JPH0712101A - Electropneumatic converter - Google Patents

Electropneumatic converter

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Publication number
JPH0712101A
JPH0712101A JP15835093A JP15835093A JPH0712101A JP H0712101 A JPH0712101 A JP H0712101A JP 15835093 A JP15835093 A JP 15835093A JP 15835093 A JP15835093 A JP 15835093A JP H0712101 A JPH0712101 A JP H0712101A
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JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
pressure
flapper
back pressure
control valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP15835093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Kaneko
嘉一 金子
Mitsutaka Matsuda
光高 松田
Kazuya Yamagishi
一也 山岸
Kozo Goto
幸三 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagano Keiki Seisakusho KK
Original Assignee
Nagano Keiki Seisakusho KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagano Keiki Seisakusho KK filed Critical Nagano Keiki Seisakusho KK
Priority to JP15835093A priority Critical patent/JPH0712101A/en
Publication of JPH0712101A publication Critical patent/JPH0712101A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an electropneumatic converter which shows, in widely ranging flapper displacement, satisfacotry linearity in fluctuation of a nozzle back pressure and also shows high gain in respect to displacement of the flapper. CONSTITUTION:In the case that secondary pressure is increased too high, a flapper 262 is moved so as to separate from a nozzle 242. Nozzle back pressure in a nozzle back pressure chamber 284 is therefore lowered. Flowing velocity of air passing a throttle 241 is then increased. When the air flowing velocity is a specified value or more, the pressure in the nozzle back pressure chamber 284 is decreased by jet pump function. Then a diaphragm 234 is highered. A control valve 211 is energized upward to close an exhaust valve and obtain an equilibrium condition.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、気体圧力を電気信号に
よって制御する電空変換器に係り、特にノズルフラッパ
機構を用いて制御弁を駆動し、出力側の気体圧力を制御
する電空変換器の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electropneumatic converter for controlling gas pressure by an electric signal, and more particularly to an electropneumatic converter for controlling a gas pressure on the output side by driving a control valve using a nozzle flapper mechanism. Regarding the improvement of.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、一般空気圧計装やプロセス制御に
おける気体圧力を調整する電空変換器(電気信号−気体
圧変換器)として、いくつかの提案がされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, some proposals have been made as electro-pneumatic converters (electrical signal-gas pressure converters) for adjusting gas pressures in general pneumatic instrumentation and process control.

【0003】この種の電空変換器としては、ノズルフラ
ッパ機構に圧電素子(圧電バイモルフ)を利用したタイ
プのものがあり、ここに、ノズルフラッパ機構とは、ノ
ズルとフラッパとが対向配置され、該フラッパのノズル
に対する間隔量に応じてノズル背圧が変化する機構をい
う。
As this type of electropneumatic converter, there is a type using a piezoelectric element (piezoelectric bimorph) in a nozzle flapper mechanism, and in this nozzle flapper mechanism, a nozzle and a flapper are arranged to face each other. Nozzle back pressure changes according to the distance between the nozzle and the nozzle.

【0004】そして、ノズルフラッパ機構を用いた電空
変換器としては、図5に示すものがある。図5に示すよ
うに、電空変換器100は、内部上方に設けられたノズ
ルフラッパ機構部Nと、内部下方に設けられた制御弁部
Bとを備えている。
An electropneumatic converter using the nozzle flapper mechanism is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the electropneumatic converter 100 includes a nozzle flapper mechanism portion N provided in the upper inside and a control valve portion B provided in the lower inside.

【0005】前記ノズルフラッパ機構部Nは、ノズル背
圧室184に連通された所定口径のノズル142と、該
ノズル142に対向配置され基端部が電空変換器100
本体に固定された板状の圧電バイモルフからなるフラッ
パ162とを備え、該フラッパ162には電圧を印加す
る駆動回路163が接続されている。
The nozzle flapper mechanism portion N has a nozzle 142 having a predetermined diameter communicated with the nozzle back pressure chamber 184, and a base end portion facing the nozzle 142 and having a base end portion facing the electropneumatic converter 100.
A flapper 162 made of a plate-shaped piezoelectric bimorph fixed to the main body is provided, and a drive circuit 163 for applying a voltage is connected to the flapper 162.

【0006】前記制御弁部Bは、上下方向に並設された
2枚のダイアフラム134,135と、これらダイアフ
ラム134,135に連動される排気弁133が含まれ
る。前記ダイアフラム135と134との間隔はセンタ
ディスク132により一定に保持され、該センタディス
ク132の下面には円筒体133aが形成されている。
そして、前記円筒体133aの下端面が、略円柱状の制
御弁111の上端面に設けられたパッキン113に着座
可能に構成されている。前記センタディスク132,排
気弁133等はバネ123により上方に付勢されてい
る。前記制御弁111は、電空変換器100本体に形成
された丸孔部100bに摺動可能に配設され、該制御弁
111の下方にはフランジ111aが形成されている。
該フランジ111aの上面にはパッキン112が配設さ
れ、前記丸孔部100bを形成する周壁の下端面100
aが前記パッキン112に当接されている。前記フラン
ジ111aの下面と下蓋114との間にはバネ115が
介装され、該バネ115により制御弁111は上方に付
勢されている。なお、符号116はリングであり、符号
118,121はOリングであり、符号117はパッキ
ンであり、符号130は中子である。
The control valve section B includes two diaphragms 134 and 135 which are vertically arranged side by side, and an exhaust valve 133 which is interlocked with these diaphragms 134 and 135. The distance between the diaphragms 135 and 134 is kept constant by a center disk 132, and a cylindrical body 133a is formed on the lower surface of the center disk 132.
The lower end surface of the cylindrical body 133a is configured to be seated on the packing 113 provided on the upper end surface of the substantially cylindrical control valve 111. The center disk 132, the exhaust valve 133, etc. are urged upward by a spring 123. The control valve 111 is slidably disposed in a round hole 100b formed in the main body of the electropneumatic converter 100, and a flange 111a is formed below the control valve 111.
A packing 112 is disposed on the upper surface of the flange 111a, and the lower end surface 100 of the peripheral wall forming the round hole portion 100b.
a is in contact with the packing 112. A spring 115 is interposed between the lower surface of the flange 111a and the lower lid 114, and the spring 115 urges the control valve 111 upward. Reference numeral 116 is a ring, reference numerals 118 and 121 are O-rings, reference numeral 117 is packing, and reference numeral 130 is a core.

【0007】また、前記2枚のダイアフラム135と1
34との間には中間室(フィードバック室)183が形
成され、該中間室183は図示しない通路により二次圧
ポート181又は一次圧ポート180に連通されてい
る。前記ダイアフラム134の下面側には経路182a
により大気に連結されている大気圧室182が形成され
ている。
Also, the two diaphragms 135 and 1
An intermediate chamber (feedback chamber) 183 is formed between the intermediate pressure chamber 34 and the pressure chamber 34, and the intermediate chamber 183 communicates with the secondary pressure port 181 or the primary pressure port 180 by a passage (not shown). A path 182a is provided on the lower surface side of the diaphragm 134.
This forms an atmospheric pressure chamber 182 that is connected to the atmosphere.

【0008】また、図中下方には、気体の「供給口」で
ある一次圧ポート180と気体の「出力口」である前記
二次圧ポート181とが、開口190で連通され、この
開口190が前記制御弁111により開閉される。一次
圧ポート180は、通路180a,絞り141,ノズル
背圧室184を経由して前記ノズル142に連通されて
いる。
Further, in the lower part of the drawing, a primary pressure port 180 which is a “supply port” of gas and the secondary pressure port 181 which is an “output port” of gas are connected by an opening 190, and this opening 190 is provided. Is opened and closed by the control valve 111. The primary pressure port 180 communicates with the nozzle 142 via the passage 180a, the throttle 141, and the nozzle back pressure chamber 184.

【0009】また、二次圧ポート181は、通路181
aを介して圧力センサ150に連通され、該圧力センサ
150は前記駆動回路163に接続されている。次に、
前記電空変換器100の動作を、平衡状態の場合の動
作と、非平衡状態の動作とに分けて説明する。平衡状態の場合の動作 図5は、電空変換器100の系が平衡状態に保たれてい
る場合を示し、ノズル背圧による力が、中間室183の
内圧による力、バネ123,115による力、制御弁1
11にかかる一次圧,二次圧による力と平衡している。非平衡状態の場合の動作 (i) 二次圧が設定値に対して低すぎる場合の動作 二次圧ポート181の圧力は通路181aを介して圧力
センサ150により検出され、この圧力検出により駆動
回路163からフラッパ162を下方へ下げる信号が出
力され、フラッパ162がノズル142の噴出口に近付
く。すると、ノズル背圧室184の圧力が上昇され、排
気弁133は下方に押し下げられる。この排気弁133
の下降により制御弁111が下降され、丸孔部100b
を形成する周壁の下端面100aとパッキン112との
間に隙間が形成される。この隙間を介して一次圧が二次
圧側に供給され、二次圧が高くなり、平衡状態へと向か
う。 (ii)二次圧が設定値に対して高すぎる場合の動作 二次圧ポート181の圧力は通路181aを介して圧力
センサ150により検出され、この圧力検出により駆動
回路163からフラッパ162を上方へ上げる信号が出
力され、フラッパ162がノズル142の噴出口から離
れる。すると、ノズル背圧室184の圧力が下降され、
排気弁133は上昇される。この排気弁133の上昇に
より円筒体133aの下端面とパッキン113との間に
隙間が形成される。この隙間を介して二次圧が、[前記
隙間→円筒体133aの内部→大気圧室182→経路1
82a→大気]の経路で外部に開放され、二次圧が低く
なり、平衡状態へと向かう。
The secondary pressure port 181 has a passage 181.
The pressure sensor 150 is connected to the pressure sensor 150 via a, and the pressure sensor 150 is connected to the drive circuit 163. next,
The operation of the electropneumatic converter 100 will be described separately for the operation in the equilibrium state and the operation in the non-equilibrium state. Operation in Equilibrium State FIG. 5 shows a case where the system of the electropneumatic converter 100 is kept in an equilibrium state. The force due to the nozzle back pressure is the force due to the internal pressure of the intermediate chamber 183 and the force due to the springs 123 and 115. , Control valve 1
It is in equilibrium with the forces due to the primary and secondary pressures on 11. Operation in non-equilibrium state (i) Operation when the secondary pressure is too low with respect to the set value The pressure of the secondary pressure port 181 is detected by the pressure sensor 150 via the passage 181a, and the drive circuit is detected by this pressure detection. A signal for lowering the flapper 162 is output from 163, and the flapper 162 approaches the ejection port of the nozzle 142. Then, the pressure in the nozzle back pressure chamber 184 is increased and the exhaust valve 133 is pushed downward. This exhaust valve 133
The control valve 111 is lowered by the lowering of the circular hole 100b.
A gap is formed between the lower end surface 100a of the peripheral wall forming the and the packing 112. The primary pressure is supplied to the secondary pressure side through this gap, the secondary pressure increases, and the equilibrium state is reached. (ii) Operation when the secondary pressure is too high with respect to the set value The pressure of the secondary pressure port 181 is detected by the pressure sensor 150 via the passage 181a, and the flapper 162 is moved upward from the drive circuit 163 by this pressure detection. A signal for raising the pressure is output, and the flapper 162 separates from the ejection port of the nozzle 142. Then, the pressure of the nozzle back pressure chamber 184 is lowered,
The exhaust valve 133 is raised. Due to the rise of the exhaust valve 133, a gap is formed between the lower end surface of the cylindrical body 133a and the packing 113. The secondary pressure passes through this gap [the gap → the inside of the cylindrical body 133a → the atmospheric pressure chamber 182 → the path 1].
82a → atmosphere], the secondary pressure is lowered to the outside and the equilibrium state is reached.

【0010】なお、中間室183が一次圧ポート180
に連通している場合には、二次圧の変化に対応してセン
タディスク132を上方へ持ち上げようとする力は変化
しないが、中間室183が二次圧ポート181に連通し
ている場合には二次圧の変化がセンタディスク132を
持ち上げようとする力を変化せしめ、二次圧の変化がセ
ンタディスク132の上昇力を機械的にフィードバック
制御することになり、これに対して圧力センサ150
は、ノズル背圧室184の圧力を電気的にフィードバッ
ク制御することとなる。
The intermediate chamber 183 has the primary pressure port 180.
In the case where the intermediate chamber 183 communicates with the secondary pressure port 181, the force for lifting the center disk 132 upward does not change in response to the change in the secondary pressure. The change in the secondary pressure changes the force to lift the center disk 132, and the change in the secondary pressure mechanically feedback controls the rising force of the center disk 132.
Will electrically feedback-control the pressure of the nozzle back pressure chamber 184.

【0011】ここで、前記従来のノズルフラッパ機構部
を模式的に示した場合を図6に示す。図6において、符
号501はフラッパであり(図5のフラッパ162に相
当する)、符号502はノズルであり、符号503はノ
ズル背圧室であり、符号Psu p は常時一定圧力で供給さ
れる気体であり、符号Pout はノズル背圧室503の内
圧出力である。図7に、前記図6に示すノズルフラッパ
機構部の「フラッパの変位とノズル背圧の関係」を示
す。
FIG. 6 shows a schematic view of the conventional nozzle flapper mechanism section. In FIG. 6, reference numeral 501 is a flapper (corresponding to the flapper 162 in FIG. 5), reference numeral 502 is a nozzle, reference numeral 503 is a nozzle back pressure chamber, and reference numeral P su p is always supplied at a constant pressure. It is a gas, and the symbol Pout is the internal pressure output of the nozzle back pressure chamber 503. FIG. 7 shows the "relationship between flapper displacement and nozzle back pressure" of the nozzle flapper mechanism shown in FIG.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7か
ら明らかなように、前記ノズルフラッパ機構部におい
て、Y軸方向に示すノズル背圧が低い領域では、フラッ
パ変位に対してノズル背圧変化が小さい。そのため、大
きなノズル背圧の変化を得るためには大きなフラッパ変
位が必要になり、大きなフラッパ変位のためにはフラッ
パ駆動用の大きな電気回路が必要となってしまい、アク
チュエータ,電気回路の小形化,簡素化の面から好まし
くない。
However, as is clear from FIG. 7, in the nozzle flapper mechanism portion, in the region where the nozzle back pressure is low in the Y-axis direction, the change in nozzle back pressure with respect to the flapper displacement is small. Therefore, a large flapper displacement is required to obtain a large change in nozzle back pressure, and a large electric circuit for driving the flapper is required for a large flapper displacement, resulting in a smaller actuator and electric circuit. Not preferable in terms of simplification.

【0013】また、従来は2枚のダイヤフラムにより中
間室183を形成し、この中間室183の圧力をセンタ
ディスク132を上下動させるための力として利用して
いた。そのため、構造が複雑になり、重量も大きく、高
価となっていた。
Further, conventionally, the intermediate chamber 183 is formed by two diaphragms, and the pressure in the intermediate chamber 183 is used as a force for moving the center disk 132 up and down. Therefore, the structure is complicated, the weight is large, and the cost is high.

【0014】更に、図7において、一定のフラッパ変位
Eに対してノズル背圧が比例して変化する領域(符号C
の部分)が狭い。そこで、本発明は上記課題を解決する
ためになされたものであり、アクチュエータ,電気回路
の簡素化,小形化、シンプルな構造で安価な電空変換器
を提供することを目的とする。
Further, in FIG. 7, a region where the nozzle back pressure changes in proportion to a constant flapper displacement E (symbol C).
Is narrow. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an inexpensive electropneumatic converter having a simplified and miniaturized actuator and electric circuit and a simple structure.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、ノズルと、該ノズルに近接対向して配設さ
れたフラッパと、前記ノズルの背圧を受ける背圧室と、
前記フラッパの変位に伴う前記背圧室のノズル背圧の変
化を受けて応動するダイヤフラムと、該ダイヤフラムと
連動して気体供給口と気体出力口とを結ぶ給気口の開閉
を行う制御弁とを備えた電空変換器において、前記背圧
室側に絞りを前記ノズルと同軸上に配設し、圧力気体を
前記絞りを通してノズル内に供給するように構成した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a nozzle, a flapper arranged in close proximity to the nozzle, a back pressure chamber for receiving the back pressure of the nozzle,
A diaphragm that responds to changes in the nozzle back pressure of the back pressure chamber due to the displacement of the flapper, and a control valve that opens and closes an air supply port that connects the gas supply port and the gas output port in conjunction with the diaphragm. In the electropneumatic converter provided with, a throttle is disposed on the back pressure chamber side coaxially with the nozzle, and a pressure gas is supplied into the nozzle through the throttle.

【0016】[0016]

【作用】ノズルとフラッパとの間隔が大きくなると、前
記ノズルからの空気噴出量が増加する。やがて、前記空
気噴出により空気の流速が一定値以上になると、前記ノ
ズルと絞りの近傍でジェットポンプ作用が開始され、図
3に示すように、それまで「正圧」であったノズル背圧
室が「負圧」となる。この負圧にされることにより、ノ
ズル背圧の出力範囲(ノズル背圧出力範囲)が広げら
れ、符号401で示す範囲でフラッパ変位とノズル背圧
変化が比例に近い領域が広がる。即ち、符号401で示
すフラッパ変位に対して従来は符号402のノズル背圧
変化であったが、本発明によれば符号403で示すよう
に、比例に近い領域(直線に近い領域)が広がる。
When the distance between the nozzle and the flapper increases, the amount of air jetted from the nozzle increases. Eventually, when the flow velocity of air becomes equal to or higher than a certain value due to the air jet, the jet pump action starts in the vicinity of the nozzle and the throttle, and as shown in FIG. Is the "negative pressure". By setting this negative pressure, the output range of the nozzle back pressure (nozzle back pressure output range) is expanded, and a region where the flapper displacement and the nozzle back pressure change are close to proportional is expanded in the range indicated by reference numeral 401. That is, the nozzle back pressure change indicated by reference numeral 402 in the related art with respect to the flapper displacement indicated by reference numeral 401, but according to the present invention, as shown by reference numeral 403, a region close to proportional (a region close to a straight line) expands.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1に本発明の電空変換器の実施例の全体構成の
側断面図を示し、図2に本発明の要旨に係るノズルフラ
ッパ機構部300の原理図を示す。(1) ノズルフラッパ機構部 先ず、図2に基づいて前記ノズルフラッパ機構部300
を説明する。
The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a side sectional view of the overall construction of an embodiment of the electropneumatic converter of the present invention, and FIG. 2 shows a principle view of a nozzle flapper mechanism section 300 according to the gist of the present invention. (1) Nozzle flapper mechanism section First, based on FIG. 2, the nozzle flapper mechanism section 300 is described.
Will be explained.

【0018】図2に示すように、背圧室305の上面中
央には底部に斜面部302aを有するノズル302が配
設され、該ノズル302の先端に対向して基端部が支持
されたフラッパ301が配設されている。前記ノズル3
02の下方同軸上に先端の尖った気体供給用の絞り30
3が配設されている。そして、前記絞り303の下方に
は供給口306が形成され、該供給口306からは常時
一定圧力の気体Psupが供給され、前記背圧室305の
側面に設けられた出力口307からは背圧室305の内
圧変化が出力されている。
As shown in FIG. 2, a nozzle 302 having a slope portion 302a at the bottom is disposed at the center of the upper surface of the back pressure chamber 305, and a flapper having a base end supported opposite to the tip of the nozzle 302. 301 is provided. The nozzle 3
02: A downwardly coaxial coaxial throttle 30 for supplying gas
3 are provided. A supply port 306 is formed below the throttle 303, and a gas P sup having a constant pressure is constantly supplied from the supply port 306 and an output port 307 provided on a side surface of the back pressure chamber 305 provides a back port. The change in the internal pressure of the pressure chamber 305 is output.

【0019】そして、かかる構成のノズルフラッパ機構
部300において、フラッパ301に対して駆動手段
(図示せず)により変位が与えられ、ノズル302との
「間隔が狭められる」と背圧室305の内圧が上昇す
る。このように「ノズル背圧が高い場合」には、図3に
符号E1 の範囲においては、従来例c曲線および本発明
d曲線で、僅かのフラッパ変位に対して大きなノズル背
圧の変化が得られる。
In the nozzle flapper mechanism section 300 having such a configuration, displacement is given to the flapper 301 by a driving means (not shown) to "narrow the gap" with the nozzle 302, and the internal pressure of the back pressure chamber 305 is increased. To rise. As described above, in the case of "when the nozzle back pressure is high", a large change in the nozzle back pressure with respect to a slight flapper displacement is observed in the range of reference numeral E 1 in FIG. can get.

【0020】逆に、ノズル302とフラッパ301との
「間隔が広がる」と、背圧室305の内圧が下降する。
更に、該間隔が広がるようにフラッパ301が変位され
ると、ノズル302より流出する気体流量が増え、その
結果空間304近傍の流速が上り該流速が「一定速度以
上」に達したとき、絞り303からノズル302に向か
う気体の流れは、周囲の気体を引き込んで、所謂ジェッ
トポンプとしての動作を開始する。このジェットポンプ
作用の結果、背圧室305のノズル背圧を更に下げ、負
圧になるため(図3の符号E2 参照)、背圧出力範囲が
広くなる。
On the contrary, when the space between the nozzle 302 and the flapper 301 is "widened", the internal pressure of the back pressure chamber 305 decreases.
Further, when the flapper 301 is displaced so as to widen the interval, the flow rate of gas flowing out from the nozzle 302 increases, and as a result, the flow velocity near the space 304 increases and when the flow velocity reaches “above a certain velocity”, the diaphragm 303 The flow of the gas from the nozzle 302 to the nozzle 302 draws in the surrounding gas and starts the operation as a so-called jet pump. As a result of this jet pump action, the nozzle back pressure in the back pressure chamber 305 is further reduced to a negative pressure (see reference numeral E 2 in FIG. 3), so that the back pressure output range is widened.

【0021】即ち、図3に示すように、曲線cで示す従
来の特性と、曲線dで示す本発明による特性を比較する
と、フラッパ301に与えられる一定量の入力変位(符
号401で示す)に対して、従来は符号402で示すノ
ズル背圧出力範囲を示すのに対して、本発明では符号4
03で示すノズル背圧出力範囲を示す。つまり、本発明
によれば、一定量の入力変位(符号401で示す)に対
して従来のノズルフラッパ機構より大きな背圧変化を出
力することができ、かつ、フラッパ変位に対するノズル
背圧変化の直線性を改善することができる。また、ノズ
ル背圧の変化を負圧領域まで拡大できたので、ノズル背
圧を全体として低く抑えることができる。(2) 電空変換器の全体構成 次に、図1に基づいて前記原理に基づくノズルフラッパ
機構部を使用した電空変換器200を説明する。
That is, as shown in FIG. 3, comparing the conventional characteristic indicated by the curve c with the characteristic indicated by the curve d according to the present invention, it can be seen that a certain amount of input displacement (indicated by reference numeral 401) given to the flapper 301. On the other hand, in contrast to the conventional nozzle back pressure output range indicated by reference numeral 402, the present invention indicates the nozzle back pressure output range by reference numeral
The nozzle back pressure output range indicated by 03 is shown. That is, according to the present invention, it is possible to output a larger back pressure change than the conventional nozzle flapper mechanism with respect to a certain amount of input displacement (denoted by reference numeral 401), and the linearity of the nozzle back pressure change with respect to the flapper displacement. Can be improved. Further, since the change in the nozzle back pressure can be expanded to the negative pressure region, the nozzle back pressure can be kept low as a whole. (2) Overall Configuration of Electro-Pneumatic Converter Next, the electro-pneumatic converter 200 using the nozzle flapper mechanism based on the above principle will be described with reference to FIG.

【0022】図1に示すように、電空変換器200は、
全体としては四角柱状をなし、下方に金属製の本体21
0が配設され、中間部に金属製の上ブロック240が配
設され、該上ブロック240の上部には合成樹脂からな
るケース270が密封用のパッキン271を介して配設
されている。ケース270内と経路282aは、図示し
ない経路でつながっており、ノズル242から排出され
る気体はケース270内に留まることなく、経路282
aより大気へ開放される。そして、前記上ブロック24
0の上面側にノズルフラッパ機構部N0 が配設され、前
記上ブロック240の下面側および前記本体210内に
制御弁部B0 が配設されている。
As shown in FIG. 1, the electropneumatic converter 200 includes
It has a quadrangular prism shape as a whole, and has a metal main body 21 at the bottom.
0, a metal upper block 240 is arranged in the middle, and a case 270 made of synthetic resin is arranged above the upper block 240 via a packing 271 for sealing. The inside of the case 270 and the path 282a are connected by a path (not shown), and the gas discharged from the nozzle 242 does not remain in the case 270 and is not connected to the path 282a.
It is opened to the atmosphere from a. Then, the upper block 24
No. 0 is provided with a nozzle flapper mechanism portion N 0 , and a control valve portion B 0 is provided on the lower surface side of the upper block 240 and inside the main body 210.

【0023】前記ノズルフラッパ機構部N0 は、ノズル
背圧室284に連通された所定口径のノズル242と、
該ノズル242に対向配置され基端部が前記上ブロック
240に支持台260と押え261とにより固定された
板状の圧電バイモルフ262とを備え、圧電バイモルフ
よりなるフラッパ262には電圧を印加する駆動回路2
63が接続されている。なお、符号244は密封用のO
リングであり、符号243はノズル242およびOリン
グ244を押える押えである。
The nozzle flapper mechanism portion N 0 includes a nozzle 242 having a predetermined diameter and connected to the nozzle back pressure chamber 284.
A plate-shaped piezoelectric bimorph 262 having a base end which is arranged opposite to the nozzle 242 and is fixed to the upper block 240 by a support 260 and a presser 261 is provided, and a voltage is applied to the flapper 262 made of the piezoelectric bimorph. Circuit 2
63 is connected. Reference numeral 244 is an O for sealing.
The ring 243 is a presser for pressing the nozzle 242 and the O-ring 244.

【0024】前記制御弁部B0 は、1枚のダイアフラム
234と、該ダイアフラム234を支持しているセンタ
ディスク233を含み、該センタディスク233の下面
は円筒状の制御弁211の上端面に当接され、この部分
が二次圧を大気に開放する排気弁をなしている。前記制
御弁211は、その側面に連通孔211cを有し、弁本
体210に形成された丸孔部210bに摺動可能に配設
され、該制御弁211の中央部やや下方にはフランジf
lが形成され、このフランジflの上面211aが弁面
を形成している。該弁面211aは、前記丸孔部210
bの下端面に形成された弁座210cに当接されるよう
になっている。前記本体210の底部中央には丸穴状の
圧力室220を有する下蓋214が、リング216によ
り支持されている。また、前記制御弁211の下部には
バネ収納筒211dが形成され、この中にバネ215が
介装される。該バネ収納筒211dと下蓋214との間
に介装された前記バネ215により制御弁211は上方
に付勢されている。前記制御弁211のバネ収納筒21
1dは、前記圧力室220にOリング218を介して摺
動可能に挿入されている。なお、符号217は密封用の
パッキンであり、符号221は密封用のOリングであ
る。
The control valve portion B0 includes a single diaphragm 234 and a center disk 233 supporting the diaphragm 234, and the lower surface of the center disk 233 contacts the upper end surface of the cylindrical control valve 211. This part functions as an exhaust valve that releases the secondary pressure to the atmosphere. The control valve 211 has a communication hole 211c on its side surface, is slidably disposed in a round hole portion 210b formed in the valve body 210, and has a flange f at a slightly lower center portion thereof.
1 is formed, and the upper surface 211a of the flange fl forms a valve surface. The valve surface 211a has the round hole 210
The valve seat 210c formed on the lower end surface of b is contacted. A lower lid 214 having a round hole-shaped pressure chamber 220 is supported by a ring 216 at the center of the bottom of the main body 210. A spring storage cylinder 211d is formed in the lower portion of the control valve 211, and a spring 215 is inserted therein. The control valve 211 is urged upward by the spring 215 interposed between the spring housing cylinder 211d and the lower lid 214. Spring storage cylinder 21 of the control valve 211
1d is slidably inserted into the pressure chamber 220 via an O-ring 218. Reference numeral 217 is a sealing packing, and reference numeral 221 is a sealing O-ring.

【0025】また、前記ダイアフラム234の下面側に
は大気室282が形成され、該大気室282は通路28
2aにより大気に連結されている。また、図中下方に
は、気体の「供給口」である一次圧ポート280と気体
の「出力口」である前記二次圧ポート281とが、開口
290の開閉を行う前記制御弁211により仕切られて
いる。一次圧ポート280は、通路280a,絞り24
1,ノズル背圧室284を経由して前記ノズル242に
連通されている。
An atmosphere chamber 282 is formed on the lower surface side of the diaphragm 234, and the atmosphere chamber 282 is provided with a passage 28.
It is connected to the atmosphere by 2a. In the lower part of the figure, a primary pressure port 280 which is a “supply port” of gas and the secondary pressure port 281 which is a “output port” of gas are separated by the control valve 211 that opens and closes an opening 290. Has been. The primary pressure port 280 includes a passage 280a and a throttle 24.
1. The nozzle 242 is communicated with the nozzle back pressure chamber 284.

【0026】また、二次圧ポート281は、通路281
aを介して圧力センサ250に連通され、該圧力センサ
250は前記駆動回路263に接続されている。なお、
符号251は密封用のOリングであり、符号252はワ
ッシャであり、符号253は前記ワッシャ252を介し
て圧力センサ250を支持するピンである。
The secondary pressure port 281 has a passage 281.
The pressure sensor 250 is connected to the pressure sensor 250 via a, and the pressure sensor 250 is connected to the drive circuit 263. In addition,
Reference numeral 251 is an O-ring for sealing, reference numeral 252 is a washer, and reference numeral 253 is a pin that supports the pressure sensor 250 via the washer 252.

【0027】次に、前記電空変換器200の動作を、
平衡状態の場合の動作と、非平衡状態の場合の動作と
に分けて説明する。平衡状態の場合の動作 図1は、電空変換器200の系が平衡状態に保たれてい
る場合を示し、この場合は、次式(1)の力バランスが
成立している。なお、図4に前記次式(1)の成立に関
する要部拡大図を示す。
Next, the operation of the electropneumatic converter 200 will be described.
The operation in the equilibrium state and the operation in the non-equilibrium state will be described separately. Operation in Equilibrium State FIG. 1 shows a case where the system of the electropneumatic converter 200 is kept in an equilibrium state. In this case, the force balance of the following equation (1) is established. In addition, FIG. 4 shows an enlarged view of a main part regarding the establishment of the following expression (1).

【0028】ノズル背圧による力F1=[連通孔211
cを介してセンタディスク233の下面(パッキン23
3a)に加わる二次圧による力F2 ]+[バネ215に
よる上方への付勢力F3 ]+[連通孔211cを介して
制御弁211の円筒体211eの肉厚の横向断面積に加
わる二次圧による力F4 ]・・・・・・・・・(1)非平衡状態の場合の動作 (i) 二次圧が設定値に対して低すぎる場合の動作 二次圧ポート281の圧力は通路281aを介して圧力
センサ250により検出され、この圧力検出により駆動
回路263からフラッパ262を下方へ下げる信号が出
力され、フラッパ262がノズル242の噴出口に近付
く。すると、ノズル背圧室284の圧力が上昇し、排気
弁が閉じた状態でセンタディスク233は下方に押し下
げられる。このセンタディスク233の下降により制御
弁211が下降され、弁座210cと該弁座210cに
対応した弁面211aとの間に隙間が形成され、制御弁
211が開く。この隙間を介して一次圧が二次圧側に供
給され、二次圧が高くなり、平衡状態(前記(1)式の
状態)に向かっていく。(ii)二次圧が設定値に対して高すぎる場合の動作 (a) ノズル背圧が正圧の場合(図3におけるY軸方向の
0から上の部分) 二次圧ポート281の圧力は通路281aを介して圧力
センサ250により検出され、この圧力検出により駆動
回路263からフラッパ262を上方へ上げる信号が出
力され、フラッパ262がノズル242の噴出口から離
れる。すると、ノズル背圧室284の圧力が下降する。
Force due to nozzle back pressure F 1 = [communication hole 211
The lower surface of the center disk 233 (packing 23
3a) the force due to the secondary pressure F 2 ] + [the upward urging force F 3 by the spring 215] + [the force applied to the lateral cross-sectional area of the thickness of the cylindrical body 211e of the control valve 211 via the communication hole 211c] Force due to secondary pressure F 4 ] ... (1) Operation in non-equilibrium state (i) Operation when secondary pressure is too low for the set value Pressure of secondary pressure port 281 Is detected by the pressure sensor 250 via the passage 281a, and a signal for lowering the flapper 262 downward is output from the drive circuit 263 by this pressure detection, and the flapper 262 approaches the ejection port of the nozzle 242. Then, the pressure in the nozzle back pressure chamber 284 increases, and the center disk 233 is pushed downward with the exhaust valve closed. The control valve 211 is lowered by the lowering of the center disk 233, a gap is formed between the valve seat 210c and the valve surface 211a corresponding to the valve seat 210c, and the control valve 211 is opened. The primary pressure is supplied to the secondary pressure side through this gap, the secondary pressure rises, and the equilibrium state (the state of the above formula (1)) is approached. (ii) Operation when the secondary pressure is too high for the set value (a) When the nozzle back pressure is positive pressure (in the Y-axis direction in FIG. 3)
The pressure in the secondary pressure port 281 is detected by the pressure sensor 250 via the passage 281a, and a signal for raising the flapper 262 is output from the drive circuit 263 by this pressure detection, and the flapper 262 causes the nozzle 242 to move. Away from the jet. Then, the pressure in the nozzle back pressure chamber 284 decreases.

【0029】このとき、高い二次圧は制御弁211の円
筒体211eを介してセンタディスク233のパッキン
233aに作用し、該センタディスク233を上方に僅
かに押し上げ、しかもバネ215により制御弁211は
上方に付勢されて弁座210cと弁面211aとが当接
して制御弁211の上方移動が制約されるので、前記円
筒体211eの上端面とパッキン233aとの間に僅か
に隙間が形成され、排気弁が開く。この隙間を介して二
次圧が、[円筒体211eの内部→前記隙間→大気室2
82→経路282a→大気]の経路で外部に開放され、
二次圧が低くなり、平衡状態(前記(1)式の状態)に
向かっていく。
At this time, the high secondary pressure acts on the packing 233a of the center disk 233 via the cylindrical body 211e of the control valve 211 to slightly push the center disk 233 upward, and the spring 215 causes the control valve 211 to move. Since the valve seat 210c and the valve surface 211a are urged upward to restrict the upward movement of the control valve 211, a slight gap is formed between the upper end surface of the cylindrical body 211e and the packing 233a. , The exhaust valve opens. A secondary pressure is generated through this gap [inside the cylindrical body 211e → the gap → the atmosphere chamber 2
82 → path 282a → atmosphere]
The secondary pressure decreases, and the equilibrium state (state of the above formula (1)) is approached.

【0030】(b) ノズル背圧が負圧の場合(図3におけ
るY軸方向の0から下の部分) 前記(a) の状態より更にフラッパ262がノズル242
の噴出口から離れた場合には、絞り241を通過する空
気の流速が上り、流速が一定以上になったとき、絞り2
41とノズル242間でジェットポンプの作用がなされ
る。その結果、周囲の空気を引き込み、ノズル背圧室2
82の内圧が素早く降下され、このノズル背圧降下によ
りダイアフラム234,センタディスク233が引き上
げられ、前記円筒体211eの上端面とパッキン233
aとの間に前記隙間より大きい隙間が形成され、排気弁
が開く。この大きい隙間を介して二次圧が、[円筒体2
11eの内部→前記大きい隙間→大気室282→経路2
82a→大気]の経路で外部に一気に開放され、二次圧
が一気に低くなり、平衡状態(前記(1)式の状態)に
向かっていく。
(B) When the nozzle back pressure is negative (see FIG. 3)
( A portion below 0 in the Y-axis direction ) The flapper 262 is further provided with a nozzle 242 from the above state (a).
When the flow velocity of the air passing through the throttle 241 rises when the flow velocity of the air passes through the throttle 241 when it is separated from the jet port of
The action of the jet pump is performed between the nozzle 41 and the nozzle 242. As a result, the surrounding air is drawn in and the nozzle back pressure chamber 2
The inner pressure of 82 is quickly dropped, and the back pressure of the nozzle is lowered to pull up the diaphragm 234 and the center disk 233, and the upper end surface of the cylindrical body 211e and the packing 233.
A gap larger than the above gap is formed between a and the exhaust valve is opened. Through this large gap, the secondary pressure is
Inside 11e → the large gap → atmosphere chamber 282 → path 2
82a → atmosphere], the secondary pressure is suddenly released to the outside, and the secondary pressure is suddenly lowered to the equilibrium state (the state of the formula (1)).

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、ノズルとノズル背圧室
内部に気体を供給する絞りとを同軸上に配置し、空気の
流速が一定速度以上になった場合にはジェットポンプ作
用をなすようにしたので、大きなノズル背圧変化を出力
すると共に、一定のフラッパ変位の範囲において、ノズ
ル背圧変化が大きく、且つ、フラッパ変位とノズル背圧
が比例関係を示す。これにより、小さなフラッパ変位に
より大きなノズル背圧変化が得られる。
According to the present invention, the nozzle and the throttle for supplying the gas to the nozzle back pressure chamber are arranged coaxially, and when the flow velocity of the air exceeds a certain speed, a jet pump action is achieved. As a result, a large nozzle back pressure change is output, the nozzle back pressure change is large within a certain flapper displacement range, and the flapper displacement and the nozzle back pressure show a proportional relationship. As a result, a large nozzle back pressure change can be obtained by a small flapper displacement.

【0032】また、フラッパ変位が小さくて済むので、
アクチュエータ,電気回路の小形化,簡素化が可能とな
った。更に、ノズル背圧室を、正圧,負圧にコントロー
ル可能なため、一枚のダイアフラムで上下双方向に制御
が可能となり、シンプルな構造で軽量,安価な電空変換
器を提供できる。
Since the flapper displacement is small,
The actuator and electric circuit can be downsized and simplified. Furthermore, since the nozzle back pressure chamber can be controlled to positive pressure and negative pressure, it is possible to control the nozzle in both directions up and down with a single diaphragm, and it is possible to provide a lightweight and inexpensive electropneumatic converter with a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例の電空変換器の側断面図であ
る。
FIG. 1 is a side sectional view of an electropneumatic converter according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の要部の原理説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the main part of the present invention.

【図3】本発明および従来例におけるフラッパの変位と
ノズル背圧の関係の差を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the difference in the relationship between the flapper displacement and the nozzle back pressure in the present invention and the conventional example.

【図4】前記実施例における制御弁に一次圧による力と
二次圧による力が作用する場合を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a case where a force due to a primary pressure and a force due to a secondary pressure act on a control valve in the above embodiment.

【図5】従来の電空変換器の側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of a conventional electropneumatic converter.

【図6】従来の電空変換器の要部の原理説明図である。FIG. 6 is a principle explanatory diagram of a main part of a conventional electropneumatic converter.

【図7】従来の電空変換器におけるフラッパの変位とノ
ズル背圧の関係を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a flapper displacement and a nozzle back pressure in a conventional electropneumatic converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 〜F4 …センタディスクおよび制御弁に作用する力 200…電空変換器 210…本体 210b…丸孔部 210c…弁座 211…制御弁 211a…弁面 211c…連通孔 211d…バネ収納筒 211e…制御弁の円筒体 215…制御弁を上方に付勢するバネ 218…Oリング 220…圧力室 233…センタディスク 233a…パッキン 234…ダイアフラム 242…ノズル 250…圧力センサ 262…フラッパ 263…駆動回路 280…一次圧ポート 281…二次圧ポート 282…中間室 284…ノズル背圧室 290…開口F 1 to F 4 ... Force acting on center disk and control valve 200 ... Electropneumatic converter 210 ... Main body 210b ... Round hole 210c ... Valve seat 211 ... Control valve 211a ... Valve face 211c ... Communication hole 211d ... Spring storage cylinder 211e ... Cylindrical body of control valve 215 ... Spring for urging control valve upward 218 ... O-ring 220 ... Pressure chamber 233 ... Center disk 233a ... Packing 234 ... Diaphragm 242 ... Nozzle 250 ... Pressure sensor 262 ... Flapper 263 ... Drive circuit 280 ... Primary pressure port 281 ... Secondary pressure port 282 ... Intermediate chamber 284 ... Nozzle back pressure chamber 290 ... Opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 幸三 東京都大田区東馬込1−30−4 株式会社 長野計器製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kozo Goto 1-30-4 Higashimagome, Ota-ku, Tokyo Nagano Keiki Seisakusho Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズルと、該ノズルに近接対向して配設
されたフラッパと、前記ノズルの背圧を受ける背圧室
と、前記フラッパの変位に伴う前記背圧室のノズル背圧
の変化を受けて応動するダイヤフラムと、該ダイヤフラ
ムと連動して流体供給口と流体出力口とを結ぶ給気口の
開閉を行う制御弁とを備えた電空変換器において、 前記背圧室側に絞りを前記ノズルと同軸上に配設し、圧
力気体を前記絞りを通してノズル内に供給するようにし
たことを特徴とする電空変換器。
1. A nozzle, a flapper arranged in close proximity to the nozzle, a back pressure chamber for receiving a back pressure of the nozzle, and a change in nozzle back pressure of the back pressure chamber due to displacement of the flapper. An electropneumatic converter including a diaphragm that receives and reacts with the diaphragm, and a control valve that operates in conjunction with the diaphragm to open and close an air supply port that connects a fluid supply port and a fluid output port. Is arranged coaxially with the nozzle, and a pressure gas is supplied into the nozzle through the throttle.
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