Psが印加され
ている。

ノズル背圧Pbが増加するとステム８０１を下
方に押し下げ、ステム８０１の下端と弁棒８０７
の排気弁が当接した状態で弁棒８０７を下方に移
動させ給気弁の開度を変え空気圧出力Poを増加
させる。

空気圧出力Poがダイヤフラムバルブ９の空気
室９０１に導かれてバネ９０２に抗してバルブス
テム９０３をＢ方向に駆動する。このバルブステ
ム９０３の変位はクランクピン９０４を介してレ
バー１０に伝えられる。

レバー１０は一端が支点１１で回動可能なよう
に固定されており、バルブステム９０３のＢ方向
の変位をＣ方向の回転変位に変換する。レバー１
０にはバネ１２が接続されており、レバー１０の
Ｃ方向の回転変位によりレバー３にＤ方向の力を
与え、入力電流Ioによるレバー３のＡ方向への変
位を引戻す様に作用して系が平衡する。

この様な力平衡系によりバルブステム９０３の
変位は入力電流Ioに対応して制御される。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の電空ポジシヨナ
は入力電流を力に変換する高精度のトルクモータ
が必要であり、更にバルブステムの変位を力によ
るフイードバツク信号に変換する機構が必要とな
り、いずれも機械的な構成要素で比較的大形にな
りやすく、連結機構も機械的なため構成が複雑で
コストも高くなる欠点がある。

また、バルブの容量による応答遅れやフイード
バツク機構の機械要素の定数により応答に遅れを
生じ、系が不安定となりやすい欠点がある。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するため、空
気圧で駆動されるバルブのステム位置を入力電流
に対応させて制御するための電空ポジシヨナにお
いて、先の入力電流を電圧信号あるいはデイジタ
ル信号に変換する信号変換素子とこの信号変換素
子に直列に接続され先の入力電流を用いて定電圧
を作る定電圧回路を有し前記定電圧をこの電空ポ
ジシヨナで使用される電気回路の電源電圧として
使用する入力処理手段と、この電源電圧で付勢さ
れこの入力処理手段の出力とフイードバツク信号
との差に基づいて先のバルブを駆動するパイロツ
トリレーのフラツパーを制御するアクチユエータ
手段と、先のパイロツトリレーの弁に連動するス
テム変位を非接触磁気センサにより電気信号に変
換して先のアクチユエータ手段の入力側にフイー
ドバツクする第１変位／電気信号変換手段と、先
のバルブのステム変位を入力して電圧信号あるい
はデイジタル信号の形として先のフイードバツク
信号を得る第２変位／電気信号変換手段とを具備
するようにしたものである。

〈作用〉 本考案によれば、入力電流は入力処理手段によ
り電気信号あるいはデジタル信号に変換され、電
圧信号あるいはデジタル信号で与えられるフイー
ドバツク信号との差電圧によりパイロツトリレー
が制御され、その出力でバルブが駆動される。バ
ルブステムの変位は第２変位／電気信号変換手段
により電圧あるいはデジタル信号のフイードバツ
ク信号に変換されて入力処理手段の出力と平衡す
る。パイロツトリレーの弁に連動するステムの変
位は非接触磁気センサで構成された第１変位／電
気信号変換手段により電気信号に変換されてアク
チユエータの入力側にフイードバツクされ、系の
安定化が図られる。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説
明する。第１図は本考案の一実施例を示す回路図
である。尚、第６図と同一の機能を有する部分に
は同一の符号を付し適宜にその説明を省略する。

１６は入力処理手段であり、入力電流Ioを電圧
信号Viに変換する。１７は差動増幅器で、電圧
信号Viとフイードバツク信号Vfの差を増幅する。
この差動増幅器１７の出力とパイロツトリレー８
のステム８０１の変位ｘに関連したフイードバツ
ク信号Vpの差電圧Vcにより、フラツパ３を変位
させる圧電アクチユエータ１８を駆動する。ノズ
ル６よりパイロツトリレー８を介してバルブ９ま
での構成は従来構成と同様である。

バルブステム９０３の変位は変位−電気信号変
換器１９によりフイードバツク信号Vfに変換さ
れる。この変位−電気信号変換器１９は、振動式
力センサ手段で構成されており、一方の端部を固
定された片持梁１９１のエツチングされた振動部
１９２に一対の圧電素子１９３，１９４を配置さ
せ、増幅器１９７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１９２の固有周波数の
自己発振を発生させることができ、片持梁１９１
の他端にバネ１９６を介してバルブステム９０３
の変位を力に変換して入力する事により、バルブ
ステム９０３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。信号処理回路１９５は発振
周波数を電圧信号Vfに変換する機能を有する。

変位−電気信号変換器２１はパイロツトリレー
８の弁に連動するステム８０１に磁石２１１が固
着され磁石２１１に対向して磁気抵抗素子２１
２，２１３が非接触に配置された構成を持ち、磁
気抵抗素子２１２，２１３および抵抗２１４，２
１５はブリツジ回路の各辺をなし、磁気抵抗素子
２１２と抵抗２１４の一端および磁気抵抗素子２
１２と抵抗２１５の一端にはそれぞれ定電圧Eb
が印加され、これにより磁気抵抗素子２１２と２
１３の他端、および抵抗２１４と２１５の他端に
変位ｘに対応した偏差電圧Vdが得られるように
なつている。第２図に変位ｘとこれに対応する偏
差電圧Vdとの関係を示す。この偏差電圧Vdは増
幅器２１６で第２図における中点に対応した偏差
電圧Vdが減算され電圧信号Vpとして差動増幅器
１７の出力Voに対して負帰還する。

なお、非接触磁気センサとしては、磁気抵抗素
子の代りにホール素子などを用いるようにしても
良い。

このフイードバツクループは系の安定性向上の
ためのもので、バルブの容量、構成要素の定数等
より発生する不安定要因を除く事が可能である。
この変位−電気信号変換器２１は、１９に比較し
て精度の低いもので実現が可能である。

増幅器及び変位−電気信号変換器等の駆動電源
は、入力処理手段のツエナーダイオード１６１よ
り得られる定電圧Ebを利用する事が可能であり、
特別な電源を必要としない。

第３図は第１図に示す構成を理解しやすくする
ためにブロツク図として示したものである。

第４図は、デイジタル信号で平衡する系の実施
例を示す。電圧信号Viはアナログ・デイジタル
変換器２８でデイジタル信号Diに変換されてマ
イクロコンピユータ３０に入力される。一方、変
位−電気信号変換器１９′からは変位に関連した
振動周波数信号Ｆが直接出力され、周期カウンタ
２９でクロツクをカウントすることにより振動周
期に対応したデイジタルフイードバツク信号Df
としてマイクロコンピユータ３０に入力される。

これらデイジタル信号Di，Dfの偏差はこのマ
イクロコンピユータ３０内で演算処理され、デイ
ジタル信号で操作出力Dmが発信される。この操
作出力Dmは、デイジタル・アナログ変換器３１
により電圧信号Voに変換され、パイロツトリレ
ー８のステム変位ｘに関連するフイードバツク信
号Vpと差引かれてアクチユエータ１８を駆動す
る増幅器１７に入力される。

変位−電気信号変換器１９′の出力が周波数出
力の場合には、この様なデイジタル信号による平
衡系が実現しやすく、また、マイクロコンピユー
タ３０を導入する事により入力信号とバルブステ
ム変位の関係を特定の関数関係に演算する事も容
易にできる。

第５図の実施例は、周波数信号の位相比較によ
つて系の平衡が実現される構成を示す。３２は電
圧信号Viを周波数信号ω₁に変換する電圧−周波
数変換器、３３は位相比較検波器で、バルブステ
ムの変位に関連する変位−電気変換器１９′の周
波数信号出力ω₂とω₁とを比較し、位相差に関連
した信号φを演算すると共に電圧信号Voに変換
して出力する。

この出力Voとパイロツトリレー８のステム変
位にｘに関連したフイードバツク信号Vpの差が
増幅器１７に入力される。

位相比較検波器３３はPLLICとして市販され
ているものを使用する事が可能である。

この実施例でも、バルブステムの変位を検出す
る手段が周波数信号を出力する場合に有効であ
る。

〈考案の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明した様に本考
案によれば、従来のポジシヨナのごとく機械的な
力平衡によらず、系は電気信号によつて平衡する
ので、レバーやベアリングの如き機械的部分が減
少すると共に高精度で大形のトルクモータが不要
となるために、小形、安価で組立て易く、ヒステ
リシス特性、耐震性を向上させたポジシヨナを実
現する事ができる。そして、入力処理手段はこの
ポジシヨナのバルブ位置を制御する制御信号を検
出すると共に変換回路で必要とする回路電源を全
て作るので、入力電流用のラインの他に改めて電
源ラインを作る必要はなく、回路構成が簡単にな
り小形化が可能となる。

特に、パイロツトリレーの弁に連動するステム
のわずかな力による変位を非接触で検出するので
応答性が良くかつ周波数特性の良い電空ポジシヨ
ナが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す構成図、第２
図はその主要部の特性を示す特性図、第３図は第
１図に示す構成のブロツク線図、第４図は本考案
の第２の実施例を示す構成図、第５図は本考案の
第３の実施例を示構成図、第６図は従来の電空ポ
ジシヨナの構成を示す構成図である。 １，１′……入力端子、２……トルクモータ、
３……レバー、６……ノズル、８……パイロツト
リレー、９……ダイヤフラムバルブ、１６……入
力処理手段、１７……差動増幅器、１８……アク
チユエータ、１９，１９′，２１……変位−電気
信号変換器、３０……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 空気圧で駆動されるバルブのステム位置を入力
   電流に対応させて制御するための電空ポジシヨナ
   において、前記入力電流を電圧信号あるいはデイ
   ジタル信号に変換する信号変換素子とこの信号変
   換素子に直列に接続され前記入力電流を用いて定
   電圧を作る定電圧回路を有し前記定電圧をこの電
   空ポジシヨナで使用される電気回路の電源電圧と
   して使用する入力処理手段と、この電源電圧で付
   勢されこの入力処理手段の出力とフイードバツク
   信号との差に基づいて前記バルブを駆動するパイ
   ロツトリレーのフラツパーを制御するアクチユエ
   ータ手段と、前記パイロツトリレーの弁に連動す
   るステム変位を非接触磁気センサにより電気信号
   に変換して前記アクチユエータ手段の入力側にフ
   イードバツクする第１変位／電気信号変換手段
   と、前記バルブのステム変位を入力して電圧信号
   あるいはデイジタル信号の形として前記フイード
   バツク信号を得る第２変位／電気信号変換手段と
   を具備した電空ポジシヨナ。