自動化儀表課件

1、 自動化儀表自動化儀表目目 錄錄 1.1.概述概述 1.1 1.1 控制儀表與裝置總體概述控制儀表與裝置總體概述 1.2.1.2.儀表的分析方法儀表的分析方法2.2.控制器控制器2.22.2模擬控制器模擬控制器2.3. 2.3. 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器2.1.2.1.控制規(guī)律控制規(guī)律 3.1.3.1.概述概述3.2 3.2 差壓變送器差壓變送器3.3.變送器變送器4.4.其他常用的單元儀表其他常用的單元儀表4.1.4.1.開方器開方器4.2.4.2.積算器積算器4.3 4.3 輔助單元儀表輔助單元儀表5.5.執(zhí)行器執(zhí)行器 5.1. 5.1. 概述概述 5.2.5.2.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 5.3

2、. 5.3.調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu) 5.4. 5.4. 執(zhí)行器的選擇計算執(zhí)行器的選擇計算 5.5. 5.5.閥門定位器閥門定位器6.6.課間休息課間休息 控制儀表與裝置是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化必控制儀表與裝置是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化必不可少的工具，其重要性可通過下圖不可少的工具，其重要性可通過下圖1-11-1所示所示例子來說明。例子來說明。1.1. 1.1. 控制儀表與裝置總體概述控制儀表與裝置總體概述1.1.1. 1.1.1. 自動控制系統(tǒng)和控制儀表自動控制系統(tǒng)和控制儀表返回目錄返回目錄 圖圖1-11-1為一加熱溫度控制系統(tǒng)。原料通過加熱為一加熱溫度控制系統(tǒng)。原料通過加熱爐內(nèi)爐管加熱，要求其出口溫度保持一

3、定，以滿足爐內(nèi)爐管加熱，要求其出口溫度保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；加熱爐以燃料油作為燃料。圖中溫度變生產(chǎn)需要；加熱爐以燃料油作為燃料。圖中溫度變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個單回路控制系統(tǒng)。送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個單回路控制系統(tǒng)。爐出口溫度經(jīng)測溫元件和溫度變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的爐出口溫度經(jīng)測溫元件和溫度變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號送到控制器，與給定值標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號送到控制器，與給定值SPSP相比較，控相比較，控制器按照比較后得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)制器按照比較后得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號，控制執(zhí)行器的動作，改變?nèi)剂嫌偷牧鞒隹刂菩盘枺刂茍?zhí)行器的動作，改變?nèi)剂嫌偷牧髁浚瑥亩?/p>

4、出口溫度量，從而使出口溫度T T保持在于給定值基本相等的數(shù)保持在于給定值基本相等的數(shù)值上。值上。 為了提高控制系統(tǒng)的功能，還可以增加一些儀表，如顯示器、手操為了提高控制系統(tǒng)的功能，還可以增加一些儀表，如顯示器、手操器等。而為了改善控制質(zhì)量，還可以采用串級控制等其他更復(fù)雜的控制器等。而為了改善控制質(zhì)量，還可以采用串級控制等其他更復(fù)雜的控制方案，顯然，這將需要用到更多的儀表。方案，顯然，這將需要用到更多的儀表。 實際所采用的儀表，可以是電動儀表，氣動儀表等各種系列的儀表，實際所采用的儀表，可以是電動儀表，氣動儀表等各種系列的儀表，也可以是各種控制裝置，所有這些儀表或裝置都屬于控制儀表裝置范疇。也可

5、以是各種控制裝置，所有這些儀表或裝置都屬于控制儀表裝置范疇。顯而易見，如果沒有這些儀表或裝置，就不可能實現(xiàn)自動控制。顯而易見，如果沒有這些儀表或裝置，就不可能實現(xiàn)自動控制。返回目錄返回目錄1.1.2. 1.1.2. 控制儀表與裝置的分類及特點控制儀表與裝置的分類及特點 通常，控制儀表與裝置可按能源形式、信號類型、通常，控制儀表與裝置可按能源形式、信號類型、和結(jié)構(gòu)形式來分類。和結(jié)構(gòu)形式來分類。1.1.2.1.1.1.2.1.按能源形式分類按能源形式分類 可分為電動、氣動、液動和機械式等幾類。工業(yè)上普可分為電動、氣動、液動和機械式等幾類。工業(yè)上普遍使用電動控制儀表和氣動控制儀表，兩者之間的比較如遍

6、使用電動控制儀表和氣動控制儀表，兩者之間的比較如表表1-11-1所示。所示。返回目錄返回目錄 電動控制儀表具有能源獲取方便，信號傳輸和處理容易，便于實電動控制儀表具有能源獲取方便，信號傳輸和處理容易，便于實現(xiàn)集中顯示和操作等特點。目前在工業(yè)上電動控制儀表得到了最為廣現(xiàn)集中顯示和操作等特點。目前在工業(yè)上電動控制儀表得到了最為廣泛的應(yīng)用。鑒于此，本課程將重點介紹這一類儀表。泛的應(yīng)用。鑒于此，本課程將重點介紹這一類儀表。 氣動控制儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、易于維護(hù)、氣動控制儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、易于維護(hù)、安全防爆等特點。特別適用于石油、化工等具有爆炸危險的場合。安全防爆等

7、特點。特別適用于石油、化工等具有爆炸危險的場合。 表表1 11 1 電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表電動控制儀表 氣動控制儀表氣動控制儀表 能源能源 傳輸信號傳輸信號 構(gòu)成構(gòu)成 接線接線 電源（電源（220V AC220V AC） （24V DC24V DC） 電信號（電流、電壓或數(shù)字）電信號（電流、電壓或數(shù)字） 電子元器件電子元器件 （電阻、電容、電（電阻、電容、電子放大器、集成電路、微處理子放大器、集成電路、微處理器等）器等） 導(dǎo)線，印刷電路板導(dǎo)線，印刷電路板 氣源（氣源（140kPa140kPa） 氣壓信號氣壓信號 氣動元件（氣阻、氣動元件（氣

8、阻、氣容、氣動放大器氣容、氣動放大器等）等） 導(dǎo)管，管路板導(dǎo)管，管路板 返回目錄返回目錄1.1.2.2. 1.1.2.2. 按信號類型分類按信號類型分類 可分為模擬式和數(shù)字式兩大類?？煞譃槟M式和數(shù)字式兩大類。 模擬式控制儀表由模擬元器件組成，其傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬式控制儀表由模擬元器件組成，其傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量，如電流信號，電壓信號，氣壓信號等。模擬量，如電流信號，電壓信號，氣壓信號等。 數(shù)字式控制儀表以微處理器，單片機等大規(guī)模集成電路芯片為核心數(shù)字式控制儀表以微處理器，單片機等大規(guī)模集成電路芯片為核心。其傳輸信號通常為段續(xù)變化的數(shù)字量，如脈沖信號。其傳輸信號通常為段續(xù)變

9、化的數(shù)字量，如脈沖信號。1.1.2.3. 1.1.2.3. 按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類 可分為單元組合式控制儀表、基地式控制儀表、集散型計算機控制可分為單元組合式控制儀表、基地式控制儀表、集散型計算機控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。（1 1）單元組合式控制儀表）單元組合式控制儀表 是根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將儀表做成能是根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將儀表做成能實現(xiàn)一定功能的獨立儀表（稱為單元），各個儀表之間用統(tǒng)一的表標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)一定功能的獨立儀表（稱為單元），各個儀表之間用統(tǒng)一的表標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行聯(lián)系。這類儀表有電動單元組合儀表（信號進(jìn)行聯(lián)

10、系。這類儀表有電動單元組合儀表（DDZDDZ）和氣動單元組合儀）和氣動單元組合儀表（表（QDZQDZ）兩大類。）兩大類。 單元組合儀表可分為變送單元、執(zhí)行單元、控制單元、轉(zhuǎn)換單元、單元組合儀表可分為變送單元、執(zhí)行單元、控制單元、轉(zhuǎn)換單元、運算單元、顯示單元、給定單元和輔助單元等八類。運算單元、顯示單元、給定單元和輔助單元等八類。返回目錄返回目錄 變送單元變送單元 它能將各種被測參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等它能將各種被測參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等物理量變換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號（物理量變換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號（420mA420mA，010mA010mA或或20100kPa20100kPa

11、）傳）傳送到接受儀表或裝置，以供指示、記錄或控制。送到接受儀表或裝置，以供指示、記錄或控制。 變送單元的品種有：溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、流量變變送單元的品種有：溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、液位變送器等。送器、液位變送器等。 轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換單元 轉(zhuǎn)換單元將電壓、頻率等電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號轉(zhuǎn)換單元將電壓、頻率等電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號，或者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號之間的轉(zhuǎn)換，以使不同信號可以在同一控制系統(tǒng)，或者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號之間的轉(zhuǎn)換，以使不同信號可以在同一控制系統(tǒng)中使用。中使用。 轉(zhuǎn)換單元的品種有：直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器、電轉(zhuǎn)換單元的品種有：直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)

12、換器、電- -氣轉(zhuǎn)換器、氣轉(zhuǎn)換器、氣氣- -電轉(zhuǎn)換器等。電轉(zhuǎn)換器等。 控制單元控制單元 它將來自變送單元的測量信號與給定信號進(jìn)行比較，它將來自變送單元的測量信號與給定信號進(jìn)行比較，按照偏差給出控制信號，去控制執(zhí)行器的動作。按照偏差給出控制信號，去控制執(zhí)行器的動作。 控制單元的品種有：比例積分微分控制器、比例積分控制器、微分控控制單元的品種有：比例積分微分控制器、比例積分控制器、微分控制器以及具有特種功能的控制器等。制器以及具有特種功能的控制器等。 運算單元運算單元 它將幾個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號進(jìn)行加、減、乘、除、它將幾個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號進(jìn)行加、減、乘、除、 開方開方、平方等運算，適用于多種參數(shù)綜合控制、比

13、值控制、流量信號的溫度壓、平方等運算，適用于多種參數(shù)綜合控制、比值控制、流量信號的溫度壓力補償計算等。力補償計算等。 運算單元的品種有：加減器、乘除器和開方器等。運算單元的品種有：加減器、乘除器和開方器等。返回目錄返回目錄。返回目錄返回目錄的品種有：指示儀、指示記錄儀、報警器、比例積算器和開方積算器等的品種有：指示儀、指示記錄儀、報警器、比例積算器和開方積算器等。 給定單元給定單元 它將輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號，作為被控變量的給定值送它將輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號，作為被控變量的給定值送到控制單元，實現(xiàn)定值控制。到控制單元，實現(xiàn)定值控制。 給定單元的品種有：恒流給定器、定值器、比值給定器和時間程序給定單元的品種

14、有：恒流給定器、定值器、比值給定器和時間程序給定器等。給定器等。 執(zhí)行單元執(zhí)行單元 它將按照控制器它將按照控制器 顯示單元顯示單元 它對各種被測參數(shù)進(jìn)它對各種被測參數(shù)進(jìn)行指示、記錄、報警和積算，供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程工況行指示、記錄、報警和積算，供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程工況之用。之用。 顯示單元輸出的控制信號或手動操作信號，去改變控制變量的大小顯示單元輸出的控制信號或手動操作信號，去改變控制變量的大小。 執(zhí)行單元的品種有：角行程電動執(zhí)行器、直行程電動執(zhí)行器和氣動執(zhí)行單元的品種有：角行程電動執(zhí)行器、直行程電動執(zhí)行器和氣動薄膜調(diào)節(jié)閥等。薄膜調(diào)節(jié)閥等。 輔助單元輔助單元 輔助單元是

15、為了滿足自動控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)輔助單元是為了滿足自動控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)的儀表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等等。的儀表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等等。返回目錄返回目錄（2 2） 基地式控制儀表基地式控制儀表 基地式控制儀表相當(dāng)于把單元組合儀表的幾個單元組合在一起，構(gòu)基地式控制儀表相當(dāng)于把單元組合儀表的幾個單元組合在一起，構(gòu)成一個儀表。成一個儀表。（3 3） 集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCSDCS系統(tǒng)）系統(tǒng)） DCS DCS系統(tǒng)是一種以微型計算機為核心的計算機控制裝置。其基本特系統(tǒng)是一種以微型計算機為核心的計算機控制裝置。其基本特點是分散控制、集中管理。點是分散控制、集中管

16、理。（4 4） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS系統(tǒng)）系統(tǒng)） FCS FCS系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的一種新型計算機控制裝置。其特點系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的一種新型計算機控制裝置。其特點是現(xiàn)場控制和雙向數(shù)字通。是現(xiàn)場控制和雙向數(shù)字通。 1.1.3. 1.1.3. 信號制信號制信號制即信號標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。信號制即信號標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。1.1.3.1. 1.1.3.1. 信號標(biāo)準(zhǔn)信號標(biāo)準(zhǔn) （1 1）氣動儀表的信號的信號標(biāo)準(zhǔn)）氣動儀表的信號的信號標(biāo)準(zhǔn)返回目錄返回目錄 中國國家標(biāo)準(zhǔn)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB777GB777化工自動化儀表用模

17、擬氣動信號化工自動化儀表用模擬氣動信號規(guī)定了氣動儀表的信規(guī)定了氣動儀表的信號的下限值和上限值，如表號的下限值和上限值，如表1-21-2所示所示 表表1 12 2 模擬信號的下限值和上限值模擬信號的下限值和上限值下限下限上限上限20kPa(0.2kgf/c )100kPa(1kgf/c )（2 2）電動儀表的信號標(biāo)準(zhǔn)）電動儀表的信號標(biāo)準(zhǔn) 中國國家標(biāo)準(zhǔn)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB339GB339化工自動化儀表用模擬直流電流信號化工自動化儀表用模擬直流電流信號規(guī)定了規(guī)定了電動儀表的信號，如表電動儀表的信號，如表1-31-3所示。所示。表表1 13 3 模擬直流電流信號及其負(fù)載電阻模擬直流電流信號及其負(fù)載電阻 序

18、號序號電流信號電流信號負(fù)載電阻負(fù)載電阻12420mADC250-750 0-10mADC0-10000-3000 返回目錄返回目錄1.1.3.2. 1.1.3.2. 電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用（1 1） 現(xiàn)場與控制室之間采用直流電流信號現(xiàn)場與控制室之間采用直流電流信號 采用直流電流信號具有以下優(yōu)點。采用直流電流信號具有以下優(yōu)點。 直流信號比交流信號干擾少直流信號比交流信號干擾少; ; 直流信號對負(fù)載的要求簡單直流信號對負(fù)載的要求簡單; ; 電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息。電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息。（2 2） 控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號 它可

19、以采用并聯(lián)連接方式，使同一個電壓它可以采用并聯(lián)連接方式，使同一個電壓信號為多個儀表所接收。而且任何一個儀表拆信號為多個儀表所接收。而且任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其他儀表的運行。離信號回路都不會影響其他儀表的運行。（3 3）控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式）控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式 綜上所述，電流傳送適合于遠(yuǎn)距離對單個綜上所述，電流傳送適合于遠(yuǎn)距離對單個儀表傳送信息，電壓傳送適合于把同一信息傳送到并聯(lián)的多個儀表，兩者儀表傳送信息，電壓傳送適合于把同一信息傳送到并聯(lián)的多個儀表，兩者結(jié)合，取長補短?？刂葡到y(tǒng)儀表之間典型連接方式如圖結(jié)合，取長補短。控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式如圖1-21-2所

20、示。所示。 返回目錄返回目錄1.2.1.2.儀表的分析方法儀表的分析方法 儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式。儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式。 儀表整機采用單個放大器，其放大器可由若干級放大電路或不同的儀表整機采用單個放大器，其放大器可由若干級放大電路或不同的放大器串聯(lián)而成。屬于這一類的儀表有放大器串聯(lián)而成。屬于這一類的儀表有DDZ-DDZ-型儀表、大部分的變送器以及型儀表、大部分的變送器以及氣動儀表等。氣動儀表等。 整機由數(shù)目不等的運算放大器電路以不同形式組裝而成。如整機由數(shù)目不等的運算放大器電路以不同形式組裝而成。如DDZ-DDZ-、I I系列和系列和EKEK系

21、列儀表等。系列儀表等。 這一類儀表一般具有如圖這一類儀表一般具有如圖1-31-3所所示的典型結(jié)構(gòu)，即整個儀表可以劃分示的典型結(jié)構(gòu)，即整個儀表可以劃分為三部分：輸入部分、放大器和反饋為三部分：輸入部分、放大器和反饋部分部分 。1.2.1. 1.2.1. 采用單個放大器的儀表分析方法采用單個放大器的儀表分析方法1.2.1.1.1.2.1.1.采用單個放大器的儀表特點采用單個放大器的儀表特點返回目錄返回目錄 由圖由圖1-3可以求得整個儀表的輸出與輸入關(guān)系為可以求得整個儀表的輸出與輸入關(guān)系為 (1-1)式中式中 輸入部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)；輸入部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)； 放大器的放大系數(shù)；放大器的放大系數(shù)； 反饋部分的

22、反饋系數(shù)反饋部分的反饋系數(shù)。當(dāng)滿足當(dāng)滿足KKf1的條件時的條件時 (1-2)由于由于 因此因此 ，即即 (1-3) 上述分析表明，采用單個放大器的儀表具有如下特點。上述分析表明，采用單個放大器的儀表具有如下特點。 在滿足在滿足 的條件時，儀表的輸出榆樹如關(guān)系僅取決于輸入的條件時，儀表的輸出榆樹如關(guān)系僅取決于輸入部分的特性和反饋部分的特性。部分的特性和反饋部分的特性。 在滿足在滿足 的條件時，儀表的輸入部分的輸出信號的條件時，儀表的輸入部分的輸出信號 于整機于整機輸出信號輸出信號y經(jīng)反饋部分反饋到放大器輸入端的反饋信號經(jīng)反饋部分反饋到放大器輸入端的反饋信號 基本相等，即基本相等，即放大器的凈輸入

23、放大器的凈輸入趨向于零。趨向于零。KfiKKKKxy1iKfKfiKKxyyKZxKZffii,0fiZZfiZZ 1fKK1fKKiZiZ返回目錄返回目錄1.2.1.2.1.2.1.2.分析方法分析方法 式（式（1-11-1）- -（1-31-3）是對采用單個放）是對采用單個放大器的儀表進(jìn)行分析的主要依據(jù)。對于大器的儀表進(jìn)行分析的主要依據(jù)。對于這一類儀表的分析，首先是將儀表劃分這一類儀表的分析，首先是將儀表劃分為三部分：輸入部分、放大器和反饋部為三部分：輸入部分、放大器和反饋部分。然后對各個部分進(jìn)行分析，重點式分。然后對各個部分進(jìn)行分析，重點式輸入部分和反饋部分。進(jìn)而根據(jù)式（輸入部分和反饋部

24、分。進(jìn)而根據(jù)式（1-21-2）或式（或式（1-31-3）求出整機輸出與輸入之間的）求出整機輸出與輸入之間的關(guān)系，即可得到整機性。關(guān)系，即可得到整機性。 要將整個儀表劃分為三個部分，關(guān)要將整個儀表劃分為三個部分，關(guān)鍵是如何確定圖鍵是如何確定圖1-31-3的比較環(huán)節(jié)和引出反的比較環(huán)節(jié)和引出反饋的取樣環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)的確定可以從饋的取樣環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即放大器的輸入端即所加位置著手；取所加位置著手；取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回路著手。路著手。 電動儀表的比較方式有兩種：串聯(lián)電動儀表的比較方式有兩種：串聯(lián)比較和并聯(lián)比較。如圖比較和并聯(lián)比較

25、。如圖1-41-4和和1-51-5所示。所示。返回目錄返回目錄 電動儀表的取樣方式有兩種：電流取樣和電壓取樣。如圖電動儀表的取樣方式有兩種：電流取樣和電壓取樣。如圖1-61-6所示。所示。1.2.2. 采用運算放大器的儀表分析方法采用運算放大器的儀表分析方法 這一類儀表的線路是由若干個運算放大器電路組裝而成，主要是運這一類儀表的線路是由若干個運算放大器電路組裝而成，主要是運算放大器電路以串聯(lián)形式相連。算放大器電路以串聯(lián)形式相連。返回目錄返回目錄1.2.2.1.1.2.2.1.運算放大器的基本知識運算放大器的基本知識（1） 運算放大器的基本性能運算放大器的基本性能 在儀表電路圖中，運算放大器一般

26、用圖在儀表電路圖中，運算放大器一般用圖1-71-7所所示的長方形符號表示。示的長方形符號表示。 引出端引出端 有五個基本的引出端有五個基本的引出端 a. a.輸入端輸入端（+ +、- -） + +端位同相輸入端，端位同相輸入端，- -端位端位反相輸入端。反相輸入端。 b.b.輸出端輸出端 U U。為輸出端對地的電壓。為輸出端對地的電壓。 c.c.電源端電源端（U+U+、U-U-） 他們通常分別連接到運算放大器所需的正、負(fù)電他們通常分別連接到運算放大器所需的正、負(fù)電源上。源上。 運算放大器基本特征運算放大器基本特征 在分析儀表線路時在分析儀表線路時, ,往往把運算放大器理想化。理想運算放大器具有

27、如下往往把運算放大器理想化。理想運算放大器具有如下特點：特點： a.a.輸入電阻輸入電阻 ； b.b.輸出電阻輸出電阻 ； c. c.開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 ； d. d.失調(diào)及其漂移為零。失調(diào)及其漂移為零。 iR0RK返回目錄返回目錄由上述特點，可以得出如下兩條重要的結(jié)論：由上述特點，可以得出如下兩條重要的結(jié)論：a.a. 差模輸入電壓為零，即差模輸入電壓為零，即 或或 ； b.b. 輸入端輸入電流為零輸入端輸入電流為零 即即 。 FTUU 0dU0, 0bFbTII （2 2）運算放大電路）運算放大電路 反相端輸入反相端輸入 反相端輸入運算放大器電路如圖反相端輸入運算放大器電路如圖1-81

28、-8所示。所示。因為因為所以所以又因為又因為 所以所以整理可得整理可得 0, 0bFbTII0211212TiFUURRRURRRU，TFUU，0211212URRRURRRUiF120RRUUi(1-4)(1-4)返回目錄返回目錄同相端輸入同相端輸入 同相端輸入運算放大器電路如圖同相端輸入運算放大器電路如圖1-91-9所示所示 。iTFUUURRRU，0211因為因為0, 0bFbTII所以所以又因為又因為TFUU所以所以，0211URRRUi即即1201RRUUi（1 15 5）返回目錄返回目錄差動輸入差動輸入 差動輸入運算放大器電路如圖差動輸入運算放大器電路如圖1-101-10所示。所示

29、。因為因為0, 0bFbTII所以所以iTTiFFURRRUURRRURRRU434211212，又因為又因為TFUU4321RRRR如果如果所以所以iFiTURRURRRRRRU124341210)(1-6)(1-6)(1-7)(1-7)則則idiFiTURRUURRU12120)(（1 18 8）返回目錄返回目錄思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題1 11 1 單元組合式控制儀表有哪些單元？各有哪些功能？單元組合式控制儀表有哪些單元？各有哪些功能？1 12 2 什么是信號制？控制系統(tǒng)儀表之間采用何種連接方式最佳？為什么？什么是信號制？控制系統(tǒng)儀表之間采用何種連接方式最佳？為什么？1 13 3 試用本章

30、所介紹的方法，直接試用本章所介紹的方法，直接”看看“出圖出圖1 11111所示電路的輸入輸出關(guān)所示電路的輸入輸出關(guān) 系。系。返回目錄返回目錄2.1.2.1.控制控制規(guī)律規(guī)律 2.1.1.2.1.1.控制規(guī)律的表示方法控制規(guī)律的表示方法返回目錄返回目錄 控制器在自動化控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測量控制器在自動化控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測量 信號與給定值相減以得到偏差信號，然后對偏差信號按一定的控制規(guī)信號與給定值相減以得到偏差信號，然后對偏差信號按一定的控制規(guī) 律進(jìn)行運算，運算結(jié)果為控制信號，輸出至執(zhí)行器。律進(jìn)行運算，運算結(jié)果為控制信號，輸出至執(zhí)行器。 習(xí)慣上，單元組合儀

31、表和單個儀表形式的控制器常稱調(diào)節(jié)器，如習(xí)慣上，單元組合儀表和單個儀表形式的控制器常稱調(diào)節(jié)器，如 DDZ-IIDDZ-II型電動調(diào)節(jié)器，型電動調(diào)節(jié)器，DDZ-IIIDDZ-III型電動型電動調(diào)節(jié)器和可編程調(diào)節(jié)器等。調(diào)節(jié)器和可編程調(diào)節(jié)器等。 本章首先介紹控制規(guī)律的基本概念，這是控制器的共性問題；然本章首先介紹控制規(guī)律的基本概念，這是控制器的共性問題；然 后介紹模擬式控制器和數(shù)字式控制器。有關(guān)可編程程序控制器等內(nèi)容后介紹模擬式控制器和數(shù)字式控制器。有關(guān)可編程程序控制器等內(nèi)容 將在以后的章節(jié)中介紹。將在以后的章節(jié)中介紹。 2.1.1.1.2.1.1.1.何為控制器的控制規(guī)律何為控制器的控制規(guī)律 圖圖2

32、 21 1是單回路控制系統(tǒng)是單回路控制系統(tǒng)方框圖。在該控制系統(tǒng)中，被控量由于方框圖。在該控制系統(tǒng)中，被控量由于 受擾動受擾動d d（如生產(chǎn)（如生產(chǎn)負(fù)荷的改變，上下工段間的生產(chǎn)不平衡現(xiàn)象等）的負(fù)荷的改變，上下工段間的生產(chǎn)不平衡現(xiàn)象等）的 影響，常常偏離給定值，即被控變量產(chǎn)生了偏差影響，常常偏離給定值，即被控變量產(chǎn)生了偏差 smxxx （2-12-1） 式中式中，xx為偏差；為測量值；為給定值。為偏差；為測量值；為給定值。 控制器接受了偏差信號控制器接受了偏差信號x x后，按一定的控制規(guī)律使其輸出信號后，按一定的控制規(guī)律使其輸出信號 yy發(fā)生變化，通過執(zhí)行器改變操縱量發(fā)生變化，通過執(zhí)行器改變操縱量

33、q q，以抵消干擾對被控量以抵消干擾對被控量的影的影響，從而是被控量回到被控量上來。響，從而是被控量回到被控量上來。 控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對象對象變送器變送器圖圖2 21 1 單回路控制系統(tǒng)方框圖單回路控制系統(tǒng)方框圖mxsxxyq返回目錄返回目錄 被控量能否回到給定值上，或者以什么樣的途徑、經(jīng)過多長時間回被控量能否回到給定值上，或者以什么樣的途徑、經(jīng)過多長時間回 到給定值上來，這不僅僅與被控對象特性有關(guān)，而且還與控制器的特性到給定值上來，這不僅僅與被控對象特性有關(guān)，而且還與控制器的特性 有關(guān)。只有熟悉了控制器的特性，才能達(dá)到自動控制的目的。有關(guān)。只有熟悉了控制器的特性，才能達(dá)到自動

34、控制的目的。 控制器的控制規(guī)律就是控制器的輸出信號隨輸入信號（偏差）變控制器的控制規(guī)律就是控制器的輸出信號隨輸入信號（偏差）變 化規(guī)律。這個規(guī)律常常稱為控制器的特性?；?guī)律。這個規(guī)律常常稱為控制器的特性。 必須強調(diào)指出，在研究控制器特性時，控制器的輸入是被控量（測必須強調(diào)指出，在研究控制器特性時，控制器的輸入是被控量（測 量值）與給定值之差即偏差量值）與給定值之差即偏差xx，而控制器的輸出是控制接受偏差后，而控制器的輸出是控制接受偏差后， 相應(yīng)的輸出信號的變化量相應(yīng)的輸出信號的變化量yy。 對控制器而言，習(xí)慣上，對控制器而言，習(xí)慣上，xx00稱正偏差；稱正偏差；xx000， 相應(yīng)的相應(yīng)的yy0

35、0則該控制器稱正作用控制器；則該控制器稱正作用控制器；xx00，相應(yīng)的，相應(yīng)的yy0UL時，比較器輸出高電平信號，故場效應(yīng)管VT7飽和導(dǎo)通，三極管VT8截止。由于VT7的飽和壓降很小，可以忽略不計，所以此時的輸出為1223UUNU34UU而當(dāng)而當(dāng)U3ULU300時，伺服放大器的輸出驅(qū)動伺服電機正轉(zhuǎn)，再時，伺服放大器的輸出驅(qū)動伺服電機正轉(zhuǎn)，再經(jīng)機械減速器減速后，使輸出軸向下運動（正作用執(zhí)行機構(gòu)），輸出軸的經(jīng)機械減速器減速后，使輸出軸向下運動（正作用執(zhí)行機構(gòu)），輸出軸的位移經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反饋信號，反饋到伺服放大器的輸入端使位移經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反饋信號，反饋到伺服放大器的輸入端使減

36、小，直至減小，直至=0=0時，伺服放大器無輸出，伺服電機才停止運轉(zhuǎn)，輸出軸時，伺服放大器無輸出，伺服電機才停止運轉(zhuǎn)，輸出軸也就穩(wěn)定在輸入信號相對應(yīng)的位置上。反之，當(dāng)也就穩(wěn)定在輸入信號相對應(yīng)的位置上。反之，當(dāng)00時，伺服放大器的輸時，伺服放大器的輸出驅(qū)動伺服電機反轉(zhuǎn)，輸出軸向上運動，反饋信號也相應(yīng)減小，直至使出驅(qū)動伺服電機反轉(zhuǎn)，輸出軸向上運動，反饋信號也相應(yīng)減小，直至使=0=0時，伺服電機才停止運轉(zhuǎn)，輸出軸穩(wěn)定在另一新的位置上時，伺服電機才停止運轉(zhuǎn)，輸出軸穩(wěn)定在另一新的位置上。在結(jié)構(gòu)上電動執(zhí)行機構(gòu)有兩種形式，其一為分體式結(jié)構(gòu)，即伺服放大在結(jié)構(gòu)上電動執(zhí)行機構(gòu)有兩種形式，其一為分體式結(jié)構(gòu)，即伺服放大

37、器獨立構(gòu)成一臺儀表，其余部分構(gòu)成另一個儀表，兩者之間用電纜相器獨立構(gòu)成一臺儀表，其余部分構(gòu)成另一個儀表，兩者之間用電纜相連；另一種為一體化結(jié)構(gòu)，即伺服放大器與其余部分構(gòu)成一個整體。連；另一種為一體化結(jié)構(gòu)，即伺服放大器與其余部分構(gòu)成一個整體。新型電動執(zhí)行機構(gòu)一般采用一體化結(jié)構(gòu)，它具有體積小、重量輕、可新型電動執(zhí)行機構(gòu)一般采用一體化結(jié)構(gòu)，它具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點?？啃愿摺⑹褂梅奖愕葍?yōu)點。 （1 1）伺服電機）伺服電機伺服電機是電動調(diào)節(jié)閥的動力部件，其作用是將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)伺服電機是電動調(diào)節(jié)閥的動力部件，其作用是將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)換成機械轉(zhuǎn)矩。換成機械轉(zhuǎn)矩。伺

38、服電機實際上是一個二相電容導(dǎo)步電機，由一個用沖槽硅鋼片疊成的定子伺服電機實際上是一個二相電容導(dǎo)步電機，由一個用沖槽硅鋼片疊成的定子和鼠籠轉(zhuǎn)子組成，定子上均勻分布著兩個匝數(shù)、線徑相同而相隔和鼠籠轉(zhuǎn)子組成，定子上均勻分布著兩個匝數(shù)、線徑相同而相隔9090電角度電角度的定子繞組的定子繞組W1W1和和W2W2。 （2 2）伺服放大器）伺服放大器伺服放大器主要包括放大器和兩組可控硅交流開關(guān)伺服放大器主要包括放大器和兩組可控硅交流開關(guān)，其工作原理如圖，其工作原理如圖5-65-6所示。所示。放大器的作用是將輸入信號放大器的作用是將輸入信號IiIi和反饋信號和反饋信號IfIf進(jìn)行比較，得到差值信號進(jìn)行比較，得

39、到差值信號，并，并根據(jù)根據(jù)的極性和大小，控制可控硅交流開關(guān)的極性和大小，控制可控硅交流開關(guān)，的導(dǎo)通或截止?？煽毓杞坏膶?dǎo)通或截止?？煽毓杞涣鏖_關(guān)流開關(guān)，用來接通或切斷伺服電機的交流電源，控制伺服電機的正轉(zhuǎn)、用來接通或切斷伺服電機的交流電源，控制伺服電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止運轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)或停止運轉(zhuǎn)。在執(zhí)行機構(gòu)工作時，可控硅交流開關(guān)在執(zhí)行機構(gòu)工作時，可控硅交流開關(guān)，只能其中一組導(dǎo)通。設(shè)可控硅交只能其中一組導(dǎo)通。設(shè)可控硅交流開關(guān)流開關(guān)導(dǎo)通時，分相電容導(dǎo)通時，分相電容CdCd與與W1W1串接，由于分相電容串接，由于分相電容CdCd的作用，的作用，W1W1和和W2W2的的電流相位總是相差電流相位總是相差9090

40、，其合成向量產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場又在，其合成向量產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場又在轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流并構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁場，兩個磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子順時針方轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流并構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁場，兩個磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）；而可控硅交流開關(guān)向旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）；而可控硅交流開關(guān)導(dǎo)通時，則分相電容導(dǎo)通時，則分相電容CdCd與與W2W2串接，使串接，使轉(zhuǎn)子反時針方向旋轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）；可控硅交流開關(guān)轉(zhuǎn)子反時針方向旋轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）；可控硅交流開關(guān)，均截止時，伺服電機均截止時，伺服電機停止運轉(zhuǎn)。停止運轉(zhuǎn)。返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄為了滿足控制系統(tǒng)的需要，某些執(zhí)行機構(gòu)的伺服放大器有多個輸入信號通為

41、了滿足控制系統(tǒng)的需要，某些執(zhí)行機構(gòu)的伺服放大器有多個輸入信號通道。道。（3 3）位置發(fā)送器）位置發(fā)送器位置發(fā)送器通常由位移檢測元件和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。前者用于將電動位置發(fā)送器通常由位移檢測元件和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。前者用于將電動執(zhí)行輸出軸的位移換成毫狀或電阻等信號，常用的位移檢測元件有差動變執(zhí)行輸出軸的位移換成毫狀或電阻等信號，常用的位移檢測元件有差動變壓器、塑料薄膜電位器和位移傳感器等；后者用于將位移檢測元件輸出信壓器、塑料薄膜電位器和位移傳感器等；后者用于將位移檢測元件輸出信號轉(zhuǎn)換成伺服放大器所要求的輸入信號，如號轉(zhuǎn)換成伺服放大器所要求的輸入信號，如010mA010mA或或420mA42

42、0mA直流電流信號。直流電流信號。（4 4）減速器）減速器減速器的作用是將伺服電機高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成機構(gòu)輸出軸減速器的作用是將伺服電機高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成機構(gòu)輸出軸的低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率，以推動調(diào)節(jié)機構(gòu)。直行程式的電動執(zhí)行機的低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率，以推動調(diào)節(jié)機構(gòu)。直行程式的電動執(zhí)行機構(gòu)中，減速器還起到將伺服電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機構(gòu)輸出軸的構(gòu)中，減速器還起到將伺服電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機構(gòu)輸出軸的直線運動作用。減速器一般由機械齒輪或齒輪與皮帶輪構(gòu)成。直線運動作用。減速器一般由機械齒輪或齒輪與皮帶輪構(gòu)成。5.2.2.2. 5.2.2.2. 電動執(zhí)行機構(gòu)的

43、特性電動執(zhí)行機構(gòu)的特性返回目錄返回目錄電動執(zhí)行機構(gòu)的方塊圖，如圖電動執(zhí)行機構(gòu)的方塊圖，如圖5-7所示所示伺服放大器是一個具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，伺服放大器是一個具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，為不靈敏區(qū)，其輸入信號為為不靈敏區(qū)，其輸入信號為執(zhí)行機構(gòu)的輸入信號執(zhí)行機構(gòu)的輸入信號Ii與反饋信號與反饋信號If之差值，當(dāng)之差值，當(dāng)|Ii-If| 時，伺服放大器無輸出時，伺服放大器無輸出信號；當(dāng)信號；當(dāng)|Ii-If| 時，立即有輸出，且輸出為一恒定交流電壓（約為時，立即有輸出，且輸出為一恒定交流電壓（約為215V）。）。伺服電機在接通電源時，工作在恒速狀態(tài)，故為一個積分環(huán)節(jié)，減速器和伺服電機在接通電源時，工

44、作在恒速狀態(tài)，故為一個積分環(huán)節(jié)，減速器和位置發(fā)送器都可以看作為比例環(huán)節(jié)。因此，電動執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)特性主要位置發(fā)送器都可以看作為比例環(huán)節(jié)。因此，電動執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)特性主要取決于伺服電機的特性，即具有積分特性。取決于伺服電機的特性，即具有積分特性。直行程電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出為直線位移直行程電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出為直線位移l l，角行程電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出為角，角行程電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出為角位移位移0 0，設(shè)，設(shè)kfkf為位置發(fā)送器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，則由圖為位置發(fā)送器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，則由圖5-75-7可得可得返回目錄返回目錄ffffkIlkI或由于伺服放大器的不靈敏區(qū)很小，在伺服電機停止轉(zhuǎn)動時，可認(rèn)為II-If=0，因

45、此可得ififIkIkl11或 上式表明，電動執(zhí)行機構(gòu)在動態(tài)過程行結(jié)束后，輸出軸的直線位移上式表明，電動執(zhí)行機構(gòu)在動態(tài)過程行結(jié)束后，輸出軸的直線位移l l或角位移或角位移o o與輸入信號與輸入信號IiIi之間具有良好的線性關(guān)系，即電動執(zhí)行機構(gòu)的之間具有良好的線性關(guān)系，即電動執(zhí)行機構(gòu)的靜態(tài)特性為一比例特性。靜態(tài)特性為一比例特性。(5 - 5)5.2.3.5.2.3.智能式電動執(zhí)行機構(gòu)智能式電動執(zhí)行機構(gòu) 智能式電動執(zhí)行機構(gòu)的構(gòu)成原理與模擬式電動執(zhí)行機構(gòu)相同，即也智能式電動執(zhí)行機構(gòu)的構(gòu)成原理與模擬式電動執(zhí)行機構(gòu)相同，即也可用如圖可用如圖5=55=5的框圖表示，但是智能式電動執(zhí)行機構(gòu)采取了新穎的結(jié)構(gòu)部

46、的框圖表示，但是智能式電動執(zhí)行機構(gòu)采取了新穎的結(jié)構(gòu)部件。件。 伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實現(xiàn)，伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實現(xiàn)，而且還具有數(shù)字通訊接口，從而具有而且還具有數(shù)字通訊接口，從而具有HARTHART協(xié)議或現(xiàn)場總線通信功能，成協(xié)議或現(xiàn)場總線通信功能，成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點。有的伺服放大器中還采用了變頻技為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點。有的伺服放大器中還采用了變頻技術(shù)，可以更有效地控制伺服電機的動作。減速器采用新穎的傳動結(jié)構(gòu)，術(shù)，可以更有效地控制伺服電機的動作。減速器采用新穎的傳動結(jié)構(gòu)，運行平穩(wěn)、傳動效率高、無爬行、磨擦

47、小。位置發(fā)送器采用了新技術(shù)和運行平穩(wěn)、傳動效率高、無爬行、磨擦小。位置發(fā)送器采用了新技術(shù)和新方法，有的采用霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動作，新方法，有的采用霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動作，實現(xiàn)了非接觸式定位檢測；有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸實現(xiàn)了非接觸式定位檢測；有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸承和特種導(dǎo)電塑料材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式承和特種導(dǎo)電塑料材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。旋轉(zhuǎn)角度傳感器。智能式電動執(zhí)行機構(gòu)通常都有液晶顯示器和手動操作按鈕，用于顯示執(zhí)智能式電動執(zhí)行機構(gòu)通常都有液晶顯示器和手動操

48、作按鈕，用于顯示執(zhí)行機構(gòu)的各種狀態(tài)信息和輸入組態(tài)數(shù)據(jù)以及手動操作。因此與模擬式電行機構(gòu)的各種狀態(tài)信息和輸入組態(tài)數(shù)據(jù)以及手動操作。因此與模擬式電動執(zhí)行機構(gòu)相比，智能式電動執(zhí)行機構(gòu)具有如下的一些優(yōu)點。動執(zhí)行機構(gòu)相比，智能式電動執(zhí)行機構(gòu)具有如下的一些優(yōu)點。返回目錄返回目錄 定位精度高，并具有瞬時起停特性以及自動定位精度高，并具有瞬時起停特性以及自動調(diào)整死區(qū)、自動修正、長期運行仍能保證可靠的關(guān)調(diào)整死區(qū)、自動修正、長期運行仍能保證可靠的關(guān)閉和良好運行狀態(tài)等；閉和良好運行狀態(tài)等； 推桿行程的非接觸式檢測；推桿行程的非接觸式檢測； 更快的響應(yīng)速度，無爬行、超調(diào)和振蕩現(xiàn)象更快的響應(yīng)速度，無爬行、超調(diào)和振蕩現(xiàn)象

49、具有通訊功能，可通過上位機或執(zhí)行機構(gòu)上的具有通訊功能，可通過上位機或執(zhí)行機構(gòu)上的按鈕進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)設(shè)定；按鈕進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)設(shè)定； 具有故障診斷和處理功能，能自動判別斷輸入具有故障診斷和處理功能，能自動判別斷輸入信號、電動機過熱或堵轉(zhuǎn)、閥門卡死、通信故障、信號、電動機過熱或堵轉(zhuǎn)、閥門卡死、通信故障、程序出錯等，并能自動地切換到閥門安全位置，當(dāng)程序出錯等，并能自動地切換到閥門安全位置，當(dāng)供電電源斷電后，能自動地切換到備用電池上，使供電電源斷電后，能自動地切換到備用電池上，使位置信號保存下來。位置信號保存下來。返回目錄返回目錄 5.3. 5.3. 調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)返回目錄返回目錄調(diào)節(jié)機構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)

50、節(jié)部分，在執(zhí)行機構(gòu)的輸出力調(diào)節(jié)機構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機構(gòu)的輸出力F F（輸出（輸出力矩力矩M M）和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機構(gòu)閥芯的運動，改變了閥）和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機構(gòu)閥芯的運動，改變了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使芯與閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。根據(jù)閥芯的動作形式，調(diào)節(jié)機構(gòu)可分為直行程式和角行程式兩根據(jù)閥芯的動作形式，調(diào)節(jié)機構(gòu)可分為直行程式和角行程式兩大類；直行程式的調(diào)節(jié)機構(gòu)有直通雙座閥、直通單座閥、角形大類；直行程式的調(diào)節(jié)機構(gòu)有直通雙座閥、直通單座閥、角形閥、三通閥、

51、高壓閥、隔膜閥、波紋管密封閥、超高壓閥、小閥、三通閥、高壓閥、隔膜閥、波紋管密封閥、超高壓閥、小流量閥、籠式（套筒）閥、低噪音閥等；角行程式的調(diào)節(jié)機構(gòu)流量閥、籠式（套筒）閥、低噪音閥等；角行程式的調(diào)節(jié)機構(gòu)有蝶閥、凸輪撓曲閥、有蝶閥、凸輪撓曲閥、V V形球閥、形球閥、O O形球閥等。形球閥等。調(diào)節(jié)機構(gòu)正、反作用的含義是，當(dāng)閥芯向下位移時，閥芯與閥調(diào)節(jié)機構(gòu)正、反作用的含義是，當(dāng)閥芯向下位移時，閥芯與閥座之間的流通截面積增大，稱為正作用，習(xí)慣上按閥芯安裝形座之間的流通截面積增大，稱為正作用，習(xí)慣上按閥芯安裝形式稱之為反裝；反之，則稱之為反作用，并稱之為正裝。一般式稱之為反裝；反之，則稱之為反作用，并

52、稱之為正裝。一般來說，只有閥采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（即上下均有導(dǎo)向）的調(diào)節(jié)機構(gòu)，來說，只有閥采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（即上下均有導(dǎo)向）的調(diào)節(jié)機構(gòu)，才有正、反作用兩種作用方式；而單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)機構(gòu)，則才有正、反作用兩種作用方式；而單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)機構(gòu)，則只有正作用。只有正作用。 5.3.1. 調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點返回目錄返回目錄調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由閥體、閥桿或轉(zhuǎn)軸、閥芯或閥板和閥座等部件組成。圖調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由閥體、閥桿或轉(zhuǎn)軸、閥芯或閥板和閥座等部件組成。圖5-85-8為兩種常用的調(diào)節(jié)閥。為兩種常用的調(diào)節(jié)閥。圖圖5-85-8為直行程式單座調(diào)節(jié)閥，執(zhí)行機構(gòu)輸出的推力通過閥桿為直行程式單座調(diào)節(jié)閥，執(zhí)行機構(gòu)輸出的推力通過閥桿

53、2 2使閥芯使閥芯3 3產(chǎn)生產(chǎn)生上、下方向的位移，從而改變了閥芯上、下方向的位移，從而改變了閥芯3 3與閥座與閥座4 4之間的流通截面積，即改變之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。圖圖5-95-9為角行程式蝶閥，執(zhí)行機構(gòu)輸出的推力通過轉(zhuǎn)軸為角行程式蝶閥，執(zhí)行機構(gòu)輸出的推力通過轉(zhuǎn)軸2 2使使4 4產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移，從而改變了閥體中的流通截面積，使被控介質(zhì)的流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。從而改變了閥體中的流通截面積，使被控介質(zhì)的流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。下面對常用調(diào)節(jié)機構(gòu)的特點及應(yīng)用做一簡單介紹，圖下

54、面對常用調(diào)節(jié)機構(gòu)的特點及應(yīng)用做一簡單介紹，圖5-105-10為常用調(diào)節(jié)機構(gòu)為常用調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。的結(jié)構(gòu)示意圖。直通單座調(diào)節(jié)閥直通單座調(diào)節(jié)閥 圖圖5-105-10（a a）、（）、（b b） 的閥體內(nèi)只有一個閥芯和一個閥座。的閥體內(nèi)只有一個閥芯和一個閥座。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、泄露量小（甚至可以完全切斷）和允許壓差小。因此，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、泄露量?。ㄉ踔量梢酝耆袛啵┖驮试S壓差小。因此，它適用于要求泄漏量小，工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場合。在應(yīng)用中應(yīng)特它適用于要求泄漏量小，工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場合。在應(yīng)用中應(yīng)特別注意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。別注意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。直通雙座調(diào)節(jié)

55、閥直通雙座調(diào)節(jié)閥 圖圖5-105-10（c c） 的閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。因為流體對上、的閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。因為流體對上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，但上、下兩閥芯不易同時關(guān)閉，因此下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，但上、下兩閥芯不易同時關(guān)閉，因此雙座閥具有允許壓差大、泄漏量較大的特點。故適用于閥兩端壓差較大，雙座閥具有允許壓差大、泄漏量較大的特點。故適用于閥兩端壓差較大，泄漏量要求不高的干凈介質(zhì)場合，不適用于高粘度和含纖維的場合。泄漏量要求不高的干凈介質(zhì)場合，不適用于高粘度和含纖維的場合。蝶閥蝶閥 圖圖5-105-10（g g） 是通過擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。其結(jié)是通

56、過擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、流通能力大，特別適用于低壓差、大口徑、大流構(gòu)緊湊、體積小、成本低、流通能力大，特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體或帶有懸浮物流體的場合，但泄漏較大。蝶閥通常工作轉(zhuǎn)角應(yīng)小于量的氣體或帶有懸浮物流體的場合，但泄漏較大。蝶閥通常工作轉(zhuǎn)角應(yīng)小于7070，此時流量特性與等百分比特性相似。，此時流量特性與等百分比特性相似。套筒閥套筒閥 圖圖5-105-10（h h） 是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的調(diào)節(jié)閥，它的閥體與一般的直是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的調(diào)節(jié)閥，它的閥體與一般的直通單座閥相似，但閥內(nèi)有一個圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯通單座閥相似

57、，但閥內(nèi)有一個圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯可在套筒中上下移動。套筒上開有一定形狀的窗口（節(jié)流孔），閥芯移動時，可在套筒中上下移動。套筒上開有一定形狀的窗口（節(jié)流孔），閥芯移動時，就改變了節(jié)流孔的面積，從而實現(xiàn)流量控制。根據(jù)流通能力大小的要求，套就改變了節(jié)流孔的面積，從而實現(xiàn)流量控制。根據(jù)流通能力大小的要求，套筒的窗口可分為四個、兩個或一個。套筒閥分為單密封和雙密封兩種結(jié)構(gòu)，筒的窗口可分為四個、兩個或一個。套筒閥分為單密封和雙密封兩種結(jié)構(gòu)，前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場合；后者類似于直通雙座閥，適前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場合；后者類似于直通雙座閥，適用于雙座閥的場

58、合。套筒閥還具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點，因而得用于雙座閥的場合。套筒閥還具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用，但其價格比較貴。到廣泛應(yīng)用，但其價格比較貴。返回目錄返回目錄偏心旋轉(zhuǎn)閥偏心旋轉(zhuǎn)閥 圖圖5-105-10（i i） 的結(jié)構(gòu)特點是，閥芯為一球體，其上開有一個直徑的結(jié)構(gòu)特點是，閥芯為一球體，其上開有一個直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動閥芯偏心旋轉(zhuǎn)，使閥芯向前下方進(jìn)入閥座。和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動閥芯偏心旋轉(zhuǎn)，使閥芯向前下方進(jìn)入閥座。偏心旋轉(zhuǎn)閥具有體積小、重量輕、使用可靠、維修方便、通用性強、流體阻偏心旋轉(zhuǎn)閥具有體積小、重量輕、使用可靠、維修方便、通用性強、流體阻

59、力小等優(yōu)點，適用于粘度較大的場合，在石灰、泥漿等流體中，具有較好的力小等優(yōu)點，適用于粘度較大的場合，在石灰、泥漿等流體中，具有較好的使用性能。使用性能。0 0形球閥形球閥 圖圖5-105-10（j j） 的結(jié)構(gòu)特點是，閥芯為一球體，其上開有一個直徑和的結(jié)構(gòu)特點是，閥芯為一球體，其上開有一個直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)節(jié)和切斷作用。該閥結(jié)構(gòu)簡管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)節(jié)和切斷作用。該閥結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，密封可靠，流通能力大，流量特性為快開特性，一般用于位單，維修方便，密封可靠，流通能力大，流量特性為快開特性，一般用于位式控制。式控制。V V形球閥形球閥 圖圖

60、5-105-10（k k） 的閥芯也為一球體，但球體上開孔為的閥芯也為一球體，但球體上開孔為V V形口，隨著球形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的形狀始終保持為三角形。體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的形狀始終保持為三角形。該閥結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、關(guān)閉性能好、流通能力大、可調(diào)比大、流量特性該閥結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、關(guān)閉性能好、流通能力大、可調(diào)比大、流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。返回目錄返回目錄5.3.2. 5.3.2. 調(diào)節(jié)機構(gòu)的工作原理調(diào)節(jié)機構(gòu)的工作原理從流體力學(xué)觀點來看，調(diào)節(jié)機