JPS596429B2 - 空気式計器に用いる時定数変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に短時間でのレンジアビリティが小さい計
器の時定数を変更する場合に好適な空気式計器に用いる
時定数変換装置に関する。

例えば制御対象までの距離が遠くて、空気信号送出用の
管が長くなる場合は、これによる信号到達の遅れを補償
しなければならない。

そこで従来は、微分動作機能をもつ空気信号伝送補償器
を用いて、配管の長さによる遅れを補償することが行わ
れている。

しかしながらこの場合、時定数変更手段として用いられ
ているニードル弁は非常に高度の加工組立技術を要求さ
れるほか、用いる空気は極めて清浄でなければ、わずお
な汚れに対しても狂いが生じるというような不都合が生
じやすい。

しかも、ニードル弁は微小な隙間を調節するものである
から、その操作には細心の注意を払わなけれはならなか
った。

そこで本発明者は先に第１図に示すような時定数変換装
置を提案して、上記欠点を解消した。

すなわち、ケーシング１の内部の上方にシリンダ２を形
成し、下方に演算部３を備え、前記シリンダ２内には昇
降可能なピストン４が嵌入されていて一方の室５の容積
を変えることができるようにされている。

６は０リング、７は操作棒である。この操作棒は、図示
しないノブなどを回転することによりピストン４を所望
の位置に設定でき、この位置はシリンダ内圧力のみでは
変更されないよう固定される。

８は分岐路９中に設けられた流体絞りである。

なお、ここでは室５に対して９が入力孔として、１８は
出力孔として機能する。

一方、符号３で示す演算部は、大ダイヤフラム１０、小
ダイヤフラム１１、これら二つのダイヤフラムを連接す
る連結棒１２、そして小ダイヤフラム１１の下側に臨む
ノズル１３とより成り、前記両ダイヤフラム１０，１１
によってケーシング内は３つの室１４．１５および１６
が隔成されている。

このような素子において、いま操作棒７を操作してピス
トン４を位置決めし、室５の容積を図のように決定する
。

この状態で外部入力Ｐｉｎを与えるとダイヤフラム１０
が押下げられ、連結棒１２を介してノズル１３を閉塞す
るようになる。

これにより、一方の口から送給されていた送給圧力Ｐｓ
は逃げ穴が制限されるから、他方の口１７からＰｉｎに
応じた大きさの外部出力Ｐｏｕｔを吐出する。

一方このＰｏｕｔは入力孔９を通って室１５に到達する
が、絞り８のほか大きな容量をもった室５に連通されて
いるから、室１５にＰｏｕｔが満たされるには時間を要
することとなる。

しかし、やがて室１５と室１６との圧力差は縮少し、ダ
イヤフラム１０を押上げるようになる。

そして十分な時間の後には各室１４，１６，１５が一定
圧力を保持するようになり、連結棒１２の位置はバラン
スする。

しかるに時定数を変更しようとする場合は操作棒７を操
作してピストン４の位置を変れることにより、シリンダ
内室５の比較的大きな容積を変えるものであるから、加
工精度はさほど高いものが要求されず、使用空気による
汚れ程度では精度にも影響しない。

また操作もあまり厳密を要しないほか、室５内の容積の
変化は完全にピストン４の昇降量に比例して変化するの
で、感覚的な操作が楽にできるという長所を有している
。

ところが上述したような装置は、その演算部におけるダ
イヤフラム１０のたるみや取付上の都合たとえば連結棒
１２の存在によって、その表裏面で面積差がでやすく、
この差が入出力の１対１特性に悪影響を与えるという欠
点がある。

また供給圧力Ｐｓにダイヤフラム１１を押上げる力を委
ねなければならないので、供給空気量が大きくとれない
場合には、供給圧力Ｐｓの導入路にボリュームブースタ
を併設しなければならないという不都合もある。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので
あり、以下１つの実施例を示す図面と共にその詳細を説
明する。

第２図において、この時定数変換装置２０は演算部３０
と可変容量部５０とを備えている。

前記演算部３０は、１つの通孔３２を有する上プレート
３１と、３つの通孔３４，３５，３６を有する下プレー
ト３３とを有し、これら両プレート３１．３３によって
１個のや＼長い大口径ベローズ３７を挟持している。

このベローズ３７の軸線方向中央部には内側に向った突
出部３８が設けられている。

この突出部３８には外側からビーム３９が嵌合固定され
ており、このビーム３９の一端は支柱４０に植設された
ピボツテイングばね４１に固定されている。

ビーム３９の他端にはベローズ３７の変位を検出するた
めの可動部としてのフラッパ４２が固定されている。

このフラッパ４２の下方には空気噴射ノズル４３が配設
されており、このノズル４３は前記下プレート３３に形
成されている１つの通孔３４に連通されている。

前記ベローズ３７内中間部には仕切部材４４がベローズ
３７の突出部３８に係合固定され、ベローズ３７内の空
室を上下に二分し、第１の圧力室４５と第２の圧力室４
６とに隔成されており、第１の圧力室４５は前記上プレ
ート３１の通孔３２に連通され、第２の圧力室４６は下
プレート３３の通孔３６に連通されている。

さらに仕切部材４４と下プレート３３に螺着された受座
４７との間に小口径のベローズ４８を介装することによ
り、第２の圧力室４６内に第３の圧力室４９が形成され
、この室４９は前記通孔３５に連通されている。

前記可変容量部５０は、シリンダケース５１の中にその
内部空間の容量が外部から変更できるよウヒストン５２
が摺動自在に嵌挿されている。

５３はねじ孔を設けた蓋で、５４はその固定ねじ、５５
はピストン５２の摺動用ねじ棒で、５６はそのロックナ
ツトである。

この摺動用ねじ棒５５の内端部には平板法の頭部５７が
形成されており、この頭部５７はピストン５２に設けら
れた凹部に埋められプレート５８で固定されるも回転自
在とされている。

そして、シリンダ５１にはその内部の室５９を外部に連
通ずる孔６０が形成されている。

前記演算部３０と可変容量部５０の空気回路について述
べると、前記上プレート３１の通孔３２には配管６１が
接続されて、この配管６１により第１の圧力室４５に入
力信号圧力Ｐｉが導かれる。

前記通孔３４には配管６２が接続されており、この配管
６２により圧力Ｐｓが絞り６３を介してノズル４３に供
給される。

前記通孔３５には配管６４が接続され、その配管６４に
配管６５が接続されて、これら出力取出用の配管６４，
６５によって第３の圧力室４９から出力Ｐｏが導き出さ
れる。

前記配管６２と前記配管６４との間を配管６６により連
絡し、その配管６６には増幅器としてのパイロットリレ
ー６７が介挿されている。

第２の圧力室４５ｂに連通ずる通孔３６には配管６８が
接続されており、第２の圧力室４６に圧力Ｐｄが導かれ
る。

この配管６８と前記配管６４とを連絡する配管６９には
絞り７０が介挿されている。

また前記６８とシリンダケース５１の通孔６０とは配管
７１によって接続されている。

つぎに、以上のように構成された本実施例の動作につき
説明する。

まず、入力圧力Ｐｉは通孔３２よりベローズ３７の上側
の第１の圧力室４５に入りばね４１を支点としてビーム
３９を上下に変位させる。

このビーム３９の変位はノズル４３によって検出され、
その背圧を変化させる。

この背圧はパイロットリレー６７で増幅され、その出力
は小口径ベローズ４８内に入り、同時に目的に応じて設
定された遅れ要素、すなわち時定数をＴとすると室５９
の容量Ｃと絞り７０の抵抗Ｒによって決定される時定数
Ｔ二ＣＲなる遅れ要素となる絞り７０を通って大口径ベ
ローズ３７の第２の圧力室４６内に遅れ圧力Ｐｄとして
戻される。

従って、はじめはＰ。＼Ｐｄであるが一定時間後にはベ
ローズ３７の内外の圧力はＰｏ二Ｐｄとなって等しくな
る。

この間の時間のずれは、微分時間を求める一般式Ｔｄ＝
Ｋｄ−Ｔ（Ｋｄは微分ゲイン）により求められ、本発明
においてはシリンダ内容量Ｃの操作により決定されるも
のであって、これはそのまま空気信号伝達の際の補償時
間となるものである。

例えば、いまステップ人力Ｐｉを与えたときの出力Ｐｏ
の特性は、一般の比例微分動作の特性として知られる。

で表わされるが、これを伝送補償装置として用いる場合
の比例定数Ｋｄは本発明において正しく１を与えること
ができ となる。

すなわち、ステップ入力Ｐｉに対し、Ｋｄ・Ｐｉの立上
りを見せた後、Ｐ ｉ （Ｋｄ−１）ｅｘｐｄ （−ｉｔ）の特注でＰｉに近すいてゆく第３図ののよう
なグラフとなる。

ｄ なお、ｙ（ｔ）のカーブは、両式よりπ石、すなわち時
定数Ｔ（曲線が最終出力の６３．２％に達するまでの時
間）により決定されることが明らかである。

次に、第２図において符号７０で表示した絞りの実施例
について示すと第４図Ａ、Ｂの通りである。

すなわち、蓋５３の取付用のねじのうち１つのねじ７３
の下孔にブツシュ７４を打ち込み、これに絞り用のねじ
７５をねじ込んでその螺着深さにより流路抵抗が構成さ
れ、空気の流過量が加減できるようになっている。

このような絞りは、ある絞り値に設定後は容易に操作さ
れないように種種の工夫が必要であるが、本発明によれ
ば外部に露出しないので特別の工夫が不要となる。

この絞りはねじの下孔に設けることによりシリンダ端部
のスペース効率を向上させるが、蓋にかくれる部分であ
れば、これに限らない。

なお、７２は第２図に示した配管６４に直接接続される
通孔で、この場合の絞り７０は上述した絞り用のねじ７
５の螺着深さにより構成される。

以上説明したように本発明によれば、２つの圧力室が中
央を仕切った１個のベローズによって形成されているか
ら、面圧力室の有効面積差は無視でき、時定数変換装置
の入力・出力の１対１特性が無調整で得られるという利
点がある。

また、供給圧力Ｐｓが十分に得られない場合には、パイ
ロットリレーの出力が内部ベローズや遅れ素子へ与えら
れるように構成すればボリュームブースターを併用する
必要も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を説明する縦断面図。 第２図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第３図は出
力特性を示す図、第４図Ａ、Ｂは可変容量部の縦断面図
および正面図である。 ２０・・・・・・時定数変換装置、３０・・・・・・演
算部、３２．３４，３５，３６・・・・・・通孔、３７
・・・・・大口径ベローズ、３９・・・・・・ビーム、
４１・・・・・・ピボツテイングばね、４２・・・・・
・フラッパ、４３・・・・・・ノズル、４４・・・・・
仕切部材、４５・・・・・・第１の圧力室、４６・・・
・・・第２の圧力室、４８・・・・・・小口径ベローズ
、４９・・・・・・第３の圧力室、５０・・・・・・可
変容量形シリンダ、５１・・・・・・シリンダケース、
５２・・・・・・ピスト・ ン、６０・・・・・・通孔
、６Ｌ６２，６４，６５゜６６．６８，６９．７１・・
・・・・配管、６３，７０・・・・・・絞り、６７・・
・・・・パイロットリレー、７５・・・・・・調整用ね
じ、Ｐｉ・・・・・・入力圧力信号、Ｐｏ・・・・・・
出力圧力、Ｐｓ・・・・・・供給圧力、Ｐｄ・・・・・
・遅れ圧力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１本の大口径ベローズ３７と、このベローズ３７の軸
   線方向中央部を仕切り第１および第２の圧力室４５，４
   ６を軸線方向に隔成する仕切部材４４と、この仕切部材
   ４４に一端を連結させ前記第２の圧力室４６内に第３の
   圧力室４９を形成する小口径ベローズ４８と、前記第１
   の圧力室４５に設けられ入力信号圧力Ｐｉを導入する導
   入口３２と、前記大口径ベロ・−ズ３７の仕切部材４４
   と一体的に動く可動部４２の変位を検出する空気噴射ノ
   ズル４３と、このノズル４３の背圧を前記第２および第
   ３の圧力室４６．４９へ分与する空気回路３４，３５，
   ３６，６２，６４，６６゜６８．６９と、第２の圧力室
   ４６への空気回路６９に直列に介設された絞り７０と、
   第２の圧力室４６に空気回路３６，６０，６８，７１に
   て接続された可変容量形のシリンダ５０と、前記第３の
   圧力室４９に接続された出力Ｐｏ取出用の空気回路３５
   ，６４．６５とを備えた空気式計器に用いる時定数変換
   装置。 ２ 絞り７０は、シリンダ５０のシリンダケー、ス５１
   に設けられたねじ孔と、このねじ孔に進退自在に螺合さ
   れたねじ７５との間の隙間によって形成されている特許
   請求の範囲第１項記載の空気式計器に用いる時定数変換
   装置。 ３１本の大口径ベローズ３７と、このベローズ３７の軸
   線方向中央部を仕切り第１および第２の圧力室４５．４
   ６を軸線方向に隔成する仕切部材４４と、この仕切部材
   ４４に一端を連結させ前記第２の圧力室４６内に第３の
   圧力室４９を形成する小口径ベローズ４８と、前記第１
   の圧力室４５に設けられ入力信号圧力Ｐｉを導入する導
   入口３２と、前記大口径ベローズ３７の仕切部材４４と
   一体的に動く可動部４２の変位を検出する空気噴射ノズ
   ル４３と、このノズル４３の背圧をパイロットリレー６
   ７を介して前記第２および第３の圧力室４６．４９へ分
   与する空気回路３４，３５゜３６．６２，６４，６６．
   ６８．６９と、第２の圧力室４６への空気回路６９に直
   列に介設された絞り７０と、第２の圧力室４６に空気回
   路３６゜６０．６８，７１にて接続された可変容量形の
   シリンダ５０と、前記第３の圧力室４９に接続された出
   力ＰＯ取出用の空気回路３５，６４．６５とを備えた空
   気式計器に用いる時定数変換装置。