KR890003863B1 - 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치 - Google Patents

전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치
제 1 도는 본 발명에 따른 제어씨스템의 블럭다이어그램.
제1a도는 배압노즐과 모우터에 의해 구동되는 캠의 확대도.
제 2 도는 제 1 도의 제어씨스템에 따른 공기식 써어보장치의 블럭다이어그램.
제 3 도는 제 2 도의 스프링장치와 밸로우즈의 측면도.
제 4 도는 제 3 도의 스프링장치와 밸로우즈의 단면도.
제 5 도는 제 2 도에서 표시된 캠장치의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 직류모우터 14 : 써어보회로
16 : 전원공급기 20 : 공기식 써어보장치
21 : 배압노즐 23 : 캠장치
26 : 압력변환기 38 : 위치증폭기
42 : 차동증폭기 46 : 증폭회로
50 : 비례적분 제어기 64 : 조절기
68 : 나선형판 70 : 노치
74 : 배로우즈 스프링장치 78 : 밸로우즈
80 : 스프링
본 발명은 전자-공기식 변환기용 제어씨스템에 관한 것으로, 특히 편심캠과 배압(徘壓)노즐을 이용하여 밸로우즈에 출력을 공급하고, 제어씨스템에 궤환신호를 제공하도록 제어하게 되는 공기식 써어보장치에 관한 것이다.
전자-공기식 변환기용 제어씨스템은 일반적으로 4-20mA의 전기적 신호를 이용해서 솔레노이드모우터를 작동시키도록 되어 있는 바, 상기 4-20mA의 전기적신호는 솔레노이드 모우터의 스프링코아의 변위에 비례하여 발생하고, 또 솔레노이드 모우터의 스프링코아 변위는 공기식 밸브와 연결된 핀심캠을 제어하게 되므로 코아의 동작에 비례한 압력변환을 할 수 있게 된다.
한편 이러한 장치의 실예로서는 미국 특허 제 3,334,642호에 상세히 기술되어 있기도 한데, 이 미국특허에 기재되어져 있는 전자-공기식 제어씨스템의 공기식 써어보장치에는 몇가지 단점이 있었다.
즉 첫째, 이러한 장치는 작동중에 전원이 단절되게 되면 정위치를 유지할 수가 없도록 되어 있어서, 코일로부터 전원이 제거되게 되면 코아가 스프링의 작용으로 원위치로 되돌아가게 되고, 때문에 공기식 출력신호를 조절할 수가 없게 되어, 전자-공기식 씨스템에 의해 작동되는 제어장치의 작동이 완전히 열린상태 또는완전히 닫혀진 상태로 되며, 경우에 따라서는 제어장치 자체가 파괴될 위험마저 있게 된다.
둘째, 종래의 써어보장치는 스프링에 달려있는 코아들이 작동범위에서 동작될 경우 코아의 진동이 공기식 출력신호의 변화를 유발시키게 되므로 매우 가변적으로 되고, 또한 공기식 출력신호가 제어씨스템의 입력으로 궤환되는 궤환신호가 없기 때문에 동작이 불완전해지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 공기식 노즐을 조절할 수 있도록 직류모우터에 의해 구동되는 제어씨스템에서, 작동중 전원이 나가게 되더라도 모우터가 마지막 구동위치에 정지시켜질 수 있도록 하므로서, 최종적인 전기적신호가 계속 유지될 수 있도록 하고, 또 상기 전원이 나간 상태에서도 최종적인 공기식 출력이 그대로 유지되어서 공기식장치의 진동에도 영향을 받지 않음은 물론, 제어씨스템의 전자식 부분에 제한신호를 제공하도록된 전자-공기식 제어씨스템의 공기식 써어보장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이하 본 발명 공기식 써어보장치를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.
본 발명 전자-공기식 써어보장치는, 4~20mA의 전기신호가 입력되는 전원공급기(16)와, 상기 전원공급기(16)에 연결되는 써어보회로(14), 상기 써어보회로(14)에 의해 제어되면서 공기식 써어보장치(20)의 캠장치(23)를 구동시키는 직류모우터(12), 상기 캠장치(23)와 결합되어 배압노즐(21)로부터 출력되는 공기신호를 밸로우즈 스프링장치(74)를 통해 인가받는 압력변환기(26), 상기 압력변환기(26)의 출력을 인가받아 차동증폭기(42)에 궤한신호를 인가하도록된 증폭회로(46), 상기 차동증폭기(42)에 셋포인트신호를 인가하기 위한 위치증폭기(38) 및, 상기 셋포인트신호와 궤환신호에 의한 오차신호를 인가받는 비례적분제어기(50)로 구성되어 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명이 제 1 도 및 제1a도에서 도시된 전자-공기식 제어씨스템에 한정되는 것은 아니다.
제 1 도 및 제1a도에서 직류모우터(12)는 전자식으로 제어되는 써어보회로(14)에 의해 제어되도록 되어 있는바, 이 써어보회로(14)는 라인(18)을 따라 4-20mA의 입력제어신호로 작동되는 전원공급기(16)에 의해 구동되게 된다.
그리고 상기 직류모우터(12)는 공기식 써어보장치(20)에 기계적으로 결합되어 있는데, 여기서 이 공기식 써어보장치(20)는 직류모우터(12)에 결합되어 구동되는 캠장치(23)에 의해 조절되게 된다. 한편 이 캠장치(23)는 배압노즐(21)을 조절함으로서 공기식 써어보장치(20)의 출력라인(22)을 거쳐 출력되는 배압출력을 3-15PSI 범위로 조절하게 되는바, 이렇게 3-15PSI로 조절된 배압출력은 입력라인(18)을 따라 가해지는 선형 4-20mA의 전기적 입력신호와 일치하도록 가변되어져 라인(24)을 따라 압력변환기(26)에 보내지게 되고, 이 압력변환기(26)가 궤한신호를 증폭회로(46)를 통해 차동증폭기(42)로 제공해서 직류모우터(12)를 제어하게 된다.
또한, 전압의 극성에 관계없이 어느 방향에서나 직류모우터(12)를 작동할 수 있도록 전원공급기(16)는 양전압(V+)과 지준전압(Vref)을 갖게 되는데 그중 전원라인(28)을 따라 인가되는 양전압(V+)은 대략 6.4V정도의 범위로 설정되어 모우터 써어보회로(14)에 전원을 인가함은 물론, 입력라인(31)(33)을 통해 적정위치 증폭기(38)와 증폭기회로(46)에 전압을 인가하게 된다. 한편 전원공급기(16)의 기준전압(Vref)은 라인(30)을 따라 모우터 써어보회로(14)에 바이어스 되어, 라인(32)을 따라 압력변환기(26)에 인가되게 된다.
그리고 상기 4-20mA의 전기적 입력신호는 3-15PSI의 공기신호로 변화되어 출력라인(22)에 인가되기 위하여 일정전압으로 강하되어 적정위치증폭기(38)에 인가되게 되며, 상기 위치증폭기(38)는 미리 정해진 레벨로 입력신호레벨을 증폭시키고, 증폭된 입력신호레벨은 라인(40)을 통해 차동증폭기(42)에 보내지게 되는데 이때 궤한신호레벨과 일치하는 셋포인트신호가 정해지게되며, 궤한신호 역시 차동증포기(42)에 가해지게 된다.
여기서, 차동증폭기(42)는 상기 위치증폭기(38)의 입력신호와 증폭회로(46)로부터 라인(44)을 따라 제공되는 궤환신호를 받게되며, 입력된 신호를 비교하여 오차신호를 비례적분제어기(50)에 인가하게 되고, 상기 증폭회로(46)는 압력변환기(26)에 의해 가해지는 압력신호를 측정하여 조정하게 되며, 압력변화기(28)는 출력라인(22)에서 발생하는 3-15PSI의 출력을 전기적신호로 변환시킨다.
또한, 상기 차동증폭기(42)는 라인(40)의 셋포인트신호와 라인(44)의 궤환신호를 대바하여 두 신호의 차이를 감지해서 이 두 신호의 차이에 비례하여 출력신호를 발하게 되는데, 출력신호는 오차신호로 표시되어 라인(48)을 따라 비례적분 제어기(50)에 가해지게 된다. 그리고 증폭시켜진 오차신호는 비례적분제어기(50)에 의해 기준전압(Vref)보다 높게 혹은 낮게 조정되어 적분되게 된다.
한편, 모우터(12)의 회전방향은 기준전압(Vref)보다 높게 혹은 낮게 조정되는 비례적분제어기(50)의 출력전압에 의해 결정되는 바, 즉 출력신호가 기준전압(Vref)보다 높으면 모우터(12)를 통하는 전류가 정방향으로 흐르게 되어 모우터(12)를 정회전시키게 되고, 비례적분제어기(50)의 출력전압이 기준전압(Vref)과 같은 경우에는 모우터(12)에 전류가 인가되지 않게 되므로 모우터(12)가 정지하게 되며, 출력전압이 기준정압(Vref)보다 낮을 경우에는 모우터(12)의 회전방향이 역방향으로 된다. 이때의 전압레벨은 기준전압(Vref)점을 통과하게 된다.
특히, 증폭회로(46)에는 영점조정자(60)와 스팬조정자(62)가 설치되어 있는데, 영점 및 스팬조정자는여러 범위에 대해 궤환신호를 조정하게 된다. 여기서 가동압력의 범위와 초기압력 또는 영점은 공기식장치의 기준치인 3-15PSI신호로 결정되는데 이 신호는 전기식장치의 기준치인 4-20mA로 궤환되게 된다.
한편 본 발명 공기식 써어보장치는 상기 범위와 다른 범위에서도 사용할 수 있는 바, 예컨데 상기 범위를 50%로 축소되도록 고정시켜 최소치가 3PSI 최대치가 9PSI로 되도록 해 놓을 수도 있다.
그리고 전자-공기식 제어씨스템(10)에 전기적인 고장이 발생하게 되면, 직류모우터(12)는 마지막 위치를 유지하도록된 캠(23)과 함께 고장이 발생한 최종 위치에 정지하게 되며, 노즐(21)로부터 공기식 써어보장치(20)로 일정한 배압이 가해지게 되고, 이때 출력신호의 최종압력은 공기식 써어보장치(20)에 의해 출력라인(22)에 유지되게 된다.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 제어씨스템에 따른 공기식 써어보장치의 블럭다이어그램으로서, 이 공기식 써어보장치(20)에 공기공급기와 연결된 조절기(64)가 설치되어 이 조절기(64)가 조절되지 않은 고압의 공기를 22+2PSI의 저압력으로 일정하게 감소시키게 되고, 이렇게 조절되어 감압시켜진 저압공기가 기공(66)을 통해 배압노즐(21)로 보내지게 된다. 여기서 배압노즐(21)의 구멍과 정합하는 기공(66)의 크기가 공기식 써어보장치(20)의 응답시간은 물론 공기 소비량을 결정하게 된다.
그리고 전술한 바와같이, 모우터 써어보회로(14)가 직류모우터(12)를 정회전 또는 역회전시키게 되는데, 이때의 회전방향은 모우터 써어보회로(14)에 입력되는 궤환신호와 셋포인트신호의 비교에 의해 결정되는바, 이 모우터(12)의 회전은 제 5 도에 상세히 도시된 바와같이, 캠(23)을 회전시켜서 배압노즐(21)을 열거나 닫게 된다. 여기서 상기 캠(23)은 배압노즐(21)에 밀접해서 설치되게 되므로서, 배압노즐(21)의 개폐작용이 원활히 이루어질 수 있게 된다.
제 5 도는 캠(23)의 형태를 단면도로 도시해놓은 것으로, 노치(70)를 가진 나선형판(68)으로 되면서 그 중안부위에 허브(72)가 설치되어 모우터 축에 쉽게 결합시켜지도록 되어, 캠(23)의 표면에 3-15PSI의 공기압이 가해지게 되면 이 캠(3)이 공기압을 조절하게 된다. 여기서, 나선형판(68)은 배압노즐(21)로부터 일정한 압력을 출력라인(22)에 보내 그 압력을 일정상태가 유지되도록 해주게 된다. 즉 예컨대 노즐(21)이 나선형판(68) 가장자리 A지점에 접하게 되면 3PSI의 출력이 유지되게 되는 한편, B지점에 접하게 되면 15PSI의 출력이 유지되게 된다.
따라서, 일률적인 선형출력의 발생이 배압노즐(21)과 캠(23) 가장자리 부분의 접촉상태로 결정되게 되고, 캠(23)의 A지접과 B지점 사이에서 조절되게 되므로, 결국 캠(23)의 노치(70)의 높이가 출력신호의 변위로 볼수 있게 된다. 그리고 캠(23)의 허브(72)는 이러한 조절을 보다 원활히 할 수 있도록 직류모우터(12)의 축에 캠(23)을 고정시켜지게 된다.
그리고 제 2 도 내지 제 4 도에서 알 수 있는 바와같이 배압노즐(21)이 라인(76)을 통해 밸로우즈장치(74)에 가해지는 배압을 증가시키게 되어, 이 밸로우즈장치(74)의 내부압력이 증가되게 되면 비례적으로 높이가 늘어나게 되는 바, 이는 밸로우즈(78)와 평행되게 설치된 스프링(80) 뿐만아니라 밸로우즈(78)의 구조에 의해서도 결정된다.
한편 제 3 도 및 제 4 도에 도시된 바와같이 스프링(80)은 밸로우즈(78)의 동작을 한정하게 되어, 라인(22)을 따라 요구된 범위로 공기식 출력신호의 출력범위를 한정시키게 된다. 여기서, 요구되는 범위는 스프링(80)의 스프링압력을 강하게 하거나 느슨하게 하므로서 조정해서 조절너트(82)로 특정위치에다 고정시킬 수 있도록 되어 있다.
따라서 상기 조절너트(82)를 가지고 필요한 적정범위의 출력이 발생되도록 조절하게 되는데, 이때의 압력 범위는 대개 3-27PSI 정도가 된다. 또 상기 스프링(80)은 탄발계수가 다른 스프링으로 대치하여 사용할 수 있도록 되어 있다.
그리고 상기 배압노즐(21)은 브라켓트(84)에 의해 견고하게 설치되고, 밸로우즈(78)와 스프링(80) 역시 브라켓트(84)에 의해 설치되면서 그중 브라켓트(84)가 피벗(88)에 의해 프레임부재(86)에 힌지결합되는바, 이러한 힌지결합이 피벗(88)을 중심으로 스프링(80)과 밸로우즈(78) 및 배압노즐(21)의 회전을 가능하게 해준다. 이렇게 해서 스프링(80)과 밸로우즈(78) 및 배압노즐(21)이 일체적으로 설치되게 됨으로서 공기식 써어보장치(20)에 영향을 끼칠수 있는 외부요인으로 말미암는 진동들을 감소시킬수가 있게 되어 써어보장치 전체의 진동을 감소시킬수가 있게 된다.
한편 상기 배압노즐(21)를 조절하기 위해 모우터(12)와 캠(23)이 작동되면, 밸로우즈(78)는 이 배압노즐(21)이 캠(23)의 표면(68) 가장자리에 도달할때까지 피벗(88) 주위에서 회전하도록 팽창하게 되고, 배압궤한신호는 셋포인트신호와 모우터(12)의 회전 및 캠(23)의 균형을 유지하게 된다. 그 결과 라인(22)에서 발생하는 출력신호가 직류모우터(12)의 회전시키는 입력신호와 비례적으로 변하게 되어 균형을 이루게 된다.
그리고 상기 배압노즐(21)과 캠(23)장치 사이에는 기계적인 접촉이 없기 때문에 직류모우터(12)는 노즐크램프(90)에 의한 캠(23)의 미세한 제동에 따른 내부 마찰만 극복하면 된다. 또 상기 노즐크램프(90)는 모우터(12)의 축끝에 설치된 캠(23)을 에워쌓도록 캠(90) 주위에 설치되어, 이 노즐클램프(90)와 캠(23)의 마찰력이 극히 작아 모우터에 영향을 줄 정도가 되지 않기 때문에, 모우터(12)와 캠(23)이 확실하게 정지하게 되면 캠(23)의 위치를 고정시키게 되어 출력라인(22)에 의한 배압출력이 그대로 유지시켜지도록 해주게 된다.

Claims (17)

  1. 전기입력신호에 상응하는 공기출력신호를 제공하도록된 전자공기식 변환기의 공기식 써어보장치에 있어서, 공기출력을 조절하는 캠(23)을 구비한 조절기(64)와, 이 조절기(64)를 작동시키기 위한 모우터(12), 상기 모우터(12)를 구동시키기 위한 써어보회로(14), 필요한 공기 출력신호를 얻기위해 전기입력신호에 응답해서 셑포인트신호를 설정하도록 되어 있는 위치증폭기(38), 공기출력신호에 따른 궤환신호를 설정하기 위한 증폭회로(46) 및, 상기 써어보회로(14)에 제어신호를 설정하기 위해 궤환신호와 셋포인트신호를 비교하도록 된 차동증폭기(42)로 구성된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭회로(46)에 공기출력을 측정해서 그에 상응하는 전기신호를 설정하도록된 압력변환기(26)가 설치된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 증폭회로(46)에 초기압력으로부터 필요한 출력압력범위내로 조정된 공기압력을 얻을 수 있도록 영점조정자와 스팬조정자가 설치된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 모우터(12)는 캠(23)이 설치된 직류모우터인 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 캠(23)은 공기출력을 쉽게 조절하도록 배압노즐(21)과 인접되게 설치된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 캠(23)이 모우터(12)에 결합될 수 있도록 허브(72)가 형성된 나선면과 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 배압노즐(21)은 밸로우즈장치(74)가 이 배압노즐(21)로부터의 배압에 응답해서 압력을 일정하게 해주하도록 하기 위해 밸로우즈(78)에 연결되어 설치된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 밸로우즈(78)는 증폭회로(46)로부터 궤환신호를 받도록 된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 밸로우즈(78)에 상기 밸로우즈장치(74)로부터의 출력을 조정할 수 있도록 스프링이 평행되게 설치된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 배압노즐(21)이 상기 밸로우즈장치(74)와 동시에 움직일 수 있도록 이 밸로우즈장치(74)에 견고하게 부착된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배압노즐(21)과 밸로우즈장치(74)가 밸로우즈(78)의 수축·팽창에 따라 피벗(88)을 중심으로 함께 회전할 수 있도록 피벗(88)에 함께 부착된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  12. 전기입력신호에 상응하는 공기출력신호를 제공하도록된 전자-공기식 변환기의 공기식 써어보장치에 있어서, 가변되는 입력에 응답해서 공기식 출력신호를 제공하기 위한 공기식 배압노즐(21)과, 이 배압노즐(21)과 관련하여 가변조절장치(64)를 작동하기 위한 모우터(12) 및, 상기 배압노즐(21)로부터의 압력에 응답해서 수축·팽창하도록 노즐에 접혀져 있는 밸로우즈장치(74)로 구성된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 밸로우즈장치(74)에는 밸로우즈(78)로부터 나오는 출력을 조정하기 위해 밸로우즈(78)와 평행하게 조정할 수 있도록 된 스프링(80)이 설치된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  14. 제13.항에 있어서, 상기 배압노즐(21)이 밸로우즈장치(74)와 동시에 움직일 수 있도록 이 밸로우즈장치(74)에 견고하게 부착된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 배압노즐(21)과 밸로우즈장치(74)가 밸로우즈(78)의 팽창·수축에 따라 피벗(88)을 중심으로 함께 회전할 수 있도록 피벗(88)에 함께 부착된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 모우터(12)에 공기식 써어보장치를 조절할 수 있도록 캠(23)이 부착된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 캠(23)이 모우터(12)와 결합될 수 있도록 중앙에 허브(72)가 형성되고, 실질적인 나선형면을 가지는 나선형판(68)으로 형성된 것을 특징으로 하는 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치.
KR1019840000886A 1983-02-24 1984-02-23 전자-공기식 변환기용 공기식 써어보장치 KR890003863B1 (ko)

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