具有故障保护的集成换能器制造技术

具有下部壳体组件和上部壳体组件的换能器用于连接到流体压力源，该流体压力源具有用于经由电输入信号来设置气动输出的机制。下部壳体组件包括被配置成接纳供应喷嘴的下部壳体，该供应喷嘴通过内部流体通道与供应端口流体连通，并且与下部壳体的输出端口间歇流体连通。下部壳体进一步包括排出喷嘴，该排出喷嘴与排出端口流体连通，并通过内部流体通道与下部壳体的输出端口间歇流体连通。上部壳体组件包括被配置成接纳线圈和电枢的上部壳体，使得该上部壳体、线圈和电枢定义闭锁电磁回路，该闭锁电磁回路提供电枢与供应喷嘴以及下壳体组件的排出喷嘴的交替接触。

Integrated Transducer with Fault Protection

Transducers with lower shell assemblies and upper shell assemblies are used to connect to a fluid pressure source, which has a mechanism for setting pneumatic output via an electrical input signal. The lower shell assembly includes a lower shell configured to receive a supply nozzle, which is fluidly connected to the supply port through an internal fluid passage and intermittently to the output port of the lower shell. The lower shell further comprises a discharge nozzle, which is connected with the discharge port fluid, and is connected with the output port intermittent fluid of the lower shell through an internal fluid passage. The upper shell assembly includes an upper shell configured to receive coils and armature, so that the upper shell, coil and armature define a locking electromagnetic circuit, which provides alternate contact between armature and the discharge nozzle of the supply nozzle and the lower shell assembly.

【技术实现步骤摘要】
具有故障保护的集成换能器
本公开涉及过程控制系统中的现场装备，并且更具体地涉及用于控制过程控制系统中的阀的电控气动转换器。
技术介绍
工业加工工厂在各种各样的应用(从控制炼油厂中的过程流到维护油罐区中的液位)中使用控制阀。通常为自动化的控制阀用于通过像可变孔或通道那样运作来管理这样的流体流动。通过控制诸如阀塞之类的内部阀组件，可准确地调节通过阀主体的产品量。通常使用由远程操作现场装备控制的压力操作致动器来使控制阀自动化。现场装备与过程控制计算机进行通信以指挥阀内的流体流动改变，以便经由压力操作致动器来实现工厂操作者的期望控制策略。电控气动转换器(诸如电流到压力换能器)在现场装备中常用于将电信号转换到体积流量或压力输出，以控制致动器，并因此控制控制阀。当前的电控致动转换器要么提供连续的比例电流到电压的转换，要么提供间歇性或脉冲模式的电流到压力的转换。现有的连续转换电控气动转换器在操作期间不断地消耗或排出空气。在某些应用中(诸如当到现场装备和电控气动转换器的流体供应是如天然气之类的过程介质时)，高空气消耗不是合乎需要的。例如，与在流体供应系统中提供附加能力相关联的成本可能是显著的。另外，这样的过程介质的持续流出既昂贵又浪费环境。替换地，当前的脉冲模式电控气动转换器通常基于压电技术或多重螺线管配置。压电设计(诸如由德国阿尔滕斯塔特的HoerbigerGmbh公司提供的已知设计)可能极其耗电，并且实现起来相对昂贵。此外，归因于压电效果在约-20摄氏度以下开始降级的事实，压电设计有温度限制。另外，归因于电池电路的重复，多重螺线管设计是复杂的，并且可能制造起来是昂贵的。
技术实现思路
本公开的第一方面提供下部壳体组件和上部壳体组件。下部壳体组件包括下部壳体，该下部壳体被配置成接纳供应喷嘴。供应喷嘴与供应端口流体连通，并通过内部流体通道与下部壳体的输出端口间歇流体连通。下部壳体进一步包括排出喷嘴，该排出喷嘴与排出端口流体连通，并通过内部流体通道与下部壳体的输出端口间歇流体连通。上部壳体组件包括上部壳体，该上部壳体被配置成接纳线圈和电枢，以使得上部壳体、线圈和电枢定义闭锁电磁回路，该闭锁电磁回路提供电枢与供应喷嘴和下部壳体组件的排出喷嘴的交替接触。本公开的第二方面提供气动回路和电磁回路。气动回路包括下部壳体和压力室，该下部壳体具有通过内部流体通道和压力腔室流体连通的供应端口、排出端口和输出端口。电磁回路包括上部壳体，该上部壳体被配置成接纳线圈和电枢，以使得电枢可响应于电输入信号而移动，并且电磁回路定义弹力矩和磁力矩。弹力矩和磁力矩相配合以交替地将电枢闭锁为紧邻上部壳体和非毗邻上部壳体。在本公开的第三方面，电控气动开关阀包括气动回路、电磁回路和控制模块。气动回路耦合到承压流体源，且电磁回路耦合到气动回路。控制回路连接到电磁回路，并提供引起气动回路的第一状态的第一控制信号、引起气动回路的第二状态的第二控制信号、引起气动回路的第三状态的第三控制信号以及引起气动回路的第四状态的第四控制信号。附图说明图1是根据本公开的原理构造的示例换能器的分解透视图；图2是根据本公开的原理构造的示例换能器的截面图；图3是根据本公开的原理构造的示例换能器的上部壳体的平面视图；图4是具有根据本公开的原理构造的示例换能器的下部块的截面的平面视图；图5是根据本公开的原理构造的示例换能器的供应喷嘴和排除喷嘴的截面图；图6是根据本公开的原理构造的示例换能器的偏置调节螺钉的截面图；图7是根据本公开的原理构造的示例换能器的电枢的平面视图；图8是根据本公开的原理构造的示例换能器的操作特性的状态图；图9A是根据本公开的原理构造的示例换能器的激励曲线的图示；图9B是根据本公开的原理构造的示例换能器的激励曲线的图示；图9C是根据本公开的原理构造的示例换能器的激励曲线的图示；图10是操作根据本公开的原理构造的示例换能器的示例控制模块的图示；图11A和11B是针对根据本公开的原理构造的示例换能器的控制模块的控制逻辑的示例流程图。具体实施方式出于提升对本公开的原理的理解的目的，将对附图中例示的示例实施例及其变体以及用于对其进行描述的特定语言作出参考。然而，将理解，并无意由此作出本公开的范围上的限制，并且包括诸如本公开所涉及的领域中的技术人员通常会想到的所例示的设备中的变更和进一步修改以及所例示的本公开的原理的进一步应用。电控气动现场装备提供电信号到体积流量或压力输出的转换，以经由压力换能器将独立的电气命令信号耦合到从属的气动压力信号。因此，提供了一种气动前置级(即换能器)，并且更具体地，提供了一种供连接到流体压力源的闭锁气动换能器(LPT)，该闭锁气动换能器(LPT)包括用于通过电输入信号来设置气动输出的机制。示例LPT的气动输出(即，流体压力)可在被供应给致动器的工作室之前被供应给气动主要级(即，气动放大器)，例如，继电器或短管阀。根据该示例LPT，换能器的机制被设计成根据单个电输入信号来生成非连续闭锁气动输出信号；从而用作电控气动开关阀。现在参考图1、2、3和4，闭锁气动换能器(LPT)10包括上部块组件100和下部块组件200。上部块组件包括上部壳体或上部壳体110、线圈130、偏置弹簧和包含电枢紧固件310的电枢300，以定义示例LPT10的电磁回路。优选地，上部壳体110是包括被配置成容纳线圈130的环形线圈凹部111的直角长方体，该环形线圈凹部111由具有同轴圆柱性芯体114的第一筒形腔112形成。上部壳体110的第一远端120包括用于接纳线圈130的一对电导线(未示出)的电馈通121。上部壳体110进一步包括形成用于接纳偏置弹簧150的弹簧凹部的第二筒形腔122。凸起的电枢安装凸耳151为电枢300提供安装面，该安装面包括限制环形线圈凹部111的环形止动部152。线圈密封件135可紧邻线圈130的第一端138放置以形成用于防止供应流体与线圈130接触的流体密封。在上部壳体110的诸角处提供多个紧固件孔139a-d以容纳将上部块组件100耦合到下部块组件200的紧固件140a-d。作为示例，上部壳体110的优选长度、宽度和高度分别为1.000英寸、1.060英寸、和0.385英寸，其中上部块100优选地由低磁滞材料(诸如卡喷特49镍铁合金(CarpenterHiPerm49))以及腐蚀钝化层(诸如，来自美国南卡罗来纳州克希尔的阿托科技公司(Atotech)的无电镀镍)制成，该腐蚀钝化层具有范围在4-6微米且优选为5微米的层。此外，上部壳体110可优选地使用已知的机加工技术用条料制成，或使用金属注射成型技术制造而成。另外，替换钝化层可包括来自德克萨斯州凯蒂的聚对二甲苯涂层服务公司(ParyleneCoatingService)的聚对二甲苯C涂层，或来自伊利诺伊州绍姆堡的欧瑞康巴尔查斯涂层公司(OerlikonBalzersCoating)的涂层。环形线圈凹部111的外径优选为0.555英寸，并且由圆柱形芯体114形成的内径(优选为0.291英寸)沿中心轴A被定位在与第二远端136相距0.193英寸处，其中电馈通121接近线圈环形凹部111并且优选地沿轴A具有0.053英寸的直径并位于与第一远端120相距0.310英寸处。优选地，偏置弹簧凹部124的直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电控气动换能器，包括：下部块组件，所述下部块组件包括下部壳体和供应喷嘴，所述供应喷嘴通过内部流体通道与供应端口流体连通，并与所述下部壳体的输出端口间歇地流体连通，所述下部壳体进一步包括排出喷嘴，所述排出喷嘴通过所述内部流体通道与排出端口流体连通，并与所述下部壳体的所述输出端口间歇地流体连通；以及上部块组件，所述上部块组件包括上部壳体、线圈和电枢，所述上部壳体、线圈和电枢限定电磁回路，所述电磁回路提供所述电枢与所述下部壳体组件的所述供应喷嘴的交替接触，所述电磁回路被布置为接收电输入信号以将所述输出端口闭锁在高输出状态，并在缺失所述电信号的情况下将所述输出端口解锁为故障保护、低输出状态，所述电枢进一步包括多个铰链，所述铰链提供与磁力矩相反的弹簧力矩，以交替地将所述电枢闭锁为紧邻所述上部壳体以及将所述电枢解锁为不与所述上部壳体相邻。

【技术特征摘要】
2017.06.30 US 15/639,9031.一种电控气动换能器，包括：下部块组件，所述下部块组件包括下部壳体和供应喷嘴，所述供应喷嘴通过内部流体通道与供应端口流体连通，并与所述下部壳体的输出端口间歇地流体连通，所述下部壳体进一步包括排出喷嘴，所述排出喷嘴通过所述内部流体通道与排出端口流体连通，并与所述下部壳体的所述输出端口间歇地流体连通；以及上部块组件，所述上部块组件包括上部壳体、线圈和电枢，所述上部壳体、线圈和电枢限定电磁回路，所述电磁回路提供所述电枢与所述下部壳体组件的所述供应喷嘴的交替接触，所述电磁回路被布置为接收电输入信号以将所述输出端口闭锁在高输出状态，并在缺失所述电信号的情况下将所述输出端口解锁为故障保护、低输出状态，所述电枢进一步包括多个铰链，所述铰链提供与磁力矩相反的弹簧力矩，以交替地将所述电枢闭锁为紧邻所述上部壳体以及将所述电枢解锁为不与所述上部壳体相邻。2.如权利要求1所述的电控气动换能器，其特征在于，所述换能器被布置成交替地调节通过所述供应喷嘴和所述排出喷嘴的流体流动。3.如权利要求1所述的电控气动换能器，其特征在于，所述下部壳体被进一步配置成容纳偏置弹簧调节螺钉，并且所述上部壳体被进一步配置成容纳偏置弹簧。4.如权利要求3所述的电控气动换能器，其特征在于，所述偏置弹簧和所述偏置弹簧调节螺钉相配合以提供偏置弹簧力，从而偏置所述电磁回路的所述电枢。5.如权利要求1所述的电控气动换能器，其特征在于，所述电磁回路的所述电枢由低磁滞材料制成。6.如权利要求1所述的电控气动换能器，其特征在于，缺失所述电信号是功率丢失或零电流电输入信号中的至少一者。7.如权利要求1所述的电控气动换能器，其特征在于，内部流体通道进一步包括压力腔室、供应端口孔、排出端口孔和输出孔。8.一种闭锁电控气动换能器，包括：气动回路，所述气动回路包括下部壳体，所述下部壳体具有通过内部流体通道和压力腔室流体连通的供应端口、排出端口和输出端口；电磁回路，所述电磁回路包括上部壳体、线圈和电枢，所述电枢包括多个铰链，所述铰链提供弹簧力矩，并且所述电枢能响应于电输入信号移动，所述电磁回路限定磁力矩，所述弹簧力矩和磁力矩共同作用，以便将所述电枢交替地闭锁为紧邻所述上部壳体以及不与所述上部壳体相邻，所述电枢的响应速度通过施加负电流电输入信号来增加。9.如权利要求8所述的闭锁电控气动换能器，其特征在于，供应喷嘴通过内部流体通道与供应端口流体连通，并且与输出端口间歇地流体连...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·W·加斯曼，C·加尔布雷恩，
申请(专利权)人：费希尔控制产品国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US