本發(fā)明涉及控制調(diào)節(jié)閥的閥開度的定位器。
背景技術(shù)：
在化學(xué)工廠等中使用定位器作為用于對(duì)流量的過程控制所采用的調(diào)節(jié)閥的閥開度進(jìn)行控制的設(shè)備(參照專利文獻(xiàn)1)。定位器算出從上位裝置指示的調(diào)節(jié)閥的閥開度的設(shè)定值與該調(diào)節(jié)閥的閥開度的實(shí)測值的偏差，并將基于該偏差生成的控制信號(hào)供給至用于操作調(diào)節(jié)閥的開閉的操作器，由此控制調(diào)節(jié)閥的閥開度。
一般地，定位器具有在由金屬構(gòu)成的框體內(nèi)收納如下部分的結(jié)構(gòu)：角度傳感器、磁力傳感器等位移量檢測器，其將調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度作為調(diào)節(jié)閥的閥軸的位移量而檢測；控制器，其由基于來自上述位移量檢測器的輸出信號(hào)等進(jìn)行信號(hào)處理的微機(jī)等構(gòu)成；電空轉(zhuǎn)換部，其將由控制器生成的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為空氣信號(hào)；以及流量放大部(氣動(dòng)放大器)，其將由電空轉(zhuǎn)換部生成的空氣信號(hào)放大并供給至操作器(參照專利文獻(xiàn)1)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1：日本特開2012-207756號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問題
如上所述，定位器為具有控制器、電空轉(zhuǎn)換部等電路的電氣設(shè)備。另外，在化學(xué)工廠等中，有時(shí)在充滿了可燃性氣體的爆炸性氛圍的環(huán)境下使用。因此，對(duì)定位器要求本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)。
作為用于認(rèn)可定位器為本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的一個(gè)要件，需要將在定位器內(nèi)部的電路中積蓄的電能的總量抑制到規(guī)定值以下(規(guī)格iec60079-11)。
在此，電能的總量為在構(gòu)成電路的各種電路元件中積蓄的電能的總和，各電路元件的電能主要基于電路元件的電路常數(shù)(線圈的電感、電容器的電容等)與該電路的最大電壓的積而決定。因此，為了降低電路的能量的總量，需要降低構(gòu)成電路的電路元件的電路常數(shù)以及電路的最大電壓中的某一個(gè)。
另一方面，為了提高定位器的電路的動(dòng)作的穩(wěn)定性(耐噪音性等)，需要或是增大電容器的電容等電路常數(shù)，或是增加電容器的數(shù)量，并期望電路設(shè)計(jì)的自由度高。
在此，本申請的發(fā)明人為了一邊滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要求，一邊確保定位器內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)的自由度，研究重新考慮定位器的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成。該研究的結(jié)果，揭示了具有以下所示的問題。以下，進(jìn)行詳細(xì)地說明。
圖12為表示現(xiàn)有的定位器的電空轉(zhuǎn)換部構(gòu)成的圖。
如圖12所示，定位器的電空轉(zhuǎn)換部52由噴嘴523、擋板522、電流生成電路520、線圈l0、以及由鐵芯525構(gòu)成的磁力發(fā)生部521構(gòu)成。電空轉(zhuǎn)換部52的電流生成電路520使相應(yīng)于來自控制器的控制信號(hào)的電流流過線圈，由此使從線圈l0以及鐵芯525產(chǎn)生的磁通變化，使搭載了永久磁鐵524的擋板522搖動(dòng)。由此，噴嘴523的噴出口523b與擋板522的距離發(fā)生變化，從噴嘴523排出的氣壓信號(hào)的壓力發(fā)生變化。該氣壓信號(hào)通過設(shè)置于后段的流量放大部(氣動(dòng)放大器)放大流量，并供給至用于操作調(diào)節(jié)閥的操作器。
另外，如圖12所示，在電流生成電路520與線圈l0之間，連接有用于滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件的過電壓保護(hù)用的齊納二極管zda、zdb。
如上所述，電空轉(zhuǎn)換部52通過使勵(lì)磁電流流入線圈l0，來使氣壓信號(hào)的壓力發(fā)生變化。在電流流入了線圈l0的情況下，在穩(wěn)定狀態(tài)下，線圈l0的兩端的電壓在理想下為0v，但實(shí)際上，發(fā)生由基于線圈l0的繞組的電阻分量的繞組電阻(等效串聯(lián)電阻)所導(dǎo)致的電壓降。線圈l0的繞組電阻越大，該電壓降越大。
若在線圈l0的兩端產(chǎn)生的電壓變大，則在電空轉(zhuǎn)換部的正常工作時(shí)，施加在與線圈l0并聯(lián)連接的齊納二極管zda、zdb上的電壓變大。因此，為了滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，需要具有更大的齊納電壓的齊納二極管，在故障時(shí)，在線圈l0積蓄了更大的電能。
如上所述，為了滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，需要將電路的總能量抑制到規(guī)定值以下。因此，在使用了齊納電壓大的齊納二極管的情況下，由于電路的最大電壓增加，必須相應(yīng)地減小電容器、線圈等電路元件的電路常數(shù)。即，線圈(齊納二極管)的電壓的增加，成為降低齊納二極管以外的電路元件的電路常數(shù)的上限值的一個(gè)原因，成為使電路設(shè)計(jì)的自由度降低的一個(gè)原因。
如以上那樣，由于電空轉(zhuǎn)換部的線圈的電壓的上升，在本質(zhì)安全防爆以及電路設(shè)計(jì)的自由度的點(diǎn)上成為不利因素，因此期望降低上述線圈的電壓。
在此，本申請的發(fā)明人研究了降低電空轉(zhuǎn)換部的線圈的電壓。
如上所述，由于線圈的電壓依存于線圈的繞組電阻，因此為了降低線圈的電壓，需要減小線圈的繞組電阻。作為減小線圈的繞組電阻的方法，能夠想到加粗線圈的繞組導(dǎo)線。
然而，用該方法的話線圈的尺寸變大。特別地，在電空轉(zhuǎn)換部中構(gòu)成磁力發(fā)生部的線圈相比于定位器的內(nèi)部所配置的其他部件，部件尺寸較大，因此線圈的大型化造成定位器的大型化，并且具有在定位器的耐壓防爆結(jié)構(gòu)、制造成本這些點(diǎn)上成為不利因素的問題。
本發(fā)明正是鑒于上述的問題而完成的，本發(fā)明的目的在于，在定位器中，一邊滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，一邊提高定位器內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)的自由度。
解決問題的技術(shù)手段
本發(fā)明所涉及的定位器(1)的特征在于，具有空氣電路(11)，該空氣電路(11)包含基于與控制對(duì)象的調(diào)節(jié)閥(3)的閥開度的設(shè)定值(sp)和調(diào)節(jié)閥的閥開度的實(shí)測值(pv)的偏差相對(duì)應(yīng)的電流而產(chǎn)生磁力的磁力發(fā)生部(121、221、321)，基于由磁力發(fā)生部產(chǎn)生的磁力生成調(diào)整氣壓的氣壓信號(hào)(so)，并供給至調(diào)節(jié)閥的操作器(2)，磁力發(fā)生部包含電并聯(lián)連接、并且磁順接串聯(lián)的多個(gè)線圈(l1、l2)。
在上述定位器中，磁力發(fā)生部(121)還包含貫通多個(gè)線圈的鐵芯(125)，多個(gè)線圈也可以在鐵芯的延伸方向上相互分離地配置。
在上述定位器中，構(gòu)成磁力發(fā)生部(221)的多個(gè)線圈也可以配置為同心圓狀。
在上述定位器中，磁力發(fā)生部還可以具有：主配線(lp、ln)，其被供給電流；多個(gè)分支配線(lp1，ln1，lp2，ln2)，其設(shè)置于多個(gè)線圈的每一個(gè)，并從主配線分支；以及多個(gè)齊納二極管(zd1、zd2、zd3、zd4)，其設(shè)置于多個(gè)線圈的每一個(gè)，在各個(gè)分支配線上，對(duì)應(yīng)的線圈和齊納二極管也可以并聯(lián)地連接。
另外，在上述說明中，作為一個(gè)例子，將與發(fā)明的構(gòu)成要素對(duì)應(yīng)的附圖上的參照符號(hào)加上括弧進(jìn)行了記載。
發(fā)明的效果
通過以上說明，根據(jù)本發(fā)明，在定位器中，能夠一邊滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，一邊提高定位器內(nèi)部的電路的設(shè)計(jì)的自由度。
附圖說明
圖1為表示包含實(shí)施方式1所涉及的定位器的閥控制系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
圖2為示意地表示實(shí)施方式1所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
圖3為表示構(gòu)成實(shí)施方式1所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的各功能塊間的關(guān)系的圖。
圖4為用于說明電空轉(zhuǎn)換部的動(dòng)作的圖。
圖5為用于說明電空轉(zhuǎn)換部的動(dòng)作的圖。
圖6為表示實(shí)施方式1所涉及的定位器的電空轉(zhuǎn)換部中的各線圈的電連接關(guān)系的圖。
圖7為表示現(xiàn)有的定位器的電空轉(zhuǎn)換部中的線圈的電連接關(guān)系的圖。
圖8為示意地表示實(shí)施方式2所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
圖9為表示實(shí)施方式2所涉及的定位器的電空轉(zhuǎn)換部中的各線圈的位置關(guān)系的圖。
圖10為示意地表示實(shí)施方式3所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
圖11為表示實(shí)施方式3所涉及的定位器的電空轉(zhuǎn)換部中的各線圈的電連接關(guān)系的圖。
圖12為示意地表示現(xiàn)有的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
《實(shí)施方式1》
圖1為表示包含本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的定位器的閥控制系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
圖1所示的閥控制系統(tǒng)200包括調(diào)節(jié)閥3、操作器2、上位裝置4、以及定位器1。
調(diào)節(jié)閥(閥)3為控制流體從一方的流路向另一方的流路流動(dòng)的裝置，例如為氣壓式調(diào)節(jié)閥。操作器2例如為空氣式的閥執(zhí)行器，通過與從后述的定位器1供給的輸出氣壓信號(hào)so相對(duì)應(yīng)地操作調(diào)節(jié)閥3的閥軸，來控制調(diào)節(jié)閥3的開閉動(dòng)作。另外，操作器2可以為具有與兩個(gè)輸出氣壓信號(hào)的壓力差相應(yīng)地決定調(diào)節(jié)閥3的閥軸的操作量的構(gòu)成的雙動(dòng)式的操作器，也可以為具有與一個(gè)輸出氣壓信號(hào)相對(duì)應(yīng)地決定調(diào)節(jié)閥3的閥軸的操作量的結(jié)構(gòu)的單動(dòng)式的操作器，操作器2的種類沒有特別的限制。
上位裝置4是針對(duì)定位器1指示調(diào)節(jié)閥3的開閉的上位側(cè)的設(shè)備，針對(duì)定位器1給予調(diào)節(jié)閥3的閥開度的設(shè)定值sp。
定位器1為通過操作操作器2來控制調(diào)節(jié)閥3的開閉的裝置。具體來說，定位器1通過算出從上位裝置4給予的調(diào)節(jié)閥3的閥開度的設(shè)定值sp與調(diào)節(jié)閥3的閥開度的實(shí)測值pv的偏差，生成相應(yīng)于該偏差的輸出氣壓信號(hào)so并給予至操作器2，來控制調(diào)節(jié)閥3的閥開度。
在此，對(duì)定位器1的具體的構(gòu)成進(jìn)行說明。
如圖1所示，定位器1包括控制器10、空氣電路11、以及閥開度檢測部14等功能部。這些功能部被收容在例如由金屬材料構(gòu)成的框體內(nèi)部。另外，定位器1也可以具有用于向用戶提示調(diào)節(jié)閥3的閥開度等各種信息的顯示部(例如液晶屏)等。
閥開度檢測部14為將調(diào)節(jié)閥3的閥開度作為調(diào)節(jié)閥3的閥軸的位移量而檢測，并生成相應(yīng)于該位移量的檢測信號(hào)sen的位移量檢測器。作為閥開度檢測部14，能夠示例出角度傳感器、磁力傳感器等。
控制器10為進(jìn)行涉及調(diào)節(jié)閥3的閥開度的控制的各種數(shù)據(jù)處理的電子電路。例如，控制器10通過包含如下部分的電子電路而實(shí)現(xiàn)：搭載了cpu、ram以及rom等各種存儲(chǔ)器的微控制器(mcu)等程序處理裝置、用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于外部的信號(hào)的輸入以及輸出的各種接口電路、以及用于將從外部輸入的各種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入至上述微處理裝置的a/d轉(zhuǎn)換電路等。
具體來說，控制器10基于從閥開度檢測部14輸出的檢測信號(hào)sen算出調(diào)節(jié)閥3的閥開度的實(shí)測值pv，并且將算出的閥開度的實(shí)測值pv與從上位裝置4給予的調(diào)節(jié)閥3的閥開度的設(shè)定值sp的偏差算出。進(jìn)而，控制器10基于該偏差，算出為了閥開度的實(shí)測值pv變得與設(shè)定值sp相等而用于操作操作器2的操作量(mv)，并將相應(yīng)于該操作量的電信號(hào)作為控制信號(hào)cnt輸出。
空氣電路11為將作為由控制器10生成的電信號(hào)的控制信號(hào)cnt轉(zhuǎn)換為空氣信號(hào)的功能部。具體來說，空氣電路11包含基于相應(yīng)于控制信號(hào)cnt的電流而產(chǎn)生磁力的磁力發(fā)生部，基于由磁力發(fā)生部產(chǎn)生的磁力生成調(diào)整氣壓的輸出氣壓信號(hào)so。
更加具體地，如圖1所示，空氣電路11由電空轉(zhuǎn)換部12和氣壓放大部13構(gòu)成。
電空轉(zhuǎn)換部12通過使從設(shè)置于定位器1外部的減壓閥等氣壓供給源(未圖示)供給至定位器1的空氣(air)5的壓力(以下，稱為“供給氣壓”)ps相應(yīng)于控制信號(hào)cnt而發(fā)生變化，來生成與控制信號(hào)cnt相應(yīng)的壓力pn的氣壓信號(hào)sc。另外，電空轉(zhuǎn)換部12的詳細(xì)內(nèi)容將在后文敘述。
流量放大部13為通過放大由電空轉(zhuǎn)換部12生成的氣壓信號(hào)sc，來生成用于驅(qū)動(dòng)操作器2的輸出氣壓信號(hào)so的功能部。流量放大部13為總所周知的氣動(dòng)放大器，通過根據(jù)從電空轉(zhuǎn)換部12輸出的氣壓信號(hào)sc的壓力pn來對(duì)供給氣壓ps的空氣5進(jìn)行調(diào)壓，生成輸出氣壓信號(hào)so。例如，在流量放大部13為單動(dòng)型的氣動(dòng)放大器的情況下，生成一個(gè)空氣信號(hào)作為輸出氣壓信號(hào)so而供給至操作器2，在流量放大部13為雙動(dòng)型氣動(dòng)放大器的情況下，生成兩個(gè)空氣信號(hào)作為輸出氣壓信號(hào)so而供給至操作器2。
在此，對(duì)于本實(shí)施方式所涉及的電空轉(zhuǎn)換部12進(jìn)行詳細(xì)地說明。
圖2為示意地表示實(shí)施方式1所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
如圖2所示，電空轉(zhuǎn)換部12在構(gòu)成磁力發(fā)生部的線圈被分割的點(diǎn)上與現(xiàn)有的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部不同。
具體來說，電空轉(zhuǎn)換部12包括磁力發(fā)生部121、擋板122、以及噴嘴123。
磁力發(fā)生部121為產(chǎn)生基于相應(yīng)于控制信號(hào)cnt的電流(勵(lì)磁電流)的磁場的功能部。具體地，磁力發(fā)生部121包含生成相應(yīng)于控制信號(hào)cnt電流的電流生成電路120；相應(yīng)于從電流生成電路120供給的電流而產(chǎn)生磁場的線圈l1、l2；在線圈l1、l2的軸線方向上貫通線圈l1、l2的中心部分而配置的鐵芯125；以及齊納二極管zd1、zd2。
齊納二極管zd1、zd2為用于定位器1滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件所必需的元件，為用于吸收從線圈l1、l2釋放的能量、規(guī)定電空轉(zhuǎn)換部12的最大電壓的保護(hù)元件。齊納二極管zd1、zd2在從電流生成電路120向線圈l1、l2供給勵(lì)磁電流的信號(hào)線上，與線圈l1、l2并聯(lián)連接。
與線圈l1、l2并聯(lián)連接的齊納二極管的個(gè)數(shù)根據(jù)本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件而確定。在本實(shí)施方式中，如圖2所示示出了設(shè)置有兩個(gè)齊納二極管zd1、zd2的情況作為一個(gè)例子，但是齊納二極管的個(gè)數(shù)并不限定于此。
擋板122為根據(jù)磁力發(fā)生部121的磁場的變化，使從上述噴嘴123輸出的氣壓信號(hào)sc的壓力發(fā)生變化的功能部。具體地，在擋板122安裝有永久磁鐵124，永久磁鐵124、線圈l1、l2以及鐵芯125構(gòu)成磁路。由于該磁路中的磁通發(fā)生變化，擋板122旋轉(zhuǎn)。
噴嘴123為例如經(jīng)由未圖示的固定節(jié)流閥供給供給氣壓ps的空氣5，供給的空氣5的噴出量由擋板122控制，由此從排出口123a排出調(diào)整了壓力的氣壓力信號(hào)sc的功能部。以下，將氣壓信號(hào)sc的壓力pn稱為“噴嘴背壓pn”。
在此，對(duì)電空轉(zhuǎn)換部12的動(dòng)作進(jìn)行簡單地說明。
圖3為表示構(gòu)成電空轉(zhuǎn)換部129的各功能塊間的關(guān)系的圖。
如圖3所示，控制信號(hào)cnt被供給至電流生成電路120時(shí)，電流生成電路120生成相應(yīng)于控制信號(hào)cnt的電流(勵(lì)磁電流)，并供給至線圈l1、l2。線圈l1、l2以及鐵芯125產(chǎn)生相應(yīng)于被供給至線圈l1、l2的電流的磁場。由此，在線圈l1、l2以及鐵芯125與永久磁鐵124之間磁場發(fā)生變化，在擋板122產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
若擋板122發(fā)生旋轉(zhuǎn)，則擋板122與噴嘴123的噴出口123b之間的距離發(fā)生變化，來自噴嘴的噴出口123b的空氣的噴出量發(fā)生變化。例如，如圖4所示，在勵(lì)磁電流沒有在線圈l1、l2流動(dòng)的情況下，噴嘴123的噴出口123b與擋板122的距離疏遠(yuǎn)，如圖5所示，在勵(lì)磁電流在線圈l1、l2流動(dòng)的情況下，噴嘴123的噴出口123b與擋板122的距離變近。如此，能夠通過使噴嘴123的噴出口123b與擋板122的距離發(fā)生變化，使從噴嘴123的排出口123a輸出的氣壓力信號(hào)sc的噴嘴背壓pn發(fā)生變化。
在此，對(duì)線圈l1、l2進(jìn)行詳細(xì)地說明。
線圈l1和線圈l2具有如下的磁力連接關(guān)系：在使電路流過線圈l1、l2電流時(shí)，從各個(gè)線圈l1、l2產(chǎn)生的磁通的方向?yàn)橄嗤较颉＜?，線圈l1和線圈l2順接串聯(lián)。另外，線圈l1和線圈l2電并聯(lián)連接。
具體地，如圖2所示，線圈l1和線圈l2被共同的鐵芯125貫通，在鐵芯125的延伸方向上相互分離地配置。
如此，通過將電并聯(lián)連接、且磁順接串聯(lián)的線圈l1l2應(yīng)用于電空轉(zhuǎn)換部12的磁力發(fā)生部121，能夠一邊滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，一邊提高定位器內(nèi)的電路設(shè)計(jì)的自由度。以下，進(jìn)行詳細(xì)地說明。
圖6為表示本實(shí)施方式所涉及的定位器1的電空轉(zhuǎn)換部12中的磁力發(fā)生部121的線圈l1、l2的電連接關(guān)系的圖。
圖7為表示圖12所示的現(xiàn)有的定位器的電空轉(zhuǎn)換部52中的磁力發(fā)生部521的線圈l0的電連接關(guān)系的圖。
如圖6所示，構(gòu)成本實(shí)施方式所涉及的定位器1的電空轉(zhuǎn)換部12的線圈l1以及線圈l2在從電流生成電路120供給電流的兩個(gè)信號(hào)線lp、ln之間并聯(lián)連接。
在此，如上所述，線圈l1、l2具有基于各線圈的繞組的電阻分量的等價(jià)串聯(lián)電阻。因此，在圖6中，將線圈l1、l2各自的等價(jià)串聯(lián)電阻作為繞組電阻r1、r2，相對(duì)于線圈l1、l2分別串聯(lián)連接。
另外，如圖6所示，在信號(hào)線lp、ln上，與線圈l1、l2并聯(lián)連接有齊納二極管zd1、zd2。
相對(duì)于此，如圖7所示，現(xiàn)有的電空轉(zhuǎn)換部52中的磁力發(fā)生部521由一個(gè)線圈l0構(gòu)成，繞組電阻r0串聯(lián)連接于線圈l0。另外，相對(duì)于線圈l0并聯(lián)連接有齊納二極管zda、zdb。
在此，在圖7所示的現(xiàn)有的磁力發(fā)生部521中，磁通φ、施加于齊納二極管zda、zdb的電壓、以及線圈l0所積蓄的能量以以下的方式表示。
從電流生成電路520針對(duì)線圈l0供給了電流i時(shí)，若將線圈l0的電感作為l，則從線圈l0產(chǎn)生的磁通φ表示為“φ＝li”。另外，齊納二極管zd1、zd2兩端的電壓v根據(jù)作為線圈l0的等價(jià)串聯(lián)電阻的電阻r0和電流i，被表示為“v＝ri”。另外，線圈l0所積蓄的能量e0表示為“e0＝li2/2”。
因此，在現(xiàn)有的磁力發(fā)生部521中，與線圈l0并聯(lián)連接的齊納二極管zda、zdb需要具有大于“v＝ri”的齊納電壓，并且在定位器故障時(shí)從線圈l0釋放能量e0時(shí)，具有與能夠吸收該能量e0(＝li2/2)相應(yīng)的額定功率。
然后，在圖6所示的本實(shí)施方式所涉及的磁力發(fā)生部121中，考慮使與圖7的磁力發(fā)生部521相同大小的磁通φ產(chǎn)生的情況。
該情況下，若將線圈l1、l2的繞數(shù)作為線圈l0繞數(shù)的一半，則線圈l1、l2的電感分別成為“l(fā)/2”，等效線性電阻也各自成為r1＝r2＝r/2。此時(shí)，若從電流生成電路120向線圈側(cè)供給電流2i，則流過各線圈l1、l2的電流各自成為“i”。
此時(shí)，從線圈l1、l2分別產(chǎn)生的磁通φ1、φ2成為“φ1＝φ2＝li/2”。如上所述，由于線圈l1和線圈l2順接串聯(lián)，從磁力發(fā)生部121產(chǎn)生的磁通φ為將線圈l1、l2各自磁通重疊的磁通，被表示為“φ＝φ1+φ2＝li/2+li/2＝li”。
另外，齊納二極管zd1、zd2兩端的電壓v由作為線圈l1、l2的等價(jià)串聯(lián)電阻的電阻r1、r2和流過各自電阻r1、r2的電流i決定，被表示為“v＝ri/2”。進(jìn)一步地，積蓄于線圈l1、l2的合計(jì)能量e被表示為“e＝1/2×li2/2+1/2×li2/2＝li2/2”。
因此，連接于實(shí)施方式1所涉及的磁力發(fā)生部121的齊納二極管zd1、zd2需要具有大于“v＝ri/2”的齊納電壓，并且在定位器故障時(shí)從線圈l0釋放能量e0時(shí)，具有與能夠吸收該能量e0(＝li2/2)相應(yīng)的額定功率。
根據(jù)以上的內(nèi)容，能夠理解在現(xiàn)有的磁力發(fā)生部521和本發(fā)明所涉及的磁力發(fā)生部121中使相同的磁通φ產(chǎn)生的情況下，在構(gòu)成磁力發(fā)生部的線圈的兩端的電壓方面，本發(fā)明所涉及的磁力發(fā)生部121一方變小。
以上，根據(jù)本發(fā)明所涉及的定位器1，由于將構(gòu)成電空轉(zhuǎn)換部的磁力發(fā)生部的線圈分割為多個(gè)，因此與現(xiàn)有的定位器相比，構(gòu)成電空轉(zhuǎn)換部的磁力發(fā)生部的線圈l1、l2的等價(jià)串聯(lián)電阻(r1、r2)變小，能夠減小在線圈l1、l2流過電流時(shí)各線圈l1、l2兩端所產(chǎn)生的電壓。
由此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于施加于并聯(lián)連接在線圈l1、l2上的齊納二極管zd1、zd2的電壓變小，能夠使用齊納電壓低的元件作為齊納二極管zd1、zd2，能夠降低構(gòu)成電空轉(zhuǎn)換部的電路的最大電壓。由此，能夠提高用于滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件的、構(gòu)成電空轉(zhuǎn)換部的電路元件的電路常數(shù)的容許值。
即，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的定位器1，能夠一邊滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，一邊增大定位器1內(nèi)的電路中的電容器的電容、線圈的電感等電路常數(shù)，相比于現(xiàn)有的定位器電路設(shè)計(jì)的自由度變高。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的定位器，通過將線圈分割為多個(gè)，定位器1的筐體內(nèi)的線圈的布局的自由度增加，因此定位器的小型化成為可能。另外，由于不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣為了減少線圈的等價(jià)串聯(lián)電阻而加粗線圈的繞組導(dǎo)線，因此能夠防止由線圈的大型化導(dǎo)致的定位器的大型化。即，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的定位器1，由于定位器的小型化成為可能，因此變得容易滿足耐壓防爆結(jié)構(gòu)的要件，另外，能夠抑制制造成本。
《實(shí)施方式2》
圖8為示意地表示實(shí)施方式2所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
圖8所示的電空轉(zhuǎn)換部22在構(gòu)成磁力發(fā)生部的兩個(gè)線圈被配置在同心圓上這一點(diǎn)上，與實(shí)施方式1所涉及的電空轉(zhuǎn)換部12不同，在其他點(diǎn)上與實(shí)施方式1所涉及的電空轉(zhuǎn)換部12相同。另外，在圖8中，對(duì)和實(shí)施方式1所涉及的電空轉(zhuǎn)換部12相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)并省略了詳細(xì)的說明。
圖9為表示實(shí)施方式2所涉及的電空轉(zhuǎn)換部22中的線圈l1和線圈l2的位置關(guān)系的圖。該圖中，示意地示出了線圈l1、l2在圖8的x－x截面，即在與線圈l1、l2的軸線(鐵芯125貫通的方向)垂直的方向上切開時(shí)的線圈l1、l2的截面形狀。
如圖9所示，磁力發(fā)生部221中的線圈l1和線圈l2被配置在同心圓上。具體地，在線圈l1的軸線方向上，筒狀的線圈l2被插入筒狀的線圈l1的內(nèi)部，線圈l1和線圈l2以同軸的方式配置。另外，在線圈l2的內(nèi)部，鐵芯125在線圈l1、l2的軸線方向上貫通地配置。另外，線圈l1和線圈l2的電連接關(guān)系與實(shí)施方式1相同(參照圖6)。
如以上那樣，與實(shí)施方式1所涉及的定位器同樣地，通過將構(gòu)成磁力發(fā)生部的線圈分割為線圈l1和線圈l2而配置，因此能夠一邊滿足本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)的要件，一邊提高定位器內(nèi)部的電路的設(shè)計(jì)的自由度。
另外，通過如上所述將線圈l1和線圈l2配置在同心圓上，由于能夠進(jìn)一步地減小在定位器內(nèi)部線圈l1、l2占用的空間，因此定位器的更加小型化成為可能。
《實(shí)施方式3》
圖10為示意地表示實(shí)施方式3所涉及的定位器中的電空轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成的圖。
圖10所示的電空轉(zhuǎn)換部32在將用于從電流生成電路對(duì)線圈供給電流的配線分支為多個(gè)，并將線圈和齊納二極管一組一組地連接于每一個(gè)分支后的配線的這一點(diǎn)上，與實(shí)施方式1所涉及的電空轉(zhuǎn)換部12不同。
圖11示出了電空轉(zhuǎn)換部32中的線圈l1、l2的電連接關(guān)系。
如該圖所示，電流生成電路120與線圈l1、l2通過從電流生成電路20供給電流的主配線lp、ln、從主配線lp分支的分支配線lp1、lp2、以及從主配線ln分支的分支配線ln1、ln2連接。
在分支配線lp1和分支配線ln1之間，連接有線圈l1和齊納二極管zd1、zd2。另外，在分支配線lp2和分支配線ln2之間，連接有線圈l2和齊納二極管zd3、zd4。
在此，在圖11所示的磁力發(fā)生部321中，考慮使與圖7所示的現(xiàn)有的磁力發(fā)生部521相同的磁通φ產(chǎn)生的情況。
在圖11中，與實(shí)施方式1所涉及的磁力發(fā)生部121相同地，將線圈l1、l2的電感分別作為“l(fā)/2”，在從電流生成電路120對(duì)主配線lp、ln供給“2i”的電流時(shí)，與實(shí)施方式1所涉及的磁力發(fā)生部121相同地，從磁力發(fā)生部321產(chǎn)生的磁通φ被表示為“φ＝φ1+φ2＝li/2+li/2＝li”。
另外，與實(shí)施方式1所涉及的磁力發(fā)生部121相同地，齊納二極管zd1、zd2兩端的電壓v1以及齊納二極管zd3、zd4兩端的電壓v2被表示為“v1＝v2＝ri/2”。進(jìn)一步地，被積蓄于線圈l1的能量e1被表示為“e1＝1/2×li2/2＝li2/4”，被積蓄于線圈l2的能量e2被表示為“e2＝1/2×li2/2＝li2/4”。
在此，如上所述，線圈l1和線圈l2不是連接于共同的配線而是分別各自地連接于從主配線lp、ln分支的分支配線lp1、ln1和分支配線lp2、ln2。另外，在每個(gè)連接線圈l1、l2的分支配線上，連接有齊納二極管zd1、zd2和齊納二極管zd3、zd4。
因此，連接于分支配線lp1、ln1的齊納二極管zd1、zd2具有大于“v＝ri/2”的齊納電壓，并且在定位器故障時(shí)在從線圈l1釋放能量e1時(shí)，具有與能夠吸收該能量e1(＝li2/4＝e0/2)相應(yīng)的額定功率即可。同樣地，連接于分支配線lp2、ln2的齊納二極管zd3、zd4具有大于“v＝ri/2”的齊納電壓，并且在定位器故障時(shí)在從線圈l2釋放能量e2時(shí)，具有與能夠吸收該能量e2(＝li2/4＝e0/2)相應(yīng)的額定功率即可。即，一個(gè)齊納二極管應(yīng)該吸收的線圈的能量成為在現(xiàn)有的磁力發(fā)生部521中的齊納二極管應(yīng)該吸收的線圈的能量的一半。
如以上那樣，通過使向線圈供給勵(lì)磁電流的配線分支為多個(gè)，將線圈和齊納二極管一組一組地連接于各個(gè)分支配線，與現(xiàn)有的定位器相比，齊納二極管應(yīng)該吸收的線圈的能量成為一半，因此能夠降低對(duì)各個(gè)齊納二極管要求的額定功率。具體地，能夠使用比現(xiàn)有的磁力發(fā)生部521中的齊納二極管zda、zdb額定功率小的元件作為磁力發(fā)生部321中的齊納二極管zd1、zd2、zd3、zd4。由此，擴(kuò)展了齊納二極管的選擇范圍，有助于定位器的制造成本的降低。
以上，基于實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的發(fā)明人完成的發(fā)明進(jìn)行了具體地說明，本發(fā)明并不限定于此，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)，當(dāng)然能夠進(jìn)行種種變更。
例如，在實(shí)施方式1、2、3中，示例了將構(gòu)成磁力發(fā)生部的線圈分割為線圈l1和線圈l2的兩個(gè)的情況，但是線圈的分割數(shù)量并不限定于此。例如，也可以將上述線圈分割為三個(gè)以上。
另外，在實(shí)施方式1中，示例了線圈l1和線圈l2并列地配置的情況，但是線圈l1、l2以成為順接串聯(lián)的方式進(jìn)行配置即可，并不限定于上述的例子。
另外，在實(shí)施方式3中，示例了線圈l1和線圈l2被共同的鐵芯125貫通，在鐵芯125的延伸方向上相互分離地配置的情況，但是也可以如實(shí)施方式2所示，線圈l1和線圈l2配置在同心圓上。
符號(hào)說明
200…閥控制系統(tǒng)，1…定位器，2…操作器，3…調(diào)節(jié)閥，4…上位裝置，5…空氣(air)，10…控制器，11…空氣電路，12、22、32…電空轉(zhuǎn)換部，13…流量放大部，14…閥開度檢測部，120…電流生成電路，121、221、321…磁力發(fā)生部，122…擋板，123…噴嘴，124…永久磁鐵，125…鐵芯，l1，l2…線圈，zd1、zd2、zd3、zd4…齊納二極管，sp…閥開度的設(shè)定值，pv…閥開度的實(shí)測值，cnt…控制信號(hào)，sc…氣壓信號(hào)，so…輸出氣壓信號(hào)，ps…供給氣壓，pn…噴嘴背壓，sen…檢測信號(hào)，lp、ln…主配線，lp1、lp2、ln1、ln2…分支配線。