专利名称：流量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有用于进行流体的流量控制的流量控制阀的流量控制装置，特别涉及一种具有用于检测流量控制阀的开度的线性可调差动变压器的流量控制装置。
但是，在使用位置变送器的情况下，由于将阀门汽缸的上下运动转换为旋转运动而进行测量，所以实际测量值相对于阀门汽缸的位置不是线性值，阀门开度检测的精度不高。此外，还存在这样的问题，即由于进行上述旋转运动，转轴和轴承等的滑动部分磨损，而使最初设置的旋转角度发生变化，其精度下降。
为了解决上述问题，使用通过直接测量阀门汽缸的上下运动，来检测阀门汽缸的位置的线性可调差动变压器(LVDT)。具有该LVDT的流量控制装置的内部结构如图5所示。在图5中，对于设在流量控制阀1上的阀门汽缸1a，设置两个LVDT 100a、100b。此时，LVDT 100a由与阀门汽缸1a连动的铁104a和缠绕在铁心104a周围的初级线圈101a以及次级线圈102a、103a构成，LVDT 100b由与阀门汽缸1a连动的铁心104b和缠绕在铁心104b周围的初级线圈101b以及次级线圈102b、103b构成。
在LVDT 100a中，绕线方向相反的次级线圈102a、103a并联连接，在该次级线圈102a、103a的串联电路的两端产生的电压被输入伺服控制器(servo controller)105a。此时，由伺服控制器105a向初级线圈101a供给交流电压，通过该初级线圈101a产生的磁场，次级线圈102a、103a内产生感应电压。
然后，由于铁心104a在次级线圈102a、103a内移动，次级线圈102a、103a各自的电感随铁心104a的位置相应地变化。由于绕线方向相反，所以次级线圈102a、103a内各自产生的电压相互抵消，它们的差动电压被输入伺服控制器105a。在LVDT 100b中也进行与LVDT100a相同的动作，所以通过LVDT 100a、100b，相同的差动电压被输入伺服控制器105a、105b。
根据上述结构，由LVDT 100a、100b产生的差动电压，是线性地表示阀门汽缸1a的位置的值，该检测值使得阀门汽缸1a的位置测量精度提高。此外，在伺服控制器105a、105b中，对由LVDT 100a、100b供给的差动电压与由CPU 5供给的、指定流量控制阀1的开度的指令信号进行比较，同时监视各个比较结果，根据该监视结果，进行开关SWa的切换。
该开关SWa是用于选择由伺服控制器105a、105b其中哪一个向调整流量控制阀1的开度的伺服阀4供给控制信号的开关，根据伺服控制器105a、105b各自的监视结果进行切换。即，当伺服控制器105a、105的比较结果不同，推测伺服控制器105a、105b中某一个发生故障时，进行切换控制，使得由被推测为没有发生故障的伺服控制器向伺服阀4供给控制信号。
但是，如图5所示，在设置LVDT的情况下，例如当初级线圈发生断路，没有电流流过线圈时，由于次级线圈中没有感应电流，所以次级线圈中没有电流流过，而把与铁心位于中央时相同的差动电压供给伺服控制器，使伺服阀被错误地驱动。这样，由于LVDT处于故障状态，正常范围的差动电压被供给伺服控制器，所以导致流量控制阀1向错误的方向误动作。
因此，如图5所示，即使进行利用了LVDT 100a、100b的双系统的反馈控制，利用LVDT执行正常动作的系统进行反馈控制，实际上也不能正常动作，存在误动作的情况。特别是在对用于燃气轮机等的燃烧器进行燃料控制的流量控制阀中，由于误动作，使流入燃烧器内的燃料量过剩，燃烧器内的温度处于危险的温度，往往会损坏燃烧器。
对于上述问题，特开2001-291182号公报提出了一种控制装置。在该公报中，通过校验各个次级线圈中产生的电压的总和，来探测是否有异常，而不是校验各个次级线圈的电压。
鉴于上述问题，本发明之目的在于，提供一种能探测用于检测流量控制阀的开度的线性可变变压器的异常的流量控制装置。
这样，监视上述初级线圈和上述第一以及第二次级线圈中分别产生的电压，当上述初级线圈和上述第一以及第二次级线圈中任意一个发生短路或断路时，可以确定短路或断路的线圈的电压处于动作范围之外。然后，使基于处于动作范围之外的该线性可调差动变压器的反馈控制停止，进行基于另一个线性可调差动变压器的反馈控制。此时，作为动作范围的电压范围是大于0V的电压。
在上述流量控制装置中，如权利要求2所述，上述第一和第二伺服控制器包括第一整流平滑电路，对上述初级线圈中产生的交流电压进行整流平滑；第二整流平滑电路，对上述第一次级线圈中产生的交流电压进行整流平滑；第三整流平滑电路，对上述第二次级线圈中产生的交流电压进行整流平滑；第一～第三比较电路，当从上述第一～第三整流平滑电路分别输出的直流电压处于正常动作范围内时，输出低电平，当处于正常动作范围之外时，输出高电平；以及OR电路，被输入上述第一～第三比较电路的输出。当来自上述第一伺服控制器的控制信号被上述开关选择时，如果上述第一伺服控制器内的上述OR电路的输出变为高电平，则使上述第一伺服控制器处于等待状态，如果上述第二伺服控制器内的上述OR电路的输出为低电平，则切换上述开关，使得来自上述第二伺服控制器的控制信号被选择。当来自上述第二伺服控制器的控制信号被上述开关选择时，如果上述第二伺服控制器内的上述OR电路的输出变为高电平，则使上述第二伺服控制器处于等待状态，如果上述第一伺服控制器内的上述OR电路的输出为低电平，则切换上述开关，使得来自上述第一伺服控制器的控制信号被选择。此时，当判断具有该OR电路的伺服控制器为异常时，也可以向上述OR电路输入高电平信号。
此外，如权利要求3所述，上述第一和第二伺服控制器包括减法电路，求出从上述第二和第三整流平滑电路分别输出的直流电压的差分值。根据由上述减法电路求出的差分值，检测上述流量控制阀的开度。此时，如权利要求4所述，上述第一和第二伺服控制器包括控制信号生成电路，基于对指定上述流量控制阀的开度的指令信号与由上述减法电路求出的差分值进行比较之后的值，生成上述控制信号。
此外，如权利要求5所述，当上述第一和第二伺服控制器内的上述OR电路的输出均变为高电平时，放掉提供给上述流量控制阀的紧急遮断油(emergency trip oil)，使阀门关闭，由此当上述第一和第二开闭的动作均异常时，可以使上述流量控制阀瞬间停止，从而能在安全状态下，使使用上述流量控制装置的系统停止。
图2是表示本发明的流量控制装置的构成的方框图。
图3是表示图2的流量控制阀和铁心之间的关系的简要构成图。
图4是表示图2的伺服控制器的内部构成的方框图。
图5是表示现有的流量控制装置的构成的方框图。
具体实施例方式
对于本发明的实施方式，参照附图进行说明。在本实施方式中，以控制向燃气轮机的燃烧器供给的燃料供给量的流量控制装置为例进行说明。
图1是表示燃气轮机和流量控制装置之间的关系的方框图。图2是表示流量控制装置各部分的关系的方框图。
如图1所示，燃料供给量经流量控制阀1控制，被提供给燃烧器6，由燃烧器6燃烧产生的燃气使燃气轮机7旋转。此外，当用后面说明的LVDT 2a、2b检测出流量控制阀1的开度时，检测值被提供给控制装置3内的伺服控制器3a、3b，基于该检测值，驱动伺服阀4，由此来控制流量控制阀1的开度。
图2的流量控制装置由以下部分构成流量控制阀1，设定燃料供给量；LVDT 2a、2b，检测流量控制阀1的开度；伺服控制器3a、3b，被提供来自LVDT 2a、2b的检测值；伺服阀4，控制流量控制阀的开度；CPU 5，向伺服控制器3a、3b发送指定流量控制阀1的开度的指令信号；开关SW，选择向伺服阀4发送的控制信号。控制装置3由伺服控制器3a、3b和CPU 5以及开关SW构成。
LVDT 2a由缠绕在与流量控制阀1的阀门汽缸1a连动的铁心21a上的初级线圈22a和次级线圈23a、24a构成，LVDT 2b由缠绕在与流量控制阀1的阀门汽缸1a连动的铁心21b上的初级线圈22b和次级线圈23b、24b构成。铁心21a、21b如图3所示，通过支持部件11设置在阀门汽缸1a上，与阀门汽缸1a的上下运动连动，铁心21a、21b也上下运动。
伺服控制器3a、3b的构成如图4所示。由于伺服控制器3a、3b的构成相同，以下以伺服控制器3a为代表进行说明。
伺服控制器3a由以下部分构成振荡器31，向初级线圈22a供给高频电流；整流电路D1～D3，对各个初级线圈22a和次级线圈23a、24a中的交流电压进行整流；平滑电容器C1～C3，使经整流电路D1～D3整流之后的电压平滑；放大器G1～G3，对由平滑电容器C1～C3进行平滑化而得到的直流电压进行放大；比较电路32a～32c，比较来自放大器G1～G3的输出是否在正常动作范围内；延迟电路33a～33c，使来自比较电路32a～32c的信号延迟；减法电路34，求得来自放大器G1～G3的输出电压的差分；减法电路35，求得减法电路34的输出与CPU 5的指令信号之间的差分；控制信号生成电路36，根据减法电路35的输出，生成控制信号；OR电路37，被输入来自延迟电路33a～33c的输出和表示伺服控制器3a的异常的信号；开关控制电路38，被输入来自OR电路37的输出和来自另一个伺服控制器3b内的OR电路37的输出，进行开关SW的切换控制。
以下以LVDT 2a和伺服控制器3a为代表，对上述构成的LVDT2a、2b和伺服控制器3a、3b的动作进行说明。当由振荡器31向初级线圈22a供给高频电流时，次级线圈23a、24a被该初级线圈22a内产生的激励电压感应，产生交流电压。此时，次级线圈23a、24a内产生的交流电压的电压值随铁心21a的位置而变化，当铁心21a的中心位于次级线圈23a、24a的连接部时，次级线圈23a、24a的电感相等，所以次级线圈23a、24a内产生的交流电压相等。
初级线圈22a的激励电压通过整流电路D1和平滑电容器C1，被转换为直流电压，然后供给放大器G1，同时次级线圈23a的感应电压通过整流电路D2和平滑电容器C2、次级线圈24a的感应电压通过整流电路D3和平滑电容器C3，分别被转换为直流电压，然后供给放大器G2、G3。由放大器G1～G3放大的直流电压被供给比较电路32a～32c，确定是否在规定的电压范围内。经比较电路32a比较的电压范围在Va以上Vb以下，经比较电路32b、32c比较的电压范围在Vc以上Vd以下(0＜Vc＜Va、Vd＞Vb)。以下将Va以上Vb以下的电压范围和Vc以上Vd以下的电压范围称为正常电压范围。
在比较电路32a～32c中，当来自放大器G1～G3的输出电压在正常电压范围内时为正常情况，使其输出为低电平(低电平)，当来自放大器G1～G3的输出电压在正常电压范围之外时为异常情况，使其输出为高电平(高电平)。来自该比较电路32a～32c的输出由延迟电路33a～33c延迟规定时间之后，被输入OR电路37。
即，当初级线圈22a中发生短路时，由于初级线圈22a的激励电压变为0V，所以放大器G1的输出变为0V，从而比较电路32a确认出现了异常，然后延迟电路33a的输出变为高电平。此外，当次级线圈23a中发生断路时，由于初级线圈22a没有被激励，次级线圈23a、24a也没有被电磁感应，所以放大器G1～G3的输出变为0V，比较电路32a～32c确认出现了异常，然后延迟电路33a～33c的输出变为高电平。
此外，当次级线圈23a中发生短路或断路时，由于次级线圈23a中不产生感应电压，所以放大器G2的输出变为0V，从而比较电路32b确认出现了异常，然后延迟电路33b的输出变为高电平。当次级线圈24a中发生短路或断路时，同样地由于次级线圈24a中不产生感应电压，所以放大器G3的输出变为0V，从而比较电路32c确认发生了异常，然后延迟电路33c的输出变为高电平。
进而，来自放大器G2、G3的输出被供给减法电路34，从放大器G2的输出中减去放大器G3的输出。由该减法电路34求出的值作为LVDT 2a检测流量控制阀1的开度的检测值，被送到减法电路35。在减法电路35中，从CPU 5提供的指令信号的值中减去减法电路34的输出，得到用于进行流量控制阀1的开度控制的参数值。
然后，减法电路35的输出被提供给控制信号生成电路36，在控制信号生成电路36中，基于减法电路35的输出，输出带有微分成分和积分成分的PID反馈控制用的控制信号。该控制信号通过开关SW，被提供给伺服阀4，控制流量控制阀1的开度，使得其接近由CPU 5的指令信号所指示的值。
此外，上述延迟电路33a～33c的输出和表示伺服控制器3a的异常的信号被输入OR电路37。表示伺服控制器3a的异常的信号，当伺服控制器3a异常时为高电平，当伺服控制器3a正常动作时为低电平。因此，当延迟电路33a～33c的输出和表示伺服控制器3a异常的信号其中之一为高电平时，由OR电路37输出高电平信号。即，当初级线圈22a、次级线圈23a、24a、伺服控制器3a其中之一发生异常时，由OR电路37输出高电平信号。
然后，该OR电路37的输出作为异常检测信号S1被提供给开关控制电路38，并且来自伺服控制器3b内的OR电路37的输出作为异常检测信号S2被提供给开关控制电路38。该异常检测信号S1、S2也被提供给伺服控制器3b内的开关控制电路38。此外，该伺服控制器3a内的开关控制电路38，伺服阀4由伺服控制器3a控制，当伺服控制器3b处于等待状态时变为接通，反之伺服阀4由伺服控制器3b控制，当伺服控制器3a处于等待状态时变为断开。
伺服阀4由伺服控制器3a控制，当开关控制电路38为接通时，异常检测信号S1为低电平时，开关控制电路38使开关SW保持与触点a的连接，将来自伺服控制器3a的控制信号生成电路36的控制信号提供给伺服阀4。此外，如果异常检测信号S1变为高电平，当异常检测信号S2为低电平时，开关SW与触点b连接，将来自伺服控制器3b的控制信号生成电路36的控制信号提供给伺服阀4。此时，也向伺服控制器3b内的开关控制电路38供给信号，使其变为接通，同时使伺服控制器3a的开关控制电路38变为断开。
此外，当异常检测信号S1变为高电平时，如果异常检测信号S2也为高电平，则使开关SW与触点c连接，使得来自伺服控制器3a、3b的控制信号不提供给伺服阀4，停止流量控制阀1的控制动作，并且使流量控制阀1不向危险的方向开放。此时，在流量控制阀1中，通过放掉紧急遮断油，使流量控制阀1在瞬间关闭。
在伺服控制器3a处于等待状态，开关控制电路38为断开的情况下，当异常检测信号S2变为高电平，异常检测信号S1为低电平时，通过伺服控制器3b内的开关控制电路38，信号被提供给伺服控制器3a内的开关控制电路38，使伺服控制器3a内的开关控制电路38变为接通，并且来自伺服控制器3a的控制信号被提供给伺服阀4。
这样，根据本实施方式，在流量控制的反馈控制系统中设置两路LVDT和伺服控制器系统，当其中一路发生异常时，利用正常动作的-路系统，进行流量控制的反馈控制。此外，在两路系统均发生异常的情况下，切断用于向伺服阀提供控制信号的信号线，同时放掉流量控制阀的紧急遮断油，使燃料供给停止。因此，如图1所示，在提供给燃气轮机的燃烧器的燃料流量控制中利用本发明的流量控制装置的情况下，可以安全地监视向燃烧器的燃料供给。
在本实施方式中，对燃气轮机系统中用于进行燃料的流量控制的流量控制装置进行了说明，但本发明不仅应用于燃气轮机系统，也可以应用于燃气轮机之外的系统。
根据本发明，通过伺服控制器监视构成线性可调差动变压器的各个初级线圈和第一以及第二次级线圈中产生的电压，由此监视线性可调差动变压器是否正常动作，所以能容易且可靠地检验线性可调差动变压器的状态。因此，通过使用两路该线性可调差动变压器和伺服控制器构成的反馈控制系统，可以利用正常动作的系统进行流量控制，从而能使利用该流量控制装置的系统安全地运转。
权利要求
1.一种流量控制装置，包括流量控制阀，进行流体的流量控制；第一和第二线性可调差动变压器，具有与上述流量控制阀的阀门汽缸向同一方向移动的铁心，并且检测上述阀门汽缸的位置；第一和第二伺服控制器，基于分别来自上述第一和第二线性可调差动变压器的检测信号，生成控制上述流量控制阀的开度的控制信号；开关，选择从上述第一和第二伺服控制器分别输出的控制信号，提供给流量控制阀，其特征在于，上述第一和第二线性可调差动变压器分别包括上述铁心；初级线圈，被供给交流电压；以及两个第一和第二次级线圈，通过初级线圈的激励电压，产生与上述铁心的位置相应的感应电压，并且并联连接，上述第一伺服控制器监视上述第一线性可调差动变压器内的初级线圈和第一次级线圈以及第二次级线圈中分别产生的电压，上述第二伺服控制器监视上述第二线性可调差动变压器内的初级线圈和第一次级线圈以及第二次级线圈中分别产生的电压，当来自上述第一伺服控制器的控制信号被上述开关选择时，如果确认上述第一线性可调差动变压器内的初级线圈和第一次级线圈以及第二次级线圈中至少一个输出正常动作范围之外的电压，则停止由上述开关选择来自上述第一伺服控制器的控制信号，当来自上述第二伺服控制器的控制信号被上述开关选择时，如果确认所示第二线性可调差动变压器内的初级线圈和第一次级线圈以及第二次级线圈中至少一个输出正常动作范围之外的电压，则停止由上述开关选择来自上述第二伺服控制器的控制信号。
2.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，上述第一和第二伺服控制器包括第一整流平滑电路，对上述初级线圈中产生的交流电压进行整流平滑；第二整流平滑电路，对上述第一次级线圈中产生的交流电压进行整流平滑；第三整流平滑电路，对上述第二次级线圈中产生的交流电压进行整流平滑；第一～第三比较电路，当从上述第一～第三整流平滑电路分别输出的直流电压处于正常动作范围内时，输出低电平，当处于正常动作范围之外时，输出高电平；以及OR电路，被输入上述第一～第三比较电路的输出，当来自上述第一伺服控制器的控制信号被上述开关选择时，如果上述第一伺服控制器内的上述OR电路的输出变为高电平，则使上述第一伺服控制器处于等待状态，如果上述第二伺服控制器内的上述OR电路的输出为低电平，则切换上述开关，使得来自上述第二伺服控制器的控制信号被选择，当来自上述第二伺服控制器的控制信号被上述开关选择时，如果上述第二伺服控制器内的上述OR电路的输出变为高电平，则使上述第二伺服控制器处于等待状态，如果上述第一伺服控制器内的上述OR电路的输出为低电平，则切换上述开关，使得来自上述第一伺服控制器的控制信号被选择。
3.根据权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，上述第一和第二伺服控制器包括减法电路，求出从上述第二和第三整流平滑电路分别输出的直流电压的差分值，根据由上述减法电路求出的差分值，检测上述流量控制阀的开度。
4.根据权利要求3所述的流量控制装置，其特征在于，上述第一和第二伺服控制器包括控制信号生成电路，基于对指定上述流量控制阀的开度的指令信号与由上述减法电路求出的差分值进行比较之后的值，生成上述控制信号。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的流量控制装置，其特征在于，当上述第一和第二伺服控制器内的上述OR电路的输出均变为高电平时，放掉提供给上述流量控制阀的紧急遮断油，使阀门关闭。
全文摘要
本发明之目的在于，提供一种能探测用于检测流量控制阀的开度的线性可调差动变压器的异常的流量控制装置。在伺服控制器(3a)中，将LVDT(2a)的初级线圈(22a)和次级线圈(23a、24a)中分别产生的交流电压转换为直流电压，从放大器(G1～G3)输出，然后通过比较电路(32a～32c)判断该放大器(G1～G3)的输出是否是处于动作范围内的电压。如果判断比较电路(32a～32c)中至少一个判断不是动作范围内的电压而输出高电平，则使伺服控制器(3a)处于等待状态。
文档编号G05D7/06GK1472612SQ03141019
公开日2004年2月4日 申请日期2003年5月22日 优先权日2002年7月30日
发明者田中聪史, 江本英晃, 晃 申请人:三菱重工业株式会社