第3章 33過程控制裝置及系統(tǒng)設計

1、第三章第三章 過程控制裝置過程控制裝置 李臻峰李臻峰 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計2 2021-7-6 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 n3.1 概述概述 n3.2 變送器變送器 n3.3 控制器控制器 n3.4 執(zhí)行器和防爆柵執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.1 概述概述 n為了熟悉控制裝置，先復習一下控制系統(tǒng)的組成：為了熟悉控制裝置，先復習一下控制系統(tǒng)的組成： 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計3 2021-7-6 圖 簡單控制系統(tǒng)方框圖 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防

2、爆柵 n執(zhí)行器執(zhí)行器在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化中起著十分重要作在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化中起著十分重要作 用。用。 n它在自動控制系統(tǒng)中它在自動控制系統(tǒng)中接受調(diào)節(jié)器的控制信號接受調(diào)節(jié)器的控制信號，自，自 動地動地改變操作變量改變操作變量，達到對被調(diào)參數(shù)，達到對被調(diào)參數(shù)(如溫度、壓如溫度、壓 力、液位等力、液位等)進行調(diào)節(jié)的目的，使生產(chǎn)過程按預定進行調(diào)節(jié)的目的，使生產(chǎn)過程按預定 要求正常進行。要求正常進行。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 4 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計5 2021-7-6

3、 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器 液動執(zhí)行器液動執(zhí)行器 液動執(zhí)行器的特點是輸出推力很大，但在化工、煉油等生產(chǎn)過液動執(zhí)行器的特點是輸出推力很大，但在化工、煉油等生產(chǎn)過 程中基本上不使用。程中基本上不使用。 因此，只對氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器以及電因此，只對氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器以及電氣轉(zhuǎn)換器進行介氣轉(zhuǎn)換器進行介 紹。紹。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 1.氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 n氣動執(zhí)行器是氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。的執(zhí)行器。 n它的主要特點：它的主要特點：結構簡單，輸出推力大、動作可靠、結構簡單，輸出推力大、動作可靠

4、、 性能穩(wěn)定、維護方便、價格便宜、本質(zhì)安全防爆等性能穩(wěn)定、維護方便、價格便宜、本質(zhì)安全防爆等。 n它不僅能與氣動調(diào)節(jié)儀表配套使用，而且還可以通過電氣轉(zhuǎn)換器或電它不僅能與氣動調(diào)節(jié)儀表配套使用，而且還可以通過電氣轉(zhuǎn)換器或電 氣閥門定位器與電動調(diào)節(jié)儀表或工業(yè)控制計算機配套使用。氣閥門定位器與電動調(diào)節(jié)儀表或工業(yè)控制計算機配套使用。 n因此，廣泛用于化工、石油、冶金、電力等工業(yè)部門。因此，廣泛用于化工、石油、冶金、電力等工業(yè)部門。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 6 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及

5、系統(tǒng)設計 7 2021-7-6 氣動執(zhí)行器由氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構執(zhí)行機構和和控制機構控制機構兩部分組成兩部分組成 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 8 2021-7-6 上部為上部為執(zhí)行機構執(zhí)行機構，下部為，下部為控制機構控制機構。 執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號 壓力的大小產(chǎn)生相應的推力，推動控制機構動壓力的大小產(chǎn)生相應的推力，推動控制機構動 作，所以它是將作，所以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位 移的裝置移的裝置。 控制機構是執(zhí)行器的

6、控制部分，它直接與被控控制機構是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控 介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿將閥桿 的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n1）氣動執(zhí)行機構）氣動執(zhí)行機構 n氣動執(zhí)行機構常用的有氣動執(zhí)行機構常用的有薄膜式薄膜式和和活塞式活塞式兩大類。兩大類。 n薄膜式執(zhí)行機構薄膜式執(zhí)行機構 n 最為常用，它使用彈性膜片將輸入氣壓轉(zhuǎn)變最為常用，它使用彈性膜片將輸入氣壓轉(zhuǎn)變 為對推桿的推力，通過推桿使閥芯產(chǎn)生相應的位為對推桿的推力，通過推桿使閥芯產(chǎn)生相應的位

7、 移，改變閥的開度。移，改變閥的開度。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 9 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n該機構可以用作一般控制閥的推動裝置，組成該機構可以用作一般控制閥的推動裝置，組成氣氣 動薄膜式執(zhí)行器動薄膜式執(zhí)行器，習慣上稱為，習慣上稱為氣動薄膜控制閥氣動薄膜控制閥， 其的結構簡單、價格便宜、維修方便、應用廣泛。其的結構簡單、價格便宜、維修方便、應用廣泛。 n n氣動活塞式執(zhí)行機構氣動活塞式執(zhí)行機構以氣缸內(nèi)的活塞輸出推力，以氣缸內(nèi)的活塞輸出推力， 故推力較大，主要適用于大口徑、高壓降的控制故推力較大，主要適用于大口

8、徑、高壓降的控制 閥或蝶閥的推動裝置。閥或蝶閥的推動裝置。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 10 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n一個典型的氣動薄膜執(zhí)行機構主要由一個典型的氣動薄膜執(zhí)行機構主要由彈性薄膜、彈性薄膜、 壓縮彈簧和推桿壓縮彈簧和推桿組成。組成。 n氣動薄膜執(zhí)行機構的輸出是位移，它與信號壓力氣動薄膜執(zhí)行機構的輸出是位移，它與信號壓力 的關系為的關系為 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 11 2021-7-6 KLpA 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及

9、系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 12 2021-7-6 式中式中 pp通入氣室的信號壓力；通入氣室的信號壓力； AA波紋膜片的有效面積；波紋膜片的有效面積； KK彈簧的剛度；彈簧的剛度； LL執(zhí)行機構的推桿位移執(zhí)行機構的推桿位移 p K A L 當執(zhí)行機構的規(guī)格確定后，當執(zhí)行機構的規(guī)格確定后，A和和K便為常數(shù)，因此便為常數(shù)，因此 執(zhí)行機構的位移與信號壓力成比例關系。執(zhí)行機構的位移與信號壓力成比例關系。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n原理：原理：當信號壓力通入薄膜氣室時，此壓力乘上當信號壓力通入薄膜氣室時，此壓力乘上 膜片的有效面積得到推力，使推桿移動，

10、彈簧受膜片的有效面積得到推力，使推桿移動，彈簧受 壓，直到彈簧產(chǎn)生的反作用力與薄膜上的推力相壓，直到彈簧產(chǎn)生的反作用力與薄膜上的推力相 平衡為止。平衡為止。 n信號壓力越大，推力越大，推桿的位移即彈簧的信號壓力越大，推力越大，推桿的位移即彈簧的 壓縮量也就越大。壓縮量也就越大。 n推桿的位移范圍就是執(zhí)行機構的行程推桿的位移范圍就是執(zhí)行機構的行程。 n推桿從零走到全行程，閥門就從全開（或全關）到全關（或全開）。推桿從零走到全行程，閥門就從全開（或全關）到全關（或全開）。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 13 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)

11、行器和防爆柵 2）控制（調(diào)節(jié)）機構）控制（調(diào)節(jié)）機構 n控制機構即控制機構即控制閥控制閥，實際上是一個局部阻力可以，實際上是一個局部阻力可以 改變的改變的節(jié)流元件節(jié)流元件。 n通過閥桿上部與執(zhí)行機構相連，下部與閥芯相連。通過閥桿上部與執(zhí)行機構相連，下部與閥芯相連。 由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間 的流通面積，即改變了閥的的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)阻力系數(shù)，被控介質(zhì)，被控介質(zhì) 的流量也就相應地改變，從而達到控制工藝參數(shù)的流量也就相應地改變，從而達到控制工藝參數(shù) 的目的。的目的。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 14 202

12、1-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結構型式很多，根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結構型式很多， 主要包括有主要包括有: n 直通單座控制閥直通單座控制閥 n 直通雙座控制閥直通雙座控制閥 n 角形控制閥角形控制閥 n 三通控制閥三通控制閥 n 隔膜控制閥隔膜控制閥 n 碟閥、球閥、凸輪撓曲閥、籠式閥等。碟閥、球閥、凸輪撓曲閥、籠式閥等。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 15 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計

13、16 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n控制閥流量特性控制閥流量特性 n控制閥的流量特性是指控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對被控介質(zhì)流過閥門的相對 流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系。 即即 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 17 2021-7-6 m ax ql f qL 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 18 2021-7-6 式中式中: 相對流量相對流量 控制閥在某一開度時的流量控制閥

14、在某一開度時的流量 控制閥在全開時的流量；控制閥在全開時的流量； 控制閥在某一開度時閥芯的行程；控制閥在某一開度時閥芯的行程； 控制閥全開時的行程控制閥全開時的行程 max q q q max q l L 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n通過控制閥的流量大小不僅與閥的開度有關，還通過控制閥的流量大小不僅與閥的開度有關，還 和前后的和前后的壓差高低壓差高低有關。有關。 n工作在管路中的控制閥，當閥開度改變時，隨著工作在管路中的控制閥，當閥開度改變時，隨著 流量的變化，閥前后的壓差也發(fā)生變化。流量的變化，閥前后的壓差也發(fā)生變化。 n為分析方便，在研究閥的特性

15、時，為分析方便，在研究閥的特性時，先把閥前后壓先把閥前后壓 差固定為恒值差固定為恒值進行研究，然后再考慮閥在管路中進行研究，然后再考慮閥在管路中 的實際情況進行分析的實際情況進行分析。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 19 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n（1）控制閥的理想流量特性）控制閥的理想流量特性 n在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性 稱為稱為理想流量特性理想流量特性。它取決于閥芯的形狀。它取決于閥芯的形狀 。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 20 20

16、21-7-6 主要有主要有直線、對數(shù)、拋物線及快開直線、對數(shù)、拋物線及快開等幾種。等幾種。 1-快開快開 2-直線直線 3-拋物線拋物線 4-對數(shù)對數(shù) 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n直線流量特性直線流量特性 直線流量特性是指控制閥的相對直線流量特性是指控制閥的相對 流量與相對開度成流量與相對開度成直線關系直線關系，即單位位移變化所，即單位位移變化所 引起的流量變化是引起的流量變化是常數(shù)常數(shù)。用數(shù)學式表示為。用數(shù)學式表示為 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 21 2021-7-6 K L l d Q Q d max 式中式中 K常數(shù)，即控制閥

17、的放大系數(shù)。常數(shù)，即控制閥的放大系數(shù)。 將上式積分可得將上式積分可得C L l K Q Q max 式中式中 C積分常數(shù)積分常數(shù) 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n邊界條件為邊界條件為 時時 ； 時時 。把。把 邊界條件代入上式可分別得：邊界條件代入上式可分別得： 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 22 2021-7-6 0l min qq Ll max qq , 1 max min RQ Q C R CK 1 11 R是最大流量與最小流量的比值，稱為是最大流量與最小流量的比值，稱為可調(diào)比可調(diào)比， 又稱可調(diào)范圍。代入式得又稱可調(diào)范圍。代入式得

18、L l R RQ Q 11 1 max 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n上式表明上式表明 與與 之間呈之間呈線性關系線性關系，在直角坐標，在直角坐標 上是一條直線。上是一條直線。 要注意的是當可調(diào)比要注意的是當可調(diào)比R不同時，不同時， 特性曲線在縱坐標上的起點是不同的。特性曲線在縱坐標上的起點是不同的。 n為便于分析和計算，假設為便于分析和計算，假設R=，即特性曲線以坐，即特性曲線以坐 標原點為起點，這時當位移變化標原點為起點，這時當位移變化10%所引起的流所引起的流 量變化總是量變化總是10%。但流量變化的。但流量變化的相對值是不同相對值是不同的的 。

19、 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 23 2021-7-6 max q q L l 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n為便于分析和計算，假設為便于分析和計算，假設R=，即特性曲線以坐，即特性曲線以坐 標原點為起點，這時當位移變化標原點為起點，這時當位移變化10%所引起的流所引起的流 量變化總是量變化總是10%。但流量變化的。但流量變化的相對值相對值是不同的是不同的 。 10%時， 50%時， 80%時， 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 24 2021-7-6 %100%100 10 1020 %20%100 50 5060 %5.

20、12%100 80 8090 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n可見，可見， n在流量小時，流量變化的相對值大在流量小時，流量變化的相對值大； n在流量大時，流量變化的相對值小在流量大時，流量變化的相對值小。 n也就是說，當閥門在小開度時控制作用也就是說，當閥門在小開度時控制作用太強太強，而，而 在大開度時控制作用在大開度時控制作用太弱太弱，這是不利于控制系統(tǒng)，這是不利于控制系統(tǒng) 的正常運行的。的正常運行的。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 25 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n從控制

21、系統(tǒng)來講，從控制系統(tǒng)來講， n當系統(tǒng)處于小負荷時，要克服外界干擾的影響，當系統(tǒng)處于小負荷時，要克服外界干擾的影響， 希望控制閥動作所引起的流量變化量不要太大，希望控制閥動作所引起的流量變化量不要太大， 以免控制作用太強產(chǎn)生超調(diào)，甚至發(fā)生振蕩。以免控制作用太強產(chǎn)生超調(diào)，甚至發(fā)生振蕩。 n系統(tǒng)處于大負荷時，要克服外界干擾的影響，希系統(tǒng)處于大負荷時，要克服外界干擾的影響，希 望控制閥動作所引起的流量變化量要大一些。望控制閥動作所引起的流量變化量要大一些。 n以免控制作用微弱而使控制不夠靈敏，以免控制作用微弱而使控制不夠靈敏，直線流量直線流量 特性不能滿足以上要求。特性不能滿足以上要求。 過程控制裝置

22、及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 26 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 對數(shù)流量特性對數(shù)流量特性 n又稱又稱等百分比流量特性等百分比流量特性，是指單位相對行程變化，是指單位相對行程變化 所引起的相對流量變化與此點的相對流量成所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比正比 關系關系。即控制閥的放大系數(shù)隨相對流量的增加而。即控制閥的放大系數(shù)隨相對流量的增加而 增大。用數(shù)學式表示為增大。用數(shù)學式表示為 n積分得積分得 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 27 2021-7-6 max max Q Q K L l d Q Q d C L

23、 l K Q Q max ln 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n將邊界條件代入，可得將邊界條件代入，可得 n最后得最后得 n相對開度與相對流量成對數(shù)關系相對開度與相對流量成對數(shù)關系。 n放大系數(shù)隨行程的增大而增大。在同樣的行程變放大系數(shù)隨行程的增大而增大。在同樣的行程變 化值下，化值下，流量小時，流量變化小流量小時，流量變化小，控制平穩(wěn)緩和；，控制平穩(wěn)緩和； 流量大時，流量變化大流量大時，流量變化大，控制靈敏有效。，控制靈敏有效。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 28 2021-7-6 RKR RQ Q Cln ,ln 1 lnln max

24、 min 1 max L l R Q Q 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n拋物線流量特性拋物線流量特性 與與 之間呈之間呈拋物線關系拋物線關系，在直角坐標上為一，在直角坐標上為一 條拋物線。它介于直線特性及對數(shù)特性之間，數(shù)條拋物線。它介于直線特性及對數(shù)特性之間，數(shù) 學表達式為學表達式為 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 29 2021-7-6 maxQ Q L l 2 max 11 1 L l R RQ Q 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n快開流量特性快開流量特性 n這種流量特性在開度較小時就有較大流量

25、，隨開這種流量特性在開度較小時就有較大流量，隨開 度的增大，流量很快就達到最大，為快開特性。度的增大，流量很快就達到最大，為快開特性。 快開特性的閥芯形式是平板形的，用于迅速啟閉快開特性的閥芯形式是平板形的，用于迅速啟閉 的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 30 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n控制閥的工作流量特性控制閥的工作流量特性 n在實際的工藝裝置上，控制閥由于和其他閥門、在實際的工藝裝置上，控制閥由于和其他閥門、 設備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)，使閥兩端的壓差隨流設備、管道等串

26、聯(lián)或并聯(lián)，使閥兩端的壓差隨流 量變化而變化，這時的流量特性稱為量變化而變化，這時的流量特性稱為工作流量特工作流量特 性性。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 31 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n其結果使控制閥的工作流量特性不同于固有流量其結果使控制閥的工作流量特性不同于固有流量 特性。串聯(lián)的阻力越大，流量變化引起的控制閥特性。串聯(lián)的阻力越大，流量變化引起的控制閥 的壓降分配比值變化也越大，特性變化得也越厲的壓降分配比值變化也越大，特性變化得也越厲 害。害。 n所以閥的工作流量特性除所以閥的工作流量特性除與閥的結構有關外與閥

27、的結構有關外，還，還 取決于配管情況取決于配管情況。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 32 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n串聯(lián)管道工作流量特性串聯(lián)管道工作流量特性 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 33 2021-7-6 表示的是控制閥與工藝設備及管道阻力串表示的是控制閥與工藝設備及管道阻力串 聯(lián)的情況，這是一種最常見的典型情況。聯(lián)的情況，這是一種最常見的典型情況。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 34 2021-7-6 如果

28、總壓差如果總壓差 恒定，那么當閥開度加大時，隨著流恒定，那么當閥開度加大時，隨著流 量量q的增加，設備及管道上的壓降的增加，設備及管道上的壓降 將隨流量將隨流量q的平的平 方增加。方增加。 P 2 p 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 35 2021-7-6 理想流量特性是直線的閥 理想流量特性是對數(shù)的閥 1min p S p 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 36 2021-7-6 該圖縱坐標是相對流量該圖縱坐標是相對流量 ， 表

29、示串聯(lián)管道阻力表示串聯(lián)管道阻力 為零時，閥全開時達到的最大流量。為零時，閥全開時達到的最大流量。 表示存表示存 在管道阻力的情況下，閥全開時閥前后最小壓差在管道阻力的情況下，閥全開時閥前后最小壓差 占總壓差占總壓差 的百分數(shù)。的百分數(shù)。 max q q max q p p s min1 min1 p p 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 并聯(lián)管道工作流量特性并聯(lián)管道工作流量特性 n控制閥一般都裝有控制閥一般都裝有旁路旁路，以便手動操作和維護。，以便手動操作和維護。 當生產(chǎn)量提高或控制閥選小了時，只好將旁路閥當生產(chǎn)量提高或控制閥選小了時，只好將旁路閥 打開一些

30、，此時就是打開一些，此時就是并聯(lián)管道并聯(lián)管道的情況。的情況。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 37 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 38 2021-7-6 理想特性為直線型理想特性為直線型 (b)理想特性為等百分比型理想特性為等百分比型 圖圖 并聯(lián)管道時控制閥的工作特性并聯(lián)管道時控制閥的工作特性 1 q x q 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 綜合串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結論：綜合串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結論： na串、并聯(lián)管道都會使

31、閥的理想流量特性發(fā)生串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸畸 變變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。 nb串、并聯(lián)管道都會使控制閥的串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低可調(diào)范圍降低， 并聯(lián)管道尤為嚴重。并聯(lián)管道尤為嚴重。 nc串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng) 總流量增加。總流量增加。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 39 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 nd串、并聯(lián)管道會使控制閥的串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小放大系數(shù)減小， 即輸入信號變化引起的流量

32、變化值減少。即輸入信號變化引起的流量變化值減少。 n串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則S值降低對值降低對 放大系數(shù)影響更為嚴重；放大系數(shù)影響更為嚴重； n并聯(lián)管道時控制閥若處于小開度，則并聯(lián)管道時控制閥若處于小開度，則S值降低對值降低對 放大系數(shù)影響更為嚴重。放大系數(shù)影響更為嚴重。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 40 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 控制閥口徑的選擇控制閥口徑的選擇 控制閥的口徑選擇是由控制閥的口徑選擇是由控制閥流量系數(shù)控制閥流量系數(shù)C值決定的。值決定的。 過程控制裝置及系統(tǒng)設

33、計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 41 2021-7-6 在給定的行程下，當閥兩端壓差為在給定的行程下，當閥兩端壓差為100KPa時，流體密時，流體密 度為度為1g/cm3時，流經(jīng)控制閥的流體流量（以時，流經(jīng)控制閥的流體流量（以m3/h表示）表示） 控制閥流量系數(shù)控制閥流量系數(shù)表示控制閥容量的大小，是表示控表示控制閥容量的大小，是表示控 制閥流通能力的參數(shù)。制閥流通能力的參數(shù)。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n對于不可壓縮的流體，且閥前后壓差對于不可壓縮的流體，且閥前后壓差 不太大（即流不太大（即流 體為非阻塞流）時，其流量系數(shù)體為非阻塞流）時，其流量系數(shù)C的計

34、算公式為的計算公式為 式中式中 流體密度，流體密度，g/cm3； p1-p2閥前后的壓差，閥前后的壓差，kPa； q流經(jīng)閥的流量，流經(jīng)閥的流量，m3/h。 從上式可以看出，如果控制閥前后壓差從上式可以看出，如果控制閥前后壓差 保持為保持為100KPa，流經(jīng)，流經(jīng) 閥的水（閥的水（1g/cm3）流量）流量Q即為該閥的即為該閥的C值。值。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 42 2021-7-6 P 21 10 pp qC P 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n2電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器 n它是以電為能源的執(zhí)行器，接收來自控制器的它是以電為能源的執(zhí)行器

35、，接收來自控制器的 010mA或或420mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn) 換成相應的換成相應的角位移角位移或直或直行程位移行程位移，去操縱閥門、，去操縱閥門、 擋板等控制機構，以實現(xiàn)自動控制。擋板等控制機構，以實現(xiàn)自動控制。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 43 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n它的它的主要特點主要特點： n能源取用方便，信號傳輸速度快，傳送距離遠，能源取用方便，信號傳輸速度快，傳送距離遠， 便于集中控制，停電時執(zhí)行器保持原位不動，不便于集中控制，停電時執(zhí)行器保持原位不動，不 影響主設備

36、的安全；靈敏度和精度較高；與電動影響主設備的安全；靈敏度和精度較高；與電動 調(diào)節(jié)儀表配合方便，安裝接線簡單。調(diào)節(jié)儀表配合方便，安裝接線簡單。 n缺點缺點是結構復雜、體積較大、推力小、價格貴，是結構復雜、體積較大、推力小、價格貴， 平均故障率高于氣動執(zhí)行器。平均故障率高于氣動執(zhí)行器。 n適用于防爆要求不高及缺乏氣源和使用數(shù)量不太適用于防爆要求不高及缺乏氣源和使用數(shù)量不太 多的場合。多的場合。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 44 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n電動執(zhí)行器有電動執(zhí)行器有角行程角行程（DKJ型）、型）、直行程直

37、行程（DKZ 型）和型）和多轉(zhuǎn)式多轉(zhuǎn)式等類型。幾種類型的電動執(zhí)行機構等類型。幾種類型的電動執(zhí)行機構 在電氣原理上基本上是相同的，只是減速器不一在電氣原理上基本上是相同的，只是減速器不一 樣。樣。 n角行程電動執(zhí)行機構角行程電動執(zhí)行機構以電動機為動力元件，將輸以電動機為動力元件，將輸 入的直流電流信號轉(zhuǎn)換為相應的角位移（入的直流電流信號轉(zhuǎn)換為相應的角位移（090） 這種執(zhí)行機構適用于操縱這種執(zhí)行機構適用于操縱蝶閥、擋板之類蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 式控制閥。式控制閥。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 45 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)

38、行器和防爆柵 n直行程執(zhí)行機構直行程執(zhí)行機構接收輸入的直流電流信號后，使接收輸入的直流電流信號后，使 電動機轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)減速器減速并電動機轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位轉(zhuǎn)換為直線位 移輸出移輸出，去操縱，去操縱單座、雙座、三通單座、雙座、三通等各種控制閥等各種控制閥 和其他直線式控制機構。和其他直線式控制機構。 n多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構主要用來開啟和關閉主要用來開啟和關閉閘閥、閘閥、 截止閥截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門，由于它的電機功率比較大，等多轉(zhuǎn)式閥門，由于它的電機功率比較大， 最大的有幾十千瓦，一般多用作就地操作和遙控。最大的有幾十千瓦，一般多用作就地操作和遙控。 過程控制裝置

39、及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 46 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 47 2021-7-6 上圖為電動執(zhí)行器的主要部分，它主要由上圖為電動執(zhí)行器的主要部分，它主要由伺伺 服放大器服放大器(DFC)、電動操作器、電動操作器(DFD)、伺服電、伺服電 動機動機組成。組成。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 48 2021-7-6 圖圖 伺服放大器框圖伺服放大器框圖 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3

40、.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 49 2021-7-6 上圖為電動執(zhí)行器的伺服放大器（上圖為電動執(zhí)行器的伺服放大器（DFC），它是），它是 由前置磁放大器，觸發(fā)器由前置磁放大器，觸發(fā)器I和和II以及品閘管主回路以及品閘管主回路 等組成等組成 。 伺服放大器有伺服放大器有三個輸入通道三個輸入通道和和一個反饋通道一個反饋通道，可，可 同時輸入三輸入信號和一個反饋信號，以滿足復同時輸入三輸入信號和一個反饋信號，以滿足復 雜控制系統(tǒng)的要求。雜控制系統(tǒng)的要求。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n電動執(zhí)行器的執(zhí)行機構（電動執(zhí)行器的執(zhí)

41、行機構（DZA）是由兩相交流伺）是由兩相交流伺 服電動機（服電動機（SM）、位置發(fā)送器（）、位置發(fā)送器（WF）和減速器）和減速器 （J）組成。）組成。 n兩相伺服電動機是執(zhí)行機構的動力部分，它具有兩相伺服電動機是執(zhí)行機構的動力部分，它具有 啟動轉(zhuǎn)矩大而啟動電流較小的特點。啟動轉(zhuǎn)矩大而啟動電流較小的特點。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 50 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n位置發(fā)送器是根據(jù)差動變壓器的工作原理，利用位置發(fā)送器是根據(jù)差動變壓器的工作原理，利用 輸出軸的位移改變鐵心在差動線圈中的位置，以輸出軸的位移改變鐵心在差

42、動線圈中的位置，以 產(chǎn)生反饋信號和位置信號。產(chǎn)生反饋信號和位置信號。 n由于電動執(zhí)行器所用電動機轉(zhuǎn)速很高，而執(zhí)行器由于電動執(zhí)行器所用電動機轉(zhuǎn)速很高，而執(zhí)行器 輸出軸全行程時間需輸出軸全行程時間需25s，即輸出軸轉(zhuǎn)速，即輸出軸轉(zhuǎn)速0.6r/min， 因此電動機主輸出軸間要有減速器，減速比為因此電動機主輸出軸間要有減速器，減速比為 10001500。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 51 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n3電電/氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器 n電電/氣轉(zhuǎn)換器是電動單元組合儀表中的一個轉(zhuǎn)換單元。氣轉(zhuǎn)換

43、器是電動單元組合儀表中的一個轉(zhuǎn)換單元。 它能將電動控制系統(tǒng)的標準信號（它能將電動控制系統(tǒng)的標準信號（010mA或或420mA） 轉(zhuǎn)換為標準氣壓信號（轉(zhuǎn)換為標準氣壓信號（0.21051.0105Pa或或 0.41052.0105Pa）。）。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 52 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n通過它可以組成通過它可以組成電電/氣混合系統(tǒng)氣混合系統(tǒng)以便發(fā)揮各自的優(yōu)以便發(fā)揮各自的優(yōu) 點，擴大其使用范圍。點，擴大其使用范圍。 n它可用來把電動調(diào)節(jié)器輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后用以驅(qū)它可用來把電動調(diào)節(jié)器輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后用以驅(qū)

44、動氣動執(zhí)行器，或?qū)碜愿鞣N電動變送器的輸出動氣動執(zhí)行器，或?qū)碜愿鞣N電動變送器的輸出 信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后送往氣動調(diào)節(jié)器。信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后送往氣動調(diào)節(jié)器。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 53 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 54 2021-7-6 圖圖 電電/氣轉(zhuǎn)換器簡化原理圖氣轉(zhuǎn)換器簡化原理圖 1-噴嘴噴嘴 2-擋板擋板 3-導磁件導磁件 4-支點支點 5-平衡錘平衡錘 6-波紋管波紋管 7-放大器放大器 8-氣阻氣阻 9-調(diào)零彈簧調(diào)零彈簧 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計

45、3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 55 2021-7-6 電電/氣轉(zhuǎn)換器是基于氣轉(zhuǎn)換器是基于力矩平衡原理力矩平衡原理進行工作的。進行工作的。 來自變送器或調(diào)節(jié)器的標準電流信號通過線圈后，來自變送器或調(diào)節(jié)器的標準電流信號通過線圈后， 產(chǎn)生一個電磁場。此電磁場把可動鐵心磁化，并在產(chǎn)生一個電磁場。此電磁場把可動鐵心磁化，并在 磁鋼的永久磁場作用下產(chǎn)生一電磁力矩，使可動鐵磁鋼的永久磁場作用下產(chǎn)生一電磁力矩，使可動鐵 心繞支點作逆時針轉(zhuǎn)動。心繞支點作逆時針轉(zhuǎn)動。 此時固定在可動鐵心上的擋板便靠近噴嘴改變噴嘴此時固定在可動鐵心上的擋板便靠近噴嘴改變噴嘴 和擋板之間的距離

46、。和擋板之間的距離。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 56 2021-7-6 噴嘴擋板機構是氣動儀表中一種最基本的噴嘴擋板機構是氣動儀表中一種最基本的變換和放變換和放 大環(huán)節(jié)大環(huán)節(jié)。它能將擋板對于噴嘴的微小位移靈敏地變。它能將擋板對于噴嘴的微小位移靈敏地變 換成換成氣壓信號氣壓信號。 氣壓信號經(jīng)過氣動功率放大器后產(chǎn)生的輸出壓力功氣壓信號經(jīng)過氣動功率放大器后產(chǎn)生的輸出壓力功 率增大。此壓力反饋到波紋管中，便可在動鐵心另率增大。此壓力反饋到波紋管中，便可在動鐵心另 一端產(chǎn)生一個反饋力矩，此力矩與線圈產(chǎn)生的電磁一端產(chǎn)

47、生一個反饋力矩，此力矩與線圈產(chǎn)生的電磁 力矩相平衡，構成力矩相平衡，構成閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)。從而達到使輸出壓力。從而達到使輸出壓力 與輸入電信號成比例地變化。與輸入電信號成比例地變化。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 nDDZIII型電型電/氣轉(zhuǎn)換器按其防爆型式可分為氣轉(zhuǎn)換器按其防爆型式可分為一般型，一般型， 安全火花型和安全防爆型安全火花型和安全防爆型。 n它們的它們的輸入信號輸入信號為為420mA， n 輸出信號輸出信號為為0.21051.0105 n （大功率（大功率0.41052.0105Pa） n 氣源壓力氣源壓力為為1.49.81104Pa n

48、（大功率（大功率2.49.81104Pa) n這種轉(zhuǎn)換可用來直接推動氣動執(zhí)行機構或作較遠距離的傳送這種轉(zhuǎn)換可用來直接推動氣動執(zhí)行機構或作較遠距離的傳送 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 57 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 58 2021-7-6 圖 電/氣閥門定位器 1力矩馬達；2主杠桿；3平衡彈簧；4反饋凸輪支點；5反饋凸輪； 6副杠桿；7副杠桿支點；8薄膜執(zhí)行機構；9反饋桿；10滾輪； 11反饋彈簧；12調(diào)零彈簧；13擋板；14噴嘴；15主杠桿支點 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程

49、控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n電氣閥門定位器一方面具有電氣轉(zhuǎn)換器的作用，可用電氣閥門定位器一方面具有電氣轉(zhuǎn)換器的作用，可用 電動控制器輸出的電動控制器輸出的010mA或或420mA信號去操縱氣信號去操縱氣 動執(zhí)行機構；另一方面還具有氣動閥門定位器的作用，動執(zhí)行機構；另一方面還具有氣動閥門定位器的作用， 可以使閥門位置按控制器送來的信號可以使閥門位置按控制器送來的信號準確定位準確定位（即輸（即輸 入信號與閥門位置呈一一對應關系）。同時，改變圖入信號與閥門位置呈一一對應關系）。同時，改變圖 中反饋凸輪中反饋凸輪5的形狀或安裝位置，還可以改變控制閥的形狀或安裝位置，還可以改變控制閥

50、的流量特性和實現(xiàn)正、反作用。的流量特性和實現(xiàn)正、反作用。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 59 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n動作原理：動作原理：當信號電流通入力矩馬達當信號電流通入力矩馬達1的線圈時，它與的線圈時，它與 永久磁鋼作用后，對主杠桿永久磁鋼作用后，對主杠桿2產(chǎn)生一個力矩，于是擋板產(chǎn)生一個力矩，于是擋板 13靠近噴嘴靠近噴嘴14，經(jīng)放大器放大后，送入薄膜氣室使杠，經(jīng)放大器放大后，送入薄膜氣室使杠 桿向下移動，并帶動反饋桿桿向下移動，并帶動反饋桿9繞其支點繞其支點4轉(zhuǎn)動，連在同一轉(zhuǎn)動，連在同一 軸上的反饋凸輪也

51、作逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過滾輪使副杠軸上的反饋凸輪也作逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過滾輪使副杠 桿桿6繞其支點偏轉(zhuǎn)，拉伸反饋彈簧繞其支點偏轉(zhuǎn)，拉伸反饋彈簧11。 n當反饋彈簧對主杠桿的拉力與力矩馬達作用在主杠桿上當反饋彈簧對主杠桿的拉力與力矩馬達作用在主杠桿上 的力兩者力矩平衡的力兩者力矩平衡時，儀表達到平衡狀態(tài)。此時，一定時，儀表達到平衡狀態(tài)。此時，一定 的信號電流就對應于一定的閥門位置。的信號電流就對應于一定的閥門位置。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 60 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 【特別提示特別提示】 n1.執(zhí)行機構選擇的主

52、要考慮因素：執(zhí)行機構選擇的主要考慮因素： 執(zhí)行機構選擇的主要考慮因素是：執(zhí)行機構選擇的主要考慮因素是： 可靠性；可靠性； 經(jīng)濟性；經(jīng)濟性； 動作平穩(wěn)、足夠的輸出力矩；動作平穩(wěn)、足夠的輸出力矩； 結構簡單、維護方便。結構簡單、維護方便。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 61 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n2.電動執(zhí)行機構與氣動執(zhí)行機構的選擇比較：電動執(zhí)行機構與氣動執(zhí)行機構的選擇比較： （1）氣動執(zhí)行機構簡單可靠；）氣動執(zhí)行機構簡單可靠； 老式電動執(zhí)行機構可靠性差是它過去的一貫弱點，老式電動執(zhí)行機構可靠性差是它過去的一貫弱點

53、， 然而在然而在 90 年代電子式執(zhí)行機構的發(fā)展徹底解決了年代電子式執(zhí)行機構的發(fā)展徹底解決了 這一問題，可以在這一問題，可以在 510年內(nèi)免維修，它的可靠性年內(nèi)免維修，它的可靠性 甚至超過了氣動執(zhí)行機構。甚至超過了氣動執(zhí)行機構。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 62 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 （2）驅(qū)動源）驅(qū)動源 氣動執(zhí)行機構的最大不足就是需別設置氣源站，增氣動執(zhí)行機構的最大不足就是需別設置氣源站，增 加了費用；電動閥的驅(qū)動源隨地可取。加了費用；電動閥的驅(qū)動源隨地可取。 （3）價格方面）價格方面 氣動執(zhí)行機構必須附加閥

54、門定位器，再加上氣源，氣動執(zhí)行機構必須附加閥門定位器，再加上氣源， 其費用與電動閥不相上下（進口電氣閥門定位器與其費用與電動閥不相上下（進口電氣閥門定位器與 進口電子式執(zhí)行機構價格相當；國產(chǎn)定位器與國產(chǎn)進口電子式執(zhí)行機構價格相當；國產(chǎn)定位器與國產(chǎn) 電動執(zhí)行器不相上下）。電動執(zhí)行器不相上下）。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 63 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n（4）推力和剛度：兩者相當。）推力和剛度：兩者相當。 n（5）防火防爆：）防火防爆：“氣動執(zhí)行機構氣動執(zhí)行機構 + 電氣閥門定電氣閥門定 位器位器”略好于電動執(zhí)行機

55、構。略好于電動執(zhí)行機構。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 64 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n3.4.2 防爆柵防爆柵 n在某些生產(chǎn)現(xiàn)場存在著各種易燃、易爆氣體或蒸在某些生產(chǎn)現(xiàn)場存在著各種易燃、易爆氣體或蒸 汽，或存在有爆炸性粉塵、易燃纖維等，它們與汽，或存在有爆炸性粉塵、易燃纖維等，它們與 空氣混合或接觸即具有爆炸危險，使其周圍空間空氣混合或接觸即具有爆炸危險，使其周圍空間 成為具有不同程度爆炸危險的揚所。安裝在這種成為具有不同程度爆炸危險的揚所。安裝在這種 危險場所的現(xiàn)場儀表（如變送器或執(zhí)行器）如果危險場所的現(xiàn)場儀表

56、（如變送器或執(zhí)行器）如果 產(chǎn)生火花，就容易引起燃燒或爆炸。產(chǎn)生火花，就容易引起燃燒或爆炸。 n因此，因此，安裝在危險場所的現(xiàn)場儀表應具有防爆性安裝在危險場所的現(xiàn)場儀表應具有防爆性 能。能。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 65 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n氣動儀表從本質(zhì)上說具有防爆性能，過去在石油、氣動儀表從本質(zhì)上說具有防爆性能，過去在石油、 化工等工業(yè)部門幾乎都采用氣動儀表?；さ?/p>

57、工業(yè)部門幾乎都采用氣動儀表。 n后來，隨著工業(yè)的大型化、復雜化以及對自動化要后來，隨著工業(yè)的大型化、復雜化以及對自動化要 求的相應提高，電動儀表和裝置占據(jù)了絕對的統(tǒng)治求的相應提高，電動儀表和裝置占據(jù)了絕對的統(tǒng)治 地位，這種發(fā)展的關鍵技術之一是現(xiàn)場儀表及整個地位，這種發(fā)展的關鍵技術之一是現(xiàn)場儀表及整個 系統(tǒng)的系統(tǒng)的防爆問題防爆問題的解決。的解決。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 69 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n1危險場所危險場所 n我國在我國在1987年公布的年公布的爆炸危險場所電氣安全規(guī)爆炸危險場所電氣安全規(guī) 程程（

58、試行）將爆炸危險場所劃分為（試行）將爆炸危險場所劃分為兩種五級兩種五級。 n1）第一種場所）第一種場所 n第一種場所指爆炸性氣體或可燃蒸汽與空氣混合第一種場所指爆炸性氣體或可燃蒸汽與空氣混合 形成爆炸性氣體溫合物的場所。形成爆炸性氣體溫合物的場所。按其危險程度的按其危險程度的 大小分為大小分為三個區(qū)域等級三個區(qū)域等級。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 70 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n（1）0級區(qū)域（級區(qū)域（0區(qū)）：區(qū)）：在正常情況下，爆炸性在正常情況下，爆炸性 氣體混合物連續(xù)地、短時間頻繁地出現(xiàn)或長時間氣體混合物連續(xù)

59、地、短時間頻繁地出現(xiàn)或長時間 存在的場所。存在的場所。 n（2）1級區(qū)域（級區(qū)域（1區(qū)）：區(qū)）：在正常情況下，爆炸性在正常情況下，爆炸性 氣體溫合物有可能出現(xiàn)的場所。氣體溫合物有可能出現(xiàn)的場所。 n（3）2級區(qū)域（級區(qū)域（2區(qū)）：區(qū)）：在正常情況下，爆炸性在正常情況下，爆炸性 氣體混合物不能出現(xiàn)，僅在不正常情況下偶爾短氣體混合物不能出現(xiàn)，僅在不正常情況下偶爾短 時間出現(xiàn)的場所。時間出現(xiàn)的場所。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 71 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n2）第二種場所）第二種場所 n第二種場所指爆炸性粉塵或易燃纖

60、維與空氣混合第二種場所指爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣混合 形成爆炸性混合物的場所。形成爆炸性混合物的場所。按其危險程度的大小按其危險程度的大小 分為分為二個區(qū)域等級二個區(qū)域等級。 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 72 2021-7-6 過程控制裝置及系統(tǒng)設計過程控制裝置及系統(tǒng)設計 3.4 執(zhí)行器和防爆柵 n（1）10級區(qū)域（級區(qū)域（10區(qū)）：區(qū)）：在正常情況下，爆炸在正常情況下，爆炸 性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物可能連續(xù)地、性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物可能連續(xù)地、 短時間頻繁地出現(xiàn)或長時間存在的場所。短時間頻繁地出現(xiàn)或長時間存在的場所。 n（2）11圾區(qū)域（圾區(qū)域（11區(qū)）：區(qū)