定位器原理及故障處理

1、.,電儀作業(yè)部?jī)x表一部 儀表維護(hù)一班 李會(huì)軍,定位器原理及故障處理,.,在生產(chǎn)過(guò)程中，控制系統(tǒng)對(duì)閥門提出各種各樣的特殊要求，因此，調(diào)節(jié)閥必須配用各種附屬裝置(簡(jiǎn)稱附件)來(lái)滿足生產(chǎn)過(guò)程的需要。例如： 為了改善調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性（線性度）和動(dòng)態(tài)特性（響應(yīng)） ，要配用閥門定位器。 為了轉(zhuǎn)換電、氣信號(hào)，要配用電/氣轉(zhuǎn)換器。 為了使工作動(dòng)力氣源保持干凈和保持一定的壓力，要配用空氣過(guò)濾減壓器。 當(dāng)氣源中斷時(shí)，為了使調(diào)節(jié)閥仍能保持一定壓力信號(hào)，需要使用氣動(dòng)保位閥實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥行程的自鎖。 總之，附件的作用就在于使調(diào)節(jié)閥的功能更完善、更合理、更齊全。,.,閥門定位器的分類,按輸入信號(hào)分為氣動(dòng)閥門定位器和電/氣閥門

2、定位器。 按動(dòng)作的方向可分為單向閥門定位器和雙向閥門定位器。 按閥門定位器輸出和輸人信號(hào)的增益符號(hào)分為正作用閥門定位器和反作用閥門定位器。 按閥門定位器輸入信號(hào)是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，是否帶cpu和通訊功能，可分為普通閥門定位器和智能電氣閥門定位器（其中包括現(xiàn)場(chǎng)總線閥門定位器）。 閥門定位器的反饋信號(hào)的檢測(cè)方法也有多種。,.,無(wú)定位器的調(diào)節(jié)閥,首先看一下沒(méi)有加裝閥門定位器的情況 在沒(méi)有加裝閥門定位器的情況下，系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)。如下圖所示,根據(jù)方框圖可知輸入與輸出的關(guān)系為 ： y = zk,上式表明了調(diào)節(jié)閥輸入與輸出的關(guān)系，很明顯調(diào)節(jié)閥輸入與輸出之間沒(méi)有約束關(guān)系，輸出只取決于調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)。,.

3、,帶定位器的調(diào)節(jié)閥,.,閥門定位器的用途,用于高壓介質(zhì) 當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于高壓介質(zhì)時(shí)，為了防止流體從閥桿填料處泄漏，經(jīng)常把填料壓蓋壓得比較緊，因此，在閥桿產(chǎn)生很大的靜摩擦力，使閥桿行程產(chǎn)生誤差。配用定位器之后，能夠克服這些摩擦力的作用，也能克服流體不平衡力的作用，明顯地改善了基本特性。 用于高壓差 當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差大于1 mpa時(shí)，介質(zhì)對(duì)閥芯產(chǎn)生較大的不平衡力，此力將破壞原來(lái)的工作位置，使控制系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)作用，尤其是對(duì)單座調(diào)節(jié)閥，。使用定位器，可以提高輸出壓力，增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力，克服不平衡力的作用。,.,閥門定位器的用途,用于高溫或低溫 當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，由于閥桿與填料之間的摩擦力增大，使調(diào)

4、節(jié)信號(hào)與閥門的行程之間產(chǎn)生較大的誤差。配用定位器之后，可以克服摩擦力的影響。 用于介質(zhì)中含有固體懸浮物、粘性流體、含纖維、易結(jié)焦的場(chǎng)合，可以克服這些介質(zhì)對(duì)閥桿移動(dòng)所產(chǎn)生的較大阻力。,.,閥門定位器的用途,增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度 當(dāng)調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥相距較遠(yuǎn)時(shí)，氣動(dòng)信號(hào)管比較長(zhǎng)，為了克服信號(hào)的傳遞滯后，可使用閥門定位器，讓調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)去操作調(diào)節(jié)閥。在調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥的距離超過(guò)60m時(shí)，效果比采用繼動(dòng)器要好得多。 用于調(diào)節(jié)閥口徑較大的場(chǎng)合 當(dāng)調(diào)節(jié)閥口徑dn大于100mm、蝶閥口徑大于250mm時(shí)，由于閥芯重，閥芯截面大及執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室容積增大，響應(yīng)特性變差。改善特性的方法之一就是配用

5、閥門定位器。,.,閥門定位器的用途,用于活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比例動(dòng)作 可以用單向定位器，也可以用雙向定位器。,.,閥門定位器的用途,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作 相當(dāng)把氣關(guān)改成氣開。,.,閥門定位器的用途,改善調(diào)節(jié)閥的流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過(guò)改變反饋凸輪的幾何形狀來(lái)改變。因?yàn)榉答佂馆喌膸缀涡螤畈灰粯?，能改變調(diào)節(jié)閥對(duì)定位器的反饋量，使定位器的輸出特性變化，從而改變調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與調(diào)節(jié)閥位移之間的關(guān)系，即修正了流量特性。 操作非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 當(dāng)以氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)20-l00kpa去操作非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)40-200kpa，的氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，可以有兩種方法：一種是在調(diào)節(jié)器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間配用一個(gè)1

6、：2的氣動(dòng)繼動(dòng)器，把信號(hào)壓力放大一倍；另一種方法就是采用閥門定位器。,.,閥門定位器的用途,用于分程控制（氣動(dòng)） 兩臺(tái)定位器由一臺(tái)氣動(dòng)調(diào)節(jié)器來(lái)操縱，一臺(tái)定位器的輸人為20-60kpa，另一臺(tái)定位器為60-l00kpa，控制調(diào)節(jié)閥的閥位均為0-l00%行程。,.,閥門定位器的用途,用于分程控制（電/氣） 兩臺(tái)定位器由一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)器來(lái)操縱，一臺(tái)定位器的輸人為4-12ma，另一臺(tái)定位器為12-20ma，控制調(diào)節(jié)閥的閥位均為0-l00%行程。,.,分程調(diào)節(jié)特性曲線圖,.,噴嘴擋板機(jī)構(gòu),.,間隙和節(jié)流通室壓力pb的關(guān)系見下圖。當(dāng)o時(shí)，噴嘴背壓pb接近于氣源壓力，但又達(dá)不到氣源壓力，因?yàn)閾醢宀荒芏滤绹娮欤?/p>

7、總有漏氣的現(xiàn)象。當(dāng)值超過(guò)一定數(shù)值后，不管擋板離得多遠(yuǎn)，背壓變化都不大，因?yàn)閾醢逡巡荒苡绊憞娮斓呐艢狻５珖娮毂旧砣杂幸欢ǖ淖枇Γa(chǎn)生殘余背壓，若噴嘴直徑d比恒節(jié)流孔直徑d大得多，就可使殘余背壓降低到相當(dāng)小。,.,從特性曲線可以看出，曲線不夠陡；也不直，即噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的靈敏度與線性均不好。在噴嘴擋板的加工精度不高，擋板與噴嘴的軸線不垂直時(shí)，特性曲線a以上這段性能不好，常常只用中間ab段。在此段，擋板位移與pb的變化比較符合線性規(guī)律，并且斜率也較陡。在此段內(nèi)各點(diǎn)均有較大及較穩(wěn)定的放大倍數(shù)，機(jī)構(gòu)工作既靈敏又穩(wěn)定。與曲線a至b這一段相應(yīng)的位移b一a，一般只有百分之幾毫米。,.,氣動(dòng)噴嘴擋板放大機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

8、是：尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的摩擦零件，工作可靠，牢固耐用，成本低廉；缺點(diǎn)是容易被空氣中的夾雜物堵塞。如果連續(xù)不斷地工作，氣源經(jīng)過(guò)凈化，并且壓縮空氣不斷地由里往外吹，一般是不會(huì)堵死的。但要特別注意防止氣源中含油。 由于恒節(jié)流孔流通截面很小，噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的功率就很小，壓力的變化也不夠。而執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片上部的氣室容積很大，工作時(shí)就必須要有很大的氣量流入執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，這種機(jī)構(gòu)是不能單獨(dú)用以輸出的，一般噴嘴擋板放大器的輸出壓力，要先經(jīng)過(guò)一個(gè)功率放大器，然后再送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去。,.,功率放大器,現(xiàn)在廣泛采用耗氣式放大器，它是由放大器閥體、膜片、恒節(jié)流孔、閥桿、鋼球、簧片、噴嘴擋板。密封橡皮墊片、

9、蓋板等組成的,1一膜片 2一閥桿 3一恒節(jié)流孔 4一鋼球 5一簧片 6一上盤 7一殼體,.,氣動(dòng)閥門定位器,.,氣路切換開關(guān),切換氣路組件用于定位器發(fā)生故障時(shí)，將輸入信號(hào)直接切換到氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜頭氣室，使控制閥仍可運(yùn)行。切換氣路組件由切換開關(guān)和外部氣路板組成，切換開關(guān)分平板式、錐體式兩種，外部氣路板用于氣路連接，并提供三個(gè)壓力表，分別顯示定位器的輸人信號(hào)、輸出信號(hào)和氣源壓力。,.,平板式,.,錐體式,.,凸輪組件,凸輪組件包括反饋凸輪、轉(zhuǎn)軸和反饋桿，它將執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥桿位移的變化l轉(zhuǎn)換為凸輪的轉(zhuǎn)角變化 ，并將轉(zhuǎn)角變化轉(zhuǎn)換為滾輪的升量p。 輸入和輸出是非線性關(guān)系，為此，在定位器中，通常采用偏心

10、凸輪進(jìn)行非線性補(bǔ)償，使輸人位移信號(hào)l與滾輪的升量p成線性關(guān)系。,.,.,電/氣閥門定位器與氣動(dòng)閥門定位器的區(qū)別,將氣動(dòng)閥門定位器的波紋組件改為力矩馬達(dá)。 實(shí)現(xiàn)正反作用的方式不同，電氣閥門定位器改變正反作用方式只需要將輸入電流的方向改變，（沒(méi)有能量限制電路可以）不需要象氣動(dòng)閥門定位器那樣，要將波紋管安裝在相反的方向。 為實(shí)現(xiàn)力矩平衡，電氣閥門定位器杠桿上各受力點(diǎn)的位置有所改動(dòng)，例如圖中電磁力矩與反饋力矩有相等的力臂。 由于采用電流輸入，因此，帶來(lái)防爆問(wèn)題。在有些場(chǎng)合，電氣閥門定位器要采用防爆措施。而氣動(dòng)閥門定位器是本質(zhì)安全型儀表,.,電/氣閥門定位器原理圖,.,電/氣閥門定位器的防爆措施,電/氣

11、定位器中力矩馬達(dá)的線圈匝數(shù)一般都在數(shù)千圈以上，故線圈是一個(gè)高能元件，當(dāng)定位器引接線或線圈開路、斷路的瞬間，產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，在斷開處放電，可引燃爆炸物而發(fā)生爆炸或火災(zāi)。為了保證電/氣閥門定位器的防暴性能，要有一定的保護(hù)措施。 1、定位器必須與輸出式安全柵串聯(lián)使用，組成安全火化回路。 2、定位器輸入信號(hào)4-20ma是由輸出式安全柵供給的，最大輸出電壓30v，最大輸出電流30ma，因此限制了能量。 3、定位器限能回路見后圖：,.,安全火花型電路原理,.,.,.,.,角行程定位器,.,安裝,.,閥門定位器的規(guī)范安裝方式,閥門定位器的規(guī)范安裝示意圖,.,通過(guò)求解得到上述曲線，通過(guò)對(duì)這條曲線的分析可知，這是

12、一條標(biāo)準(zhǔn)的反三角函數(shù)的曲線，它是以輸入、輸出點(diǎn)均為50%為中點(diǎn)向兩側(cè)對(duì)稱展開的曲線，它的特點(diǎn)是對(duì)稱性極強(qiáng)，所以很容易補(bǔ)償。一般制造者多采用反饋補(bǔ)償板或反饋凸輪（也有叫反饋曲線板）補(bǔ)償成一條與輸入相對(duì)應(yīng)的一條直線，從而保證了反饋的精度，保證了閥門開度與輸入信號(hào)的,.,一種不規(guī)范的安裝方式,.,這種安裝方式帶來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際現(xiàn)象是，閥門的始端和終端無(wú)法與信號(hào)對(duì)應(yīng)，其范圍基本與水平線和行程中點(diǎn)的偏差相等，也就是說(shuō)水平線和行程中點(diǎn)的偏差越大，閥門行程的始端和終端的死區(qū)和非線性區(qū)就越大，同時(shí)調(diào)節(jié)閥的線性也越差。就此而論反饋桿的水平中心線是否與行程的50%點(diǎn)重合，關(guān)系到調(diào)節(jié)閥的線性及行程的始端和終端的死區(qū)影響

13、。,.,結(jié)論,反饋補(bǔ)償板或反饋凸輪（也有叫反饋曲線板），在設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)被設(shè)計(jì)成以反饋行程的50%為中點(diǎn)向兩側(cè)對(duì)稱展開的反饋曲線板并被定型安裝于閥門定位器內(nèi)，中點(diǎn)時(shí)反饋桿正處于水平位置。 所以，在安裝時(shí)一定要認(rèn)真將閥門定位器反饋桿處于水平位置且與閥門開度的50%點(diǎn)重合，在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)不規(guī)范安裝時(shí)一般的現(xiàn)象表現(xiàn)為：線性度差、調(diào)整過(guò)程中始端或終端出現(xiàn)死區(qū)。,.,反饋連桿的有效長(zhǎng)度,系統(tǒng)放大倍數(shù)的大小確定了系統(tǒng)的靈敏度，那反饋系統(tǒng)的靈敏度當(dāng)然也與其系統(tǒng)的放大倍數(shù)關(guān)系密切如圖,.,閥門定位器使用及調(diào)校中的誤區(qū),有人認(rèn)為，調(diào)節(jié)閥不好用均可以通過(guò)對(duì)定位器內(nèi)件的調(diào)整來(lái)解決。其實(shí)不然，首先要保證調(diào)節(jié)閥性能和質(zhì)量沒(méi)問(wèn)

14、題及閥門定位器正確安裝，只對(duì)閥門定位器的零點(diǎn)及量程稍做調(diào)整，即可完成對(duì)整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的校驗(yàn)。,.,閥門定位器使用及調(diào)校中的誤區(qū),有人說(shuō)，定位器的輸入與輸出及閥門的開度應(yīng)一致。這有些不妥，一般情況下不應(yīng)考慮定位器的輸出是否與輸入信號(hào)或閥門的開度相一致，應(yīng)考慮定位器的輸入是否與閥門的開度相一致，定位器的輸入與輸出及閥門的開度應(yīng)一致在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)下是不可能的。因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)下條件工況很復(fù)雜，各種阻礙閥門運(yùn)行的附加力都需要克服，例如：不同流量下流體對(duì)閥芯的不平衡力；不同密度的介質(zhì)對(duì)閥芯的沖擊力；不同安裝方式對(duì)閥芯的作用力等。這些力在調(diào)節(jié)閥的制造中是無(wú)法考慮的十分周全的，都要靠定位器來(lái)逐一克服，這樣一

15、來(lái)就需要定位器的輸出超出其正常的需要。所以應(yīng)考慮輸入信號(hào)與被控調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度是否對(duì)應(yīng)，不必苛求中間環(huán)節(jié)。,.,閥門定位器使用及調(diào)校中的誤區(qū),閥門定位器內(nèi)部有零點(diǎn)和量程調(diào)整機(jī)構(gòu)，在使用時(shí)要注意，要盡量使其在中點(diǎn)位置左右（可以通過(guò)對(duì)反饋桿長(zhǎng)度的調(diào)整來(lái)達(dá)到），不然長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)對(duì)閥門定位器內(nèi)部的彈性元件造成一定的損壞，縮短閥門的使用壽命。建議在使用零點(diǎn)和量程調(diào)整機(jī)構(gòu)時(shí)，其調(diào)整幅度應(yīng)在以中點(diǎn)位置為基準(zhǔn)的20%，也就是最好在可調(diào)范圍的30%70%之間。,.,閥門定位器使用及調(diào)校中的誤區(qū),閥門定位器安裝是否規(guī)范，是發(fā)揮其應(yīng)有作用的重要一環(huán)。安裝時(shí)應(yīng)使閥門開度置于50%，閥門定位器反饋桿處于水平位置且與閥門開

16、度的50%點(diǎn)重合并與運(yùn)行直線相垂直，這樣就能提高反饋的精度，并保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性度。調(diào)整反饋桿的長(zhǎng)度，合理的選擇反饋放大倍數(shù)，可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜特性得到提高。,.,閥門定位器使用及調(diào)校中的誤區(qū),執(zhí)行機(jī)構(gòu)的綜合性能得到保證對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際使用具有十分重要的意義。在自動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng)中，設(shè)備附件的安裝與使用是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是不容忽視的。,.,電/氣閥門定位器的安裝調(diào)校,按執(zhí)行機(jī)構(gòu)正反作用方式：確定反饋部件的安裝方向。 校正比例臂位置：使反饋比例臂處于調(diào)節(jié)閥行程的50%，使比例臂處于水平位置。這一點(diǎn)十分重要，否則將出現(xiàn)線性不好，甚至產(chǎn)生故障。（上下調(diào)整） 校正比例臂刻度：將反饋連接點(diǎn)按執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程數(shù)值固定于比例臂相對(duì)應(yīng)的刻度上。（左右調(diào)整） 確定彈簧范圍：向調(diào)節(jié)閥送工作氣源。 零位調(diào)整：給定信號(hào)電流4ma，通過(guò)順時(shí)針(輸出增大)或反時(shí)針(輸出減小)旋動(dòng)調(diào)零螺釘，使閥桿有微小的位移即可。 量程調(diào)整：給定信號(hào)電流8、12、16、20ma，使閥桿行程對(duì)應(yīng)值為25，50，75，100，若量程偏大或偏小，可進(jìn)行量程調(diào)整。每調(diào)整一次行程，零位需重新調(diào)整。 通過(guò)幾次零位和量程的反復(fù)調(diào)整合格后，給定信號(hào)，觀察其穩(wěn)定性和重復(fù)性，然后即可投入