전기공기식 위치조절기

전기공기식 위치조절기

제1a도는 본 발명에 따른 전기공기식 위치조절기로서 사용되는 전기공기식 변환기의 일실시예의 주요 부분을 도시한 도면도.

제1b도는 제1a도에 도시된 전기공기식 변환기의 작동상태를 도시한 개략도.

제1c도는 본 발명에 따른 전기공기식 위치조절기의 전체적인 배열을 도시한 단면도.

제2도는 본 발명과 종래기술에서 공통으로 사용되는 전기공기식 위치조절기의 원리를 도시한 블록선도.

제3도는 신호의 튜티(duty)와 편차 사이의 관계를 도시한 그래프.

제4도는 본 발명과 종래기술에 공통으로 사용되는 전기공기식 위치 조절기의 전체적인 배열을 도시한 단면도.

제5도는 전기공기식 변환기의 원리를 도시한 단면도.

제6도는 신호의 튜티과 노즐배압 사이의 관계를 도시한 그래프.

제7도는 노즐배압과 배출공기압 사이의 관계를 도시한 그래프.

제8도는 종래기술의 전기공기식 변환기의 작동상태를 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 산술유니트 2,102 : (전기공기식) 변환기

3 : 파일로트 릴레이 4 : (자동식) 조절밸브

4a : (조절밸브의) 작동유니트 5 : 센서

6 : 입력부 10 : (조절밸브의) 작동축

11 : (전기공기식) 위치조절기 12,112 : 하우징

13,113 : 피이드백 기구 14,114 : 피이드백 레버

15,115 : (피이드백 레버의) 축 16: (작동축의) 구멍

17 : (작동축의) 핀 18,118 : 피붓축

19,119 : 피이드백 스프링 20,120 : 플래퍼

21,121 : 스팬아암 22,122 : 스팬조절 스크류

23,123 : 피이드백 판 24,124 : 판접촉부재

27,127 : 노즐 및 플래퍼 기구 28,128 : 자기유니트

30,130 : 지지대 31,131 : 노즐

32,132 : 영점조절기구 33,133 : (영점조절) 스프링

34 : 공급공기관 35 : 유량제한기

36 : 감압밸브 37 : 베이스

38,138 : 요우크

38a,38b,38c,138a,138b,138c : (요우크의) 다리부

39a,39b,139a,139b : 코일 40,140 : 영구자석

41,141 : 정지부재 43,143 : 스프링

44,144 : 십자형 스프링 45,145 : 브라켓

47a,47b : 다이아프램 48 : 격벽

49 : 공기공급 챔버 50 : 배출 챔버

51 : 대기방출 챔버 52 : 바이어스 챔버

53 : 노즐배압 챔버 54 : (파일로트 릴레이의) 하우징

55 : 포핏 밸브 56 : 피스톤

58 : 격벽의 소통구멍 59 : (피스톤의) 구멍

60,62,63 : 관 64 : 스프링

70,170 : 조절수단 D : 튜티신호

e : (신호의) 편차 F : 힘

Io : 전기신호 P _N : 노즐배압

Pn : 배축공기압 Pout : 구동압

Psup : 공급공기압 T : 회전토우크

X : 실제 작동량

본 발명은, 예를들면 석유화학공장이나 화학공장 등과 같은 여러 공장에서 사용되고 있는 제어밸브의 작동축을 입력신호로부터 변화된 공기압에 의해서 입력신호에 상응하는 위치로 제어하기 위한 전기공기식 위치조절기에 관한 것이다.

일반적으로, 석유화학공장 등과 같은 공장에서는 폭발성 가스의 유량을 조절하는 자동식 조절밸브가 전기신호에 의해서 직접적으로 구동될 수가 없다. 이 때문에, 전기신호가 먼저 공기신호로 변환되고나서 자동식 조절밸브가 이러한 공기신호에 의해서 작동된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 이와 같은 유형의 자동식 조절밸브의 작동축을 제어하기 위한 밸브위치조절기로서 사용되고 있는 종래기술의 전기공기식 위치조절기에서는, 예를들면 4㎃ 내지 20㎃ 정도의 전기신호(Io)와 피이드백 신호 사이의 편차(e)가 튜티신호(펄스신호)로 변환되어서 튜티를 제공하며, 이러한 튜티신호는 공기신호로 변환되어서 최종적으로 배출공기압(Pn)을 제공한다.

제2도는 밸브위치조절기의 작동원리를 도시한 블록선도이다. 제2도를 참조하면, 산술유니트(1)는 입력부(6)를 통해서 전기신호(Io)가 입력되는 CPU(Central Processing Unit)로 구성되어 있으며, 노즐 및 플래퍼(flapper) 기구를 갖춘 디지틀 전기공기식 변환기(2)가 산술유니트(1)로부터의 출력 및 펄스로 구성된 튜티신호에 의해서 구동되며, 비례이득(gain)이 높은 파일로트 릴레이(3)가 노즐 및 플래퍼 기구의 노즐배압(P _N )을 증폭시켜서 최종적인 배출공기압(Pn)을 자동식 조절밸브(4)의 작동유니트(4a)로 출력시키며, 센서(5)가 실제 작동량(X)을 검출하여 이를 전기신호로서 다시 산술유니트(1)로 보낸다. 산술유니트(1)는 전기신호(Io)와 센서(5)로부터 검출된 신호 사이의 편차(e)를 튜티로 변환시킴으로써 얻어지는 튜티신호(펄스신호)를 전기공기식 변환기(2)로 입력시키는데, 이에 따라서 노즐 및 플래퍼 기구의 노즐과 플래퍼가 전기신호(Io)에 근거하여 힘의 균형을 유지시킨다. 제3도는 신호의 편차(e)와 튜티 사이의 관계를 도시한 선도이다. 신호의 편차(e)가 0%일때 신호의 튜티는 50%이다.

제4도는 종래기술의 밸브위치조절기의 배열을 상세히 도시한 단면도이다. 제4도를 참조하면, 자동식 조절밸브(4)의 작동축(10)이 도시되어 있으며, 자동식 조절밸브(4)상에 브라켓 등을 관통하는 스크류에 의해 장착되어 있는 요우크(도시안됨)의 한쪽 측면에는 고정된 하우징(12)을 갖춘 전기공기식 위치조절기(11)가 설치되어 있다. 작동축(10)의 운동을 전기공기식 변환기(2)로 피이드백시키는 피이드백 기구(13)가 폭발방지 구조물을 갖는 하우징(12)내에 배열되어 있다. 피이드백 기구(13)의 피이드백 레버(14)에는 축(15)에 의해서 피봇회전가능하게 지지된 안쪽 단부가 하우징(12)내에 위치되어 있는데, 이러한 피이드백 레버(14)는 하우징(12)으로부터 작동축(10)까지 회전가능하게 연장하여 있다. 하우징(12)으로부터 연장한 피이드백 레버(14)의 바깥쪽 단부는 기다란 구멍(16) 및 핀(17)을 갖추고 있는 작동축(10)과 연결되어 있다. 피이드백 기구(13)에는 일단부가 피봇축(18)에 의해서 피봇회전가능하게 지지되어 있고, 피이드백 스프링(19)을 통해서 플래퍼(20)에 연결되어 있는 스팬 아암(21)과, 이 스팬 아암(21)상에 장착되어 있는 스팬조절 스크류(22)와, 피이드백 레버(14)의 축(15)상에 장착되어 있는 피이드백 판(23)과, 수평방향으로 이동가능하게 스팬조절 스크류(22)상에 장착되어 있으며 피이드백 판(23)과 접촉된 말단부를 갖추고 있는 판접촉부재(24)등이 제공되어 있다. 스팬조절 스크류(22)가 회전되어서 판접촉부재(24)가 스팬조절 스크류(22)를 따라서 수직방향으로 이동하면, 피이드백 스프링(19)의 힘이 변하여서 스팬 간격이 조절된다(후에 보다 상세히 설명함).

하우징(12)은 제2도에 도시된 바와 같은 전기공기식 변환기(2)를 수용하고 있는데, 전기공기식 변환기(2)는 노즐 및 플래퍼 기구(27)와 자기유니트(28)로 구성되어 있다. 자기유니트(28)는 산술유니트(1)로부터 입력되는 튜티신호에 의해 구동되어 플래퍼(20)를 지지대(30)상에서 회전시킨다. 플래퍼(20)가 회전하면 서로 인접하여 마주보게 배열되어 있는 플래퍼(20)와 노즐(31) 사이의 거리가 변한다. 다시 말해서, 노즐(31)의 배압(P _N )이 변한다. 이러한 노즐배압(P _N )은 파일로트 릴레이(3)에 의해서 증폭되어 밸브의 구동력으로서 출력된다. 파일로트 릴레이(3)로부터 작동유니트(4A)로 배출되는 공기압(Pn)이 작용하면, 작동유니트(4A)가 자동식 조절밸브(4)의 작동축(10)을 수직방향으로 이동시킨다. 그 결과, 자동식 조절밸브(4)의 밸브개방도가 제어된다. 작동축(10)의 운동은 피이드백 레버(14)에 의해 수용되어서 노즐 및 플래퍼 기구(27)로 다시 전달되므로 플래퍼(20)의 작동이 안정화된다.

노즐 및 플래퍼 기구(27)는 지지대(30)상에 회전가능하게 지지되는 중앙부를 갖추고 있는 플래퍼(20)와, 그리고 플래퍼(20)의 일단부에 인접하게 마주하여 있는 노즐(31)을 포함한다. 노즐(31)의 반대쪽 측면상에서 영점(0 point) 조절기구(32)를 형성하고 있는 영점조절 스프링(33)이 노즐 및 플래퍼기구(27)에 연결되어 있다. 노즐(31)은 공급 공기관(34)을 통해서 공기원(도시안됨)에 연결되어 있다. 통상적으로 1.4㎏f/㎠ 정도의 공급공기압(Psup)이 이러한 공기원으로부터 노즐(31)까지 제공된다. 공급공기관(34)을 따라서 파일로트 릴레이(3), 유량제한기(35), 감압밸브(36), 공급공기압 측정기(도시안됨)등이 중간에 배열되어 있다.

자기유니트(28)는, 베이스(37)에 고정되어 있는 요우크(38)와, 플래퍼(20)의 양단부에 마주하여 배열되어 있는 한쌍의 코일(39a 및 38b)과, 그리고 플래퍼(20)의 중앙부에 마주하여 배열되어 있는 영구자석(40)을 포함하고 있다. 요우크(38)는 E자 형상의 횡단면을 가지며, 3개의 다리부(38a, 38b, 38c)를 포함하고 있다. 노즐(31)은 한쪽 측면의 다리부(38a)의 말단부에 형성되어서 플래퍼(20)와 인접하게 마주하여 있다. 다른쪽 측면의 다리부(38c)의 말단부상에는 정지부재(41)가 배열되어 있다. 중앙의 다리부(38b)의 말단부에는 영구자석(40)이 배열되어 있다. 제5도에 도시된 바와 같이, 영구자석(40)은 예를들어서 플래퍼(20)와 마주보는 측면이 N극으로 그리고 상기 측면의 반대 측면이 S극이 되도록 배열된다. 제5도를 참조하면, 실선으로 도시된 화살표(b)는 영구자석(40)에 의해서 발생되는 자장의 방향을 나타내며, 점선으로 도시된 화살표(a)는 코일(39a,39b)에 의해서 발생되는 자장의 방향을 나타내는데, 이는 제5도에 도시된 바와 같이 N 및 S극을 가지며 요우크(38)와 플래퍼(20)로 구성된 자기회로내를 흐른다. 여기서, 2개의 코일(39a,39b)은 서로 반대의 극성을 갖는다는 점에 주목한다.

다시 제5도를 참조하면, 예를들어 1.2 내지 1.4㎏/㎠의 압력을 갖는 공급공기압(Psup)이 공기원으로부터 노즐(31)까지 제공되면, 편차(e)를 튜티로 변환시킴으로써 얻어지는 튜티신호(D)가 산술유니트(1)로부터 코일(39a,39b)까지 공급되며, 요우크(38)의 좌측면상에 배열된 다리부(38a)상에는 영구자석(40)에 의해서 발생되는 자장의 방향과 동일한 방향의 자장이 형성된다. 이와는 반대로, 요우크(38)의 우측면상에 배열된 다리부(38c)상에는 영구자석(40)에 의해서 발생되는 자장의 강도를 상쇄시키는 방향의 자장이 형성된다. 따라서, 플래퍼(20)를 끌어당기는 힘(F)이 좌측면상으로는 증가하고 우측면상으로는 감소한다. 그 결과, 튜티신호에 비례하는 반시계방향의 회전토우크(T)가 지지대(30)의 둘레로 플래퍼(20)내에서 발생된다. 이에 따라서, 플래퍼(20)가 반시계방향으로 지지대(30)상에서 회전작동하여서 노즐(31)과 플래퍼(20) 사이의 틈새를 감소시킨다. 즉, 노즐(31)의 분무저항이 증가된다. 그 결과, 노즐배압(P _N )이 증가한다. 이러한 노즐배압(P _N )은 파일로트 릴레이(3)에 의해서 증폭되어서 튜티신호에 비례하는 공기신호를 발생시키며, 이러한 공기신호가 자동식 조절밸브(4)의 작동유니트(4A)에 대한 배출공기압(Pn)으로서 적용된다.

제6도는 튜티신호의 튜티와 노즐배압(P _N ) 사이의 관계를 도시한 선도이다. 제6도로부터 명백히 알 수 있는 바와같이, 노즐배압(P _N )은 튜티에 비례하여 증가한다. 전기공기식 변환기(2)는 펄스신호에 근거한 코일전류의 온-오프 작동에 의해서 구동된다. 이러한 펄스신호에 의해서 자기적으로 구동되는 플래퍼(20)는 펄스신호와 완전하게 일치하지는 않으며, 플래퍼(20)의 질량, 스프링의 지지구조, 마찰 등으로 인하여 100%로 작동되지 못한다. 플래퍼(20)는 신호의 편차가 0일때, 즉 신호의 튜티가 50%일때, 코일전류의 적분값(integral value)의 약 50%로 회전한다.

다시 제4도를 참조하면, 플래퍼(20)는 요우크(38)와 거의 동일한 길이를 가지며, 요우크(38)의 다리부(38b) 근처에 지지대(30)가 배열되어 있다. 또한 플래퍼(20)를 노즐(31)쪽으로 밀어주는 스프링(43), 지지대(30)를 형성하는 십자형 스프링(44) 및 브라켓(45)이 각각 설치되어 있다.

정상적인 작동중에 공급공기압(Psup)의 일부가 항상 대기로 방출되기 때문에, 파일로트 릴레이(3)는 유출형(bleed type)으로 구성되어 있다. 파일로트 릴레이(3)는 2개의 다이아프램(47a,47b)과 격벽(48)에 의해서 5개의 챔버, 즉 공기공급 챔버(49), 배출 챔버(50), 대기방출 챔버(51), 바이어스 챔버(52), 및 노즐배압 챔버(53)로 나뉘어져 있는 하우징(54)을 포함하고 있으며, 또한 포핏 밸브(55) 및 다이아프램(47a,47b)에 의해서 고정되어 수직방향으로도 이동가능하게 배열되어 있는 피스톤(56) 등을 포함하고 있다. 공기공급 챔버(49)는 공급공기관(3)을 통해서 공기원(도시안됨)에 연결되어 있으며, 노즐(31)과도 연결되어 있다. 배출 챔버(50)는 격벽(48)에 형성된 소통구멍(58)을 통해서 공기공급 챔버(49)와 소통하고 있으며, 피스톤(56)에 형성된 구멍(59)을 통해서 대기방출 챔버(51)와도 소통할 수가 있다. 대기방출 챔버(51)는 배출 챔버를 형성하고 있으며, 하우징(54)의 외부면과 소통한다. 공급공기압(Psup)이 관(62)을 통해서 바이어스 챔버(52)로 공급된다. 노즐배압(P _N )은 관(63)을 통해서 노즐배압 챔버(53)로 공급된다. 포핏 밸브(55)가 소통구멍(58)을 통해서 이동하여서 소통구멍(58) 및 피스톤(56)의 구멍(59)을 개폐시킨다. 포핏 밸브(55)는 스프링(64)에 의해서 폐쇄되는 방향, 즉 포핏밸브(55)의 상하부 밸브 몸체들이 소통구멍(58)과 구멍(59)을 폐쇄시키는 방향으로 힘을 받는다. 스프링(64)의 힘에 의해서 노즐배압(P _N )이 균형을 이룬다는 점을 강조한다.

이러한 파일로트 릴레이(3)를 입력의 증가에 따라서 출력이 증가하는 직접 작동형(direct action type) 릴레이로 구성했다고 가정해보자. 이 경우에는, 관(63)을 통해서 노즐배압 챔버(53)에 가해지는 노즐배압(P _N )이 증가함에 따라서 다이아프램(47a,47b)이 하향으로 이동하게 된다. 이로 인하여, 피스톤(56)은 스프링(64)에 반하여 하향으로 이동하며, 포핏 밸브(55)도 스프링(64)에 반하여 하향으로 이동하게 된다. 그 결과, 포핏 밸브(55)의 하부의 밸브 몸체가 격벽(48)의 소통구멍(58)으로부터 분리되어, 공기공급 챔버(49)를 배출챔버(50)와 소통시킨다. 따라서, 공급공기관(34)을 통해서 공기공급 챔버(49)로 공급되는 공급공기압(Psup)이 소통구멍(58)을 통해서 배출 챔버(50)로 유입되며, 배출 챔버(50)내의 압력이 작동유니트(4A)에 대한 구동압(Pout)으로서 관(60)을 통하여 공급된다. 이와는 반대로, 노즐배압(P _N )이 감소함에 따라서 스프링(64)의 작용으로 인하여 포핏 밸브(55)는 상향으로 이동하게 된다. 이때, 포핏 밸브(55)의 상부의 밸브 몸체가 피스톤(56)의 구멍(59)의 하단부의 개방부로부터 분리되어서 배출 챔버(50)를 대기방출 챔버(51)와 소통시키기 때문에, 배출 챔버(50)내의 압력은 대기방출 챔버(51)를 통하여 하우징(54)의 외부로 방출된다.

제7도는 노즐배압(P _N )과 배출공기압(Pn)의 관계를 도시한 선도이다. 제7도로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 파일로트 릴레이(3)로 공급되는 노즐배압(P _N )의 작동범위가 매우 작기 때문에, 비례이득이 높은 파일로트 릴레이(3)가 노즐배압(P _N )이 약 P _N 50의 좁은 범위내에서 전 범위의 밸브 개방도에 미칠수 있도록 하는 공기신호 배출공기압(Pn)을 출력시킨다. 노즐배압(P _N )으로 약 P _N 50의 좁은 범위에 상응하는 신호의 튜티는 제6도를 참조하여 앞에서 설명한 바와같이 약 50%의 좁은 범위이다. 즉, 아날로그 위치조절기와는 달리, 디지틀 위치조절기는 자동식 조절밸브(4)의 전체 개방도에 대해 약 50%에서 구동신호의 튜티를 미세하게 제어해야만 한다. 이 때문에, 전술한 바와같이 플래퍼(20)는 코일전류 적분값의 약 50%의 좁은 범위내에서만 작동한다. 전술한 바와 같이, 파일로트 릴레이(3)는 높은 비례이득을 가져야만 한다.

제4도 및 제5도에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 종래기술의 전기공기식 변환기(2)에서는, 산술유니트(1)를 사용하여 편차(e)를 약 50%의 튜티로 미세하게 변환시킴으로써 얻어지는 튜티신호가 코일(39a,39b)로 공급되어서, 플래퍼(20)를 정지부재(41)와 접촉된 비작동상태의 위치로부터 소정의 방향으로 지지대(30)상에서 회전시키며, 이에 따라서 플래퍼(20)는 0%, 50%, 및 100% FS(전체 스팬)에 각각 상응하는 위치로 이동된다. 즉, 전기공기식 변환기(2)는 다음과 같이 설계되어 있다. 작동시, 정지부재(41)는 노즐(31)의 위치로부터 후방으로 이동되며, 플래퍼(20)는 계속해서 이동하는 동시에 제8도에 도시된 바와같이 우측으로 경사를 이룬다(0% 편차). 노즐(31)이 완전히 폐쇄되면 플래퍼(20)는 요우크(38)에 대해서 평행하게 된다.

이와 같은 전기공기식 변화기(2)에 있어서, 자기플럭스 밀도, 자장의 강도, 잔류 자기플럭스 밀도, 보자력(coercive force), 하이테르시스 등으로부터 얻어지는 자기 하이테르시스 곡선의 특성 시험에 따르면, 플래퍼(20), 코일(39a,39b), 및 영구자석(40)에 근거한 각각의 이동위치에서의 자기균형이 안정화됨과 동시에 플래퍼(20)가 요우크(38)에 대해서 평행하다는 것을 밝혀냈다. 즉, 플래퍼(23)와 자기유니트(28)로 구성된 자기회로의 좌우측 틈새가 서로 동일한 경우에 자기적으로 균형을 이룬 상태가 얻어진다.

그러나, 제8도에 도시된 바와 같은 종래기술의 전기공기식 변환기의 경우에는, 작동중에 플래퍼(20) 등에서의 자기균형이 악화되어서 자기 하이테리시스가 크다. 이 때문에, 이러한 종래기술의 전기공기식 변환기가 이와 같은 상태로 오랜동안 사용될 경우에는 영점이동(0 point shift)이 발생할 수 있다.

이와 같은 영점이동이 발생하면, 영점의 조절이 다시 수행되어야만 한다. 더욱이, 영점의 조절을 수행하는 과정에서 작업자는 하우징(12)을 개방시키고 조절수단(70)에 의해서 영점조절 스프링(33)의 작용력을 조절하는 동시에 배출압력 측정기를 주시해야만 하다. 또한, 영점의 조절시에 임의의 튜티신호(예를들면 0%, 50%, 또는 100%)가 코일(39a,39b)로 공급되며, 상응하는 지점에서의 배출압력이 정상적인 수치로 조절된다. 이와 같은 방법은 매우 귀찮고 복잡한 작업을 필요로 한다. 따라서, 이와 같은 영점조절을 생략하기 위해서는 영점이동을 방지하는 수단을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은, 오랜 작동으로 인한 자기 하이테리시스 및 영점이동을 방지하기 위해서 약 50%의 튜티를 갖는 지점에서 플래퍼의 자기균형을 제공하여 안정된 작동상태를 유지시키는 전기공기식 변환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복잡한 영점조절이 필요없는 전기공기식 변환기를 제공하는 것이다.

이들 목적을 성취하기 위해서, 본 발명에 따르면 전기공기식 위치조절기가 제공되는데, 본 발명의 전기공기식 위치조절기는 (1) 중앙 다리부 및 상기 중앙 다리부의 양측면상에 배열된 한쌍의 측면 다리부를 갖춘 E자 형상의 횡단면으로 형성되어 있는 요우크와, 상기 요우크의 상기 중앙 다리부상에 배열되어 있는 영구자석과, 서로 반대의 극성을 갖도록 상기 요우크의 상기 측면 다리부를 여기시키는 한쌍의 코일과, 상기 요우크의 상기 측면 다리부 중에서 상기 측면 다리부내에 설치되어 있는 노즐과, 상기 요우크의 상기 측면 다리부 중에서 다른쪽 측면 다리부상에 배열되어 있는 정지부재, 및 상기 노즐 및 상기 정지부재와 마주하여 상기 요우크의 상기 중앙 다리부에 인접한 지지대상에 회전가능하게 배열되어 있으며 회전작동하여 상기 노즐로� �터 분무되는 공기의 유량을 제어함으로써 노즐배압을 변화시키는 플래퍼를 포함하고 있으며, 입력신호와 피이드백 신호 사이의 편차를 튜티로 변환시킴으로써 얻어지는 튜티신호를 상기 코일의 구동신호로서 수용하며, 상기 입력신호와 상기 피이드백 신호 사이의 상기 편차가 0일때 상기 플래퍼는 상기 요우크에 대해서 평행하게 설정되도록 구성되어 있는 전기공기식 변환기, (2) 상기 노즐의 상기 노즐배압을 수용하여 공기압을 증폭시키는 증폭수단, (3) 상기 증폭수단으로부터의 배출공기압을 기계적 이동량으로 변환시키는 공기기계식 변환수단, 그리고 (4) 상기 공기기계식 변환수단에 의해서 얻어지는 상기 기계적 이동량을 검출하여서 전기신호로 구성된 피이드백 신호를 발생시키는 센서수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다. 제1a도 및 제1b도는 각각, 본 발명에 따른 전기공기식 위치조절기로서 사용되는 전기공기식 변환기의 배열을 도시한 단면도, 및 전기공기식 변환기의 작동상태를 도시한 개략도이다.

제1c도는 본 발명의 전기공기식 위치조절기의 전체 배열을 도시한 단면도이다. 본 발명의 전기공기식 위치조절기의 배열은 전기공기식 변환기만을 제외하고는 제4도에 도시된 것과 동일하므로, 제1a도 내지 제1c도에 표시된 참조부호들은제4도에 표시된 부분과 동일한 부분을 나타내며, 전기공기식 변환기를 제외하고는 설명을 생략하기로 한다. 따라서, 산술유니트(1), 파일로트 릴레이(3), 자동식 조절밸브(4), 작동유니트(4A), 센서(5), 및 입력부(6)에 대한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 특징과 관련된 전기공기식 변환기(102)에 대해서 설명한다.

제1a도 내지 제1c도에 도시된 전기공기식 변환기(102)을 참조하면, E자 형상의 요우크(138)는 3개의 다리부(138a 내지 138c)를 갖추고 있으며, 2개의 측면 다리부(138a 및 138c)의 둘레로 각각 코일(139a 및 139b)가 배열되어 있다. 또한 플래퍼(120)와 마주하는 노즐(131) 및 정지부재(141)가 각각 2개의 측면 다리부(138a,138c)의 말단면상에 배열되어 있다. 중앙의 다리부(138b)의 말단면상에는 영구자석(140)이 배열되어 있으며, 이 영구자석(140)의 부근에는 플래퍼(120)의 지지대(130)가 배열되어 있다. 2개의 측면 다리부(138a,138c)는 동일한 길이로 형성되어 있어서, 노즐(131)과 정지부재(141)의 높이가 동일하다. 또한, 한쪽 또는 양쪽 스프링(133 및 143)이 조절되어서, 플래퍼(120)를 요우크(138)의 상부면에 대해서 평행하게, 즉 지지대(130)상에 지지되어 있는 플래퍼(120)를 거의 수평하게 유지시킨다. 이와같은 조절에 의해서, 플래퍼(120)의 하부면과 노즐(131) 사이의 거리(d ₁ )가 플래퍼(120)의 하부면과 정지부재(141) 사이의 거리(d ₂ )와 동일해진다. 지지대(130)로부터 노즐(131)과 정지부재(141)까지의 각각의 거리는 서로 같다. 이 때문에, 제1b도에 도시된 바와 같이 플래퍼(120)의 좌우측 방향으로의 각각의 최대 회전각은 서로 동일하며(θ₃= θ₄), 플래퍼(120)가 정지부재(141)와 접촉하게 된다. 바람직하게, 플래퍼(120)는 요우크(138)와 거의 동일한 길이를 갖는다.

본 발명에 있어서는, 앞에서 설명한 바와 같이 신호의 편차(e)가 0일 때 플래퍼(120)가 요우크(138)에 대해서 평행하게 유지되기 때문에, 0% FS에서 스프링(143)의 연장된 길이가 짧고, 따라서 상응하는 후크부(hook portion)에 가해지는 응력이 감소될 수 있다.

작동축(10)의 운동을 전기공기식 변환기(102)로 피이드백시키기 위한 피이드백 기구(113)가 폭발방지구조를 갖춘 하우징(112)내에 배열되어 있다. 피이드백 기구(113)는 피이드백 레버(114)와 피봇축(118)에 의해 일단부가 피봇회전가능하게 지지되어 있고, 피이드백 스프링(119)을 통해서 플래퍼(120)에 연결되어 있는 스팬아암(121)과, 스팬아암(121)상에 장착되어 있는 스팬조절 스크류(122)와, 피이드백 레버(114)의 축(115)상에 장착되어 있는 피이드백 판(123)과, 그리고 수직방향으로 이동가능하게 스팬조절 스크류(122)상에 장착되어 있으며 피이드백 판(123)과 접촉되는 말단부를 갖추고 있는 판접촉부재(124)를 포함하고 있다. 스팬조절 스크류(122)가 회전이동하여서 판접촉부재(124)를 스팬조절 스크류(122)를 따라 수직방향으로 이동시키면, 피이드백 스프링(119)의 힘이 변하여서 스팬 간격이 조절된다. 그 밖에도 하우징(112), 노즐 및 플래퍼 기구(127), 자기유니트(128), 영점조절기구(132), 십자형 스프링(144), 브라켓(145), 및 스프링 장력조절수단(170)이 설치되어 있다.

본 발명에 따르면, 앞에서 설명한 바와 같이 신호의 편차(e)가 0(50% 튜티)일 때 플래퍼(120)가 요우크(138)에 대해서 수평하게 유지되기 때문에, 플래퍼(120)과 노즐(131) 사이의 거리(d ₁ )는 플래퍼(120)와 정지부재(141) 사이의 거리(d ₂ )와 거의 동일하게 설정될 수가 있다. 이러한 설정에 의해서, 전기공기식 위치조절기가 항상 자기적으로 균형을 이룬 상태로 사용될 수가 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 오랜동안 사용할 경우에도 자기 하이테리시스나 이러한 자기 하이테리시스로 인한 영점이동이 결코 발생되지 않으며, 따라서 복잡하고 귀찮은 재조절이 생략될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기공기식 위치조절기에 따르면 플래퍼가 작동중에 요우크에 대해서 평행하게 자기적으로 균형을 이룬 상태로 유지될 수가 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 오랜동안 사용할 경우에도 자기 하이테리시스나 이러한 자기 하이테리시스로 인한 영점이동이 전혀 발생하지 않으며, 안정된 작동상태가 실현될 수 있을 뿐만 아니라 복잡하고 귀찮은 재조절 작업이 생략된다.