過程控制儀表及控制系統(tǒng)第05章-過程執(zhí)行儀表課件

1、第5章 過程執(zhí)行儀表5.1 概述5.2 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.4 電-氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器5.5 電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇5-1 概述 過程執(zhí)行儀表，簡稱執(zhí)行器。執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行部件，其作用是接受調(diào)節(jié)器的輸出信號，以改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制參數(shù)，從而達(dá)到對被控變量進(jìn)行控制的目的。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）組成 調(diào)節(jié)器(控制器)閥門位置發(fā)生單元輸入信號執(zhí)行器y調(diào)節(jié)閥位置負(fù)反饋5-1 執(zhí)行器的工作原理5.1概述表5-1執(zhí)行器主要特性比較 根據(jù)能源種類，執(zhí)行器可分為電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器主要特性電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器液動執(zhí)行器構(gòu)造復(fù)雜簡單簡單體積小中大

2、配管配線簡單較復(fù)雜復(fù)雜推力小中大動作滯后小大小維護(hù)檢修復(fù)雜簡單簡單使用場合不適合防火防爆適合防火防爆要注意火花價格高低高圖5-2 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)原理示意圖5.2電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動執(zhí)行器是以電為能源的執(zhí)行器。包括伺服放大器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。有連續(xù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程手動控制和就地手動操作。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)按其輸出形式可分為角行程和直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大類，其電氣原理完全相同，僅減速器不一樣直行程是一個用交流伺服電動機(jī)為原理機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)框圖如下5.2.1直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖5-3 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)框圖直行程是一個用交流伺服電動機(jī)為原理機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)框圖如下5.2.1直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖5-3 電

3、動執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)框圖角行程 由伺服放大器和伺服電動機(jī)兩部分組成5.2.2角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖5-4 角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成框圖5.3氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動執(zhí)行器是接收氣動控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的推桿直線位移，以推動調(diào)節(jié)閥動作。分為兩種類型：薄膜式與活塞式。氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)較簡單，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按動作方式可分為正作用和反作用： 輸入信號增大，閥桿下移，為正作用閥； 輸入信號增大，閥桿上移，為反作用閥5.3.1氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、調(diào)節(jié)閥工作原理：當(dāng)不可壓縮流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時，由于流通面積的縮小，會產(chǎn)生局部阻力，并形成壓力降。設(shè)p1和p2分別是流體在調(diào)節(jié)閥

4、前后的壓力，為流體的密度，為接管處的流體平均流速，為阻力系數(shù)，在高雷諾數(shù)Re條件下，根據(jù)伯努力方程可得設(shè)調(diào)節(jié)閥接管的面積為A，則流體流過調(diào)節(jié)閥的體積流量Q為 可見阻力系數(shù)與閥門的結(jié)構(gòu)形式和開度有關(guān)，A一定時，改變調(diào)節(jié)閥截面積A一定時，改變調(diào)節(jié)閥的開度即可改變阻力系數(shù) ，從而達(dá)到調(diào)節(jié)被控介質(zhì)流量的目的。2、調(diào)節(jié)閥的分類：直通單座閥、直通雙座閥、蝶閥、三通閥、隔膜閥、角行閥等。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥3、調(diào)節(jié)閥流量特性：指被控價值流經(jīng)閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系，如下所示。 為相對流量，即某一開度的流量Q與閥全開流量Qmax 之比；l/L為相對開度，即某一開度的行程l與閥全開的行程L之比

5、。流量閥的流量特性會直接影響到自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須合理限制。流量閥的流量特性，根據(jù)實際使用情況可分為：理想流量特性和工作流量特性。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥理想流特性：在調(diào)節(jié)閥前后壓差不變的情況下得到的流量特性。常用調(diào)節(jié)閥中有4種典型的流量特性：直線流量特性、對數(shù)流特性、快開流量特性和拋物線流量特性。直線流量特性：指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系。用數(shù)字表示為 為常數(shù)，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥對數(shù)流特性(等百分比流量特性)：對數(shù)流特性指單位相對位移所引起的相對流量成百分比。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，隨著對數(shù)流量的增大，K亦增大。用數(shù)字表示為 為調(diào)

6、節(jié)閥的放大系數(shù)。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥快開流特性：這種流量特性調(diào)節(jié)閥，在小開度時，流量已很大，隨著開度增大，流量很快達(dá)到最大值（全開流量）故稱為快開流量特性。用數(shù)字表示為 快開特性調(diào)節(jié)閥主要用于位式控制或程序控制中。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥拋物線流特性：是指調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)K與該點的相對流量值的平方根成正比。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為 通常，拋物線流量特性可用對數(shù)量特性代替，因此工程上很少用。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍：指調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量Qmax與最小流量Qmin之比，用R來表示，即Qmin是調(diào)節(jié)閥可調(diào)流量的下限值，并不等于調(diào)節(jié)閥全關(guān)時的泄漏量。調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍也有可調(diào)范圍和工作

7、可調(diào)范圍。1）理想可調(diào)范圍：在調(diào)節(jié)閥前后差壓恒定條件下，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍可見理想可調(diào)范圍是其最大流通能力與最小流通能力之比。反映了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)能力的大小，希望可調(diào)的范圍大者為好，一般R=3050。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥工作流量特性介紹工作可調(diào)范圍：調(diào)節(jié)閥在實際工作時，由于管道的阻力變化，閥前后壓差也隨之變化的調(diào)節(jié)范圍，稱為工作可調(diào)范圍（或?qū)嶋H可調(diào)范圍），可分為串聯(lián)管道和并聯(lián)管道兩種情況來討論。工作流量特性：指調(diào)節(jié)閥前后壓差變化時調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移之間的關(guān)系，分為串聯(lián)管道和并聯(lián)管道兩種情況。5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥工作流量特性介紹調(diào)節(jié)閥選擇，一般根據(jù)被控介質(zhì)的特點和生產(chǎn)工藝要求來合理選擇

8、。主要應(yīng)考慮以下幾個問題：（1）調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇（2）氣開式、氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥的選擇（3）單座閥和雙座閥的選擇（4）調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇（5）調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和材料的選擇5.3.2氣動薄膜調(diào)節(jié)閥 電-氣閥門轉(zhuǎn)換器：是電動單元組合儀表的一個輔助單元，將調(diào)節(jié)器或操作器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成氣壓信號，它根據(jù)力矩平衡原理工作。電-氣閥門定位器是電動單元組合儀表的一個輔助單元，也是氣動執(zhí)行器的一個主要附件。閥門定位器的主要特性1.提高定位精度2.改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性3.能方便地改變調(diào)節(jié)閥的流量特性4.實現(xiàn)分程控制5.4 電-氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器 閥門定位器的選擇時遵循原則：1.要求控制質(zhì)量高的重要控制系統(tǒng)，用以提高閥門的定位精度及工作可靠性，確?？刂瀑|(zhì)量。2.用以調(diào)節(jié)閥前后壓差大的場合，通過提高氣源壓力，增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力，以克服流體對閥門芯產(chǎn)生的不平衡力。3.用于控制高壓介質(zhì)的場合，克服流體對閥芯的不平衡力和由于填料密封緊而造成較大的閥桿摩擦力。4.用于標(biāo)稱口徑Dg100mm以上的調(diào)節(jié)閥，增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力5.用于控制高溫或低溫介質(zhì)（由于閥桿與填料之間摩擦力大）的調(diào)節(jié)閥。6.用于流體中含有固態(tài)懸浮物或粘度較高的介質(zhì)場合，以克服介質(zhì)對閥桿位移時產(chǎn)生的較大阻力。7.用于調(diào)節(jié)閥與調(diào)節(jié)器距離較遠(yuǎn)（一般大于60m,尤其是氣動調(diào)節(jié)器）的場合，以克服控制信號傳達(dá)的滯后。8.