JPH02292501A - 電流／圧力変換機構 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、電流信号を圧力に変換する電流／圧力変換機
構に係り、特にこれに用いるアクチュエータの駆動力を
強くするように改良した電流／圧力変換機構に関する． く従来の技術〉 第８図は実願昭６２−９１８１１号「電気／圧力変換機
横」に示された電気／圧力変換機横の構成を示すブロッ
ク図である。この場合は、電空ボジショナを例に説明す
る． １０．１１は調節計などからの例えば４〜２０ｍＡなど
の電流出力ＩＬを入力電流ＩＬとして受ける入力端子で
ある．１２は入力処理回路であり，入力端子１０．１１
間に直列に挿入された抵抗１２１で入力電流ｒＬを電圧
信号Ｖ，に変換し．まなこの抵抗と直列に接続されたツ
エナダイオード１２２で共通電位点ＣＯＭに対する回路
の電源電圧Ｅｂを作る． １３は差動増幅器であり，電圧信号ｖｔと帰還信号■ｆ
との差を増幅する．この差動増幅器１３の出力■。とパ
イロットリレー１４のステム変位に関連した帰還ｆｇ号
Ｖρとの差電圧ＶＣはフラ・ｙパ１６３を変位させるア
クチュエータ１６を差動的に駆動する． 圧電アクチュエータ１６は圧電素子１６１，１６２、フ
ラッパ１６３、及び駆動回路１６４などを有し、圧電素
子１６２には一定の電圧■ａが印加され、圧電素子１６
１には差電圧Ｖｃに関連した駆動電圧Ｖｂが駆動回路１
６４から印加され、この駆動電圧Ｖｂによりフラッパ１
６３を変位させる．フラッパ１６３に対向してノズル１
７が配置されており．ノズル１７のノズル背圧ｐｂは駆
動電圧Ｖｂに対応して変化しこれがパイロットリレー１
４に入力かれる。

パイロットリレー１４はノズル背圧Ｐｂを増幅して空気
圧出力Ｐ０に変換すると共にステム１４１を変位させる
．この変位は，変位／電気信号変換器１９で帰還信号ｖ
ｐに変換され差動増幅器１３の出力ｖ０との差がとられ
る． バルブ２０は空気圧出力Ｐ０をバルブステム２０１の変
位に変え．この変位は変位／電気信号変換器２１で帰還
信号Ｖ，に変換される．この変位／電気信号変換器２１
は振動弐カセンサを用いて槽成され，一方の端部が固定
されな片持梁２１１のエヅチングされた振動部２１２に
一対の圧電素子２１３，２１４を配置させ，増幅器２１
５と２個の圧電素子が閉ループを楕成するようにして振
動部２１２の固有周波数の自己発振をさせている．片持
梁２１１の他端にはバネ２１６を介してバルブステム２
０１の変位を力に変換して入力することにより，バルブ
ステム２０１の変位に関連した周波数の振動出力を得る
ことができる．増幅器２１５の出力は周波数／電圧変換
回路２１７で帰還電圧Ｖ，に変換される． なお，変位／電気信号変換器１９は２１と同一の構成で
もよいが，安定性を向上させるものであるから変位／１
気信号変換器２１に比べて精度の低いものでも実現でき
る． く発明が解決しようとする課題〉 しかしたがら．この従来の構成の電気／圧力変換機構は
以下に説明する問題がある。

２線の伝送線により信号電流（０〜Ｌ６ｍＡ）と固定電
流（４ｍＡ）の和の電流の伝送を受け、このうち固定電
流（　４　ｍ　Ａ　）以下の電流により変換回路の電源
を賄うこの様な圧電素子を用いる電気／圧力変換機構で
は、フラッパを強く変位させるために駆動回路から圧電
素子に大きな駆動電流を流さなければならないので、変
換回路の池の部分で使用できる電流に制限が生じ変換回
路に各種の機能を盛り込む場合に制限が生じる．く課題
を解決するための手段〉 この発明は、以上の課題を解決するための主な構成とし
て、入力電流が流入する一対の入力端子と、この入力端
子に定電流素子を介して回路の電源を賄う定電圧素子と
抵抗とが接続点で直列に接続された直列回路と、抵抗に
発生する電圧に関連した信号と帰還信号との偏差を演算
して面差信号を出力する演算手段と、この偏差信号に関
連して入力電流の一部を分流する分流手段とこの分流手
段を流れる電流の残りの電流により駆動されフラッパを
変位させるアクチュエータとよりなり接続点と入力端子
との間に並列に接続された並列回路と、フラッパに対向
して配置され絞りを介して給気圧が供給されたノズルと
を具備し、ノズルのノズル背圧に対応した空気圧に関連
した信号を帰還信号として出力するようにしたものであ
る．〈作　用〉 電圧信号と出力の空気圧に関連した帰還信号との偏差を
演算手段で演算し、これ等の間に偏差があるときにはこ
の演算手段から出力される偏差信号により分流手段で分
流させる分流電流を制御することにより、アクチュエー
タに流れる駆動電流を制御して出力の空気圧を制御する
． このようにして、電流を沢山必要とするアクチュエータ
には信号電流を直接流し、固定電流で賄える余裕を大き
くし、これにより変換回路に多くの機能を盛り込むこと
ができる． く実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する．
第１図は本発明の１実施例を示すブロック図である．な
お、第８図に示す電気／圧力変換機構と同一の機能を持
つ部分については同一の符号を付して適宜にその説明を
省略する．第１図は入力電流に対応して変化する出力の
空気圧によりバルブを駆動する電空ボジショナの例を示
している。

２３は入力処理回路であり、この中には入力端子１０、
１１に直列に定電流回路２３１、ツエナダイオード２３
２、入力抵抗２３３があり、これ等はこの順序で直列に
接続されている．ツエナダイオード２３２と入力抵抗２
３３との接続点は変換回路の共通電位点ＣＯＭに接続さ
れ、この共通電位点ＣＯＭとツエナダイオード２３２と
の間には変換回路で使用される電源電圧Ｅｂを得る。

定電流回路２３１は４〜２０ｍＡの入力電流ＩＬのうち
、例えば固定電流である４ｍＡからトランジスタ２４に
流れる基準の分流電流Ｉｃｓ（例えば、０．１ｍＡ）を
差し引いた差電流を定電流１ｏ　　（例えば、３．９ｍ
Ａ）に制限する．共通電位点ＣＯＭと入力端子１０との
間には入力電流ＩＬを分流する分流手段として機能する
トランジスタ２４のエミッタとコレクタとが接続され、
そのベースには差電圧Ｖｃが印加されてこれにより分流
電流ｉｃｓが制御される． アクチュエータ２５は入力端子１０と共通電位点ＣＯＭ
との間に接続され、入力電流ＩＬのうちの信号電流Ｉｓ
である０〜Ｌ６ｍＡの電流が流されこれによりフラッパ
２５１を変位させる．その他の構成は、第８図に示す回
路とほぼ同一である． 次に、以上のように構成された第１図に示す実施例の動
作について説明する． 入力電流■［として、４〜２０ｍＡが例えば調節計など
から流入される．このうち４ｍＡは固定電流Ｉ。、０〜
１６ｍＡは信号電流ＩＳとして流入されるが、この固定
電Ｗｉ　Ｉ。は定電流回路２３１に流れる定電流Ｉ０と
基準の分流電流ｉｃｓとの和の電流但等しい．その他の
電流である信号電流Ｉｓはアクチュエータ２５に直接流
される．したがって、アクチュエータ２５は信号電流Ｉ
Ｓに対応してそのフラヅパ２５１が変位し、これに伴な
いノズル１７のノズル背圧ｐｂが変化し、これがパイロ
ットリレー１４に入力される．パイロットリレー１４は
ノズル背圧Ｐｂを増幅して空気圧出力ＰＯに変換すると
共にステム１４１を変位させる．この変位は，変位／＠
気信号変換器１９で帰還信号ＶＤに変換され差動増幅器
１３の出力Ｖｏとの差がとられる．この帰還動作は変換
回路の安定化を図るためのものであり、必ずしも必要な
ものではない． バルブ２０は空気圧出力Ｐ０をバルブスデム２０】の変
位に変え．この変位は変位／電気信号変換器２１で帰還
信号■ｆに変換される．差動増幅器１３は信号電流Ｉｓ
を入力抵抗２３３で変換した電圧信号ｖｉとバルブステ
ム２０１の変位に対応した帰還信号Ｖｆとの差を演算し
、これ等の間に偏差があるとこの偏差に関連した差電圧
ＶＣによりトランジスタ２４のベース電圧を変更してト
ランジスタ２４に分流する分流電流ＩＣを制御してアク
チュエータ２５に流れる電流を補正する． 従って、変換回路に温度変動などがあり、これによりバ
ルブステム２０１の変位が変更されても信号電流Ｉｓに
正確に対応するバルブの開度が得られる． 次に、第１図におけるアクチュエータ２５の具体的な構
成の１例を第２図に示しこれについて説明する．第２図
（イ）はアクチュエータの平面図、第２図（口）はその
断面図である． フラッパ２５１は説明の便宜上、第１図に示すものと異
なる構成のように記載してあるが、実際には第２図に示
すようにバネ材料を用いて周辺がリング状でその中央部
に十字状の可動片をもつフラッパ２５１として形成され
、中央の交差部Ｐにノズル１７が配置される．フラッパ
２５１の底部中央には、例えばアルミ製のボビン２５２
が固定され、その側面には駆動コイル２５３が所定回数
だけ巻かれて固定されている． また、底部２５４を有し上部にはその中央部が開口され
た円筒状の磁極面２５５を持つ外形が円筒状の磁性体の
継鉄２５６が配置され、更にその底部２５４の中央から
磁極面２５５に所定の間隔で対向するように円柱状の永
久磁石２５７が配置されている．そして、永久磁石２５
７と磁極面２５５とで形成された間隙に駆動コイル２５
゜３が磁極面２５５に沿って自由に移動できるように挿
入されている． 以上の構成により、駆動コイル２５３に信号電流Ｉｓが
流されると、磁極面２５５と永久磁石２５７とで形成さ
れる間隙に発生している磁場との相互作用により、ボビ
ン２５２が信号電流Ｉｓに対応して移動しフラッパ２５
１を変位させる．このような構成によれば、固定電流Ｉ
Ｏの一部を使用する第８図に示す場合に比べて遥かに大
きな電流でアクチュエータを駆動することができる．な
お、アクチュエータを逆差動で動作させるには、駆動コ
イル２５３に流す信号電流Ｉｓの方向を逆にすれば良い
． 第３図は第１図に示すアクチュエータの他の実施例の禍
成を示すブロック図である． この実施例は、入力電流をパルス信号に変換してフラッ
パを駆動するアクチュエータ２６の例を示している． ２６１はパルス変換回路であり、入力端に信号電流ｉｓ
が入力され、これを対応するパルス信号Ｐｓに変換する
．このパルス信号ｐｓは駆動トランジスタ２６２のベー
スに印加される．一方、トランジスタ２６２のコレクタ
にはスイッチ２６３、バルスモータ２６４が接続され、
これ等を通して一定電流■κが共通電位点ＣＯＭに接続
されたエミッタに流されている．このパルスモータ２６
４の回転をギヤダウンしてフラッパ２６５を変位させる
． また、スイヅチ２６３はパルス変換回路２６１から出力
される正転逆転の切替信号ＶＰＩにより制御されてバル
スモータ２６４に流す電流の方向を切り換える．これに
より、フラッパ２６５を制御して変位させる． 次に、以上のアクチュエータ２６の動作について第４図
を参照して説明する。

トランジスタ２６２のベースに印加された信号電流Ｉｓ
に対応するパルス信号Ｐ．に対応してトランジスタ２６
２をオン／オフしてパルスモータ２６４を回転させる． この場合のパルス信号Ｐ９は、例えば第４図《イ》に示
すゲート信号の所定のゲート幅Ｗに発生するパルスが、
０％の場合は（口）に示すようにゼロであり、５０％の
場合は（ハ）に示すように５００パルス、１００％の場
合は（二）に示すように１０００パルスなどのように発
生させる．なお、以上の説明では、電圧信号ｖＬは差動
増幅器１３、周波数／電圧変換回路２１７などをもちい
てアナログ処理をしたが、これに限られず例えば電圧信
号ｖｉをアナログ／デジタル変換器によりデジタル信号
に変換し、また増幅器２１５の周波数出力を周期カウン
タなどによりデジタル信号に変換し、これ等のデジタル
信号をマイクロコンピュータをもちいてデジタル的に偏
差演算を実行してその結果をアナログ信号に変換してア
ナログの出力Ｖ０を得るようにしても良い．更に、第１
図に示す実施例ではボジショナをベースとして説明した
が、空気圧出力ＰＯをバネ２１６の代りに例えばベロー
ズなどをもちいて片持梁２１１に帰還ずると共にこの空
気圧出力Ｐ０を信号電流ＸＳに対応する出力とする電空
変換器として構成することもできる． 第５図〜第７図は第１図に示す実施例を部分的に改良し
た他の各種の実施例の要部の楕成を示すブロック図であ
る． 第１図に示す実施例の場合にはアクチュエータ２５の内
部インピーダンスが大きいときには問題はないが、この
内部インピーダンスが小さいときには、この両端の電圧
が定電流回路２３１とツエナダイオード２３２とで構成
される直列回路の両端の電圧より低くなるので、定電流
回路２３１が定電流Ｉ．を正常に流せなくなるという問
題が生じる．第５図〜第７図に示す実施例はこの様な問
題を改良している． 第５図はアクチュエータ２５と共通電位点ＣＯＭとの間
に可変インピーダンス素子２７としてトランジスタを接
続したものである，このトランジスタのベースには電源
電圧Ｅｂをボテンショメタ２８で分圧して共通電位点Ｃ
ＯＭと入力端子１０との間の電圧が定電流回路２３１と
ツエナダイオード２３２との直列回路の両端の電圧より
大きくなるように調整する． 第６図はアクチュエータ２５と入力端子１０との間に可
変インピーダンス素子２９としてトランジスタを接続し
たものである．このトランジスタのベースには電源電圧
Ｅｂをボテンショメータ３０で分圧して第５図に示す場
合と同様に印加している． 第７図はアクチュエータ２５と並列に分流手段として機
能するトランジスタ２４が接続された並列回路と入力端
子１０との間に可変インピーダンス素子３１としてトラ
ンジスタを接続したものである．このトランジスタのベ
ースには電源電圧Ｅｂをボテンショメータ３２で分圧し
て第５図に示す場合と同様に印加している． 以上の第５図〜第７図に示す要部実施例では可変インピ
ーダンス素子としてバイボーラのトランジスタを用いた
が、これにかかわらず例えば電界効果トランジスタを用
いても良い． く発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明の第
１請求項又は第２請求項によれば、電圧信号と出力の空
気圧に関連した帰還信号との閑差を演算手段で演算し、
これ等の間に偏差があるときにはこの演算手段から出力
される偏差信号により分流手段で分流させる分流電流を
制御することにより、アクチュエータに流れる駆動電流
を制御して出力の空気圧を制御するようにしたので、電
流を沢山必要とするアクチュエータには信号電流が直接
梳れ、固定電流で賄える余裕を大きくし、これにより変
換回路に多くの機能、例えば弁開度指示回路、フエイル
セーフ回路、主要回路の二重化、流量特性補正回路など
を容易に設けることができる． また、第３請求項、第４請求項の構成によれば、第１又
は第２請求項による効果に加えてアクチュエータの内部
インピーダンスが小さい場合にも有効に動作させること
ができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示すアクチュエータの第１の実施例の構
成を示す構成図、第３図は第１図に示すアクチュエータ
の第２の実施例の構成を示す構成図、第４図は第３図に
示す回路の動作を説明するための波形図、第５図〜第７
図は本発明の他の要部実施例を示すブロック図、第８図
は従来の電気／圧力変換Ｒ！１４の横成を示すブロック
図である． １２、２３・・・入力処理回路、１３・・・差動増幅器
、１６、２５、２６・・・アクチュエータ、１７・・・
ノズル、１９、２１・・・変位／電気信号変換器、２０
・・・バルブ、２４・・・トランジスタ、２７、２９、
、３１・・・可変インピーダンス素子． 第 図 第 図 （口＞Ｐｓ（０’／．つ （ハ）Ｉジ（５０″／．） 一」ロしし−．几几一一一 （二）Ｐ５（１００”／．） 一一廿１＝１ 毫 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力電流が流入する一対の入力端子と、この入力
   端子に定電流素子を介して回路の電源を賄う定電圧素子
   と抵抗とが接続点で直列に接続された直列回路と、前記
   抵抗に発生する電圧に関連した信号と帰還信号との偏差
   を演算して偏差信号を出力する演算手段と、前記偏差信
   号に関連して前記入力電流の一部を分流する分流手段と
   この分流手段を流れる電流の残りの電流により駆動され
   フラッパを変位させるアクチュエータとよりなり前記接
   続点と前記入力端子との間に並列に接続された並列回路
   と、前記フラッパに対向して配置され絞りを介して給気
   圧が供給されたノズルとを具備し、前記ノズルのノズル
   背圧に対応した空気圧に関連した信号を前記帰還信号と
   して出力するようにしたことを特徴とする電流／圧力変
   換機構。
2. （２）前記空気圧によりバルブを駆動しその開度を変位
   ／電気変換手段を介して前記帰還信号とする特許請求の
   範囲第１項記載の電流／圧力変換機構。
3. （３）前記アクチュエータと直列に接続され前記回路の
   電源に関連する電圧を用いて内部抵抗が変更される可変
   インピーダンス素子を具備することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の電流／圧力変換機構。
4. （４）前記並列回路と前記入力端子との間に接続され前
   記回路の電源に関連する電圧を用いて内部抵抗が変更さ
   れる可変インピーダンス素子を具備することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電流／圧力変
   換機構。