專(zhuān)利名稱(chēng):電力-氣壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
本發(fā)明涉及了用于過(guò)程控制等的電力-氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器。
常規(guī)的電力-氣壓轉(zhuǎn)換器可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為噴嘴回壓，以得到一個(gè)氣壓信號(hào)。例如在日本專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)為59-25962)所公開(kāi)的發(fā)明中，用到了一種壓電元件于噴嘴瓣閥，緊對(duì)著噴嘴部分的這種噴嘴瓣閥根據(jù)輸入信號(hào)予以轉(zhuǎn)換，從而控制噴嘴部分和噴嘴瓣閥之間的開(kāi)口間隙并改變?cè)搰娮斓幕貕?。在日本?shí)用新型所公開(kāi)的實(shí)用新型中(早期公開(kāi)號(hào)58-130105)，該噴嘴瓣閥以接近其諧振頻率的頻率予以振動(dòng)，而一個(gè)周期的全開(kāi)時(shí)間和全閉時(shí)間的比值將根據(jù)輸入信號(hào)予以控制，但不控制噴嘴瓣閥和噴嘴部分之間的開(kāi)口壓力，從而改變噴嘴的回壓。
在上述的兩種方法中，由于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為噴嘴回壓，因此很難得到對(duì)于輸入信號(hào)的足夠增益。當(dāng)這種電力-氣壓轉(zhuǎn)換器在使用4至20毫安信號(hào)的控制系統(tǒng)中工作時(shí)，各相應(yīng)部分的電源電壓必須從4至20毫安的這種外部輸入信號(hào)中得到。但是在此種情況下，如果因某種原因降低了輸入電壓及不能得到予定的電壓，則轉(zhuǎn)換閥的控制將失效，從而產(chǎn)生不正常的輸出。
本發(fā)明的電力-氣壓轉(zhuǎn)換器包括具有至少一個(gè)板式壓電元件的轉(zhuǎn)換閥，前者以懸臂方式支撐于一個(gè)密封腔內(nèi)且其末端部分將據(jù)所加電壓而擺動(dòng)，至少兩個(gè)可根據(jù)該壓電元件的位移而開(kāi)啟和閉合的壓力噴嘴，和一個(gè)經(jīng)過(guò)從該密封腔伸向外部的孔的輸出;一個(gè)導(dǎo)向延遲器用于將來(lái)自孔的輸出的氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成一標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào);一個(gè)壓力傳感器用于將導(dǎo)向延遲器的輸出壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào);脈寬調(diào)制裝置用于將對(duì)應(yīng)來(lái)自壓力傳感器的電信號(hào)和外部輸入信號(hào)間的差值，而將脈寬調(diào)制信號(hào)加至轉(zhuǎn)換閥的板式壓電元件上;一個(gè)電源電路用于從外部輸入電壓獲得一予定電壓，從而將電源電壓加至各相應(yīng)部分;還包括可監(jiān)測(cè)外部輸入電壓并當(dāng)外部電壓降至比正常操作范圍還低的某一預(yù)定值時(shí)抑制轉(zhuǎn)換閥輸出的裝置。
在正常操作期間，當(dāng)一個(gè)壓力噴嘴(加有氣壓Ps)和另一個(gè)壓力噴嘴(與環(huán)境大氣相通)的開(kāi)-閉受控于板式壓電元件時(shí)，密封腔內(nèi)的氣壓要變化，且輸出氣壓Po變化很大。
如果減小輸入信號(hào)，則輸出氣壓要降至零。
圖1的框圖示出了本發(fā)明的一種實(shí)施例;
圖2至圖4是各部分的詳細(xì)視圖;
圖5的時(shí)序用以解釋操作過(guò)程;
圖6和7是解釋本發(fā)明效果的視圖;
圖8至圖10的電路圖展示了轉(zhuǎn)換閥輸出抑制電路13的另一種配置。
其中1為輸入電路;4為差動(dòng)放大器;6為比較器;7為參考波形發(fā)生器;8為脈寬調(diào)制器;9為轉(zhuǎn)換閥;10為導(dǎo)向延遲器;11為輸出部分;12為壓力傳感器;13為轉(zhuǎn)換閥輸出抑制電路;44，45為雙晶片壓電元件;47，50為壓力噴嘴。
圖1的框圖示出了本發(fā)明的一種實(shí)施例。參見(jiàn)圖1，輸入電路1其詳細(xì)配置示于圖2中)接收來(lái)自輸入端2和3的4至20毫安的電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，還作為一電源電路用于另一電路。
當(dāng)輸入來(lái)自2和3端在4和20毫安之間變化的電流信號(hào)時(shí)，由輸入電路1可將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Va。對(duì)應(yīng)通過(guò)將當(dāng)時(shí)輸出氣壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)而得到的值，由差動(dòng)放大器4將放大裝置5的輸出信號(hào)Vb與信號(hào)Va進(jìn)行比較。更具體講，差動(dòng)放大器4輸出這兩個(gè)信號(hào)的差值(Vb-Va)。圖5(a)中的波形a表示對(duì)應(yīng)差動(dòng)放大器4輸出的差值信號(hào)(Vb-Va)。
該差值信號(hào)(Vb-Va)輸入到構(gòu)成了脈寬調(diào)制器8的比較器6中，并與來(lái)自參考波形發(fā)生器7的三角波參考信號(hào)輸出進(jìn)行比較。
參考波形發(fā)生器7可以產(chǎn)生穩(wěn)定的三角波信號(hào)，圖3示出了其詳細(xì)電路配置。參見(jiàn)圖3，標(biāo)號(hào)31代表運(yùn)算放大器，它由集成電路和電容32組成。標(biāo)號(hào)33代表運(yùn)算放大器，它由比較器，構(gòu)成分壓器的電阻R1、R12、R13和R14，以及電阻R15組成。開(kāi)關(guān)34受控于來(lái)自運(yùn)算放大器33的輸出，這樣可相對(duì)于運(yùn)算放大器31的轉(zhuǎn)換輸入而通/斷參考電壓源35端及公共端36。以此種配置，具有非常穩(wěn)定周期和幅度的三角波信號(hào)便可獲得。圖5(b)中的波形b表示參考信號(hào)。
當(dāng)參考信號(hào)高于差值信號(hào)Vb-Va時(shí)，比較器6的輸出即變?yōu)椤癏(通)”;否則變?yōu)椤癓(斷)”。具體而言，圖5(b)中的脈寬調(diào)制信號(hào)作為比較器6的輸出予以獲得。
轉(zhuǎn)換閥9可根據(jù)來(lái)自脈寬調(diào)制器8的輸出信號(hào)控制氣流的通斷，圖4示出了其詳細(xì)配置。轉(zhuǎn)換閥9在一外殼41內(nèi)帶有氣腔42和密封腔43。氣孔46成形于氣腔42中，以使氣腔42的內(nèi)部與外界大氣正常相通，氣腔42與密封腔43經(jīng)氣體通道48相通，而壓力噴嘴47則限定于在氣腔42一側(cè)的氣體通道48中。壓力噴嘴47所處的位置面對(duì)雙晶片壓電元件44的可動(dòng)端44A。當(dāng)可動(dòng)端44A如箭頭A所示擺動(dòng)時(shí)，壓力噴嘴47便隨之開(kāi)啟或關(guān)閉。
在密封腔43中，與氣體通道49相通的壓力噴嘴50成形的位置面對(duì)雙晶片壓電晶體元件45的可動(dòng)端45A。當(dāng)可動(dòng)端45A如箭頭B所示擺動(dòng)時(shí)，壓力噴嘴50便開(kāi)啟或關(guān)閉。應(yīng)注意氣體通道49是與成形于固定部分57的氣壓源通道51相通的，而氣壓源Ps可正常地施加于其中。經(jīng)過(guò)孔53的輸出將成形于固定部分57的氣壓輸出通道52與上述密封腔43相接通。在圖4中，標(biāo)號(hào)54代表用于密封該密封腔43的墊片;而55和56代表的O形環(huán)用于密封外殼41和固定部分57。
雙晶片壓電元件44和45由施加在輸入端58和59的電壓，以反方向被驅(qū)動(dòng)。換言之，當(dāng)可動(dòng)端44A。根據(jù)加到輸入端58和59的電壓開(kāi)啟壓力噴嘴47時(shí)，可動(dòng)端45A則關(guān)閉壓力噴嘴50。換言之，當(dāng)可動(dòng)端44A關(guān)閉壓力噴嘴47時(shí)，可動(dòng)端45A即開(kāi)啟壓力噴嘴50。
在以上述配置的轉(zhuǎn)換閥9中，當(dāng)比較器6的輸出脈沖處于“高”電平時(shí)，噴嘴50開(kāi)啟而噴嘴47閉合，氣壓源Ps加至密封腔43，這樣便打開(kāi)了轉(zhuǎn)換閥9。反之當(dāng)比較器6的輸出脈沖為“低”電平時(shí)，噴嘴50閉合而噴嘴47開(kāi)啟，氣壓源Ps被關(guān)閉，密封腔43中的氣體流入經(jīng)噴嘴47與外界大氣相通的氣腔42，從而關(guān)閉了轉(zhuǎn)換閥9。
如圖5所見(jiàn)，當(dāng)差值信號(hào)(Vb-Va)接近零時(shí)，比較器6輸出脈沖的占空比為1∶1。如果此差值信號(hào)(Vb-Va)為正，此輸出脈沖的“H”間隔延長(zhǎng)，如其為負(fù)則它的“L”間隔延長(zhǎng)。
因此當(dāng)示于圖5(b)的通/斷(ON/OFF)信號(hào)從比較器6輸入時(shí)，在密封腔43中的氣壓要變化，且氣壓輸出通道52中的輸出壓力P也要改變。具體講，當(dāng)差值信號(hào)(Vb-Va)為正時(shí)，轉(zhuǎn)換閥9的通間隔要比其斷間隔長(zhǎng)，來(lái)自氣壓輸出通道52的輸出氣壓Po增加。與此相反，當(dāng)此差值信號(hào)(Vb-Va)為負(fù)時(shí)，斷間隔予以延長(zhǎng)，輸出氣壓Po減少。應(yīng)注意密封腔43是作為容積腔而用于平滑該輸出氣壓Po，這樣就可消除由于脈寬調(diào)制所引起的脈動(dòng)。
輸出氣壓Po加至導(dǎo)向延遲器10。此導(dǎo)向延遲器10為公知裝置，用于放大輸入的氣壓信號(hào)以將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。導(dǎo)向延遲器10的輸出加至輸出部分11，而在那里的氣壓即相當(dāng)最后輸出氣壓。
導(dǎo)向延遲器10的輸出由壓力傳感器12檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這樣它可經(jīng)放大器裝置5反饋至差動(dòng)放大器4。該反饋信號(hào)用作增加或減少此差動(dòng)信號(hào)(Vb-Va)使其為零。根據(jù)這種反饋控制，能夠獲得對(duì)應(yīng)該輸入信號(hào)的穩(wěn)定輸出氣壓。
但是因用于各相應(yīng)部分的電源電壓如前所述，是從輸入電路1的輸入電流而得到的，如果輸入電流降至4至20毫安的正常操作范圍以下，且電源電壓也降壓至最低限電壓(在此電壓上各相應(yīng)部分的電子電路可正常工作)以下，則轉(zhuǎn)換閥9的控制即失效。在此狀態(tài)中，當(dāng)輸入電流IIN降至低于4毫安的I0時(shí)，也即3.8毫安，則Va為不正常，且不再?gòu)谋容^器6中輸出正確的輸出。其結(jié)果如圖6所示，來(lái)自轉(zhuǎn)換閥9的輸出變?yōu)椴徽！?br>在本實(shí)施例中，當(dāng)輸入信號(hào)IIN降至I0以下時(shí)，轉(zhuǎn)換閥輸出抑制電路13開(kāi)始工作，這樣轉(zhuǎn)換閥9的輸出氣壓Po即降至0千克力/平方厘米。
圖2示出了這一實(shí)施例的詳細(xì)配置。參見(jiàn)圖2，輸入電路1包括恒流電路21和恒壓電路22。輸入至輸入端2和3的輸入電壓IIN轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Va并輸出至差動(dòng)放大器4。另外，作為恒壓電路22輸出而得到的電壓VF作為電源電壓加至各相應(yīng)部分。需注意標(biāo)號(hào)OP1至OP3代表運(yùn)算差動(dòng)放大器;R0和R1至R9代表電阻;Tr1和Tr2代表晶體管;及ZD1代表齊納二極管。
由電阻10對(duì)跨接在齊納二極管ZD1兩端的電壓分壓而得到的輸出加至差動(dòng)放大器OP4的非反相輸入端，同時(shí)將差動(dòng)放大器OP4的反相輸入端接至公共端。
在正常操作期間，如調(diào)節(jié)電阻R9的輸出點(diǎn)，以使包括差動(dòng)放大器OP4的比較器的參考電位er設(shè)置為稍低于公共電壓e1的值，則電阻R9的輸出為0伏，且二極管D1反向偏置。因此比較器6將不受轉(zhuǎn)換閥輸出抑制電路13的影響，而在其反相輸入端接收差動(dòng)放大器4的輸出電壓Va-Vb。
但是如果輸入電流降至I0，由輸入電路1所施加的電源電壓將不能被正確調(diào)整，且公共電位e1要降至參考電位er以下。其結(jié)果比較器6的輸出要變?yōu)椤案摺彪娖?，無(wú)論差動(dòng)放大器4的輸出e(＝Vb-Va)如何，比較器6的輸入e2將降低，且比較器6的輸出則趨向“低”電平。這樣轉(zhuǎn)換閥9處于斷的狀態(tài)，如圖7所示輸出氣壓Po要降至0千克力/平方厘米。
在示于圖2的實(shí)施例中，比較器6在差動(dòng)放大器4一側(cè)的電位是強(qiáng)迫地固定住的。但是，該比較器6在參考波形發(fā)生器7一側(cè)的電位則是可以固定的。圖8展示了這一實(shí)施例。
當(dāng)然，比較器6和轉(zhuǎn)換閥9可如圖9所示通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)14予以組合，當(dāng)電流IIN降至I0時(shí)即可關(guān)斷這個(gè)開(kāi)關(guān)。
換言之，至差動(dòng)放大器4的輸入可予控制。圖10示出了此實(shí)施例。在圖10中，標(biāo)號(hào)R21至R26代表電阻。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，由于輸出氣壓Po的變化是通過(guò)板式壓電元件，根據(jù)加有氣壓源Ps的壓力噴嘴的開(kāi)-關(guān)控制而實(shí)現(xiàn)，且在此轉(zhuǎn)換閥中的另一壓力噴嘴是與外部大氣相通的，所以在與利用噴嘴回壓的電力-氣壓轉(zhuǎn)換方法相比較時(shí)，其電力-氣壓增益可有很大改善。再之因板式壓電元件是由脈寬調(diào)制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)的，所以壓電元件中的偏差影響很小，無(wú)需為補(bǔ)償這種偏差的高壓電源。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)外部輸入信號(hào)降至比正常操作范圍還低的某一預(yù)定值時(shí)，提供有可抑制轉(zhuǎn)換閥輸出的裝置。因此從其外部輸入信號(hào)接收電源電壓的雙線(xiàn)型控制系統(tǒng)中，在外部輸入信號(hào)降低時(shí)可防止不正常的操作。
權(quán)利要求
一種電力-氣壓轉(zhuǎn)換器其特征在于包括具有至少一個(gè)板式壓電元件的轉(zhuǎn)換閥，前者以懸臂方式支撐于一個(gè)密封腔內(nèi)且其末端部分將根據(jù)所加電壓而擺動(dòng)，至少兩個(gè)可根據(jù)該壓電元件的位移而開(kāi)啟和閉合的壓力噴嘴，和一個(gè)經(jīng)過(guò)從該密封腔伸向外部的孔的輸出；一個(gè)導(dǎo)向延遲器用于將來(lái)自孔的所述輸出的氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)；一個(gè)壓力傳感器用于將所述導(dǎo)向延遲器的輸出壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；脈寬調(diào)制裝置用于將對(duì)應(yīng)來(lái)自所述壓力傳感器的電信號(hào)和外部輸入信號(hào)間的差值，而將脈寬調(diào)制信號(hào)加至所述轉(zhuǎn)換閥的所述板式壓電元件上；一個(gè)電源電路用于從外部輸入電壓獲得一預(yù)定電壓，從而將電源電壓加至各相應(yīng)部分；還包括可監(jiān)測(cè)外部輸入電壓并當(dāng)外部電壓降至比正常操作范圍還低的某一預(yù)定值時(shí)抑制所述轉(zhuǎn)換閥輸出的裝置。
專(zhuān)利摘要
一種轉(zhuǎn)換閥具有至少一個(gè)支承于密封腔中的板 式壓電元件，且它具有一自由端；至少兩個(gè)氣體直射 噴嘴，其開(kāi)啟和閉合的配置根據(jù)該壓電元件自由端 的位置；還具有一個(gè)從所述密封腔向外連通的氣體 輸出通道。一種電力-壓力轉(zhuǎn)換器使用了這種轉(zhuǎn)換 閥；及用于將來(lái)自輸出通道的氣體壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為 標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)的導(dǎo)向延遲器；用于提供脈寬調(diào)制信 號(hào)的脈寬調(diào)制裝置，它響應(yīng)于來(lái)自壓力傳感器的電 信號(hào)和外部參考電信號(hào)之間的偏差，以激勵(lì)該轉(zhuǎn)換 閥中的板式壓電元件。
文檔編號(hào)F15B5/00GK86106721SQ86106721
公開(kāi)日1987年5月27日 申請(qǐng)日期1986年9月30日
發(fā)明者黑田正人, 藤原正利 申請(qǐng)人:山武一霍尼韋爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan