专利名称：气动仪器的颗粒收集器的制作方法
技术领域：
本发明具有接收一加压气源输入和一电控制输入信号从而提供一把电输入信号作为函数的可调气压输出之气动仪器，在这里该仪器称为I/P传感器，因为电控制输入信号一般就是电流I而输出一般是一气动压力P，特别是本发明与用于I/P传感器的颗粒收集装置有关。
I/P传感器的用户都设有一用于上述装置的高压气源输入，而该气源往往含有夹带在其内的颗粒。在这些颗粒使传感器输出不正常或会损坏传感器之前，上述I/P传感器就使用各种型号的过滤器把这些颗粒从气压管路中去掉，由于颗粒会磨损传感器中的精密部件或堵塞I/P传感器上的小孔而能使I/P传感器的输出不正常。过滤器通常用来去掉这些颗粒，包括丝网型过滤器和过滤器一调节装置的组合，该过滤器一调节器组合往往直接连到I/P传感器壳体输入孔上，这些过滤器有效地起到把大部分有害颗粒除去的作用，从而改进了I/P传感器的可靠性。
然而，在有些设施中，用户的气动气源包含有能粘附和积聚到I/P传感器的敏感部件上的颗粒，这些颗粒这里称为粘性颗粒，据信它们是由油滴，铁锈和水蒸气混合组成。
在本发明中，I/P传感器包括一用于接收至少一部分压缩气源的入口通道之壳体，一包括有一调节喷咀和一可位移的偏转挡板的气体调节器，调节喷咀接纳来自通道出口的气体而偏转挡板响应电控制信号的输入并与调节器喷咀相协调来调节传感器的气动输出以及一安置在通路内的颗粒收集器。它包括一收集器板和一收集器喷咀，收集器喷咀的大小做成通过把颗粒积聚在收集器板上能从气体中分离出不想带走的颗粒，这样到达气体调节器的颗粒数大大减少。本发明的一个方面，收集器喷咀有一截面积为1至2倍调节器喷咀出口截面积的出口。在一最佳实施例中一收集器喷咀出口面积是1.4到1.7倍调节器喷咀出口面积，在流过收集器喷咀出口时保持一比较低的压降而同时在调节器喷咀处挡回所带颗粒的弹出速度。本发明另一方面，通道包括一个第一孔和比第一孔更宽的第二孔而壳体包括第一孔和第二孔之间的凸肩。在本发明的这方面，收集器喷咀至少部分地安置在第一孔内而收集器板压向凸肩，而仍在本发明的另一方面，一收集器喷咀的阵列代替了收集器喷咀。
图1是一发明的I/P传感器的部分剖视图，其中有些元件以方块形式示出；图1a和图1b是图1中部分的放大视图；图2是本发明的I/P传感器呈局部剖视的方块示意图；图3是沿图1中3—3剖面线所取的放大视图；图4是表示一相似于图1的本发明的实施例，但是利用了一挡板；图5是相当于图1a，但是表示本发明的一个可选的实施例。
在附图中，执行相同或相似功能的部件采用同一标号。
现在参阅图1和图2，传感器10接收至少一部分加压气源14和一来自电流源12的控制信号，而且在出口46处用一随作为控制信号函数变化的压力来提供一气压输出。加压气源14典型地有一高于当地大气压的20磅/英寸2(1.4×105牛顿/米2)的加压空气，其中，在出口46处气压输出可以从高于当地大气压力约3磅/英寸2(2.1×104牛顿/米2)到约15磅/英寸2(1.0×105牛顿/米2)。电源12连到一传感器10内电路13且能供应一从4毫安到20毫安的可变电流，至少一部分电流充电传感器10，电流的大小就表示了通向传感器10的控制信号大小。另外，电源12还能向传感器10提供一数字式控制信号。
传感器10包括有二个壳体部分16a，16b组成的外壳16，这二壳体部分16a，16b部分用螺丝(未示出)固定在一起并用密封垫18分开。外壳16包括一穿过其内的通道20，至少一部分由加压气源14供应的气体流过上述通道。
气体调节器组件22包括孔26，28穿过其内的头部24对着的喷咀30和32，一个可移位的挡板34以及一驱动器(作动筒36)，该气体调节器组件22与外壳16配匹且和螺丝(未示出)固定在壳体16上。一个O形圈减小了通道20和孔26接头处的渗漏，喷咀30接收穿过孔26来自通道20的气体并且把气体引向正对着的喷咀32。挡板34安置在靠近一喷咀30的出口30a处(见图1b)且平行双箭头40移动以改变来自喷咀散离的气流量从而调节在孔28内的气压压力，如图2所示，孔28也与气压的辅助放大器42相连，由于通道44连通，把加压气源14直接引向辅助放大器42。从先有技术中已获知，在孔28中的气压压力控制着穿过辅助放大器42的来自气源14的气量，从而控制输出通道46内的气压。
涉及可动挡板34和喷咀30，32的气体调节器机构的结构和操作在作为参考文献的美国专利No4,534,376中有详述。特别是挡板34最好有一通过杆35垂直双箭头40和喷咀30轴线而固定的长导线。一用于本发明的辅助放大器42的实例在作为参考文献的美国专利No4653,523中有详述。
在流动气体中所夹带的颗粒会由于磨损精密部件诸如喷咀30的内壁，挡板34的前面和上表面或喷咀32的前部及由于堵塞小孔诸如喷咀出口30a或喷咀入口32a而损害传感器10的正常运行。众所周知，采用一空气滤清器和调节器的组合装置48可在传感器10的入口孔50处就去掉至少部分这些来自高压气源14所夹带的颗粒。大家也知道在喷咀30上游的通道20内使用一筛过滤器或网式滤清器52而从通道20的气流中仍可去除更多的颗粒。滤清器52有一由一层200目筛网(按泰勒标准筛划分)和一层50目筛网被一环形夹圈紧束的双层滤网组件。而未被滤清器48或52除去的颗粒的大部分仅仅打在挡板34或喷咀32的前部，然后被气流带走。
然而，发现诸如48和52这些的滤清器还不足以去掉粘性颗粒，据信这些粘性颗粒中包含有油滴，锈粒或水汽或这些成分的组合，其中油滴和铁锈源自于用来加压气源14的压气机。有些用户故意把油滴注入气源14中结果这些油滴就会集积并可润滑其它设备诸如连到气源14的阀门。粘性颗粒对传感器10是成问题的，因为它不仅打在挡板34并被气流带走而且这些粘性颗业还粘附且集积在挡板34上，而在辅助放大器42的出口处的输出气压对挡板34相对于喷咀出口30a的位置是非常敏感的，而粘性颗粒在挡板34上的堆积实际上改变了挡板34的形状和位置，结果在给定的所加输入的电控制信号下形成一输出气压不希望的偏移。同样粘性颗粒在接收喷咀34的堆积也会减小喷咀入口孔32a的大小结果形成输出气压进一步的改变。
喷咀出口孔30a的收缩使该处的气流有一相对加速，这样喷咀30以比较高的速度向着挡板34和喷咀32喷出颗粒其中包括粘性颗粒，据信称为“粘性”的颗粒实际上有一粘附性能的配置，结果在一定冲击速度下，一些粘性颗粒将粘附到挡板上同时其它粘性颗粒像普通的“非粘性”颗粒一样而弹离挡板，气流流动速度愈快，更大百分比的粘性颗粒将粘附到挡板上。
为了减少粘附到和积聚在精密部件上的粘性颗粒数，传感器10包括一用于粘性颗粒的颗粒收集器51，颗粒收集器51包括一喷咀54和一个安置在喷咀30上游通道20的板56，喷咀54把气流导向板56，喷咀54有一如图1a所示的喷咀出口孔54a，此出口孔54a的尺寸使喷咀出口54a处的所夹带颗粒的速度约为喷咀出口30a处所夹带颗粒的速度，这样，一粘附到挡板34的粘性颗粒将释放出其冲击速度而不会粘附到板56上，因此板56起到一这种颗粒收集器的作用。而另一方面，一未粘附到挡板34上的不同粘性颗粒在释放出其冲击速度后也往往并不粘附板56上，相反仅随气流一起而带走。在实施例中，如图1和图2所示，颗粒收集器51安置在通道20内，这样所有流过喷咀54的气体也流过喷咀30，喷咀出口孔54a的面积(以垂直喷咀54轴线的平面内测得)大致等于喷咀出口孔30a的面积以便达到大约相等的颗粒速度。通过大致地折转，在喷咀54处的气流制约在喷咀30处的气流，只有粘附到挡板34的颗粒被收集在板56上，它的好处是因为在板52上的颗粒堆积一直保持很低而同时从喷咀30上游的气流中仍除去最麻烦的粘性颗粒。
在实施例中，颗粒收集器安置在输入孔50和通道46的进口之间的通道44中，喷咀出口孔54a的大小做到使喷咀出口处54a所夹带颗粒的速度，约为喷咀出口处30a的夹带颗粒的速度，然而把颗粒收集器51放在通道20而不是放在靠近输入孔50的上游通道44处是有利的，以保证不流过喷咀30或挡板34的气体也不流过颗粒收集器51，这就使颗粒收集器51的板52上的颗粒堆积一直是低的。故流过通道44直接带入辅助放大器42的粘性颗粒未被看成会明显地降低了传感器10的性能。
最好，喷咀30和54各自绕喷咀轴线有一径向的对称，为了提供一大范围的输出气压，希望流过通道20的压降保持低的，为了相对于流过喷咀出口孔30a的压降而维持流过喷咀出口孔54a低的压降，同时仍要达到如上文所讨论的大致相等的颗粒速度，喷咀出口54a的面积最好是喷咀出口30a的面积约1倍到2倍，在此范围内最好选择1.4到1.7倍更窄的范围，喷咀出口30a为一个0.016±0.001英寸(0.41±0.03毫米)直径及喷咀出口54a为一个0.02±0.001英寸(0.51±0.03毫米)直径的原型装置可满意地运行，在这情况下，其面积比为(0.020/0.016)2或约1.56。
参照图1a，通道20在颗粒收集器51邻近有孔20a，20b，20c，20d，在一最佳实施例中，孔20a和20d各有0.062英寸(1.6毫米)直径而孔20b和20c分别有0.312英寸(7.92毫米)直径和0.445英寸(11.3毫米)直径。壳体部分16a有一孔20b和20c间的台肩58。插入件60包括一凸缘62，一套筒64和喷咀54，壳体部分16a可拆卸地与壳体部分16b相匹配，只有当壳体部分16a和16b分开时，随后垫片18，O形圈66，丝网筛52，板56，插入件60和垫片68能卸下及清洗和替换。当壳体部分匹配时，壳体部分16a通过垫片18，O形圈66，丝网筛52和板56压向凸缘62，再把凸缘62压向台肩58。
套筒64从凸缘62向下延伸直到喷咀54的基座，该喷咀则反向朝着凸缘62向上延伸，围绕喷咀出口孔54a的顶端距凸缘62的顶面间隔开一距离“d”，此处，板56是平的(如附图所示)，此距离d相当于喷咀出口孔54a和粘性颗粒收集板56的撞击面之间—喷咀/板间隙，最好大致上收集那些会粘到挡板34上的颗粒。喷咀/板间隙相似于一喷咀/挡板间隙，该间隙相当挡板34和喷咀出口孔30a之间在挡板34行程范围内的最小距离“D”(见图1B)，因此喷咀/板间隙和喷咀/挡板间隙最好不用绝对单位诸如毫米标出而是用喷咀出口孔直径的无因次量纲的倍数(或在非圆形喷咀出口孔情况下等量的横向尺寸)标出，也即分别为喷咀出口孔54a直径和喷咀出口孔30a直径，在上述满意地运行的原型中，喷咀/板间隙为2.5(d约为2.5倍喷咀出口孔54a的直径)而喷咀/挡板间隙为1(D约等于喷咀出口孔30a的直径)。最好，喷咀/板间隙有一1/5倍和5倍喷咀/挡板间隙之间的值。
现参照图1a和图3，喷咀54把气流指向板56而板56形状做成围绕着板56的边缘和凸缘62的内缘限定了孔57a，57b，57c，57d。为了维持流过颗粒收集器51的一低压降，开孔57a—57d的加起来面积不小于10倍的喷咀出口54a的面积，但为了以拦截相当数量不希望有的粘性颗粒，这些叠加面积不大于开孔57a—57d上游段送气通道的面积，在上述情况，开孔57a—57d为围绕着凸缘62内缘的圆形面积。
在图4中，示出本发明的另一个实施例，I/P传感器10a相似于I/P传感器10，除了在气体调节器中更多常规挡板技术代替相对的喷咀外形，修改的上壳体部分16c代替壳体部分16a而气体调节器模件22a代替气体调节器模件22，气体调节器22a的驱动器36沿双箭头40方向移动一挡板偏转器以响应来自气源12的控制信号，当挡板偏转器34a移近喷咀31的出口时，在通道26，通孔28a以及连接此二通孔的通道部分20内的背压增加，而当挡板偏转器34a从喷咀31的出口后退，通道28a内的背压就减小，如图2所示，孔28a以孔28相似的方式与气压辅助放大器42相连通以控制在放大器出口处46的输出气压。孔28a在连结点29处连到通路20。常规的挡板I/P传感器需要一限流器。孔28a的上游直接与气压辅助放大器42相连通，为了从孔28a局部隔断高压气源以使孔28a内气压可变。在传感器10a中，喷咀最好既起到把气体指向板56的颗粒收集器中喷咀的作用又起到所需限流器的作用。在该实施例，喷咀54出口的尺寸主要用来提供必要的流量限制，喷咀54出口面积相对于喷咀31出口面积没有任何特殊关系。然而，当同时满足此条件下，从上述的理由中，最好喷咀54出口的尺寸尽可能地接近喷咀31的出口的大小。
在本发明的范围内，对实施例可作许多修改，如图4所示直喷咀30可代替弯喷咀31，挡板偏转器34a能定位在其平行双箭头40的端头而驱动器36能驱动以大致呈水平地偏转上述挡板偏转器，如图4所见。传感器10a可包括单独在通道20内的限流器而图5的颗粒收集器既能用在I/P传感器10也能用在I/P传感器10a。
本发明所用的材料为插入件60的材料为30％玻璃纤维填充的尼龙；板56的材料为300系列不锈钢；偏转挡板34的材料为碳化钨钢；喷咀30，32的材料为300一系列不锈钢；偏转挡板34a的材料为300一系列不锈钢。
虽然本发明已参照最佳实施例进行说明，只要不偏离本发明的精神和范围，本专业的技术人员都承认可对其形式和细节作出修改，例如通孔，通道和喷咀孔可以有一不一定是圆形的剖面形状，颗粒收集器的收集板也不必是平的，气体调节器可以与壳体制成一体而不一定盛装在一可拆卸的模件内。电控制信号和电源可使用一电压不一定是电流而电控制输入信号能从光学控制信号得出。
权利要求
1.一个接纳高压气源和一电控制输入信号以作为电控制输入信号的函数提供一可调的气压输出信号，包含有一其内开有通道的壳体，该通道包括一接纳至少一部分高压气源的入口和一出口；一气体调节器包括一接纳来自出口处气体的调节器喷咀和一响应电控制输入信号和与调节器喷咀协调工作以提供可调气压输出的可位移的偏转挡板；一颗粒收集器安置在通道内且包括一收集器板和收集器喷咀，收集器喷咀把气体指向收集器挡板。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于收集器喷咀尺寸做到通过把颗粒集积在收集器板上以从气体中分离出不希望夹带的颗粒，这样就减少了到达气体调节器的颗粒数。3)根据权利要求1所述的传感器，其特征在于调节器喷咀有一具有第一截面的出口而收集器喷咀有一具有第二截面的出口，第二截面积为1至2倍第一截面积。4)根据权利要求1所述的传感器，其特征在于颗粒收集器包括一安置在通道内的插入件而且包括收集器喷咀；其特征在于通道包括一第一通孔和比第一通孔更宽的第二通孔；壳体包括一个在第一和第二通孔之间的台肩以及收集器喷咀至少局部地安置在第一通孔内而收集器的板压向台肩。
5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于收集器的板可从壳体内卸下。
6.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于收集器有一大致呈X形的板。
7.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于插入件包括一压向台肩的凸缘和一个把凸缘连到收集器喷咀的套筒。
8.根据权利要求1所述的传感器，上述颗粒收集器还包括一收集器喷咀阵列包括收集器喷咀且具有若干收集器喷咀出口，其特征在于若干收集器喷咀出口有一叠加的第一截面积而调节器喷咀有一具有第二截面的出口，叠加的第一截面积是1至2倍的第二截面积。
9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于在接合处，壳体有一连到被命名为第一通道的第二通道，气压输出则由在第二通道内的气压加以控制；可位移的偏转挡板与调节器喷咀协调工作以改变第二通道内的气压从而改变传感器的气压输出以及接合点位于收集器喷咀和调节器喷咀之间，该收集器喷咀的尺寸做到起一限流器的作用。
10.一接纳一高压气源和一电控制输入信号以提供一作为电控制输入信号函数的可调气压输出之传感器包含有一其内开有通道的壳体，该通道包括一接纳至少一部分高压气源的入口和一出口；一气体调节器包括一接纳来自出口处气体的调节器喷咀和一响应电控制输入信号和与调节器喷咀协调工作以提供可调气压输出的可位移的偏转挡板；一收集器表面；以及一位于通道内且把气体指向收集器表面的收集器喷咀。
11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于收集器喷咀相对于收集器表面而定位而且其尺寸做到通过把颗粒集积在收集器表面上而从气体中分离到不希望夹带的颗粒。，这样就减少了到达气体调节器的颗粒数。
全文摘要
一个可提供作为电控制输入信号函数的可调气压输出的传感器(10)包括一壳体(16)，一气体调节器(22)和一颗粒收集器(51)，上述壳体(16)其内开有通道(20)，该通道(20)包括一用于接纳高压气源的入口和一出口。颗粒收集器(51)安置在通道(20)内并包括一收集器板和一把气体指向收集器板(56)的收集器喷嘴以便在气体到达气体调节器(22)之前就从气体中去除不希望夹带的颗粒。
文档编号B01D46/42GK1124992SQ94192363
公开日1996年6月19日 申请日期1994年5月13日 优先权日1993年6月11日
发明者詹姆斯·L·格雷夫尔 申请人:罗斯蒙德公司