KR920008782B1 - 전기 신호-압력 신호 변환기 - Google Patents

전기 신호-압력 신호 변환기 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
전기 신호-압력 신호 변환기
[도면의 간단한 설명]
제1도는 가스 흐름 방출 노즐 및 수용기를 나타내는 전기 신호-공밥 신호 변환기의 단면도로서, 여기서 가스 흐름은 본 발명에 따라 만들어진 전향기에 의해 거의 영향을 받지 않는다.
제2도는 가스 흐름이 전향기에 의해 거의 완전히 전향된 것을 제외하고는 제1도와 동일한 단면도이다.
제3도는 본 발명의 각종 전향기 예들을 증분적으로 이동시키는데 요구되는 힘과 전향기 게인과의 관계를 나타내는 그래프이다.
제3a도는 전향기가 3각형 단면을 가지는 전기 신호-공압 신호 변환기의 단면도이다.
제3b도는 전향기가 반구형 단면을 가지며 평면측이 노즐의 종축에 사실상 평행하게 유지되는 전기 신호-공압 신호 변환기의 단면도이다.
제3c도는 전향기의 평면측이 노즐의 종축에 사실상 수직인 전기 신호-공압 신호 변환기의 단면도이다.
제3d도는 전향기가, 일단부가 작동기에 부착되고 제2단부가 전향기를 포함하며 반구 형상으로된 원형단부의 봉(奉)인 전기 신호-공압 신호 변환기의 단면도이다.
제3e도는 전향기가 에어포일 형상의 단면을 가지는 전기 신호-공압 신호 변환기의 단면도이다.
제4도는 가스 흐름에 영향을 끼치도록 전향기를 배치함으로서 발생되는 가스 흐름에 대한 공기 역학적 효과들을 나타내는 벡터(vector) 도표이다.
제5도는 전향기의 동작 범위를 통하여 전향기를 증분적으로 이동시키는데 요구되는 힘을 나타내는 그래프이다.
제6도는 본 발명에 따라 만들어진 전기 신호-공압 신호 변환기의 바람직한 예의 단면도이다.
제6a도는 제6도에서 선 6A-6A에 따라 취한, 제6도에 도시된 L형 전향기의 좌측면도이다.
제6b도는 제6도에 도시된 노즐의 종축과 전향기 운동 통로에 의해 형성된 선과의 사이의 각도 관계를 나타내는 도면이다.
제7도는 제어 루우프에 결합된 전기 신호-공압 신호의 블록 다이어그램이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 개량된 전기 신호-공압 신호 변환기에 관한 것이다.
[종래 기술]
밸브, 등을 조절하기 위해 전기 신호를 공압 신호로 변환시키는 각종 전기 신호 -공압 신호 변환기들이 개발되어 있다. 최근, 그 변환기들은 주로 단일 노즐-플랩퍼 (flapper)의 변형으로 이루어졌다. 공압 적용예와 달리 유압 적용예에서, 고정 노즐-고정 수용기 및 그들 사이에 가변적으로 배치된 판과, 고정 노즐-고정 수용기 쌍 및 슬로트를 가진 전향기가 이용되었다.
단일 노즐-플랩퍼 변환기는 공기압 공급원에 연결된 노즈로가, 그 공기압 공급원과 노즐 사이에 배치된 제한부를 가지는 구성으로 되어 있다. 그러한 장치들의 대표적인 것이 미합중국 특허 제2,914,076호 및 제3,456,669호에 기술되어 있다. 플랩퍼는 노즐의 전방에 직접 배치된다. 그 플랩퍼는 전기 입력 신호에 응하여 노즐에 더 가깝게 또는 그 노즐로부터 먼쪽으로 이동된다. 노즐과 제한부 사이에서 플랩퍼에 의해 발생된 배압(背壓)은 공기압 출력신호이고 플랩퍼와 노즐 사이의 거리에 따라 변한다. 이러한 구조는, 플랩퍼가 가스 흐름내 그릿트(grit)에 의해 침식을 받고 제한부와 노즐에 오염물이 퇴적하여 결국 장치를 막아(pulg)버린다고 하는 고유적인 문제점들을 가진다. 또한, 외부 진동에 기인하여 플랩퍼가 가스 흐름내에서 요동하여 노즐의 입구를 타격하는 것을 방지하기 위해 플랩퍼를 제동시키는 비용이 많이 들고 복잡한 방법들이 요구된다.
유압식 변환기의 구조는 전기 입력 신호에 응하여 수용기로의 흐름을 봉쇄하기 위해 고정 노즐과 고정 수용기 사이에 삽입된 판을 구비한다. 이들 장치의 대표적인 것들이 미합중국 특허 제3,095,906호 및 제3,455,330호에 기술되어 있다. 본 발명과 비교할 때 이런 구조의 단점은 작동기에 높은 관성부하를 야기하는 큰 질량의 판을 요한다는 점이다. 또한, 그 판은 소망의 결과를 달성하기 위해 큰 범위의 동작을 가져야 하고 전체 유압 흐름과 상호 작용하여야 한다. 그 결과, 변환기가 판을 구동시키기 위해 높은 에너지 소모를 요하면서도 낮은 게인(gain)을 가지게 된다.
구조적으로 이 장치는 그 장치가 고정된 노즐과 수용기를 이용하기 때문에 공지의 종래 장치와 밀접한 것으로 보이지만, 개념적으로는 본 발명과 거리가 먼데, 이는 작동 원리가 완전히 다르기 때문이다. 종래 기술에서 유압 변환기는 노즐과 수용기 사이에 배치된 판에 의해 유압 유체를 물리적으로 붕쇄함에 의해 수용기로의 흐름을 변화시킨다. 그러나, 본 발명은 전향기와 가스 흐름 사이의 공기 역학적 상호 작용에 의해 수용기로의 흐름을 변화시킨다. 공기 역학적 상호 작용의 그러한 이용은 종래 기술에 알려져 있지 않고, 유압 변환기의 많은 단점을 극복한다.
두 번째 유압 장치는 고정된 노즐과 1쌍의 고정된 수용기를 가지고 있다. 슬로트를 가진 전향기는 주로 액체 흐름을 수용기들중 요구되는 어느 하나로 유도하기 위해 액체 흐름에 대하여 측방으로 이동된다. 그러한 장치가 미합중국 특허 제3,542,051호 및 제3,612,103호에 상세히 기술되어 있다. 이런 타입의 장치는 전술한 유압 변환기와 동일한 단점들은 가진다. 개념적으로 이들 장치는 본 발며과 거리가 너무 멀다. 슬로트를 가진 전향기는 전체 유체 흐름과 상호 작용한다. 실제로, 전향기의 슬로트를 이동시킴에 의해, 노즐 개구부의 형태가 변경되어 흐름 방향을 변경시킨다. 흐름 방향을 변경시키는 그러한 장치는 본 발명의 공기 역학적 상호 작용과 관계가 없다.
[발명의 요약]
본 발명은 개량된 전기 신호-공압 신호 변환기이다. 여기에 사용되는 ＂공압＂이란 용어는 공기 및 다른 기체들을 말하며, ＂게인(gain)＂이란 용어는 공압 출력 신호의 압력에 대한 전향기 비율의 기울기를 의미한다. 본 발명은 공압 입력을 받고 가스 흐름을 배출하는 노즐을 포함한다. 노즐로부터 떨어져 있는 수용기가 가스 흐름의 적어도 일부를 회수하기 위해 배치되어 있다. 그 가스 흐름의 회수된 부분은 공압 출력 신호를 이룬다. 가스 흐름에 대한 전향기의 위치는 노즐로부터 배출되는 가스 흐름을 공기역학적으로 전향시키기 위해 전기 입력 신호에 의해 조절된다. 그 전향은 전기 입력 신호와 공지의 관계를 가지는 방식으로 수용기에 의해 회수된 가스 흐름의 부분의 크기에 영향을 끼치며, 그리하여 전기 입력 신호에 감응하는 공압 출력신호를 발생시킨다.
일실시예에서, 전향기는 자력(磁力) 작동기를 가지고 있다. 그 작동기의 자력은 전기 입력 신호와 함수 관계가 있다. 전기 입력 신호가 변하면, 가스 흐름의 위치에 대한 전향기의 위치가 변경된다.
본 발명은 낮은 에너지 소모와 높은 에너지 게인의 바람직한 특성을 가진다. 공업 표준 4∼20mA의 2-와이어 전기 입결 신호와 다른 표준의 전기 신호들로 본 발명을 사용하는 것이 바람직하다. 전향기와 가스흐름 사이의 공기 역학적 상호 작용에 의해, 전향기가 그의 작동에 매우 적은 에너지만을 요하게 되고 본 발명의 사용에 유효한 매우 높은 게인을 제공한다. 또한, 전향기가 낮은 질량을 가지기 때문에 에너지가 적게 요구된다. 도시된 바와 같은 자석 작동기와 함께 이용될 때, 본 발명에 따라 만들어진 장치는 2mA의 작동기 코일 전류에서 만족하게 작동한다. 이것은 4mA 입력 신호로 전향기를 그의 전체 범위에서 이동시킬 수 있는 이점을 가지며, 4mA 이상의 4∼20mA 신호 부분 은 전향기를 구동시키는데 요구되지 않는다.
본 발명에 따른 장치는 또한 우수한 내오염성을 가진다. 그러한 오염물은 공기 공급원내 바람직하지 않은 바니스(varnish)형 물질을 포함한다. 변환기는 비교적 큰 크기의 노즐 및 수용기를 가지며, 그러한 큰 크기에 의해 공기 공급원내 오염물들에 의한 막힘이 방지되고 따라서 우수한 내오염성이 달성된다. 본 장치는 또한 가스 흐름내 그릿트에 의한 침식에 대한 우수한 저항성을 가진다. 여기에 사용되는 용어 ＂그릿트(grit)＂는 공기 공급원내의 입자들로 이루어진 바람직하지 않은 연마 물질을 포함한다. 이러한 침식에 대한 저항성은, 전향기 요소가 가스 흐름의 오직 적은 부분과만 상호 작용하고 따라서 가스 흐름내에 함유된 많은 그릿트에 노출되지 않는다는 사실과 관계가 있다.
또한, 본 발명에 따라 만들어진 장치는 높은 진동 저항성을 가진다. 유일한 이동 부품은, 매우 낮은 질량을 가지고 있어서 매우 높은 공명 주파수를 발생시키는 전향기와 작동기 축받이 뿐이다. 이러한 적은 질량에 의해, 장치가 통상 받는 주위 진동에 대하여 저항성을 가지게 된다. 그러한 주위 진동은 본 발명에 따라 만들어진 장치의 공명 주파수 보다 매우 낮은 주파수를 가진다.
[바람직한 예들의 설명]
제1도는 노즐(12)과 전향기(deflector)(14) 및 수용기(receiver)(16)를 포함하고 캡(11)내에 내장된 전기 신호-공압 신호 변환기(10)를 나타낸다. 캡(11)은 작동기 모듈(19)에 제거 가능하게 설치되고 내부 챔버(21)를 가지고 있다. 노즐(12)은 노즐 개구부(22)를 형성하도록 챔버(21)내 그의 단부에서 테이퍼져 있는 도관으로 구성되는 것이 바람직하다. 노즐(12)은 그의 기하학적 중심을 지나고 노즐 개구부(22)의 면에 수직인 종축을 가지고 있다. 노즐(12)은 26으로 표시된 바와 같이 냅땜 또는 용접에 의해 캡(11)에 부착되는 것이 바람직하다.
수용기(16)는 캡(11)을 통과하고, 28로 표시된 바와 같이 납땜 또는 용접에 의해 캡(11)에 부착된다. 수용기(16)는 챔버(21)내로 돌출하여 있다. 그 수용기(16)는 수용기 개구부(24)를 형성하도록 챔버(21)내로 돌출한 그의 단부에서 테이퍼져 있는 도관으로 구성되는 것이 바람직하다. 수용기(16)는 노즐(12)의 종축과 일치되며 수용기 개구부(24)의 면에 수직인 기하학적 중심을 갖는 종축을 가지고 있다.
전기 도선(15)들은 작동기 모듈(19)에 연결되어 있다. 작동기 모듈(19)의 일부분은 제6도의 자속 발생코일과 같은 전향기(14)를 작동시키기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 도시된 예에서, 작동기 모듈(19)의 상부 부분은 수직 전향 동작이 도선(15)에 인가된 전기 입력 신호에 감응하는 격막을 포함한 작동기(13)를 포함한다. 따라서 작동기(13)는 도선(15)에 제공된 전기 입력 신호(Iin)에 응하여 전향기(14)의 운동을 제어한다. 전향기(14)는 둥근 단면을 가지며 노즐(12) 및 수용기(16)의 종축에 거의 수직인 종축을 가지는 봉(奉)을 포함한다. 작동기(13)상의 전향기(14)를 위한 지지체는 제6a도에 도시된 바와 같이 노즐(12) 및 수용기(16)로부터 측방으로 치우쳐 있다. 노즐(12)은 Ps로 나타낸 공급 압력을 가진 가스 공급원에 연결되어 있다. 노즐(12)은 선(20)으로 나타낸 가스 흐름을 배출한다. 수용기(16)는 노즐(12)로부터 떨어져 있고, 노즐(12)에 의해 분출된 가스 흐름(20)의 적어도 일부분을 회수할 수 있도록 노즐 (12)에 관련하여 위치된다. 노즐(12) 및 수용기(16)의 종축들은 서로 정렬되어 있는 것이 바람직하다. 수용기(16)는 가스 흐름(20)의 회수된 부분의 속도의 운동 에너지를 공기 압력의 위치 에너지로 전환시킨다. 챔버(21)내의 배기구(23)는 수용기(16)에 의해 회수되지 않은 가스 흐름(20)의 나머지 부분을 대기중으로 배기한다.
가스 흐름(20)의 회수된 부분은 Pout으로 나타낸 압력을 가진다. 제1도에 도시된 상태에서 Pout은 PS에 대하여 최대치를 가진다. 이것은, 제1도에 도시된 바와 같이 전향기(14)가 가스 흐름(20)에 거의 영향을 끼치지 않도록 작동기(13)에 의해 그의 최대의 하방 위치에 배치되는 사실에 기인한다. 도시된 상태는 최대전기 입력 신호가 작동기 (13)에 작용하였음을 나타낸다. 따라서, 도시된 바람직한 예에서, 최대 전기 입력 신호는 수용기(16)로부터의 최대 압력 출력 신호를 발생시킨다. 대표적으로, 이 상태에서 Pout은 Ps의 30∼60%이지만, 노즐(12)과 수용기(16) 사이의 거리 및 노즐 개구부 (22) 및 수용기 개구부(24)의 크기와 같은 파라메터들에 따라 Ps의 100%에 근접할 수 있다.
제2도는 캡(11)내에 노즐(12)과 전향기(14) 및 수용기(16)을 포함하는 전기 신호-공압 신호 변환기(10)를 나타낸다. 제2도에서의 모든 번호들은 제1도의 유사한 번호의 구성 요소들에 대응한다. 작동기(13)는 도선(15)에 제공된 전기 입력 신호에 응하여 전향기(14)를 제어한다. 제2도에서는 제로 전류일 수 있는 최소 전기 입력 신호가 작동기(13) 및 전향기(14)에 영향을 끼치고 있다. 그리하여, 전향기(14)가 발생된 양력(揚力)에 의해 공기 역학적으로 그리고 작동기(13)의 스프링 작용에 의해 기계적으로 상방으로 끌어올려진다. 전향기(14)는 그의 최대 상방 위치까지 올라가고 그리하여 가스 흐름(20A)이 최대로 전향된다. 가스 흐름(20A)은 그 가스 흐름(20A)의 최소 부분이 수용기 개구부(24)에 의해 회수되도록 전향된다. 이 위치에서 Pout은 Ps의 1%∼5 %이지만, O일 수도있다. 제2도에 도시된 위치에서 거의 모든 가스 흐름(20A)이 배기구(23)를 통하여 배기된다. 따라서, 본 발명의 이 실시예에서, 최소 전기 입력 신호는 수용기(16)로부터의 제로 압력 출력과 관련된다.
전향기(14)의 다른 구조에서, 전향기 형태는 가스 흐름의 밖으로 전향기를 밀어내는 경향을 가지는 공기 역학적 힘을 야기할 수 있다. 그러한 구조에서는 가스 흐름 (20)의 전향을 증가시키기 위해 증가하는 전기입력 신호가 요구된다. 이것은 예를들어 전향기(14)가 거꾸로된 에어포일 형태를 가질 때 일어난다. 공지된 바와 같이 에어포일은 유체의 상대적인 운동에 의해 그에 발휘되는 힘이 동작 방향에 따르는 분력보다 더 큰 동작 방향에 수직인 분력을 가지도록 하는 형태의 몸체부를 가진다. 그 일예로는 비행기의 날개가 있다. 비행기 날개에 대개 사용되는 바와 같이, 에어포일에 의해 발생된 동작 방향에 수직인 분력은 주어진 정(正)의 받음각(angle of attack)에서 상향의 힘이다. 그러나 동일한 받음각에서 그러한 에어포일을 뒤집으면 하향의 힘이 발생된다. 본 발명에서 사용될 때, 그러한 뒤집힌 에어포일에 의해 발생된 힘은 전향기(14)를 가스 흐름(20)으로부터 먼쪽으로 이동시키는 경향이 있다.
본 발명의 성능에 중요한 파라메터는 노즐 개구부(22)와 수용기 개구부(24)사이의 거리 관계이다. 따라서, 도시된 바람직한 예에서, 노즐 개구부(22)와 수용기 개구부(24) 사이의 거리가 노즐 개구부(22)의 직경이 8∼12배 인때 만족한 성능이 얻어진다. 또한, 수용기(16)에 의한 가스 흐름(20)의 회수량을 증진시키기 위해 수용기 개구부(24)는 노즐 개구부(22)보다 큰 것이 바림직함이 밝혀졌다. 수용기 개구부(24)의 직경이 노즐 개구부(22)의 직경의 1-2배 일 때 만족한 성능이 나타났고, 최적의 결과는 수용기 개구부(24)의 직경이 노즐 개구부(22)의 직경의 1.5배 일 때 발생하였다. 바람직한예에서 노즐(12)은 노즐 개구부(24)의 직경이 0.025∼0.05cm 일 때 만족하게 작용하고 가스 흐름(20)내 오염물에 막힘에 대한 저항성을 나타내었다. 최적의 결과는 상기 직경이 0.0375cm 일 때 얻어졌다. 전술한 바와 같이, 전향기(14)와 가스 흐름(20) 사이의 공기 역학적 상호 작용이 전향기(14)에 양력을 발생시킨다. 그러한 양력은 전향기(14) 위에서의 가속된 흐름이 전향기(14) 아래 기준 압력(reference pressure)에 대하여 감소된 압력을 발생시키는 공지의 공기역학적 원리에 의해 발생된다. 그 기준 압력은 상방으로 전향기(14)에 작용하여 양력을 발생시킨다. 이 양력은 전향기(14)를 가스 흐름(20)내로 더 끌어들이도록 작용하여, 결국에는 전향기가 20A로 나타낸 바와 같이 위치되게 한다. 작동기(13)는 제2도에 도시된 그의 정지 위치로 복귀하는 경향이 있고 전향기(14)를 가스 흐름(20)내로 제일 많이 들어간 위치로 이동시키는 경향이 바이어스 스프링으로 작용하는 신장된 금속막인 것이 바람직하다. 따라서, 공기 역학적 힘과 금속막 바이어스 힘을 극복하여 전향기(14)를 가스 흐름(20)으로부터 먼쪽으로 즉, 하방으로 이동시키기 위한 전기 입력 신호가 요구된다.
제1 및 제2도는 모두, 전향기의 전체 운동 범위를 나타내는 본 장치의 작동 한계들을 나타낸다. 가스 흐름에 대한 전향기의 동작 범위가 예시의 목적을 위해 제1 및 제2도에 확대되어 도시되어 있다. 실제, 요구되는 동작 범위는 매우 작고, 전향기는 소망의 결과를 달성하기 위해 가스 흐름의 매우 적은 부분과만 상호 작용한다.
제1 및 제2도에 도시된 상태들을 고려하면, 본 발명은 최대 전기 입력 신호가 최대 공압 출력 신호를 발생시키고 최소 전기 입력 신호는 사실상 O의 공압 출력 신호를 발생시키는 전기 신호-공압 신호 변환기를 제공함을 알 수 있다. 2가지 작동 한계치들 사이에서 전기 입력 신호가 변하므로서, 전기 입력 신호와 공지의 관계를 가지는 연속 가변성의 공압 출력 신호가 발생된다.
바람직한 예에서, 전향기(14)는 0.8mm의 직경을 가질 때 최적 결과를 제공하는 것으로 알려져 있다. 이러한 매우 작은 크기에 의해 전향기(14)가 매우 낮은 질량을 가지게 된다. 매우 낮은 질량은 주위 진동에 대한 저항에 유리하게 기여하는데, 이는 그러한 낮은 질량으로 전향기(14)가 매우 높은 공명 주파수를 가질 수 있기 때문이다. 대표적으로, 장치에 영향을 끼칠 수 있는 주위 진동은 더 낮은 주파수를 가지며 따라서 전향기(14)에 불리한 영향을 끼치지 않는다.
전향기(14)는 제1도 및 제2도에 도시된 작동 한계치들을 달성하기 위해 0.010 mm 보다 적게 이동하는 것이 요구된다. 또한, 전향기(14)는 가스 흐름(20A)의 적은 부분과만 직접 상호 작용한다. 그 전향기는 요구되는 출력을 얻기 위해 가스 흐름(20 A)내에 완전히 잠길 필요는 없다. 이것은 내침식의 견지에서 유익하다. 일반적으로, 변환기 구성 요소들의 침식은 그러한 구성 요소들에 충돌하는 가스 흐름내 그릿트에 의해 야기된다. 전향기(14)가 가스 흐름(20A)의 그러한 적은 부분과만 직접 상호 작용하기 때문에, 가스 흐름(20A)내 그릿트의 대부분의 전향기(14)를 우회하게 된다.
전향기(14)에 영향을 끼치는 공기 역학적 양력 및 전향기(14)의 작은 질량과, 전향기(14)가 작은 거리만 이동할 필요가 있고 가스 흐름(20A)의 적은 부분과만 직접 상호 작용 한다는 사실에 기인하여, 전향기(14)를 구동시키는데는 적은 양의 전력만이 요구된다. 본 발명에 따라 만들어진 장치는 그러한 장치를 구동시키는데 5볼트에서 단지 2mA 만을 요한다. 이러한 동력 요구는 전술한 인자들과 관계가 있고 전향기(14)의 작동 수단과는 사실상 무관하다. 표준 규격 시스템은 4∼20mA로 작동한다. 0∼4mA의 전류가 그 시스템을 구동시키는데 사용되고 4∼20mA의 전류는 전기 입력 신호를 포함하는 것이 바람직하다. 변환기(10)는 대표적으로, 변환기(90), 공압 제2단계 또는 증폭기(92) 및 피이드백 장치(106)로 이루어진 제7도에 도시된 바와 같은 피이드백 루우프에 설치된다. 변환기(10 및 90)는 제로 입력 신호를 나타내는 정지 동력의 2mA를 소비한다. 그러한 피이드백 루우프가 4∼20mA 시스템에 이용될 때, 이 루우프는 공압 제2단계(92 및 피이드백 장치(106)와 연결될 수 있는 어떤 전자 장치들에 의해 사용하기 위한 2mA를 남긴다. 변환기(10)가 O보다 큰 어떤 신호를 발생시키도록 그를 물리적으로 구동시키기 위한 어떤 부가적인 전류를 요하지 않기 때문에, 전체 작동 한계치들은 부가 전류가 0.1mA 만큼 적게하여 전류를 변경시킴에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 낮은 전력 소모는 본 발명에 따라 만들어진 장치가 넓은 범위의 표준 입력 신호들에 사용될 수 있도록 하는 융통성을 제공한다.
만족한 작동을 위해, 전향기가 여기에서 설명된 바와 같이 가스 흐름에 대한 공기 역학적 효과를 제공하는 것이 요구된다. 여러 가지 전향기 형태들이 만족한 것으로 입증되었다. 제3도는 비교 조건들 하에서 시험된 각종 전향기 예들의 그래프를 나타낸다. 그래프의 수직축은 게인을 나타내고 상방으로 갈수록 증가하는 것으로 표시되었다. 수평축은 가스 흐름의 바로 인접한 외측으로부터 그 가스 흐름내로 전향기를 0.008인치 이동시키는데 요구되는 최대힘을 나타내며 그 힘은 제3도에서 우측으로 갈수록 증가하는 것으로 표시되었다. 앞에서 정의된 바와 같이, 게인은 전향기 변위의 함수로서의 공압 출력 신호(Pout)의 압력의 기울기를 의미한다. 전향기를 이동시키는데 요구되는 힘은 작고 동시에 게인은 높은 것이 바람직하다. 따라서, 모든 사항이 동일할 때, 보다 바람직한 전향기의 예들은 그래프의 상부 좌측 모서리 쪽에 표시되는 경향이 있다. 그 그래프상의 곡선(108)은 원통형 전향기들에 대한 것이며, 각 점은 각기 다른 직경의 전향기를 나타낸다. 가장 작은 직경을 가지는 전향기가 점 110에 나타내어져 있고, 가장 큰 직경의 전향기가 점 114에 나타내어져 있다. 그러한 전향기들은 제6a도에 도시된 것과 사실상 같다. 곡선(108)상의 점 110은 노즐 개구부의 직경의 1.5배와 동일한 직경의 원통형 전향기를 나타내고, 점 112는 노즐 개구부의 직경의 2배와 동일한 직경의 원통형 전향기를 나타내며, 점 114는 노즐 개구부의 직경의 2.5배와 동일한 직경의 원통형 전형기를 나타낸다. 그러한 모든 예들은 만족한 것으로 입증되었고, 바람직한 예의 전향기는 노즐 개구부의 직경의 1.5∼2.0배와 동일한 직경을 가지는 원통형 봉으로 되어 있다.
또 다른 바람직한 예의 전향기는 3각형 단면의 봉 또는 튜브로 되어 있으며, 그의 시험 결과치들이 점 118에 표시되어 있다. 제3a도에 도시된 바와 같이, 전향기(12 2)의 일측부는 노즐(120)의 중앙선과 사실상 평행하게 유지되고, 가스 흐름이 주로 전향기(122)의 다른 두 측부들에 의해 영향을 받는다. 수용기(124)가 제1 및 제2도에 설명된 바와 같이 위치되어 도시되어 있다. 전향기(122)는 절두 원추 형태를 가지는 축받이(126)상에 설치되어 있다. 그 축받이(126)는 바람직하게는 용접 또는 납땜에 의해 작동기(128)에 부착된다.
다른 예에서, 전향기는 반구형 단면의 봉 또는 튜브로 될 수 있다. 이 경우, 전향기(130)의 반구형의 직경 또는 평면측부가 제3b도에 도시된 바와 같이 노즐(120)의 중앙선에 사실상 평행이 유지되거나 또는 제3c도에 도시된 바와 같이 전향기(132)의 직경이 노즐(120)의 중앙선에 수직으로 유지될 때 만족한 결과들이 얻어졌다. 제3b도 및 제3c도에서의 다른 구성 요소들은 제3a도에서 유사한 번호로 표시된 구성 요소들과 상응한다. 그러한 양 경우에서, 반구형 전향기의 평편한 측부가 노즐로부터 가장 먼곳에 위치하고, 그러한 측부에 수직인 반경의 전향기 부분은 노즐에 밀접히 위치되어 가스 흐름에 영향을 끼친다. 그러한 모든 바람직한 예들에서, 전향기 봉 또는 튜브의 운동은 전향기의 단부 보다는 전향기 봉 또는 튜브의 측부 표면이 가스 흐름에 영향을 끼치도록 전향기의 종방향 치수에 수직이다. 제3c도의 예의 시험 결과치들이 제3도의 점 116에 나타내어져 있다.
제3d도는 반구형 단부를 가진 봉으로 이루어진 본 발명의 또 다른 예를 나타낸다. 이 예에서, 전향기 봉 단부는 그의 종방향 축방향으로의 운동에 의해 가스 흐름에 영향을 끼치도록 이동된다. 도시된 다른 예들과 달리, 축받이(136)를 작동기(128)에 설치하는 지점이 노즐(120)의 종축의 수직 연장부로부터 측방으로 치우쳐 있지 않다. 가스 흐름에 소망의 공기 역학적 효과들을 발생시키는 다른 전향기 구조들이 이용될 수 있음을 이해하는 것이 중요하다. 한가지 그러한 구조는 제3e도에 도시된 에어포일 형태의 전향기(138)이다.
가스 흐름(36)에 대한 전향기(38)의 공기 역학적 효과들이 제4도에 도시되어 있다. 제4도에 도시된 상태에서, 전향기(38)는 가스 흐름(36)이 전향기 (38)에 의해 영향을 받으나 제2도에 도시된 바와 같이 완전히 전향되지는 않도록 제1 및 제2도에 도시된 작동 한계치들 사이에서 노즐(40)에 대하여 위치된다. 노즐(40)은 제6b도에 도시된 바와 같은 중앙선을 가진다. 노즐(40)로부터 전향기(38)를 가로질러 흐르는 가스 흐름(36)은 국부 양력 벡터(local lift vector)로 나타낸 바와 같이, 전향기(38)에 영향을 끼치는 국부 양력을 발생시킨다. 전향기(38)의 소망의 운동 범위내에서, 발생된 양력의 힘은 전향기(38)가 노즐(40)의 중앙선에 근접할수록 증가된다. 가스 흐름(36)에 대해 전향기(38)의 주어진 위치를 유지하기 위해, 전향기의 운동을 제어하는 작동기는 전향기(38)에 발생된 양력의 힘 및 제1도 및 제2도에서 13으로 나타낸 바와 같은 작동기의 스프링 바이어스 힘을 합한 힘과 동일하지만 반대 방향으로 작용하는 힘을 발생하여야 한다. 따라서, 전향기(38)가 노즐(40)의 중앙선에 근접할수록, 큰 전기 입력 신호가 전술한 반대힘을 발생시키기 위해 요구된다. 이때, 양력의 효과는 전향기(38)를 가스 흐름(36)내로 더 끌어들이는 것이다. 그 결과, 전기 입력 신호가 감소하면 양력과 작동기의 바이어스 힘에 의해 전향기(38)가 가스 흐름(36)내로 더 끌려들어가게 된다.
제4도는 전향기(38)와 가스 흐름(36)의 상호 작용의 벡터 분석을 나타낸다. 그러한 분석은 양력 발생 효과의 통상적인 공기 역학적 분석이다. 이러한 분석에서, 합성 국부 속도(resultant local velocity)와 국부 양력 벡터는 항성 서로 직각을 이룬다. 양력이 많이 발생되면 앙력 벡터의 크기가 증가하고, 감소된 자유흐름 속도에 대한 그의 각도가 감소된다. 실제로, 양력 벡터는 수평쪽으로 향한다. 합성 국부 속도는 양력 벡터에 직각을 이룬다.
합성 국부 속도는 감소된 속도의 자유 흐름 속도와 유도된 속도 모두에 영향을 끼친다. 합성 국부 속도 벡터의 크기는 일정하게 유지되고 가스 흐름(36)의 속도의 크기와 동일하다. 감소된 자유 흐름 속도는 항상 가스 흐름(36)의 방향으로 향한다. 이러한 특정의 경우에, 그 자유 흐름 속도의 방향은 항상 수평이다. 유도 속도는 항상, 감소된 자유 흐름 속도와 직각을 이루고 항상 합성 국부 속도와 3각형을 이룬다. 각종 벡터들의 관계의 상기 설명으로부터, 양력이 증가하고 국부 양력 벡터 및 합성 국부 속도가 시계방향으로 회전할 때 유도 속도 벡터는 크기가 증가하고, 감소된 자유 흐름 속도 벡터의 크기가 감소함을 알 수 있다. 양력 벡터 크기의 증가 또는 감소 및 방향의 변화는 가스 흐름(36)에 대한 전향기(38)의 위치와 관계가 있고, 그러한 관계는 전기 입력 신호와 관계가 있다. 감소된 자유 흐름 속도 역시 전기 입력 신호와 관계가 있다. 개념적으로, 감소된 자유 흐름 속도는 수용기(42)에 의해 회수되고 공압 출력 신호(Pout)를 포함하는 것으로 생각하는 것이 유익하다. 자유 흐름 속도의 크기에 대한 감소된 자유 흐름 속도의 크기의 감소는 가스흐름(36)에 대하여 전향기(38)를 위치 결정 시키도록 작용하는 전기 입력 신호와 공지의 관계를 가진다. 따라서, 전기 입력 신호, 공압 출력 신호, 및 전향기(38)에 의한 가스 흐름(36)의 공기 역학적 전향의 상호관계는 공기 역학적 상호 작용의 벡터 분석으로부터 알 수 있다. 수용기(42)에 의한 가스 흐름의 일부분의 회수는 전술한 공기 역학적 분석외의 인자들에 의해 영향을 받고 그러한 분석은 실제 결과의 근사치 만을 제공한다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 스프링 모듈러스는 부가적인 거리 단위 만큼 장치를 전향시키는데 필요한 부가적인 힘으로 정의된다. 제5도의 그래프에서, 그래프의 수평축은 거리를 나타낸다. O거리는 전향기가 가스 흐름에 영향을 끼치지 않도록 위치된 때이다. 그래프에서 우측으로 증가하는 거리는 가스 흐름내로의 전향기의 이동을 나타낸다. 수직축은 O의 힘으로부터 상방으로 양(+)의 힘을 그리고 O의 힘으로부터 하방으로 음(-)의 힘을 가지는 스프링 모듈러스를 나타낸다. 곡선 44는 전향기의 스프링 모듈러스를 나타내며, 전향기를 이동시키는데 요구되는 힘과 거리와의 관계를 나타낸다. 본 발명의 목적을 위해, 기점(O)으로부터 그의 최하 지점에 가까이 까지의 곡선(44)의 첫 번째 부분이 유용한데, 이는 이 부분이 스프링 모듈러스와 거리 사이에 선형 관계를 가지기 때문이다. 작동기의 스프링 모듈러스는 선 48로 나타내어져 있다. 작동기가 전향기에 의해 발생된 양력에 대항하기 때문에, 작동기의 스프링 모듈러스는 전향기의 스프링 모듈러스와 부호가 반대이다. 그러한 작동기 스프링 모듈러스는 작동기의 구조와 관계가 있고, 선 48의 기울기는 그러한 구조에 따라 변하도록 만들어질 수 있다. 전향기의 안정된 작동을 제공하는 것을 돕기 위해 작동기의 구조는 전향기의 스프링 모듈러스 보다 큰 스프링 모듈러스를 가져야 한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 더 안정된 작동을 위해, 각도 β는 각도 α보다 커야 한다. 각도 α가 각도 β보다 크거나 같은 경우, 전향기는 가스 흐름에 영향을 끼칠 때 진동하여, 잘못된 공압 출력 신호를 제공한다는 것이 밝혀졌다.
제6도에 도시된 전기 신호-공압 신호 변환기(50)의 바람직한 예는 자석식 작동기에 결합된 본 발명을 나타낸다. 자기 변형(magnetostriction), 형상 기억 합금, 일렉트릿(electret) 및 피에조 일렉트릭(piezoelectric)과 같은 다른 타입의 작동이 이용될 수도 있다. 전향기(52)는 ＂L＂자의 양 다리부의 단면이 원형인 L자형 봉인 것이 바람직하고, 이러한 L자형 구조는 제6a도에서 더 상세히 이해될 수 있다. 제6a도에서의 번호들은 제6도의 것과 상응한다. 수용기(58)의 개구부가 전향기(52)와 수용기(58)의 관계를 예시하기 위해 점선원으로 나타내어져 있다. 그 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 축받이(53)가 수용기(58)로부터 측방으로 치우쳐 있는 막(54)상에 설치되어 있다. L자형 전향기(52)의 제1다리부의 단부는 막(54)에 부착된 너트(51) 내에 나사 결합함에 의해 막(54)의 제1측부의 중앙에 설치된다. 용접 또는 납땜을 포함하여, 전향기(52)를 막(54)에 부착하는 다른 수단들도 만족한 것으로 알려져 있다. 그러한 제1다리부는 전향기 축받이(53)를 포함한다. 전향기 축받이(53)는 다른 형태로 하여도 좋다. 예를 들어, 전향기 축받이(53)는 절두 원추형일 수 있고, 그 원추의 큰 단부가 막(54)에 부착되고 작은 단부상에는 제3a도에서 126으로 나타낸 바와 같이 전향기(52)가 배치될 수 있다. 도시된 예에서, L자형 봉의 제2다리부는 전향기 축받이(53)의 종축과 평행한 운동이 전향기(52)로 하여금 노즐(56)로부터 가스 흐름에 영향을 끼치도록 하는 위치에 배치된다. 그러한 운동은 앞에서 설명된 바와 같이 가스 흐름의 수용기(58)에 의해 회수된 부분에 영향을 끼친다. 이 예에서, 전향기(52)의 운동은 노즐(56)의 종축과 75°∼ 150°사이의 각도를 형성하는 선을 그린다. 그러한 관계가 제6b도에 상세히 도시되어 있다. 노즐(56)은 전향기(52)의 작동 한계치들 내에서 전향기(52)와 관련하여 도시되어 있다. 선 122는 전향기가 하나의 작동 한계치로부터 다른 한계치까지 이동할 때 전향기(52)의 동작에 의해 그려지는 선이다. 노즐(56)의 종축은 점선(120)으로 나타내어져 있다. 각도 θ는 종축(120)과 전향기 운동의 선(122) 사이의 각도이다. 그러한 각도는 약 75°∼150°사이일 수 있다. 변환기(50)의 바람직한 예에서, 그러한 각도에 따른 전향기(52)의 운동은 전향기(52)가 가스 흐름과 상호 작용할 때 전향기(52)의 작동 안정성을 증진시킨다. 축받이(53)는 가스 흐름의 변동을 양호하게 허용할 수 있고, 또한 그러한 각도로 배치된때 안정된 작동을 제공할 수 있다. 이것은 전향기(52)에 대한 그러한 변동의 영향을 최소화시키는데 도움이 된다.
제6도에서 디스크(60)가 막(54)의 제2측부에 설치되어 있다. 바람직한 예에서, 디스크(60)는 자력에 의해 영향을 받는 성질을 가진다. 자극편(62)이 디스크(60)로부터 떨어져 있고, 그 자극편(62)은 2개의 부분, 즉 원형 디스크 부분(64)과 봉(66)으로 이루어져 있다. 원형 디스크 부분(64)은 디스크(60)과 평행하게 떨어져 배치되어 있다. 봉(66)의 단부는 원형 디스크 부분(64)의 중앙에 설치되어 있다. 봉(66)은 링형 코일(70)의 중앙 개구부내로 돌출하여 있다. 코일(70)은 도선(72)에 의해 전기 입력 신호에 연결되어 있고, 그 코일(70)은 컵 형태의 하우징(74)내에 내장되어 있으며, 막(54)이 그 컵의 커버를 형성한다. 막(54)의 가장 자리는 컵 형태의 하우징(74)의 가장 자리에 부착되어 있다.
노즐(26) 및 수용기(58)가 제1도에서 설명된 바와 같이 캡(76)내에 설치되어 있다. 캡(76)은 내부 챔버(80)를 가지고 있고, 그 챔버내에 노즐(26) 및 수용기(58)의 단부들이 설치되어 있다. 원형 요홈부(78)가 캡(76)에 형성되어 있고, 그 요홈부내에 하우징(74)이 삽입된다. 하우징(74)이 요홈부(78)내에 배치될 때 축받이(53)가 챔버 (80)내로 삽입될 수 있도록 요홈부(78)와 챔버(80) 사이에는 개구부가 형성되어 있다. 삽입된때, 막(54)은 캡(76)과 협동하여 챔버(80)로부터 요홈부(78)까지의 개구부를 폐쇄한다. 챔버(80)는 막(54)과 캡(76)의 접속부에서 O-링(82)에 의해 밀봉되어 있다. 다른 적당한 밀봉수단이 이용될 수도 있다. 수용기(58)에 의해 회수되지 못한 가스 흐름의 부분은 배기구(84)를 통하여 챔버(80)로부터 배출된다.
제6도에 도시된 장치는 대략 2.0cm 직경의 모듈을 포함한다. 바람직한 예에서, 이 모듈은 그의 지지 구조물로부터 제거되고, 요구될 때 현장에서 교체될 수 있다.
작동시에는, 직류 전기 입력 신호가 도선(72)에 인가되고 코일(70)을 통하여 흐른다. 그에 응하여 자속(magnetic flux)이 자극편(62)내로 흘러 자력을 발생시킨다. 그러한 자력은 전기 입력 신호의 크기에 대하여 공지의 관계를 가지는 영향을 디스크(60)에 발휘한다. 효과적으로는 전기 입력 신호의 크기가 크면 클수록, 자극편(62)과 디스크(60) 사이의 자기 인력이 커진다. 이러한 인력은 막(54) 및 이것에 부착된 전향기 (52)를 자극편(62)쪽으로 하향으로 편향시킨다. 막(54)은 탄성을 가지며, 신장된 금속으로 되어 있어, 어떤 편향된 위치로부터 제6도에 도시된 정지 위치로 그 막을 복귀시키는 스프링 바이어스를 가진다. 자기 인력은 막(54)의 스프링 바이어스외에, 제3도에 도시된 바와 같이 전향기(52)를 가로지르는 가스 흐름에 의해 발생된 양력에 또한 대항한다. 자력은 전향기(52)를 끌어당겨 전향기(52)를 가스 흐름으로부터 멀리 위치시키고 그리하여 노즐(56)에서 방출되는 가스 흐름에 대한 전향기(52)의 영향을 감소시키도록 작용한다. 최대의 전기 입력 신호는 가장 큰 자력을 야기하며, 막(54)을 가장 크게 하향 편향시키고, 가스 흐름이 전향기(52)에 의해 영향받지 않는 작동 한계치 까지 전향기(52)를 하향 배치한다. 그러한 전향기의 위치는 가스 흐름으로부터 최대치 거리에 있다. 이 작동 한계가 제1도에 도시되어 있다. 반대로, 최소의 전기 입력 신호는 디스크(6 0)에 대한 최소의 자력을 발생시켜 막(54)의 편향이 일어나지 않게 한다. 제2도에 도시된 바와 같이, 이러한 결과로 가스 흐름이 최대로 전향된다. 막(54)의 최소 전기 입력 신호를 인가할 때 편향된 위치에 있으면, 전향기(52)에 의해 발생된 양력 및 막(54)의 스프링 바이어스는 전향기(54)를 상승시켜 전향기(52)를 가스 흐름에 더 밀접히 위치시키고, 가스 흐름에 대한 전향기(52)의 전향 효과를 증가시킨다. 막(54)의 상향 운동은 캡(76)에 형성된 립(lip)(77)에 의해 정지된다. 제2도에 도시된 막(54) 및 전향기(5 2)의 작동의 정지 한계를 이루는 이 위치는 최소 전기 입력 신호에 의해 얻어지고, 이 최소의 전기 입력 신호는 수용기(58)(또는 16)으로부터의 최소 공압 출력 신호를 제공한다. 따라서, 도시된 바람직한 예에서 최대 전기 입력 신호는 최대 압력 출력 신호를 발생시키고 최소 전기 입력 신호는 최소 압력 출력 신호를 발생시킨다는 것을 알 수 있다.
앞에서 상세히 설명된 예의 이점은 고유적으로 고장이 없다는 것이다. 동력 단절은 제로 전기 입력 신호를 발생시킨다. 그러한 신호는 제로의 자기 인력을 발생시켜 막(54) 및 전향기(52)가 전향기(52)상에 발생된 양력 및 막(54)의 스프링 바이어스의 함수로서 제6도에 도시된 정지 위치로 상승하게 된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 그 정지 한계 위치에서 전향기(52)는 노즐(56)로부터의 가스 흐름에 완전히 영향을 끼치고 그리하여 사실상 제로의 공압 출력 신호가 발생된다. 따라서, 동력 단절의 경우, 변환기 (50)는 제로 공압출력 신호를 자동적으로 발생시키므로 고장이 없다.
제7도는 본 발명을 제어 루우프(88)의 일예에 이용하는 것을 도시한다. 제어 기능의 상세한 설명은 1882년 2월 12일 출원되고 본 출원의 양수신에게 양도된 ＂전류-압력 변환기를 위한 제어 회로＂라는 명칭의 미합중국 특허 출원 제06/352,312호에 기재되어 있다. 일반적으로 전기 입력 신호(Iin)가 전기 신호-공압신호 변환기(90)에 제공된다. 그러한 신호는 전압 또는 전류 신호중 어느 하나일 수 있으나, 본 명세서에서는 전류 신호로 설명된다.
작동에 있어서, 제어기(96)는 흐름 감지기(100)로부터의 전기 신호에 의해 파이프(98)내 흐름과 같은 소망의 파라메터를 모니터한다. 제어기(96)에 의해 요구되는 흐름은 계산된 입력의 함수일 수도 있고, 또는 수동 입력일 수도 있다. 흐름 감지기 (100)로부터의 전기 신호가 제어기(96)에 의해 요구되는 흐름과 일치하지 않을 때 제어기(96)는 비교기(102)에 전기 지령 신호(IC)를 출력한다. 비교기(102)는 IC와 전기 피이드백신호(IF)를 비교하여 적절한 전기 입력 신호(Iin)에 변환기(90)에 보낸다. 또한, 가스(PS)가 변환기(90)에 제공된다. 바람직한 예에서, 변환기(90)는 제6도에 도시된 변환기(50)를 포함한다. 제6도에 도시된 자석수단 이외의 다른 작동 수단을 앞에서 지적된 바와 같이 사용할 수도 있다.
제7도에서 공압 출력 신호(Pout)는 압력 신호이고, 앞에서 설명된 바와 같이 전기 입력 신호에 감응하여 변환기(90)내 수용기에 의해 회전된 가스 흐름 부분의 압력이다. 그러한 압력은 대표적으로는 0∼4psi이다. 도시된 바람직한 예에서, 공압 출력 신호가 공압 제2단계(92)에 입력되고, 그 단계에서 그 신호가 증폭된다. 공압 제2단계(92)는 공압 증폭기를 포함한다. 전형적으로, Pout은 높은 압력의 공급 가스(Ps(고))의 일부분을 배출구로 통과시키도록 작용하는 밸브를 조절한다. P孩 (고)의 그러한 부분은 증폭된 공압 출력 신호(Pout(증폭됨))를 포함한다. 그러한 증폭된 공압 출력 신호는 전형적으로 3∼15psi이다. 공압 제2단계(92)로부터의 증폭된 공압 출력 신호는 전기 신호 -공압 신호 변환기(90)로부터의 공압 출력 신호에 비하여 높은 압력을 가지며 그 출력 신호와 공지의 관계를 가진다. 이러한 증폭된 공압 출력 신호(Pout(증폭됨))는, 제어기 (96)에 의한 지령에 따라 파이프(98)내 흐름을 변경시키기 위해 밸브(104)를 조절하도록 작동기(94)를 제어하기 위하여 공압 튜브 또는 그와 같은 것에 의해 공급된다.
증폭된 공압 출력 신호는 또한, 공압 튜브 또는 그와 같은 것에 의해 피이드백 장치(106)에 제공될 수도 있다.
피이드백 장치(106)는 그러한 증폭된 공압 출력 신호를 감지하거나, 또는 다른 방식으로, 피이드백 장치(106)와 제어 작동기(94) 사이에 점선(95)으로 나타낸 바와 같이 밸브(104)의 위치를 감지한다. 바람직한 예에서, 피이드백 장치(106)는 피에조레지스티브 브릿지(piezoresistive bridge)형 압력 감지기 또는 스트레인 게이지이고, 또 다른 방식으로 위치 감지기가 사용될 때 그 감지기는 LVDT, 전위 차계 스트레인 게이지, 신크로(synchro) 또는 다른 위치 암호화 장치이며, 이 장치는 비교기(102)에 연결되어 피이드백 신호(IF)를 제공한다. 증폭된 공압 출력 신호가 변하거나 또는 밸브(10 4)의 위치가 변할 때, 피에조레지스티브 브릿지의 저항 또는 위치 감지기 신호가 변하여 IF가 변화된다. 비교기(102)는 변환기(90)로 입력되는 In을 제어하여 IF와 IC의 비교의 함수로서 공압 출력 신호를 제어한다.
따라서, 공압 출력 신호는 제어기(96)로부터의 IC와 피이드백 장치(106)에 의해 감지된 압력 또는 위치의 함수로서 조절된다. 하나의 바람직한 예에서, 제어기(96)는 4∼20mA 사이에서 변하는 입력 직류 전류(IC)를 제공한다. 흐름 감지기(100)에 의해 감지되는 파라메터의 변화의 결과로 제어기(96)로부터의 직류 전류(IC)가 증가하면, IF신호와 IC신호 사이의 전기적 균형이 변화되고 그 결과 변환기(90)에 인가되는 Iin이 증가하고 공압 제2단계(92)에 공급되는 Pout이 증가한다. 따라서, Pout(증폭됨)이 증가하고 피이드백 장치(106)의 저항이 변화한다. IF는 IF신호와 IC신호 사이에 새로운 균형이 얻어질때까지 변화한다.(변환기 (90)에 인가되는 Iin는 계속 변화한다.) 그러한 새로운 균형에서, 변환기(90)에 인가된 Iin은 일정하게 유지된다. 공압 신호(Pout)는 균형이 얻어진때에 형성된 수준에서 일정하게 유지된다. 균형의 변동이 일어날 때(IF또는 IC신호들중 어느 하나의 변동에 기인하여), Iin은 균형이 다시 얻어질때까지 다시 변화한다.

Claims (11)

  1. 가스 흐름(20A, 36)을 분출시키기 위해 가스 공급원에서 연결되는 노즐(12, 40, 56, 120), 분출된 가스 흐름(20A, 36)중 공압 출력 신호를 형성하는 적어도 일부를 회수할 수 있도록 노즐(12, 40, 56, 120)에서 이격된채 배치되는 수용기(16, 42, 58, 124), 가스 흐름에 대한 위치 선정이 전기 입력 신호에 의해 제어되도록 노즐과 수용기 사이에 배치되는 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)를 구비하고 상기 전향기는 노즐(12, 40, 56, 120)로부터 분출되는 가스 흐름(20A, 36)을 전향시켜 수용기(16, 42, 58, 124)에서 회수되는 일부 가스 흐름의 크기를 결정하게 되는 전기 신호-공압 신호 변환기에 있어서, 상기 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)는 가스 흐름이 이 가스 흐름(20A, 36)에 의해 일어나는 공기 역학적 양력의 함수로서 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)의 위치에서 영향을 미칠 수 있도록 노즐(12, 40, 56, 120)에 대해 위치가 선정되고 형태가 갖춰지는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)는 상기 공기 역학적 양력이 이 전향기를 가스 흐름(20A, 36)속으로 끌어당길 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)는 가스 흐름(20A, 36)중 일부만을 전향시키는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)는 그 일부 단면이 원호로 되어 있으며, 이 일부가 가스 흐름(20A, 36)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전향기(14, 38, 52)는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전향기(122)는 삼각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전향기(132)는 반원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전향기(138)는 그 단면이 에어포일 형상인 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐(12, 40, 56, 120)에는 가스 흐름(20A, 36)을 방출하는 개구가 구비되고, 노즐과 수용기 사이의 거리는 상기 노즐 개구의 직경에 비해 8-12배인 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  10. 제1항 또는 제15항에 있어서, 상기 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)에 연결되고, 전기 입력 신호를 받아들이며, 이 입력 신호를 레퍼런스 평면에서의 운동으로 변환시키는 작동기(13, 128)를 구비하고, 가스 흐름의 일부가 상기 전기 입력 신호에 대해 예정된 상관 관계를 갖는 출력 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
  11. 제10항에 있어서, 분출된 가스 흐름(20A, 36)속으로의 전향기(14, 38, 52, 122, 130, 132, 134, 138)의 전향은 전향기가 가스 흐름에 점증적으로 영향을 미칠 수 있도록 작동기에 대해 요구되는 편향 거리당 음(-)의 힘을 발생시키고, 상기 작동기 (13, 128)는 전향기의 스프링 모듈러스보다 크기가 더 크고 부호가 반대인 스프링 모듈러스를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호-공압 신호 변환기.
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