第三章發(fā)信器與執(zhí)行器

1、l掌握發(fā)信器的特性l掌握執(zhí)行器的特點l一些自控元件的應用及工作原理 發(fā)信器其主要特征是能感知和檢測某一形態(tài)的信息、并將其轉換成另一形態(tài)的信息。因此、發(fā)信器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受(或響應)與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉換成與之對應的有用輸出信號的元器件或裝置。當然這里的信息應包括電量或非電量。 發(fā)信器(或測量設備)的輸出輸入關系特性是發(fā)信器的基本特性。 發(fā)信器所測量的物理量基本上有兩種形式，一種是穩(wěn)態(tài)(靜態(tài)或準靜態(tài))的形式，這種信號不隨時間變化(或變化很緩慢)，另一種是動態(tài)(周期變化或瞬態(tài))的形式，這種信號是隨時間變化而變化的。 由于輸入物理量狀態(tài)不同，發(fā)信器所表現出來的輸

2、出輸入特性也不同，因此存在所謂靜態(tài)特性和動態(tài)特性。由于不同發(fā)信器有不同的內部參數，它們的靜態(tài)特性和動態(tài)特性也表現出不同的特點，對測量結果的影響也各不相同。一個高精度發(fā)信器，必須有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，這樣它才能完成信號(或能量)無失真的轉換。 一發(fā)信器的靜態(tài)特性 發(fā)信器在穩(wěn)態(tài)信號作用下，其輸出輸入關系稱為靜態(tài)特性。 衡量發(fā)信器靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、遲滯和重復性。 1線性度 發(fā)信器的線性度是指發(fā)信器輸出與輸入之間的線性程度。 發(fā)信器的理想輸出輸入特性是線性的，它具有以下優(yōu)點：(1)可大大簡化發(fā)信器的理論分析和設計計算；(2)為標定和數據處理帶來很大方便，只要知道線性輸出輸入特性

3、上的兩點(一般為零點和滿度值)就可以確定其余各點；(3)可使儀表刻度盤均勻刻度，因而制做、安裝、調試容易，提高測量精度；(4)避免了非線性補償環(huán)節(jié)。 dxdyKu輸入量的變化輸出量的變化2靈敏度（放大系數、傳遞系數）Ku 靈敏度是指發(fā)信器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化與輸入變化的比值。 對于線性發(fā)信器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，即 。非線性發(fā)信器的靈敏度為一變量。 一般希望發(fā)信器的靈敏度高(Ku大一些)，在滿量程范圍內是恒定的，即發(fā)信器的輸出一輸入特性為直線。 xyKu3遲滯(遲環(huán)) 遲滯(或稱遲環(huán))特性表明發(fā)信器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程期間輸出輸入特性曲線不重合的程度，如圖所示。 對

4、應于同一大小的輸入信號，發(fā)信器正反行程的輸出信號大小不相等，這就是遲滯現象。產生這種現象的主要原因是發(fā)信器機械部分存在不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊因件松動、材料的內摩擦、積塵等。 遲滯大小一般要由實驗方法確定。用最大輸出差值max對滿量程輸出y F.S的百分比表示 %100.maxSFlye式中max為正反行程輸出值間的最大差值。 4重復性 重復性表示發(fā)信器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時所得特性曲線不一致性程度。多次重復測試的曲線重復性好，誤差也小。重復特性的好壞是與許多因素有關的，與產生遲滯現象具有相同的原因。 不重復性指標一般采用輸出最大不重復誤差max與滿量程輸出yF.S的

5、百分比表示：%100.maxSFzye 不重復性誤差是屬于隨機誤差性質的，按上述方法計算就不太合理了。校準數據的離散程度是與隨機誤差的精密度相關的，應該根據標準偏差來計算重復性指標。因此，重復性誤差ez可按下式計算： 標準偏差。%100)32(.SFzye誤差服從正態(tài)分布，標準偏差可以根據貝塞爾公式來計算：式中：y i測量值； 測量值的算術平均值；n測量次數。112nyyniiy 在測量靜態(tài)信號時，線性發(fā)信器的輸出輸入特性是一條直線，二者之間有一一對應的關系，而且因為被測信號不隨時間變化，測量和記錄過程不受時間限制。 而在實際測試工作中，大量的被測信號是動態(tài)信號，發(fā)信器對動態(tài)信號的測量任務不僅

6、需要精確地測量信號幅值的大小，而且需要測量和記錄動態(tài)信號變換過程的波形，這就要求發(fā)信器能迅速準確地測出信號幅值的大小和無失真的再現被測信號隨時間變化的波形。 發(fā)信器的動態(tài)特性是指發(fā)信器對激勵(輸入)的響應(輸出)特性。 一個動態(tài)特性好的發(fā)信器，其輸出隨時間變化的規(guī)律(變化曲線)，將能同時再現輸入隨時間變化的規(guī)律(變化曲線)，即具有相同的時間函數。這就是動態(tài)測量中對發(fā)信器提出的新要求。 但實際上除了具有理想的比例特性的環(huán)節(jié)外，輸出信號將不會與輸入信號具有完全相同的時間函數，這種輸出與輸人間的差異就是所謂的動態(tài)誤差。 測量水溫的實驗過程：一個恒溫水槽水溫保持T環(huán)境溫度為T0 設TT0把一支熱電偶放

7、于此環(huán)境中一定時間，熱電偶反映出來的溫度應為T0(不考慮其它因素造成的誤差) 將熱電偶迅速插到恒溫水槽的熱水中(插入時間忽略不計)，這時熱電偶測量的溫度參數發(fā)生一個突變，即從T突然變化到T0。立即觀察熱電偶輸出的指示值，熱電偶指示出來溫度從T0上升到了T，歷經了時間從t0到t的過渡過程。 如圖從t0t的過程中，測試曲線始終與溫度從T0跳變到T的階躍波形存在差值，這個差值就稱為動態(tài)誤差。從記錄波形看，測試具有一定失真。 熱電偶測量熱水溫度時，水溫的熱量需通過熱電偶的殼體傳播到熱接點上，熱接點又具有一定熱容量，它與水溫的熱平衡需要一個過程，所以熱電偶不能在被測溫度變化時立即產生相應的反映。 這種由

8、熱容量所決定的性能稱為熱慣性，這種熱慣性是熱電偶固有的，這種熱慣性就決定了熱電偶測量快速溫度變化時會產生動態(tài)誤差。 這種影響動態(tài)特性的“固有因素”任何發(fā)信器都有，只不過它們的表現形式和作用程度不同而已。研究發(fā)信器的動態(tài)特性主要是從測量誤差角度分析產生動態(tài)誤差的原因以及改善措施。 在采用階躍輸入研究發(fā)信器時域動態(tài)特性時，為表征發(fā)信器的動態(tài)特性，常用上升時問、響應時間(過渡過程時間)、動態(tài)偏差等參數來綜合描述，如圖所示。 發(fā)信器實質上是一個信息(能量)轉換和傳送的通道，在靜態(tài)測量情況下，輸出量為輸入量的函數。在動態(tài)測量情況下，如果輸入量隨時間變化時，輸出量能立即隨之無失真地變化的話，那么這樣的發(fā)信

9、器可以看作是理想的。但是實際的發(fā)信器(或測試系統)，總是存在著諸如彈性、慣性和阻尼等元件。此時，輸出y不僅與輸入x有關，而且還與輸入量的變化速度dxdt，加速度d2xdt2等有關。 要精確地建立發(fā)信器(或測試系統)的數學模型是很因難的。在工程上總是采取一些近似的方法，忽賂一些影響不大的因素，給數學模型的確立和求解都帶來很多方便。 對于無套熱電偶、熱電阻等測量元件，其動態(tài)特性屬于一階元件（單容對象）。 i 課堂練習：推導無套熱電偶動態(tài)方程。 被測介質溫度為i傳感器測頭溫度為 執(zhí)行器是構成自動控制系統不可缺少的重要部分，它在自動控制系統中，接受來自調節(jié)器的控制信號，轉換成角位移或直線位移輸出，并通

10、過調節(jié)機構改變流入(或流出)被控對象的物質量(或能量)，達到控制溫度、壓力、流量、液位、空氣溫度等工藝參數的目的。 執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機關兩部分所組成。 執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動部分，它按照調節(jié)器所給信號的大小，產生推力或位移； 調節(jié)機關是執(zhí)行器的調節(jié)部分，最常見的是調節(jié)閥，它接受執(zhí)行器的操縱，改變閥芯與閥座間的流通面積，控制工藝介質的流量(或能量)。 按照采用動力能源形式的不同，執(zhí)行器可分三大類：電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器。 目前在生產過程的自動控制系統中，用得最為普遍的是電動執(zhí)行器與氣動執(zhí)行器兩種。電動執(zhí)行器的輸入信號有連續(xù)信號和斷續(xù)信號兩種，連續(xù)信號為0一10mA DC和420

11、mA DC兩種范圍，斷續(xù)信號系指開關信號。氣動執(zhí)行器的輸入信號為20100kPa。 電動調節(jié)器通過電一氣轉換器或電一氣閥門定位器可與氣動執(zhí)行器連接，從而達到電動儀表與氣動閥門并用的目的，構成電氣復合控制系統。 氣動執(zhí)行器又稱氣動調節(jié)閥，是指以壓縮空氣為動力的一種執(zhí)行器，它接受氣動調節(jié)器送來的氣壓信號，改變操縱量(如液體、氣體、蒸氣等)的大小，使生產過程按預定的要求自動進行，實現生產過程的自動控制。 氣功執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)閥兩部分組成。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生相應的推力，推動調節(jié)閥動作，調節(jié)機關是執(zhí)行器的調節(jié)部分，它直接與被調介質接觸，調節(jié)流體的流量。 氣動執(zhí)行

12、器具有結構簡單，動作可靠，性能穩(wěn)定，價格低廉，維修方便，防火防爆等特點。它能與氣動調節(jié)儀表配用，而且通過電一氣轉換器還能和電動調節(jié)儀表配用，因而，它廣泛地應用空調工程的自動控制系統中。 氣動執(zhí)行機構主要分為薄膜式和活塞式兩種?；钊接泻艽蟮妮敵鐾屏?，適用于高靜壓，高壓差的場合。氣動薄膜執(zhí)行機構主要用作一般調節(jié)閥(包括蝶閥)的推動裝置。無彈簧薄膜執(zhí)行機構常用于雙位式控制，氣動薄膜調節(jié)閥最為常用。 氣動薄膜執(zhí)行機構主要由薄膜、推桿和彈簧等組成。通常接受20一100kPa的標準壓力信號，并轉換成推力。 按動作方式分為正作用式和反作用式兩種當信號壓力增加，推桿向下移動的叫正作用式；當信號壓力增加、推桿

13、向上移動的叫反作用式。 正、反作用式執(zhí)行機構的構造基本相同。 來自調節(jié)器的信號壓力(通常為20100kPa)通入薄膜氣室時，在薄膜上產生一個推力，使推桿移動并壓縮彈簧，直至彈簧的反作用力與推力相平衡時，推桿穩(wěn)定在一個新的位置。信號壓力越大，推桿的位移量也越大。推桿的位移即為執(zhí)行機構的直線輸出位移，也稱行程。推桿從零走到全行程，閥門就從全開(或全關)到全關(或全開)。 與氣動執(zhí)行機構配用的調節(jié)閥有氣開和氣關 有信號壓力時，閥開啟的叫氣開式 有信號壓力時，閥關閉的叫氣關式 氣開和氣關是由氣動執(zhí)行機構的正、反作用與調節(jié)閥的正、反安裝來決定的。二、氣動執(zhí)行機構的特性 氣動薄膜執(zhí)行機構接受的氣動調節(jié)器輸

14、出的氣壓信號Pi發(fā)生變化時，膜頭氣室內壓力也隨之變化，使閥桿和閥芯上下移動，對流體產生調節(jié)作用，如圖所示。 氣動薄膜執(zhí)行機構的特性，即輸入的氣壓信號Pi與輸出的閥桿位移L之間的關系。 氣動薄膜機構的膜頭是一個封閉的氣室，節(jié)流氣室流出的氣量力零，因此 （1）式中 C膜頭的容量數； qi氣體輸入流量；P1膜頭內的氣壓信號。 dtdPCqi1qi與壓力的近似關系是： （2） RPPqii1式中 Pi調節(jié)器來的氣壓信號；R調節(jié)器到執(zhí)行機構間導管阻力系數。 將式（2）代入到式（1）中，并簡化得 （3） izPPdtdPT11式中T zRC稱為執(zhí)行機構的時間常數。(3)式是膜頭內壓力與輸入氣動執(zhí)行機構的氣

15、壓信號之間的微分方程式。 從膜片的運動看，P1變化形成對膜片的推力P1F(F是膜片有效面積，并假設不變)，如果忽略閥桿密封填料處的摩擦力和運動部件的慣性力，此推力引起彈簧位移，有 （4） lKFPl1式中 Kl彈簧的彈性系數；L彈簧的位移即閥桿的位移。 將式（4）代入式（3）整理后得： （5）上式是氣動執(zhí)行機構閥桿位移與輸入氣壓信號變化的微分方程式。 ilzPKFldtdlT （6） iKPl 在實際應用中，一般都將氣動執(zhí)行機構作為一階慣性環(huán)節(jié)來處理。當執(zhí)行機構時間常數較小，即當被控對象時間常數較大時，可把氣動執(zhí)行機構作為放大環(huán)節(jié)來處理，這時則有： 式中KFK l是氣動執(zhí)行機構放大系數。 因此

16、，氣動薄膜執(zhí)行機構的輸出閥桿位移與輸入氣壓信號成比例關系。 電動執(zhí)行器接受來自調節(jié)器的電流信號，并將其轉換成相應的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等調節(jié)機關，以實現自動控制。電動執(zhí)行器還可以通過電動操作器實現控制系統的自動操作和手動操作的相互切換。它有角行程、直行程和多轉式三種類型。 電動執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)閥兩部分組成，其中調節(jié)閥部分多數和氣動執(zhí)行器是通用的。電動執(zhí)行器根據不同的使用要求有各種結構。 最簡單的電動執(zhí)行器是電磁閥。它利用電磁鐵的吸合和釋放，對小口徑的閥門作通斷兩種狀態(tài)的控制。 連續(xù)動作的電動執(zhí)行器由伺服電動機、減速器和位置發(fā)送器三部分組成，它接受可控硅交流開關或電動操作器

17、的信號，使伺服電機按正、反方向運轉，通過減速器減速后，變成較大的輸出力矩去帶動閥門。同時位置發(fā)送器又根據閥門的位置，發(fā)出相應數值的直流電流信號反饋到前置磁放大器的輸入端，與來自調節(jié)器的輸出電流進行比較，并將二者的偏差進行放大，以驅動兩相電動機轉動，再經減速器減速，帶動輸出軸改變轉角。 電動執(zhí)行機構輸出軸轉角與輸入信號成正比，所以整個電動執(zhí)行機構可近似地看成是一個比例環(huán)節(jié)。 在實際自動控制系統中，電與氣兩種信號常?；旌鲜褂?，這樣可以取長補短，組成電氣復合控制系統，因而有各種電氣轉換器及氣電轉換器把電信號(010mADC或420mADC)與氣信號20一100kPa進行相互轉換。電一氣轉換器把電動變

18、送器送來的電信號變?yōu)闅鈮盒盘?，送到氣動調節(jié)器；也可把電動調節(jié)器輸出的電信號變?yōu)闅鈮盒盘柸ヲ寗託鈩诱{節(jié)閥。電氣閥門定位器，則具有電氣轉換和氣動閥門定位器兩種作用。 1電氣轉換器 電氣轉換器的結構原理如圖所示，它是按力矩平衡原理進行工作的。 當直流0一10mA電流信號通入置于恒定磁場里的測量線圈時，所產生的磁通與磁鋼在空氣隙中的磁通相互作用而產生一個向下的電磁力(即測量力)，由于線圈固定在杠桿上，使杠桿繞支承點O偏轉，于是裝在杠桿一端的擋板靠近噴嘴，使其背壓升高，經過氣動功率放大器后，一方面輸出，一方面反饋到波紋管，建立起與測量力矩平衡的反饋力矩，反之亦然。于是輸出氣壓信號的大小就與輸入測量線圈電

19、流成一一對應的關系。 2電氣閥門定位器 電氣閥門定位器可將電動調節(jié)器輸出的0一10mADC或420mADC信號轉換成氣壓信號去操作氣動執(zhí)行機構。 配氣動薄膜執(zhí)行機構的電氣閥門定位器的動作原理如圖所示。 電氣閥門定位器是按力矩平衡原理工作的。當輸入信號電流通入力矩線圈時，線圈與永久磁鋼作用后對杠桿產生一個力矩，于是檔板靠近噴嘴，經放大器放大后，送入薄膜氣室，使杠桿向下移動，并帶動反饋桿繞其支點向下轉動，連在同一軸上的反饋凸輪也作順時針方向轉動，通過滾輪使小杠桿繞其支點偏轉，拉伸反饋彈簧。當反饋彈簧對小杠桿的拉力與力矩馬達作用在杠桿上的力相等時，兩者力矩平衡，閥門定位器達到平衡狀態(tài)，此時，一定的輸

20、入信號電流就對應于氣動薄膜調節(jié)閥一定的閥門位置。 一直通調節(jié)閥及其特性 直通調節(jié)閥是一種調節(jié)機構，它和電動執(zhí)行機構組成電動調節(jié)閥，和氣動執(zhí)行機構組成氣動調節(jié)閥。 電動或氣動調節(jié)閥安裝在工藝管道上直接與被調介質相接觸，因而它的性能好壞將直接影響控制的質量。它在執(zhí)行機構的操縱下，實現對介質的控制，完成自動控制的任務。 （一）工作原理 從流體力學的觀點看，調節(jié)閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對不可壓縮的流體，由能量守恒原理可推導出調節(jié)閥的流量方程式為式中： q流體流經閥的流量(m3s)；P1和P2分別為進口端和出口端的壓力(MPa)； F閥所連接管道的截而積(m2)； Dg閥的公稱通徑(mm)；

21、 流體的密度(Kgm3)； 閥的阻力系數。PDPPFqg24)(2221 由上式可見當F一定，(P1P2)不變時，則流量僅隨阻力系數變化。阻力系數主要與流通面積(即閥的開度)有關，也與流體的性質和流動狀態(tài)有關。 調節(jié)閥阻力系數的變化是通過閥芯行程的改變來實現，即改變閥門開度，也就改變了阻力系數，從而達到調節(jié)的目的。閥開得越大，將越小，則通過的流量將越大。 （二）直通調節(jié)閥的主要類型 直通調節(jié)閥主要由上閥蓋、下閥蓋、閥體、閥芯、閥座、填料及壓板等零件組成。根據不同的要求，直通調節(jié)閥有多種結構形式。 1直通單座閥 直通單座閥的閥體內只有一個閥芯和閥座，如圖(a)所示。這種閥結構簡單，價格便宜，關閉

22、時泄漏量小。但由于閥座前后存在壓力差，對閥芯產生的不平衡力較大，所以單座閥僅適用于低壓差的場合。 2直通雙座閥 直通雙座閥閥體內有兩套閥芯和悶座，如圖(b)所示。流體作用在上、下閥芯上的推力的方向相反，大致可以抵消，所以閥芯所受的不平衡力很小，可使用在閥前、后壓差較大的場合。雙座閥的流通阻力比同口徑的單座閥大。由于兩個閥芯不易保證同時關緊，所以關閉時的泄漏量較大。 3角形閥 角形閥的閥體為角形如圖(c)所示。其它方面的結構與單座閥相似。這種閥流路簡單，阻力小，閥體內不易積存污物，所以特別適合高粘度、含懸浮顆粒的流體控制。 直通調節(jié)閥的流量特性是指介質流過調節(jié)閥的相對流量與調節(jié)閥的相對開度之間的

23、關系，即式中 qqmax相對流量，即調節(jié)閥在某一開度的流量與最大流量之比； 1L相對開度，即調節(jié)閥在某一開度的行程與全開時的行程之比。 Llfqqmax（三）直通調節(jié)閥的流量特性 一般說來，改變調節(jié)閥的閥芯與閥座之間的節(jié)流面積，便可控制流量。但實際上出于各種因素的影響，在節(jié)流面積變化的同時，還會引起閥前、后壓差的變化，從而使流量也發(fā)生變化。 為了便于分析，先假定閥前后壓差固定，然后再引伸到實際情況。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分。 直通調節(jié)閥在前后壓差固定情況下的流量特性為理想流量特性。 閥門的理想流量特性由閥芯的形狀所決定。 等百分比線性快開1理想流量特性 典型的理想流量特性

24、有直線流量特性(線性流量特性)、等百分比流量特性、拋物線特性和快開特性，如圖所示。 KLldqqdmax（1）線性流量特性 線性流量特性是指調節(jié)閥的相對流量變化與相對開度變化成比例，即單位行程變化所引起的流量變化是常數，用數學式表示為 式中 K常數，即調節(jié)閥的放大倍數。 (1)將上式積分可得： （2）式中C為積分常數。把邊界條件l0時,qqmin；llmax，qqmax，代人上式得 ，式中R為調節(jié)閥所能控制的最大流量qmax與最小流量qmin的比值，稱為調節(jié)閥的可調范圍。 CLlKqqmaxRqqC1maxminRCK111 q min并不等于調節(jié)閥全關時的泄漏量，一般它是q max的24，而

25、閥泄漏量僅為最大流量的(01001)。 直通單座、直通雙座、角形閥的理想可調范圍R為30。 將C和K代人式(2)，可得 （3）LlRRqq)1(11max此式表明qq max與lL之間成直線關系，如圖126中所示曲線1。 由圖126曲線可以看出線性流量特性調節(jié)閥的單位行程變化所引起相對流量變化是相等的。 如以全行程的10、50、80三點來看，當行程都變化10時，相對流量的變化均為10總是相等的； 所引起的相對流量變化的相對值分別為%100%100101020%20%100505060%5 .12%100808090 可見，線性流量特性調節(jié)閥在行程變化相同的條件下所引起的相對流量變化也相同，但相

26、對流量變化的相對值不同，即流量小時，相對流量變化的相對值大，而流量大時，相對流量變化的相對值小。也就是說，閥在小開度時控制作用太強，不易控制，易使系統產生振蕩；而在大開度時，控制作用太弱，不夠靈敏，控制不及時。 （2）等百分比（對數）流量特性 等百分比流量特性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正比關系，即調節(jié)閥的放大系數隨相對流量的增加而增大。用數學式表示為 （4） maxmaxqqKLldqqd當K1時，d(qq max)d(lL)變化的百分數與qq max即該點相對流量變化百分數相等，故稱為等百分比流量特性。 將(4)式積分得： (5) CLlKqqmaxln把邊界條

27、件l0時,qq min；ll max，qq max，代人上式得 RRqqCln1lnlnmaxminRKln1maxLlRqq經整理得 (6) 相對開度與相對流量成對數關系，故又稱之為對數流量特性，如圖126曲線2所示。等百分比流量特性的調節(jié)閥在行程的10、50、80時，行程變化10所引起流量變化分別為191、73和204。它在行程小時，流量變化??；在行程大時，流量變化大，流量相對值變化分別為 %40%10067. 467. 458. 6%40%1003 .183 .186 .25%40%1008 .508 .502 .71 由此可見，行程變化相同所引起的相對流量變化率總是相等，因此，對數特性

28、又稱為等百分比特性。 等百分比閥的放大系數是隨行程的增大而遞增，即在開度小時，相對流量變化小，工作緩和平穩(wěn)，易于控制；而開度大時，相對流量變化大，工作靈敏度高，這樣有利于控制系統的工作穩(wěn)定。 （3）拋物線流量特性 2/1maxmaxqqCLldqqd2max111LlRRqq 拋物線流量特性的調節(jié)閥的相對流量與相對開度的二次方成比例關系，即 對上式積分并代人邊界條件后得 在直角坐標上，拋物線流量特性是一條拋物線，它介于直線及等百分比曲線之間。如圖126曲線3所示。 （4）快開特性 調節(jié)閥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，故稱為快開特性，如圖126曲線4所示。 快開特性

29、的閥芯形式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統。 在實際使用時，調節(jié)閥安裝在具有阻力的管道系統上，調節(jié)閥前后的壓差值不能保持恒定，因此雖然在同一相對開度下，通過調節(jié)閥的流量將與理想特性時所對應的流量不同。 所謂調節(jié)閥的工作流量特性是指調節(jié)閥在前后壓差隨負荷變化的工作條件下，它的相對流量與相對開度之間的關系。 （1）串聯管道時調節(jié)閥的工作流量特性 直通調節(jié)閥與管道和設備串聯的系統及其壓差變化情況如圖所示。 調節(jié)閥安裝在串聯管道系統中，串聯管道系統的阻力與通過管道的介質流量成平方關系。當系統總壓差為一定時，調節(jié)閥一旦動作，隨著流量的增大，串聯設備和管道的阻力亦增大，這就使調節(jié)閥上壓差減

30、小，結果引起流量特性的改變，理想流量特性就變?yōu)楣ぷ髁髁刻匦?。假設在無其他串聯設備阻力的條件下，閥全開時的流量為q max，在有串聯設備阻力的條件下，閥全開的流量為q100，兩者關系可用下式表示：Sqqmax100式中S為閥全開時，閥上的壓差與系統總壓差之比值，稱S為閥門能力，即PPPPPPS13132式中 P1調節(jié)閥全開時閥上的壓力降； P包括調節(jié)閥在內的全部管路系統總的壓力降。 顯然，隨著串聯阻力的增大，S值減小，則q100會減小，這時閥的實際流量特性偏離理想流量特性也就愈嚴重。以q100作參比值，不同S值下的工作流量特性如下圖所示。 由上圖可以看出，當S=1時，理想流量特性與工作流量特性一

31、致；隨著S的值降低，q100逐漸減小，所以實際可調范圍R(Rq maxq min)是調節(jié)閥所能控制的最大與最小畸變，也會逐漸減??；隨著S值的減小，特性曲線發(fā)生畸變，直線特性閥趨于快開特性，而等百分比特性閥趨于直線特性閥，這就使得調節(jié)閥在小開度時控制不穩(wěn)定，大開度時控制遲緩，會嚴重影響控制系統的調節(jié)質量。因此，在實際使用時，對S值要加以限制，一般希望不低于0305。 （2）并聯管道時調節(jié)閥的工作流量特性 調節(jié)閥一般都裝有旁路，以便于手動操作和維護，當負荷提高或調節(jié)閥選小了時，可以打開一些旁路閥，此時調節(jié)閥的理想特性就改變?yōu)楣ぷ魈匦浴?若以X代表管道并聯時調節(jié)閥全開流量與總管最大流量q max之比

32、，可以得到在壓差為一定，而X值不同時的工作流量持性，如下圖所示。 當X=1即旁路閥關閉時，工作特性同理想特性一致。隨著X的減小，系統的可調比大大下降。同時，在生產實際中總有串聯管道阻力的影響，調節(jié)閥上壓差還會隨流量的增加而降低，使可調比更為下降。一般認為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即X值不能低于0.8。 （一）、理想流量特性 三通調節(jié)閥的理想特性及數學式符合前述直通調節(jié)閥理想特性的一般規(guī)律。直線流量特性的三通調節(jié)閥在任何開度時，流過上、下兩閥芯流量之和不變，即總流量不變，因而是一條平行于橫軸的直線，如圖1210中的曲線(1)所示。圖中(1)和（1”）是分支流量特性。等百分比特性調節(jié)閥

33、總流量是變化的，如圖12一10所示曲線(2)。曲線(2)在開度為50處的總流量最小，向兩邊逐漸增大至最大。當可調范圍相同時，直線特性的三通調節(jié)閥比等百分比特性的三通調節(jié)閥總流量大，也比拋物線特性的三通調節(jié)閥的總流量大。 圖中曲線(3)拋物線特性的總流量比等百分比特性的三通調節(jié)閥總流量要大。直線特性三通閥在相對開度為50時，通過上、下閥芯的流量相等。（二）、工作流量特性 三通調節(jié)閥當每一支路存在阻力降(如管道、閥門、設備)時，其工作流量特性與直通調節(jié)閥串聯管道時一樣。一般希望三通調節(jié)閥在工作過程中流過三通閥的總流量不變，因此三通調節(jié)閥僅起調節(jié)流量分配的作用。在實際使用中，三通閥上的壓降比管路系統

34、總壓降要小，所以總流量基本上取決于管路系統的阻力，而三通閥開度對流量的變化影響很小，因而在一般情況下，可以認為三通閥的總流量基本不變。 當三通調節(jié)閥每一分路S值都等于1時，也就是每一分路的系統壓降小到可以忽略時，可采用直線流量特性的調節(jié)閥，如圖1211所示；當每一分路的S值都等于0.5左右時，也就是每一分路管道阻力降與閥上壓降基本相同時，可采用拋物線特性的三通調節(jié)閥，如圖1212所示。 調節(jié)風門即風閥，也是常用的調節(jié)機構，它和電動執(zhí)行機構組成電動調節(jié)風門，和氣動執(zhí)行機構組成氣動調節(jié)風門用來自動控制空氣調節(jié)系統的風量。 （一）、調節(jié)風門的種類 在空調工程中，常用的調節(jié)風門有單葉風門和多葉風門。

35、單葉風門可分為蝶式風門和菱形風門，如圖12一13所示。圖中(a)為蝶式風門，用于圓形截面的風道中。它的結構比較簡單，特別適用于低壓差大流量、介質為氣體的場合。圖中(b)為菱形風門，應用在變風量系統中作為末端裝置，具有工作可靠、調節(jié)方便和噪聲小等優(yōu)點，但結構上較復雜。 多葉風門又分為平行葉片風門、對開葉片風門、復式風門和菱式風門等，如圖1214所示。平行葉片風門是靠改變葉片的轉角來調節(jié)風量的，各葉片的動作方向相同。對開葉片風門也是靠改變葉片的轉角來調節(jié)風量的，但其相鄰兩葉片按相反方向動作。復式風門用來控制加熱風與旁通風的比例，閥的加熱部分與旁通部分葉片的動作方相反。多葉菱形風門是一種較新型的風門

36、，它利用改變菱形葉片的張角來改變風量(工作中菱形葉片的軸線始終處在水平位置上)。 （二）、調節(jié)風門的流量特性 調節(jié)風門的流量特性是指空氣流過調節(jié)風門的相對流量與風門轉角的關系。 象調節(jié)閥一樣，風門的工作流量特性與壓降比S值有關。圖1215和1216示出了平行式風門和對開式風門的工作流量特性。平行式葉片風門和對開式葉片風門，它們的特性都是隨著S值的減少而畸變愈益嚴重。 調節(jié)風門裝在風道系統中，我們希望獲得線性的工作特性。為此，對于平行式風門，全開時的阻力損失約占系統總壓降的50左右，即風門壓降比S=0.5，見圖12一15中曲線K；而對于對開式調節(jié)風門，全開時的阻力損失僅占系統部總壓降的10左右，

37、即風門的壓降比S0.1，見圖1216中曲線F。從減少噪聲和能量損失的觀點看，對開式葉片風門較平行式葉片風門較好。 1.調節(jié)閥流通能力定義 由調節(jié)閥的流體力學特性可得下列流量方程式：式中 qV1流量(m3/h)；F調節(jié)閥接管截面積(m2)；p1閥前壓力(Mpa)；p2閥后壓力(Mpa)；流體密度(kg/m3)； 阻力系數，取決于閥芯、閥體的結構。 2112ppFqV流通能力C定義：當調節(jié)閥全開時，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度為1000kg/m3時，每小時流經閥的介質流量，即為該閥的C值，以m3/h計。 FC50904 流通能力C值的大小取決于閥門的通徑和阻力系數。流通能力隨閥門通徑的增大而

38、增大。阻力系數只與閥結構有關，因此對于同類結構的調節(jié)閥具有相近的阻力系數。 同口徑不同類型的調節(jié)閥，阻力系數不盡相同，流通能力也就不相同。如流線形結構的球閥、蝶閥流阻小，具有大的流通能力；單座閥、多級型高壓閥等流阻大，流通能力較小。 2.調節(jié)閥流通能力計算 （1）一般流體 或 式中 qV體積流量(m3/h)；qm質量流量（kg/h）；p調節(jié)閥前后流體壓力差（MPa）；流體密度（kg/m3）。pqCV01.0pqCm01.0（2）氣體氣體具有可壓縮性，通過調節(jié)閥后氣體密度小于閥前的密度，其C值TppqCHH15193（3）水蒸氣 1100pGCs 合理選擇調節(jié)閥的口徑，對自動控制系統來講是一個很

39、重要的問題。如果過多地考慮流量裕量，選閥口徑偏大，不但經濟上造成浪費，更不利的是閥門經常工作在小開度，可調節(jié)的范圍顯著減小，使調節(jié)閥性能變壞，甚至引起振動和噪聲，嚴重地影響了系統的穩(wěn)定性以及閥門的使用壽命。 為正確選擇調節(jié)閥口徑，調節(jié)閥的口徑計算一般按下面程序進行： （1）根據工藝條件，確定計算流量和壓差； （2）用相應的流通能力公式計算C值； （3）根據開度要求，圓整計算所得的C值，選取與該C值相應型號的調節(jié)閥的口徑； （4）驗算開度范圍。 計算調節(jié)閥口徑時，一般常以正常流量作為計算流量，它可根據生產能力確定。 根據調節(jié)系統需要的最大流量qmax，再加大10%，作為調節(jié)閥的最大流量q max

40、，按q max計算其流通能力C并圓整。選擇調節(jié)閥的口徑和它的流通能力C值，并要求所選調節(jié)閥C值接近或略大于C max值。 根據調節(jié)系統需要的最小流量qmin，或者在減少10%，作為調節(jié)閥的最小流量q min，按q min計算其流通能力C min。驗算調節(jié)閥在小流量時的調節(jié)性能，要求 。%10minCC 電磁閥是制冷自控系統中廣泛應用的一種開關式自動閥門，其動作可以由壓力控制器、溫度控制器或液位控制器發(fā)出的電氣訊號控制，以代替手動截止閥。一電磁閥分類 制冷自動系統中所用的電磁閥，根據控制流通的工質不同分為兩種，一種是控制制冷劑及潤滑油的電磁閥，叫(制冷劑)電磁閥；另一種是控制水的電磁閥，通常為便

41、于區(qū)分叫(水)電磁閥。 按照結構和動作原理電磁閥有直接作用式與間接作用式（繼動式）。通電開型、通電閉型。 二直接作用式電磁閥（直動式） 上半部為電磁線包部分，線包由高強度漆包線繞制而成。下半部為閥體，閥體用隔磁導管將工質封閉。隔磁導管用反磁不銹綱材料制成，動鐵芯、定鐵芯均用軟硬不銹鋼材料做成，閥針用非磁性不銹鋼制成，這樣閥針就不致因銹蝕或因剩磁粘吸鐵屑而破壞閥的密封性。閥針鉚在動鐵芯上。閥座用聚四氟乙烯做成。 工作原理；線包一通電產生磁場吸上動鐵芯帶動閥針上移，閥口開啟，線包斷電，磁場消失，動鐵芯和閥針靠自重和彈簧力使閥芯落下，閥口關閉。三繼動式電磁閥ZCL6，10，15，20型均采用繼動式。

42、小閥上半部是采用ZCL3型結構，小閥座做在大閥蓋上，大閥芯用聚四氟乙烯壓配在活塞上，大閥座做在閥體上。 繼動式電磁閥下部設有手動頂桿，必要時(如電壓不足或線包燒壞)，可手動頂開活塞以維持正常工作。 工作原理：當線包通電產生滋場，吸上動鐵芯和閥針，小閥口打開，使活塞上腔壓力因通過導壓孔通向閥的出口而下降，活塞上下產生壓差，使活塞浮起，大閥口開啟；線包失電，閥針落下使小閥口關閉。活塞上、下腔的壓力通過活塞上的平衡孔均壓，在活塞自重和彈簧力的作用下，活塞壓下使大閥口關閉。 1.安裝在貯液器（或冷凝器）與膨脹閥之間的管路上，電磁閥的接線與壓縮機的控制電路相連接，當壓縮機停機時，切斷向蒸發(fā)器的供液，不使

43、大量的制冷劑進入蒸發(fā)器，可以延長蒸發(fā)器的保溫時間，避免壓縮機再次啟動時產生液擊；2.電磁閥可用于自動控制制冷劑、水、油管路的通閉；3.電磁閥可以同雙位的溫度控制器配合，控制制冷裝置內部的溫度，實現溫度的雙位調節(jié)； 4.電磁閥還可以作為主閥的導閥。 電磁閥必須垂直安裝在水平管路上，其電磁線圈應在上面，流體的流向應與閥體上箭頭的方向一致，電磁閥前應裝設過濾器；線圈使用的電源、電壓及閥體進出口壓差應與銘牌相符。 主閥是導壓控制型的自動閥門，它必須與導閥配合使用，并且由導閥控制其啟閉，在一定條件下，還可以得到比例調節(jié)。1分類 主閥有液用(Y)、氣用(Q)之分 液用主閥只有常閉型(B) 氣用主閥有常開(

44、K)和常閉(B)兩種 主要零件有閥體、閥蓋、閥芯、活塞桿、活塞、活塞套和彈簧等。 閥體(或閥蓋)上設有手動頂桿，必要時可用頂桿將活塞組件頂起，使常閉型主閥閥芯開啟、常開型主閥閥芯關閉?；钊祥_有直徑l毫米的平衡孔。為防止污垢進入，主管裝有25目英寸2濾網，導管上裝有100目英寸2小濾網。 主閥通徑3265毫米其閥芯用聚四氟乙烯制成錐體，主閥通徑80毫米以上均制成平面。 2結構和工作原理 液用常閉型主閥的活塞上腔經導壓閥接至較主閥進口壓力低0.018MPa（0.18公斤厘米2）處，或連接到出口管路上。pPp1工作原理：若導閥開啟，則活塞上腔降壓，下腔壓力克服彈簧和活塞自重將活塞頂起，打開主閥閥口

45、；若導閥關閉，則高壓液體通過平衡孔使上腔壓力與入口壓力相同，在自重和彈簧力的作用下，活塞帶動主閥閥芯下落，使閥口緊閉。 pPp1 氣用常閉型主閥的導壓管路連接到進口管上，或接在較出口壓力高0.014MPa（0.14公斤厘米2）處。 工作原理：若導閥開啟，則主閥活塞上腔增壓，利用壓差克服彈簧力將活塞壓下，閥芯下降，主閥開啟；若導閥關閉，高壓氣體通過直徑1毫米的平衡孔向活塞下腔泄走，彈簧力將活塞項起，主閥關閉。pPp1 氣用常開型主閥的活塞上腔經導壓閥接至較主閥進口壓力高0.1MPa（l公斤厘米2）處。 工作原理：若導閥關閉，主閥處于常開狀態(tài)；若導閥開啟，則活塞上腔增壓，利用壓差克服彈簧力將活塞壓

46、下，閥芯下降，主閥關閉；導閥關閉，高壓氣體通過直徑1毫米的平衡孔向活塞下腔泄走，彈簧將活塞頂起，主閥開啟。 最大反壓差(見表)：處于關閉狀態(tài)的主閥，若閥后壓力增大超過閥前壓力和彈簧等加在閥芯上的關閉力，則閥芯將被強行開啟而導致工質倒流，這將造成制冷系統工作紊亂。對于有可能超過表中給出的最大反壓差的管路，主閥后面應加裝止回閥，以防止工質倒流。 主閥安裝時應注意只能水平安裝，不能垂直或傾斜安裝。 恒壓閥在自控中常作為主閥的壓力導閥，分為立式、橫式兩種，專用于控制主閥的啟閉，它與主閥配合使用時可以起比例調節(jié)作用。 按正、反作用開啟原理，恒壓閥又可分為正恒閥和反恒閥兩種。 正恒閥是常閉型壓力導閥，當壓

47、力高于設定值時，閥口開啟，直至全開。 反恒閥是常開型壓力導閥，當壓力高于設定值時，閥口關小，直至關閉。 按控制引管分，凡閥體上膜片下腔與導壓管隔開，并帶有引管的稱為型。帶引管的用引管引來的壓力控制導壓管路的通斷。 正恒閥的壓力范圍有兩種規(guī)格：0-7 kg/cm2和500mmHg-2kg/cm2；反恒閥有0-7kg/cm2一種。 1. 正恒閥 正恒閥ZZHA3型和ZZHB3型是正恒閥的兩種型式。 閥體和閥罩中間用不銹鋼膜片隔開。上半部為彈簧調節(jié)系統，可調節(jié)恒壓閥動作的設定壓力數值，右旋彈簧調節(jié)桿系增加彈簧壓力，左旋彈簧調節(jié)桿為減少彈簧壓力。下半部為氣體的通道。 工作原理：當膜片下面氣體壓力升高，

48、超過上部彈簧力時，膜片頂起，閥口開啟，氣體得以流通。當壓力繼續(xù)逐漸升高時，閥口隨之成正比例開大。反之，當膜片下面氣體壓力逐漸下降，則閥口隨之成比例關小。當壓力降至小于上部彈簧力時，膜片下落使閥口完全關閉。正恒閥是“升開降閉”(對膜片下部壓力而言)，起著使入口壓力恒定的作用。ZZHA3型的導壓管從入口處引來并控制入口處壓力恒定。ZZHB3型其導壓管與閥體膜片下腔隔斷，由外接引管引進的壓力來控制出口處壓力的恒定，引管引來的壓力越高，則恒壓閥開得越大。ZZHB3型正恒閥主要用于和常開型主閥配合裝在壓縮機吸入管上，回氣壓力越高，ZZHB-3型閥開得越大，可使常開型主閥反而關小，以避免壓縮機過載和使無卸裁裝置的壓縮機輕載起動。 2.反恒閥 ZZHC3型和ZZHD3型是反恒閥的兩種型式。 閥體和閥罩中間用不銹鋼膜片隔開，上半部與正恒閥相同，為彈簧調節(jié)系統。下半部閥體和閥芯則與正恒閥不同。 工作原理：當膜片下面壓力升高，超過彈簧的最小負荷時，閥口開始關小，此后膜片隨壓力的增高而逐漸升起，閥口隨之成比例的關小，壓力達到彈簧力最大值時，閥口關死。反之，當膜片下面壓力下降，閥口則逐漸開啟。 所以反恒閥與正恒閥相反是“升閉降開”。 為了簡化導閥與主閥聯合使用的方