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運(yùn)算器——乘除器和開(kāi)方器執(zhí)行器——?dú)鈩?dòng)執(zhí)行器模擬控制儀表的運(yùn)用,第3章運(yùn)算器和執(zhí)行器,運(yùn)算器接受來(lái)自變送器或轉(zhuǎn)換器的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，它可對(duì)一個(gè)或幾個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開(kāi)方等多種運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)各種算法，滿(mǎn)足自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)的要求。執(zhí)行器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線(xiàn)位移，去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥），改變控制量，使被控變量符合預(yù)期要求。,3.1運(yùn)算器,3、1、1乘除器（一）概述乘除器可對(duì)兩個(gè)或三個(gè)1-5V的直流電壓信號(hào)進(jìn)行下列四種運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果以1-5V直流電壓或4-20MA直流電流輸出。,,,,,乘除器最基本的運(yùn)算關(guān)系是乘除復(fù)合運(yùn)算，而實(shí)現(xiàn)乘除復(fù)合運(yùn)算的基礎(chǔ)是乘法運(yùn)算。,1、乘法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法可用霍爾元件的霍爾效應(yīng)，也可用單向矩形脈沖或正、負(fù)矩形脈沖的調(diào)寬調(diào)高原理來(lái)構(gòu)成乘法線(xiàn)路。在電動(dòng)儀表中，目前普遍應(yīng)用單向矩形脈沖的調(diào)寬調(diào)高原理實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。乘法電路由調(diào)寬電路、調(diào)高電路和濾波電路串聯(lián)而成。其中調(diào)高電路和濾波電路通常稱(chēng)為乘法電路M。,此電路實(shí)現(xiàn)：,,對(duì)于單向矩形脈沖（圖3-1），其直流分量為：,矩形脈沖周期,矩形脈沖幅值,矩形脈沖寬度,直流分量,,,,,乘法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法,,,,圖3-3乘除器構(gòu)成方框圖,乘除器的構(gòu)成原理－負(fù)反饋,,輸入電路1N1,乘法電路1,比較器,比例放大電路N0,輸出電路,輸入電路2N2,附加偏置電路1,乘法電路2,附加偏置電路2,輸入電路3N3,,,,,,,,,,,,,,,,,Ui1,Ui2,Ui3,Uo3,+,－,Uf,?,S,U22,Uo2,Uo,U11,U31,U21,U23,,,,,圖3-4乘除器方框圖,自激振蕩時(shí)間分割器U22＝U11U21/U31,,,,,,,,（二）工作原理,2、應(yīng)用負(fù)反饋原理構(gòu)成乘除器簡(jiǎn)單乘法電路難以達(dá)到運(yùn)算精度的要求，因?yàn)槭情_(kāi)環(huán)的，電路元件變量的漂移會(huì)造成輸出不穩(wěn)定，并且很難保證調(diào)寬電路S和X1的線(xiàn)性關(guān)系。為了提高運(yùn)算精度，應(yīng)采用負(fù)反饋技術(shù)，即在X1與S間設(shè)置一個(gè)放大系數(shù)足夠大的放大器，而在反饋回路上再設(shè)置一套調(diào)高和濾波電路（即乘法電路M2，其系數(shù)為K3）。電路的第三個(gè)輸入信號(hào)X3（作為除數(shù)）加入新增的調(diào)高電路。設(shè)放大器的放大系數(shù)為K，放大器的輸入偏差信號(hào)為ε，放大器的輸入偏差信號(hào)為Xf,則可得到：,,求解上述四式可得：,,當(dāng),，即滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件時(shí)，則有：,,設(shè),，則：,,上式即為乘除復(fù)合運(yùn)算的關(guān)系式。此式表明，在滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件下，乘除器的輸出信號(hào)的大小僅與輸入信號(hào)有關(guān)而不受電路變量漂移和非線(xiàn)性的影響。,3、1、2開(kāi)方器（一）概述開(kāi)方器對(duì)1-5V的直流電壓信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果以1-5V的直流電壓或4-20MA的直流電流輸出。其運(yùn)算關(guān)系為：,其中K為開(kāi)方系數(shù)。開(kāi)方器的作用是實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算，它是控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種運(yùn)算器。通常運(yùn)用于節(jié)流式流量計(jì)中，對(duì)差壓變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算后可以得到與被測(cè)流量成比例的信號(hào)。實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算有許多方法，對(duì)乘除器作適當(dāng)改動(dòng)或者直接使用乘除器都可以。但一般來(lái)說(shuō)在開(kāi)方器中還設(shè)有小信號(hào)切除電路，這是因?yàn)殚_(kāi)方器對(duì)小信號(hào)的運(yùn)算精度很低，而乘除器中沒(méi)有小信號(hào)切除電路，所以在工程上還是比較少用乘除器來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算的。一般還是用開(kāi)方器,開(kāi)方器在節(jié)流裝置流量測(cè)量中的應(yīng)用,差壓變送器,節(jié)流裝置,開(kāi)方器,指示記錄儀,比例積算器,控制器,,,,,,,,瞬時(shí)流量,累計(jì)流量,q,?P,x,y,,,,開(kāi)方運(yùn)算的實(shí)現(xiàn),通過(guò)改變乘除器信號(hào)線(xiàn)的連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算或?qū)Τ顺骶€(xiàn)路作適當(dāng)改進(jìn)，也可采用折線(xiàn)逼近和應(yīng)用霍爾元件等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。,小信號(hào)切除,,,2,y=K,dy,dx,=,由,可得,K,可見(jiàn)，x很小時(shí),動(dòng)態(tài)放大系數(shù)很大，x稍有波動(dòng)，就會(huì)引起輸出y的很大變化，造成開(kāi)方器在小信號(hào)輸入時(shí)的較大運(yùn)算誤差。所以,在信號(hào)小于輸入滿(mǎn)量程的1%時(shí)，應(yīng)將輸出信號(hào)切除。,圖3-13開(kāi)方器方框圖,（二）工作原理,,,,,振蕩條件：,自激振蕩時(shí)間分割器的起振條件,,,實(shí)際的切除值可通過(guò)UL來(lái)調(diào)整,小信號(hào)切除電路,開(kāi)方器的輸入輸出特性,一、開(kāi)方器的構(gòu)成原理,在模擬式儀表中有許多種方法可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)放運(yùn)算。如利用二極管的開(kāi)關(guān)作用構(gòu)成折線(xiàn)電路，并通過(guò)調(diào)整電路元件的參數(shù)，使其輸入與輸出之間呈開(kāi)放運(yùn)算特性，如圖4－2（a）所示。,另外，也可以利用負(fù)反饋原理，將此折線(xiàn)電路先設(shè)計(jì)為平方特性，并將其放置在反饋通道中，從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)輸入與輸出之間的開(kāi)放運(yùn)算特性，如圖4－2（b）所示。,圖4－2開(kāi)方特性實(shí)現(xiàn)原理,在單元組合儀表中，還有一種開(kāi)方器是由乘除器演變來(lái)的，這種乘除器構(gòu)成比較復(fù)雜，但其運(yùn)算精度比較高，所以在控制系統(tǒng)中得到較為廣泛的應(yīng)用。其構(gòu)成原理如圖4－3所示。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,對(duì)于實(shí)際的開(kāi)方器，除圖4－5所示的核心電路外，還需要加入一些電路。以DDZ-Ⅲ型開(kāi)方器為例，其開(kāi)方運(yùn)算式為,式中，為輸入信號(hào)；為輸出信號(hào)；為開(kāi)方系數(shù)。,其中的就是要把與運(yùn)算無(wú)關(guān)的1V零點(diǎn)值除去，所以在電路中要加入輸入電路對(duì)此進(jìn)行處理。還有，為實(shí)現(xiàn)整機(jī)系數(shù)的調(diào)整和提高帶負(fù)載能力，還需加入比列放大電路和輸出電路等。另外，在開(kāi)方器中還需要加入小信號(hào)切除電路，以便解決開(kāi)方器對(duì)小信號(hào)運(yùn)算精度較低，可引起較大誤差的問(wèn)題。,對(duì)式（4－11）兩邊求導(dǎo)后可得,,(4-11),可視為開(kāi)方器的放大倍數(shù)。由上式可知，開(kāi)方器的放大倍數(shù)與有關(guān)。當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，開(kāi)方器的放大倍數(shù)將很大。這時(shí)，如果稍有波動(dòng)，則開(kāi)方器的輸出將發(fā)生很大的變化，這將引起較大的運(yùn)算誤差，從而對(duì)測(cè)量或控制系統(tǒng)造成不利影響。因此，在輸入信號(hào)較小時(shí)，通常將輸出信號(hào)切除，使之為零點(diǎn)值。而當(dāng)信號(hào)足夠大時(shí)，再將輸出信號(hào)重新接入，以避免上述問(wèn)題的發(fā)生。,,二、DDZ-Ⅲ型開(kāi)方器,DDZ-Ⅲ型開(kāi)方器的作用是對(duì)1-5VDC的輸入信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果以1-5VDC或4-20ADC輸出，其運(yùn)算關(guān)系式為式（4-15）即,,DDZ-Ⅲ型開(kāi)方器的構(gòu)成,DDZ-Ⅲ型開(kāi)方器的構(gòu)成原理如圖4-6所示，由輸入電路、開(kāi)方運(yùn)算電路、小信號(hào)切除電路及輸出電路等組成。圖4-6中的虛線(xiàn)部分為開(kāi)方運(yùn)算電路，由比較器、乘法電路1、乘法電路2和比例放大電路組成，為開(kāi)方器的核心電路。由該虛線(xiàn)部分可以列出,3.1.3積算器,積算器屬于顯示單元儀表，其作用是是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行累計(jì)計(jì)算。積算器分為兩種，一種是比例積算器，另一種是開(kāi)方積算器。,一、積算的基本概念與原理,,,,,,,,,,,,,,,,由此可見(jiàn)，流量的累計(jì)積算是把反映瞬時(shí)流量大小的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成與該輸入信號(hào)成正比的脈沖頻率信號(hào)，然后再對(duì)該脈沖頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用該計(jì)數(shù)值表示所流過(guò)的流體總量。所以，流量累計(jì)積算的關(guān)鍵問(wèn)題是如何將反映瞬時(shí)流量的輸入信號(hào)（電流或電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換為與其成正比的脈沖信號(hào)。對(duì)于開(kāi)方積算器，其輸入信號(hào)一般為與節(jié)流裝置配套使用的差壓變送器的輸出信號(hào)。為獲得與瞬時(shí)流量成正比的信號(hào)，需先對(duì)差壓變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方處理，然后再對(duì)經(jīng)開(kāi)方處理后的信號(hào)進(jìn)行比例積算，從而實(shí)現(xiàn)流量的累計(jì)積算。由于該累計(jì)積算過(guò)程先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方處理，所以稱(chēng)為開(kāi)方積算器。由開(kāi)方積算器對(duì)信號(hào)的處理過(guò)程可知，它相當(dāng)于開(kāi)方器與比例積算器的組合。所以，其核心問(wèn)題仍然是電流（或電壓）信號(hào)到脈沖頻率信號(hào)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào)可通過(guò)電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)換原理如圖4-14（a）所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電流Ii向電容C充電。C兩端的電壓Uc與充電電流之間關(guān)系為,,對(duì)于一定的充電電流Ii，Uc將線(xiàn)性增加。當(dāng)電容上的電壓Uc達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，由外部控制電路使開(kāi)關(guān)S閉合。此時(shí)電容進(jìn)入放電過(guò)程Uc將瞬間消失。然后，外部控制電路再次使開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，電容再次充電，并重復(fù)上述過(guò)程。如此循環(huán)往復(fù)，電容C上的電壓Uc便可形成如圖4-14（b）所示的鋸齒波。由式（4-33）可知，在電容充電階段，Uc隨時(shí)間的變化率與充電電流Ii成正比，即Ii越大，充電越快，達(dá)到Uc所需的時(shí)間就越短。由于放電過(guò)程極快，其時(shí)間可以忽略不計(jì)。所以，在單位時(shí)間內(nèi)電容C的充放電次數(shù)就與充電電流Ii成正比，即鋸齒波的頻率與充電電流Ii成正比。充電電流Ii與鋸齒波頻率之間的關(guān)系可由式（4-33）導(dǎo)出。即設(shè)在一個(gè)周期內(nèi)，Ii不變，則由式（4-33）可得,例：有一臺(tái)氣動(dòng)表QXS－100開(kāi)方積算儀，R＝1000，今要它跳500個(gè)字，它的輸入信號(hào)應(yīng)等于多少？,解：設(shè)跳字?jǐn)?shù)為N，最大跳字?jǐn)?shù)為N大（都是指在單位小時(shí)內(nèi)跳的數(shù)）因?yàn)镻入＝Po+△P,△P=(KN)2△PMAX=(KN大）2其中Po＝20，△PMAX＝80，N大＝1000所以△P/△PMAX＝（KN/KN大）2△P＝（N/N大）2△PMAX＝（500/1000)2△PMAX＝20KPA于是P入＝20+（500/1000）2*80＝20+20＝40KPA,氣動(dòng)乘法器的運(yùn)算公式是：P出＝PA*PB。若PA＝60KPA，PB＝40KPA，則P出應(yīng)該為多少？24KPA？8KPA？30KPA？,采用一個(gè)氣動(dòng)減法器和一個(gè)乘法器，實(shí)現(xiàn)算式Y(jié)＝（P1－P2）*P3.若P1＝80KPA，P2＝40KPA，P3＝60KPA，則Y為多少？減法器不用減去零點(diǎn)，得：P1－P2＝40乘法器得把零點(diǎn)減去并先轉(zhuǎn)換成分?jǐn)?shù)：Y＝(（40－20）/80*(60-20)/80)*80+20=30KPA,3.2執(zhí)行器,氣開(kāi)、氣關(guān)閥（芯）結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)流量系數(shù)Kv可調(diào)比R流量特性（重點(diǎn)2種）閥門(mén)定位器（了解）執(zhí)行器的簡(jiǎn)單計(jì)算安裝,關(guān)鍵點(diǎn)：,3、2、1概述一、作用執(zhí)行器的作用是接受調(diào)節(jié)器送來(lái)的控制信號(hào)，自動(dòng)地改變操作量（如介質(zhì)流量、熱量等），達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端部件。調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行器中最廣泛使用的形式。執(zhí)行器的好壞直接影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作。,執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用,執(zhí)行器是指：閥門(mén)－調(diào)節(jié)閥(連續(xù)的)、開(kāi)關(guān)閥(過(guò)程控制范疇)電機(jī)－連續(xù)的、開(kāi)關(guān)的(屬于流體機(jī)械的范疇，起執(zhí)行器的作用),執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接收調(diào)節(jié)器（計(jì)算機(jī)）輸出的控制信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)操作變量流量的目的。,執(zhí)行器通常專(zhuān)指閥門(mén),執(zhí)行器是控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。執(zhí)行器工作，使用條件惡劣，它也是控制系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)原因：執(zhí)行器與介質(zhì)（操作變量）直接接觸(強(qiáng))腐蝕性、(高)粘度、(易)結(jié)晶、高溫、深冷、高壓、高差壓,二、分類(lèi)按能源分，執(zhí)行器可為：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)，目前主要是用氣動(dòng)的。,氣動(dòng)薄膜直通單座閥,氣動(dòng)薄膜直通雙座閥,氣動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)球閥,氣動(dòng)切斷閥,電動(dòng)直通單座閥,電動(dòng)隔膜閥,電動(dòng)三通閥,氣動(dòng)薄膜角形閥,電磁閥,手動(dòng)截止閥,3、2、2電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可將來(lái)自調(diào)節(jié)器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為位移輸出信號(hào)，去操縱閥門(mén)、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。依據(jù)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移信號(hào)，完成調(diào)節(jié)任務(wù)的裝置稱(chēng)為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。按照輸入位移的不同，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）兩種，電氣原理和電路完全相同，只是輸出機(jī)械傳動(dòng)部分（減速器）有所區(qū)別。通常有伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板等轉(zhuǎn)角式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。按特性不同，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為比例式和積分式。比例式的位移輸出信號(hào)與輸入電信號(hào)成比例關(guān)系；積分式接受斷續(xù)輸入信號(hào)，其輸出位移信號(hào)與輸入信號(hào)成積分關(guān)系。對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的基本要求是輸出轉(zhuǎn)角或直線(xiàn)位移必須與輸入電流信號(hào)成正比，而且有足夠的轉(zhuǎn)矩或力，動(dòng)作要靈活可靠。,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成原理,輸入信號(hào),,,,伺服放大器,,伺服電機(jī),,減速器,,輸出,,,位置發(fā)生器,,,＋,－,ε,(1)伺服電機(jī),作用:將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械轉(zhuǎn)矩,伺服電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)二相電容異步電機(jī)，由一個(gè)用沖槽硅鋼片疊成的定子和鼠籠轉(zhuǎn)子組成，定子上均勻分布著兩個(gè)匝數(shù)、線(xiàn)徑相同而相隔90電角度的定子繞組W1和W2。,作用:將輸入信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得到差值信號(hào)，根據(jù)差值信號(hào)的極性和大小，控制可控硅交流開(kāi)關(guān)Ⅰ、Ⅱ的導(dǎo)通或截止可控硅交流開(kāi)關(guān)Ⅰ、Ⅱ用來(lái)接通伺服電機(jī)的電源伺服電機(jī)的狀態(tài)：正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止不轉(zhuǎn),(2)伺服放大器,伺服放大器工作原理示意圖,放大器的作用是將輸入信號(hào)Ii和反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，得到差值信號(hào)，并根據(jù)的極性和大小，控制可控硅交流開(kāi)關(guān)Ⅰ、Ⅱ的導(dǎo)通或截止。,在執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)，可控硅交流開(kāi)關(guān)Ⅰ、Ⅱ只能其中一組導(dǎo)通。,1.可控硅Ⅰ導(dǎo)通時(shí)：分相電容Cd與W2串接，由于Cd的作用，W1和W2的電流相位總是相差90,其合成向量產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)又在轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流并構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）；2.可控硅Ⅱ?qū)〞r(shí)：使轉(zhuǎn)子反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）；3.可控硅交流開(kāi)關(guān)Ⅰ、Ⅱ均截止時(shí)，伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。,作用:將電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的位移線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)，反饋到伺服放大器的輸入端。位置發(fā)送器包括：位移檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路、差動(dòng)變壓器塑料薄膜電位器位移傳感器……,(3)位置發(fā)送器,作用:將伺服電機(jī)高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率，以推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。減速器一般由機(jī)械齒輪或齒輪與皮帶輪構(gòu)成。,(4)減速器,伺服放大器是一個(gè)具有繼電特性的非線(xiàn)性環(huán)節(jié)：,無(wú)輸出,輸出～215V,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出為角行程或者式直行程：,Δ為不靈敏區(qū),Δ太大會(huì)？？,Δ太小會(huì)？？,3、2、3氣動(dòng)執(zhí)行器主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種。薄膜式簡(jiǎn)單、價(jià)廉但只能直接帶動(dòng)閥桿，行程短?；钊降奶攸c(diǎn)是行程長(zhǎng)，但價(jià)格貴。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是推動(dòng)裝置，它按調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)（20-100KPA）的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿產(chǎn)生相應(yīng)位移，推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，有正反作用之分。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，其內(nèi)腔直接與被調(diào)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)流體的流量，也有正反作用之分（正裝與反裝）。正作用：調(diào)節(jié)信號(hào)壓力增大，閥桿向下移動(dòng)的。反之為反作用。主要部分：氣室、薄膜、彈簧?；钊降膱?zhí)行機(jī)構(gòu)也有單向和雙向兩種作用方式。雙向的在結(jié)構(gòu)上是沒(méi)有彈簧的，由于無(wú)彈簧的反作用力，因此其輸出力比薄膜式的大，常用作大口徑、高壓差調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,正反作用正作用—?dú)鈮盒盘?hào)增加，推桿向下動(dòng)作。反作用—?dú)鈮盒盘?hào)增加，推桿向上動(dòng)作。,氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為兩大類(lèi)：薄膜式與活塞式薄膜式與活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)又可分為：有彈簧和無(wú)彈簧兩種,氣源PO,,,氣源PO,,,,,氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性為一階滯后環(huán)節(jié)。其時(shí)間常數(shù)的大小與薄膜氣室大小及引壓導(dǎo)管長(zhǎng)短粗細(xì)有關(guān)，一般為數(shù)秒到數(shù)十秒之間。,氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)和工作原理,基本部件：活塞和氣缸活塞在氣缸內(nèi)隨活塞兩側(cè)壓差而移動(dòng)兩側(cè)可以分別輸入一個(gè)固定信號(hào)和一個(gè)變動(dòng)信號(hào)，或兩側(cè)都輸入變動(dòng)信號(hào)。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行活塞兩側(cè)的操作壓力的大小，活塞從高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個(gè)位置移到另一極端位置比例式是在兩位式基礎(chǔ)上加有閥門(mén)定位器后，使推桿位移與信號(hào)壓力成比例關(guān)系。,,氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比較,,,,,,,,,,,,,序號(hào),1,2,3,4,5,6,7,比較項(xiàng)目,氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),可靠性,驅(qū)動(dòng)能源,價(jià)格,輸出力,剛度,防爆性能,工作環(huán)境,高（簡(jiǎn)單、可靠）,需另設(shè)氣源裝置,低,大,小,好,大（－40—＋80℃）,?。ǎ?0—＋55℃）,差,大,小,高,簡(jiǎn)單、方便,較低,氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各有其特點(diǎn)，并且都包括有各種不同的規(guī)格品種選擇時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際使用要求，結(jié)合表5-1綜合考慮確定選用哪一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,,2、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)它是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力的作用下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的閥芯產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)角，從而直接調(diào)節(jié)流體的流量，以克服干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。正作用（正裝）：閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座之間的流通截面積減少的。反之為反作用（反裝）。主要部分：上閥蓋、下閥蓋、閥體、閥芯、閥座。主要類(lèi)型：直通單座閥、直通雙座閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、球閥、角形閥、高壓閥、三通閥、套筒閥、二位工切斷閥等。,1—執(zhí)行機(jī)構(gòu)2—閥桿3—閥芯4—閥座5—閥體6—轉(zhuǎn)軸7—閥板,主要構(gòu)成：閥體、閥座、閥心、和閥桿或轉(zhuǎn)軸,調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),單導(dǎo)向結(jié)構(gòu),直通單座調(diào)節(jié)閥：閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量?。ㄉ踔量梢酝耆袛啵┰试S壓差?。p導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的允許壓差較單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)大）。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——直通單座調(diào)節(jié)閥,雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu),它適用于要求泄漏量小，工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場(chǎng)合。在應(yīng)用中應(yīng)特別注意其允許壓差，防止閥門(mén)關(guān)不死。,直通雙座調(diào)節(jié)閥：閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。因?yàn)榱黧w對(duì)上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，因此雙座閥具有允許壓差大上、下兩閥芯不易同時(shí)關(guān)閉，因此泄漏量較大的特點(diǎn)。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——直通雙座調(diào)節(jié)閥,它適用于閥兩端壓差較大，泄漏量要求不高的干凈介質(zhì)場(chǎng)合，不適用于高粘度和含纖維的場(chǎng)合。,角形調(diào)節(jié)閥：閥體為直角形流路簡(jiǎn)單、阻力小，適用于高壓差、高粘度、含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的調(diào)節(jié)。角形閥一般使用于底進(jìn)側(cè)出，此時(shí)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定性好，在高壓差場(chǎng)合下，為了延長(zhǎng)閥芯使用壽命，也可采用側(cè)進(jìn)底出。但側(cè)進(jìn)底出在小開(kāi)度時(shí)易發(fā)生振蕩。角形閥還適用于工藝管道直角形配管的場(chǎng)合。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——角形調(diào)節(jié)閥,分流三通調(diào)節(jié)閥,三通調(diào)節(jié)閥：閥體有三個(gè)接管口，適用于三個(gè)方向流體的管路控制系統(tǒng)，大多用于熱交換器的溫度調(diào)節(jié)、配比調(diào)節(jié)和旁路調(diào)節(jié)。在使用中應(yīng)注意流體溫差不宜過(guò)大，通常小于是150℃，否則會(huì)使三通閥產(chǎn)生較大應(yīng)力而引起變形，造成連接處泄漏或損壞。三通閥有三通合流閥和三通分流閥兩種類(lèi)型。三通合流閥為介質(zhì)由兩個(gè)輸入口流進(jìn)混合后由一出口流出；三通分流閥為介質(zhì)由一入口流進(jìn)，分為兩個(gè)出口流出。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——三通調(diào)節(jié)閥,合流三通調(diào)節(jié)閥,蝶閥：蝶閥是通過(guò)擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來(lái)控制流體的流量。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低，流通能力大特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體形或帶有懸浮物流體的場(chǎng)合泄漏較大蝶閥通常工作轉(zhuǎn)角應(yīng)小于70℃，此時(shí)流量特性與等百分比特性相似多用于開(kāi)關(guān)閥,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——蝶閥,蝶閥,套筒閥：套筒閥的結(jié)構(gòu)比較特殊，閥體與一般的直通單座閥相似，但閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，又稱(chēng)籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯可在套筒中上下移動(dòng)。套筒上開(kāi)有一定形狀的窗口（節(jié)流孔），套筒移動(dòng)時(shí)，就改變了節(jié)流孔的面積，從而實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。套筒閥分為單密封和雙密封兩種結(jié)構(gòu)，前者類(lèi)似于直通單座閥，適用于單座閥的場(chǎng)合；后者類(lèi)似于直通雙座閥，適用于雙座閥的場(chǎng)合。套筒閥具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，但其價(jià)格比較貴。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——套筒閥,套筒閥,偏心旋轉(zhuǎn)閥：轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)體積小，重量輕，使用可靠，維修方便，通用性強(qiáng)，流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，適用于粘度較大的場(chǎng)合，在石灰、泥漿等流體中，具有較好的使用性能。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——偏心旋轉(zhuǎn)閥,偏心旋轉(zhuǎn)閥,“O”形球閥：閥芯為一球體閥芯上開(kāi)有一個(gè)直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)節(jié)和切斷作用。該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，密封可靠，流通能力大流量特性為快開(kāi)特性，一般用于位式控制。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——“O”形球閥,“O”形球閥,“V”形球閥：閥芯也為一球體但球體上開(kāi)孔為V形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的形狀始終保持為三角形。該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，關(guān)閉性能好，流通能力大，可調(diào)比大流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。,常用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)——“V”形球閥,“V”形球閥,3、2、4執(zhí)行器的選型總體要求：根據(jù)工藝條件選擇合適的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型。根據(jù)工藝對(duì)象特性選擇合適的流量特性。根據(jù)工藝參數(shù)選擇閥門(mén)的口徑。根據(jù)閥桿受不平衡力的大小選擇足夠推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)工藝過(guò)程要求選擇合適的輔助裝置。,1、結(jié)構(gòu)形式的選擇,可以根據(jù)實(shí)際使用要求，綜合考慮確定,選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，還必須考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力（力矩）應(yīng)大于它所受到的負(fù)荷力（力矩）,負(fù)荷力（力矩）包括流體對(duì)閥芯產(chǎn)生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）閥桿的摩擦力、重量以及壓縮彈簧的預(yù)緊力,對(duì)于氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu):工作壓差小于最大允許壓差但當(dāng)所用調(diào)節(jié)閥的口徑較大或壓差較高時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求有更大的輸出力，此時(shí)可考慮用活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也可選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)再配上閥門(mén)定位器。,(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇,主要依據(jù)是：（1）流體性質(zhì)如流體種類(lèi)、粘度、腐蝕性、是否含懸浮顆粒（2）工藝條件如溫度、壓力、流量、壓差、泄漏量（3）過(guò)程控制要求控制系統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音根據(jù)以上各點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，并參照各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其適用場(chǎng)合，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，來(lái)選擇滿(mǎn)足工藝要求的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。,(2)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇,2、氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇,氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥:有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥打開(kāi)無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全關(guān)氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥:有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)閉無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全開(kāi)氣開(kāi)氣關(guān)的選擇考慮原則是：信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的發(fā)全，如閥門(mén)處于打開(kāi)位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式；反之，則用氣開(kāi)式。,形成：,組合方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正反作用閥體部件有正裝和反裝氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開(kāi)式和氣關(guān)式,換熱器冷卻水調(diào)節(jié)閥選氣關(guān)式,輸入信號(hào)中斷，調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，保證冷卻水繼續(xù)流動(dòng)，防止換熱器溫度過(guò)高損壞,加熱爐燃料油調(diào)節(jié)閥選氣開(kāi)式,輸入信號(hào)中斷，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，燃料油切斷，防止加熱爐溫度過(guò)高造成毀壞,蒸餾塔進(jìn)料調(diào)節(jié)閥選氣開(kāi)式,輸入信號(hào)中斷，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，進(jìn)料切斷，防止物料過(guò)多造成溢出事故,精餾塔回流調(diào)節(jié)閥選氣關(guān)式,輸入信號(hào)中斷，調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，保證回流量，防止不合格產(chǎn)品蒸出,3、流量特性的選擇,調(diào)節(jié)閥流量特性：介質(zhì)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移（即閥的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系,調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，會(huì)引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實(shí)際流量特性,（1）調(diào)節(jié)閥的流量特性的概念,,最大流量,,最大位移,實(shí)際位移,,,實(shí)際流量,調(diào)節(jié)閥的固有特性，由閥芯的形狀所決定。,1-快開(kāi)特性,2-直線(xiàn)特性,3-拋物線(xiàn)特性,4-等百分比（對(duì)數(shù)）特性,（2）理想流量特性(ΔP一定),特點(diǎn)：a.放大系數(shù)是常數(shù),調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線(xiàn)關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù),b.Q↑流量相對(duì)變化值↓,A、直線(xiàn)流量特性,,相對(duì)流量的變化率的定義:曲線(xiàn)上某一點(diǎn)的相對(duì)流量的變化量和該點(diǎn)的相對(duì)流量之比q%=(△qv/qvmax)／(qv/qvmax)100%q%=△qv/qv100%,在曲線(xiàn)上選擇3個(gè)點(diǎn)在I/L%=10%處，I/L%變化10%，計(jì)算的q%=100%在I/L%=50%處，I/L%變化10%，計(jì)算的q%=20%在I/L%=80%處，I/L%變化10%，計(jì)算的q%=12.5%,結(jié)論：用相對(duì)流量的變化率表征閥體部件的靈敏度，小開(kāi)度時(shí)，靈敏度高，容易震蕩；大開(kāi)度時(shí)，靈敏度低，調(diào)節(jié)遲緩。用放大系數(shù)表征閥體部件的斜率，斜率＝常量。,特點(diǎn)：a.Q↑放大系數(shù)↑,單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系,b.流量相對(duì)變化值是常數(shù),B、等百分比流量特性（對(duì)數(shù)流量特性）,在曲線(xiàn)上選擇3個(gè)點(diǎn)：在I/L%=10%處，I/L%變化10%，計(jì)算的q%=（6.58-4.67）/4.67100%≈40%在I/L%=50%處，I/L%變化10%，計(jì)算的q%=（25.6-18.3）/18.3100%≈40%在I/L%=80%處，I/L%變化10%，計(jì)算的q%=(71.2-50.8)/50.8100%≈40%,結(jié)論：用相對(duì)流量的變化率表征閥體部件的靈敏度，小開(kāi)度時(shí)和大開(kāi)度時(shí)，靈敏度相同。用放大系數(shù)表征閥體部件的斜率，斜率≠常量。,單位相對(duì)位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方值的平方根成正比關(guān)系,C、拋物線(xiàn)流量特性,為了彌補(bǔ)直線(xiàn)特性在小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)性能差的缺點(diǎn)，在拋物線(xiàn)特性基礎(chǔ)上派生出一種修正拋物線(xiàn)特性，它在相對(duì)位移30%及相對(duì)流量變20%這段區(qū)間內(nèi)為拋物線(xiàn)關(guān)系，而在此以上的范圍是線(xiàn)性關(guān)系。,,在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小,有效位移一般為閥座直徑的1/4,適用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統(tǒng),D、快開(kāi)流量特性,上述4種流量特性中：直線(xiàn)和等百分比最常用。,,A、串聯(lián)管道時(shí),*流量特性發(fā)生畸變直線(xiàn)特性→快開(kāi)特性等百分比特性→直線(xiàn)特性,*可調(diào)比減小,（3）工作流量特性(ΔP變化),B、并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性,通常一般X值不能低于0.8，即旁路流量只能為總流量的百分?jǐn)?shù)之十幾。,可調(diào)比將大大下降,可調(diào)比R反映調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力的大小,定義:調(diào)節(jié)閥所能調(diào)節(jié)的最大流量和最小流量之比,調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，會(huì)引起可調(diào)比變化，將可調(diào)比分為理想可調(diào)比和實(shí)際可調(diào)比。,（4）調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比,理想可調(diào)比由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定,A、理想可調(diào)比R(ΔP一定),①串聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比,設(shè),B、實(shí)際可調(diào)比Rr(ΔP變化),B、并聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比,R＞＞1,設(shè),（4）理想流量特性的選擇,實(shí)際上是指如何選擇直線(xiàn)特性和等百分比特性,經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則:,適當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)節(jié)閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來(lái)補(bǔ)償控制對(duì)象放大系數(shù)的變化，使控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持不變或近似不變,（1）考慮系統(tǒng)的控制品質(zhì),調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與S值的大小有關(guān)，即與工藝配管情況有關(guān)。因此，在選擇其特性時(shí)，還必須考慮工藝配管情況。,（2）考慮工藝管道情況,1.根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇所需要的工作流量特性,2.考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性,P182表5-5,具體做法:,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型規(guī)定(CD50A11-84),直線(xiàn)特性調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化值大，控制過(guò)于靈敏，易引起振蕩，且閥芯、閥座也易受到破壞，因此在S值小、負(fù)荷變化大的場(chǎng)合，不宜采用。等百分比特性調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨調(diào)節(jié)閥行程增加而增大，流量相對(duì)變化值是恒定不變的，因此它對(duì)負(fù)荷變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。,（3）考慮負(fù)荷變化情況,結(jié)論：常用的調(diào)節(jié)閥流量特性為“線(xiàn)性”和“等百分比”在設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)流量特性難以確定時(shí)，優(yōu)先選用“等百分比”特性，它的適應(yīng)性更強(qiáng)。,4、調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)材料的選擇選材一般根據(jù)工藝介質(zhì)的腐蝕性及溫度、壓力、氣蝕、沖刷等幾個(gè)方面而定，同時(shí)還考慮其經(jīng)濟(jì)的合理性。（1）閥體材料閥體材料：HT20-40、ZG25B、ZG1CR18NI9TI、RT20-40、ZG25。閥芯、閥桿、閥座材料：1CR18NI9TI、YG6X、YG8可淬硬鋼鉻。墊片材料：2CR13、1CR18NI9夾石棉板、浸蠟石棉膠板、8#-10#鋼。填料：V形聚四氟乙烯、石棉、高硅氧纖維。（2）閥內(nèi)件材料奧氏體不銹鋼、哈氏合金、蒙乃爾合金、鈦與鈦合金、鉭。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：中國(guó)——JB，美國(guó)——ANSI,IS，德國(guó)——DIN,前蘇聯(lián)——TOCT，法國(guó)——NF，英國(guó)——RS,瑞典——SIS（3）填料選擇作用：防止因閥桿移動(dòng)而閥內(nèi)介質(zhì)向外泄漏。最常用的是聚四氟乙烯。,首先必須要合理確定調(diào)節(jié)閥流量和壓差的數(shù)據(jù)。通常把代入計(jì)算公式中的流量和壓差分別稱(chēng)為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。而在根據(jù)計(jì)算所得到的流量系數(shù)選擇調(diào)節(jié)閥口徑之后，還應(yīng)對(duì)所選調(diào)節(jié)閥開(kāi)度和可調(diào)節(jié)比進(jìn)行驗(yàn)算，以保證所選調(diào)節(jié)閥的口徑能滿(mǎn)足控制要求。,——依據(jù)流量系數(shù),5、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇,說(shuō)穿了，就是根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算出K，然后根據(jù)K來(lái)選取一個(gè)Kv值差不多的調(diào)節(jié)閥。,孔板流量計(jì)的公式？？,調(diào)節(jié)閥的流量方程,依據(jù)的原理：伯努利方程（能量守恒）,流量系數(shù)是反映調(diào)節(jié)閥口徑大小的一個(gè)重要參數(shù),流量系數(shù)KV的定義:,在調(diào)節(jié)閥前后壓差為100KPa，流體密度為1g/cm3（即5～40℃的水）的條件下，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門(mén)的流體量（m3）,（1）調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù),把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實(shí)際工況的流經(jīng)閥門(mén)的流量,事實(shí)上，這里提出流量系數(shù)的概念，用意不在流量的計(jì)算上，真正目的是根據(jù)工藝要求如何來(lái)選擇一臺(tái)合適的調(diào)節(jié)閥。,根據(jù)工藝要求，即流量Q、前后差壓△P、介質(zhì)密度ρ，可以用下式來(lái)計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，并以此來(lái)作為閥門(mén)口徑選擇的依據(jù)之一：,注意：上式中各參數(shù)的單位上式只適用于一般的流體（如水或者類(lèi)似流體）流體的種類(lèi)和性質(zhì)將影響KV的大小，因此對(duì)不同的流體必須考慮其對(duì)流量系數(shù)的影響流體的流動(dòng)狀態(tài)也將影響Kv的大小,流量系數(shù)的計(jì)算,最大計(jì)算流量是指通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量，其值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對(duì)象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制質(zhì)量等因素綜合考慮，合理確定。,避免兩種傾向：過(guò)多考慮余量,只考慮眼前生產(chǎn),選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟,（1）確定計(jì)算流量,計(jì)算壓差是指最大流量時(shí)調(diào)節(jié)閥上的壓差，即調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的壓差,（2）確定計(jì)算壓差,確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消耗兩方面，即應(yīng)合理選定S值。,2)在最大流量的條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)閥之外的各項(xiàng)局部阻力所引起的壓力損失，再求出它們的總和△PF。,3)選取S值S值一般希望不小于0.3，常選,4)求取調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差△PV,計(jì)算壓差確定步驟如下：,1)選擇調(diào)節(jié)閥前后最近的壓力基本穩(wěn)定的兩個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。,根據(jù)已求得的Kmax，在所選用的產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Kmax并與其最接近的那一擋Kv值（P.169,表6-3),根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求得最大流量時(shí)的流量系數(shù)Kmax,（3）計(jì)算流量系數(shù)Kmax,（4）選取流量系數(shù)KV,最大計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不大于90%最小計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不小于10%,直線(xiàn)特性調(diào)節(jié)閥,等百分比特性的調(diào)節(jié)閥,（5）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥開(kāi)度,（6）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比,須滿(mǎn)足,根據(jù)值決定調(diào)節(jié)閥的公稱(chēng)直徑Dg和閥座直徑dg,（7）確定調(diào)節(jié)閥口徑,（P.169表6-3),6、調(diào)節(jié)閥附件的選擇,6.5電氣轉(zhuǎn)換器/閥門(mén)定位器,電氣轉(zhuǎn)換器,電氣閥門(mén)定位器,壓縮空氣過(guò)濾器,閥門(mén)定位器,將控制信號(hào)（I0或PO），成比例地轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿產(chǎn)生位移,可見(jiàn)，閥門(mén)定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)（各參數(shù)的名稱(chēng)?如被控變量等),閥桿位移量通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)反饋到閥門(mén)定位器，當(dāng)位移反饋信號(hào)與輸入的控制信號(hào)相平衡時(shí)，閥桿停止動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度與控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)。,閥門(mén)定位器可以采用更高的氣源壓力，從而可增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力在什么情況下需要使用閥門(mén)定位器？,答：大口徑閥門(mén)，或者要求由較大輸出力的閥門(mén)等（小口徑閥門(mén)一般較少使用）閥門(mén)定位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在一起，因而可減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳輸滯后。此外，閥門(mén)定位器還可以接受不同范圍的輸入信號(hào)，因此采用閥門(mén)定位器還可實(shí)現(xiàn)分程控制。,問(wèn)題：很明顯，閥門(mén)定位器是與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用的，那么，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是否有類(lèi)似與閥門(mén)定位器的輔助單元？,按結(jié)構(gòu)形式，閥門(mén)定位器可以分為:電/氣閥門(mén)定位器氣動(dòng)閥門(mén)定位器智能式閥門(mén)定位器。,電／氣閥門(mén)定位器,電／氣閥門(mén)定位器作用：1.將4～20mA或0～10mA轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)，用以控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥2.它還能夠起到閥門(mén)定位的作用,當(dāng)輸入IO→對(duì)主杠桿2產(chǎn)生向左的力F1→主杠桿繞支點(diǎn)反時(shí)針偏轉(zhuǎn)→擋板13靠近噴嘴15→Pa↑→使閥桿向下移動(dòng)→并帶動(dòng)反饋桿9繞支點(diǎn)4偏轉(zhuǎn)→凸輪5也跟著逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)→從而使反饋彈簧11拉伸→最終使閥門(mén)定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥桿位移，即對(duì)應(yīng)于一定的閥門(mén)開(kāi)度。,特性,,Ki,Io,,Fi,li,,Mi,,,K1,Pa,K2,L,,,Kf,Ff,lf,,,Mf,＋,－,,,,閥桿位移和輸入信號(hào)之間的關(guān)系取決于轉(zhuǎn)換系數(shù)Ki、力臂長(zhǎng)度li以及反饋部分的反饋系數(shù)Kf，而與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有效面積和彈簧剛度無(wú)關(guān)，因此閥門(mén)定位器能消除執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片有效面積和彈簧剛度變化的影響，提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線(xiàn)性度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。,氣動(dòng)閥門(mén)定位器,原理與前者完全相同氣動(dòng)力矩平衡式閥門(mén)定位器要將正作用改裝成反作用，只要把波紋管的位置從主杠桿的右側(cè)調(diào)到左側(cè)即可。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,智能式閥門(mén)定位器,原理和前面兩種閥門(mén)定位器很相似,智能式閥門(mén)定位器,以CPU為核心，具有許多模擬式閥門(mén)定位器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：(1)定位精度和可靠性高智能式閥門(mén)定位器機(jī)械可動(dòng)部件少，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)的比較是數(shù)字比較，不易受環(huán)境影響，工作穩(wěn)定性好，不存在機(jī)械誤差造成的死區(qū)影響，因此具有更高的精度和可靠性。(2)流量特性修改方便智能式閥門(mén)定位器一般都包含有常用的直線(xiàn)、等百分比和快開(kāi)特性功能模塊，可以通過(guò)按鈕或上位機(jī)、手持式數(shù)據(jù)設(shè)定器直接設(shè)定。(3)零點(diǎn)、量程調(diào)整簡(jiǎn)單零點(diǎn)調(diào)整與量程調(diào)整互不影響，因此調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。許多品種的智能式閥門(mén)定位器不但可以自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)與量程的調(diào)整，而且能自動(dòng)識(shí)別所配裝的執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格，如氣室容積、作用型式等，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而使調(diào)節(jié)閥處于最佳工作狀態(tài)的。(4)具有診斷和監(jiān)測(cè)功能除一般的自診斷功能之外，智能式閥門(mén)定位器能輸出與調(diào)節(jié)閥實(shí)際動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)，可用于遠(yuǎn)距離監(jiān)控調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)。接受數(shù)字信號(hào)的智能式閥門(mén)定位器，具有雙向的通訊能力，可以就地或遠(yuǎn)距離地利用上位機(jī)或手持式操作器進(jìn)行閥門(mén)定位器的組態(tài)、調(diào)試、診斷。,7、作用中應(yīng)該注意的問(wèn)題（1）閃蒸當(dāng)流體以P1的壓力流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，流速突然驟增，而靜壓力突然下降，當(dāng)閥后壓力P2達(dá)到或低于該流體所在的情況下的飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體汽化，形成汽液兩相共存的現(xiàn)象，即發(fā)生閃蒸。此時(shí)對(duì)閥芯等材質(zhì)并無(wú)損傷，但影響了液體流量計(jì)算公式的正確性，使計(jì)算復(fù)雜化。（2）空化閃蒸發(fā)生后，隨著流體的流動(dòng)，其靜壓力又要上升。當(dāng)靜壓力回升到該液體所在工況的飽和蒸汽壓以上時(shí)，閃蒸形成的氣泡會(huì)破裂，重新轉(zhuǎn)化為液體，這種氣泡形成和破裂的過(guò)程稱(chēng)為空化。這就是說(shuō)，空化有兩具階段：第一階段是液體內(nèi)部形成空隙或氣泡，即閃蒸階段；第二階段是氣泡的破裂，即空化階段?？栈钠茐淖饔茫篈、損壞材質(zhì)——?dú)馀萜屏褧r(shí)產(chǎn)生了較大的沖擊力，嚴(yán)重地沖擊閥芯、閥體和閥座，造成氣蝕作用。B、振動(dòng)——空化作用還帶來(lái)閥芯的垂直振動(dòng)和水平振動(dòng)，從而造成機(jī)械磨損。C、噪聲——空化使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生各種噪聲，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生呼嘯和尖叫。,避免空化和汽蝕的方法，主要從壓差的選擇、材料、結(jié)構(gòu)上考慮。而最根本的方法是使調(diào)節(jié)閥前后壓差不大于最大允許壓差（3）不平衡力流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，閥芯受到流體靜壓和動(dòng)壓所產(chǎn)生的作用力，由于其各個(gè)方向受力不一，因而產(chǎn)生使閥芯上下移動(dòng)的軸向力和使閥芯旋轉(zhuǎn)的切向力。對(duì)于直線(xiàn)位移的調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō)，軸向力直接影響閥芯位移與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)之間的關(guān)系，因此把閥芯受到的由流體所產(chǎn)生的軸向合力稱(chēng)為不平衡力。對(duì)于轉(zhuǎn)角式調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō)，影響其角位移的是轉(zhuǎn)軸受到的切向合力矩，它稱(chēng)為不平衡力矩。,在閥體部件和工藝介質(zhì)確定的情況下不平衡力的大小取決于：閥前的壓力P1閥前后的壓差△P閥芯的相對(duì)流向,,,氣泡爆裂，還原成液體,損害,3.3模擬式控制儀表的運(yùn)用,3、3、1控制方案的擬定與儀表選擇（一）控制方案的擬定基本原則有以下幾條：1、控制方案能否成立的先決條件是在工藝上必須是合理的?？刂葡到y(tǒng)只能按照預(yù)定的規(guī)律來(lái)代替人們的部分操作。2、控制方案能否達(dá)到預(yù)定的工藝要求，在方案與控制規(guī)律的選擇上必須是合適的。如對(duì)象的滯后大、擾動(dòng)頻繁時(shí)，除了要很好選擇檢測(cè)點(diǎn)和控制手段外，而且必要時(shí)采用某些復(fù)雜控制回路。3、控制方案能否可靠運(yùn)行，在操作上必須是安全的。4、控制方案的評(píng)價(jià)，要看有無(wú)顯著的經(jīng)濟(jì)效果。自動(dòng)化本身不是目的，而是一種技術(shù)手段，自動(dòng)化是為了提高生產(chǎn)、降低成本、確保安全和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。,（二）儀表選擇選擇儀表時(shí)，應(yīng)從生產(chǎn)工藝要求、現(xiàn)場(chǎng)使用條件、系統(tǒng)的控制質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等多方面加以綜合考慮。選表是指儀表類(lèi)型、品種、特性（或規(guī)格）的選擇。1、氣動(dòng)類(lèi)或電動(dòng)類(lèi)儀表的選擇——各有長(zhǎng)處，均可選用。若要求變量遠(yuǎn)距離傳輸、集中控制、且與計(jì)算機(jī)控制結(jié)合起來(lái)，可考慮選用電動(dòng)儀表。2、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇——在對(duì)象滯后不太大和不允許有余差時(shí)，可采用具有P、I、D的調(diào)節(jié)器；當(dāng)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，滯后較小時(shí)可采用微分。注意微分作用不可能提供很多好處，在純滯后時(shí)間內(nèi)微分作用是不起作用的。3、調(diào)節(jié)閥的選擇——調(diào)節(jié)閥是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。4、儀表防爆規(guī)格的選擇——對(duì)于具有危險(xiǎn)性和生產(chǎn)過(guò)程，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定選用本安型、隔爆型或采取其他防爆措施。在構(gòu)成本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)時(shí)，必須使用安全柵。,3、3、2控制系統(tǒng)構(gòu)成舉例,（一）單變量控制系統(tǒng),上圖為單變量控制系統(tǒng)的方框圖，若構(gòu)成防爆系統(tǒng)時(shí)，變送器采用隔爆型，電/氣閥門(mén)定位器采用隔爆結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的系統(tǒng)接線(xiàn)中，要注意電壓信號(hào)是并聯(lián)采樣的，而電流信號(hào)是串聯(lián)采樣的。所以在實(shí)施這種控制系統(tǒng)時(shí)，還會(huì)有電源、供電箱、配電器等。,（二）比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)有好幾種，開(kāi)環(huán)比值、單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值等。有定值的也有變比值的。一般定比值的用的比較多。下圖為定比值控制系統(tǒng)的方框圖,三、儀表靜態(tài)配合系數(shù)的確定（一）量程的確定——量程的大小直接影響測(cè)量靈敏度和控制精度。（二）比值控制系統(tǒng)中比值系數(shù)的確定——注意是否帶開(kāi)方器。,