JPS5913050B2

JPS5913050B2 - 流量制御装置

Info

Publication number: JPS5913050B2
Application number: JP52004594A
Authority: JP
Inventors: 勇奥田; 博堀井; 継治郎森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-01-18
Filing date: 1977-01-18
Publication date: 1984-03-27
Also published as: JPS5390582A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は流体（例えば燃焼ガス）の流量を比例１０的に
制御する流量制御装置に関するものである。

従来、燃焼ガス等の流体の比例制御において、応答性が
要求されるものは電子式が用いられており、外部信号（
例えばサーシスタによる温度信号等）によつてのみ流量
を制御するか、あるいはサ１５−ボモータを有する装置
により流量制御を行なつていた。しかしながらこれら従
来のものは、装置自体のヒステリシスや不感帯のために
制御すべき流量が制御信号に対して一義的に決まらず、
このため迅速で正確な制御が出来ず、また制御系の発２
０振や振動現象を発生させやすいものであり、さらにサ
ーボモータを有するものにあつては、装置が複雑あるい
はコスト高となるなどの欠点を有していた。本発明の流
量制御装置は上記のごとく欠点を除２５去し、低コスト
の構成で高速、高精度な流量の制御を可能とし、又使用
対象に応じて電子回路の設定変更のみで適応しうる汎用
性に富むものを提供するものである。

以下本発明の実施例を図面に基ずいて詳細に説３０明す
る。

なお、実施例の説明はガス燃焼機器の燃焼ガスの流量制
御装置の場合について行なうものとする。まず第１図は
本発明による流量制御装置における流量検出器を示す。

この流量検出器はガス流量山に対応した出力信号を出
すものであり、ガス回路の一部に設けたオリフィスやノ
ズルの両端の差圧、あるいはバーナ入口のガス圧と燃焼
室内の圧力との差圧等によつて作動してガス流量を検出
する。すなわち、第１図において、１は高圧側ケース、
２は低圧側ケース、３は高圧導入口、４は低圧導入口、
５はダイヤフラム、６および７はそれぞれ受圧板、８は
ダイヤフラム５および受圧板６，７を一体にするための
リベツト、９はリベツト８に固定して取り付けられたス
リツト板、１０は圧縮コイルばね、１１は圧縮コイルば
ね１０を安定保持するガイドである。以上の要素により
、圧力を変位に変換する圧力変位変換部を構成する。１
２は光像の偏位により光電物質（例えばＣｄＳ，ＣｄＳ
ｅ，シリコンなど）で作られた２つの同形の感光面の抵
抗値の比が差動的に変化する受光素千、１３は光源（例
えば発光ダイオード、ネオンランプ、フイラメントラン
プなど）、１４は受光素子１２および光源１３を固定す
る保持台であり、低圧側ケース２に取り付けられている
。

１５は受光素子１２のリード端子、１６は光源１３のリ
ード端子である。

スリツト板９、受光素子１２、光源１３、保持台１４に
より、変位電気変換部を構成する。１７はスリツト板９
に設けられた長方形のスリツト孔である。

以上の構成において、ガス回路の１部に設けたオリフイ
スの前後より高圧導入口３及び低圧導入口４にパイプ等
で導入すると、オリフイスの前後の差圧Ｐがダイヤフラ
ム５および受圧板６に加わり、Ｆなる受圧力が与えられ
る。

したがつてダイヤフラム５、受圧板６は低圧側に移動す
る。しし受圧板７を介して圧縮コイルばね１０がたわみ
、応力が増大するため結局ダイヤフラム５の変位は、差
圧Ｐによる受圧力Ｆと圧縮コイルばね１０の応力が平衡
する位置となる。スリツト板９はリベツト８に連結され
ていて、ダイヤフラム５、受圧板６，７と同一の変位を
するから、スリツト板９に設けられたスリツト孔１７も
同一の変位を示す。ごここで差圧Ｐと受圧力Ｆが比例
し、また圧縮コイルばね１０のたわみ量と応力も比例す
るから、スリツト孔１７の変位は、オリフイス前後の差
圧Ｐの大きさに比例した値となる。次に、受光素子１２
および光源１３は互いに対４向して保持台１４に取り付
けられており、スリツト板９の受光素子１２は極めて接
近した位置関係に置かれていて、光源１３よりの光はス
リツト孔１７を通つた部分のみ受光素子１２の感光面に
照射され、スリツト孔１７以外からは受光素子１２の感
光面には光は照射されない。

そこで、スリツト板９の光源１３との距離を適当にとれ
ば、スリツト板９と受光素子１２との距離は極めて小さ
いから、受光素子１２の感光面における光像の形状およ
び位置は、スリツト孔１７の形状および位置と等しいも
のとなる。したがつてスリツト孔１７が変位すると、そ
の変位に全く等しく受光素子１２の感光面における光像
が偏位する。受光素子１２の感光面の光像が偏位すると
、光電物質で作られた２つの同形の感光面の抵抗値の比
が差動的に変化するため、結局スリツト孔１７の変位に
従つて、受光素子１２の電気出力信号が変化することに
なる。受光素子１２は前述のごとく、光電物質で作られ
た２つの同形の感光面を有しており、この感光面におけ
る光像の偏位に応じて抵抗値の比が差動的に変化し、こ
の２つの感光面に直流電圧を印加すると、その中点の電
圧は光像の偏位により直線的に変化する。すなわち、受
光素子１２は光像の偏位に比例した出力電圧を発する。
従つて、前述のオリフイスの前後の差圧Ｐと、スリツト
孔１７の変位が比例すること、スリツト孔１７の変位と
受光素子１２の感光面における光像の偏位が同一となる
こと、光像の偏位と、出力電圧が比例することより、受
光素子１２の出力電圧はオリフイス前後の差圧Ｐに比例
した値となる。

さて、以上で受光素子１２の出力電圧がオリフイス前後
の差圧Ｐと比例することが分つたが、この差圧Ｐは、流
体の法則から流量Ｑの２乗に比例する値となるので結局
、受光素子１２の出力電圧、すなわち流量検出器の流量
検出信号は流量Ｑの２乗に比例した値となり、第２図に
示すごとく特性となる。次に、第３図に本発明の流量制
御装置における比例式電磁弁の一実施例を説明する。

第３図において、１７はガス通路を構成する弁ボデ一、
１８は弁ポデ一１７の一部に設けられた弁座、１９は弁
ゴム、２０はガス通路を外部と分離するためのダイヤフ
ラム、２１はプランシャー２２及び２３は板ばね、２４
はコイル、２５は外装ケース、２６は板ばね２３の一端
を保持する保持板、２７は保持板２６を変位させてプラ
ンシャー２１への応力を調節し、弁ゴム１９と弁座１９
との締め付け圧を調節するための調節ビスである。

以上の構成において、コイル２４に電流を流すと、磁界
が発生し、この磁界によりプランシャー２１が図の上方
に引つばられる。しかしながら、プランシャー２１が上
方に移動すると、板ばね２２及び２３にたわみが生じる
ためプランシャー２１を下方に押すように応力が増大す
る。このため、プランシャー２１は磁界による吸引力と
、板ばね２２及び２３の応力が等しくなる位置で平衡と
なる。コイル２４に流すコイル電流が増大すると、これ
に従つて磁界の強さが増して、プランシャー２１との吸
引力が大きくなるから、プランシャー２１の変位はより
上方で平衡となる。こうして、コイル２４に流すコイル
電流の大きさにより、プランシャー２１の変位が変化す
る。このため、フッシャー２１に取り付けられた弁ゴム
１９もプランシャー２１と同一の変位となり、弁座１８
とのすきまが変化することになる。このすきま、即ち、
ガス通路の開度が変化すると、ここを流れる燃焼ガスの
流殴が変位することになる。結局、コイル２４に流れる
コイル電流によつて、ガス流量が連続的に変化しうるこ
とになる。ところで、コイル電流によつて発生する磁界
によりプランシャー２１を変化させるため、磁気回路の
ヒステリシス特性のため、コイル電流１。

とガス流量Ｑは一対一の関係とはならない。その関係を
第４図に示す。第３図の実施例は、このヒステリシス特
性を軽減するように、構成と材料に検討を加えているが
、完全にヒステリシス特性をなくすることは極めて困難
なことである。第４図から、ヒステリシス特性を有する
以上、コイル電流１０により流量Ｑを決定しようとして
も流量Ｑはかなり広範囲なバラツキを生じる。しかしな
がら、本発明の流量制御装置は、以上のごときヒステリ
シス特性があつても、何んら支障なく流量Ｑを制御せん
とするものであり、第５図に本発明の流量制御装置全体
を示すプロツク図を記す。

図において、Ａは第３図に示した比例式電磁弁であり、
Ｂは第１図に示した流量検出器であり、Ｃは制御回路で
ある。

２８は信号処理回路であり、サーシスタによつて検出し
た温水温度と設定温度との差信号等の外部よりの制御信
号Ｖｌｎを入力とし、制御したい流量Ｑの値に対する設
定信号Ｖｄを出力するものである。

２９は流量検出器Ｂの出力する流量検出信号Ｖ，を流量
Ｑに比例する信号に演算する演算回路であり、３０は信
号処理回路２８が出力する設定信号Ｖｄと、演算回路２
９の出力信号ＶＯの差を増幅し、コイル電流１。

を流して比例式電磁弁Ａを駆動する増幅駆動回路である
。この構成において、まず演算回路２９は、流量検出器
Ｂよりの流量検出信号の値の平方根を演算、即ち、第６
図に示すごとく関係で出力信号ＶＯを発生するので、出
力信号ＶＯは流量Ｑと比例することになる。

次に制御信号Ｖｉｎが与えられると、信号処理回路２８
は瞬時に制御信号Ｖｉｎを処理して、設定信号Ｖｄを発
生させる。

この設定信号Ｖｄと流量Ｑに比例した出力信号ＶＯとの
差が増幅され、コイル電流１。が決定されて、比例式電
磁弁Ａが駆動される。比例式電磁弁Ａの動作によつてガ
ス流量Ｑが調節されるが、今ガス流量Ｑが比例式電磁弁
Ａのヒステリシス特性のために大きくなりすぎたとする
と、流量検出器Ｂの流量検出信号が大きくなり、出力信
号ＶＯも大きくなるので、設定信号Ｖｄとの差が小さく
なり、この結果コイル電流１。が減少して、比例弁電磁
弁Ａの動作によりガス通路の開度を小さくしてガス流量
Ｑを減少させるように働くことになる。ガス流量Ｑが小
さくなると前述とは逆の動作となるが実際には、瞬時に
この動作が行なわれ、増幅駆動回路３０の増幅度が非常
に大きいことから設定信号Ｖｄと出力信号ＶＯがほぼ等
しい値で、安定状態となる。換言すると、ガス流量Ｑと
比例した出力信号ＶＯが設定信号Ｖｄに等しくなるよう
に瞬時にガス流量Ｑが制御される。そこで前述の信号処
理回路２８が、第７図に示すごとく特性を持つように構
成すると、前述の動作説明から明らかなように、制御信
号Ｖｉｎに対するガス流量Ｑの関係は第８図に示すごと
くになる。

上記第８図に示すごとく特を有する流量制御装置は、
ガス燃焼機器において、Ｉ燃焼状態の安定性が悪く、
また効率が低下する低燃焼領域を回避し、燃焼状態の安
定及び高効率を保持しうると共に、安全性が高くなる。

制御信号Ｖｉｎが小さくなる軽負荷時のオンオフ動作は
制御回路Ｃに設けたヒステリシス特性によりひんぱんと
ならず、機器の寿命向上、点火音の減少等が図れる。通
常の燃焼負荷においては、極めて応答の早い比例制御が
行なわれ、負荷に応じた燃焼状態となり、また温水温度
、温風温度等が一定となり、省エネルギー、快適性、使
い勝手の向上が図れる。

制御回路Ｃの設定で、最大ガス流醗を規定するので、必
要以上にコイル１１に電流を流すことがなくなり、電力
の節約、コイル１１の異常発熱の防止、制御回路Ｃの経
済設計が可能となる。

等の特長を有し、また制御回路Ｃの回路定数の変更を行
なうだけで次のような効果を発揮しうる。

ｖガスの種類（都市ガス、天然ガス、ＬＰガス等）の
変更に際し、回避すべき低燃焼領域、オンオフ幅等を容
易に変更しうる。最大燃焼量をガス回路の径や炎口ノズ
ル径を変えることなく変更しうる。

制御回路Ｃの増幅度を変えることにより、種種の燃焼機
器におけるサーシスタ等を制御系全体の安定性、応答性
を最適に調整しうる。

このように種々の使用対象、使用条件に適合した設計を
容易に行なえ、最適な制御特性を満足させることができ
る。

以上本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、実
施例で示した構成の他に次のような構成が可能である。

（１）燃暁ガスの流量制御（燃焼量制御）のみならず空
気その他の気体の流量制御に用いることができる。

（２）流量検出器ＢｆｌＣおける受光素子１２は抵抗値
が変化するもの以外に起電力を発生するものでも同様に
構成しうる。

また、受光素子１２の２つの感光面が同形（基本的に三
角形叉は台形）のものは、光像Ｌの偏位に対し電気出力
信号が直線性を有すが、同形でなく、光像Ｌの偏位に対
して平方根の特性を有するような形状にすることも可能
で、この場合は流量Ｑと流睦検出信号Ｖ，が比例すると
共に前述の実施例の演算回路２９を不要とする。（３）
比例式電磁弁Ａは圧縮コイルばね、引張コイルばねを用
いても構成可能で、低コスト化、小型化などのために摺
動抵抗がいくらか発生するようなものであつても適応し
うる。

（４）制御回路Ｃは使用対象、使用条件に応じて容易に
設計可能で、例えば流睦を０（：ｆｌ）〜１００（ｆ）
連続制御したり、多段階制御しうることは明白である。

以上説明したように本発明によれば比例式電磁弁がヒス
テリシス特性を有していても、流量検出器によつて正確
な流量制御ができるもので、その工業的価値は大変大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示し、第１図は流量検知器の断面
図、第２図は流量変化に対する出力特性図、第３図は比
例式電磁弁の断面図、第４図はコイル電流変化に対する
流量特性図、第５図は制御回路部のプロツク図、第６図
は流量検知信号量に対する出力信号の変化を示す図、第
７図および第８図は制御信号に対する設定信号および流
量の変化を示す図である。１２・・・・・・受光素子、１３・・・・・・光源、１
９・・・・・・弁（弁ゴム）、２１・・・・・・プラン
シャー、２２，２３・・・・・・ばね（板ばね）、２４
・・・・・・コイル、Ａ・・・・・・比例式電磁弁、Ｂ
・・・・・・流量検知器、Ｃ・・・・・・制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１流体通路の一部に設けたオリフィスあるいは流体通
路の一部と大気圧との差圧を変位に変換する圧力変位変
換部と、光源と、同一基板上に同一の光電物質で作られ
た２つの感光面を有する受光素子とを有し、前記受光素
子の感光面における光像の偏位が前記圧力変位変換部の
与える変位に応動させて流体の流量を連続的に検出する
流量検出器と、コイル、プランジャー、ばね、弁などよ
り成り前記コイルに電流を流して流体の流量を連続的に
調節する比例式電磁弁と、外部よりの制御信号及び前記
流量検出器の出力信号を入力信号とし、前記コイルに流
す電流を制御する制御回路とにより構成された流量制御
装置。２制御回路を、外部よりの制御信号が所定の値以上と
なるまで、および前記制御信号もしくは流量検出器の出
力信号が所定の値以下となつた時、比例式電磁弁の開度
が全閉となるように構成した特許請求の範囲第１項記載
の流量制御装置。３制御回路が、流量検出器の出力信号が所定の値以上
とならないように制限手段を具備して成る特許請求の範
囲第１項記載の流量制御装置。