专利名称：电子控制气动压力调节器及用其调节流体压力的方法
技术领域：
本发明涉及一种电子控制装置及调节气压的方法以及它们在液体喷头的射流速度的伺服控制系统中的应用。
本发明的一个特殊应用是利用油墨滴的连续射流进行印刷，油墨是在印刷机的调制体中在恒定和精确压力下向一个标准喷嘴输送。
目前，有两种类型的电子控制压力调节器膜片型调节器和特殊的电磁阀调节器，其压力调节是通过一个部件(膜片-活塞)在运动中的机械平衡而获得的。
在一种电子控制膜片型调节器中，施加于膜片上的力不是由象手动控制中的一个弹簧获得，而是由通过一个气动电位器获得的空气压力获得。于是被调节的压力的数值范围从一个高数值到一个低数值;该高数值称为输入压力，它由一个压力源给出，该低数值称为输出或排气压力，它一般是大气压力。电位器由一个包括调节回路的电子装置构成，该调节回路涉及一个喷嘴-挡板系统或涉及两个比例电磁阀，或者还涉及一个根据所选用的技术高速打开和关闭的三通三位置电磁阀。
在第二种类型的电子控制压力调节器中，电磁阀是一个三通电磁阀，每接收一个电子调节装置发出的电控制信号，该电子调节装置如在HOERBIGER提出的法国专利申请FR2275822和JOUCOMATIC提出的欧洲专利申请EP328573中所描述。作为这个电控制信号和被调压力的期望值的一个函数，阀内的一个活塞在下列情形中处于不同的位置当被调节压力远低于期望值时连接源压力与被调节压力;当被调节压力大于期望值时连接排气压力与被调节压力;或者相对于源压力和排气压力使被调节压力不能透过。
这些电子控制压力调节器首先成本远高于手动控制压力调节器;其次具有某些缺点，例如对在喷嘴-挡板系统的情况下决定集中过滤的污染的敏感性或者对于诸如墨喷印刷机只需要小的空气流速的系统元件的尺寸过大。此外，对于低流速的要求，压力调节系统的总效率相当低，因为目前使用的调节器即使在需用量是零时总是消耗少量的空气。这意味着必须选取压缩机的尺寸为调节器的消耗量的一个函数，而不是为有效需用量的一个函数。除了这些缺点之外，还有由于移动部件的摩擦造成的滞后问题以及压力源的不稳定问题。
在本发明用于墨喷印刷机的领域中，印刷的质量与喷嘴喷射油墨的速度紧密相关。现在，通过相对这些喷嘴的油墨上游的压力变化可以降低这个速度。因此，应当不断地检测油墨压力并高精度地控制之。本申请人申请的已公开的法国专利申请FR2，652，540描述了采用压缩空气向具有一个手动控制压力调节器的墨喷印刷机的油墨回路加压的情形。在这个专利申请中描述的向印刷机供应油墨的回路，包括一个用于向喷嘴喷射油墨射流的油墨储腔。通过完全排空一个粘度计将油墨传输进这个储腔，该粘度计由一个回收容器填装油墨，该回收容器本身连接至一个油墨容器和一个溶剂容器，该粘度计检测印刷用的油墨的粘度。一个指针式压力计测量储腔内的压力的数值，并且一个手动控制调节器调节这个压力，该调节器作用于一个压缩机给出的压力的入口管上。从粘度计排空的油墨通过一个校准出口进入储腔内，根据调节器的响应速率选取该校准出口的尺寸以限制油墨传输的流速，该调节器应当能够快速处理由突然到达该储腔的油墨造成的任何过压倾向。
本发明的目的是通过提出一种压力调节器克服这些不同的缺点，该压力调节器具有一个源压力、排气压力与出口腔的压力之间的中间腔。
根据本发明，一个电子控制压力调节器用于将一个储腔内的流体压力调节在一个较高值与一个较低值之间，该较高值由一个给定压力源输出，该较低值称为排气压力值，其中该调节器包括-一个传输腔，它由一个第一电子可控电磁阀连接至储腔;
-一个第二电子可控电磁阀，它将该传输腔连接至压力源;
-一个第三电子可控电磁阀，它将该传输腔连接至一个泄压室;
-一个压力传感器，它设置于该第一电磁阀的下游，用于测量该储腔的流体压力，并且连接至这些电磁阀的一个电子控制系统。
根据本发明的压力调节器将有益地用于特别是墨喷印刷机的液体喷头的速度的伺服控制中。
本发明的其它特征和优点将从一个特殊的实施例的以下描述变得清楚，该描述参照下列附图，其中-
图1是根据本发明的一个电子控制压力调节器的示意图;
-图2A和2B显示了涉及压力变化时根据本发明的调节器的几个电磁阀的操作顺序;
-图3是装备有根据本发明的一个压力调节器的一个墨喷印刷机的液压传动图(hydraulicdiagram);
-图4是显示根据本发明的射流速度的伺服控制的原理的示意图;
-5是显示根据本发明的油墨传输进入储腔的原理的示意图;
-图6显示了在油墨传输期间根据本发明的调节器的几个电磁阀的操作的基本顺序。
在不同的图中，为了获得相同的结果而执行相同的功能的部件具有相同的参考标号。
图1是显示根据本发明的压力调节器的原理的示意图，该压力调节器用于调节装在储腔5内的流体(例如一种二相流体)的压力。这个压力调节器包括一个传输腔4，该传输腔由三个二通二位置电磁阀1、2和3连接至外界。于是这个传输腔4由电磁阀1连接至一个压力源，例如一个压缩机，该压力源使腔4能加压至例如4个相对巴(relativebars)量级的压力。传输腔4通过电磁阀2也连接至一个泄压室，该泄压室输出一个低于储腔5(例如户外空气)的压力的压力，因此传输腔4的压力可以低于大气压。最后，腔4由电磁阀3连接至称为储腔的出口腔5。一个压力传感器6设置在储腔5的入口，它输送由电磁阀的电子控制系统处理的关于储腔5内的压力值的信息，并使之能够确定调节器正在恰当地工作。
空气腔4的体积是压力源，排气压力和出口腔之间的中间体积，其大小作为这个压力源的压力、排气压力、储腔5内的压力的一个函数而精确地设定，并且所需的精度根据这个储腔5内的压力的调节而定。为了使腔4与储腔5之间的传输不会产生实际上的扰动，根据调节器所需的精度，传输腔4低于出口腔。传输的频率只是出口处所需的空气流速的函数。
当储腔5的出口处发出的液体射流停止时，按如下方式检查调节器的操作驱动电磁阀1和3使之打开，于是将储腔5置于与压力源直接连通的状态。于是可以通过压力传感器6检测压力源的压力。然后，驱动电磁阀2和3打开，将储腔5置于与大气直接连通的状态，并通过传感器6检测到一个零相对压力而确定储腔5已被置于大气压力下。
储腔5内的压力的调节方法包括三个基本循环。
第一循环对应于储腔内的压力在期望值范围(例如3巴±1%)内的情形。于是不进行任何操作，三个电磁阀均保持关闭。
第二循环对应于储腔5内的压力低于期望值范围的情形。于是执行图2A所示的顺序以增加储腔5内的压力，该顺序包括-第一步，通过打开电磁阀1、关闭电磁阀2和3，将传输腔4置于压力源的压力下;
-第二步，通过关闭所有电磁阀而封闭传输腔4;
-第三步，通过打开电磁阀3、保持电磁阀1和2关闭，将传输腔4置于与储腔5相连通的状态;
-第四步，关闭所有三个电磁阀，通过印刷机的电子控制系统(未示出)考虑来自传感器6的压力信号，重复上述循环，直至获得储腔5内的期望压力。这个电子系统特别用于驱动电磁阀的打开与关闭，以确保射流有精确的速度。
第三循环对应于储腔5内的压力高于期望值范围的情形。在这种情形下，执行如图2B所示的降压顺序，该顺序包括-第一步，通过打开电磁阀2、关闭电磁阀1和3，将传输腔4置于排气压力下;
-第二步，通过关闭所有的电磁阀而封闭传输腔4;
-第三步，通过打开电磁阀3、保持电磁阀1和2关闭，将传输腔4置于与储腔5连通的状态;
-最后一步，关闭电磁阀1、2、3，通过电子控制系统考虑来自传感器6的压力信号，重复这个顺序，直至获得储腔5内的期望压力。于是，该储腔内的压力下降并被重置于期望范围内。
图3涉及本发明的应用，以通过液体的连续射流的滴落(尤其是油墨滴落)进行印刷，并显示了装备有根据本发明的一个调节器的一个墨喷印刷机的液压传动图。
储腔用作油墨的容器，通过印刷机的印刷头(未示出)油墨滴落印刷在介质上。油墨的压力由油墨上方的气体的体积50给定。未使用的油墨滴在印刷头的出口被回收并通过导管7向称为回收容器的容器8再循环，容器8用作油墨容器12与储腔5之间的中间容器。为此目的，通过一个如本申请人申请的已公开的法国专利申请2652540中所描述的减压回路，将容器8置于减压状态。一个粘度计9用于测量来自这个回收容器8的油墨的粘度，该粘度计9用作为一个来自该回收容器8的油墨送入储腔5之前流经的容器。通过一个电磁阀89经一个校准出口10，这个粘度计连接至容器8的下部;并且在经过一个过滤器39之后通过一个电磁阀13将粘度计连接至传输腔4的下部，过滤器39防止电磁阀13被油墨中悬浮的颗粒者塞。根据粘度的测量，通过一个电磁阀119包含在容器11中的溶剂可以添加至粘度计9中。此外，粘度计中的气体90，首先通过一个电磁阀98连接至回收容器8的顶部，其次通过一个电磁阀94连接到压力源，并且通过一个电磁阀91连接至排气压力(例如大气)。至于粘度计充满油墨的情形，根据已公开的法国专利2652540的描述进行操作。
根据本发明，给印刷机提供油墨的回路包括一个如上所述的电子控制压力调节器，其传输腔4包含小数量的油墨和气体40。传输腔4的下部，首先通过一个电磁阀13连接至粘度计9的底部，电磁阀13允许油墨从粘度计传输至腔4;其次通过一个电磁阀15连接至储腔5的底部，电磁阀15允许油墨从腔4传输至储腔，这两个电磁阀13和15是电子可控的。此外，传输腔4的上部，通过电磁阀1连接至压力源14，通过电磁阀2连接至一个减压源(例如大气)，并且通过电磁阀3连接至储腔5的气体腔50。
一个压力传感器6(例如以模拟输出)测量储腔5内的压力。
传输腔4的尺寸V4对应于以下绝热关系式(A)P5×V5Y+P4×V4Y＝P×(V5+V4)Y (A)其中P5是储腔5内的绝对压力;
V5是储腔5内的气体腔50的体积;
P4是传输腔4内的绝对压力;
V4是传输腔4内的气体腔40的体积;
P是腔4与储腔5已被置于连通状态后的压力;
Y是绝热系数。
基于P4、P5、V5的数值与由以下公式给出的调节器的精度γ的知识，能够由这个关系式(A)计算体积V4γ=p5-pp]]>
在印刷机的正常模式操作期间，当储腔5喷射连续射流至印刷头时，参照图2A和2B描述的压力调节器的操作循环，能非常高精度地控制喷射的油墨的压力并因此能够伺服控制油墨射流的速度而改善印刷的质量。
因此，本发明也涉及包含在储腔5内的油墨的压力的调节方法，它包括以下三个循环。
当该储腔内的压力确实在印刷头的有效操作所选择的数值范围内时，第一循环用于保持储腔5内的压力，该循环包括通过电磁阀15从传输腔4传输基本数量的油墨至储腔5。
当储腔内的压力低于所选择的范围时，第二循环用于增加储腔5内的压力，该循环包括以下步骤-第一步，通过驱动电磁阀1，保持电磁阀2和3关闭，将传输腔4的气体腔40置于与压力源14连接的状态，而增加传输腔4内的压力;
-第二步，通过关闭所有的电磁阀而封闭传输腔4;
-第三步，通过驱动电磁阀3打开、保持电磁阀1和2关闭，将传输腔4的气体腔40置于与储腔5的气体腔50连通的状态;
-第四步，关闭所有电磁阀，通过电子控制系统考虑传感器6的压力信号，重新起动第二个循环，直至获得储腔5内的期望压力。
当储腔内的压力高于所选择的范围时，第三循环用于降低储腔5内的压力，该循环包括以下步骤-第一步，通过驱动电磁阀2、关闭电磁阀1和3，将气体腔40置于与一个泄压室(例如大气)连通的状态，以降低压力P4;
-第二步，通过关闭所有三个电磁阀1至3，封闭腔4;
-第三步，通过电磁阀3打开、保持其它两个电磁阀关闭，将传输腔4的气体腔40置于与储腔5的气体腔50连通的状态;
-第四步，关闭电磁阀1至3，通过电子控制系统考虑压力传感器6输出的信号，重新起动第三个循环，直至获得储腔5内的期望压力。
在图3的液压传动图中，也将看到用于添加油墨和溶剂的回路包括一个用于油墨和溶剂的单循环通道口102，因此限制了油墨堵塞管的问题，并且在容器的底部进行添加以避免未被占用表面的扰动现象。最后，我们可以注意到在印刷头停止使用期间对印刷头进行清洗时粘度计所起得溶剂传输腔的作用。
调节器的操作循环可以用于获得印刷头射流速度的伺服控制。图4是显示射流速度的伺服控制的原理的示意图。这个闭环伺服控制系统，首先接收射流速度的期望值Vc(例如20米/秒)，其次接收储腔的出口处的射流速度的测量值Vj，该测量由一个如本申请人申请的法国专利2636884所描述的系统来完成。一个比较器16取速度指令值Vc与射流速度的测量值Vj之间的差值，这个差值例如是0.3米/秒量级。这个差值称为误差E，然后它与一个数值δ比较，该δ是允许的误差，例如是0.2米/秒。因此通过计算允许误差δ与速度期望值的比(0.2/20＝1%)，直接获得伺服控制的精度。
如果误差E大于(+δ)，则认为射流速度太慢，因此必须执行称为图中的循环2的调节器的第二个循环，以增大储腔的压力。于是，通过电磁阀3，将储腔5的上面部分置于与传输腔4的气体腔40连通的状态，通过事先打开电磁阀1已预先在气体腔40中建立了过压。
如果误差E小于(-δ)，则认为射流速度高于速度的期望值Vc，于是必须启动称为图中的循环3的调节器操作的第三个循环，以降低储腔5内的压力。
为此，通过电磁阀2将储腔5的上部置于与大气连通的状态，这样允许将储腔内的气体排入户外。
如果误差E是在(+δ)与(-δ)之间，允许调节器在不改变储腔内的压力的情况下工作。
通过这样设置传输腔4的尺寸可以获得伺服控制的稳定性，即，使由于调节器操作的第二和第三循环造成的储腔5内的压力扰动，不会使射流速度的变化超过数值δ。而且，传输腔4的气体腔40的体积V4与储腔5的气体腔50的体积V5的比必须保持为一个常数这必须通过电磁阀15将这两个容器4和5置于连通的恒定状态而获得，除了添加气体至储腔5和从储腔5排气顺序之外，以及除了如下文描述的油墨传输顺序之外。
在填装储腔5的瞬态操作模式期间，它对应于从粘度计9向储腔5快速传输油墨，由信息元件获得储腔内的压力调节的数值，这个信息元件不再由油墨射流速度传感器提供，而是由压力传感器6提供。然后由在从粘度计9向储腔5传输油墨之前的最后测量值产生期望压力值。
图5是显示根据本发明油墨向储腔传输的原理的示意图。根据速度伺服控制的精度，这个传输只能通过对储腔5内的压力有轻微的扰动。而进行这个传输过程使用了传输腔4，其下部装填着油墨，使之能从粘度计向储腔5提供基本数量的油墨。
为此，包含一个气体腔90的粘度计9的上部通过一个电子控制电磁阀17连接至压力源。
包含油墨的下部通过电磁阀13经一个过滤器18连接至也包含油墨的传输腔4的下部。然后，随着这个电磁阀13的再次关闭，通过打开电磁阀15油墨从传输腔4进入储腔5的底部。图6显示了通过打开电磁阀1、2、3、13、15和17在油墨传输期间这些电磁阀操作的基本顺序。接下来的步骤是，同时打开电磁阀15和3，对应于通过连通管平衡储腔5与传输腔4的油墨的液位。粘度计的排空需要多次传输过程，大约10次，每次进行一次传输都随后检验一次射流的速度。在需要的情况下可以进行校正。
根据本发明的调节器已经试用于连续墨喷印刷机。在稳定操作模式下，为了以±1%的精度保持射流速度，印刷机的油墨消耗是这样的，即，每20秒必须执行一个压力增加循环;在大多数情况下出现压力保持循环时，不会出现压力降低循环。
权利要求
1.一种电子控制压力调节器，它用于将一个储腔内包含的二相流体的压力调节在一个较高压力值与一个较低压力值之间，该较高压力值由一个给定压力源输出，该较低压力值称为排气压力值，其特征在于，该调节器包括-一个传输腔，它充满气体，一个第一电子可控电磁阀将该传输腔连接至该储腔的流体上方的气体腔；-一个第二电子可控电磁阀，它将该传输腔连接至该压力源；-一个第三电子可控电磁阀，它将该传输腔连接至一个释放排气压力的泄压室；-一个压力传感器，它设置于该第一电磁阀的下游，用于测量该储腔内的流体压力，并且连接至这些电磁阀的一个电子控制系统。
2.一种电子控制气动压力调节器，它用于调节包含在储腔内的一种液体的压力，该压力由位于该液体上方的气体体积给定，该储腔连接于一个液体容器，该压力介于一个较高值与一个较低值之间，该较高值由一个压力源输出，该较低值称为一个排气值，其特征在于，该调节器包括-一个传输腔，它包含少量的该液体和一个气体腔，该气体腔通过一个第一电磁阀与该储腔的气体腔连通，该传输腔的底部首先通过一个第四电磁阀连接于该液体容器，其次通过一个第五电子控制电磁阀连接于该储腔的底部;-第二电子控制电磁阀，它将该传输腔的气体腔连接至该压力源;-一第三电子可控电磁阀，它将该传输腔的气体腔连接至一个释放排气压力的泄压室;-一个压力传感器，它设置于该储腔与该第一电磁阀之间，用于测量该储腔内的气体压力，并且连接至这些电磁阀的一个电子控制系统。
3.一种根据权利要求1或2所述的压力调节器，其特征在于，该传输腔的尺寸是该压力源压力、该排气压力和需调节的流体压力的一个函数，并且该传输腔的尺寸必须远小于该储腔的尺寸。
4.一种用根据权利要求1的一个调节器调节一个储腔内包含的一种流体的压力的方法，其特征在于，该方法包括以下三个循环-当该压力在所选择的数值范围内时，第一循环通过关闭该第一、第二和第三电磁阀用于保持该储腔内的压力;-当该压力低于所选择的范围时，第二循环用于增加该传输腔的压力，该第二循环包括＊第一步，通过打开该第二电磁阀、关闭该第一和第三电磁阀，将该传输腔与该压力源连通，而增加该传输腔的压力;＊第二步，通过关闭所有的电磁阀而封闭该传输腔;＊第三步，通过打开该第一电磁阀、保持该第二和第三电磁阀关闭，将该传输腔置于与该储腔连通的状态;＊第四步，关闭所有电磁阀，通过印刷机的电子控制系统考虑来自该传感器的压力信号，重新起动该第二循环，直至获得该储腔内的期望压力;-当该压力高于所选择的范围时，第三循环用于降低该储腔内的压力，该第三循环包括＊第一步，通过打开该第三电磁阀、保持该第一和第二电磁阀关闭，将该传输腔置于该排气压力下;＊第二步，通过关闭所有电磁阀，封闭该传输腔;＊第三步，通过打开该第一电磁阀、保持该第二和第三电磁阀关闭，将该传输腔置于与该储腔连通的状态;＊最后一步，关闭该第一、第二和第三电磁阀，通过该电子控制系统考虑来自该压力传感器的压力信号，重新起动该第三循环，直至获得该储腔内的期望压力。
5.一种用根据权利要求2的一个调节器调节一个储腔内包含的一种液体的压力的方法，该压力由位于该液体上方的气体体积给定，其特征在于，该方法包括以下循环-当该储腔内的压力在所选择的数值范围内时，通过该第五电磁阀从该传输腔向该储腔传输基本数量的液体，第一循环用于保持该储腔内的压力;-当该压力低于所选择的范围时，第二循环用于增加该压力，该第二循环包括＊第一步，通过驱动打开该第二电磁阀、保持该第一和第三电磁阀关闭，使该传输腔的气体腔置于与该压力源连通的状态，而增加该传输腔的压力;＊第二步，通过关闭所有的电磁阀，封闭该传输腔;＊第三步，通过驱动打开该第一电磁阀、保持该第二和第三电磁阀关闭，将该传输系统气体腔置于与该储腔的气体腔连通的状态;第四步，关闭所有电磁阀，通过电子控制系统考虑来自该传感器的压力信号，重新起动该第二循环，直至获得该储腔内的期望压力;-当该压力高于所选择的范围时，第三循环用于降低该储腔内的压力，该第三循环包括＊第一步，通过驱动打开该第三电磁阀、关闭该第一和第二电磁阀，将该传输腔的气体腔置于与泄压室(例如大气)连通的状态，以降低该压力;＊第二步，通过关闭该第一、第二和第三电磁阀，封闭该传输腔;＊第三步，通过打开该第一电磁阀、保持其它两个电磁阀关闭，将该传输腔的气体腔置于与该储腔的气体腔连通的状态;＊第四步，关闭该第一、第二和第三电磁阀，通过该电子控制系统考虑该压力传感器输出的信号，重新起动该第三循环，直至获得该储腔内的期望压力。
6.一种根据权利要求5的用于调节向一个连续射流印刷头输送的并包含在一个储腔内的油墨的压力的方法，该压力由位于该油墨上方的气体体积给定，该油墨的粘度在一个包含位于该油墨上方的气体腔的容器中进行测量，其特征在于，通过打开一个第六电磁阀，该气体腔连接于一个压力源，油墨按以下步骤传输进入该储腔-第一步，通过打开第四电磁阀、关闭第一、第二、第三和第五电磁阀，从粘度计传输少量的油墨进入传输腔的下部;-第二步，通过打开该第五电磁阀、关闭该第一、第二、第三和第四电磁阀，将油墨从该传输腔传输进入该储腔;-第三步，通过打开该第一和第五电磁阀，用连通管平衡该储腔与该传输腔的油墨液位。
7.一种根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于，通过允许该传输腔与该储腔之间恒定连通的该第五电磁阀，将该传输腔的气体体积与该储腔的气体体积的比保持为一个常数，除了添加和排出气体期间之外，以及除了在添加与排出气体之间传输油墨期间之外。
8.一种根据权利要求7所述的伺服控制一个连续液喷印刷头的射流速度的方法，该方法包括-第一步，比较射流速度的期望值与该印刷头的出口处的测量速度，给出这两个速度值之间的差值E;-第二步，比较该误差E与一个允许误差值δ;-如果E＞+δ，则起动该第二循环，以增加该储腔内的压力;-如果E＞-δ，则起动该第三循环，以降低该储腔内的压力;-如果-δ＜E＜+δ，则保持该储腔内的压力。
全文摘要
一种电子控制压力调节器，用于将一个储腔内的流体压力调节在一个给定源压力值与排气压力值之间。该调节器包括一个传输腔、一个第二电磁阀、一个第三电磁阀和一个压力传感器。通过一个第一电磁阀将传输腔连至储腔，第二电磁阀将传输腔连至压力源，第三电磁阀将传输腔连至户外。压力传感器设于第一电磁阀下游，用于测量储腔内的流体压力，且连至这些电磁阀的一个电子控制系统。本发明还公开了使用这种调节器调节流体压力的方法。
文档编号B41J2/175GK1089733SQ9311928
公开日1994年7月20日 申请日期1993年9月14日 优先权日1992年9月15日
发明者A·帕农 申请人:伊马治公司