第六章調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器

1、第六章執(zhí)行器基本要求1 .掌握控制閥的流量特性的意義，了解串聯(lián)管道中阻力比：和并聯(lián)管道中分流比Z對流 量特性的影響。2 .了解氣動薄膜控制閥的基本結(jié)構(gòu)、主要類型及使用場合。3 .理解氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及其選擇原則。4 .了解電氣轉(zhuǎn)換器及電一氣閥門定位器的用途及工作原理。5 .了解電動執(zhí)行器的基本原理。問題解答1 .氣動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成各起什么作用答氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動 裝置，它根據(jù)控制信號（由控制器來）壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，所 以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。控制機構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制

2、 部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流 量的裝置。2 .氣動執(zhí)行機構(gòu)主要有哪幾種結(jié)構(gòu)形式各有什么特點答氣動執(zhí)行機構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩種結(jié)構(gòu)形式。薄膜式執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維修方便、應(yīng)用最為廣泛。它可以用作一般 控制閥的推動裝置，組成氣動薄膜式執(zhí)行器，習(xí)慣上稱為氣動薄膜控制閥。氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)的特點是推力大，主要適用于大口徑、高壓降的控制閥或蝶閥的 推 動裝置。除薄膜式和活塞式執(zhí)行機構(gòu)外，還有長行程執(zhí)行機構(gòu)，它的行程長、轉(zhuǎn)矩大，適用于 輸出轉(zhuǎn)角（0°90。）和力矩的場合，如用于蝶閥或風(fēng)門的推動裝置。3 .控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有

3、哪些各有什么特點主要使用在什么場合答簡單列表說明如下：類 鷲特點主賽使用場合直通單座控制蹲維構(gòu)箭單，源總量小、易于保證關(guān)閉、不平毒力大小口徑、亶道雙座控制閥不平街力小、泄潸量毀大豪為常用角形控M閥流路儲單，阻力較小現(xiàn)場管道噢求宜角喉揍，離王愛介質(zhì)粘度大、含有少懸浮物和顆粒玳固體三通控刎閥有三個出入口與工藝管道聯(lián)接，可盥成分潦 與合施兩神熨式配比控制或多珞控制英 型將a主要使用場含隔膜控制鰥納梅傳單、流詛小、流通能力大. 用腐蝕性 頰乾酸、覆球、強*蝕性、高拈度、含愈浮喙 取狀的介質(zhì)結(jié)構(gòu)他華、量量經(jīng)、仙格盛宜、潦迎極小.泄 蠲班大D徑、大流案、低底基八方少量斜號或最 浮痢粒狀介段球 第閩芯與網(wǎng)體

4、都是球形體施悻的粘度高，污穢、雙位拒制凸輪撓曲閥需用牲好、篁量輕.體程小安裝方便介質(zhì)粘度高、含懸浮物顆粒蘢式閥可調(diào)范潮大、暴動小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)儲 單、套俺互接性好，汽性小.嗓音小壓始大，要求喉皆小的場合.對高溫、離粘 度及含固冰顆粒的介研不適用4 .控制閥的流量特性是指什么答 控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（或相對 位移）之間的關(guān)系，即式中相對流量若是控制閥某一開度時的流量Q與全開時的流量Qmax之比.相對開度，是控制閥某一開度時的閥桿行程I與閥桿全行程L之比。L5 .何為控制閥理想流量特性和工作流量特性答閥前后壓差保持不變時的流量特性稱為理想流量特性：在實

5、際使用過程中，閥前后 的壓差會隨閥的開度變化而變化，此時的流量特性稱為工作流量特性。6 .何為直線流量特性試寫出直線流量特性控制閥的相對流量與相對開度之間的關(guān)系式。答 直線流量特性是指控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位位移變化所 引起的流量變化是常數(shù)，即式中K為常數(shù)，即控制閥的放大系數(shù)。直線流量特性的控制閥，其相對流量與相對位移之間的關(guān)系式可推得為:式中R為可調(diào)范闈，是控制閥所能控制的最大流量小“與最小流量Qmin的比值。7 .為等百分比（對數(shù)）流量特性試寫出等百分比流量特性控制閥的相對流量與相對 開度之間的關(guān)系式。答等百分比流量特性是指單位相對開度變化所引起的相對流量變化與此點的相

6、對流 量成正比關(guān)系，即控制閥的放大系數(shù)隨相對流量的增加而增加，即等百分比流量特性的控制閥，其相對流量與相對位移之間的關(guān)系式可推得為:式中R為可調(diào)范闈。8 .什么是串聯(lián)管道中的阻力比ss值的減少為什么會使理想流量特性發(fā)生畸變答s值表示控制閥全開時閥上壓差與系統(tǒng)總壓差之比。當(dāng)s=l時，說明系統(tǒng)總壓差全 部降在控制閥上，所以控制閥在工作過程中，隨著閥開度的變化，閥兩端的壓差是不變的， 故工作流量特性與理想流量特性是一致的。當(dāng)s值小于1時，系統(tǒng)的總壓差一部分降在控制 閥，另一部分降在與控制閥串聯(lián)的管道上。隨著閥的開度增大，流量增加，降在串聯(lián)管道上 的壓差增加，從而使降在控制閥上的壓差減少，因而流過控制

7、閥的流量也減少。所以隨著： 值減小，會使理想流量特性發(fā)生畸變，閥的開度越大，使實際流量值離開理想值越大。具體 來說，會使理想的直線流量特性畸變?yōu)榭扉_特性，使理想的等百分比流量特性畸變?yōu)橹本€特 性。9 .什么是并聯(lián)管道中的分流比x試說明x值的變化對控制閥流量特性的影響。答x值表示并聯(lián)管道時，控制閥全開時流過控制閥的流量與總管的總流量之比。當(dāng)x =1時，說明流過控制閥的流量等于總管的流量，即旁路流量為零，如果這時閥的流量為理 想流量特性，那么，隨著x值的減少，說明流過旁路的流量增加。這時，控制閥既使關(guān)死， 也有一部分流體從旁路通過，所以控制閥所能控制的最小流量比原先的大大增加，使控制閥 的可調(diào)范闈

8、減小，閥的流量特性發(fā)生畸變。嚴(yán)重時，會使控制閥幾乎失去控制作用，因為當(dāng) x值很小時，大部分流量都從旁路通過，控制閥對這部分流量是不起控制作用的。10 .什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式其選擇原則是什么答隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，反之稱為氣關(guān)式。氣 開、氣關(guān)式的選擇主要是由工藝生產(chǎn)上安全條件決定的。一般來講，閥全開時，生產(chǎn)過程或 設(shè)備比較危險的選氣開式；閥全關(guān)時，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險的應(yīng)選擇氣關(guān)式。11 .什么是控制閥的流量系數(shù)C答 在給定的行程下，當(dāng)閥的兩端壓差為lOOkPa,流體密度為Ig/cn?時流經(jīng)控制閥的體 積流量m3/h數(shù)定義為閥的流量系數(shù)C?？刂崎y全

9、開時的流量系數(shù)Cl。控制閥的最大流量系 數(shù)Cm”。流量系數(shù)是表示控制閥流通能力大小的參數(shù)，因此，控制閥的流量系數(shù)C亦可稱 為控制閥的流通能力。12 .試簡述電動執(zhí)行器的功能與主要類型。答 電動執(zhí)行器的功能是接收來自控制器的010mA或420mA的直流電流信號， 并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構(gòu)，以實現(xiàn)自動控制。電動執(zhí)行器的主要類型有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等。角行程電動執(zhí)行機構(gòu)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(yīng)的角位移（0°90。），這種執(zhí)行機構(gòu)適用于操縱 蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。直行程執(zhí)行機構(gòu)接收輸入的直流電流信號后，使電動機轉(zhuǎn)

10、 動，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種控制閥和其 他直線式控制機構(gòu)。多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門， 般用作就地操作和遙控.13 .試簡述差動變壓器將位移轉(zhuǎn)換為電信號的基本原理。它在電動執(zhí)行器中起什么作用答差動變壓器是一種互感傳感器，是把位移轉(zhuǎn)換為傳感器的互感系數(shù)的變化量，進(jìn) 而轉(zhuǎn)換為輸出電信號的變化量，所以它可以用作濺量位移的傳感器，由于這種傳感器常常做成 差動的，故稱為差動變壓器。圖6-1差動變壓罌原理圖差動變壓器的原理如圖6-1所示。初級線圈上加一交流穩(wěn)壓電源U。其次級線圈分為兩組，反向串聯(lián)（差動接法）后輸出電壓U。=U1

11、-U2 o當(dāng)鐵心處于中間位置時，位移x=o,在次級線圈上感應(yīng)出的電壓q =2,故輸出電壓Uo =0o當(dāng)鐵心自中間位置有一向上的位移時，使鐵路對兩次級線圈不對稱，這時上邊線圈中 交變磁通的幅值將大于下邊線圈中交變磁通的幅值，兩線圈中的感應(yīng)電壓不相等，a >u2t 因而有輸出電壓U。=UU-反之當(dāng)鐵心下移時，由于a,故輸出電壓的相應(yīng)與上述相反，其大小為u0 =u）U O所以，差動變壓器的輸出U。的大小將與位移x有關(guān)，其相位取決于x的方向。在電動執(zhí)行器中，鐵心的位置是與執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸相對應(yīng)的。利用差動變壓器將執(zhí) 行機構(gòu)輸出軸的位移轉(zhuǎn)換為010mA DC （或420mA DC）的反饋信號

12、9;（即位置發(fā)送器的 輸出信號），然后與電動執(zhí)行器的輸入信號相比較，經(jīng)放大后去控制伺服電動機的轉(zhuǎn)動，以實 現(xiàn)電動執(zhí)行器輸出位移與輸入信號之間的比例關(guān)系。14 .試述電一氣轉(zhuǎn)換器及電一氣閥門定位器在控制系統(tǒng)中的作用。答電一氣轉(zhuǎn)換器是將電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣信號的一種裝置。在控制系統(tǒng)中，如果 所使用的控制器是電動控制器，其輸出信號為010mA DC或420mA DC,但所選擇的執(zhí) 行器為氣動執(zhí)行器，其輸入信號一般為20lOOkPa。這時就需要采用電一氣轉(zhuǎn)換器，先將 控制器的輸出電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣信號，才能為氣動執(zhí)行器所接受。電一氣閥門定位器除了能將電信號轉(zhuǎn)換為氣信號外，還能夠使閥桿位移與送來的信號

13、 大小保持線性關(guān)系，即實現(xiàn)控制器來的輸入信號與閥門位置之間關(guān)系的準(zhǔn)確定位，故取名為 定位器。定位器可以使用在閥的不平衡力較大或閥桿移動摩擦力較大等場合，同時還可以利 用定位器來改變閥的流量特性，改變執(zhí)行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以 使閥在不同的信號段范圍內(nèi)作全行程移動，例題分析L已知閥的最大流量Qnax = l00m3/h,可調(diào)范用R=30。試分別計算在理想情況下閥的相 對行程為'=,、時的流量值Q,并比較不同理想流量特性的摔制閥在小開度與大開度時的 L流量變化情況°（1）直線流量特性。（2）等百分比流量特性。解（1）根據(jù)直線流量特性的相對流量與相對行程之間的

14、關(guān)系：分別在公式中代入數(shù)據(jù)0m4100m3/h,R=30, ， =、，等數(shù)據(jù)，可計算出在相對行程為、0.2, L0. 8, 0.9時的流量值。=13m3/h=22. 67m3/h=80.67m7h Qo 9=90.33m3 /h（2）根據(jù)等百分比流量特性的相對流量與相對行程之間的關(guān)系：&=徜）Qmax分別代入上述數(shù)據(jù)，可得：=4.68m3/h=6.58m3/h= 50.65m3/h Qo 9 = 71.17m3 /h由上述數(shù)據(jù)可以算得，對于直線流量特性的控制閥，相對行程由10%變化到20%時，流量變化的相對值為：22,6713X100%=74.4%：相對行程由80%變化到90%時，流量

15、 13an a? _ 2n 67變化的相對值為二二X 100% =12%,由此可見，對于直線流量特性的控制閥，80.67在小開度時，行程變化了 10%,流量就在原有基礎(chǔ)上增加了,控制作用很強，容易使系 統(tǒng)產(chǎn)生振蕩：在大開度時（80%處），行程同樣變化了 10%,流量只在原有基礎(chǔ)上增加了 12%, 控制作用很弱，控制不夠及時、有力，這是直線流量特性控制閥的一個缺陷。對于等百分比流量特性的控制閥，相對行程由10%變?yōu)?0%時，流量變化的相對值為 2二士竺xioo%= 40%：相對行程由80%變到90%時，流量變化的相對值為 4.6871.175O.6xioo%“o%,故對于等百分特性控制閥，不管是

16、小開度或大開度時，行程 50.65同樣變化了 10%,流量在原來基礎(chǔ)上變化的相對百分?jǐn)?shù)是相等的，故取名為等百分比流量 特性。具有這種特性的控制閥，在同樣的行程變化值下，小開度時，流量變化小，控制比較 平穩(wěn)緩和：大開度時，流量變化大,.控制靈敏有效，這是它的一個優(yōu)點。2 .對于一臺可調(diào)范圍R=30的控制閥，已知其最大流量系數(shù)為Cmax = 100,流體密度為Ig/cm3,閥由全關(guān)到全開時,由于串聯(lián)管道的影響,使閥兩端的壓差由lOOkPa降為60kPaz 如果不考慮閥的泄漏量的影響，試計算系統(tǒng)的阻力比，并說明串聯(lián)管道對可調(diào)范圍的影響 （假設(shè)被控流體為非阻塞的液體）。解 由于阻力比S等于控制閥全開時

17、閥上壓差與系統(tǒng)總壓差之比,在不考慮閥的泄漏量 的影響時，閥全關(guān)時閥兩端的壓差就可視為系統(tǒng)總壓差，故本系統(tǒng)總壓差為lOOkPa,閥全 開時兩端壓差為60kPa,所以阻力比s=% = 0.6,100由于該閥的Cmax=100, R=30,在理想狀況下，閥兩端壓差維持為lOOkPa,流體密度為 lg/cm3,則最大流量 Qmax=100m3/h,最小流量 Qmin=幺= 3,33/ /?R 30對于非阻塞流的液體，Cmax = l。0max0,）。串聯(lián)管道時，由于壓差由lOOkPa降為60kPa，故這時通過閥的最大流量將不再是100m3/h而是CUQ也 J（P】一）/夕=10 x7研 =77.46/

18、）,這時的可調(diào)范圍Pr，=_Z = 71 = 23.26 emin 3.33由上可見，串聯(lián)管道時，會使控制閥的流量特性發(fā)生畸變，其可調(diào)范圍會有所降低。 如果：值很低，會使可調(diào)范圍大大降低，以至影響控制閥的特性，使之不能發(fā)揮應(yīng)有的控制作 用O當(dāng)然，從節(jié)能的觀點來看，S值大，說明耗在閥上的壓降大，能量損失大，這是不利的 一面。3 .某臺控制閥的流量系數(shù)Gnax=200。當(dāng)閥前后壓差為L 2MPa,流體密度為0. 81g/cm3 流動狀態(tài)為非阻塞流時，問所能通過的最大流量為多少如果壓差變?yōu)?.2MPa時，所能通 過的最大流量為多少解 由公式 Cmax= IOCUax 7p/(/?1 -/?2)得20

19、0當(dāng)壓差變?yōu)闀r，所能通過的最大流量為：x = 314.3/» /V0.81Pi - Pi _ 200p一記上述結(jié)果表明，提高控制閥兩端的壓差時，對于同一尺寸的控制閥，會使所能通過的 最大流量增加。換句話說，在工藝上要求的最大流量已經(jīng)確定的情況下，增加閥兩端的壓差, 可以減小所選擇控制閥的尺寸（口徑），以節(jié)省投資。這在控制方案選擇時，有時是需要加 以考慮的。例如離心泵的流量控制，其控制閥一般安裝在出口管線上，而不安裝在吸入管線 上，這是因為離心泵的吸入高度（壓頭）是有限的，壓差較小，將會影響控制閥的正常工作。 同時，由于離心泵的吸入壓頭損失在控制閥上，以致會影響離心泵的正常工作。4 .

20、圖6-2表示一受壓容器，采用改變氣體排出量以維持容器內(nèi)壓力恒定，試問控制閥應(yīng) 選擇氣開式還是氣關(guān)式為什么圖6-2容器壓力控制解在一般情況下，應(yīng)選擇氣關(guān)式。因為在這種情況下，控制閥處于全關(guān)時比較危險, 容器內(nèi)的壓力會不斷上升，嚴(yán)重時會超過受壓容器的耐壓范圍，以致?lián)p壞設(shè)備，造成不應(yīng)有 的事故。選擇氣關(guān)式，可以保證在氣源壓力中斷時，控制閥自動打開，以使容器丙壓力不至 于過高而出事故。氣關(guān)型式。.圖53回流/控制解 該系統(tǒng)的目的是通過改變回流量來維持塔頂溫度恒定，其最終目標(biāo)是為了保證塔 頂產(chǎn)品的成分（純度）恒定。采用這種控制方案，說明該精馀過程的操作中，對塔頂產(chǎn)品成 分的要求是較高的，如果塔頂產(chǎn)品的純

21、度不能達(dá)到一定要求，則說明沒有達(dá)到精儲過程的預(yù) 定目標(biāo)?；亓髁康拇笮⒅苯佑绊懰敎囟?，也即影響塔頂產(chǎn)品的純度。如果回流量等于零, 就會有大量不合格的產(chǎn)品從塔頂采出，這是不允許的。從這一點考慮，回流量的控制閥處于 全關(guān)狀態(tài)比較危險，所以應(yīng)選擇氣關(guān)閥。當(dāng)氣源壓力中斷時，控制閥處于開啟狀態(tài)，回流量 很大，以避免大量不合格產(chǎn)品從塔頂采出。由于這時回流量超過規(guī)定數(shù)值，使塔頂產(chǎn)品的純 度（輕組分）比要求的還要高，所以會造成一定的能量浪費，降低生產(chǎn)效率，但這是為了在 事故狀態(tài)下仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量所付的代價，是不可避免的。當(dāng)然，以上關(guān)于控制閥開、關(guān)型 式的選擇只是從一般的情況來考慮的，不是絕對的，有時還要從工

22、藝狀況的綜合考慮才能最 終確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式。6 .對于一臺現(xiàn)有的氣動薄膜式執(zhí)行器，可以通過哪些方法來改變它的氣開、氣關(guān)型式反個亞二 b圖6-4級合方式圖解一般可以通過下列三種方法來較方便地改變氣動薄膜式執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式。圖6-4是直通雙座控制閥與執(zhí)行機構(gòu)的組合方式示意圖。氣動薄膜式執(zhí)行器的氣關(guān)、氣 開型式是由執(zhí)行機構(gòu)的正、反作用和控制閥的正裝、反裝組合而定的。其中圖(a)、(d)都是 氣關(guān)閥，因為隨著氣壓信號的增加，這兩種情況下，閥芯與閥座之間的流通而積都是減小的, 故是氣關(guān)型控制閥。圖(b),(c)都是氣開閥，因為隨著氣壓信號的增加，這兩種情況下，閥 芯與閥座之間的流通面積都

23、是增加的，故是氣開型控制閥。改變閥芯的正裝、反裝方式，可以改變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。例如圖(a)的閥芯是 正裝的，為氣關(guān)閥，如果將閥芯反裝，便成了圖(b),成了氣開閥。同樣如果將圖(0)中的 閥芯由正裝改為反裝，便成了圖(d),圖(0)為氣開閥，圖(d)為氣關(guān)閥。一般控制閥的閥 芯與閥桿是采用螺紋連接的，并用圓柱銷固定，根據(jù)需要可以改變其連接方式，這樣就可以 改變閥芯的正裝、反裝方式了。在條件允許時，通過改變執(zhí)行機楊的正、反作用也可以改變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。 當(dāng)氣體壓力從膜片上方引進(jìn)時，為正作用執(zhí)行機構(gòu)，如果將氣體壓力改為從膜片下方引進(jìn), 就可以將執(zhí)行機構(gòu)由正作用改為反作用，相應(yīng)就可以改

24、變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。另外，通過改變閥門定位器中的凸輪安裝方式，可以改變引人膜頭的氣壓信號的變化 方向與控制器來的氣壓信號的變化方向之間的關(guān)系。例如控制器來的信號增加時，凸輪正裝, 膜頭上的氣壓信號如果是增加的，若將凸輪反裝，膜頭上的氣壓信號就會減小。這樣亦可以 相應(yīng)地改變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。7 .在實際生產(chǎn)中，如果由于負(fù)荷的變動，使原設(shè)計的控制閥尺寸不能相適應(yīng)，會有什么 后果，為什么解控制閥的尺寸是按負(fù)荷的大小、系統(tǒng)提供的壓差、配管情況、流體性質(zhì)等設(shè)計的。 如果由于生產(chǎn)負(fù)荷的增加，使原設(shè)計的控制閥尺寸顯得太小時，會使控制閥經(jīng)常工作在大開 度，控制效果不好，當(dāng)出現(xiàn)控制閥全開仍滿足不了生

25、產(chǎn)負(fù)荷的要求時，就會失去控制作用。 此時若企圖開啟旁路閥，來滿足對負(fù)荷的要求，就會使控制閥特性發(fā)生畸變，可調(diào)范闈大大 降低：當(dāng)生產(chǎn)中由于負(fù)荷減少，使原設(shè)計的控制閥尺寸顯得太大時，會使控制閥經(jīng)常工作在 小開度，控制顯得過于靈敏(對于直線流量特性的控制閥，尤為嚴(yán)重)，控制閥有時會振動, 產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重時發(fā)出尖叫聲。此時為了增加管路阻力，有時會適當(dāng)關(guān)小與控制閥串聯(lián)的工 藝閥門，但這樣做會使控制閥的特性發(fā)生嚴(yán)重畸變，甚至?xí)咏扉_特性，控制閥的實際可 調(diào)范圍降低，嚴(yán)重時會使閥失去控制作用。所以當(dāng)生產(chǎn)中負(fù)荷有較大改變時，在可能的條件 下，應(yīng)相應(yīng)地更換控制閥，或采用其他控制方案，例如采用分程控制系統(tǒng)，由大

26、、小兩個控 制閥并聯(lián)，就可以在較大范圍內(nèi)適應(yīng)負(fù)荷變動的要求。8 .角行程電動執(zhí)行機構(gòu)中的位置發(fā)送器起什么作用如果沒有位置發(fā)送器，電動執(zhí)行器 接受控制儀表的信號以后，會如何動作.*r圖6-5電動執(zhí)行器原理示意圖解 圖6.5是角行程執(zhí)行機構(gòu)的原理示意圖。io是來自控制器的信號，if是來自位置 發(fā)送器的反饋信號。i。與if經(jīng)比較后，進(jìn)入伺服放大器，放大后的信號U驅(qū)動伺服電動機轉(zhuǎn) 動，并經(jīng)過減速器它輸出電動執(zhí)行機構(gòu)的轉(zhuǎn)角a, 一方面推動控制閥動作，另一方而經(jīng)位置 發(fā)送器，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的反饋信號if。由原理圖可以看出，位置發(fā)送器在電動執(zhí)行機構(gòu)中是起負(fù)反饋的作用，以實現(xiàn)電動機 執(zhí)行機構(gòu)的輸出a與輸入io的比

27、例關(guān)系。位置發(fā)送器是一種將位移(轉(zhuǎn)角)變換為電流的裝置，它的主要部分是差動變壓器。假設(shè)位置發(fā)送器的輸入a與輸出if有以下關(guān)系：if= Ka式中K為比例系數(shù)。當(dāng)i。增加時，伺服放大器的輸出u增加，于是驅(qū)動伺服電動機向一個方向轉(zhuǎn)動，經(jīng)減 速器后產(chǎn)生轉(zhuǎn)角a,由位置發(fā)送器變換為反饋信號if, if增加直至Zf=to時，伺服放大器的輸入 信號為零，于是輸出也為零，伺服電動機停止轉(zhuǎn)動，執(zhí)行機構(gòu)處于某一位置上。由于要使電 機停轉(zhuǎn)，必有io=if，又有if=Ka,故可得a='io,這就實現(xiàn)了電動執(zhí)行機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)角。與輸入信 K號i。的比例關(guān)系。由以上分析可見，電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出a之所以能按輸入i。成比例

28、的變化，完全是依 靠位置發(fā)送器的負(fù)反饋作用實現(xiàn)的。如果沒有了位置發(fā)送器，一旦有輸入小伺服放大器就 有輸出，電動機將不停地轉(zhuǎn)動，直至控制機構(gòu)到達(dá)極限位置(閥全開或全關(guān))為止，這樣就 起不到控制作用了。伺服電動機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)取決于u的極性，亦即與i。、if比較后的極性有關(guān)。當(dāng)i。大于 if時，電機向一個方向轉(zhuǎn)動，io小于if時，電機就向另一個方向轉(zhuǎn)動，直至io = if時，電機才 停止轉(zhuǎn)動。9 .圖6-6是電一氣轉(zhuǎn)換器的原理結(jié)構(gòu)圖。(1)試簡述其工作原理。(2)說明波紋管3, 4的負(fù)、正反饋作用。(3)在不考慮調(diào)零彈簧的作用時，試推出輸入電流io與輸出氣壓p。之間的關(guān)系。(4)說明調(diào)零彈簧的作用。

29、1 一杠桿；2一噴嘴擋核；3一負(fù)反饋波紋管4-正反饋波紋管 5一蹴鋼測量緩圖，7放大界，8一調(diào)號彈簧解(1)電一氣轉(zhuǎn)換器是按力矩平衡原理工作的。當(dāng)輸入的直流電流i。通入置于恒定磁 場里的測量線圈6時，線圈與磁鋼5之間產(chǎn)生一個向上的電磁力fl,使杠桿1繞支點O逆時 針旋轉(zhuǎn)，于是減小了置于杠桿另一端的噴嘴擋板機構(gòu)之間的距離，噴嘴2的背壓升高，經(jīng)放 大器7放大后，一方而輸出氣壓p。，同時反饋到負(fù)反饋波紋管3和正反饋波紋管4中，建 立起與電磁力矩相平衡的反饋力矩。由于反饋的作用，使輸出氣壓信號P。與線圈電流i。成 一定的比例關(guān)系，這樣就將輸入電流io轉(zhuǎn)換為與之成比例的20lOOkPa的氣壓信號poo(

30、2)當(dāng)io增加時，產(chǎn)生一個電磁力，使杠桿1逆時針旋轉(zhuǎn)，擋板靠近噴嘴，使p。上升。 當(dāng)P。通入波紋管3后，產(chǎn)生一個向上的推力f3,使杠桿1繞支點O順時針旋轉(zhuǎn)，噴嘴離開 擋板，P。下降。由于f3與fl對P。的作用是相反的，故起負(fù)反饋作用，波紋管3稱為負(fù)反饋 波紋管。當(dāng)p。通入波紋管4后，產(chǎn)生一個向上的推力九，使杠桿1繞支點0逆時針旋轉(zhuǎn)， 噴嘴靠近擋板，P。上升。由于人與丸在杠桿上引成的力矩方向是一致的，都使p。增加，故 起正反饋作用，波紋管4稱為正反饋波紋管。由于波紋管3離開支點0的距離a比波紋管4離開支點0的距離b大，在通入相同的 信號p。后，在兩波紋管有效面積相同的情況下，負(fù)反饋力矩大于正反饋

31、力矩，故總的效果 是起負(fù)反饋作用。(3)在不考慮調(diào)零彈簧8的作用時，作用在杠桿1上一共有三個力。f】是電磁力，在磁 場恒定的條件下，其大小與通過線圈的測量電流i。成正比，即f|=Kg.設(shè)兩波紋管3, 4的有效面積相等且為A,通入兩波紋管內(nèi)的氣壓信號均為p。,則有f2 = fj = poAu在杠桿1平衡時，作用其上的力矩總和應(yīng)為零，其條件為：fi(b 十 c)+f2b=f3a代入、f2、0的值，經(jīng)整理后應(yīng)有：_KR + c)外一77'。"。式中K1(b + c) A(a-b)上式說明，當(dāng)杠桿平衡，其輸出氣壓p。與輸入的電流i。成正比，這就實現(xiàn)了將電流信 號i。成比例地轉(zhuǎn)換為氣壓

32、信號P。，比例系數(shù)K與K】、a,b,c等數(shù)值有關(guān)，調(diào)整支點0的位置 可以方便地改變其比例系數(shù)。(4)在杠桿的一端有一調(diào)零彈簧，調(diào)整它可以改變作用在杠桿上的預(yù)拉力f4的大小。如 果考慮人在杠桿上引成的逆時針方向的力矩，則平衡條件為：fi (b+c) +f2b+f4 (a+d) =f3a代入有關(guān)數(shù)值，經(jīng)整理后可得：Kb + c) . a + d .Pc = -4-J zn + -； . = Ki,、+ K f./0 A(a-b) 0 4(-冷八 °74式中K'=、為一比例系數(shù),在一定的結(jié)構(gòu)條件下為一常數(shù)。A(a-b)由上式可以看出，調(diào)整彈簧的預(yù)拉力人可以改變在io=O時的初始輸出

33、值，所以起著調(diào) 整零點的作用，起名為調(diào)零彈簧。10 .圖6-7為一加熱器。利用工藝上主要介質(zhì)的廢熱來加熱某物料，物料的出口溫度需 要保持恒定，為此設(shè)計溫度控制系統(tǒng)，利用改變進(jìn)入加熱器的載熱體流量來控制物料出口溫 度。但由于載熱體為工藝上的主要介質(zhì)，其總流量是不能改變的，且其廢熱用來加熱物料有 足夠的余量，試根據(jù)上述情況選擇控制閥的型式，并畫出其控制方案圖0解 應(yīng)選擇三通控制閥，具體控制方案可采用如圖6-8(a),(b)兩種方案。圖6-8加熱器的控制方案困6-9采用直通閥的方案圖6-8的三通閥安裝在我熱體進(jìn)口管線上，應(yīng)采用三通分流閥，用來控制進(jìn)入加熱器 的載熱體流量與其旁路流量的比例，這樣既可以

34、改變進(jìn)入加熱器的載熱體流量，又可以保持 載熱體的總流量不受影響。當(dāng)物料出口偏高時，通過三通控制閥，來減少進(jìn)入加熱器的載熱 體流量，相應(yīng)就有較多載熱體從旁路經(jīng)過，這樣就可以使物料出口溫度下降，起到恒定物料 出口溫度的控制作用。由于載熱體的廢熱用來加熱物料有足夠的余量，所以在正常工況下只 要有一部分載熱體進(jìn)入加熱器就足以使物料出口溫度恒定在所希望的溫度，而其余的載熱體 從旁路通過，以保證總的載熱體流量不變。圖6-8 (b)的三通閥安裝在載熱體從加熱器的出口管線上，這時應(yīng)采用合流閥。一部分載 熱體從加熱器通過，另一部分載熱體從旁路通過，經(jīng)合流閥匯合在一起，以保證載熱體的總 流量不變。其作用也是用來控制進(jìn)入加熱器的載熱體流量與其旁路流量的比例，以達(dá)到恒定 物料出口溫度的目的。為了保持我熱體的總流量不變，又要控制進(jìn)入加熱器的載熱體流量，以達(dá)到控制出口 物料溫度的目的，一般不宜采用直通閥安裝在進(jìn)入加熱器的管線或安裝在旁路上的方案。如 圖 6-9 (a)、(b)所示。分析圖6-9 (a)的方案，可以知道與控制閥并聯(lián)的有一