低消耗气动控制器制造技术

一种用于控制过程的气动控制器，其有利地通过向反馈信号提供比例调节来减小流体消耗。该气动控制器包括：诸如继动器等气动控制架、过程压力检测器、以及齿条齿轮反馈组件。所述齿轮齿条反馈组件提供对所述反馈信号的比例调节，从而减小该气动控制器的流体消耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体上涉及气动控制器，更具体而言，涉及一种使用在要求非常 低的供应流体消耗的过程控制应用中的气动控制器的改进。
技术介绍
过程控制系统典型地使用诸如压缩空气或气体等供应流体来操作过程 控制系统内的气动过程控制部件。在远程地点，过程控制系统还已知为使用 受控的过程介质来操作诸如气动仪器或控制器等控制系统部件和控制阀致 动器。在很多过程应用中，被用来操作控制系统的气动供应流体的一部分可 能在操作期间被消耗(即，供应气体在操作期间被排放，没有被捕获或再循 环)。例如， 一般已知的是，闭合回路气动控制器经常使用比例带阀来调节 气动控制器的伺服回路内的反馈信号。大多数比例带阀被实施为将 一 部分供 应流体排放或者排出到大气中的可预设定的三通阀或二通分压器。用于操作气动控制器的供应流体或者气体的量可分成两类使诸如控制 阀等气动控制装置工作所需的供应流体，以及被消耗或者膨胀来操作气动控 制器的供应流体。例如，在需要压力控制的系统中，包括控制阀和气动控制 器的控制回路可被使用。对于这种控制回路，供应气体被用来致动或者移动 控制阀，并且在气动控制器的操作期间被消耗以产生气动控制信号来致动控制阀。过程控制回路内的将供应流体排放到大气的元件本质上浪费排放中的 供应流体。在一些过程控制应用中，大量供应流体被浪费。作为示例，比例带阀可排出高达80%的用于操作控制器的供应气体。的，例如在天然气用作供应流体的天然气工业中。这样，如天然气等高价值 流体的损失可为操作者提供限制供应流体消耗的重要的经济动机。另外，供 应流体泄漏对环境的影响和对某些种类的排放或排出超过限制的现有规定 处罚形成限制气动仪器消耗的另外的激励。即使在压缩空气用作供应气体的 非远程地点，压缩空气从众多气动控制器的排放可增大供应压缩空气所需的 压缩机的操作成本和/或尺寸。
技术实现思路
根据一个示例， 一种用于控制过程的气动控制器包括气动控制架，用 于向控制元件提供过程控制信号；气动反馈组件，用于向所述气动控制架提 供表示所述过程的反馈控制信号，其中所述反馈控制信号修改所述过程控制 信号；以及连接到所述气动反馈组件的反馈比例配置装置，用于提供对所述 反馈控制信号的调节。根据另一示例， 一种用于气动过程控制器的反馈比例配置装置包括反 馈检测器，用于提供表示控制信号的反馈信号；和悬臂组件，用于提供对所 述反馈信号的预定调节。所述悬臂组件实质上减小所述气动过程控制器的供 应流体消耗。附图说明相信具有新颖性的本专利技术的特征具体阐释在所附权利要求中。通过参见 下面结合所附附图的描述可对本专利技术进行最佳的理解，其中各附图中相同的 附图标记表示相同的元件，其中图1为表示包括悬臂反馈调节机构的示例性气动控制器的示意图；图2为悬臂反馈调节机构的放大图3为表示用于气动控制器的偏心凸轮调节器的示意图4A为用于气动控制器的示例性齿条齿轮反馈机构的透视图4B为示例性齿条齿轮反馈机构的外侧齿条的侧视图4C为示例性齿条齿轮反馈机构的剖视端视图；和图5为示例性齿条齿轮反馈机构的悬臂的俯视图。具体实施例方式回路内的反馈信号，以实质上减小操作期间的流体消耗。参见图1,其描述 了示例性气动控制器IO。气动控制器10包括气动控制架13、反馈组件12、 以及比例反馈装置37。在一个实施例中，气动控制架包括继动器13。反馈 组件12包括波登管组件32和喷嘴挡板组件22，喷嘴挡板组件22包括喷嘴 阀17和加法横梁挡板(summing beam-flapper ) 21。为了操作控制器10，诸 如天然气等供应流体ll被连接到继动器13的入口 14。继动器13提供气动 控制架以通过控制压力20来驱动控制阀致动器16,从而将用于控制经过控 制阀33的过程流量50的流量控制元件31定位在控制阀33内。用于致动控 制阀致动器16的控制压力20来源于与连接到继动器13的供应流体11相关 的压力，并且部分地由喷嘴挡板组件22产生的气动控制信号来确定。在气动控制器10的初始起动中，继动器13中的内部继动阀23打开， 供应流体11流动通过继动器13内的继动腔24和控制腔29，以在致动器16 中产生控制压力20。如图2所示，控制腔29的入口 18处的气动节流器43 在继动腔24和控制腔29的加压期间产生滞留或者延迟，以向致动器16提 供流体流动，直到达到继动器13的预定或操作力平衡为止，如本文所描述 的那样。在操作期间，控制压力20是连接到继动器13的控制入口 19的喷 嘴挡板组件22通过压力分流作用对喷嘴压力30进行调制的结果。也就是， 通过主要由供应流体压力11以及入口弹簧51和继动腔弹簧52产生的附加偏压弹簧力而形成的力平衡，继动阀23进行操作，其中供应流体压力ll根 据继动器13中上隔膜26与加载隔膜27的面积比起作用。 一般应该理解， 通过控制根据加载隔膜27而作用的喷嘴压力30，与喷嘴压力30直接相关 的补充力控制继动阀23定位，并继而控制到达致动器16的控制压力20。先前所述的喷嘴挡板组件22的分流作用由加法横梁挡板21相对于喷嘴 阀17的相对位置产生。喷嘴挡板组件22中相对位置的变化产生可变的流体 节流(fluid restriction)，该可变的流体节流导致喷嘴压力30的相应变化。 更具体而言，喷嘴阀17相对于电子束挡板21的相对位置部分地由与下游过 程流体流量50相关的过程压力40来确定。为了感应或者^r测过程压力40, 波登管组件32被直接连接到下游过程流体流量50。当波登管组件32被加 压时，波登管组件32将根据过程压力40的变化而膨胀或者收缩。相应地， 应该理解的是，过程压力40的增大导致波登管组件32的膨胀，这相继使加 法横梁挡板21从标记为A的左端开始移动而引起朝向喷嘴阀17的移动， 从而有效地增大喷嘴阀17处的节流，以增大继动器13中的加载隔膜27上 的压力，加载隔膜27上的压力增大相继打开继动阀23，从而造成到达致动 器16的控制压力20增大。类似地，过程压力40的减小使得波登管组件32 收缩，这使加法横梁挡板21移动远离喷嘴阀17,从而减小由喷嘴挡板组件 22呈现的节流以及加载隔膜27上的流体压力，继而造成到达致动器16的 控制压力20减小。在示例性气动控制器10中，波登管组件32被用作过程 反馈纟企测器或元件，但本领域技术人员应该理解的是也可以使用诸如波紋管 组件等其它反馈元件。为了改变控制阀33的控制点，气动控制器IO提供连接到喷嘴挡板组件 22的调节装置25,以在喷嘴挡板组件22中形成固定或最小压力分流。也就 是，气动控制器10的设定点通过调节喷嘴阀17相对于加法横梁挡板21的 绝对位置来设立。在示例性气动控制器10中，凸轮式操作杆装置36使喷嘴 阀17相对于加法横梁挡板21移动，以提供前述通过喷嘴阀17的预定分流 或泄放，，。通过设立该预定分流，喷嘴压力30向加载隔膜27上提供预定力，以使到达致动器16的控制压力20大致固定。 一般还已知的是过程(即， 阀内的振动力，或者阔下游流量需求的变化)内的波动可导致控制元件31 的位置偏离，这将影响过程控制(即，只使用前述设定点控制的开放式回路 控制是不足以控制过程的)。为了最小化这种波动对过程的影响，过程控制 器提供用在闭合回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制过程的气动控制器，该控制器包括：　气动控制架，用于向控制元件提供过程控制信号；　气动反馈组件，用于向所述气动控制架提供表示所述过程的反馈控制信号，其中所述反馈控制信号修改所述过程控制信号；以及　连接到所述气动反 馈组件的齿条齿轮反馈组件，其中所述齿条齿轮反馈组件提供对所述反馈控制信号的调节。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-10-2 60/827,823;US 2007-9-10 11/852,7971、一种用于控制过程的气动控制器，该控制器包括气动控制架，用于向控制元件提供过程控制信号；气动反馈组件，用于向所述气动控制架提供表示所述过程的反馈控制信号，其中所述反馈控制信号修改所述过程控制信号；以及连接到所述气动反馈组件的齿条齿轮反馈组件，其中所述齿条齿轮反馈组件提供对所述反馈控制信号的调节。2、 如权利要求1所述的气动控制器，其中所述齿条齿轮反馈组件进一 步包括波紋管组件。3、 如权利要求1所述的气动控制器，其中所述气动控制架包括继动器。4、 如权利要求1所述的气动控制器，其中所述气动反馈组件进一步包 括波登管和喷嘴挡板组件。5、 如权利要求1所述的气动控制器，其中所述齿条齿轮反馈组件包括 悬臂和滚轴齿轮组件，该滚轴齿轮组件用于调节该悬臂刚度以使所述悬臂的 刚度提供预定反馈控制信号。6、 如权利要求5所述的气动控制器，其中所述悬臂的刚度与所述悬臂 的长度、所述悬臂的厚度、以及所述悬臂的宽度中的至少之一成比例。7、 如权利要求5所述的气动控制器，其中所述滚轴齿轮组件包括滚轴、 齿轮传动机构、以及齿条传动机构。8、 如权利要求7所述的气动控制器，其中所述滚轴齿轮组件进一步包 括具有偏压部分和滚轴部分的增益调节条，使得偏压弹簧组件将所述悬臂操 作性地连接到所述增益调节条的所述偏压部分，并且所述滚轴沿所述滚轴部 分的位置调节所述悬臂的刚度。9、 如权利要求1所述的气动控制器，其中所述齿条齿轮反馈组件实质 上减小所述气动控制器的供应流体消耗。10、 一种用于气动过程控制器的反馈比例配置装置，所述气动过程控制器具有气动控制架和气动反馈组件，该反馈比例配置装置包括反馈检测器，用于提供表示由所述气动控制架产生的控制信号的反馈信 号；和齿条齿轮组件，用于提供对所述反馈信号的预定调节。11、 如权利要求10所述的反馈比例配置装置，其中所述反馈检测器包 括波紋管组件。12、 如权利要求11所述的反馈比例配置装置，其中所述齿条齿轮组件 包括悬臂和滚轴齿轮组件。13、 如权利要求12所述的反馈比例配置装置，其中所述齿条齿轮组件的所述预定调节包括改变所述悬臂的刚度。14、 如权利要求13所述的反馈比例配置装置，其中所述悬臂的刚度与 所述悬臂的长度、所述悬臂的厚度、以及所述悬臂的宽度中的至少之一直接相关。15、 如权利要求14所述的反馈比例配置装置，其中所述悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大C佩塞克，马克D施蒂尔，
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：US[美国]