JPS62106103A - 空気圧インタ−フエ−ス装置 - 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】 本発明はプロセス・システム（ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓｙｓ
ｔａｍｓ）のための空気インターフェース装置（ρｎｅ
ｕｍａｔｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｐｐａｒａｔｕｓ
）に関する。

プロセス・システムの空気制御は、そのシステムの設置
にあたり、構成要素が堅ろうであること、コストが安い
こと、設置および故障の発見、修理が比較的容易である
ことおよび高度の制御可能性を有することを必要とする
場合に広く用いられる。

空気制御に容易に適合しうるプロセスの例としては、冷
却機やボイラの温度制御、蒸気または空気ライン圧力制
御、流体輸送パイプ・システムにおける流れ制御、タン
ク液体レヘル制御、化学プロセスにおけるｐＨ制御、お
よび暖房、通気および空気調和制御等がある。空気制御
は、可燃性の流体が存在しそれが電気的制＜Ｔｎ’２置
によって点火されうる石油化学プロセス・システムで用
いられることが多い。以下においては、単に例示のため
に、暖房、通気および空気調和システムに関して本発明
を図示しかつ説明する。

暖房、通気および空気調和（ＨＶ　Ａ　Ｃ）システムは
、建物内の被調和空間の温度を制御するためおよびエヌ
ルギー管理の目的のために、そのような建物内で用いら
れることが多い。ある種のＨＶＡＣンステムは、建物内
への外気の流入を制御するため、建物から排出される空
気の流れを制御するため、および加熱または冷却されか
つ再循環される空気を送るための複数のアクチュエータ
操作型ダンパを有する空気処理ユニットを具備している
。このような空気処理ユニットに関連した他の機構とし
ては通常、ダクト内を流れる空気の温度を制御するため
にそのダクト内に配置された熱交ＩＡ　２５コイル中の
冷却されたまたは加勢された水の流れを制御するための
アクチュエータ操作型弁を具備している。

このような空気処理ユニ７）に用いられるアクチュエー
タの一例としては、ロンドをダンパまたは弁に連続され
たばね偏倚された空気シリンダよりなるものがある。そ
のシリンダは、小径の可撓性ポリエチレン・チューブで
形成され建物全体に設置された空気バス回路網のような
空気圧源に連結される。空気コントローラ内で既知のア
ルゴリズムを解きかつシリンダに送られるアナログ空気
出力信号を発生することによって制御が行なわれる。

比較的最近になってコンピユータ化された直接ディジタ
ル制御装置が開発されたこと、および低コストの堅ろう
な空気アクチュエータを用いた新設のまたは既設のＨＶ
ＡＣシステムにそのようなコンピユータ化された装置を
取入れたいという建物所有者の要望に伴なって、制？ｌ
装置からのディジタル信号を受信しかつその信号を、シ
リンダまたは他のアクチュエータの位置決めのための空
気圧信号に変換するためにデジタル／空気インターフェ
ース・システムを用いることが必要となった。

これらの直接ディジタル・コントローラは、インターフ
ェース・システムに対する指令信号を発生するために幾
つかの既知のアルゴリズムのうちの１つ以上を反復的に
解くように構成されうるちのであり、かつ本発明とは関
係のない理由のために、新しい絶対圧力によって表わさ
れた新しい位置まで移動するのではなくしてシリンダ圧
力の計算された変化を受けるようにシリンダに指令する
指令信号を与えるようにディジタル・コントローラを構
成することが好ましい場合が多い。言い換えると、シリ
ンダが採るべき新しい位置が、シリンダ圧力の変化の関
数ではなくてコントローラのディジクル出力信号の存続
期間の関数となるようにディジタル・コントローラおよ
びそれに付属したシステムを構成することが好ましい場
合が多い。一般に用いられている空気制御システムでは
、圧力１・ｎ凹円の全行程（ストローク）をシステム内
の特定のシリンダが呈するようにすることも望ましいこ
とがあり、その場合、圧力範囲はシリンダによって異な
っており、一般に用いられる全ストローク圧力範囲は３
〜８ｐｓｉ５．８〜１３ｐｓｉｇおよび］　３〜１８ｐ
ｓｉｇである。

単一のアクチュエータの位置を制御するために有用なあ
るいは同じ寸法の幾つかのアクチュエータの位置、全ス
トローク圧力範囲および負荷を同時制御するために有用
なインターフェース・システムの一例が米国特許第４２
６１５０９号に開示されている。そのシステムは、デジ
タル信号を受信しかつアクチュエータに流入しかつそれ
から流出する流体の流れを制御するための電気的に作動
される２位置ソレノイド弁を具備している。単位時間当
りのアクチュエータ・ストローク距離を制御するために
、すなわら両移動方向におけるアクチュエータ・ストロ
ーク特性を表わすアクチュエータ圧力・時間グラフの勾
配を制御するために、通常直径が数１０００分の１イン
チのオリフィスを有する空気抵抗器（絞りと呼ばれるこ
ともある）が空気管内に配設されている。

インターフェース装置の他の一例が米国特許第４４４０
０６６号に開示されており、その装置は、圧力源から不
定容積の領域へのおよびその領域から周囲圧力の領域へ
の空気の流れを制御するための一対のソレノイド弁を具
備している。付設されたアクチュエータ、例えばシリン
ダへのおよびそれからの流量を制御するために、調節可
能なフロー・オリフィスが設けられている。米国特許第
３２６６３８０号は、インターフェース制御には不適当
であり、可変人ノ〕圧力を考慮しかつ前述した米国特許
第４４４００６６号の装置と同様にフィードバック（閉
ループ）機構を含む空気圧計算装置における積分容量と
して溜めを使用することを示している。

上述した型式のインターフェース・システムはアクチュ
エータを位置決めするためには十分であったが、幾つか
の難点があった。すなわち、例えば、１個のアクチュエ
ータまたは同じ寸法、ばね範囲および負荷を有するアク
チュエータのグループのストローク特性を制御するため
に絞りが用いられる場合には、設置場所で実験を行なう
ことによって絞りのオリフィス寸法を選択しなければな
らない。これは、アクチュエータのストローク時間が、
アクチュエータの寸法、ばね範囲、負荷およびそのアク
チュエータと空気圧相互接続器内に含まれた流体の容積
に依存するからである。これらのパラメータは、実際の
設置に先立って決定することが困難かあるいは不可能で
ある場合が多い。

ＨＶ　Ａ　Ｃシステムは、アクチュエータの７−ケンス
動作を必要としかつ異なる容積寸法、ばね範囲および／
またはｆＬ荷を有するアクチュエータを具６ｉｆｆ　シ
ている場合には、非常に顕著な非、線型利得特性を呈す
ることになるので、それがためコントロールの問題がさ
らに複雑となる。上述した米国特許第４２６１５０９−
’４のインターフェース・システムを用い、かつ互いに
並列に接続された複数の構成の異なるアクチュエータを
制御すべき場合について考えると、それらのアクチュエ
ータに流体を導入するためあるいはそれらのアクチュエ
ータから流体を排出するためにソレノイドが付勢される
所定の時間のあいだにおける位置のパーセント変化が各
アクチュエータにつき異なる。このことは、１個のアク
チュエータのそれに含まれる流体の容積の変化が、理想
ガスの状態の方程式に従って、他のアクチュエータの単
位時間当りのストローク距離に影響を及ぼすことから生
ずる。例えば、小型、軽負荷のアクチュエータのストロ
ーク時間を制御するために絞りが選択された場合には、
システム・レスポンスは、それより大型のあるいはそれ
より重い負荷を課せられたアクチュエータを位置決めす
るのには許容できない程度に緩慢となるであろう。言換
すると、上述のようにより大型かあるいはより重い負荷
を課せられた型式のアクチュエータの適切な制御のため
に絞りが選択された場合には、システムの不安定が生ず
ることになりうる。それらのアクチュエータの幾つかあ
るいはすべてにパイロット・ポジショナと呼ばれる装置
を付設した場合でも、現場で実験するかあるいは空気圧
相互接続器と上記パイロット・ポジショナの圧力室とに
含まれた圧縮流体の容積を測定しかつ計算することによ
って絞りの選択を行なわなければならない。

上述した型式のシステムの他の難点は、空気圧流体の顕
著な漏れが生ずる点である。例えば、１／４インチ・チ
ューブの各空気圧接続は通常２０ｐｓｉｇにおいて毎分
当り約０．１標準立方インチ（Ｓ　ＣＩ　Ｍ）の漏れ率
を存し、典型的なパイロット・ポジショナは０．３３Ｃ
［Ｍの漏れ率を有する。

システムが比較的少容積の流体および／または大数の接
続点およびパイロット・ポジショナを含む一定容積の溜
めを具備したシステムでは、パラメータ・サンプリング
時間、例えば被調和空間の温度サンプリング時間のあい
だの時間間隔におけるシステム内の漏れに基因した制御
圧力の変化が許容できない程度に大きくなるであろう。

従って、関連する空気圧バスおよびアクチュエータの構
成に関係なく絞りのオリフィス寸法を予め選択できるよ
うにし、広範囲の流体容積を有するアクチュエータを制
御するために使用でき、かつ幾つかの圧力範囲のうちの
任意の１つで動作しうるアクチュエータに使用できるよ
うにする８周節服能を有しうるインターフェース・シス
テムが開発されれば従来技術に対して大きな進歩であろ
う。

一般的に、本発明のインターフェース装置は、実質的に
一定容積のガス内に第１の圧力で閉じ込められたガスの
モル数を制御するための空気圧流制御手段を具備してい
る。容積リレーは、制限容積のガスによって上記制御手
段に連結された第１の室と、位置決め制御されるべき空
気アクチュエータに連結するための第２の室を存してお
り、これらの第１の室および第２の室は互いに流体の流
れを分離されている。この容積リレーは、前記第１の圧
力と予め定められた関係を有する第２の圧力を第２の室
に与える。実質的に一定の制限容積を有する手段が、前
記流れ制御手段とリレーとの間に配置され、この手段は
アクチュエータの圧力・時間グラフの傾斜を決定するた
めに前記流れ制御手段と協働する。前記流れ制御手段は
前記実質的に一定の容積から周囲圧力の領域へのガスの
流量を調節するための手段を具備しうる。

本発明の目的は従来技術の難点を克服した空気アクチュ
エータを位置決めするための新規にして改良されたイン
ターフェース装置を提供することである。

本発明の他の目的は、流れ制御絞りを予め選択すること
を可能にするインターフェース装置を提供することであ
る。

本発明のさらに池の目的は、接続されたアクチュエータ
の寸法または個数とは独立のアクチュエータ位置決め特
性を与えるインターフェース装置を提供することである
。

本発明のさらに他の目的は、実質的に一定の制限容積か
ら周囲圧力の領域へのガスの流れの流量を現場で調節す
るための手段を具備しうるインターフェース装置を提供
することである。

本発明の他の目的は直接ディジタル・コントローラに使
用しうるインターフェース１１を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、直接ディジタル・コントロ
ーラからのディジタル信号の存′ｌｆｔ期間の計算され
た関数である新しい位置へのアクチュエータ・シリンダ
の位置を生ずるインターフェース装置を提供することで
ある。

以丁図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

まず本発明についての理解を容易にするために、該当す
るガス法則および適用される物理学上の法則について説
明すると、理想ガスの状態についての方程式は次のよう
に表現される。

ｐＶ＝ｎＲＴ ただし、ｐ−実質的に堅固な制限容積または容器内のガ
スの圧力、 ■＝容器の制限容積、 ｎ＝容器内のガスのモル数、 Ｒ＝ガス定数、 Ｔ＝ガスの温度（＠Ｋ） 容器内に閉じ込められたガスの温度が一定に保持される
ならば（これはこの場合における解析にとって妥当な仮
定である）、そして容器の容積が変化しないならば、ガ
スの圧力は容器内に閉じ込められたガスのモル数に対し
て直接的な関係を有するであろうことが上記式から明ら
かであろう。

実質的に一定の閉じ込められたガス容積内に存在するガ
ス圧力の上昇および下降特性を示す第１図のグラフを参
照することによっても本発明についての理解が容易とな
るであろう。曲線Ａは、特定の流れ絞り用オリフィスを
通じて例えば２０ｐｓｉｇの一定圧力源から制限容積内
にガスが導入される時間における圧力上昇特性を表わし
ている。

その容積内の初期圧力はＯｐｓｉｇであるとする。曲Ｖ
ＡＢは上記容積内の加圧されたガスが上記容器から周囲
圧力の領域、例えばＯｐｓｉｇの領域に放出されうる時
間における圧力下降特性を表わしており、そのガスの放
出は特定の寸法を有する流れ絞り用オリフィスを通じて
なされる。上記容積内に流入しかつそれから流出するガ
ス流の制御は、−ｉ＋の常閉２位置ソレノイド弁によっ
てなされうる。

曲＆？ＩＡおよびＢは両方とも非線型であるから、シリ
ンダを例えば３〜８ｐｓｉｇの領域Ｃで動作させたい場
合には、その領域Ｃ内における曲線Ａの〜般的に直線の
部分は、領域Ｃ内における曲線Ｂの若干円弧状の部分の
傾斜とは著しく異なる傾斜を有していることが明らかで
ある（この場合、それら２つの傾斜の符号は無視する）
。従って、曲線へに沿って上昇する領域Ｃ内の圧力の場
合には、単位時間当りの圧力の変化の大きさが、曲線Ｂ
に沿って下降する領域Ｃ内の圧力のそれとは異なる。

このことは、シリンダ位置決めが、圧力の変化を測定す
ることまたは他の手段によるのではなくて計算された信
号存続期間によって行なわれることが好ましい場合に、
シリンダがディジタル・コントローラからの信号によっ
て動作されるならば、許容できない結果を生ずることに
なりうる。

他方、８〜１３ｐｓｉｇの領域りにおける曲線Ａおよび
Ｂの傾斜は、符号を無視すれば、互いに実質的に等しく
、このことは、これらの曲線の基礎となるシステムに用
いられた特定のオリフィスが、ディジタル・コントロー
ラによる８〜１３ｐｓｉＨの範囲におけるシリンダ動作
に対して満足しろるものであることを示している。

次に第３図を参照すると、本発明のインターフェースｇ
Ｗ　１０が、調和されるべきスペース１２と流体流れ連
通状態に構成された空気処理ユニット１１を具備した例
示的なプロセス制御装置に関連して示されている。空気
処理ユニット１１は外気をスペース１２に導入するため
の取入れダクト１３と、そのスペースから空気を排出す
るための排気ダクト１４と、取入れダクト１３と排気ダ
クト１４との間に連結された交差連結型帰還ダクト１４
ａを具備している。強制的な空気の流動を生じさせるた
めにファン１５が設けられている。各ダクト１３．１４
．１４ａは、それらの中を流れる空気流を制御するため
に設けられた可動ダンパ１６を具備している。取入れダ
クト１３は冷却された水が通る空気冷却用コイル１７と
、湯または蒸気が通る空気加熱用コイル１８をも具備し
ており、これらのコイル１７．１８はスペース１２内に
導入される空気の温度を制御するために設けられている
。それらのコイル中を通る流体の流れを変調するために
、冷却水弁１９と湯弁２０が冷却用コイル１７と加熱用
コイル１８とにそれぞれ連結されている。空気処理ユニ
ットｌ工は、例えば空気圧信号から電気的または機械的
信号へのように信号を他のエネルギー状態に変換するた
めの空気圧トランスデユーサをも具備している。例示的
には、このトランスデユーサは複数の空気アクチュエー
タまたはシリンダを具備しており、この場合、各アクチ
ュエータはそれの制御可能な位置決めのためにそれに関
連されたダンパ１６または弁２０に機械的に連結される
。トランスデユーサ２１は、アクチュエータ２０と、そ
れに関連されたダンパ１６および弁２０を位置決めする
ための制御された空気圧を与える空気圧バス（図示せず
）に連結されうる。直接ディジタル・システム・コント
ローラ２７はそれからの信号を受取るためのサーモスタ
ット２９のようなパラメータイ言号装置に接続される。

システム・コントローラ２７は、例えばサーモスタット
２９によって信号発信されるスペース１２内のようなシ
ステム・パラメータを周期的にサンプリングし、それを
、矢印３１によって象徴的に示されたコンビ１−タ・デ
ータ　ヘース内に導入されかつ確立された温度設定点と
比較し、制御アルゴリズムをディジタル的に解き、そし
てトランスデユーサ位置を制御するためディジタル電子
指令信号を発生する。説明の便宜上、本発明を空気圧バ
ス２６によって装置１０に連結された空気圧シリンダ２
５に関連して説明するが、この場合、温度は、本発明の
インターフェース装置１０によって制御が容易となる幾
つかのプロセス・システム・パラメータのうちの１つに
すぎないこと、および本発明のインターフェース装置１
０は、パラメータ制御のために空気圧トランスデユーサ
が用いられる場合にプロセスを制御するためのシステム
において有効に利用され・）るものであることを理解す
べきである。

次に第２図および第３図を参照すると、インターフェー
ス装置１０の第１の実施例が、位置決め制御のために枢
動可能空気ダンパ１６に連結されたばね偏倚され、空気
圧により位ｉη決めされるンリンダ２５よりなる空気圧
トランスデユーサに連結されている。インターフェース
装置１ｏは空気流制御手段３３を具備しており、この空
気流制御手段３３は、所定圧力に設定されかつ空気圧バ
ス３８の第１の端３７に連結された第１の圧縮流体ａ３
５に連結されうる。空気圧バス３８の第２の端３９は流
体を大気に自由に排出するように開放されている。上記
所定圧力はそれに結合された種々の成分の定格を考慮し
て選択されうるが、ＨＶ　Ａ　Ｃシステムのプロセス制
御に対しては約２０ｐｓｉｇの供給源圧力が一般的であ
る。第１の人力弁４１と第２の排出弁４３を含む一対の
電気的に作動される常閉ソレノイド弁が、それら間に連
結された実質的に一定の制限容積または容器４５へのお
よびそれからの圧力流体の流れを制御するために直列に
配置されている。第１の弁４１および第２の弁４３の作
動ソレノイドは、システム・コントローラ２７から指令
信号を受信するために、それらの電気的導体をそのシス
テム・コントローラ２７に接続されている。空気流制御
手段３３は、第１の弁４１に隣接して上記バス内に配設
された第１の絞り４９と、それぞれ第２の弁４３に隣接
して上記バス内に配設された第２、第３および第４の絞
り５１．５３．５５を含む複数の絞りをも具備している
。各絞り４９．５１．５３．５５は上記制限容積４５へ
のおよびそれからの圧縮ガスの流速を制御するための長
手方向の通路またはオリフィス５７を有している。第１
の弁４１が作動されると、第１の絞り４９が供給源３５
からの流体の流れを絞った態様で許容し、第２の弁４３
が作動されると、上記制限容積４５から、第２の絞り５
１を通り、そして第３および／または第４の絞り５３．
５５を通って大気に流体を排出さ廿うる。絞り５３およ
び５５は、適用に際して所望の柔軟性を与えるように互
いに実質的に同一であるかあるいは互いに異なる固定オ
リフィス寸法を有するように選択されうる。絞り５３お
よび５５はソレノイド弁４３から下流の微調整可能な絞
りで置換してもよいが、そのような構成にすると、工場
または現場での較正を必要とすることになり、費用がか
かる。固定オリフィス寸法を有する絞り５５は永久的に
設置されるものであってもよくあるいは着脱可能なプラ
グ型式のものであってもよい。他の実施例では、インタ
ーフェース装置１０は、第２の端３９が、１つの絞り、
例えばその中に固定された絞り５３を有する１つの排気
口（図示せず）だけを有するように構成されうる。

第１の弁４１または第２の弁４３の選択作動により、上
記制限容積４５内における第１の圧力の調整が容易とな
る。弁４１，４３がいずれも作動されない場合には、上
記容積４５内の圧力は下記に詳述する理由で実質的に一
定である。ハス３８内の絞り４９．５１の配設位置が弁
４１．４３の上流側であるかあるいは下流側であるかに
関係なくインターフェース装置１０は同様に作動するも
のであること、および図示された絞りの位置は単に説明
のためのものにすぎないことを理解すべきである。

第３図および第５図を参照すると、空気流制御手段３３
は空気圧バス５９によって容積リレー６３の第１の入力
室６１に連結されており、その容積ＩＪＬ／−６３の第
２の出力室６５はトランスデユーサ２５のような位置決
めされるべき１つ以上のトランスデユーサに出力バス６
７によって連結されている。例えば２０ｐｓｉｇのよう
な実質的に一定の圧力を存する圧縮ガスの第２の供給源
６９がトランスデユーサ２５に対する空気圧駆動体とし
て付設されている。容積リレー６３は上記第１および第
２の室６１．６５を互いに流体流れ的に分離した状態に
維持するためにそれらの室６１．６５の間に配設された
弾性ダイヤフラム７１を具備している。また、この容積
リレー６３は、第２の出力室６５内の圧力、従って出力
バス６７およびトランスデユーサ２５内の圧力が、第１
の入力室６１内の圧力に対し、後者の圧力の変化に関係
なく、予め定められた関係を有するように構成されてい
る。

容積リレー６３は、出力室６５内の圧力が入力室６１の
圧力に対して予め定められた関係に維持されるように構
成されることが好ましい。リレーの構造を簡単にしかつ
それの装着テストおよび故障発見を容易にするために、
その関係は１：１の比の直線関係であることが好ましい
。ダイヤフラム７１の撓みによって、第１の室６１にお
けるガスの容積に若干の瞬時的変化が生じるが、その変
化は非常に小さいので、インターフェース装置１０の性
能に対して大きな影響を及ぼすことはない。

第３図の第１の実施例では、制限容積４５は、容積リレ
ー６３の第１の室６１と、第３図でみてソレノイド弁４
１．４３の右側におけるバス３８．５９の部分とによっ
て包囲された容積である。本発明において使用しうる容
積リレー６３の一例については、米国特許第４２０７９
１４号に詳細に開示されている。

インターフェース装置１０の第２の実施例が第４図に部
分的に示されており、この実施例は、溜め７３がハス５
９に対して流体流れ的に連通ずる関係で連結されている
点だけが前述の第１の実施例と相違している。制限容積
の容積寸法、すなわち理想気体方程式のｒＶＪ成分が第
１の実施例において記述されたように集合容積４５とし
て具現されてもよく、あるいは第４図に示されているよ
うに、集合容積４５は、図示のように上記ハスと並列に
あるいはそれと直列に連結された溜め７３によって制限
された容積を付加的に含んでいてもよい。

インターフェース装置１０は市販のチューブ、コネクタ
、絞り、弁および容積リレー等の部品を用いて容易に構
成されうる。しかしながら、より多くの生産量が必要な
場合には、それらの部品は、エツチングまたは他の方法
で形成された複数の流体誘導路と１つの制限容積４５を
有する単一の構造としてパッケージされうる。この最後
に述べた手法による場合には加工および設計のための費
用が必然的に多くなるが、組立てコストは大幅に軽減さ
れることになる。

制限容積４５の容積寸法を選定する場合には、理想気体
の上述した状態方程式に従って選択される幾つかの設計
パラメータに考慮を払うことが好ましい。そのようなパ
ラメータの１つとして、インターフェース装置１０の該
当部分内に制限されかつ実質的に一定に維持された圧縮
ガスの作動容積の大きさがある。その作動容積は、前記
第１の実施例で記述されたように制御された圧縮ガスと
、使用された任意の溜め７３内および第１の室６１内に
制限されたものと、寄生ガスの容積を合計した全容積４
５である。寄生ガスは、絞り４９または５Ｉとそれに関
連したソレノイド弁４１または４３との間の流れ制御手
段の部分にそれぞれ存在するものである。弁４１．４３
が抵抗器を組込んで構成されている場合には、この寄生
容積は実際には除去されうる。考慮すべき他の設計パラ
メータは、絞り４９．５１．５３．５５におけるオリフ
ィスが、ガスに伴なう小さい粒子によってオリフィスが
詰まるのを回避するためおよび従来技術によって絞り４
９．５１．５３．５５を低コストで製造できるようにす
るために、典型的には０．０１２７センチメードル（０
，００５インチ）の最小直径を有する点である。考慮す
べきさらに他のパラメータは図示された空気圧連結点の
漏れ率である。この漏れ率は、インターフェース装置１
０を組立て後にガス不透過性化合物でボッティング（ｐ
ｏｔｔｉｎｇ）することによって非常に低い値に減少さ
れるかあるいは完全に除去されうる。考慮されるべきさ
らに他のパラメータは弁４１．４３のいずれかが作動し
たときに生ずる曲線Ａ、Ｂの所望の傾斜である。

少ないが検知しうる程度の漏れがあることを特徴とする
連結点を有するインターフェース装置１゜の場合には、
制限容積４５の最小寸法は、弁４工または弁４３のいず
れもが作動していないときにインターフェース！ＨＨｏ
が静止状態に維持される最大時間間隔にわたって、制限
容積４５内のガスに約１％よりも少ない圧力変化を生ず
るものであることが好ましい。それは通常、システム・
コントローラ２７が例えば温度のようなパラメータをサ
ンプリングし、そして補正指令を発止する連続した時間
のあいだの最大時間間隔であろう。延長された動作期間
にわたって最適シリンダ位置決め精度を得るために、こ
の圧力変化は１％の半分以下に制限されることが好まし
い。インターフェース装置Ｗ　１０が連結点漏れを完全
に除去するようにボッティングされている場合には、制
限容積４５の最小立方容量に対する制御パラメータは、
前述した方程式によりかつ使用しうるまたは使用するの
が望ましい最小オリフィス寸法を考慮して計算される曲
線Ａ、Ｂの最大傾斜である。装置１０の特徴の１つは、
符号を無視して曲線Ｂの一部分の傾斜に合致する曲線Ａ
の特定の部分の傾斜を選択できるようにする調節機能で
ある。

本発明の１つの実施例では、すべて第４図に従った形状
となされたソレノイド弁４１．４３と、約０．１３平方
インチの第１室容積を有する容積リレー６３と、溜め７
３を連結するために、内径が０．０６２５インチで全制
限容積が約０．０８立方インチの短いチューブが用いら
れた。さらに、圧縮ガスの寄生容積は全部で約０．００
１６立方インチであった。第１の圧力源３５が２０ｐｓ
ｉＨの圧力に調整され、第１の絞り４９オリフイスが０
．００４２２の計算直径に調節され、そして第２の絞り
５１オリフイスが０．００４８５インチの計１７直径に
調節された場合に、容積の立方容量は２．４立方インチ
となるように選定され、かつ約３分だけ離れた温度サン
プリング時間に対して高いシステム精度が与えられた。

次に第３図、第５図、第６図および第７図を参照すると
、装置１０の商業用実施例が一般的に円筒状のカバー７
５、上方体７７、中央板７９および下方体８１を具備し
て示されている。上方および下方体７７．８１、中央板
７９および内部に配設された他の部品は第５図に示され
た容積リレー６３の態様で機能するために協働するよう
に形成される。中央ののど状コネクタ８３は空気供給源
６９を実質的に一定の圧力（第３図）に連結するために
設けられており、他方、半径方向に配置されたコネクタ
（図示せず）は第３図の出力バス６７とシリンダを連結
するために設けられている。中央板７９と下方体８１は
、空気供給源６９が第３図の供給源３５として作用し、
第１の入力弁に対する供給が小さいフィルタ８５を通じ
て行なわれるような内部構造となされている。第１の人
力弁４１と第２の排出弁４３は同様の構造を有している
ので、第１の入力弁４１についてだけ詳細に説明する。

第８図および第９図をさらに参照すると、第１の人力弁
４１は供給ソレノイド８７と、制御ノズル８９と、この
ノズル８９に制御可能に空気を流すためにソレノイド８
７とノズル８９の間に配置された（皇みレバー９３の延
長部分を具備している。制御ノズル８９は上方円錐台状
部分９５を具０１Ｈシかつ制？ｆｆ１ｌオリフィス９９
を装着された長手方向の通路９７を有している。好まし
い実施例においては、上述した典型的な最小開口を有す
るより一般的なプラス千ツク・オリフィス４９．５１．
５３．５５とは異なり、オリフィス９９をサファイアで
形成され、公称０．００３“の開孔を有している。比較
的ゆっくりと空気が流れうろこの種のオリフィスを用い
ることによって、実質的に一定の容積４５の物理的寸法
が減少されうる。

特に第８図、第９図および第１０を参照すると、撓みレ
バー９３は第１の延長部分９１と第２の延長部分１０１
を有するものとして示されており、各延長部分９１，１
０１はそれらに関連したソレノイドが付勢された場合に
若干上方に移動しうるようになされている。各延長部分
９１．１０１は鉄製接極子部材１０３と下方弁ボタン１
０５を具備している。好ましい実施例では、ボクン１０
５は伸性弁材料１０９を閉じ込めるための一般的に円筒
状のキャニスタ１０７として具体化され、そのキャニス
タ１０７は材料１０９を円錐台状部分９５と直接接触さ
せるための下方開口１１１を有している。レバー９３は
上方体７７の取付柱延長部分１１５を受入れるための中
央開孔１１３を有している。特に第１Ｏ図を参照すると
、取付柱１１７とそれの延長部分］１５が好ましくは公
称的に４″の角度だけ傾斜した面を有する肩部１１９を
それら間に形成していることが好ましい。好ましいクラ
ンプ・ブロック１２１は、延長部分１１５に自由に嵌着
しかつその延長部分との間に小さい環状の空間を形成す
るのに十分なだけ延長部分１１５の内径よりも大きい内
径を有している。りランプ　プロ、・り１２１の外周は
取付柱１１７の直径よりも若干率さいことが好ましい寸
法を有する長方形を対向側間に形成され、他方、クラン
プ・ブロック１２１の下方リップ１２３は、肩部１１９
の角度よりも若干大きい、公称的に１０゜の角度で面取
りされている。そのように形成された場合には、クラン
プ・ブロック１２１のリップ１２３とレバー９３との間
で２つの縁端が接触し、それによって延長部分９１．１
０１に若干の下方向力が加えられ、ソレノイドが付勢さ
れていない場合に弁４】、４３を閉塞した状態に維持す
る。

ソレノイド８７が消勢された場合に若干の空隙を与えて
弁をきれいに閉塞させるように、ソレノイド８７のよう
な各ソレノイドとそれに関連した延長部分９１との間の
構体に薄いスペーサ・シム（図示せず）が配設されうる
。そのジムはその後で除去される。

第３図、第４図および第７図を再度参照すると、好まし
い実施例では、実質的に一定の空気容積４５は上方体７
７とカバー７５との間に制限された容積４５′でありう
る。このような態様で容積４５′を設けることにより、
別個の空気溜め７３を具備する必要がなくなり、製作費
と寸法がある程度節減されることになる。第６図に示さ
れているように、装置１０は、取付および保守を容易に
するために、スナップ式取付ｌ・ラック（図示せず）の
リップに係合するような寸法および配置となされた一対
の取付耳１２５を具備するように都合よく構成されうる
。

次に第２図および第１１図を参照すると、好ましい装置
ＩＯの電気回路は図示のようにダイオード１２７を用い
て構成されうるちのであり、供給側ソレノイド８７また
は排出側ソレノイド１２９は逆極性の直流信号を用いて
直接ディジタル・コントローラ２７から付勢されうる。

動作時には、直接ディジタル・コントローラ２７は実際
のスペース温度を表わすサーモスタット２９からの信号
のような制御されるべきパラメータを表わす信号をサン
プリングし、それを所定のデータヘース温度設定点と比
較し、予め定められたアルゴリズムを解き、そして第１
の弁４１かあるいは第２の弁４３を作動させるためのデ
ィジタル指令信号を発生する。第１の弁４１が開くと、
圧縮ガスが、実施例に応して供給源３５または６９から
第１の絞り４９またはオリフィス９９を通って流れ、そ
して制限容積４５または４５′内の圧力が上述のように
選定されたパラメータにより決定される単位時間当りの
速度で上昇する。それにより第１の室６１内の圧力が第
２の室６５内の圧力よりも高くなり、ダイヤフラム７１
が第５図でみて右方に撓まされる。逆上法１３３に当接
したプランジャ一端部分１３１が球１３３をシール縁端
１３５から離れる方向に移動させ、その結果、逆止弁が
開き、その場合の開口面積はダイヤフラムの撓みの程度
にｍｍに比例する。それにより供給源６９からの圧縮ガ
スは、第２の室６５内の圧力がリレー６３の設計比（通
常は１：１）によって表示された値になるまで、逆上弁
を通って第２の室６５、出力ハス６７およびトランスデ
ユーサ２５に流動されうる。次にダイヤフラム７１は均
衡した位置に戻り、そして逆止法１３３は縁端１３５と
密封係合した状態に復帰される。出力バス６７の連結部
からの圧縮ガスの漏れは、圧力均衡状態を維持するため
に上述のように作用する容積リレー６３によって感知さ
れるであろう。

同様に、第２の弁が作動されると、制限容積４５．４５
′内の圧縮空気は、第２の絞り５１を通りそして１つ以
上の絞り５３．５５を通りあるいはさらに後述するよう
にして周囲の大気に制御可能に排出されるであろう。従
って、インターフェース装置１０内の圧力は予め定めら
れた割合で低下し、そしてその結果化ずる第２の室６５
と第１の室６１との間の圧力差により第５図でみて左方
にダイヤフラム７１を撓ませることになる。ダイヤフラ
ムの移動によって通路１３７が開かれ、そして第１の室
６５、出力バス６７およびトランスデユーサ２５内の圧
縮ガスが制御可能にＩＪＦ出されて第１の室６１と第２
の室６５の圧力を均衡した比となし、それに伴なって、
ダイヤフラム７１が再び移動して通路１３７を閉塞する
。

第３図および第４図に示された装置１０の実施例では、
絞り５３．５５におけるオリフィス５７の寸法と、制限
容積４５の大きさが予め定められうろことが上記のこと
から理解されるであろう。

従って、特定のシリンダまたは１つのグループのシリン
ダを動作させたい曲線ＡおよびＢの部分、例えば３〜８
ｐｓｉｇの部分の符号なしの傾斜を等しくするオリフィ
ス寸法を存するように絞り５３および／または５５を選
択しうる。絞り５３または５５のいずれかが使用されな
い場合には、それにはキャップをすればよい。第７図の
実施例では、排出側絞りの選択は、下方体内に摺動可能
に嵌入してそれと密封係合する寸法となされた挿入およ
び除去可能な絞り１３９を設けることによって達成され
うる。容［４５’と室６Ｉ内に閉じ込められた空気の集
合容積は設計および製造時に予め定められうるから、装
置１０には、複数の、典型的なＨＶＡＣ用途の場合には
好ましくは３個の絞り１３９が設けられうるちのであり
、各絞りは断面積の異なるオリフィスを有していて、シ
リンダ２５が動作されることを所望される圧力範囲、例
えば３　〜８　ｐｓｉｇ−８〜　ｌ　　３　ｐｓｉｇま
たシま　１　３　〜ｌ　　８ｐｓｉｇの範囲に対して実
質的に等しい１ｔｆｔ斜を有する曲線Ａ、Ｂを生ずるよ
うになしうる。

供給ｔＡ３５および／または６９の最小容４Ｍ流体送り
出し容量およびリレー６３のガス流速容量は公知の方法
で決定されうるちのであり、好ましい実施例では、これ
らの送り出し容量および流速容量は、第２の室６５およ
び出力バス６７内の圧力が、相当な時間遅れを伴なうこ
となしに、第１の室６１の圧力に合致するように選定さ
れる。さらに第３図および第４図の実施例の場合には、
第２の供給［６９の調整された圧力が第１の供給源３５
の圧力に密接に整合されることが好ましい。

インターフェース装Ｗｌ　Ｏは、本発明に従って構成さ
れた場合には、コントローラ２７によって弁４１．４３
のうちの１つに与えられる信号の存続期間の関数である
出力圧力をシリンダ・トランスデユーサ２５に与えるこ
と、およびこの結果がフィードバック制御を用いないで
実現されることを理解すべきである。従って、トランス
デユーサ２５を容積リレー６３に連結するために用いら
れる所定長のハス６７によっであるいはそのシリンダの
ストローク長にわたって容積が変化するトランスデユー
サ２５それ自体の作用によってもシリンダ圧力は影響さ
れない。絞り５３および／または５５を選択的に使用す
ることによりあるいは第７図の実施例において適当な絞
り１３９を選択することによって、上記曲線の動作部分
の傾斜は用途に適合するように修正されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスの実質的に一定の制限容積内における圧力
の上昇および下降特性を示す図、第２図は本発明のイン
ターフェース装置を空気処理ユニットを具備したプロセ
ス制御装置に関連させて示す概略図、第３図は第２図に
示されたインターフェース装置の第１の実施例を示す概
略図、第４図は第２図のインターフェース装置の第２の
実施例を示す概略図、第５図は第３図の線５−５上でみ
たインターフェース装置の容積リレ一部分を示す断面図
、第６図は本発明の装置の他の実施例を示す平面図、第
７図は第６図の装置をｖＡ７−７上でみた倒立面図、第
８図は第７図の装置の撓みレバーの平面図、第９図は第
８図のレバーを線９−９上でみた倒立面図、第１０図は
上記装置の中央板の断面側立面図、第１１図は上記装置
の電気回路図である。 図面において、ｌＯはインターフェース装置、１１　ハ
空気処理ユニット、１２はスペース、２５はシリンダ、
３５は圧縮流体供給源、４１は人力弁、４３は排出弁、
４５は制限容積、４９．５１．５３．５５は絞り、６エ
は人力室、６３は容積リレー、６５は出力室、７１はダ
イヤフラムをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の圧力でもって実質的に一定の容積内に閉じ込めら
   れたガスのモル数を制御するための空気圧流制御手段と
   、 空気圧バスによって前記制御手段に連結された第１の室
   を有しかつ位置決め可能に制御されるべき空気圧トラン
   スデューサに連結するための第２の室を有し、前記第１
   の室と前記第２の室が互いに流体流れ的に分離されてお
   り、前記第１の圧力に対して予め定められた関係を有す
   る第２の圧力を前記第２の室に与える容積リレーと、 前記制御手段と前記リレーとの間に連結されており、前
   記バスおよび前記リレーと協働して前記実質的に一定の
   容積を形成する溜めを具備しており、 前記空気圧流制御手段は前記実質的に一定の容積から周
   囲圧力の領域への前記ガスの流量を調節するための手段
   を具備しており、 前記流量を調節するための手段は第１の断面積のオリフ
   ィス流路を有する空気圧絞りを具備しており、この絞り
   は前記空気圧流制御手段から除去可能でありかつ第２の
   断面積のオリフィス流路を有する絞りによって置換可能
   であることを特徴とするプロセス制御システムのための
   空気圧インターフェース装置。