JPS6220901A - バルブポジシヨナ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気式調節弁に用いるバルブポジショナに関
するものである。

〔従来の技術〕

従来の一般的なバルブポジショナは、入力信号と弁の変
位量との偏差を機械的変位量としてノズル争フラッパに
与え、このノズル・７ラツパのノズル背圧を空気圧信号
として取シ出した後、パイロットリレーで圧力増幅し調
節弁のエアーモータに供給するように構成されて匹る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来のバルブポジショナでは、入力
信号と弁の変位量との偏差が大きい場合に高速で応動さ
せることが困難であった。特にエアーモータの容量が大
きい場合には空気回路に空気圧信号の容量増幅用のブー
スターリレーを別途付加するなどして高速応動に対応さ
せる必要かあ　　・つた。

また、上述したように従来のバルブポジショナＩｔノズ
ル・７−ｙツバとパイロットリレーが用いられているが
、このノズル・７ラツパとパイロットリレーは平衡状態
であっても空気を消費する。

具体的には、セミブリード型パイロットリレーやブリー
ド型パイロットリレーを用いたバルブポジショナではノ
ズル部とパイロットリレ一部で５〜１５Ｎｔ／ｍｉｍの
空気消費がある。

平衡状態での空気消費を極力少なくしたパイロットリレ
ーとして、従来からノンブリード型パイロットリレーが
あるが、これとても空気消費が零ではなく、また、ノズ
ル部での空気消費は避けられない、しかもノンブリード
型パイロットリレーは応答性が悪いという欠点を有して
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために、本発明は、入力信
号と弁の開度との偏差を示すバルブ駆動信号をパルス幅
変調した後空気圧侶号に変換し、この空気圧信号によっ
て弁を駆動する手段に加え、バルブ駆動信号が示す偏差
の絶対値が所定値よりも大きいときに弁の駆動圧力室を
空気圧源または大気と連通させる手段と、バルブ駆動信
号の絶対値が零に近いときに前記パルス幅変調したバル
ブ駆動信号を空気圧信号に変換する手段と駆動圧力室と
の連通を封止する手段とを設けたものである。

〔作用〕

入力信号と弁の変位量との間に大きな偏差（絶対値）が
存在する場合、駆動圧力室は空気圧源または大気に直結
されることによりその圧力は、＠、速に変化し弁の変位
量を大きく変化させる。つまシ大きな入力信号の変化に
対し高速に応答する。一方、バルブ駆動信号の絶対値が
零に近い平衡状針においては駆動圧力室内の圧力が封止
され、空気の消費が零となる。

〔実施例〕

第１図は本発明のバルブポジショナの一実施例を示すブ
ロック図である。

空気式調節弁１０は駆動圧力室１０１とバルブ１０２と
を含み、駆動圧力室１０１に供給される空気圧によって
バルブ１０２の開閉調節がなされる。

駆動圧力室１０１には空気管１２が接続されてお９、こ
の空気・ｇ１２の曲端は後述するオン・オフ切換弁４２
？介して三方切換弁１４に接続されるとともに大容量給
気弁１６および大容量排気弁１８に接続されている。

三方切換弁１４は、空気管１２の他に圧力Ｐ１の空気圧
源に連通ずる空気管２０および圧力Ｐ０の大気に連通ず
る空気管２２と接続する。そして、空気管２０と空気管
１２の接続および空気管２２と空気管１２の接続の切シ
換えをパルス幅変調器２４からゲート回路４４を介して
送られる信号に応じて行なう。すなわち、当該信号が”
Ｈ”レベルのときには空気管２２の開口部を塞いで空気
管２０と空気管１２を連通し、”Ｌ″レベルときには空
気管２０の開口部を塞いで空気管２２と空気ｖ１２を連
通する。

大容量給気弁１６は、比較器２６からの信号によシ空気
管２０と空気管１２との断続を行なうオン・オフ切換弁
であり、大容量排気弁１８は、比較器２８からの信号に
よシ空気管２２と空気管１２との断続を行なうオン・オ
フ切換弁である。

弁リフト検知器３０は、バルブ１０２の位置を検出して
その位置に応じた電圧値Ｖ１を出力するものであシ、ロ
ータリーエンコーダやポテンショメータ等によｐ構成す
ることができる。

入力モジュール３２は、入力端子３４から入力される４
〜２０ｍＡの入力信号を電圧値Ｖ２に変換するものであ
シ、この電圧値Ｖ２は比較部３６において弁リフト検知
器３０からの電圧値ｖ１と比較される。

電圧値ｖ１と電圧値Ｖ２との偏壬εは入力信号の指標す
るバルブ位置と実ｊ県のバルブ位置との差を表すもので
あり、バルブ駆動信号としてパルス幅変調器２４．比較
器２６．比較器２８および比較器４０に入力される。

パルス１幅変調器２４は、第２図囚の特性図に示すよう
に、入力したバルブ、駆動信号Ｃが、−δ１≦Ｃ≦δ１
　　　　　　　　　　−−−−−（１）を満足するとき
だけ、バルブ駆動信号Ｉをパルス幅変調する。ε＝−δ
ｌのときのデユーティレシオを零とし、ε＝δ１のとき
のデユーティレシオをｒｌＪとし、（１）式を満足する
ときのεのデユーティレシオとの関係はリニアとなって
いる。

第３図の波形図は、ε＝εｌのときすなわちデニーティ
レシオがｒ　Ｏ，７Ｊのときのノくルス幅変調器２４の
出力波形を示してお９．繰シ返し周期Ｔの７０％２＞Ｅ
　”Ｈ″レベル残りの３０％Ｚ＞Ｅ”Ｌ”レベルとなっ
ている。

バルブ駆動信号εが、 Ｃ〈−δ１　　　　　　　　　　　　　・・・・・（２
）を満足するときのパルス幅変調器２４の出力は２値信
号における”Ｌ″レベルな９、バルブ駆動信号Ｃが、 Ｃ〉δ１　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（３
）を満足するときのパルス幅変調器２４の出力は２値信
号における”Ｈ”レベルとなる。

比較器２６は、第２図（Ｂ）の特性図に示すように、バ
ルブ駆動信号Ｃが、 ε≧δ２　（ただし、δ２〉δ１）　　・・・・・（４
）を満足するときには、２値出力信号が”Ｈ″ルベルな
シ、 ｅ〈δ２　　　　　　　　　　　　　　＠・・・・（５
）を満足するときには、２値出力信号が”Ｌ″レベルな
る。

大容量給気弁１６は、比較器２６からの信号が”Ｈ”レ
ベルのときには空気管２０の開口部が開かれて空気管２
０と空気管１２とが接続され、空気圧源（Ｐ８）と空気
式調節弁１０の駆動圧力室１０１とが連通し、比較器２
６からの信号が”Ｌ”レベルのときには空気管２０の開
口部が閉じられて空気管２０と空気管１２との接続が切
り離される。

また、比較器２８は、第２図（Ｃ）の特性図に示すよう
に、バルブ駆動信号Ｃが ｅ≦−δ２　（ただし、−δ２く−δ１）　・・・（６
）を満足するときには、２値出力信号が′″Ｈ”レベル
となシ、 Ｉ〉−δ２　　　　　　　　　　　　　　　”・・・・
（７）を満足するときには、２値出力信号が”Ｌ”レベ
ルとなる。

大容量排気弁１８は、比較器２８からの信号が“Ｈ”レ
ベルのときには空気管２２の開口部が開かれて空気管２
２と空気管１２とが接続され、空気式調節弁１０の駆動
圧力室１０１と大気（Ｐ・）とが連通し、比較器２８か
らの信号が“Ｌ”レベルのときには空気管２２の開口部
が閉じられて空気管２２と空気管１２との接続が切夛離
される。

比較器４０は、第４図の特性図に示すように、入力した
バルブ駆動信号Ｃが、 一δ０〈ｅくａＯ・・・・・（８） （ただし、−Ｊｌく−６０＜０．０＜δ０＜８１　）を
満足するときだけ”Ｌ”レベルを出力し、その他のとき
は“Ｈ”レベルを出力する。

比較器４０の出力はオン・オフ切換弁４２およびゲート
回路４４に対して与えられる。

オン・オフ切換弁４２は、三方切換弁１４に連通ずる空
気管１２１と駆動圧力室１０１に連通ずる空気管１２２
との間に設けられ、比較器４０の出力が”Ｌ″レベルと
きには非連通状態となって駆動圧力室１０１内の圧力を
封止し、比較器４０の出力が′Ｈ”レベルのときには連
通状態となる。

ゲート回路４４は、パルス幅変調器２４と三方切換弁１
４の信号入力端子との間に設けられ、比較器４０の出力
が”Ｌルベルのときには出力信号が”Ｌ’レベルとなフ
、比較器４０の出力が”Ｈ”レベルのときにはパルス幅
変調器２４の出力信号がそのまま出力される。

したがって、ゲート回路４４の出力はＭ５図に示すよう
に。

■〔５く一δ１．−δＯ＜ｌ＜ａＯ）のときには”Ｌ”
レベルとなシ、 ■（ｇ＞δｌ〕のときには“Ｈ”レベルとなり。

■〔−δｌ≦Ｃ≦−δ０．δ０≦Ｃ≦δｌ〕のときには
パルス幅変調動作となる。

つぎに、本実施例の動作を説明する。

比較部３６からのバルブ駆動信号Ｃの値が１１例えば第
２図（４）に示したように（δ０（１１（Ｊｌ）であっ
たとすると、パルス幅変調器２４はパルス幅変調動作を
実行すると同時に、比較器２６および２８の出力は共に
”ＬＩ＋レベル、飴方、比較器４０の出力は”Ｈ″レベ
ルなる。

したがって、大容量給気弁１６および大容量排気弁１８
はいずれもが非連通状態となシ、駆動圧力室１０１と空
気圧源ＣＰＭ　）および大気（Ｐｏ）とは三方切換弁１
４のみによって連通される。

三方切換弁１４は今デユーティレシオ０．７　ノパルス
幅変調信号によシ駆動されているため、駆動圧力室１０
１と連通ずる空気管１２は繰り返し周期Ｔの７０％の時
間を空気管２０すなわち空気圧源（Ｐ、）に連通され、
３０易の時間を空気管２２すなわち大気（ＰＯ）に連通
される。

したがって、空気圧源（ＰＧ）の空気が徐々に駆動圧力
室１０１に供給され、これに伴ってバルブ１０２が余々
に変位する。

つぎに、入力端子３４に入力される信号が急激に増大し
ｆｃ場合を考える。

入力信号レベルの増大によってバルブ駆動信号εが〔Ｃ
≧δ２〕　となったとすると、比Ｉｉ￥５２８は依然”
Ｌ”レベルの信号を出力して大容量排気弁１８を非連通
状態を保持させているが、比較器２６の出力は”Ｈ”レ
ベルとなジ、大容量給気：ｌｌ’ｆ’１６を連通状態に
する。

また、パルス幅変調器２４はパルス幅父調動作を停止し
て”Ｈ”レベル信号を出力し、これによって、三方切換
弁１４は常時空気管１２と空気管２０とを連通させる。

したがって、駆動圧力室１０１は三方切換弁１４および
大容量給気弁１６の２つのｆＰを介して空気圧源（ｐｍ
）と連通ずることになシ、駆動圧力室１０１に供給され
る圧力は、＠、上昇し、バルブ１０２が大きく変位する
。すなわち、大きな入力の増加に対して高速に応答する
ことになる。

バルブ１０２の変位によって、εの値が小さくな夛〔−
δｌ≦ｌ≦δ１〕となれば、上述したパルス幅に調動作
に戻る。

逆に、入力端子３４に入力される信号が急激に減少した
場合すなわち〔Ｃ≦−δ２〕となった場合には、パルス
幅変調器２４の出力および比較器２６の出力が“Ｌ″レ
ベル比較器２８の出力が”Ｈ’レベルとなる。これによ
り、三方切換弁１４は空気管１２と空気管２２を連通状
態にし、大容量給気弁１６を非連通状態にし、大容量排
気弁１８を連通状態にする。

したがって、駆動圧力室１０１は三方切換弁１４および
大容量排気弁１８の２つの弁を介して大気（Ｐａ）と連
通することになシ、駆動圧力室１０１に供給される圧力
は急降下し、ｇの値が大きくなった時とは逆の方向にバ
ルブ１０２が大きく変位する。

バルブ１０２の変位によって、εの値が大きくなシ〔−
δｌ≦ｅ≦δｌ〕となるとパルス幅変調動作に戻ること
は、上記の場合と同様である。

仮に、入力端子３４に入力される信号が一定であるとす
ると、バルブ１０２の変位によってバルブ駆動信号Ｃは
次第に零に近づく。そして、その値が（−ａＯ＜ξくδ
Ｏ〕の範囲内に入ると、三方切換弁１４はパルス１幅変
調動作を止めて空気管２゜を塞ぐ。一方大容量給気弁１
６は、バルブ駆動信号ＣＱ値がＣＭ＜δ２〕であること
から非連通状態となっている。そのため、空気圧源（Ｐ
Ｇ）からの空気供給経路は一切遮断され、この状態での
空気消費は零となる。

一方、空気管１２１が三方切換弁１４を介して大気（Ｐ
Ｇ）と連通しているが、オン・オフ切換弁４２は、バル
ブ駆動信号Ｃの値が−δｏくξくδ０の範囲内に入るこ
とによって非連通状態となシ、また大容量排気弁１８は
−δ２（ｇであることがら非連通状態となっているため
、駆動圧力室１０１内の空気が排気されることは一切な
く、バルブ１０２の位置が一定に保持される。

なお、新たな信号入力によってバルブ駆動信号Ｃの値が
変化して〔−δ０くさくδＯ〕の範囲外となれば、この
封止状態は解除される。

同様の効果は、オフ・オン切換弁４２の挿入位置を、三
方切換弁１４．大容量給気弁１６および大容量排気弁１
８に連通させた空気管１２と駆動圧力室１０１との間と
することによっても得ることが可能であるが、その場合
、当該オン・オフ切換弁４２がオン・オフする空気量が
大きくなるため、弁自体の形状を大きくしなければなら
ない。また、大容量給気弁１６．大容量排気弁１８およ
びオン・オフ切換弁４２のスイッチング時間、すなわち
電気信号の印加がら空気が流れるまでの時間がそろって
いれば問題がないが、前二者に比較してオン・オフ切換
弁４２のスイッチング時間が遅いような場合には、それ
だけ駆動圧力室１０１への給排気特性、換言すればポジ
ショナの応答特性に悪影響を与えることとなる。これに
対し、本実施例では、オン・オフ切換弁４２を三方切換
弁１４と駆動圧力室１０１との間に挿入し、その間の連
通をのみ封止する構成をとったことによシ、小容量の切
換弁を用いることができ、ご小形＠量化がはかれるとと
もに、ポジショナの応答性を改善することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のバルブポジショナによれ
ば、入力信号と弁の変位量との偏差を示すバルブ駆動信
号をパルス幅変調した後空気圧信号に変換し、この空気
圧信号によシ窒気式調節弁を駆動すると共に、バルブ駆
動Ｇｔ号が示す偏差が大きい場合に空気式調節弁の駆動
圧力室を空気圧源または大気と連通せしめるので、入力
信号と弁の変位量との偏差が大きい場合であってもブー
スターリレーを用いることなく調節弁を高速に応動させ
ることができるのみならず、偏差がほぼ零のときにはパ
ルス幅変調された空気圧信号を出力する手段と駆動圧力
室との連通を封止する手段を備えているため、平衡状態
での空気消費ｉｔを零にすることができ、ランニングコ
ストの節約に有効で、省エネルギにも貢献し得る。また
、空気消費を少なくすることができることから、供給圧
の供給形７Ｊが従来の配管からボンベによる方法に変え
ることが可能になシ、配管工事費の削減にも有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１！ｌ：本発明のバルブポジショナの一実施例を示す
ブロック図、第２図は前記実施例のパルス幅変調器およ
び比較器の特性図、第３図はパルス幅変調器の出力彼形
図、帛４図は他の比較器の特性図、第５図はゲート回路
の特性図である。 １０・・・・空気式調節弁、１０１・°°＠駆動圧力室
、１０２・・・・バルブ、１２　、１２１・１２２゜２
０．２２・・・・空気管、１４・・・・三方切換弁、１
６・・・・大容量給気弁、１８・・・・大容量排気弁、
２４・・・・パルス幅変調器、２６゜２８．４０・・・
・比較器、３０・・・・弁リフト検知器、４２・・・・
オン・オフ切換弁、４４ゲ一ト回路。 特許出願人　　山武ハネウェル株式会社代理人　山川数
ａ４　（ほか２名） 第２図 第３図 ！−≦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号と空気式調節弁の弁の変位量との偏差を示すバ
   ルブ駆動信号をパルス幅変調する手段と、前記パルス幅
   変調手段の出力信号をパルス幅変調された空気圧信号に
   変換し、この空気圧信号を前記空気式調節弁の弁の位置
   を変位させるための駆動圧力室に入力する手段と、前記
   バルブ駆動信号の絶対値が所定の値よりも大きいときに
   前記駆動圧力室を空気圧源または大気と連通させる手段
   と、前記バルブ駆動信号の絶対値が零に近いときに前記
   パルス幅変調手段の出力信号を空気圧信号に変換する手
   段と駆動圧力室との連通を封止する手段とを備えたこと
   を特徴とするバルブポジショナ。