實驗二電動調(diào)節(jié)閥的流量特性測試實驗

1、實驗二電動調(diào)節(jié)閥的流量特性測試實驗任何一個最簡單的控制系統(tǒng)也必須由檢測環(huán)節(jié)、調(diào)節(jié)單元及執(zhí)行單元組成。執(zhí)行單元的作用就是根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸岀，直接控制被控變量所對應的某些物理量，例如液位、溫度、壓力和流量等參數(shù)，從而實現(xiàn) 對被控對象的控制目的。因此，完全可以說執(zhí)行單元是用來代替人的操作的，是工業(yè)自動化的“手腳”。電動調(diào)節(jié)閥是本實驗裝置的執(zhí)行單元之一。一.電動調(diào)節(jié)閥工作原理執(zhí)行器按照使用能源的種類，可分為氣動、液動和電動三種，本裝置采用的是智能型單座調(diào)節(jié)閥。顧 名思義它是由電動執(zhí)行器進行操作的，它接受調(diào)節(jié)器的輸岀電流420mA信號，并轉(zhuǎn)換為相應的輸岀軸直線位移，去控制調(diào)節(jié)機構(gòu)以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)器

2、的優(yōu)點則是能源采用方便，信號傳輸速度快，傳輸 距離遠等。執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它可以按照調(diào)節(jié)器的輸岀 信號量，產(chǎn)生相應的推力，以帶動智能調(diào)節(jié)閥的主推動軸產(chǎn)生直線位移，主推動桿總位移為16mm控制單座調(diào)節(jié)閥0 100%的開度連續(xù)變化。而調(diào)節(jié)機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)裝置，它受執(zhí)行機構(gòu)的操縱， 可以改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流通面積，以達到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。本執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，電動執(zhí)行器首先接受來自調(diào)節(jié)器的輸岀信號，以作為執(zhí)行器的輸入信號 即執(zhí)行器的動作依據(jù)；該輸入信號送入信號轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換信號制式后與反饋的執(zhí)行機構(gòu)位置信號進行比 較，其差值

3、作為執(zhí)行機構(gòu)的輸入，以確定執(zhí)行機構(gòu)的作用方向和大?。粓?zhí)行機構(gòu)的輸出結(jié)果再控制調(diào)節(jié)器 的動作，以實現(xiàn)對被控介質(zhì)的調(diào)節(jié)作用；其中執(zhí)行機構(gòu)的輸岀通過位置發(fā)生器可以產(chǎn)生其反饋控制所需要 的位置信號。圖1電動執(zhí)行器的工作原理從上述描述和圖1可知，電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的動作構(gòu)成了負反饋控制回路，這是提高執(zhí)行器調(diào)節(jié)精度、保證執(zhí)行器工作穩(wěn)定的重要手段。為保證電動執(zhí)行器輸岀與輸入之間呈現(xiàn)嚴格的比例關(guān)系，必須采用 比例負反饋構(gòu)成閉環(huán)控制回路，圖 2為本套裝置的電動執(zhí)行器的工作原理示意圖：Il11>Ift1 6'1 -T <減遞器411調(diào)節(jié)閥十位置!執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送器0圖2電動執(zhí)行器原理圖其中表示輸入

4、電流，B表示輸岀軸轉(zhuǎn)角，兩者存在如下關(guān)系：K I i（ 1）K是比例系數(shù)。圖2中伺服放大器由前置磁放大器、可控硅觸發(fā)電路和可控硅交流開關(guān)組成，如圖1所示:If伺服放大器圖3伺服放大器原理圖交2伺服放大器將輸入信號 L與位置反饋信號If進行比較，其偏差經(jīng)伺服放大器放大后，再控制執(zhí)行機構(gòu) 中的伺服電機作正反轉(zhuǎn)動；電動機的高轉(zhuǎn)速小力矩，經(jīng)減速后變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大力矩，然后進一步轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙?程輸岀。位置發(fā)生器的作用是將執(zhí)行機構(gòu)的輸岀轉(zhuǎn)變?yōu)閷?20mA反饋信號If，以便與輸入信號h進行比較。二.調(diào)節(jié)閥的流量特性測試實驗2.1調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量和閥門相對開度之

5、間的關(guān)系，即QQmaxlLmax(2)#相對開度1-/1-（%）圖4調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線L/Lmax為相對行程，即某一開度行式中Q/Qmax為相對流量，即某一開度流量與全開流量之比;程與全行程之比。目前常用閥的理想流量特性分為： 直線特 性、對數(shù)（等百分比）特性、快開特性和拋物 線特性四種曲線，如圖 4所示。在實際工業(yè)場合用的最多的是第一種線 性調(diào)節(jié)閥，此種閥較易配合各種管路和流量傳 感器完成流量控制，本套裝置也是采用線性調(diào) 節(jié)閥。實際應用中，理想特性曲線較難得到， 因為當將調(diào)節(jié)閥實際接入管道時，其特性會受多種因素的影響，如連接管道阻力、前后壓差、 多管路融合與分支等，所以很難得到理想流量

6、 特性描述的四種曲線， 本裝置也不能例外，但 在大部分區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)閥依然保持線性工作狀 態(tài)。2.2調(diào)節(jié)閥的流量特性測試1、實驗目的 掌握實驗步驟及數(shù)據(jù)的測試方法； 通過實驗測試數(shù)據(jù)驗證電動調(diào)節(jié)閥的特性在大部分工作曲線范圍內(nèi)屬于線性的; 分析調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線和理想特性曲線有區(qū)別的原因。2、實驗設(shè)施化工自動化儀表實驗平臺、實驗導線、計算機、MCG組態(tài)軟件、RS485/232轉(zhuǎn)換器。3、實驗原理為了測量調(diào)節(jié)閥的特性曲線，首先需要把對象系統(tǒng)的管路開通，確保水能在動力系統(tǒng)的驅(qū)動下流經(jīng)電動調(diào)節(jié)閥和流量計，最后將水打?qū)缢埽苈妨魍ㄒ妶D5。本裝置的流量測量裝置主要有三種：電磁流量計、渦輪流量計和孔板流量計

7、，在考慮測量精度和流體壓力損失較小的情況下，本實驗選用電磁流量計進 行測量，流經(jīng)渦輪流量計后將電磁流量計輸岀信號送到智能儀表測量端用于現(xiàn)場顯示和上位機監(jiān)控，通過上位機繪制曲線即可判斷電動調(diào)節(jié)閥的特性曲線是否為線性。A F1-3電動調(diào)節(jié)簿PtlOOraITf TI電容式壓變送s pali i i J低壓H楓眸=ffl ifli儲水箱贏心幕M Fl-2圖5電動調(diào)節(jié)閥流量特性測試流程圖4、實驗步驟 實驗之前先將儲水箱中貯足水量，一般接近儲水箱容積的4/5，然后將閥F1-2、F1-3、F1-7全開,其余手動閥門關(guān)閉； 將儀表控制箱中“電磁流量計”的輸岀對應接至智能調(diào)節(jié)儀I的“05V/15V輸入”端，將

8、智能調(diào)節(jié)儀I的“ 420mA輸出”端對應接至“電動調(diào)節(jié)閥”的控制信號輸入端； 打開對象系統(tǒng)儀表控制箱的開關(guān)，給所有儀表上電； 打開MCG組態(tài)環(huán)境，選擇“化工儀表工程”，按“ F5'進入運行環(huán)境，點擊“進入實驗工程”，然后進入實驗“主菜單”，選擇“實驗一、電動閥流量特性測試實驗”； 智能儀表 I 基本參數(shù)設(shè)置：Sn=33、DIP=0、dlL=0、dlH=1200、oPL=0、oPH=100 CF=0 Addr=1 ； 在實驗界面中有“通訊成功”標志，表示計算機已和三塊儀表建立了通訊關(guān)系；若顯示“通訊失敗”并閃爍，說明有儀表沒有與上位機通訊成功，檢查轉(zhuǎn)換器、通訊線以及計算機COM端 口設(shè)置

9、是否正確； 通訊成功后，本實驗需要手動控制智能調(diào)節(jié)儀I的輸岀，以控制電動調(diào)節(jié)閥的開度改變管道流量的大小。建議使用儀表的手動按鈕修改儀表的420mA電流輸出值，如果使用上位機控制實驗界面中的手動輸入功能，設(shè)置完成后需要查看現(xiàn)場儀表有無設(shè)置進去，如果沒有設(shè)置進去可以多設(shè)置一到兩次。 首先手動控制智能調(diào)節(jié)儀I的輸岀到20%打開儀表控制箱中的“離心泵”旋鈕開關(guān)，本實驗使用離心泵的手動開關(guān)（離心泵的手自動開關(guān)位于離心泵黑色接線盒的右側(cè)，標有“一”字樣為自動狀態(tài)，標 有“二”字樣為手動狀態(tài)），選擇手動狀態(tài)后，就可以直接使用儀表控制箱中的離心泵二位旋鈕開關(guān)來控制離心泵的運轉(zhuǎn)狀態(tài)； 待實驗界面中“調(diào)節(jié)閥流量”

10、穩(wěn)定后，點擊實驗界面中的“取點并連線”按鈕，曲線即可取岀本次 電動調(diào)節(jié)閥的開度以及電動調(diào)節(jié)閥的相對流量點，以與下一個點連線；重復和本步驟，依次將電動調(diào)節(jié) 閥的開度增加5個百分點，直到80%為止，觀察并分析電動調(diào)節(jié)閥的線性度。5、實驗報告及要求 根據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)，分析電動調(diào)節(jié)閥的特性； 分析電動調(diào)節(jié)閥特性曲線有別于理想特性曲線的影響因素。三電動調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)及主要技術(shù)指標流量系數(shù)直接反應了流體流過調(diào)節(jié)閥的能力，是調(diào)節(jié)閥的一個重要參數(shù)。流量系數(shù)定義為當調(diào)節(jié)閥全 開、閥兩端壓差為o.iMPa、流體密度為ig/cm3時，每小時流過調(diào)節(jié)閥的流量值，通過m'/h或t/h計。例如，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)

11、 C=40,則表示此調(diào)節(jié)閥壓差為 O.IMPa時，調(diào)節(jié)閥全開每小時能夠流過的水量為 4om。流量系數(shù)C值取決于調(diào)節(jié)閥的接管截面積和阻力系數(shù)，其中阻力系數(shù)主要由閥體結(jié)構(gòu)所決定，口徑相 同，結(jié)構(gòu)不同的調(diào)節(jié)閥，其流量系數(shù)不同。通常生產(chǎn)廠商所提供的流量系數(shù)C為正常流向時的數(shù)據(jù)。本實驗裝置電動調(diào)節(jié)閥的主要技術(shù)指標如下：3.1執(zhí)行機構(gòu)型式：智能型直行程執(zhí)行機構(gòu)輸入信號：420mA輸入阻抗：250 Q輸出信號：420 mADC輸出最大負載： 650 Q斷信號閥位置：可任意設(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0100%間預置的任意值電 源：220V 十 10%/50Hz推力規(guī)格：1KN行 程：16mm閥作用型式：任意設(shè)置

12、正/反作用，本套裝置設(shè)定為反作用方式防護等級：IP65基本誤差：w 士 1.0%死 區(qū)：0.5+5%本套裝置設(shè)定為 0.5%環(huán)境溫度：-10+65 C3.2閥體公稱通徑：20mm公稱壓力：PN1.6MPa連接形式：法蘭連接材料：不銹鋼閥體上 閥蓋：常溫型-17+220C填 料：聚四氟乙烯3.3閥內(nèi)組件閥內(nèi)結(jié)構(gòu)：金屬密封材 料：316+N0.6流量特性：線性泄流量：金屬密封W基本誤區(qū)：+/-1.0%死 區(qū)：w 1.0%可調(diào)范圍：50 : 13.4流量系數(shù)流量系數(shù)C = 6四電磁流量計的工作原理對于具有導電性的液體介質(zhì)，可以用電磁流量計測量流量。電磁流量計基于電磁感應原理，導電流體 在磁場中垂直于

13、磁力線方向流過，在流通管道兩測的電極上將產(chǎn)生感應電勢，感應電勢的大小與流體速度 有關(guān)，通過測量此電勢可求得流體流量。感應電勢E與流速的關(guān)系由下式表示：E = CBDv（ 3）式中C為常數(shù)；B為磁感應強度；D為管道內(nèi)經(jīng)；v為流體平均速度。當儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，感應電勢與流速v成對應關(guān)系，則流體體積流量可以求得。其流量方程式可寫作：2兀DEqv 二二 DPE =4CB K（ 4）式中K為儀表常數(shù)，對于固定的電磁流量計，K為定值。電磁流量計的測量管道中無阻力件，壓力損失極??；其流速測量范圍寬，為0.510m/s ；范圍度可達10:1 ;流量計的口徑可從幾毫米到幾米以上；流量計的精度0.5 1.5級；儀表反應快，流動狀態(tài)對示值影響小，可以測量脈動流和兩相流，如泥漿和紙漿的流量。電磁流量計測量導電流體的電導率一