過程控制 第五章

主編倪志蓮龔素文機(jī)械工業(yè)出版社過程控制與自動(dòng)化儀表1過程控制與自動(dòng)化儀表第5章過程控制裝置熟悉DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成及應(yīng)用特點(diǎn)、調(diào)校方法。掌握AI系列數(shù)字式調(diào)節(jié)儀的使用方法。掌握調(diào)節(jié)閥的類型、特性及使用方法。3了解調(diào)節(jié)器的分類及主要功能。124了解電-氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器的工作原理及適用條件。熟悉安全柵的基本類型及使用方法。562過程控制與自動(dòng)化儀表5.1控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，檢測(cè)儀表將被控變量轉(zhuǎn)換成測(cè)量信號(hào)后，一方面送顯示儀表進(jìn)行顯示記錄，另一方面送到控制儀表，調(diào)節(jié)被控變量到預(yù)定的數(shù)值上。這些控制儀表分為變送器、調(diào)節(jié)器及執(zhí)行器等幾類，它的發(fā)展經(jīng)歷了基地式控制儀表、單元組合式控制儀表及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等階段。3過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.1基地式調(diào)節(jié)器和自力式調(diào)節(jié)器1.基地式調(diào)節(jié)器用磁電式指示儀表和放大電路組成的基地式調(diào)節(jié)器，只需配接適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎ㄈ鐭犭娕迹┖蛨?zhí)行器件，就能構(gòu)成兼有顯示功能的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，但是它的被調(diào)參數(shù)不能改變。4過程控制與自動(dòng)化儀表XCT系列指示調(diào)節(jié)儀表主要結(jié)構(gòu)示意圖5.1.1基地式調(diào)節(jié)器和自力式調(diào)節(jié)器1—?jiǎng)尤?—指針3—標(biāo)尺4—鋁旗5—線圈6—高頻振蕩電路7—電爐8—加熱絲9—測(cè)溫元件10—調(diào)節(jié)螺桿11—設(shè)定針12—針擋5過程控制與自動(dòng)化儀表2.自力式調(diào)節(jié)器5.1.1基地式調(diào)節(jié)器和自力式調(diào)節(jié)器6過程控制與自動(dòng)化儀表比例式液位調(diào)節(jié)器原理圖5.1.1基地式調(diào)節(jié)器和自力式調(diào)節(jié)器7過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.2電動(dòng)單元式調(diào)節(jié)器單元組合式控制儀表是將整套儀表按照功能劃分成若干獨(dú)立的單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)連接。單元組合式控制儀表按照連接信號(hào)的不同可分為氣動(dòng)單元組合式控制儀表和電動(dòng)單元組合式控制儀表兩類。8過程控制與自動(dòng)化儀表1.DDZ-Ⅲ型儀表概述DDZ-Ⅲ型儀表是模擬式控制器中較為常見的一種，它用來自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流測(cè)量信號(hào)作為輸入信號(hào)，與1～5V直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出1～5V或4～20mA的直流控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。DDZ-Ⅲ型儀表傳輸示意圖5.1.2電動(dòng)單元式調(diào)節(jié)器9過程控制與自動(dòng)化儀表2.分類與型號(hào)（1）分類根據(jù)單元功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，DDZ-Ⅲ型儀表大體有八個(gè)基型品種：①差壓型二線制變送器；②溫度變送器；③安全柵；④調(diào)節(jié)器；⑤指示記錄儀；⑥計(jì)算單元；⑦電-氣轉(zhuǎn)換器；⑧電源箱。按使用場(chǎng)所分為危險(xiǎn)場(chǎng)所和安全場(chǎng)所兩種儀表：按安裝方式可分為現(xiàn)場(chǎng)安裝、盤面安裝和盤后安裝三種儀表。按儀表在系統(tǒng)中的作用和特點(diǎn)可分為變送單元、轉(zhuǎn)換單元、顯示單元、調(diào)節(jié)單元、計(jì)算單元及輔助單元等。（2）型號(hào)Ⅲ型電動(dòng)儀表以電（Dian）、單（Dan）、組（Zu）三字的漢語(yǔ)拼音字母標(biāo)志，即DDZ，整套儀表取名為DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元組合式控制儀表。5.1.2電動(dòng)單元式調(diào)節(jié)器10過程控制與自動(dòng)化儀表3.調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)原理

DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器原理框圖5.1.2電動(dòng)單元式調(diào)節(jié)器11過程控制與自動(dòng)化儀表4.DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器的基本使用方法（1）通電準(zhǔn)備（2）用手動(dòng)操作啟動(dòng)（3）由手動(dòng)切換到自動(dòng)（4）自動(dòng)控制（5）由“自動(dòng)”切換到“手動(dòng)”（6）“內(nèi)”給定與“外”給定的切換5.1.2電動(dòng)單元式調(diào)節(jié)器12過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器以其強(qiáng)大的控制功能、靈活方便的操作手段、清晰直觀的數(shù)字顯示以及安全可靠、性價(jià)比高等特點(diǎn)，逐漸得到推廣應(yīng)用。數(shù)字式控制器以微處理器為運(yùn)算和控制核心，可由用戶編制程序，組成各種控制規(guī)律。數(shù)字式控制器有如下主要特點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)了模擬儀表與計(jì)算機(jī)一體化。2）具有豐富的運(yùn)算控制功能。3）使用靈活方便，通用性強(qiáng)。4）具有通信功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。5）可靠性高，維護(hù)方便。13過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器AI系列人工智能調(diào)節(jié)儀是國(guó)內(nèi)數(shù)字顯示儀表中的典型代表，內(nèi)部采用高性能ASIC芯片和先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，適合溫度、壓力、流量、液位及濕度等的精確控制，其通用性強(qiáng)，功能強(qiáng)大；采用AC85～264V輸入范圍的開關(guān)電源或DC24V電源供電，輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶及熱電阻非線性校正表格，測(cè)量精確穩(wěn)定；采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定（AT）功能。14過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器1.主要技術(shù)參數(shù)（1）輸入?yún)?shù)有多種信號(hào)輸入方式。（2）測(cè)量范圍（3）測(cè)量準(zhǔn)確度（4）分辨率（5）響應(yīng)時(shí)間（6）調(diào)節(jié)方式（7）輸出參數(shù)（模塊化）（8）報(bào)警功能（9）手動(dòng)功能（10）電源（11）使用環(huán)境15過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器2.儀表接線AI系列智能儀表調(diào)節(jié)儀儀表接線圖16過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器3.面板及顯示狀態(tài)說明AI系列智能儀表調(diào)節(jié)儀面板8-數(shù)據(jù)增加鍵9-光柱10-給定值顯示窗11-測(cè)量值顯示窗1-調(diào)節(jié)輸出指示燈2-報(bào)警1指示燈3-報(bào)警2指示燈4-AUX輔助接口工作指示燈5-顯示轉(zhuǎn)換6-數(shù)據(jù)移位7-數(shù)據(jù)減少鍵17過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器AI系列智能儀表調(diào)節(jié)儀的顯示狀態(tài)18過程控制與自動(dòng)化儀表5.1.3數(shù)字式控制器4.基本使用操作（1）顯示轉(zhuǎn)換（2）修改數(shù)據(jù)（3）手動(dòng)／自動(dòng)切換（4）設(shè)置參數(shù)5.AI儀表主要參數(shù)設(shè)置

19過程控制與自動(dòng)化儀表5.2執(zhí)行器執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中接受調(diào)節(jié)器的控制號(hào)，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常執(zhí)行。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行器按其能源形式分為液動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。20過程控制與自動(dòng)化儀表5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器通常稱為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)控制閥，是以被壓縮的空氣作為能源來操縱控制機(jī)構(gòu)的。氣動(dòng)執(zhí)行器外形21過程控制與自動(dòng)化儀表１.氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式兩種。（2）控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)即調(diào)節(jié)閥、控制閥，是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖1—薄膜（波紋膜片）2—閥桿3—閥芯4—閥座5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器22過程控制與自動(dòng)化儀表控制閥的結(jié)構(gòu)類型閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座角形閥的兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器23過程控制與自動(dòng)化儀表控制閥的結(jié)構(gòu)類型三通閥共有三個(gè)出入口與工藝管道連接。其流通方式有合流（兩種介質(zhì)混合成一路）型和分流（一種介質(zhì)分成兩路）型兩種。采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜又名翻板閥5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器24過程控制與自動(dòng)化儀表控制閥的結(jié)構(gòu)類型又名套筒形調(diào)節(jié)閥，它的閥體與一般的直通單座閥相似。又名偏心旋轉(zhuǎn)閥，它的閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。球閥的閥芯與閥體都呈球形，轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯使之與閥體處于不同的相對(duì)位置時(shí)，就具有不同的流通面積，以達(dá)到流量控制的目的。球閥閥芯有Ｖ形和Ｏ形兩種開口形式。5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器25過程控制與自動(dòng)化儀表2.調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度（相對(duì)位移）之間的關(guān)系，即相對(duì)流量相對(duì)開度5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器26過程控制與自動(dòng)化儀表（1）調(diào)節(jié)閥的理想流量特性在不考慮調(diào)節(jié)閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱為理想流量特性。它取決于閥芯的形狀，主要有直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線及快開等幾種。不同流量特性的閥芯形狀1—快開2—直線3—拋物線4—等百分比理想流量特性1—快開2—直線3—拋物線4—等百分比5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器27過程控制與自動(dòng)化儀表（2）調(diào)節(jié)閥的工作流量特性在實(shí)際生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)閥前后壓差總是變化的，這時(shí)的流量特性稱為工作流量特性。１）串聯(lián)管道的工作流量特性。串聯(lián)管道的情況管道串聯(lián)時(shí)調(diào)節(jié)閥壓差變化情況系統(tǒng)總壓差Δp管路系統(tǒng)（除調(diào)節(jié)閥外的全部設(shè)備和管道的各局部阻力之和）的壓差Δp2調(diào)節(jié)閥的壓差Δp1+=5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器28過程控制與自動(dòng)化儀表管道串聯(lián)時(shí)調(diào)節(jié)閥的工作特性Ｓ表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥上壓差與系統(tǒng)總壓差（即系統(tǒng)中最大流量時(shí)壓力損失總和）之比。5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器29過程控制與自動(dòng)化儀表2）并聯(lián)管道的工作流量特性。并聯(lián)管道的情況管路的總流量Ｑ+=并聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥的工作特性旁路流量Ｑ２調(diào)節(jié)閥流量Ｑ１x代表并聯(lián)管道時(shí)控制閥全開時(shí)的流量Q1max與總管最大流量Qmax之比5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器30過程控制與自動(dòng)化儀表綜合串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結(jié)論：1）串、并聯(lián)管道都會(huì)使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。2）串、并聯(lián)管道都會(huì)使調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。3）串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。4）串、并聯(lián)管道會(huì)使調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)減小，即輸入信號(hào)變化引起的流量變化值減少。串聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥若處于大開度，則Ｓ值的降低對(duì)放大倍數(shù)影響更為嚴(yán)重；并聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥若處于小開度，則ｘ值降低對(duì)放大倍數(shù)影響更為嚴(yán)重。5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器31過程控制與自動(dòng)化儀表3.調(diào)節(jié)閥的選擇（1）調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇

調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)工藝條件，如溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等）來選擇。（2）氣開式與氣關(guān)式的選擇氣動(dòng)執(zhí)行器有氣開式與氣關(guān)式兩種形式。氣開、氣關(guān)組合方式5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器32過程控制與自動(dòng)化儀表（3）調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑選擇是否合適將直接影響到控制效果。調(diào)節(jié)閥口徑的選擇是由調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Ｃ決定的。流量系數(shù)Ｃ的定義為：在給定的行程下，當(dāng)閥兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流體流量（以m3/h表示）。調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)C表示調(diào)節(jié)閥容量的大小，是表示調(diào)節(jié)閥流通能力的參數(shù)。Ｑ是流經(jīng)閥的流量（m3/h

）ρ是流體密度（g/cm3）p1-p2是閥前后的壓差（kPa）5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器33過程控制與自動(dòng)化儀表4.氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)１）為便于維護(hù)檢修，氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在靠近地面或樓板的地方。２）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不高于＋60℃和不低于－40℃的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)較大的設(shè)備。３）閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時(shí)，兩者之間應(yīng)加一段異徑管。４）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。５）通過調(diào)節(jié)閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，不能裝反，正如孔板不能反裝一樣。６）調(diào)節(jié)閥前后一般應(yīng)各裝一只切斷閥，以便修理時(shí)拆下調(diào)節(jié)閥。考慮到調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障或維修時(shí)，不影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，一般應(yīng)裝旁路閥。７）調(diào)節(jié)閥安裝前，應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊渣。８）在日常使用中，要對(duì)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器34過程控制與自動(dòng)化儀表5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器與氣動(dòng)執(zhí)行器一樣，也是控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行器。它接收來自控制器的0～10mA或4～20mA的直流電流信號(hào)，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(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。電動(dòng)執(zhí)行器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同可分為角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等類型。35過程控制與自動(dòng)化儀表1.基本結(jié)構(gòu)（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行器的外形圖智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器36過程控制與自動(dòng)化儀表（2）調(diào)節(jié)閥的基本結(jié)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行器中的調(diào)節(jié)閥與氣動(dòng)執(zhí)行器基本相同。最常用的是直通單座閥和直通雙座閥兩種。（3）控制器的結(jié)構(gòu)5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器37過程控制與自動(dòng)化儀表2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)源、以直流電流為控制及反饋信號(hào)。5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器38過程控制與自動(dòng)化儀表3.線路連接與調(diào)試（１）線路連接只需兩路線———電源線和控制線。執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣連接圖5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器39過程控制與自動(dòng)化儀表（2）調(diào)試執(zhí)行機(jī)構(gòu)在出廠前都進(jìn)行了整定，一般使用時(shí)不需要再調(diào)試。實(shí)際使用中可能需要對(duì)調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行整定。１）基本原則。三位同步：調(diào)節(jié)閥位置、限位開關(guān)位置和對(duì)應(yīng)信號(hào)位置。２）整定方法。5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器40過程控制與自動(dòng)化儀表4.智能控制器的使用（1）面板說明智能控制器操作面板圖①閥門位置自動(dòng)定位指示燈，簡(jiǎn)稱自整定AT指示燈②執(zhí)行器輸出軸朝上運(yùn)動(dòng)指示燈③執(zhí)行器輸出軸朝下運(yùn)動(dòng)指示燈④手動(dòng)控制指示燈⑤自動(dòng)控制指示燈⑥報(bào)警指示燈⑦參數(shù)設(shè)置鍵（兼參數(shù)顯示操作）⑧數(shù)據(jù)鍵（兼手動(dòng)朝上操作）⑨數(shù)據(jù)鍵（兼手動(dòng)朝下操作）⑩數(shù)據(jù)修改移位鍵（兼手動(dòng)/自動(dòng)切換操作）。⑾控制值顯示窗/故障信息顯示窗（前三位數(shù)值）⑿閥位值顯示窗（后三位數(shù)值）5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器41過程控制與自動(dòng)化儀表（2）數(shù)碼顯示狀態(tài)1）正常顯示狀態(tài)。2）故障顯示狀態(tài)。（3）操作說明1）基本操作。2）閥門位置自動(dòng)定位操作（4）主要參數(shù)功能5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器42過程控制與自動(dòng)化儀表5.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的安裝和使用注意事項(xiàng)1）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥最好是正立垂直安裝在水平管道上，特殊需要時(shí)也可任意安裝（除使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥倒置外）。在閥自重較大和有振動(dòng)場(chǎng)合傾斜安裝時(shí)應(yīng)加支承架。2）安裝時(shí)，應(yīng)使介質(zhì)的流通方向和閥體標(biāo)定箭頭方向一致，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)設(shè)置旁通管路。閥的口徑與管路直徑不一致時(shí)，應(yīng)采用漸縮管件。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的安裝地點(diǎn)應(yīng)留有足夠的空間，以便調(diào)試與維修。3）安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)避免給閥帶來附加應(yīng)力，當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在管道較長(zhǎng)的地方時(shí)，應(yīng)安裝支承架；安裝在振動(dòng)劇烈的場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的避振措施。4）在安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥前，應(yīng)清洗管道，清除污物，安裝后使閥全開，再對(duì)管路、閥進(jìn)行清洗及檢查各連接處的密封性。5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器43過程控制與自動(dòng)化儀表5）注意防潮，應(yīng)防止灰塵加快閥桿與填料的磨損，引起填料處泄露。另外，若安裝在露天場(chǎng)合，應(yīng)加裝保護(hù)罩，以防暴曬雨淋。6）打開電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)外罩即可進(jìn)行外部接線，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥開始工作之前，以及移開外殼之前，應(yīng)切斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主電源。7）將AC220V電源相線連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的到“9”端，中性線連接到“10”端；接地線連接到接地端。8）為避免冷凝水進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在環(huán)境溫度變化較大或濕度較大的情況下，需要安裝加熱電阻。9）手輪操作：必須先斷電源，再手動(dòng)操作手輪。10）在安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，不要直接采用電焊，以免損壞內(nèi)部電子電路。5.2.2電動(dòng)執(zhí)行器44過程控制與自動(dòng)化儀表5.3其他輔助儀表當(dāng)采用電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，就要配用電-氣轉(zhuǎn)換器或電-氣閥門定位器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，以便和薄膜式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥或活塞式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用。電-氣轉(zhuǎn)換示意圖45過程控制與自動(dòng)化儀表5.3.1電-氣轉(zhuǎn)換器一種力平衡式的電-氣轉(zhuǎn)換器原理圖。電-氣轉(zhuǎn)換器的原理圖46過程控制與自動(dòng)化儀表5.3.2閥門定位器1）用于高壓差的場(chǎng)合.2）用于高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場(chǎng)合。3）用于介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場(chǎng)合。4）用于調(diào)節(jié)閥口徑較大的場(chǎng)合。5）用于實(shí)現(xiàn)分程控制。6）用于改善調(diào)節(jié)閥的流量特性。閥門定位器的作用圖47過程控制與自動(dòng)化儀表2.電-氣閥門定位器的工作原理5.3.2閥門定位器由調(diào)節(jié)器來的4～20mA信號(hào)輸入線圈后，動(dòng)鐵磁化而產(chǎn)生磁場(chǎng)；同時(shí)，動(dòng)鐵又位于永久磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之中。因此，兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用，使動(dòng)鐵產(chǎn)生以支點(diǎn)為中心的偏轉(zhuǎn)電磁力矩。在動(dòng)鐵的一端固定有擋板，所以動(dòng)鐵的偏轉(zhuǎn)改變了噴嘴與擋板之間的間隙，從而引起氣動(dòng)功率放大器背壓的變化，背壓的變化經(jīng)氣動(dòng)功率放大器放大后，得到20~100kPa的氣壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的閥桿動(dòng)作。利用調(diào)節(jié)閥推桿的位移，帶動(dòng)比例臂，使比例臂另一端的反饋凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪推動(dòng)反饋桿，通過反饋彈簧給動(dòng)鐵以反饋力矩，使動(dòng)鐵達(dá)到力的平衡，從而實(shí)現(xiàn)輸入電流與閥位的比例關(guān)系。

48過程控制與自動(dòng)化儀表3.電-氣閥門定位器的調(diào)校閥門定位器調(diào)校連接圖1—過濾器2—減壓器3—電-氣閥門定位器4—百分表5—百分表架6—0.5級(jí)壓力表7—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥8—0.5級(jí)毫安表9—恒流給定器（0～20mA）5.3.2閥門定位器49過程控制與自動(dòng)化儀表5.3.3安全火花防爆系統(tǒng)及安全柵1.安全火花防爆系統(tǒng)的概念（1）儀表防爆基本知識(shí)

安全火花防爆的實(shí)質(zhì)就是限制火花的能量。在純電阻電路中，這種能量主要取決于電壓和電流的數(shù)值。當(dāng)電路的電壓限制在直流30V時(shí)，各種爆炸性混合物可按其最小引爆電流分為三級(jí)。級(jí)別最小引爆電流/mA爆炸性混合物種類Ⅰi120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳等Ⅱ70i120乙烯、乙醚、丙烯腈等Ⅲi≤70氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等50過程控制與自動(dòng)化儀表5.3.3安全火花防爆系統(tǒng)及安全柵我國(guó)對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所危險(xiǎn)性的劃分爆炸性物質(zhì)區(qū)域定義國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氣體（CLASSⅠ）在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所0區(qū)在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場(chǎng)所1區(qū)在正常情況下，爆炸性氣體混合物不可能出現(xiàn)，僅僅在不正常情況下，偶爾或短時(shí)間出現(xiàn)的場(chǎng)所2區(qū)粉塵或纖維（CLASSⅡ/Ⅲ）在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣的混合物可能連續(xù)、短時(shí)間頻繁地出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所10區(qū)在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣的混合物不可能出現(xiàn)，僅僅在不正常情況下，偶爾或短時(shí)間出現(xiàn)的場(chǎng)所11區(qū)51過程控制與自動(dòng)化儀表5.3.3安全火花防爆系統(tǒng)及安全柵根據(jù)可能引爆的最小火花能量，我國(guó)和歐洲國(guó)家及世界上大部分國(guó)家和地區(qū)將爆炸性氣體分為四個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)。工況類別氣體分類代表性氣體最小引爆火花能量/mJ礦井下Ⅰ甲烷0.280礦井外的工廠ⅡA丙烷0.180ⅡB乙烯0.060ⅡC氫氣0.01952過程控制與自動(dòng)化儀表（2）安全火花防爆儀表與結(jié)構(gòu)防爆儀表相比，安全火花防爆儀表的優(yōu)點(diǎn)如下：1）防爆等級(jí)比結(jié)構(gòu)防爆儀表高一級(jí)，可用于后者所不能勝任的氫氣、乙炔等最危險(xiǎn)的場(chǎng)所。2）長(zhǎng)期使用不會(huì)降低防爆等級(jí)。3）可用安全火花型測(cè)試儀器在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行帶電測(cè)試和檢修5.3.3安全火花防爆系統(tǒng)及安全柵本質(zhì)安全型儀表設(shè)備按安全程度和使用場(chǎng)所不同，可分為Exia和Exib兩類。Exia的防爆級(jí)別高于Exib。Exia級(jí)本質(zhì)安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在兩起故障時(shí)，電路元件不會(huì)發(fā)生燃爆。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下。Exib級(jí)本質(zhì)安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在一起故障時(shí)，電路元件不發(fā)生燃爆。在ib型電路中，工作電流被限制在150mA以下。

53過程控制與自動(dòng)化儀表（3）安全火花防爆系統(tǒng)本質(zhì)安全型儀表適用于一切危險(xiǎn)場(chǎng)所和一切爆炸性氣體、蒸氣混合物，并可以在通電的情況下進(jìn)行維修和調(diào)校。但是它不能單獨(dú)使用，必須和本質(zhì)安全型關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）、外部配線一起組成本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)，才能發(fā)揮防爆功能。安全火花防爆系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖5.3.3安全火花防爆系統(tǒng)及安全柵54過程控制與自動(dòng)化儀表2.安全柵安全柵又稱為安全保持器。目前使用的安全柵