NO803279L - Signalomformende enhet beregnet til aa inngaa i et pneumatisk reguleringssystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en signalomformende enhet beregnet til å .inngå i et pneumatisk reguleringssystem og tjenende til å omforme et på enhetens inngang mottatte elektrisk regule- - rlngssignal til et pneumatisk signal som avgis på enhetenes utgang og hvis verdi skal være proporsjonal med reguleringssignalets verdi, omfattende et tungeformet piezoelektrisk element som påtrykkes en spenning som avhenger av reguleringssignalet slik at elementet får en utbøyning i sideretning som varierer med spenningen, en pneumatisk ledning med et kammer som tilføres trykkluft via en strupeventil og fra hvilken trykkluft avledes gjennom en dyse beliggende inntil det piezoelektriske elements ene side, slik at lufttrykket i kammeret blir regulert av det piezoelektriske elementet som funksjon av den nevnte spenningen, og en fra kammeret gående utgangsledning for til reguleringssystemet å overføre det regulerte lufttrykket- som nevnte pneumatiske, signal.

I svensk utlegningsskrift 322.989 (med prioritet frå .US 588 057) beskrives nærmere en slik signalomformer, innbefattende et kammer' med en innløpsåpning og en utløpsåpning. Til innløpsåpningen

ler tilkoblet en fluidumstrykk-kilde ved hjelp.av hvilken tilveiebringes et trykk i kammeret. Inntil hver av nevnte åp-ninger finnes en elektrisk påvirkbar piezoelektrisk tunge. Avhengig av styresignalets styrke og polaritet kan tungen' fås.

til å bevege seg mot eller fra åpningen slik at derved trykket i

-kammeret påvirkes. Fra dette trykk bestemmes et med styresignalet forbundet fluidumstrykk-verdi. Ifølge nevnte utlegningsskrift tilveiebringes ved en tilbakekobling en ytre kraft mot tungen. Kraftens størrelse er forbundet med størrelsen av trykket i kammeret og oppgis å virke i motsatt retning rela-

Dtivt den av styresignalet tilveiebragte utbøyning hos tungen. Hensikten med dette er å begrense utbøyningen hos tungen hvorved den av styresignalet tilveiebragte utbøyningskraft balan-serer mot fluidumtrykket. Anordningen arbeider således ifølge kraftbalanseprinsippet, dvs. fluidumstrykket blir avhengig av

5den piezoelektriske utbøyningskraften som funksjon av det elektriske styresignalet. Således kommer slike faktorer som den piezoelektriske tungens temperaturavhengighet, ulinearitet, hysterese og langtidsinstabilitet hos utbøyningskratften som funk-

sjon av det elektriske styresignalet til å. påvirke nøyaktigheten i omformingen fra elektrisk styresignal til fluidumstrykk-verdi-

I den grad.det forekommer variasjoner i matningstrykkket fra fluidumstrykk-kilden, vil disse ikke kompenseres helt r men kom-penseringen påvirkes av nevnte faktorer.

Temperaturavhengigheten, som stammer fra tungens piezokrystaller og vanskeligheter med å tilveiebringe en god innfestning av disse medfører en feil i størrelsesorden 0,05 - 0,5 % pr. °C. Hysteresen, som innebærer at tungen for en og samme styresignal-verdi får uliklirtbøyning avhengig av om nevnte verdi nås med. økende eller minskende styresignalverdier, kan nå opp til ca 20 %

og det kan ta opp til 20 timer for tungen å- innta en entydig sta-bil' utbøyningsstilling tilsvarende. en viss • styresignalverd.1. Også langtidsstabiliteten henger sammen med. tungens mekaniske oppbygning. De feil som oppstår som følge av bristende lang-tidsstabilitet er imidlertid vanskelige å skille fra dem som stammer fra hysterese.

Spesielt i prosessindustrien er det behov for anordninger som

med høy nøyaktighet kan tilveiebringe en omformning av ovennevnte type,men med hittil kjente anordninger har man bare klart å re-dusere innvirkning av de nevnte faktorene og derfor er ikke tilstrekkelig høy nøyaktighet blitt oppnådd.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en signalomformer av det innledningsvis nevnte slag, hvilken med høy nøyaktighet kan omforme et elektrisk styresignal til et tilsvarende pneumatisk trykkverdi, hvilken signalomf ormer ikke har ovennevnte ulemper og dette tilveiebringes derved at signalomf ormeren har de kjennetegn som fremgår av vedlagte patent-krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares ytterligere med hen-visning til vedlagte tegning på hvilken fig. 1 skjematisk og"delvis i blokkskjemaform viser en signalomformende enhet ifølge oppfinnelsen for omformning av et elektrisk- styresignal til et tilsvarende pneumatisk trykkverdi, en såkalt I/P-omformer.

■Fig. 2 viser i blokksk jemaf orm en alternativ utf ørelsesform av

en signalomformer ifølge oppfinnelsen.

På tegningen er 1 en til en pneumatisk trykk-kilde 2 tilkoblet ledning, som munner i en dyse 3. Mellom trykk-kilden 2 og dysen 3 finnes i nevnte orden en strupeventil 4 og en pneumatisk trykkutgang- 5\ Ved hjelp av trykk-kilden tilveiebringes et pneumatisk trykk i et kammer la mellom dysen 3 og strupeventilen 4 i ledningen 1. Inntil dysen 3 er anbragt..et for elektrisk signalpåvirkning følsomt piezoelektrisk element 6 som fra dysen vendte ende er fast innspent. Elementets 6 mot dysen

vendte side er således utformet at det mellom elementet og dysen oppstår en spalte gjennom hvilken luften kan strømme ut. Gjennom den elektriske signalpåvirkningen kan elementet 6 fås til å bevege seg mot eller fra dysen 3 avhengig av signalets styrke og polaritet hvorved spalten mellom elementet og dysen minsker eller øker. På denne måten kan luftens utstrømning gjennom dysen 3 påvirkes og dermed også det pneumatiske trykket i kammeret la og på trykkutgangen 5 styres. Dette trykk, som kan anvendes som styretrykk til en pneumatisk forsterker eller et sylinder-stempelaggregat, er på tegningen markert med P. Hvis ingen andre'foranstaltning er blir tatt, ville som innledningsvis forklart ved en slik styring av det pneumtasike.trykket nøyaktigheten påvirkes i negativ retning av et fler-tall faktorer.

Ifølge■oppfinnelsen er, som det fremgår av fig; 1, for avføling i av det pneumatiske trykket i ledningen en trykkgiver 7 tilkoblet til trykkutgangen 5. Trykkgiveren 7 er innrettet til å danne et.elektrisk! signal T, som svarer til nevnte styretrykk. Signalet T påføres clen ene signalinngangen 8 av en kompara-

tor 9, hvis andre inngang 10 påføres, det elektriske styresig->nalet,' i det følgende benevnt I, "somønskes omformet til én pneumatisk trykkverdi. Komparatoren 9 er innrettet til å sammen-ligne signalene T og I og å danne et til forskjellen mellom nevnte signaler svarende forskjellssignal.. Dette påføres

'en integrator 11, hvis utsignal er en spenning og får virke

>på det piezoelektriske elementet 6. Integratoren 11 er for-trinnsvis en integrerende forsterker og dens utsignal tilsvarer tidsintegralet av det til integratoren innkommende for-

,skjellssignalet. Dette innebærer at selv små forskjellsignaler med viss varighet . tilveiebringer utsignaler fra integratoren 11 av samme størrelsesorden som større,men mer kortvarige for-sk jei Iss ignaler ..

Den i fig. 1 viste- anordning fungerer som en I/P-omformer og arbeider med en sluttet reguleringssløyfe på følgende måte: Avhengig'av. størrelsen og polariteten hos forskjellssignalet vil elementet 6 som tidligere nevnt bevege seg fra eller mot dysen 3,hvorved spalten mellom elementet og dysen øker eller minsker slik at - det pneumatiske trykket i kammeret la og dermed, også såvel den pneumatiske trykkverdien P som signalet T vil bli endret.' Man kan tydelig gi reguler ings sløyf en slike egen-skaper at den pneumatiske trykkverdien P meget nøyaktig tilsvarer signalet I. Det piezoelektriske elementets.6 egenska-iper eller variasjoner i matningstrykket fra trykkilden 2 på-virker ikke omformerens nøyaktighet, hvilken påvirkes kun' av trykkgiverens 7 nøyaktighet.

Komparatoren 9 og integratoren 11 tilsvarer til sin funksjon en proporsjonal integrerende regulator, en såkalt P/I-regulator.

)I fig. 2 er 12 en slik P/I-regulator. Nevnte figur viser en alternativ: .utf ørelsesform av en I/P-omformer ifølge op<p>finnel-sen, der en fluidumsforsterker 13 er tilkoblet til trykkutgangen 5. Forsterkeren 13 trykkmates fra trykkilden 2 via en ledning 14 og har til oppgave å tilveiebringe en forsterket luftstrøm i og/eller en øket trykkverdi i utgangsledningen 5 for slike tilpasninger hvor en luftstrøm via strupeventilen 4 ikke'er tilstrekkelig. Trykkgiveren 7 er koblet til forsterkerens utgang 15 som også utgjør I/P-omformerens utgang, dvs. det'til signalet I' tilsvarende pneumatiske trykknivå tas som et arbeidstrykk ut )på utgangen 15. Arbeidstrykket kan eksempelvis■anvendes for stillingsstyring av et på tegningen ikke vist s.ylinder-stempelaggregat.

"Det er åpenbart at signalomformeren ifølge oppfinnelsen kan modifiseres på mange måter innenfor rammen for oppfinnelsestan-5 ken. Således kan f.eks.: det piezoelektriske elementet 6 anordnes slik. at det under innvirkning av styresignalet beveger seg 'kun en retning,, dvs enten fra eller mot dysen 3.

Claims (1)

1. Signalomformende enhet beregnet til å inngå i et pnéumatisk reguleringssystem ' og tjenende til å omforme et på enhetens inngang mottatt elektrisk reguleringssignal (I) til et pneumatisk signal (P) som avgis på enhetens utgang og hvis verdi skal være proporsjonal med reguleringssignalets verdi, omfattende et

   tungeformet piezoelektrisk element (6) som påtrykkes en spenning som avhenger av reguleringssignalet (I) slik..at elementet (6) får en utbøyning i sideretning som varierer-med spenningen, e' n'pneumatisk ledning (1) med et kammer (la) som tilføres trykkluft via en . strupeventil (4) og fra hvilket trykkluft avledes gjennom en dyse (3) beligqende inntil det piezoelektriske elementets (6) ene side, slik at lufttrykket i kammeret (la) blir regulert av det piezoelektriske elementet (6) som funksjon av den nevnte spenningen, og en fra kammeret (la) gående utgangsledning (5) for til reguleringssystemet å overføre det regulerte lufttrykket som nevnte pneumatiske signal (P), karakterisert ved at til utgangsledningen (5) er innkoblet en trykkgiver (7) som er innrettet til å'danne et til det regulertet ;lufttrykket svarende elektrisk signal (T) og som via en tilbakeføring er tilbakekoblet til enhetens inngang, og at inngangen har en krets (9, 11; 12) som mottar såvel det

   elektriske reguleringssignalet (I) som det tilbakekoblede elektriske signalet og som har organ (9) for gjennom sammenligning mellom de to signalene å' danne et forskjellssignal og organ (11)

   for å integrere forskjellssignalet og heretter fra det integrerte >fOrskjellssignalet å danne den spenning som- påtrykkes det piezo-

   elektriske elementet (6), hvorved det pneumatiske signalet (P) til reguleringssystemet vil nøyaktig følge det elektriske regu-

   leringssignalet (I).