JPS5994013A - 電気信号−空気圧信号トランスデユ−サ - 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】

本発明はトランスデユーサ、一層詳細ｃ口よ、電気信号
−空気圧信号ｊ−ランスデューりに係る。 周知のように、閉ループ制御システムではシステム内の
特定の被制御装置の作動を調節するための制御信号を得
るべくシステムの動作指標の検出及び処理が行われる。 検出される信号は電気信号であることがりＹましい。何
故ならば、電気信＠は処理及びコンディショニングを最
も効率的に行いｌりる信号形態であるからである。しか
し、被Ｉｂ制御装置自体は基本的に非電気的であり、例
えば暖房、換気及び空気調和（ＨＶ　Ａ　Ｃ）の分野で
は多数の空気圧装胃が用いられている。従って、トラン
スデユーザ装置は両信号形態の間の変換を行う必要があ
る。 空気圧で作動１ノーる装置では、基本的な性能パラメー
タは流体圧力である。電気信号の大きさく電流又は電圧
）を流体圧ツノの値に変１＠するための装置は知られて
いる。しかし、従来のトランスデ−リ゛は、電流４７４
号を制御圧ツノ信号に変Ｊ＊　する電気機械的な力平衡
装置である。実際制御圧力信号値は未知ｒある。力平衡
装置はニードル弁の位１ｕ平衡ににり実際制御圧力値を
与える。弁の一方の側に作用１Ｊる実際制御圧ツノによ
る力と弁の他方の側に作用する電気信号の大きさに比例
Ｊる基準力との平衡により弁は平衡状態に位置する。こ
の平衡状態での弁オリフイス内の弁の位置により、出力
制御圧力を保つように空気圧源からの流体の流れが変調
される。制御圧力値の変化はニードルの平衡状態を不平
衡にし、静１に平衡状態が回復されるまで空気組源から
の流体の流れを増大又は減少させるように弁を変位させ
る。制御圧力信号の大ぎざの変動は避

【ノられてないの
で、弁にも空気ｆＥ　踪からの流体の吐出量にも一定の
４ノイクリツクな変化が生ずる。 この型式の装置には次にょうな欠点がある。実際制御圧
力出力値を検出し得ないために制御圧力が不正確である
。流体史；ど負荷どの間の毎秒＠１３（ＣＭＭ）流量率
が低い。流体源に一定の流体ドレーンが存在Ｊ−る。弁
の平衡が埃及び油により影響を受は易い。 本発明の一つの目的は正確（ｉ電気信多トー空気圧信号
トランスデｌ−り装置を１に供Ｍ−ることである。 本発明の他の目的は、応答が甲く［１流体源に於（〕る
流体ドレーンが少ない電気信号−空気圧信号トランスデ
ューりを提供することを含んでいる。 本発明によれば、等価な電気信号にＪ：り表される所望
の１ｌｌｌＪ御圧力値が、流体源からトランスデー１−
（Ｊ出力端へフルＣＭＭで流体を流ＪゲーＩ−動ｆ１・
式供給椋を作動ざＵる。実際出力Ｆ「ツノが検出され且
等価な電気内角帰還信号に再変換され、それが所望の圧
力の電気信号と比較され、その結果得られる差信号の大
きさが、所望の空気圧制御圧力値を保つように交互にゲ
ート動作式供給弁又は吐出弁を制御して制御圧力を増大
又は減少させるために用いられる。更に、本発明によれ
ば、ゲート動作式供給弁及び吐出弁のソレノイドの１辰
動的動作を最小化するにうにヒステリシス不感帯により
定められる大きさを越える差信号の人きざに応答して弁
の交互！ＩＩＩ作の制御が行われる。 本発明による１〜ランスデユーリ−装置は電気信号を空
気圧信号に正確に変換Ｊ゛る。実際出力圧力を検出する
閉ループ構成により、従来の装置に本質的にｅｌ（なう
負荷依存特性は消去される。弁に取伺けられる空気圧負
仙が高利得であっても低利（ｑであっても（即ち変位の
小さいパイロワ１〜ポジシヨナであっても変位の大きい
直動弁であっても）トランスデユー１ノー出力の振動を
生じない。制御圧力の変化は直らに閉ループ制御を介し
て補正される。 このことは従来の装置に於（）るブリード空気条件をな
くし、主空気源の健全性を保Ｗづる。 本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、以下に図
面により最良の実施形態を詳細に１２明するなかで一層
明らかになろう。 図面を参照すると、本発明ににる電気１言号−９気圧信
号トランスデコーリ１０は、電気信号源１２からの所望
の制御ＦＦ力の電気信号（電流もしくは電圧）を、負荷
１４に！ｊえられる実際制御圧力の空気圧信号に変操す
る。ｊ〜ランスデユーリ−は、所望の圧力の電気信号の
大きさの関数として流体源１６から負荷への空気圧流体
の流れを調節することにより、制御圧力の空気圧何月を
生ずる。 トランスデユーサは二つのサブシステム叩ら空気圧調節
器１８及び電子式制御部２０を含んでいる。空気圧調節
器の入口ボート２１は、末端でソレノイド動作の空気圧
供給弁２４に接続されている周知の形式の空気圧管２２
を通じて空気圧弁から流体（例えは空気）を受入れる。 供給弁も周知の形式のもの、例えばＬ　Ｄ　Ｉ　　Ｐ　
ｎｅｕｔｒｏｎｉｃｓシリーズ１１弁である。この弁叫
双安定である。この弁はオン−オフ応答をする。即ち、
管２２からマニホルド相立体２６の一つの入力端に接続
されている弁出力端への流体の流れの完全なターンオン
又はターンオンが行われる。マニホルド組立体は例示に
ずぎり゛、子の使用は任意である。これは四つのΔリフ
イス３０〜３３と共に空気圧Ｉ１０インタフェイスを形
成するようにバ通ステム２８に沿って接合された二つの
Ｔ　１１部分を含んでいる。 供給弁２４に接続されたオリフィス３０はマニホルド入
口である。オリフィス３１〜３３はそれぞれ、ソレノイ
ド作動の空気圧式１！１出弁３６ど、空気圧管３８を通
じて空気圧信号負荷に接続されているトランスデーｌ−
り出口ポート３７と、トランスデユーサににり検出され
た制御圧力のボーｊ〜４０とに接続されるマニホルド出
口である。供給弁２４と同一であってよい吐出弁３６は
その出力端で、トランスデ−り外部環境にベントされる
トランスデューリー用出ボー１−４１に接続されている
。二つのデー１−　＃ｈ作式弁は電子式制御部２０から
の導線４２．４４上の電気的なデー　ト信号により駆動
される。電子式制御部２０は、後で詳細に説明づるよう
に、所望の制ｕ１圧カの電気信号と検出された制御圧力
の電気信号どの間の差の存在に応答してゲート信号を生
ずる。 負荷管３８はその最小長さく　Ｌ　）を通じて１−ラン
スデューリー出ロボート３７を空気ｆ［負荷１４と接続
している。出口ボー１〜がら負荷入口までで８１られた
この最小長ざ１−は、負荷１７Ｉと接続されＩζ出ロボ
ート３７の空気圧応答特性に適当な派兵を与えるために
必要どされる。この最小長ざｔ、１トランスデコーりに
最小の流体体積を与え、出［１ボート３７に於Ｇ）る出
カ制御１１圧カのスイップ応答を１１止する。これはま
た出［１ボ〜１−に於しＪる圧力ｌ＃　￥；の飽和を阻
Ｉ卜シ、所望の制御圧カ舶への角付１の直線的圧力変化
を可能にづる。もしボート圧力の飽和が許されれば、圧
カオーバシコート条イ′１が生じ、その結果吐出弁はタ
ーンオンされ、オーバシ」−トが除かれるまで負荷がら
流体が人気１１にベントされる。一旦几力が低下すれば
、吐出弁は連断され、ボート３７の圧力は供給弁の聞故
により【Ｉ）び飽和して、繰返しサイクルを生ずる。 実際の最小長さは負荷の入力空気圧特性の関数である。 最悪クースの負荷即ら小さい体積の負荷に対しては、最
小相互接続体積は３１ｎｃｈ’　　（５０ＣＩｌ１３）
のＡ−クーである。選択された空気圧管断面積に関係し
て、これが最小長さを定める。 空気圧調節器の作動の（１方について説明すると、供給
弁及び用出弁は交互に駆動される。各々は互いに逆の状
態で作動する。負荷を減圧する吐出弁は、供給弁がオン
である間は決してデー１−オン（即ち開ｈｋ　）されず
、それにより負荷圧力の減少の間の供給源空気の゛ダン
ピング″を阻止する。 本発明では、これらの弁は正論理である、即ちゲー］〜
信号の正レベルと同一の良さの時間間隔に厘り正のグー
１〜信号で駆動されるものと仮定される。 制御圧りの空気圧信号値が所望の圧力の電気信号ｆ＋ｉ
’ｆまり６小さい７？Ｊ初の減圧された条性に対して、
供給弁２４が制御部２０ににリグ−１〜Ａンされて、流
体源を管３８を通じて負荷１４に接続する。実薫の管圧
力が被検出制御圧力ボート４０で検出され、被検出制０
１１圧力信号値が所望の制御圧力に等しいｕ、ｙには、
供給弁はターンオンされる。圧力Ａ−バシュートが生じ
ないｂのど仮定して、双方の弁がオフ状態に留まり負Ｊ
ｉ＋入力端をシールして、所望の制御圧力値を保つ。圧
力を下げるために（：１１、吐出弁が駆動されて管３３
８を大気圧にベントさせ、新しい圧力値が得られると、
吐出弁は閉じられる。 上記のように、二つの弁はオーバラップ（、−Ｌ／に作
動する。これは、電子式制御部２０内で駆動される弁作
動ゲート信号の組み合わされたヒスブリシス不感帯特性
により得られる。 電子式制御部２０は電気信号源１２から所望の制御圧力
値（Ｂｄｅｓ）に相当する電気信号を受（Ｊる。図面に
は電気信号源は一般化して示されている。これは電圧源
であっても電流源であってもよい。同様に信号形態はア
ノー＋＝＋グであってもディジタルであってもＪ：い。 即ち、信号は制御システム出力信号であってもにいし、
Ａペレータ・キーボードを通じて与えられるディジタル
（ｌｉ号形態であってもよい。（ｃ’ｉ号は、入力信号
の人きさを制御システムに対しで選択された大きざに一
致ざ口るように、利得］〈２を含む回路５０を通じてコ
ンディショニング及びスフ−リングを受ける。信号源特
性に関係して、周波数補償も含まれていてよい。 これらの全ては、制御技術分野の同業者に知られている
手法にＪ：り行われ＋７る。 実際ａ制御圧力の空気圧調節器は圧力レンサ５２により
空気圧調節器１８の圧力ポート４０で検出される。セン
リーは好ましくはＭ　ｏｔｏｒｏｌａモデルＭＦ）Ｘ　
１００のような周知の形式の可変抵抗ブリッジである。 しかし、検出される圧力値の範囲に関係して、ＩＦｉｌ
業省に知られている任意の適当な圧力検出装首が用いら
れ１りる。本発明の実施例では、負荷１４に対しで仮定
されている圧力の範囲は０８２０７〜１．０３５ｔ）ａ
ｒ　である。 センリーブリッジの出力番ま、導！ｆＡ５４．５６を経
て回路５０ど同様な利（ｑ回路５８に与えられる差信号
である。回路５８では、センザブリッジ５２の信号の一
１ンディシ三１ニングと、検出された信号を基準信号［
）ｄｅｓに揃えるための利得乗棹（Ｋ＋）とが行われる
。両回路からの電気的出力信号即ち所望の圧力（Ｐｄｅ
ｓ）及び検出された圧力（１）ｓｅｎ）は導線６０．６
２を経て加算点６４に与えられる。この加算点は差信号
ｐ　ｅ　＝　Ｐ　（ＩＣ３−ｒ）ｓｅｎを形成し、それ
を出ノ］１４’ｊ１６６を経て弁ソレノイド駆動回路６
８に与える。 ソレノイド駆動回路６８は、供給弁２４及び用出弁３６
を駆動するｉ＝めの双安定の電気的ゲート信号を形成゛
する。ゲー１へ信号は、１１−又は高レベルであれば弁
を駆動し、負又は低レベルであれば弁を駆動しない。ソ
レノイド駆動回路は周知の形式のものであり、電気的負
荷例えば電流又は電圧により較正されたソレノイドコイ
ルにより必要とされる形態の出力信号を生ずる。ソレノ
イド駆動回路は前記のヒステリシス−不感帯伝達関数を
有し、この伝達関数がソレノイド駆動回路の１０ツク６
８内の伝達特性７０により示されている。 この伝達特性は不感帯（Ｄ）７２及びヒステリシス（１
〜Ｉ＋）７３及び（＋−１２）７４特性の組み合わＵを
含んでいる。加算点から導線６６　、ににＬｉえられる
偏差信号（ｐｅ　＝　Ｐｄｅｓ　−ｐｓｅｎ　）　Ｉ：
、ＬＶ　Ｌ／ノイド駆動回路に与えられる。選択された
正の大きさく一１△Ｐｃ）によりＰ　ｒｊｅｓ　＞　ｐ
　ｓｅｎを示す正の偏差信号は、ソレノイド駆動回路が
ソレノイド弁をターンＡ＞ｎるのを許す。これは、ｆ〕
ｓｅｎがほぼｐ（ｌｅｓと等しくなるまで（即ちΔｐｅ
中Ｏとなるまで）導管３Ｂを加圧する。その時点でＩＪ
ｔ給弁はターンオフされる。導管圧力は、−Δｐｅによ
りｌ）　＋１（３８＜　Ｐ　ｓｅｎである時には常に用
出弁の作動により下げられる。これは不感帯Ｐの下限、
即ち供給弁の不作動と和み合わされている人ぎさよりも
小ざい大きさで生ずる。吐出弁は開かれ、導管圧力を所
ｑ！の圧力、即らヒステリシスＩｆｆ’（（ｔｌ　Ｉ）
ににり吐出弁の作動と組合わされている値よりも低い圧
力値、に等しい圧力まで減する。１！ｌ出弁のターンオ
フは負荷をシールし、負荷圧力を緒持する。０．２０７
〜１．０３５ｂａｒのＡ−ダの負向圧力範囲に夕Ｊして
、不感帯（Ｐ　”）は０．０１３〜０．０３４ｂａｒの
Ａ−ダである。ヒステリシス値］１１及びＬＩｇｌＪは
ぼ０．００４〜０．１１７ｂａｒである。 本発明による電気信号−空気圧１３　＠　トランスデユ
ーサは、制御圧力油に亙り最適制御を達成するように、
出力空気圧の実際に検出された埴をフィードバックして
いる。これは正Ｍｔ　＜を制御圧力の設定点を許すだ（
−）でなく、所望の空気圧出力信号の大きさを得る応答
速度を高める。これは空気圧システムに於（−Ｊる流体
の供給及び吐出を制御Ｊ“るのにフルＣＭＭのグー１〜
動作式の弁を使用りることにより可能とされている。こ
の弁のゲート動作は、弁への駆動信号及び実際に検出さ
れたフィードバック圧）】信号のヒステリシス−不感帯
特性と和み合わされて、合弁の作動の機能的分離１を可
１ｊＬにりる。これはオーバシュー１へと供給源のドレ
ーンをイ１：づ゛る弁のＡ−バラツノ作動とに関りる問
題を消去する。これはまた制御圧力の変動の原因と＜７
６弁の撮動的動作を消去リ−る。 本発明による空気圧調節器は種々の空気ＩＦ負釣即ち小
容積で応答の速いパイ［１ツＩ〜動作の装：ａ及び大容
積で応答の遅い直り１式の装買、の何れに６用いられ１
！７る。本発明による信号トランスデコ−リはその作動
に関して負荷特性と無関係であり、広範囲の用途にｈ刊
に用いられ得る。 本発明をその最１（な実施形態について図示し説明して
きたが、本発明の範囲内で種々の実行及び省略が行われ
ることは当業者によりＴ（１！解されよう。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による電気信号−空気圧信号トランスデユ
ー１〕のブロック図である。 １０・・・電気信号−空気圧信、（＋　１−ランスデユ
ー１）。 １２・・・電気信吊源、１４・・・負荷、１６・・・流
体源。 １８・・・空気Ｈ−調節器、２０・・・電子式制御部、
２１・・・入［１ボー１−．２２・・・空気圧管、２４
・・・供給弁。 ２Ｇ・・・マニホルド組立体、２８・・・共通ステム、
３３０〜３３・・・」リフイス、３６・・・吐出弁、３
７・・・出１」ボー１−．３８・・・空気圧管、４０・
・・制御圧カポ−１〜、５０・・・回路、５２・・・圧
力センサ、５８・・・回路。 ６８・・・弁ソレノイド駆動回路 特許出願人　　コブイテツド・チクノロシース・］−ボ
レイシ日ン 代　　理　　人　　　　弁　　理　　士　　　　明　　
石　　昌　　毅ルソン アメリカ合衆国コネチカ゛ノトリ・ト１ニューイントン
・コネチカ゛ソト ・アヴエニュー２７８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所望の制御圧力電気信号瞭、空気圧流体源及び空気圧信
   号負荷を有するシステム内で所望の制御圧力電気信号に
   応答して実際制御圧力空気圧信号を得るための電気信号
   −空気圧信号トランスデュ・　　−１ノ装置に於て、 それぞれ空気圧流体源、空気圧悟り負荷、トランスデユ
   ークー外部環境及び空気圧信号−電気信号変換手段に接
   続されるべく構成された入口ボート、出口ボー１−１川
   出ボート及び被検出制御圧カポ−１〜を有してＪ３す、
   また実際制御圧ノＪ空気圧信号を負荷に与えるべく空気
   圧源流体を前記入口ボートから交互にｈｆｒ記出ロボー
   １−及び前記吐出ボートに向かわせるべ（与えられた電
   気的ゲート信号に応答する弁手段を含んでいる空気圧ｉ
   １！節器手段と、所望の制御圧力電気信号に応答するべ
   （構成されており、また前記出口ボートに於番〕る制御
   圧力空気圧信号の実際値を去り被検出制御圧力電気１．
   １号を得るため前記被検出制御圧力ボートに応答Ｊるよ
   うに接続された空気圧１８号−電気信号変換手段を含ん
   でおり、所望の制御圧力電気信号を前８ｄ被検出ｆ、１
   ｊ御圧力電気信号と比較し、それらの間の差の大きさに
   応答して前８ｄＮ気的ゲー１−信号を前記空気圧調節器
   手段に与える電子式制御手段と、を含んでいることを特
   徴とする電気信号〜空気圧信号トランスデユーサ装置醒
   。