自動(dòng)儀表課件

1、 自動(dòng)化儀表自動(dòng)化儀表目目 錄錄 1.1.概述概述 1.1 1.1 控制儀表與裝置總體概述控制儀表與裝置總體概述 1.2.1.2.儀表的分析方法儀表的分析方法2.2.控制器控制器2.22.2模擬控制器模擬控制器2.3. 2.3. 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器2.1.2.1.控制規(guī)律控制規(guī)律 3.1.3.1.概述概述3.2 3.2 差壓變送器差壓變送器3.3.變送器變送器4.4.其他常用的單元儀表其他常用的單元儀表4.1.4.1.開方器開方器4.2.4.2.積算器積算器4.3 4.3 輔助單元儀表輔助單元儀表5.5.執(zhí)行器執(zhí)行器 5.1. 5.1. 概述概述 5.2.5.2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5.3

2、.5.3.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 5.4. 5.4. 執(zhí)行器的選擇計(jì)算執(zhí)行器的選擇計(jì)算 5.5.5.5.閥門定位器閥門定位器6.6.課間休息課間休息 控制儀表與裝置是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必控制儀表與裝置是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的工具，其重要性可通過下圖不可少的工具，其重要性可通過下圖1-11-1所示所示例子來說明。例子來說明。1.1. 1.1. 控制儀表與裝置總體概述控制儀表與裝置總體概述1.1.1. 1.1.1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)和控制儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)和控制儀表返回目錄返回目錄 圖圖1-11-1為一加熱溫度控制系統(tǒng)。原料通過加熱為一加熱溫度控制系統(tǒng)。原料通過加熱爐內(nèi)爐管加熱，要求其出口溫度保持一定，

3、以滿足爐內(nèi)爐管加熱，要求其出口溫度保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；加熱爐以燃料油作為燃料。圖中溫度變生產(chǎn)需要；加熱爐以燃料油作為燃料。圖中溫度變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。爐出口溫度經(jīng)測(cè)溫元件和溫度變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的爐出口溫度經(jīng)測(cè)溫元件和溫度變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)送到控制器，與給定值標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)送到控制器，與給定值spsp相比較，控相比較，控制器按照比較后得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)制器按照比較后得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，改變?nèi)剂嫌偷牧鞒隹刂菩盘?hào)，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，改變?nèi)剂嫌偷牧髁?，從而使出?/p>

4、溫度量，從而使出口溫度t t保持在于給定值基本相等的數(shù)保持在于給定值基本相等的數(shù)值上。值上。 為了提高控制系統(tǒng)的功能，還可以增加一些儀表，如顯示器、手操為了提高控制系統(tǒng)的功能，還可以增加一些儀表，如顯示器、手操器等。而為了改善控制質(zhì)量，還可以采用串級(jí)控制等其他更復(fù)雜的控制器等。而為了改善控制質(zhì)量，還可以采用串級(jí)控制等其他更復(fù)雜的控制方案，顯然，這將需要用到更多的儀表。方案，顯然，這將需要用到更多的儀表。 實(shí)際所采用的儀表，可以是電動(dòng)儀表，氣動(dòng)儀表等各種系列的儀表，實(shí)際所采用的儀表，可以是電動(dòng)儀表，氣動(dòng)儀表等各種系列的儀表，也可以是各種控制裝置，所有這些儀表或裝置都屬于控制儀表裝置范疇。也可以是

5、各種控制裝置，所有這些儀表或裝置都屬于控制儀表裝置范疇。顯而易見，如果沒有這些儀表或裝置，就不可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。顯而易見，如果沒有這些儀表或裝置，就不可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。返回目錄返回目錄1.1.2. 1.1.2. 控制儀表與裝置的分類及特點(diǎn)控制儀表與裝置的分類及特點(diǎn) 通常，控制儀表與裝置可按能源形式、信號(hào)類型、通常，控制儀表與裝置可按能源形式、信號(hào)類型、和結(jié)構(gòu)形式來分類。和結(jié)構(gòu)形式來分類。1.1.2.1.1.1.2.1.按能源形式分類按能源形式分類 可分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)和機(jī)械式等幾類。工業(yè)上普可分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)和機(jī)械式等幾類。工業(yè)上普遍使用電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表，兩者之間的比較如遍使用

6、電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表，兩者之間的比較如表表1-11-1所示。所示。返回目錄返回目錄 電動(dòng)控制儀表具有能源獲取方便，信號(hào)傳輸和處理容易，便于實(shí)電動(dòng)控制儀表具有能源獲取方便，信號(hào)傳輸和處理容易，便于實(shí)現(xiàn)集中顯示和操作等特點(diǎn)。目前在工業(yè)上電動(dòng)控制儀表得到了最為廣現(xiàn)集中顯示和操作等特點(diǎn)。目前在工業(yè)上電動(dòng)控制儀表得到了最為廣泛的應(yīng)用。鑒于此，本課程將重點(diǎn)介紹這一類儀表。泛的應(yīng)用。鑒于此，本課程將重點(diǎn)介紹這一類儀表。 氣動(dòng)控制儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、易于維護(hù)、氣動(dòng)控制儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、易于維護(hù)、安全防爆等特點(diǎn)。特別適用于石油、化工等具有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)合。安全防爆等特點(diǎn)

7、。特別適用于石油、化工等具有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)合。 表表1 11 1 電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表的比較電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表的比較電動(dòng)控制儀表電動(dòng)控制儀表 氣動(dòng)控制儀表氣動(dòng)控制儀表 能源能源 傳輸信號(hào)傳輸信號(hào) 構(gòu)成構(gòu)成 接線接線 電源（電源（220v ac220v ac） （24v dc24v dc） 電信號(hào)（電流、電壓或數(shù)字）電信號(hào)（電流、電壓或數(shù)字） 電子元器件電子元器件 （電阻、電容、電（電阻、電容、電子放大器、集成電路、微處理子放大器、集成電路、微處理器等）器等） 導(dǎo)線，印刷電路板導(dǎo)線，印刷電路板 氣源（氣源（140kpa140kpa） 氣壓信號(hào)氣壓信號(hào) 氣動(dòng)元件（氣阻、氣動(dòng)元件（氣阻、

8、氣容、氣動(dòng)放大器氣容、氣動(dòng)放大器等）等） 導(dǎo)管，管路板導(dǎo)管，管路板 返回目錄返回目錄1.1.2.2. 1.1.2.2. 按信號(hào)類型分類按信號(hào)類型分類 可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。 模擬式控制儀表由模擬元器件組成，其傳輸信號(hào)通常為連續(xù)變化的模擬式控制儀表由模擬元器件組成，其傳輸信號(hào)通常為連續(xù)變化的模擬量，如電流信號(hào)，電壓信號(hào)，氣壓信號(hào)等。模擬量，如電流信號(hào)，電壓信號(hào)，氣壓信號(hào)等。 數(shù)字式控制儀表以微處理器，單片機(jī)等大規(guī)模集成電路芯片為核心數(shù)字式控制儀表以微處理器，單片機(jī)等大規(guī)模集成電路芯片為核心。其傳輸信號(hào)通常為段續(xù)變化的數(shù)字量，如脈沖信號(hào)。其傳輸信號(hào)通常為段續(xù)變化的

9、數(shù)字量，如脈沖信號(hào)。1.1.2.3. 1.1.2.3. 按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類 可分為單元組合式控制儀表、基地式控制儀表、集散型計(jì)算機(jī)控制可分為單元組合式控制儀表、基地式控制儀表、集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。（1 1）單元組合式控制儀表）單元組合式控制儀表 是根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將儀表做成能是根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將儀表做成能實(shí)現(xiàn)一定功能的獨(dú)立儀表（稱為單元），各個(gè)儀表之間用統(tǒng)一的表標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)一定功能的獨(dú)立儀表（稱為單元），各個(gè)儀表之間用統(tǒng)一的表標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系。這類儀表有電動(dòng)單元組合儀表（信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系。

10、這類儀表有電動(dòng)單元組合儀表（ddzddz）和氣動(dòng)單元組合儀）和氣動(dòng)單元組合儀表（表（qdzqdz）兩大類。）兩大類。 單元組合儀表可分為變送單元、執(zhí)行單元、控制單元、轉(zhuǎn)換單元、單元組合儀表可分為變送單元、執(zhí)行單元、控制單元、轉(zhuǎn)換單元、運(yùn)算單元、顯示單元、給定單元和輔助單元等八類。運(yùn)算單元、顯示單元、給定單元和輔助單元等八類。返回目錄返回目錄 變送單元變送單元 它能將各種被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等它能將各種被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等物理量變換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)（物理量變換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)（420ma420ma，010ma010ma或或20100kpa20100kpa）傳

11、）傳送到接受儀表或裝置，以供指示、記錄或控制。送到接受儀表或裝置，以供指示、記錄或控制。 變送單元的品種有：溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、流量變變送單元的品種有：溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、液位變送器等。送器、液位變送器等。 轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換單元 轉(zhuǎn)換單元將電壓、頻率等電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將電壓、頻率等電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，或者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以使不同信號(hào)可以在同一控制系統(tǒng)，或者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以使不同信號(hào)可以在同一控制系統(tǒng)中使用。中使用。 轉(zhuǎn)換單元的品種有：直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器、電轉(zhuǎn)換單元的品種有：直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器

12、、電- -氣轉(zhuǎn)換器、氣轉(zhuǎn)換器、氣氣- -電轉(zhuǎn)換器等。電轉(zhuǎn)換器等。 控制單元控制單元 它將來自變送單元的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較，它將來自變送單元的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較，按照偏差給出控制信號(hào)，去控制執(zhí)行器的動(dòng)作。按照偏差給出控制信號(hào)，去控制執(zhí)行器的動(dòng)作。 控制單元的品種有：比例積分微分控制器、比例積分控制器、微分控控制單元的品種有：比例積分微分控制器、比例積分控制器、微分控制器以及具有特種功能的控制器等。制器以及具有特種功能的控制器等。 運(yùn)算單元運(yùn)算單元 它將幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、它將幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、 開方開方、平方等運(yùn)算，適用于多種參數(shù)綜合控制、比值控

13、制、流量信號(hào)的溫度壓、平方等運(yùn)算，適用于多種參數(shù)綜合控制、比值控制、流量信號(hào)的溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算等。力補(bǔ)償計(jì)算等。 運(yùn)算單元的品種有：加減器、乘除器和開方器等。運(yùn)算單元的品種有：加減器、乘除器和開方器等。返回目錄返回目錄。返回目錄返回目錄的品種有：指示儀、指示記錄儀、報(bào)警器、比例積算器和開方積算器等的品種有：指示儀、指示記錄儀、報(bào)警器、比例積算器和開方積算器等。 給定單元給定單元 它將輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，作為被控變量的給定值送它將輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，作為被控變量的給定值送到控制單元，實(shí)現(xiàn)定值控制。到控制單元，實(shí)現(xiàn)定值控制。 給定單元的品種有：恒流給定器、定值器、比值給定器和時(shí)間程序給定單元的品種有：

14、恒流給定器、定值器、比值給定器和時(shí)間程序給定器等。給定器等。 執(zhí)行單元執(zhí)行單元 它將按照控制器它將按照控制器 顯示單元顯示單元 它對(duì)各種被測(cè)參數(shù)進(jìn)它對(duì)各種被測(cè)參數(shù)進(jìn)行指示、記錄、報(bào)警和積算，供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程工況行指示、記錄、報(bào)警和積算，供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程工況之用。之用。 顯示單元輸出的控制信號(hào)或手動(dòng)操作信號(hào)，去改變控制變量的大小顯示單元輸出的控制信號(hào)或手動(dòng)操作信號(hào)，去改變控制變量的大小。 執(zhí)行單元的品種有：角行程電動(dòng)執(zhí)行器、直行程電動(dòng)執(zhí)行器和氣動(dòng)執(zhí)行單元的品種有：角行程電動(dòng)執(zhí)行器、直行程電動(dòng)執(zhí)行器和氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥等。薄膜調(diào)節(jié)閥等。 輔助單元輔助單元 輔助單元是為了

15、滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)輔助單元是為了滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)的儀表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等等。的儀表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等等。返回目錄返回目錄（2 2） 基地式控制儀表基地式控制儀表 基地式控制儀表相當(dāng)于把單元組合儀表的幾個(gè)單元組合在一起，構(gòu)基地式控制儀表相當(dāng)于把單元組合儀表的幾個(gè)單元組合在一起，構(gòu)成一個(gè)儀表。成一個(gè)儀表。（3 3） 集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（dcsdcs系統(tǒng)）系統(tǒng)） dcsdcs系統(tǒng)是一種以微型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制裝置。其基本特系統(tǒng)是一種以微型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制裝置。其基本特點(diǎn)是分散控制、集中管理。點(diǎn)是分散控制、集中管理。（

16、4 4） 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fcsfcs系統(tǒng)）系統(tǒng)） fcsfcs系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種新型計(jì)算機(jī)控制裝置。其特點(diǎn)系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種新型計(jì)算機(jī)控制裝置。其特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)控制和雙向數(shù)字通。是現(xiàn)場(chǎng)控制和雙向數(shù)字通。 1.1.3. 1.1.3. 信號(hào)制信號(hào)制信號(hào)制即信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用的傳輸信號(hào)的類型和數(shù)值。信號(hào)制即信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用的傳輸信號(hào)的類型和數(shù)值。1.1.3.1. 1.1.3.1. 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) （1 1）氣動(dòng)儀表的信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)）氣動(dòng)儀表的信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)返回目錄返回目錄 中國國家標(biāo)準(zhǔn)中國國家標(biāo)準(zhǔn)gb777gb777化工自動(dòng)化儀表用模擬氣動(dòng)信

17、號(hào)化工自動(dòng)化儀表用模擬氣動(dòng)信號(hào)規(guī)定了氣動(dòng)儀表的信規(guī)定了氣動(dòng)儀表的信號(hào)的下限值和上限值，如表號(hào)的下限值和上限值，如表1-21-2所示所示 表表1 12 2 模擬信號(hào)的下限值和上限值模擬信號(hào)的下限值和上限值下限下限上限上限20kpa(0.2kgf/c )100kpa(1kgf/c )（2 2）電動(dòng)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)）電動(dòng)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 中國國家標(biāo)準(zhǔn)中國國家標(biāo)準(zhǔn)gb339gb339化工自動(dòng)化儀表用模擬直流電流信號(hào)化工自動(dòng)化儀表用模擬直流電流信號(hào)規(guī)定了規(guī)定了電動(dòng)儀表的信號(hào)，如表電動(dòng)儀表的信號(hào)，如表1-31-3所示。所示。表表1 13 3 模擬直流電流信號(hào)及其負(fù)載電阻模擬直流電流信號(hào)及其負(fù)載電阻 序號(hào)序號(hào)電

18、流信號(hào)電流信號(hào)負(fù)載電阻負(fù)載電阻12420madc250-750 0-10madc0-10000-3000 返回目錄返回目錄1.1.3.2. 1.1.3.2. 電動(dòng)儀表信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用電動(dòng)儀表信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用（1 1） 現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間采用直流電流信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間采用直流電流信號(hào) 采用直流電流信號(hào)具有以下優(yōu)點(diǎn)。采用直流電流信號(hào)具有以下優(yōu)點(diǎn)。 直流信號(hào)比交流信號(hào)干擾少直流信號(hào)比交流信號(hào)干擾少; ; 直流信號(hào)對(duì)負(fù)載的要求簡單直流信號(hào)對(duì)負(fù)載的要求簡單; ; 電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息。電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息。（2 2） 控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號(hào)控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號(hào) 它可以采用并

19、聯(lián)連接方式，使同一個(gè)電壓它可以采用并聯(lián)連接方式，使同一個(gè)電壓信號(hào)為多個(gè)儀表所接收。而且任何一個(gè)儀表拆信號(hào)為多個(gè)儀表所接收。而且任何一個(gè)儀表拆離信號(hào)回路都不會(huì)影響其他儀表的運(yùn)行。離信號(hào)回路都不會(huì)影響其他儀表的運(yùn)行。（3 3）控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式）控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式 綜上所述，電流傳送適合于遠(yuǎn)距離對(duì)單個(gè)綜上所述，電流傳送適合于遠(yuǎn)距離對(duì)單個(gè)儀表傳送信息，電壓傳送適合于把同一信息傳送到并聯(lián)的多個(gè)儀表，兩者儀表傳送信息，電壓傳送適合于把同一信息傳送到并聯(lián)的多個(gè)儀表，兩者結(jié)合，取長補(bǔ)短?？刂葡到y(tǒng)儀表之間典型連接方式如圖結(jié)合，取長補(bǔ)短?？刂葡到y(tǒng)儀表之間典型連接方式如圖1-21-2所示。所示

20、。 返回目錄返回目錄1.2.1.2.儀表的分析方法儀表的分析方法 儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式。儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式。 儀表整機(jī)采用單個(gè)放大器，其放大器可由若干級(jí)放大電路或不同的儀表整機(jī)采用單個(gè)放大器，其放大器可由若干級(jí)放大電路或不同的放大器串聯(lián)而成。屬于這一類的儀表有放大器串聯(lián)而成。屬于這一類的儀表有ddz-ddz-型儀表、大部分的變送器以及型儀表、大部分的變送器以及氣動(dòng)儀表等。氣動(dòng)儀表等。 整機(jī)由數(shù)目不等的運(yùn)算放大器電路以不同形式組裝而成。如整機(jī)由數(shù)目不等的運(yùn)算放大器電路以不同形式組裝而成。如ddz-ddz-、i i系列和系列和ekek系列儀表等

21、。系列儀表等。 這一類儀表一般具有如圖這一類儀表一般具有如圖1-31-3所所示的典型結(jié)構(gòu)，即整個(gè)儀表可以劃分示的典型結(jié)構(gòu)，即整個(gè)儀表可以劃分為三部分：輸入部分、放大器和反饋為三部分：輸入部分、放大器和反饋部分部分 。1.2.1. 1.2.1. 采用單個(gè)放大器的儀表分析方法采用單個(gè)放大器的儀表分析方法1.2.1.1.1.2.1.1.采用單個(gè)放大器的儀表特點(diǎn)采用單個(gè)放大器的儀表特點(diǎn)返回目錄返回目錄 由圖由圖1-3可以求得整個(gè)儀表的輸出與輸入關(guān)系為可以求得整個(gè)儀表的輸出與輸入關(guān)系為 (1-1)式中式中 輸入部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)；輸入部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)； 放大器的放大系數(shù)；放大器的放大系數(shù)； 反饋部分的反饋系數(shù)

22、反饋部分的反饋系數(shù)。當(dāng)滿足當(dāng)滿足kkf1的條件時(shí)的條件時(shí) (1-2)由于由于 因此因此 ，即即 (1-3) 上述分析表明，采用單個(gè)放大器的儀表具有如下特點(diǎn)。上述分析表明，采用單個(gè)放大器的儀表具有如下特點(diǎn)。 在滿足在滿足 的條件時(shí)，儀表的輸出榆樹如關(guān)系僅取決于輸入的條件時(shí)，儀表的輸出榆樹如關(guān)系僅取決于輸入部分的特性和反饋部分的特性。部分的特性和反饋部分的特性。 在滿足在滿足 的條件時(shí)，儀表的輸入部分的輸出信號(hào)的條件時(shí)，儀表的輸入部分的輸出信號(hào) 于整機(jī)于整機(jī)輸出信號(hào)輸出信號(hào)y經(jīng)反饋部分反饋到放大器輸入端的反饋信號(hào)經(jīng)反饋部分反饋到放大器輸入端的反饋信號(hào) 基本相等，即基本相等，即放大器的凈輸入放大器的

23、凈輸入趨向于零。趨向于零。kfikkkkxy1ikfkfikkxyykzxkzffii,0fizzfizz 1fkk1fkkiziz返回目錄返回目錄1.2.1.2.1.2.1.2.分析方法分析方法 式（式（1-11-1）- -（1-31-3）是對(duì)采用單個(gè)放）是對(duì)采用單個(gè)放大器的儀表進(jìn)行分析的主要依據(jù)。對(duì)于大器的儀表進(jìn)行分析的主要依據(jù)。對(duì)于這一類儀表的分析，首先是將儀表劃分這一類儀表的分析，首先是將儀表劃分為三部分：輸入部分、放大器和反饋部為三部分：輸入部分、放大器和反饋部分。然后對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行分析，重點(diǎn)式分。然后對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行分析，重點(diǎn)式輸入部分和反饋部分。進(jìn)而根據(jù)式（輸入部分和反饋部分。進(jìn)而

24、根據(jù)式（1-21-2）或式（或式（1-31-3）求出整機(jī)輸出與輸入之間的）求出整機(jī)輸出與輸入之間的關(guān)系，即可得到整機(jī)性。關(guān)系，即可得到整機(jī)性。 要將整個(gè)儀表劃分為三個(gè)部分，關(guān)要將整個(gè)儀表劃分為三個(gè)部分，關(guān)鍵是如何確定圖鍵是如何確定圖1-31-3的比較環(huán)節(jié)和引出反的比較環(huán)節(jié)和引出反饋的取樣環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)的確定可以從饋的取樣環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即放大器的輸入端即所加位置著手；取所加位置著手；取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號(hào)回樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號(hào)回路著手。路著手。 電動(dòng)儀表的比較方式有兩種：串聯(lián)電動(dòng)儀表的比較方式有兩種：串聯(lián)比較和并聯(lián)比較。如圖比較和并聯(lián)比較。如圖1

25、-41-4和和1-51-5所示。所示。返回目錄返回目錄 電動(dòng)儀表的取樣方式有兩種：電流取樣和電壓取樣。如圖電動(dòng)儀表的取樣方式有兩種：電流取樣和電壓取樣。如圖1-61-6所示。所示。1.2.2. 采用運(yùn)算放大器的儀表分析方法采用運(yùn)算放大器的儀表分析方法 這一類儀表的線路是由若干個(gè)運(yùn)算放大器電路組裝而成，主要是運(yùn)這一類儀表的線路是由若干個(gè)運(yùn)算放大器電路組裝而成，主要是運(yùn)算放大器電路以串聯(lián)形式相連。算放大器電路以串聯(lián)形式相連。返回目錄返回目錄1.2.2.1.1.2.2.1.運(yùn)算放大器的基本知識(shí)運(yùn)算放大器的基本知識(shí)（1） 運(yùn)算放大器的基本性能運(yùn)算放大器的基本性能 在儀表電路圖中，運(yùn)算放大器一般用圖在儀

26、表電路圖中，運(yùn)算放大器一般用圖1-71-7所所示的長方形符號(hào)表示。示的長方形符號(hào)表示。 引出端引出端 有五個(gè)基本的引出端有五個(gè)基本的引出端 a.a.輸入端輸入端（+ +、- -） + +端位同相輸入端，端位同相輸入端，- -端位端位反相輸入端。反相輸入端。 b.b.輸出端輸出端 u u。為輸出端對(duì)地的電壓。為輸出端對(duì)地的電壓。 c.c.電源端電源端（u+u+、u-u-） 他們通常分別連接到運(yùn)算放大器所需的正、負(fù)電他們通常分別連接到運(yùn)算放大器所需的正、負(fù)電源上。源上。 運(yùn)算放大器基本特征運(yùn)算放大器基本特征 在分析儀表線路時(shí)在分析儀表線路時(shí), ,往往把運(yùn)算放大器理想化。理想運(yùn)算放大器具有如下往往把

27、運(yùn)算放大器理想化。理想運(yùn)算放大器具有如下特點(diǎn)：特點(diǎn)： a.a.輸入電阻輸入電阻 ； b.b.輸出電阻輸出電阻 ； c.c.開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 ； d.d.失調(diào)及其漂移為零。失調(diào)及其漂移為零。 ir0rk返回目錄返回目錄由上述特點(diǎn)，可以得出如下兩條重要的結(jié)論：由上述特點(diǎn)，可以得出如下兩條重要的結(jié)論：a.a. 差模輸入電壓為零，即差模輸入電壓為零，即 或或 ； b.b. 輸入端輸入電流為零輸入端輸入電流為零 即即 。 ftuu 0du0, 0bfbtii （2 2）運(yùn)算放大電路）運(yùn)算放大電路 反相端輸入反相端輸入 反相端輸入運(yùn)算放大器電路如圖反相端輸入運(yùn)算放大器電路如圖1-81-8所示。所示

28、。因?yàn)橐驗(yàn)樗运杂忠驗(yàn)橛忠驗(yàn)?所以所以整理可得整理可得 0, 0bfbtii0211212tifuurrrurrru，tfuu，0211212urrrurrruif120rruui(1-4)(1-4)返回目錄返回目錄同相端輸入同相端輸入 同相端輸入運(yùn)算放大器電路如圖同相端輸入運(yùn)算放大器電路如圖1-91-9所示所示 。itfuuurrru，0211因?yàn)橐驗(yàn)?, 0bfbtii所以所以又因?yàn)橛忠驗(yàn)閠fuu所以所以，0211urrrui即即1201rruui（1 15 5）返回目錄返回目錄差動(dòng)輸入差動(dòng)輸入 差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器電路如圖差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器電路如圖1-101-10所示。所示。因?yàn)橐驗(yàn)?,

29、 0bfbtii所以所以ittiffurrruurrrurrru434211212，又因?yàn)橛忠驗(yàn)閠fuu4321rrrr如果如果所以所以ifiturrurrrrrru124341210)(1-6)(1-6)(1-7)(1-7)則則idifiturruurru12120)(（1 18 8）返回目錄返回目錄思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題1 11 1 單元組合式控制儀表有哪些單元？各有哪些功能？單元組合式控制儀表有哪些單元？各有哪些功能？1 12 2 什么是信號(hào)制？控制系統(tǒng)儀表之間采用何種連接方式最佳？為什么？什么是信號(hào)制？控制系統(tǒng)儀表之間采用何種連接方式最佳？為什么？1 13 3 試用本章所介紹的方法，

30、直接試用本章所介紹的方法，直接”看看“出圖出圖1 11111所示電路的輸入輸出關(guān)所示電路的輸入輸出關(guān) 系。系。返回目錄返回目錄2.1.2.1.控制控制規(guī)律規(guī)律 2.1.1.2.1.1.控制規(guī)律的表示方法控制規(guī)律的表示方法返回目錄返回目錄 控制器在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測(cè)量控制器在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測(cè)量 信號(hào)與給定值相減以得到偏差信號(hào)，然后對(duì)偏差信號(hào)按一定的控制規(guī)信號(hào)與給定值相減以得到偏差信號(hào)，然后對(duì)偏差信號(hào)按一定的控制規(guī) 律進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為控制信號(hào)，輸出至執(zhí)行器。律進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為控制信號(hào)，輸出至執(zhí)行器。 習(xí)慣上，單元組合儀表和單個(gè)儀表形

31、式的控制器常稱調(diào)節(jié)器，如習(xí)慣上，單元組合儀表和單個(gè)儀表形式的控制器常稱調(diào)節(jié)器，如 ddz-iiddz-ii型電動(dòng)調(diào)節(jié)器，型電動(dòng)調(diào)節(jié)器，ddz-iiiddz-iii型電動(dòng)型電動(dòng)調(diào)節(jié)器和可編程調(diào)節(jié)器等。調(diào)節(jié)器和可編程調(diào)節(jié)器等。 本章首先介紹控制規(guī)律的基本概念，這是控制器的共性問題；然本章首先介紹控制規(guī)律的基本概念，這是控制器的共性問題；然 后介紹模擬式控制器和數(shù)字式控制器。有關(guān)可編程程序控制器等內(nèi)容后介紹模擬式控制器和數(shù)字式控制器。有關(guān)可編程程序控制器等內(nèi)容 將在以后的章節(jié)中介紹。將在以后的章節(jié)中介紹。 2.1.1.1.2.1.1.1.何為控制器的控制規(guī)律何為控制器的控制規(guī)律 圖圖2 21 1是單

32、回路控制系統(tǒng)是單回路控制系統(tǒng)方框圖。在該控制系統(tǒng)中，被控量由于方框圖。在該控制系統(tǒng)中，被控量由于 受擾動(dòng)受擾動(dòng)d d（如生產(chǎn)（如生產(chǎn)負(fù)荷的改變，上下工段間的生產(chǎn)不平衡現(xiàn)象等）的負(fù)荷的改變，上下工段間的生產(chǎn)不平衡現(xiàn)象等）的 影響，常常偏離給定值，即被控變量產(chǎn)生了偏差影響，常常偏離給定值，即被控變量產(chǎn)生了偏差 smxxx （2-12-1） 式中式中，xx為偏差；為測(cè)量值；為給定值。為偏差；為測(cè)量值；為給定值。 控制器接受了偏差信號(hào)控制器接受了偏差信號(hào)x x后，按一定的控制規(guī)律使其輸出信號(hào)后，按一定的控制規(guī)律使其輸出信號(hào) yy發(fā)生變化，通過執(zhí)行器改變操縱量發(fā)生變化，通過執(zhí)行器改變操縱量q q，以抵消

33、干擾對(duì)被控量以抵消干擾對(duì)被控量的影的影響，從而是被控量回到被控量上來。響，從而是被控量回到被控量上來。 控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對(duì)象對(duì)象變送器變送器圖圖2 21 1 單回路控制系統(tǒng)方框圖單回路控制系統(tǒng)方框圖mxsxxyq返回目錄返回目錄 被控量能否回到給定值上，或者以什么樣的途徑、經(jīng)過多長時(shí)間回被控量能否回到給定值上，或者以什么樣的途徑、經(jīng)過多長時(shí)間回 到給定值上來，這不僅僅與被控對(duì)象特性有關(guān)，而且還與控制器的特性到給定值上來，這不僅僅與被控對(duì)象特性有關(guān)，而且還與控制器的特性 有關(guān)。只有熟悉了控制器的特性，才能達(dá)到自動(dòng)控制的目的。有關(guān)。只有熟悉了控制器的特性，才能達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

34、控制器的控制規(guī)律就是控制器的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)（偏差）變控制器的控制規(guī)律就是控制器的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)（偏差）變 化規(guī)律。這個(gè)規(guī)律常常稱為控制器的特性。化規(guī)律。這個(gè)規(guī)律常常稱為控制器的特性。 必須強(qiáng)調(diào)指出，在研究控制器特性時(shí)，控制器的輸入是被控量（測(cè)必須強(qiáng)調(diào)指出，在研究控制器特性時(shí)，控制器的輸入是被控量（測(cè) 量值）與給定值之差即偏差量值）與給定值之差即偏差xx，而控制器的輸出是控制接受偏差后，而控制器的輸出是控制接受偏差后， 相應(yīng)的輸出信號(hào)的變化量相應(yīng)的輸出信號(hào)的變化量yy。 對(duì)控制器而言，習(xí)慣上，對(duì)控制器而言，習(xí)慣上，x0 x0稱正偏差；稱正偏差；x0 x0 x0， 相應(yīng)的相應(yīng)的y0y0則該

35、控制器稱正作用控制器；則該控制器稱正作用控制器；x0 x0，相應(yīng)的，相應(yīng)的y0yul時(shí)，比較器輸出高電平信號(hào)，故場(chǎng)效應(yīng)管vt7飽和導(dǎo)通，三極管vt8截止。由于vt7的飽和壓降很小，可以忽略不計(jì)，所以此時(shí)的輸出為1223uunu34uu而當(dāng)而當(dāng)u3ulu300時(shí)，伺服放大器的輸出驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，再時(shí)，伺服放大器的輸出驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，再經(jīng)機(jī)械減速器減速后，使輸出軸向下運(yùn)動(dòng)（正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)），輸出軸的經(jīng)機(jī)械減速器減速后，使輸出軸向下運(yùn)動(dòng)（正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)），輸出軸的位移經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反饋信號(hào)，反饋到伺服放大器的輸入端使位移經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反饋信號(hào)，反饋到伺服放大器的輸入端使減小，

36、直至減小，直至=0=0時(shí)，伺服放大器無輸出，伺服電機(jī)才停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出軸時(shí)，伺服放大器無輸出，伺服電機(jī)才停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出軸也就穩(wěn)定在輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。反之，當(dāng)也就穩(wěn)定在輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。反之，當(dāng)00時(shí)，伺服放大器的輸時(shí)，伺服放大器的輸出驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，輸出軸向上運(yùn)動(dòng)，反饋信號(hào)也相應(yīng)減小，直至使出驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，輸出軸向上運(yùn)動(dòng)，反饋信號(hào)也相應(yīng)減小，直至使=0=0時(shí)，伺服電機(jī)才停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出軸穩(wěn)定在另一新的位置上時(shí)，伺服電機(jī)才停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出軸穩(wěn)定在另一新的位置上。在結(jié)構(gòu)上電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩種形式，其一為分體式結(jié)構(gòu)，即伺服放大在結(jié)構(gòu)上電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩種形式，其一為分體式結(jié)構(gòu)，即伺服放大器獨(dú)

37、立構(gòu)成一臺(tái)儀表，其余部分構(gòu)成另一個(gè)儀表，兩者之間用電纜相器獨(dú)立構(gòu)成一臺(tái)儀表，其余部分構(gòu)成另一個(gè)儀表，兩者之間用電纜相連；另一種為一體化結(jié)構(gòu)，即伺服放大器與其余部分構(gòu)成一個(gè)整體。連；另一種為一體化結(jié)構(gòu)，即伺服放大器與其余部分構(gòu)成一個(gè)整體。新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用一體化結(jié)構(gòu)，它具有體積小、重量輕、可新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用一體化結(jié)構(gòu)，它具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)?？啃愿?、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 （1 1）伺服電機(jī)）伺服電機(jī)伺服電機(jī)是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)力部件，其作用是將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)伺服電機(jī)是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)力部件，其作用是將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械轉(zhuǎn)矩。換成機(jī)械轉(zhuǎn)矩。伺服電

38、機(jī)實(shí)際上是一個(gè)二相電容導(dǎo)步電機(jī)，由一個(gè)用沖槽硅鋼片疊成的定子伺服電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)二相電容導(dǎo)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)、線徑相同而相隔和鼠籠轉(zhuǎn)子組成，定子上均勻分布著兩個(gè)匝數(shù)、線徑相同而相隔9090電角度電角度的定子繞組的定子繞組w1w1和和w2w2。 （2 2）伺服放大器）伺服放大器伺服放大器主要包括放大器和兩組可控硅交流開關(guān)伺服放大器主要包括放大器和兩組可控硅交流開關(guān)，其工作原理如圖，其工作原理如圖5-65-6所示。所示。放大器的作用是將輸入信號(hào)放大器的作用是將輸入信號(hào)iiii和反饋信號(hào)和反饋信號(hào)ifif進(jìn)行比較，得到差值信號(hào)進(jìn)行比較，得到差

39、值信號(hào)，并，并根據(jù)根據(jù)的極性和大小，控制可控硅交流開關(guān)的極性和大小，控制可控硅交流開關(guān)，的導(dǎo)通或截止?？煽毓杞坏膶?dǎo)通或截止。可控硅交流開關(guān)流開關(guān)，用來接通或切斷伺服電機(jī)的交流電源，控制伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)、用來接通或切斷伺服電機(jī)的交流電源，控制伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)，可控硅交流開關(guān)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)，可控硅交流開關(guān)，只能其中一組導(dǎo)通。設(shè)可控硅交只能其中一組導(dǎo)通。設(shè)可控硅交流開關(guān)流開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，分相電容導(dǎo)通時(shí)，分相電容cdcd與與w1w1串接，由于分相電容串接，由于分相電容cdcd的作用，的作用，w1w1和和w2w2的的電流相位總是相差電流相位總是相差9090，其

40、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，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)針方轉(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)針方向旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）；而可控硅交流開關(guān)向旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）；而可控硅交流開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，則分相電容導(dǎo)通時(shí)，則分相電容cdcd與與w2w2串接，使串接，使轉(zhuǎn)子反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）；可控硅交流開關(guān)轉(zhuǎn)子反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）；可控硅交流開關(guān)，均截止時(shí)，伺服電機(jī)均截止時(shí)，伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。停止運(yùn)轉(zhuǎn)。返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄為了滿足控制系統(tǒng)的需要，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器有多個(gè)輸入信號(hào)通為了滿

41、足控制系統(tǒng)的需要，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器有多個(gè)輸入信號(hào)通道。道。（3 3）位置發(fā)送器）位置發(fā)送器位置發(fā)送器通常由位移檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。前者用于將電動(dòng)位置發(fā)送器通常由位移檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。前者用于將電動(dòng)執(zhí)行輸出軸的位移換成毫狀或電阻等信號(hào)，常用的位移檢測(cè)元件有差動(dòng)變執(zhí)行輸出軸的位移換成毫狀或電阻等信號(hào)，常用的位移檢測(cè)元件有差動(dòng)變壓器、塑料薄膜電位器和位移傳感器等；后者用于將位移檢測(cè)元件輸出信壓器、塑料薄膜電位器和位移傳感器等；后者用于將位移檢測(cè)元件輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成伺服放大器所要求的輸入信號(hào)，如號(hào)轉(zhuǎn)換成伺服放大器所要求的輸入信號(hào)，如010ma010ma或或420ma420m

42、a直流電流信號(hào)。直流電流信號(hào)。（4 4）減速器）減速器減速器的作用是將伺服電機(jī)高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成機(jī)構(gòu)輸出軸減速器的作用是將伺服電機(jī)高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成機(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)。直行程式的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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)。直行程式的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，減速器還起到將伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的構(gòu)中，減速器還起到將伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的直線運(yùn)動(dòng)作用。減速器一般由機(jī)械齒輪或齒輪與皮帶輪構(gòu)成。直線運(yùn)動(dòng)作用。減速器一般由機(jī)械齒輪或齒輪與皮帶輪構(gòu)成。5.2.2.2. 5.2.2.2. 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性

43、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性返回目錄返回目錄電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方塊圖，如圖電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方塊圖，如圖5-7所示所示伺服放大器是一個(gè)具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，伺服放大器是一個(gè)具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，為不靈敏區(qū)，其輸入信號(hào)為為不靈敏區(qū)，其輸入信號(hào)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)ii與反饋信號(hào)與反饋信號(hào)if之差值，當(dāng)之差值，當(dāng)|ii-if| 時(shí)，伺服放大器無輸出時(shí)，伺服放大器無輸出信號(hào)；當(dāng)信號(hào)；當(dāng)|ii-if| 時(shí)，立即有輸出，且輸出為一恒定交流電壓（約為時(shí)，立即有輸出，且輸出為一恒定交流電壓（約為215v）。）。伺服電機(jī)在接通電源時(shí)，工作在恒速狀態(tài)，故為一個(gè)積分環(huán)節(jié)，減速器和伺服電機(jī)在接通電源時(shí)，工作在

44、恒速狀態(tài)，故為一個(gè)積分環(huán)節(jié)，減速器和位置發(fā)送器都可以看作為比例環(huán)節(jié)。因此，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性主要位置發(fā)送器都可以看作為比例環(huán)節(jié)。因此，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于伺服電機(jī)的特性，即具有積分特性。取決于伺服電機(jī)的特性，即具有積分特性。直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出為直線位移直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出為直線位移l l，角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出為角，角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出為角位移位移0 0，設(shè)，設(shè)kfkf為位置發(fā)送器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，則由圖為位置發(fā)送器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，則由圖5-75-7可得可得返回目錄返回目錄ffffkilki或由于伺服放大器的不靈敏區(qū)很小，在伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可認(rèn)為ii-if=0，因此可

45、得ififikikl11或 上式表明，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在動(dòng)態(tài)過程行結(jié)束后，輸出軸的直線位移上式表明，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在動(dòng)態(tài)過程行結(jié)束后，輸出軸的直線位移l l或角位移或角位移o o與輸入信號(hào)與輸入信號(hào)iiii之間具有良好的線性關(guān)系，即電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的之間具有良好的線性關(guān)系，即電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性為一比例特性。靜態(tài)特性為一比例特性。(5 - 5)5.2.3.5.2.3.智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理與模擬式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相同，即也智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理與模擬式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相同，即也可用如圖可用如圖5=55=5的框圖表示，但是智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取了新穎的結(jié)構(gòu)部的框

46、圖表示，但是智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取了新穎的結(jié)構(gòu)部件。件。 伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實(shí)現(xiàn)，伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實(shí)現(xiàn)，而且還具有數(shù)字通訊接口，從而具有而且還具有數(shù)字通訊接口，從而具有harthart協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，成協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。有的伺服放大器中還采用了變頻技為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。有的伺服放大器中還采用了變頻技術(shù)，可以更有效地控制伺服電機(jī)的動(dòng)作。減速器采用新穎的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，術(shù)，可以更有效地控制伺服電機(jī)的動(dòng)作。減速器采用新穎的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高、無爬行、磨擦小。

47、位置發(fā)送器采用了新技術(shù)和運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高、無爬行、磨擦小。位置發(fā)送器采用了新技術(shù)和新方法，有的采用霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，新方法，有的采用霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了非接觸式定位檢測(cè)；有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸實(shí)現(xiàn)了非接觸式定位檢測(cè)；有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸承和特種導(dǎo)電塑料材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式承和特種導(dǎo)電塑料材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。旋轉(zhuǎn)角度傳感器。智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常都有液晶顯示器和手動(dòng)操作按鈕，用于顯示執(zhí)智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常都有液晶顯示器和手動(dòng)操作按

48、鈕，用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種狀態(tài)信息和輸入組態(tài)數(shù)據(jù)以及手動(dòng)操作。因此與模擬式電行機(jī)構(gòu)的各種狀態(tài)信息和輸入組態(tài)數(shù)據(jù)以及手動(dòng)操作。因此與模擬式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有如下的一些優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有如下的一些優(yōu)點(diǎn)。返回目錄返回目錄 定位精度高，并具有瞬時(shí)起停特性以及自動(dòng)定位精度高，并具有瞬時(shí)起停特性以及自動(dòng)調(diào)整死區(qū)、自動(dòng)修正、長期運(yùn)行仍能保證可靠的關(guān)調(diào)整死區(qū)、自動(dòng)修正、長期運(yùn)行仍能保證可靠的關(guān)閉和良好運(yùn)行狀態(tài)等；閉和良好運(yùn)行狀態(tài)等； 推桿行程的非接觸式檢測(cè)；推桿行程的非接觸式檢測(cè)； 更快的響應(yīng)速度，無爬行、超調(diào)和振蕩現(xiàn)象更快的響應(yīng)速度，無爬行、超調(diào)和振蕩現(xiàn)象具有

49、通訊功能，可通過上位機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的具有通訊功能，可通過上位機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的按鈕進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)設(shè)定；按鈕進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)設(shè)定； 具有故障診斷和處理功能，能自動(dòng)判別斷輸入具有故障診斷和處理功能，能自動(dòng)判別斷輸入信號(hào)、電動(dòng)機(jī)過熱或堵轉(zhuǎn)、閥門卡死、通信故障、信號(hào)、電動(dòng)機(jī)過熱或堵轉(zhuǎn)、閥門卡死、通信故障、程序出錯(cuò)等，并能自動(dòng)地切換到閥門安全位置，當(dāng)程序出錯(cuò)等，并能自動(dòng)地切換到閥門安全位置，當(dāng)供電電源斷電后，能自動(dòng)地切換到備用電池上，使供電電源斷電后，能自動(dòng)地切換到備用電池上，使位置信號(hào)保存下來。位置信號(hào)保存下來。返回目錄返回目錄 5.3. 5.3. 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)返回目錄返回目錄調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部

50、分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力f f（輸出（輸出力矩力矩m m）和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)閥芯的運(yùn)動(dòng)，改變了閥）和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)閥芯的運(yùn)動(dòng)，改變了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使芯與閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。根據(jù)閥芯的動(dòng)作形式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可分為直行程式和角行程式兩根據(jù)閥芯的動(dòng)作形式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可分為直行程式和角行程式兩大類；直行程式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有直通雙座閥、直通單座閥、角形大類；直行程式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有直通雙座閥、直通單座閥、角形閥、三通閥、高壓

51、閥、隔膜閥、波紋管密封閥、超高壓閥、小閥、三通閥、高壓閥、隔膜閥、波紋管密封閥、超高壓閥、小流量閥、籠式（套筒）閥、低噪音閥等；角行程式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)流量閥、籠式（套筒）閥、低噪音閥等；角行程式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有蝶閥、凸輪撓曲閥、有蝶閥、凸輪撓曲閥、v v形球閥、形球閥、o o形球閥等。形球閥等。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)正、反作用的含義是，當(dāng)閥芯向下位移時(shí)，閥芯與閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)正、反作用的含義是，當(dāng)閥芯向下位移時(shí)，閥芯與閥座之間的流通截面積增大，稱為正作用，習(xí)慣上按閥芯安裝形座之間的流通截面積增大，稱為正作用，習(xí)慣上按閥芯安裝形式稱之為反裝；反之，則稱之為反作用，并稱之為正裝。一般式稱之為反裝；反之，則稱之為反作用，并稱之

52、為正裝。一般來說，只有閥采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（即上下均有導(dǎo)向）的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，來說，只有閥采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（即上下均有導(dǎo)向）的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，才有正、反作用兩種作用方式；而單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，則才有正、反作用兩種作用方式；而單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，則只有正作用。只有正作用。 5.3.1. 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)返回目錄返回目錄調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由閥體、閥桿或轉(zhuǎn)軸、閥芯或閥板和閥座等部件組成。圖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由閥體、閥桿或轉(zhuǎn)軸、閥芯或閥板和閥座等部件組成。圖5-85-8為兩種常用的調(diào)節(jié)閥。為兩種常用的調(diào)節(jié)閥。圖圖5-85-8為直行程式單座調(diào)節(jié)閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推力通過閥桿為直行程式單座調(diào)節(jié)閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推力通過閥桿2

53、2使閥芯使閥芯3 3產(chǎn)生產(chǎn)生上、下方向的位移，從而改變了閥芯上、下方向的位移，從而改變了閥芯3 3與閥座與閥座4 4之間的流通截面積，即改變之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。圖圖5-95-9為角行程式蝶閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推力通過轉(zhuǎn)軸為角行程式蝶閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推力通過轉(zhuǎn)軸2 2使使4 4產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移，從而改變了閥體中的流通截面積，使被控介質(zhì)的流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。從而改變了閥體中的流通截面積，使被控介質(zhì)的流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。下面對(duì)常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用做一簡單介紹，圖下面對(duì)

54、常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用做一簡單介紹，圖5-105-10為常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。的結(jié)構(gòu)示意圖。直通單座調(diào)節(jié)閥直通單座調(diào)節(jié)閥 圖圖5-105-10（a a）、（）、（b b） 的閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。的閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、泄露量小（甚至可以完全切斷）和允許壓差小。因此，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、泄露量小（甚至可以完全切斷）和允許壓差小。因此，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，防止閥門關(guān)不死。別注意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。直通雙座調(diào)節(jié)閥直

55、通雙座調(diào)節(jié)閥 圖圖5-105-10（c c） 的閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。因?yàn)榱黧w對(duì)上、的閥體內(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，但上、下兩閥芯不易同時(shí)關(guān)閉，因此下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，但上、下兩閥芯不易同時(shí)關(guān)閉，因此雙座閥具有允許壓差大、泄漏量較大的特點(diǎn)。故適用于閥兩端壓差較大，雙座閥具有允許壓差大、泄漏量較大的特點(diǎn)。故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。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。蝶閥蝶閥 圖圖5-105-10（g g） 是通過擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。其結(jié)是通過擋

56、板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。其結(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、大流量的氣體或帶有懸浮物流體的場(chǎng)合，但泄漏較大。蝶閥通常工作轉(zhuǎn)角應(yīng)小于量的氣體或帶有懸浮物流體的場(chǎng)合，但泄漏較大。蝶閥通常工作轉(zhuǎn)角應(yīng)小于7070，此時(shí)流量特性與等百分比特性相似。，此時(shí)流量特性與等百分比特性相似。套筒閥套筒閥 圖圖5-105-10（h h） 是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的調(diào)節(jié)閥，它的閥體與一般的直是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的調(diào)節(jié)閥，它的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，又稱籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯通單座閥相似，但

57、閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯可在套筒中上下移動(dòng)。套筒上開有一定形狀的窗口（節(jié)流孔），閥芯移動(dòng)時(shí)，可在套筒中上下移動(dòng)。套筒上開有一定形狀的窗口（節(jié)流孔），閥芯移動(dòng)時(shí)，就改變了節(jié)流孔的面積，從而實(shí)現(xiàn)流量控制。根據(jù)流通能力大小的要求，套就改變了節(jié)流孔的面積，從而實(shí)現(xiàn)流量控制。根據(jù)流通能力大小的要求，套筒的窗口可分為四個(gè)、兩個(gè)或一個(gè)。套筒閥分為單密封和雙密封兩種結(jié)構(gòu)，筒的窗口可分為四個(gè)、兩個(gè)或一個(gè)。套筒閥分為單密封和雙密封兩種結(jié)構(gòu)，前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場(chǎng)合；后者類似于直通雙座閥，適前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場(chǎng)合；后者類似于直通雙座閥，適用于雙座閥的場(chǎng)合。

58、套筒閥還具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得用于雙座閥的場(chǎng)合。套筒閥還具有穩(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。到廣泛應(yīng)用，但其價(jià)格比較貴。返回目錄返回目錄偏心旋轉(zhuǎn)閥偏心旋轉(zhuǎn)閥 圖圖5-105-10（i i） 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，閥芯為一球體，其上開有一個(gè)直徑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，閥芯為一球體，其上開有一個(gè)直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)，使閥芯向前下方進(jìn)入閥座。和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)，使閥芯向前下方進(jìn)入閥座。偏心旋轉(zhuǎn)閥具有體積小、重量輕、使用可靠、維修方便、通用性強(qiáng)、流體阻偏心旋轉(zhuǎn)閥具有體積小、重量輕、使用可靠、維修方便、通用性強(qiáng)、流體阻力小

59、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。使用性能。0 0形球閥形球閥 圖圖5-105-10（j j） 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，閥芯為一球體，其上開有一個(gè)直徑和的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，閥芯為一球體，其上開有一個(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)簡單，維修方便，密封可靠，流通能力大，流量特性為快開特性，一般用于位單，維修方便，密封可靠，流通能力大，流量特性為快開特性，一般用于位式控制。式控制。v v形球閥形球閥 圖圖5-

60、105-10（k k） 的閥芯也為一球體，但球體上開孔為的閥芯也為一球體，但球體上開孔為v v形口，隨著球形口，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。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、流量特性該閥結(jié)構(gòu)簡單，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)。近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。返回目錄返回目錄5.3.2. 5.3.2. 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理從流體力學(xué)觀點(diǎn)來看，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和