JPS59141017A - 電−空変換器 - Google Patents

電−空変換器

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JPS59141017A
JPS59141017A JP1528283A JP1528283A JPS59141017A JP S59141017 A JPS59141017 A JP S59141017A JP 1528283 A JP1528283 A JP 1528283A JP 1528283 A JP1528283 A JP 1528283A JP S59141017 A JPS59141017 A JP S59141017A
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JP
Japan
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voltage
voltage source
output
piezoelectric element
circuit
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JP1528283A
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JPH0321051B2 (ja
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Takashi Yoshioka
隆 吉岡
Kenkichi Takadera
高寺 賢吉
Koichi Enoki
光一 榎
Toshihiro Kobayashi
俊博 小林
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/42Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using fluid means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

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】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、プロセス制御等に利用される電−突変換器
、特にノズルフラッパに圧電素子を用いた電−突変換器
に関する。
(嗜背景 電、−窒変換器にはノズルフラッパに圧電素子を用いた
ものがある。この種の電−突変換器は従来。
入力信号に応じた一方向性(正極性)の直Iff、 ’
j[圧を圧電素子フラッパに印加し圧電素子フラッパを
変位させるようにしているが、連続して一方向性の直流
電圧全印加すると圧電素子は発生する歪の方向に遡性変
形し、8作点がずれるという欠点があった。そこでこの
欠点を解消するだめ、この出願の発明者等は、圧電素子
フラッパに印加する制御電圧を、入力信号の中位レベル
でOv近辺とし。
入力信号が大、あるいは小になることに対応して正、負
両極となるようにしだ電−突変換器を創出し、すでに出
願した。この先願に係る電−突変換器は印加電圧に応じ
て変位する圧電素子と、一定の直流電圧を出力し、この
直流電圧を前記圧電素子に印加する第1の直流電圧源と
、入力電気信号に応じて変化し、かつ入力電気信号が予
定変化範囲の中位レベルの時前記第1の直流電圧源の出
)J直流電圧と略同値となる直流電圧を出力し、この出
力直流電圧を前記第1の直流電圧源よりの直流電圧と相
殺する態様で前記圧電素子に印加する第2の直流電圧源
と、前記圧電素子の変位部をフラッパとし、給気圧を受
は背圧を導出するノズルと。
この背圧を出力圧に変換するパイロット弁と、前記出力
圧を電気信号に変換する回路と、この変換回路で変換さ
れた電気信号を前記第2の直流電圧源の入力側に加え、
前記入力電気信号と平衡させる帰還回路とで構成されて
いる。
しかしながら、この電−突変換器では入力電気信号が中
位レベ/L’ (50%)の時、圧電素子フラッパの変
位がOとなるように構成するものであるから、入力電気
信号が無い時と、入力電気信号が50%程7度の時との
区別ができない。すなわち入ノJ電気信号断時の出力空
気圧をOkf/ / ajとするバーン・アウトを実現
できないという問題がある。
(ハ)目的 それゆえに、この発明の目的は圧電素子材料の機械歪の
初期値変化によるの作意の変化が少ない。
しかも入ノJ電気信号断時のバーン・アウトを実現でき
る電−突変換器を提供するにある。
に)構成 上記目的を達成するためにこの発明の電−突変換器は、
上記した先願の電−突変換器の構成要素に加えて、バー
ン・アウト実現用の直流電圧源を備え、入力電気信“号
が断した時は、この直流電圧源よシの直流電圧を圧電素
子に印加するようにしている。すなわちこの発明の電−
突変換器は、印加電圧に応じて変位する圧電素子と、入
力電気信号が加えられると一定の直流電圧を出力し、こ
の直流電圧を前記圧電素子に印加する第1の直流電圧源
と、入力電気信号に応じて変化し、かつ入力電気信号が
予定変化範囲の中位レベルの時、前記第1の直流電圧源
の出力直流電圧と略同値となる直流電圧を出力し、この
出力直流電圧を前記第1の直流電圧源よりの直流電圧と
相殺する態様で前記圧電素子に印加する第2の直流電圧
源と、前記圧電素子の変位部をフラッパとし、給気圧を
受は背圧を導出するノズルと、この背圧を出力圧に変換
するパイロット弁と、前記出力圧を電気信号に変換する
回路と、この変換回路で変換された電気信号を前記第2
の直流電圧源の入力側に加え、前記入力電気信号と平衡
させる帰還回路と、前記入力電気信号が加えられない時
、前記第1の直流電圧源に代9.前記一定の直流電圧と
同値、同極性の直流電圧を前記圧電素子に印加する第6
の直流電圧源とから構成されている。
(ホ)実施例 以下5図面に示す実施例により、この発明をさらに詳細
に説明する。
第1図は、この発明の前提となる電−突変換器の回路図
である。同図において、入力電流Iiがツェナダイオー
ドZ1とボリウムVRを流れボリウムVRの入力抵抗R
iには入力電流■1に比例した電圧eiが得られ、この
電圧e、 iとツェナダイオードZ2の電圧が抵抗R2
とR3で加算され。
マイクロパワーの演算増幅器1の反転入力端に加えられ
るようになっている。この演算増幅器1の出力電圧EO
が2発振回路59に加えられ9発振回路9は出力電圧E
o  により振幅変調を受けて発振する。すなわち発振
回路9は出力電圧EO,シたがって入力電流Iiに応じ
た振幅の発振信号を出力する。発振回路9の発振出力信
号は全波整流回路11で整流され、放電抵抗Rbの両端
に十E2の直流重任が導出されるようになっている。こ
の整流回路11の出力直流電圧E2は圧電素子フラッパ
2の金属板2αに加えられる。
まだ入力電流IiがツェナダイオードZ1.ボリウムV
Rに流される状態下では、+vの電圧が発振回路8に供
給され2発振回路8は一定の振幅の発振信号を出力する
。発振回路8の発振出力信号は全波整流回路10で整流
され、放電抵抗RAの両端に、十E1の直流電圧が導出
されるようになっている。この整流回路10の出力直流
電圧E1は圧電素子フラッパ2の圧電素子2b・2Cに
加えられる。上記直流電圧E1.E2はいずれも正極性
の電圧であるが、圧電素子フラッパ2には互に逆極性に
加えられてお95両電圧が相殺される態様、すなわちE
2−Elの電圧EO’が印加されるようになっている。
そして直流電圧E2は入ノJ電流に応じて0から2E1
まで変化するように摺電され、50%に対応する入力電
流の場合には、E2=E1となシこの場合にはEO’は
Oとなる。圧電素子フラッパ2は印加電圧EOに応じて
変位する。
EOが負極性(E2<El)の場合には後述するノズル
6から遠ざかるように、逆に正極性(E2>El)の場
合にはノズル乙に近づく方向にそれぞれ変位する。しか
しEO=0(E2=E1)の場合には変位しない。
一方、空気圧系は、ノズ7+z3の噴気口が圧電素子フ
ラッパ2に対面し、給気圧を受けるとともにその背圧を
パイロット弁4で圧力増幅して出ノJ圧として導出する
とともに、その出力圧を定電流源5、圧力センサ6よシ
なる空電変換回路に加え。
出力圧を電圧信号に変換するようになっている。
捷だ圧力センサ6よりの電圧信号は差動増幅器7を経て
演算増幅器1の非反転入力端に帰還される。
そして演算増幅器1の出力電圧EOが、入力信号電圧と
差動増幅器7から帰還される電圧が等しくなるように変
化し、この出力電圧EOにより圧電素子フラッパ2の変
位を制御し、入力電流Iiに比例した出力空気圧を得る
ようになっている。
上記した第1図の電−突変換器は入力電流Iiが流れて
いる限り50%に対応する入ツノ電流で圧電素子フラッ
パ2に印加される電圧EQ’が0となり!圧電素子フラ
ッパ2の変位が小さい状態で動作を維持し、圧電素子の
機械歪の初期値変動による動作点の変動を小さく抑える
ことができる。しかし入力電流Iiが断し、0となると
5発振回路8及び9の発振が停止し、整流回路10及び
11の出力直流電圧E1’、E2がOとなり、この場合
も圧電素子2の印加電圧E’0はOとなり、圧電素子フ
ラッパ2は変位しないので、出力圧は50%より変化せ
ずバーン・アウトを実現できない。
そこで、この発明の第1の実施例は、第2図に示す如き
抵抗RAとコンデンサCAからなる直列回路を第1図の
全波整流回路10の出力端の放電抵抗Raに代えて接続
するようにしている。ここに使用されるコンデンサCA
の容量は圧電素子フラッパ2の容量、整流回路10のダ
イオード容量に比してはるかに大きく選ばれる。
この実施例において、入力電流■1が流れ電源が正規に
得られている場合には、上記第1図の電−突変換器で説
明したように、全波整流回路10の出力には一定の直流
電圧E1が、全波整流回路11の出力には入力電流Ii
に対応した直流電圧E2がそれぞれ得られ、圧電素子フ
ラッパ2にはE2−Elの電圧が印加され、この印加電
圧に応じた変位により、究極的には入力冗υm工iに対
応した出力圧k <’4ることかできる。そして、この
動作状態にある時に抵抗RAi通じてコンデンサCAに
充電電流が流れ、コンデンサCAにぼ流屈圧E1と略同
値の電圧まで充電される。そのため入力”ML 流I”
が断するとこのコンデンサCAの充醒電、圧が、全波整
流回路10に代わって直流“電圧E1を圧電素子フラッ
パ2に供給する。一方入力電流Iiが断された状態では
1発振回路9の発振が停止し、全波整流回路11の出力
直流電圧E2がOとなるので、圧電素子フラッパ2には
−E1の′電圧が印加されることになり、圧電素子フラ
ン/り2はこの印加市、圧−E1により、ノス゛ルろよ
り遠ざかるように変位し背圧を下げ、出力圧k Okg
/ o4壕で下げる。このようにしてバーン・アウトか
実現される。
なお、この実施例冨、−窒変換器によれば、最初に電源
オンされた時IてコンデンサCAに充′Plf電流が流
れるが、充電が完了すると充電電流がbif、れないの
で、はとんど電力を消費するととCよない。まだ電源が
断するとコンデンサCAの充電電圧が圧電素子フラッパ
に印加され、放電を開始しようとするが圧電素子は絶縁
物であるため、コンデンサCAの電荷はほとんど放電せ
ず、略E1の直流電圧を長期保持する。
まだ他の実施例として上記第2図に示した抵抗RA、コ
ンデンサCAの直列回路に代えて第6図に示すように電
池VB1.ダイオードd1の直列回路を接続し、この電
池VB1の直流電圧を第1図の全波整流回路10の直流
電圧E1と並行して圧電素子フラッパ2に印加するよう
にしてもよい。
電源がオンし、電気入力がある間は全波整流回路11よ
シの直流電圧E1が出力されるので電池より電荷は放電
しない。電源が断すると、電池VB1の電圧EB1(、
=Ei)により、圧電素子フラッパ2に−E1なる直流
電圧が印加され、バーン・アウトが実現される。
さらに他の実施例として、第4図に示すように電池VB
2とダイオードd3からなる直列回路を第1図の電−突
変換器の+Vラインとコモンライン間に接続し、ダイオ
ードd2を介して得られる+V電源と、電池VBの電圧
を並行して発振回路8に供給するようにしてもよい。こ
の実施例電−空変換:(号においては、入力電流■1が
断となると+Vラインよりも電池VB2の直流電圧が高
くなり5発振回路8は電池VB2で駆動され、全波整流
回路10には十E1の直流電圧が導出され、圧電素子フ
ラッパ2に−E1の電圧が印加されるのでやは9バーン
・アウトが実現される。入力電流Iiが存在する時は十
V電源により発振回路8が動作されるので電池VB2の
電荷は放電しない。この実施例によれば、電池VB2の
電圧が発振回路8でf−圧されるので電池を直接圧電素
子フラッパ2に接続する場合よシも低い電池電圧でよい
し、壕だ逆に同じ起電力の電池を使用する場合には、広
スパンの印加電圧E1を得ることができる。
(へ))効果 この発明によれば、入力電気信号が加えられない時、別
に設ける直流電圧源よシ圧電素子フラッパに負極性の直
流電圧を強制的に印加するものであるから、無人力信号
時のバーン・アウトを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の前提となる電−突変換器の回路図、
第2図はこの発明の一実施例電一空変換器に適用される
回路図、第6図、第4図はこの発明の他の実施例電−空
変換器に適用される回路図である。 1:演算増幅器、  2:圧電素子フラッパ。 ろ:ノズル、    4:パイロット弁。 5:定電流源、   6:圧力センサ。 7:差動増幅器、  8・9:発振回路。 10・11−整流回路、  RA:抵抗。 CA:コンデンサ、 ’ VI31・VB2 :電池。 特許出願人     株式会社島津製作所代理人  弁
理士  中 村 茂 信

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  印加電圧に応じて変位する圧電素子と、入力
    電気信号が加えられると一定の直流電ρ角カし。 この直流電圧を前記圧電素子に印加する第1の直流電圧
    源と、入力電気信号に応じて変化し。 かつ入力電気信号が予定変化範囲の中位レベルの時、前
    記第1の直流電圧源の出力直流″電圧と略同1直となる
    直流電圧を出ノJL、この出力直流電圧を前記第1の直
    流電圧源よシの直流電圧と相殺する態様で前記圧電素子
    に印加する第2の直流電圧源と、前記圧電素子の変位部
    をフラッパとし、給気圧を受は背圧を導出するノズルと
    。 この背圧を出力圧に変換するパイロット弁と。 前記出力圧を奮1気信号に変換する回路と、この変換回
    路で変換された電気信号を前記第2の直流電圧源の入力
    側に加え、前記入力電気信号と平衡させる帰ノ肝回路と
    、前記入力゛電気信号が加えられない時、前記第1の直
    流電圧源に代シ。 前記一定の直流電圧と同値、同極性の直流電圧を前記圧
    電素子に印加する第3の直流電圧源とよシなる電−突変
    換器。 (2)前記第3の直流電圧源は抵抗とコンデンサの直列
    接続からなり、前記入力電気信号が加えられている状態
    で、前記第1の直流電圧源よシ加えられる直流電圧が前
    記コンデンサに充電され。 前記入力電気信号が加えられない時、この充電電圧を前
    記圧電素子に印加するものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の電−突変換器。 (3〕  前記第3の直流電圧源は電池であること全特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の電−空間換器。 (4)前記第1の直流電圧源は一定振幅で発振する第1
    の発振回路と、この第1の発振回路の発振出力を整流す
    る第1の整流回路からなり、前記第2の直流電圧源は前
    記入力電気信号に応じて振幅が変化する第2の発振回路
    と、この第2の発振回路の発振出力全整流する第2の整
    流回路からなシ、前記第5の直流電圧源は電池と、前記
    入力電気信号が加えられない時前記電池よりの直流電圧
    を前記第1の発振回路に供給するダイオードと前記第1
    の発振回路と前記第1の整流回路とから構成されること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電−¥変換器
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