專利名稱：氣動儀器的顆粒收集器的制作方法
技術領域：
本發明具有接收一加壓氣源輸入和一電控制輸入信號從而提供一把電輸入信號作為函數的可調氣壓輸出之氣動儀器，在這里該儀器稱為I/P傳感器，因為電控制輸入信號一般就是電流I而輸出一般是一氣動壓力P，特別是本發明與用于I/P傳感器的顆粒收集裝置有關。
I/P傳感器的用戶都設有一用于上述裝置的高壓氣源輸入，而該氣源往往含有夾帶在其內的顆粒。在這些顆粒使傳感器輸出不正常或會損壞傳感器之前，上述I/P傳感器就使用各種型號的過濾器把這些顆粒從氣壓管路中去掉，由于顆粒會磨損傳感器中的精密部件或堵塞I/P傳感器上的小孔而能使I/P傳感器的輸出不正常。過濾器通常用來去掉這些顆粒，包括絲網型過濾器和過濾器一調節裝置的組合，該過濾器一調節器組合往往直接連到I/P傳感器殼體輸入孔上，這些過濾器有效地起到把大部分有害顆粒除去的作用，從而改進了I/P傳感器的可靠性。
然而，在有些設施中，用戶的氣動氣源包含有能粘附和積聚到I/P傳感器的敏感部件上的顆粒，這些顆粒這里稱為粘性顆粒，據信它們是由油滴，鐵銹和水蒸氣混合組成。
在本發明中，I/P傳感器包括一用于接收至少一部分壓縮氣源的入口通道之殼體，一包括有一調節噴咀和一可位移的偏轉擋板的氣體調節器，調節噴咀接納來自通道出口的氣體而偏轉擋板響應電控制信號的輸入并與調節器噴咀相協調來調節傳感器的氣動輸出以及一安置在通路內的顆粒收集器。它包括一收集器板和一收集器噴咀，收集器噴咀的大小做成通過把顆粒積聚在收集器板上能從氣體中分離出不想帶走的顆粒，這樣到達氣體調節器的顆粒數大大減少。本發明的一個方面，收集器噴咀有一截面積為1至2倍調節器噴咀出口截面積的出口。在一最佳實施例中一收集器噴咀出口面積是1.4到1.7倍調節器噴咀出口面積，在流過收集器噴咀出口時保持一比較低的壓降而同時在調節器噴咀處擋回所帶顆粒的彈出速度。本發明另一方面，通道包括一個第一孔和比第一孔更寬的第二孔而殼體包括第一孔和第二孔之間的凸肩。在本發明的這方面，收集器噴咀至少部分地安置在第一孔內而收集器板壓向凸肩，而仍在本發明的另一方面，一收集器噴咀的陣列代替了收集器噴咀。
圖1是一發明的I/P傳感器的部分剖視圖，其中有些元件以方塊形式示出；圖1a和圖1b是圖1中部分的放大視圖；圖2是本發明的I/P傳感器呈局部剖視的方塊示意圖；圖3是沿圖1中3—3剖面線所取的放大視圖；圖4是表示一相似于圖1的本發明的實施例，但是利用了一擋板；圖5是相當于圖1a，但是表示本發明的一個可選的實施例。
在附圖中，執行相同或相似功能的部件采用同一標號。
現在參閱圖1和圖2，傳感器10接收至少一部分加壓氣源14和一來自電流源12的控制信號，而且在出口46處用一隨作為控制信號函數變化的壓力來提供一氣壓輸出。加壓氣源14典型地有一高于當地大氣壓的20磅/英寸2(1.4×105牛頓/米2)的加壓空氣，其中，在出口46處氣壓輸出可以從高于當地大氣壓力約3磅/英寸2(2.1×104牛頓/米2)到約15磅/英寸2(1.0×105牛頓/米2)。電源12連到一傳感器10內電路13且能供應一從4毫安到20毫安的可變電流，至少一部分電流充電傳感器10，電流的大小就表示了通向傳感器10的控制信號大小。另外，電源12還能向傳感器10提供一數字式控制信號。
傳感器10包括有二個殼體部分16a，16b組成的外殼16，這二殼體部分16a，16b部分用螺絲(未示出)固定在一起并用密封墊18分開。外殼16包括一穿過其內的通道20，至少一部分由加壓氣源14供應的氣體流過上述通道。
氣體調節器組件22包括孔26，28穿過其內的頭部24對著的噴咀30和32，一個可移位的擋板34以及一驅動器(作動筒36)，該氣體調節器組件22與外殼16配匹且和螺絲(未示出)固定在殼體16上。一個O形圈減小了通道20和孔26接頭處的滲漏，噴咀30接收穿過孔26來自通道20的氣體并且把氣體引向正對著的噴咀32。擋板34安置在靠近一噴咀30的出口30a處(見圖1b)且平行雙箭頭40移動以改變來自噴咀散離的氣流量從而調節在孔28內的氣壓壓力，如圖2所示，孔28也與氣壓的輔助放大器42相連，由于通道44連通，把加壓氣源14直接引向輔助放大器42。從先有技術中已獲知，在孔28中的氣壓壓力控制著穿過輔助放大器42的來自氣源14的氣量，從而控制輸出通道46內的氣壓。
涉及可動擋板34和噴咀30，32的氣體調節器機構的結構和操作在作為參考文獻的美國專利No4,534,376中有詳述。特別是擋板34最好有一通過桿35垂直雙箭頭40和噴咀30軸線而固定的長導線。一用于本發明的輔助放大器42的實例在作為參考文獻的美國專利No4653,523中有詳述。
在流動氣體中所夾帶的顆粒會由于磨損精密部件諸如噴咀30的內壁，擋板34的前面和上表面或噴咀32的前部及由于堵塞小孔諸如噴咀出口30a或噴咀入口32a而損害傳感器10的正常運行。眾所周知，采用一空氣濾清器和調節器的組合裝置48可在傳感器10的入口孔50處就去掉至少部分這些來自高壓氣源14所夾帶的顆粒。大家也知道在噴咀30上游的通道20內使用一篩過濾器或網式濾清器52而從通道20的氣流中仍可去除更多的顆粒。濾清器52有一由一層200目篩網(按泰勒標準篩劃分)和一層50目篩網被一環形夾圈緊束的雙層濾網組件。而未被濾清器48或52除去的顆粒的大部分僅僅打在擋板34或噴咀32的前部，然后被氣流帶走。
然而，發現諸如48和52這些的濾清器還不足以去掉粘性顆粒，據信這些粘性顆粒中包含有油滴，銹粒或水汽或這些成分的組合，其中油滴和鐵銹源自于用來加壓氣源14的壓氣機。有些用戶故意把油滴注入氣源14中結果這些油滴就會集積并可潤滑其它設備諸如連到氣源14的閥門。粘性顆粒對傳感器10是成問題的，因為它不僅打在擋板34并被氣流帶走而且這些粘性顆業還粘附且集積在擋板34上，而在輔助放大器42的出口處的輸出氣壓對擋板34相對于噴咀出口30a的位置是非常敏感的，而粘性顆粒在擋板34上的堆積實際上改變了擋板34的形狀和位置，結果在給定的所加輸入的電控制信號下形成一輸出氣壓不希望的偏移。同樣粘性顆粒在接收噴咀34的堆積也會減小噴咀入口孔32a的大小結果形成輸出氣壓進一步的改變。
噴咀出口孔30a的收縮使該處的氣流有一相對加速，這樣噴咀30以比較高的速度向著擋板34和噴咀32噴出顆粒其中包括粘性顆粒，據信稱為“粘性”的顆粒實際上有一粘附性能的配置，結果在一定沖擊速度下，一些粘性顆粒將粘附到擋板上同時其它粘性顆粒像普通的“非粘性”顆粒一樣而彈離擋板，氣流流動速度愈快，更大百分比的粘性顆粒將粘附到擋板上。
為了減少粘附到和積聚在精密部件上的粘性顆粒數，傳感器10包括一用于粘性顆粒的顆粒收集器51，顆粒收集器51包括一噴咀54和一個安置在噴咀30上游通道20的板56，噴咀54把氣流導向板56，噴咀54有一如圖1a所示的噴咀出口孔54a，此出口孔54a的尺寸使噴咀出口54a處的所夾帶顆粒的速度約為噴咀出口30a處所夾帶顆粒的速度，這樣，一粘附到擋板34的粘性顆粒將釋放出其沖擊速度而不會粘附到板56上，因此板56起到一這種顆粒收集器的作用。而另一方面，一未粘附到擋板34上的不同粘性顆粒在釋放出其沖擊速度后也往往并不粘附板56上，相反僅隨氣流一起而帶走。在實施例中，如圖1和圖2所示，顆粒收集器51安置在通道20內，這樣所有流過噴咀54的氣體也流過噴咀30，噴咀出口孔54a的面積(以垂直噴咀54軸線的平面內測得)大致等于噴咀出口孔30a的面積以便達到大約相等的顆粒速度。通過大致地折轉，在噴咀54處的氣流制約在噴咀30處的氣流，只有粘附到擋板34的顆粒被收集在板56上，它的好處是因為在板52上的顆粒堆積一直保持很低而同時從噴咀30上游的氣流中仍除去最麻煩的粘性顆粒。
在實施例中，顆粒收集器安置在輸入孔50和通道46的進口之間的通道44中，噴咀出口孔54a的大小做到使噴咀出口處54a所夾帶顆粒的速度，約為噴咀出口處30a的夾帶顆粒的速度，然而把顆粒收集器51放在通道20而不是放在靠近輸入孔50的上游通道44處是有利的，以保證不流過噴咀30或擋板34的氣體也不流過顆粒收集器51，這就使顆粒收集器51的板52上的顆粒堆積一直是低的。故流過通道44直接帶入輔助放大器42的粘性顆粒未被看成會明顯地降低了傳感器10的性能。
最好，噴咀30和54各自繞噴咀軸線有一徑向的對稱，為了提供一大范圍的輸出氣壓，希望流過通道20的壓降保持低的，為了相對于流過噴咀出口孔30a的壓降而維持流過噴咀出口孔54a低的壓降，同時仍要達到如上文所討論的大致相等的顆粒速度，噴咀出口54a的面積最好是噴咀出口30a的面積約1倍到2倍，在此范圍內最好選擇1.4到1.7倍更窄的范圍，噴咀出口30a為一個0.016±0.001英寸(0.41±0.03毫米)直徑及噴咀出口54a為一個0.02±0.001英寸(0.51±0.03毫米)直徑的原型裝置可滿意地運行，在這情況下，其面積比為(0.020/0.016)2或約1.56。
參照圖1a，通道20在顆粒收集器51鄰近有孔20a，20b，20c，20d，在一最佳實施例中，孔20a和20d各有0.062英寸(1.6毫米)直徑而孔20b和20c分別有0.312英寸(7.92毫米)直徑和0.445英寸(11.3毫米)直徑。殼體部分16a有一孔20b和20c間的臺肩58。插入件60包括一凸緣62，一套筒64和噴咀54，殼體部分16a可拆卸地與殼體部分16b相匹配，只有當殼體部分16a和16b分開時，隨后墊片18，O形圈66，絲網篩52，板56，插入件60和墊片68能卸下及清洗和替換。當殼體部分匹配時，殼體部分16a通過墊片18，O形圈66，絲網篩52和板56壓向凸緣62，再把凸緣62壓向臺肩58。
套筒64從凸緣62向下延伸直到噴咀54的基座，該噴咀則反向朝著凸緣62向上延伸，圍繞噴咀出口孔54a的頂端距凸緣62的頂面間隔開一距離“d”，此處，板56是平的(如附圖所示)，此距離d相當于噴咀出口孔54a和粘性顆粒收集板56的撞擊面之間—噴咀/板間隙，最好大致上收集那些會粘到擋板34上的顆粒。噴咀/板間隙相似于一噴咀/擋板間隙，該間隙相當擋板34和噴咀出口孔30a之間在擋板34行程范圍內的最小距離“D”(見圖1B)，因此噴咀/板間隙和噴咀/擋板間隙最好不用絕對單位諸如毫米標出而是用噴咀出口孔直徑的無因次量綱的倍數(或在非圓形噴咀出口孔情況下等量的橫向尺寸)標出，也即分別為噴咀出口孔54a直徑和噴咀出口孔30a直徑，在上述滿意地運行的原型中，噴咀/板間隙為2.5(d約為2.5倍噴咀出口孔54a的直徑)而噴咀/擋板間隙為1(D約等于噴咀出口孔30a的直徑)。最好，噴咀/板間隙有一1/5倍和5倍噴咀/擋板間隙之間的值。
現參照圖1a和圖3，噴咀54把氣流指向板56而板56形狀做成圍繞著板56的邊緣和凸緣62的內緣限定了孔57a，57b，57c，57d。為了維持流過顆粒收集器51的一低壓降，開孔57a—57d的加起來面積不小于10倍的噴咀出口54a的面積，但為了以攔截相當數量不希望有的粘性顆粒，這些疊加面積不大于開孔57a—57d上游段送氣通道的面積，在上述情況，開孔57a—57d為圍繞著凸緣62內緣的圓形面積。
在圖4中，示出本發明的另一個實施例，I/P傳感器10a相似于I/P傳感器10，除了在氣體調節器中更多常規擋板技術代替相對的噴咀外形，修改的上殼體部分16c代替殼體部分16a而氣體調節器模件22a代替氣體調節器模件22，氣體調節器22a的驅動器36沿雙箭頭40方向移動一擋板偏轉器以響應來自氣源12的控制信號，當擋板偏轉器34a移近噴咀31的出口時，在通道26，通孔28a以及連接此二通孔的通道部分20內的背壓增加，而當擋板偏轉器34a從噴咀31的出口后退，通道28a內的背壓就減小，如圖2所示，孔28a以孔28相似的方式與氣壓輔助放大器42相連通以控制在放大器出口處46的輸出氣壓。孔28a在連結點29處連到通路20。常規的擋板I/P傳感器需要一限流器。孔28a的上游直接與氣壓輔助放大器42相連通，為了從孔28a局部隔斷高壓氣源以使孔28a內氣壓可變。在傳感器10a中，噴咀最好既起到把氣體指向板56的顆粒收集器中噴咀的作用又起到所需限流器的作用。在該實施例，噴咀54出口的尺寸主要用來提供必要的流量限制，噴咀54出口面積相對于噴咀31出口面積沒有任何特殊關系。然而，當同時滿足此條件下，從上述的理由中，最好噴咀54出口的尺寸盡可能地接近噴咀31的出口的大小。
在本發明的范圍內，對實施例可作許多修改，如圖4所示直噴咀30可代替彎噴咀31，擋板偏轉器34a能定位在其平行雙箭頭40的端頭而驅動器36能驅動以大致呈水平地偏轉上述擋板偏轉器，如圖4所見。傳感器10a可包括單獨在通道20內的限流器而圖5的顆粒收集器既能用在I/P傳感器10也能用在I/P傳感器10a。
本發明所用的材料為插入件60的材料為30％玻璃纖維填充的尼龍；板56的材料為300系列不銹鋼；偏轉擋板34的材料為碳化鎢鋼；噴咀30，32的材料為300一系列不銹鋼；偏轉擋板34a的材料為300一系列不銹鋼。
雖然本發明已參照最佳實施例進行說明，只要不偏離本發明的精神和范圍，本專業的技術人員都承認可對其形式和細節作出修改，例如通孔，通道和噴咀孔可以有一不一定是圓形的剖面形狀，顆粒收集器的收集板也不必是平的，氣體調節器可以與殼體制成一體而不一定盛裝在一可拆卸的模件內。電控制信號和電源可使用一電壓不一定是電流而電控制輸入信號能從光學控制信號得出。
權利要求
1.一個接納高壓氣源和一電控制輸入信號以作為電控制輸入信號的函數提供一可調的氣壓輸出信號，包含有一其內開有通道的殼體，該通道包括一接納至少一部分高壓氣源的入口和一出口；一氣體調節器包括一接納來自出口處氣體的調節器噴咀和一響應電控制輸入信號和與調節器噴咀協調工作以提供可調氣壓輸出的可位移的偏轉擋板；一顆粒收集器安置在通道內且包括一收集器板和收集器噴咀，收集器噴咀把氣體指向收集器擋板。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于收集器噴咀尺寸做到通過把顆粒集積在收集器板上以從氣體中分離出不希望夾帶的顆粒，這樣就減少了到達氣體調節器的顆粒數。3)根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于調節器噴咀有一具有第一截面的出口而收集器噴咀有一具有第二截面的出口，第二截面積為1至2倍第一截面積。4)根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于顆粒收集器包括一安置在通道內的插入件而且包括收集器噴咀；其特征在于通道包括一第一通孔和比第一通孔更寬的第二通孔；殼體包括一個在第一和第二通孔之間的臺肩以及收集器噴咀至少局部地安置在第一通孔內而收集器的板壓向臺肩。
5.根據權利要求4所述的傳感器，其特征在于收集器的板可從殼體內卸下。
6.根據權利要求4所述的傳感器，其特征在于收集器有一大致呈X形的板。
7.根據權利要求4所述的傳感器，其特征在于插入件包括一壓向臺肩的凸緣和一個把凸緣連到收集器噴咀的套筒。
8.根據權利要求1所述的傳感器，上述顆粒收集器還包括一收集器噴咀陣列包括收集器噴咀且具有若干收集器噴咀出口，其特征在于若干收集器噴咀出口有一疊加的第一截面積而調節器噴咀有一具有第二截面的出口，疊加的第一截面積是1至2倍的第二截面積。
9.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于在接合處，殼體有一連到被命名為第一通道的第二通道，氣壓輸出則由在第二通道內的氣壓加以控制；可位移的偏轉擋板與調節器噴咀協調工作以改變第二通道內的氣壓從而改變傳感器的氣壓輸出以及接合點位于收集器噴咀和調節器噴咀之間，該收集器噴咀的尺寸做到起一限流器的作用。
10.一接納一高壓氣源和一電控制輸入信號以提供一作為電控制輸入信號函數的可調氣壓輸出之傳感器包含有一其內開有通道的殼體，該通道包括一接納至少一部分高壓氣源的入口和一出口；一氣體調節器包括一接納來自出口處氣體的調節器噴咀和一響應電控制輸入信號和與調節器噴咀協調工作以提供可調氣壓輸出的可位移的偏轉擋板；一收集器表面；以及一位于通道內且把氣體指向收集器表面的收集器噴咀。
11.根據權利要求10所述的傳感器，其特征在于收集器噴咀相對于收集器表面而定位而且其尺寸做到通過把顆粒集積在收集器表面上而從氣體中分離到不希望夾帶的顆粒。，這樣就減少了到達氣體調節器的顆粒數。
全文摘要
一個可提供作為電控制輸入信號函數的可調氣壓輸出的傳感器(10)包括一殼體(16)，一氣體調節器(22)和一顆粒收集器(51)，上述殼體(16)其內開有通道(20)，該通道(20)包括一用于接納高壓氣源的入口和一出口。顆粒收集器(51)安置在通道(20)內并包括一收集器板和一把氣體指向收集器板(56)的收集器噴嘴以便在氣體到達氣體調節器(22)之前就從氣體中去除不希望夾帶的顆粒。
文檔編號B01D46/42GK1124992SQ94192363
公開日1996年6月19日 申請日期1994年5月13日 優先權日1993年6月11日
發明者詹姆斯·L·格雷夫爾 申請人:羅斯蒙德公司