气动放大器
第一、技术领域
本发明涉及气动技术，特别涉及一种气动放大器。
第二、背景技术
阀门定位器是调节阀的主要附件，通常与气动调节阀配套使用，它接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。
气动放大器是阀门定位器的重要部件，其用于将气压控制信号(输入气压)Pn放大作为输出气压信号(输出气压)Po输出给调节阀，从而驱动调节阀的阀杆动作。
目前，气动放大器通常分为单动型气动放大器和双动型气动放大器，单动型气动放大器是指对于一个输入气压Pn输出一个输出气压Po的气动放大器，双动型气动放大器是指对于一个输入气压Pn输出两个输出气压Po1、Po2的气动放大器。双动型气动放大器具有两个输出端口，在使调节阀正作用动作的情况下，第一端口的输出气压Po1比第二端口的输出气压Po2气压高;反之，在使调节阀反作用动作时，第二端口的输出气压Po2比第一端口的输出气压Po1高。
图6示出了一种现有技术中的双动型气动放大器，在该气动放大器中，供给气压Ps通过气管为左进气腔室1、右进气腔室10、中进气腔室11供气，隔膜腔室12用于通入输入气压Pn(喷嘴背压)，如图7所示，左输出腔室13和右输出腔室14分别与调节阀100的上腔101和下腔102相连通。
当输入气压Pn增大时，驱动杆15向左移动，使左放气阀口16闭合，左进气阀口17打开，供给气压Ps自左进气腔室1经过左进气阀口17进入左输出腔室13内从而驱动调节阀动作;同时右放气阀口18打开，右进气阀口19闭合，调节阀排出的气体经右放气阀口18后从驱动杆15内的阀杆排气孔15a排出。
同样的，当输入气压Pn减小时，气动放大器的动作过程与输入气压Pn增加时相反，其将驱使调节阀反向动作。
现有技术中的气动放大器的缺陷在于，首先，现有的气动放大器由输入气压Pn和供给气压Ps共同平衡驱动杆15，在气源波动时，供给气压Ps发生变化，气源增量不能有效平衡，会导致驱动杆动作，从而影响调节阀的可靠运行，其受气源波动的影响大;第二，现有的气动放大器采用同轴膜片结构，容易存在正推、反推间隙，在不同的气压下其响应速度不同，会产生不同的滞后和过冲，也呈现不同的放大倍率，控制一致性很难保证;同时，由于在不同气源压力值下的隔膜组静态应力不同，产生的静态间隙也不同，由调零螺栓105和调零弹簧106调节其零位，不仅调节困难，而且使得两端弹簧受力不等，使其零位一致性变差;第三，由于气动放大器内的零部件运动时不可避免的存在摩擦等阻力，因此，通常需要输入气压增加到一定值时才会动作，导致气动放大器响应慢，灵敏度低，无法快速的执行动作。
第三、发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种气动放大器，其能够在气源波动时进行补偿，对调节阀的控制更为稳定。
为实现上述发明目的，本发明提出了一种气动放大器，其包括：
壳体;
与所述壳体可旋转连接的杠杆;
形成在所述壳体内、位于所述杠杆一端的输入腔室、第一进气腔室和第二气源腔室，所述输入腔室和所述第一进气腔室、第二气源腔室位于所述杠杆两侧，所述第一进气腔室与外界之间设置有第一排气通道，所述第一进气腔室和所述第二气源腔室之间设置有第一进气通道;
形成在所述壳体内、位于所述杠杆另一端的第一气源腔室、第二进气腔室和第三气源腔室，所述第一气源腔室和所述第二进气腔室、第三气源腔室位于所述杠杆两侧，所述第二进气腔室与外界之间设置有第二排气通道，所述第二进气腔室和所述第三气源腔室之间设置有第二进气通道;
位于所述输入腔室内的第一隔膜，所述第一隔膜根据通入所述输入腔室内的输入气压变化而发生位移，并驱动所述杠杆转动;
位于所述第一气源腔室内的第二隔膜，所述第二隔膜和所述第一隔膜分别作用于所述杠杆的两端;
设置于所述第一进气通道内的第一阀杆和设置于所述第二进气通道内的第二阀杆;
所述杠杆可根据输入气压变化驱动所述第一阀杆封闭所述第一排气通道，同时驱动所述第二阀杆封闭所述第二进气通道;或者根据输入气压变化驱动所述第一阀杆封闭所述第一进气通道，同时驱动所述第二阀杆封闭所述第二排气通道。
此外，本发明还提出如下附属技术方案：
所述气动放大器还包括将所述第一隔膜固定在所述壳体上的第一端盖和将所述第二隔膜固定在所述壳体上的第二端盖，所述输入腔室形成于所述第一端盖和所述第一隔膜之间，所述第一气源腔室形成于所述第二端盖和所述第二隔膜之间。
所述气动放大器还包括与所述壳体相连的第一固定座、第三隔膜以及连接于所述第一固定座内的第一阀座，所述第三隔膜、第一固定座和第一阀座之间形成所述第一进气腔室。
所述气动放大器还包括连接于所述壳体上的第三端盖以及连接于所述第一固定座和所述第一阀杆之间的第一弹簧钢片，所述第一弹簧钢片提供驱动所述第一阀杆封闭所述第一进气通道的力，所述第三端盖、第一固定座和所述第一阀座之间形成所述第二气源腔室。
所述气动放大器还包括连接于所述第三隔膜上的第一排气件，所述第一排气通道设置于所述第一排气件内，所述第一阀杆与所述第一排气件相抵后，所述第一排气通道被封闭。
所述杠杆设置有第一抵接件，所述第一排气件套设于所述第一抵接件上。
所述气动放大器还包括与所述壳体相连的第二固定座、第三隔膜以及连接于所述第二固定座内的第二阀座，所述第四隔膜、第二固定座和第二阀座之间形成所述第二进气腔室。
所述气动放大器还包括连接于所述壳体上的第四端盖以及连接于所述第二固定座和所述第二阀杆之间的第二弹簧钢片，所述第二弹簧钢片提供驱动所述第二阀杆封闭所述第二进气通道的力，所述第四端盖、第二固定座和所述第二阀座之间形成所述第三气源腔室。
所述气动放大器还包括连接于所述第四隔膜上的第二排气件，所述第二排气通道设置于所述第二排气件内，所述第二阀杆与所述第二排气件相抵后，所述第二排气通道被封闭。
所述杠杆设置有螺柱以及螺接在所述螺柱上的第二抵接件，所述第二排气件与所述第二抵接件相连。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1.本发明的气动放大器在输入气压不变，气源波动时，杠杆会作反向补偿动作，补偿波动影响，使得调节阀的运行更为稳定可靠，提高了控制的一致性;
2.本发明的气动放大器设置有对应设置于杠杆两端的输入腔室和第一气源腔室，由于杠杆作用，输入腔室内的输入气压即使发生较小的变化也会对杠杆产生较大的力量变化，使得气动放大器能够更为迅速的根据输入气压做出响应，灵敏度更高;
3.通过设置检测杠杆偏转位置的位置传感器以及检测各腔室气压的压力传感器，使得本发明的气动放大器能够方便、准确的调整零位，精度高、响应迅速、控制及时，能够自动补偿，提高了零位的一致性。
第四、附图说明
图1是本发明的气动放大器的剖视示意图。
图2是本发明的气动放大器于输入腔室和第一气源腔室处的剖视示意图图。
图3是图1中A部的放大图。
图4是本发明的气动放大器于第二气源腔室和第三气源腔室处的剖视示意图。
图5是图1中B部的放大图。
图6是现有技术中双动型气动放大器的结构示意图。
图7是现有技术中调节阀的示意图。
第五、具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
如图1所示，对应于本发明一种较佳实施例的气动放大器，其包括壳体2、控制膜头组件3、气源膜头组件4、杠杆组件5、第一膜阀组件6和第二膜阀组件7。其中，控制膜头组件3和第一膜阀组件6对应设置在杠杆组件5的一端，气源膜头组件4和第二膜阀组件7对应设置在杠杆组件5的另一端。
控制膜头组件3包括连接于壳体2上的第一端盖30以及连接在壳体2上的第一隔膜31，本实施例中，第一端盖30螺接在壳体2上，且设置有将第一隔膜31的外周压紧固定在壳体2上的第一凸环300。第一端盖30和第一隔膜31之间形成输入腔室32，输入腔室32用于通入输入气压Pn(喷嘴背压)，其开设有通入输入气压Pn的第一孔道320，见图2。
气源膜头组件4与控制膜头组件3结构类似，其包括连接于壳体2上的第二端盖40以及连接在壳体2上的第二隔膜41，同样的，第二端盖40螺接在壳体2上且设置有将第二隔膜41的外周压紧固定在壳体2上的第二凸环400。第二端盖40和第二隔膜41之间形成第一气源腔室42，第一气源腔室42与气源相连通，用于通入供给气压Ps，其开设有用于通入供给气压Ps的第二孔道420，见图2。
杠杆组件5包括与壳体2可旋转连接的杠杆50以及分别连接在杠杆50两端的第一阀头51和第二阀头52。在壳体2上设置有转轴20，杠杆50连接于转轴20上，可以绕着转轴20轴线转动。第一阀头51连接于第一隔膜31上，第二阀头52连接于第二隔膜41上阀头。在输入腔室32和第一气源腔室42通气情况下，隔膜受气压的作用会发生变形而紧贴阀头，进而推动阀头产生位移而工作。
如图3所示，第一膜阀组件6包括连接在壳体2内的第一固定座60、压紧于第一固定座60和壳体2之间的第三隔膜61、连接于第三隔膜61上的第一排气件62、设置在第一固定座60内的第一阀座63、设置于第一固定座60内的第一阀杆64、连接在第一固定座60上的第一弹簧钢片65以及将第一弹簧钢片65固定在第一固定座60上的第三端盖66。
第三端盖66与壳体2螺接，其设置有将第一弹簧钢片65的外周压紧在第一固定座60上的第三凸环660，第三端盖66在将第一弹簧钢片65压紧在第一固定座60上的同时，也驱动第一固定座60将第三隔膜61压紧在壳体2上。
第一排气件62可以是一体成型的，也可以是多个零件连接而成，本实施例中，第一排气件62包括相互螺接的第一连接头620和第二连接头621，第三隔膜61被夹紧固定在两个连接头之间。第一连接头620和第二连接头621设置有相互连通的第一排气通道622，第一连接头620上设置有连通第一排气通道622和外界的第一排气孔623。第二连接头621还设置有第一台阶环624。
第一阀杆64一端设置有第一密封头640，另一端设置有第二密封头641。第一弹簧钢片65连接在第二密封头641上，其上开设有透气的小孔。第三端盖66和第一固定座60、第一阀座63之间形成第二气源腔室67，第二气源腔室67用于通入供给气压Ps，其开设有用于通入供给气压Ps的第三孔道670，见图4。第三隔膜61和第一固定座60、第一阀座63之间形成第一进气腔室68，第一进气腔室68与调节阀的上腔相连通，用于驱动调节阀动作。
当第一阀杆64的第二密封头641与第一阀座63接触时，第一阀座63的第一进气通道630被封闭，第一进气腔室68和第二气源腔室67被隔开;反之，第一进气腔室68和第二气源腔室67相互连通，此时，第二气源腔室67内的供给气压Ps能够通过第一进气腔室68进入调节阀上腔，从而驱动调节阀动作。当第一阀杆64的第一密封头640与第一台阶环624接触时，第一排气通道622被封闭，第一进气腔室68与外界大气被隔开;反之，第一进气腔室68与外界大气相互连通，此时，调节阀上腔内的气体能够通过第一排气通道622排出。
如图5所示，第二膜阀组件7与第一膜阀组件6的结构一致，其包括连接在壳体2内的第二固定座70、压紧于第二固定座70和壳体2之间的第四隔膜71、连接于第四隔膜71上的第二排气件72、设置在第二固定座70内的第二阀座73、设置于第二固定座70内的第二阀杆74、连接在第二固定座70上的第二弹簧钢片75以及将第二弹簧钢片75固定在第二固定座70上的第四端盖76。
同样的，第一排气件72可以是一体成型的，也可以由第三连接头720和第四连接头721连接而成，第二排气件72同样设置有第二排气通道722、第二排气孔723和第二台阶环724。
同样的，第二阀杆74一端设置有第三密封头740，另一端设置有第四密封头741。第二弹簧钢片75连接在第三密封头741上，其上开设有透气的孔洞。第四端盖76和第二固定座70、第二阀座73之间形成第三气源腔室77，第三气源腔室77用于通入供给气压Ps，其开设有用于通入供给气压Ps的第四孔道770，见图4。第四隔膜71和第二固定座70、第二阀座73之间形成第二进气腔室78，第二进气腔室78与调节阀下腔相连通。
同样的，当第二阀杆74的第四密封头741与第二阀座73接触时，第二阀座73的第二进气通道730被封闭，第二进气腔室78和第三气源腔室77被隔开;反之，第二进气腔室78和第三气源腔室77相互连通，此时，第三气源腔室77内的供给气压Ps能够通过第二进气腔室78进入调节阀下腔，从而驱动调节阀反向动作。当第二阀杆74的第三密封头740与第二台阶环724接触时，第二排气通道722被封闭，第二进气腔室78与外界大气被隔开;反之，第二进气腔室78与外界大气相互连通，此时，调节阀下腔内的气体能够通过第二排气通道722排出。
第一阀杆64和第二阀杆74均可由杠杆50驱动，具体的，第一排气件62和第二排气件72分别对应设置于杠杆50两端，且与杠杆50抵接，从而在杠杆50发生转动时，能够带动第一排气件62和第二排气件72动作。杠杆50两端分别设置有第一抵接件500和第二抵接件502，第一抵接件500与第一连接头620相抵，第二抵接件502与第三连接头720相抵。第一抵接件500和第二抵接件502的结构可以相同，也可以不同，本实施例中，第一抵接件500与杠杆50是一体成型的，第一连接头620套设在第一抵接件500上;而第二抵接件502是独立的零件，在杠杆50上设置有螺柱501，第二抵接件502螺接于螺柱501上，使得第二抵接件502高度可调，从而能够方便的调节杠杆50转动后对第二阀杆74的推动距离，进而改变放大器输出到气动执行器两腔体的压力。
具体的，当输入腔室32内的输入气压Pn增加时，第一隔膜31将驱动杠杆50顺时针转动，杠杆50推动第一排气件62移动，使第一排气件62的第一台阶环624与第一阀杆64抵接，第一排气件62进一步推动第一阀杆64与第一阀座63脱离;此时，第一进气腔室68与外界大气隔开，第一进气腔室68与第二气源腔室67相通，第二气源腔室67内的气体经过第一进气腔室68后输入调节阀上腔内，从而驱动调节阀动作。同时，第四隔膜71在调节阀的排气压力下驱动第二排气件72抵接在第二抵接件502上，第二阀杆74在第二弹簧钢片75的弹力作用下与第二阀座73接触。即，此时第二进气腔室78与第三气源腔室77隔开，并与外界大气相连通，调节阀下腔排出的气体能够通过第二排气通道722排出，其输出压力Po2减小，调节阀被驱动动作。
反之，当输入腔室32内的输入气压Pn减小时，第二隔膜41将驱动杠杆50逆时针转动，杠杆50推动第二排气件72移动，使第二排气件72的第二台阶环724与第二阀杆74抵接，第二排气件72进一步推动第二阀杆74与第二阀座73脱离;此时，第二进气腔室78与外界大气被隔开，第二进气腔室78与第三气源腔室77相通，第三气源腔室77的气体通过第二进气腔室78输入调节阀下腔驱动调节阀动作。同时，第三隔膜61在调节阀的排气压力下抵接在第一抵接件500上，第一阀杆64与第一阀座63接触。即，此时第一进气腔室68与第二气源腔室67隔开，并与外界大气相连通，调节阀上腔排出的气体能够通过第一排气通道622排出，调节阀反向动作。
优选的，第一阀头51至转轴20之间的距离大于第二阀头52至转轴20之间的距离，换言之，第一隔膜31驱动杠杆50的力臂要大于第二隔膜41的力臂，较小的输入气压Pn即可产生较大的力量驱动杠杆50动作，使得本气动放大器的响应更为迅速，灵敏度更高;另外，输入腔室32的截面积可设置成大于第一气源腔室42的截面积，能够进一步提高输入腔室32内的气压产生的推力，进一步提高灵敏度和响应速度。
本发明的气动放大器还设置有检测杠杆50偏转角度的位置传感器，优选为磁感应的霍尔传感器，同时，本发明的气动放大器还设置有主控系统(优选为MCU)以及检测各腔室(输入腔室32、第一气源腔室42、第二气源腔室67以及第三气源腔室77)的气压值的压力传感器，压力传感器和霍尔传感器均与主控系统电连接，可向主控系统反馈检测信号，由主控系统进行实时反馈控制运算，能够通过检测杠杆50的位置并比对阀门真实零位值精准地调整零位，且输入腔室32、第一气源腔室42、第二气源腔室67以及第三气源腔室77的气压紧密作用在杠杆50上，通过对各种压力的变化进行动态采样运算来稳定输出，使得其精度高、响应迅速控制及时，能够自动补偿，提高了输出的一致性，克服了传统放大器的弹簧因其预应力，机械性能老化，气源波动等而产生的各种变化带来的零位无法自动平衡，跑偏后只能再次进行人工调整的缺陷。
本发明的气动放大器在输入气压不变，气源波动时，杠杆会作反向补偿动作，补偿波动影响。例如，以第二气源腔室67与第一进气腔室68之间连通，为调节阀供气时的状态为例，当气源波动导致供给气压Ps增加时，理论上会导致自第二气源腔室67输入到第一进气腔室68内的气压增加，从而使输入到调节阀的气压增大，影响调节阀的稳定运行。而本气动放大器，在供给气压Ps增大时，第一输入腔室42内的气压同时增大，从而驱动杠杆50逆时针转动，第一弹簧钢片65将推动第一阀杆64向左移动，从而关小第一阀杆641与第一阀座63之间的通路，从而抵消了原本由于供给气压Ps增大导致的输入到调节阀的压力增加，实现了气压拨动补偿，使得气动放大器更为稳定可靠。
本发明的气动放大器至少具备如下优点：
1.本发明的气动放大器在输入气压不变，气源波动时，杠杆会作反向补偿动作，补偿波动影响，使得调节阀的运行更为稳定可靠，提高了控制的一致性;
2.本发明的气动放大器设置有对应设置于杠杆两端的输入腔室和第一气源腔室，由于杠杆作用，输入腔室内的输入气压即使发生较小的变化也会对杠杆产生较大的力量变化，使得气动放大器能够更为迅速的根据输入气压做出响应，灵敏度更高;
3.通过设置检测杠杆偏转位置的位置传感器以及检测各腔室气压的压力传感器，使得本发明的气动放大器能够方便、准确的调整零位，精度高、响应迅速、控制及时，能够自动补偿，提高了零位的一致性。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
