冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用第四章

第四章

過程控制裝置過程控制裝置與被控對象構(gòu)成了過程控制系統(tǒng)的基本要素。過程控制裝置必須由測量變送單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器（如調(diào)節(jié)閥）三個環(huán)節(jié)構(gòu)成。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

分類：1、按參數(shù)分：壓力變送器差壓變送器溫度變送器流量變送器液位變送器第三章過程檢測技術(shù)2、按照變送器的驅(qū)動能源分：氣動變送器：以壓縮空氣為驅(qū)動能源。電動變送器：以電力為能源。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

4.1.1差壓變速器用來把差壓、流量、液位等被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，并將此統(tǒng)一信號輸送給指示、記錄儀表或調(diào)節(jié)器等，以實(shí)現(xiàn)對上述參數(shù)的顯示、記錄或調(diào)節(jié)。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

根據(jù)敏感元件的類型不同，可分為膜盒式差壓變送器、電容式差壓變送器等類型。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

氣動壓差變送器氣動差壓變送器主要利用了力平衡原理，其敏感元件為膜片或膜盒，主要用于測量液體、氣體或蒸汽的壓力、差壓、流量、液位等物理量。氣動差壓變送器可將壓力信號成比例地轉(zhuǎn)換成20—100KPa的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)壓力信號，送往氣動單元組合儀表的調(diào)節(jié)器或顯示儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)、指示和記錄。其杠桿系統(tǒng)形式有三種：單杠桿、雙杠桿與矢量機(jī)構(gòu)。①氣動元件及組件常用的氣動元件有氣阻、氣容。常見的組件有阻容耦合組件，噴嘴—擋板機(jī)構(gòu)、功率放大器等。氣阻：氣體流過節(jié)流元件時，會受到一定的阻力，這種節(jié)流元件叫氣阻。其作用是降壓和限流。氣阻按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為恒氣阻和變氣阻兩類。恒氣阻結(jié)構(gòu)有三種：毛細(xì)管式、縫隙式和薄壁小孔式。變氣阻結(jié)構(gòu)（常見）：圓錐—圓錐型、圓柱—圓錐、球圓錐型。氣阻流量特性指流過氣阻的氣體流量與其兩端壓力差之間的關(guān)系。根據(jù)流量與壓差之間關(guān)系可分為線性及非線性氣阻。氣流狀態(tài)分別為層流和紊流。氣阻對氣體流動阻礙的程度，一般用氣阻值R來定量表示。線性氣阻的氣阻值氣容：凡是在氣路中能貯存或釋放出氣體的氣室稱為氣容。其作用是在氣動儀表中起緣沖、防止振蕩作用，與電容在電路中的充放電作用相類似。用氣容C來定量表示氣室貯存空氣量的能力。氣容分為固定氣容和彈性氣容兩種。所謂氣容是指改變單位壓力所需要的氣體體積流量阻容耦合組件：通常有節(jié)流通室和節(jié)流盲室。節(jié)流通室：是由變氣阻，流通氣室與恒氣阻串聯(lián)而成的組件。節(jié)流盲室：由一個變氣阻和一個氣室串聯(lián)在一起所構(gòu)成的組件稱為節(jié)流盲室。充氣過程放氣過程結(jié)論：若P為階躍信號，則P2呈指數(shù)曲線變化，P2先快后慢，時，當(dāng)t=T時，P2=P1(1-e-1)=0.632P1。T=RC叫做時間常數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)P1為階躍變化時，P2上升到0.632P1時所需的時間。T反映了P2的變化速度，T越大，表示P2變化速度越慢。因?yàn)門=RC所以當(dāng)C一定時只要改變R就可調(diào)整P2的變化速度。噴嘴—擋板機(jī)構(gòu)

它是由噴嘴和擋板構(gòu)成的變氣阻、一個恒氣阻和一個氣容串聯(lián)而成的節(jié)流通室，其作用是把輸入的微小位移信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號輸出。噴嘴—擋板機(jī)構(gòu)的輸出信號（P背）與輸入信號（擋板位移h）之間的關(guān)系，即為噴嘴—擋板機(jī)構(gòu)的靜特性。h與為非線性關(guān)系，因此噴嘴擋板機(jī)構(gòu)一般工作在中間區(qū)段（相當(dāng)于為0.025~0.13MPa）功率放大器：氣動功率是指氣體壓力與流量的乘積。功率放大器的作用就是將氣動信號進(jìn)行流量和壓力的放大。按結(jié)構(gòu)原理，功率放大可分為兩類：力平衡式和節(jié)流式。以節(jié)流式功率放大器為例講述其工作原理。氣動差壓變送器由測量部分和氣動轉(zhuǎn)換部分組成。以單杠桿式氣動差壓變送器為例講述其工作原理。輸入轉(zhuǎn)換部分：其作用是把被測差壓轉(zhuǎn)換成為作用于主杠桿下端的輸入力。它由軸封膜片、敏感元件（膜盒或膜片）、C型簧片、基座以及主杠桿組成。零件遷移機(jī)構(gòu)：

在實(shí)際應(yīng)用中，差壓的測量范圍不一定從零開始，有時有一不為零的起始值。變送器中進(jìn)行零點(diǎn)遷移，同時調(diào)整儀表量程，可提高儀表的測量精度和靈敏度。已知被測參數(shù)的波動范圍為4000~5000Pa，若零點(diǎn)不遷移，需選擇量移為0~5000Pa的變送器，對應(yīng)輸出為20~100KPa。若零點(diǎn)遷移，可選下限為4000Pa、上限為5000Pa的變送器，其量程為1000Pa。

電動差壓變送器電動差壓變送器能將壓力信號；成比例地轉(zhuǎn)換成0~10mA(DDZⅡ型)或4~20mA(DDZⅢ型)直流電流統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，送往調(diào)節(jié)器或顯示儀表進(jìn)行指示、記錄和調(diào)節(jié)。電磁反饋裝置在自動化儀表與自動化系統(tǒng)中，經(jīng)常把輸出信號經(jīng)過一些環(huán)節(jié)后引回到輸入端，這個過程稱為反饋。如果反饋信號是加強(qiáng)輸入信號作用，稱為正反饋；若反饋信號是抵消輸入信號作用的反饋稱為負(fù)反饋。電磁反饋裝置的作用是把變送器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換為電磁反饋力Ff。該裝置由反饋動圈和永久磁鋼組成。矢量機(jī)構(gòu)由厚金屬板及可撓曲的彈性片組成，其傳動比用tgθ表示。工作原理：矩量板的A、C兩端經(jīng)彈性板固定在基座上，斜角為。U型板中央有一I型芯板，其兩端分別用彈性板固定在U型板和水平推板上。當(dāng)力F1作用在水平推板上時，B端對I型芯板施加傾斜拉力F3，同時出現(xiàn)向上的力F2低頻位移檢測放大器它是個位移—電流轉(zhuǎn)換器。它在整機(jī)中的作用最將副杠桿上的位移檢測片的微小位移S轉(zhuǎn)換成4~20mA的直流電流輸出。組成：差動變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電路及功率放大器所組成。4.1.2防爆安全柵概念：安全火花是指該火花的能量不足以對其周圍介質(zhì)構(gòu)成點(diǎn)火源。（1）危險場所的劃分按照中國1987年公布的《爆炸危險場所電氣安全規(guī)程》的規(guī)定，將爆炸危險場所為兩咱場所五個級別。①第一場所：指爆炸性氣體或可燃蒸氣與空氣混合形成爆炸性氣體混合物的場所。0級壓域：指在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)、短時間頻繁出現(xiàn)或長時間存在的場所。1級壓域：指在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場所2級壓域：指在正常情況下，爆炸性氣體混合物不能出現(xiàn)，而僅在非正常情況下偶爾短時間出現(xiàn)的場所②第二場所：指爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣混合形成爆炸混合物的場所。10級應(yīng)域：指在正常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物可能連續(xù)地頻繁出現(xiàn)或長時間存在的場所。11級應(yīng)域：指在正常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物不能出現(xiàn)，僅在不正常情況下偶爾短時間出現(xiàn)的場所。（2）爆炸性物質(zhì)的分類、分級與分組①分類Ⅰ類物質(zhì)：礦井甲烷；Ⅱ類物質(zhì)：爆炸性氣體、可燃蒸氣；Ⅲ類物質(zhì)：爆炸性粉塵、易燃纖維。②分級與分組爆炸性氣體的分級與分組（Ⅰ、Ⅱ類）：在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，按照其最大試驗(yàn)安全間隙和最小引爆電流比分級，按其引燃溫度值分組。爆炸性粉塵和易燃纖維的分級與分組（Ⅲ類）：按物理性質(zhì)分級、按其自燃溫度分組。兩種防爆結(jié)構(gòu)類型：隔爆型，標(biāo)志為“d”；本質(zhì)安全型，標(biāo)志為“i”。①隔爆型特點(diǎn)：儀表的電路和接線瑞子全部置于隔爆殼體中，表殼的強(qiáng)度足夠大，表殼結(jié)合面間隙足夠深，最大的間隙寬度又足夠窄。設(shè)計(jì)措施：采用耐壓0.8~1Mpa以上的表殼，表殼內(nèi)部的溫升不得超過由氣體或蒸氣的自燃溫度所規(guī)定的數(shù)值，表殼結(jié)合面的縫隙寬度和深度應(yīng)根據(jù)它的容積和氣體的級別采取規(guī)定的數(shù)值。注意事項(xiàng)：1不能在道電運(yùn)行的下打開外殼進(jìn)行檢修或調(diào)整。2對于組別、級別高的易燃易爆氣體不宜采用隔爆型防爆儀表。②本質(zhì)安全防爆型特點(diǎn)：在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下，由電路及設(shè)備產(chǎn)生的火花能量和達(dá)到的溫度都不能引起易燃易爆氣體或蒸氣爆炸的防爆類型。兩種電路：危險場所中的本質(zhì)安全電路及非危險場所中的非本質(zhì)安全電路。在危險場所和非危險場所之間采用防爆安全柵，可使整個儀表系統(tǒng)其有本質(zhì)安全防爆性能。本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)的性能主要由以下措施求保證：1、首先，本質(zhì)安全防爆儀表采用低的工作電壓和小的工作電流。如正常工作，故障情況。限制儀表的R、L、C參數(shù)大小，保證在正常、故障條件時產(chǎn)生的火化能量不足以點(diǎn)燃爆炸性混合物。2、其次用防爆安全柵將危險場所和非危險場所的電路隔開。3、再次在現(xiàn)場儀表到控制儀表之間的連接導(dǎo)線不得形成過大的分布電流和電感。（4）防爆安全柵安全柵工作原理：利用在本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路之間串接的電阻R來限制進(jìn)入本質(zhì)安全電路的電流，利用齊納二極管VD1及VD2來限制進(jìn)入本質(zhì)安全電路的電壓，并且快速熔斷然FU保護(hù)齊納二極管。4.1.3溫度變速器溫度變送器與各種熱電偶或熱電阻配合使用，將被測溫度線性地轉(zhuǎn)換為0~10mA或4~20mA直流電流信號，以便與顯示、記錄和調(diào)節(jié)單元配合工作。以DDZ-III型溫度變速器為例。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

按照采用的測溫傳感器的不同類型，溫度變送器分為三種類型：直流毫伏變送器電阻體溫度變送器熱電偶溫度變送器第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

這三種變送器在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩部分，其中放大單元是通用的，量程單元則隨變送器的類型及量程范圍不同而異。圖中雙線箭頭與單線箭頭分別表示供電回路和信號回路。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

溫度變送器的反饋部分兩種形式：線性電阻網(wǎng)絡(luò)：即線性反饋，結(jié)果保證輸入電壓Ui與輸出電流I0之間成線性關(guān)系，一般在直流毫伏變送器中采用。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

反饋回路具有與測溫元件相類似的特性，即非線性反饋，結(jié)果使被測溫度t與I0之間成線性關(guān)系，在熱電偶和熱電阻變送器的反饋電路里就采用這種形式。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

采用DDZ-III型溫度變送器在性能方面有一些主要優(yōu)點(diǎn)：采用了低漂移、高增益的線性集成電路，提高了儀表的可靠性、穩(wěn)定性及各項(xiàng)技術(shù)性能。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

在熱電偶與熱電阻的溫度交送器中采用了線性化電路，信號與被測溫度信號保持了線性關(guān)系。線路中采取了安全火花防爆措施，兼有安全柵的功能，可用于危險場所中的溫度或直流毫伏信號測量。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

熱電偶溫度變速器的工作原理：熱電偶溫度變送器要求變送器的輸出電壓信號與相應(yīng)的變送器輸入的溫度信號成線性關(guān)系。但一般熱電偶輸出的毫伏值與所代表的溫度之間是非線性的，各種熱電偶的非線性也第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

不一樣，而且同一種熱電偶在不同的測量范圍其非線性程度也不相同。例如鉑銠熱電偶的特性曲線是凹向上的，而鎳鉻－鎳鋁熱電偶特性曲線開始是凹向上的，溫度升高時又變?yōu)榘枷蛳鲁蔛形。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

熱電偶是非線性的，而溫度變送器放大回路是線性的，若將熱電偶的熱電勢直接接到變送器的放大回路，則溫度t℃與變送器的輸出電壓USC之間的關(guān)系是非線性的。因此為了使溫度變送器的輸入溫度t℃與輸出電壓USC保持第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

線性關(guān)系，則變送器的放大回路特性不能是線性的。假設(shè)熱電偶的特性是凹向上的，若要使t℃與USC的關(guān)系呈線性變化，則變送器放大回路的特性曲線必須是凹向下的。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

熱電偶溫度變送器是由熱電偶輸入回路和放大回路兩部分組成。為了得到線性關(guān)系，必須使放大回路具有非線件，這一般是采用反饋電路非線性來實(shí)現(xiàn)的。圖4-31為熱電偶溫度變送器方框圖。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

溫度變送器的傳遞函數(shù)：W(S)=W1(S)×W2(S)W(S)——溫度變送器的傳遞函數(shù)W1(S)——熱電偶的傳遞函數(shù)W2(S)——放大回路的傳遞函數(shù)第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

由于變送器放大回路放大器的放大系數(shù)K很大，故放大回路的傳遞函數(shù)可以認(rèn)為等于反饋電路的傳遞函數(shù)Wf(S)的倒數(shù)，即第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

則熱電偶輸入溫度變送器的傳遞函數(shù)為第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

上式說明，欲使熱電偶輸入的溫度變送器保持線性，就要使反饋電路的特性曲線與熱電偶的特性曲線相同，即變送器放大回路的反饋電路輸入與輸出特性要模擬成熱電偶的非線性特性關(guān)系。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

因此，熱電偶溫度變送器的關(guān)鍵技術(shù)是如何使放大回路的反饋電路具有熱電偶的非線性特性。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

電動變送器與電源的連接方式：兩種：四線制和兩線制。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變送器

第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

兩線制變送器的優(yōu)點(diǎn)：采用兩線制變送器，可以節(jié)省電纜。變送器大部分都裝在現(xiàn)場，而調(diào)節(jié)器或顯示儀表裝在控制室。當(dāng)兩者的距離較遠(yuǎn)時，這一優(yōu)點(diǎn)更為明顯。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

在安裝四線制變送器時，要把電源線與信號線用不同的管道鋪設(shè)，以防干擾。而兩線制變送器，只需要用一根穿線管道。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

兩線制變送器如裝于易燃易娛的環(huán)境中，需另配用一只安全柵，以限制輸入現(xiàn)場的最大能量。對于四線制變送器，如在上述同樣的條件下使用，所需的安全柵就要增加。第三章過程檢測技術(shù)第一節(jié)變速器

調(diào)節(jié)器的作用：是將參數(shù)測量值和規(guī)定的參數(shù)值（給定值）相比較后，得出被調(diào)量的偏差，再根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，從而推動執(zhí)行器工作，對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

分類一：按調(diào)節(jié)器輸出信號的正負(fù)①假如被調(diào)參數(shù)的測量值增加時，調(diào)節(jié)器的輸出信號也增加，則稱為正作用調(diào)節(jié)器。②測量值增加時輸出信號減小的則稱為反作用調(diào)節(jié)器。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

分類二：按照儀表所用能源①直接作用調(diào)節(jié)器（自力式調(diào)節(jié)器）：不用外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)本身作為能源工作。例如蒸汽壓力調(diào)節(jié)。這類調(diào)節(jié)器多用于調(diào)壓、穩(wěn)流等要求不很嚴(yán)格的就地調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

②間接作用調(diào)節(jié)器：這種調(diào)節(jié)器利用外加能源，按照外加能源的不同，有電動調(diào)節(jié)器、氣動調(diào)節(jié)器及液動調(diào)節(jié)器。在石油化工生產(chǎn)中以氣動及電動形式應(yīng)用最多。具有性能穩(wěn)定、便于遠(yuǎn)距離傳送等特點(diǎn)。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

分類三：按照調(diào)節(jié)規(guī)律劃分如：PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律：指調(diào)節(jié)器的輸出信號y與輸入信號（偏差）e間隨時間變化的規(guī)律。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

PID調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個運(yùn)算裝置，實(shí)現(xiàn)對輸入信號的比例、積分、微分等各種運(yùn)算功能。它是模擬調(diào)節(jié)器中最完善的調(diào)節(jié)器。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

使PID調(diào)節(jié)器的積分時間TI→時，即得到PD調(diào)節(jié)器；使微分時間TD=0時，即成為PI調(diào)節(jié)器；同時使TI→和TD=0時，則成為P調(diào)節(jié)器?？梢?，PID、PI、PD和P調(diào)節(jié)器的組成是基本相同的，它們之間只是運(yùn)算電路部分有所不同。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

在電動調(diào)節(jié)器中，用得最多的是采用運(yùn)算放大器與阻容(RC)電路相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。用不同的RC電路與運(yùn)算放大器進(jìn)行不同的組合，就可以得到各種運(yùn)算規(guī)律的電路。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

(1)PID調(diào)節(jié)器的組成從整定方式來分，調(diào)節(jié)器有普通型和電壓整定型兩種。兩種調(diào)節(jié)器基本組成相同，區(qū)別只是在參數(shù)整定電路方面。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

普通型調(diào)節(jié)器中，參數(shù)的整定只能就地進(jìn)行，可以用調(diào)整電位器的阻值或用波段開關(guān)切換電阻或電容來改變整定參數(shù)。在電壓整定型調(diào)節(jié)器中，整定參數(shù)P、TI、TD受外給電壓控制，因此可以做到遠(yuǎn)程整定、第三參數(shù)整定、自整定等。第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

第三章過程檢測技術(shù)第二節(jié)調(diào)節(jié)器

PID調(diào)節(jié)器組成①輸入電路組成：包括偏差檢測電路、內(nèi)給定穩(wěn)壓電源電路、內(nèi)外給定切換開關(guān)、正反作用開關(guān)及濾波電路等。②PID運(yùn)算電路作用：根據(jù)整定好的參數(shù)用以對偏差信號進(jìn)行比例、微分、積分運(yùn)算，是調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。③輸出電路作用：將運(yùn)算電路的輸出信號做最后一次放大，或者作為運(yùn)算電路主回路中放大器的最后一級，提供調(diào)節(jié)器的輸出信號。④手動操作電路作用：輸出一個由操作人員控制的“手動電流”到執(zhí)行器，即人工控制?！笆謩印迸c“自動”可以借助手動—自動切換開關(guān)進(jìn)行切換。⑤輸出限幅電路作用：將調(diào)節(jié)器的輸出限制在一定范圍內(nèi)，從保證調(diào)節(jié)閥不處于危險開度。調(diào)節(jié)器輸出的上限值和下限值都可以調(diào)節(jié)。氣動III型調(diào)節(jié)器：它的PID構(gòu)成方式是采用微分先行的形式，它的伏點(diǎn)是當(dāng)改變給定值時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出不會產(chǎn)生附如擾動，有利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定。與PI調(diào)節(jié)器配合的微分先行部分，可以是不帶氣動功率放大器的實(shí)際比例微分部件，也可以是帶功率放大器的實(shí)際比例微分器。浮動板式PI調(diào)節(jié)器

電動調(diào)節(jié)器基型調(diào)節(jié)器主要特點(diǎn)：采用了高增益，高阻抗線性集成電路組件，提高了儀表的精度、穩(wěn)定性、可靠性，降低了功耗；有軟、硬兩種手動操作方式；采用集成電路，便于功能的擴(kuò)展；采用標(biāo)準(zhǔn)信號制，接受來變送器的轉(zhuǎn)換器輸出的1~5VDC測量信號，輸出4~20mADC信號。能與計(jì)算機(jī)聯(lián)用調(diào)節(jié)器有三種工作狀態(tài)，由切換開關(guān)進(jìn)行選擇?！白詣印睜顟B(tài)：由變送器來的1~5VDC輸入電壓信號與給定值信號相比較后的偏差信號，經(jīng)過輸入回路進(jìn)行電平移位，然后由PID運(yùn)算回路進(jìn)行運(yùn)算，再由輸出回路轉(zhuǎn)換成4~20mADC信號輸出送到執(zhí)行器進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。軟手操狀態(tài)：軟手操回路直接改變調(diào)節(jié)器的輸出信號實(shí)現(xiàn)手動操作。在進(jìn)行軟手操時輸出電流以某種速度進(jìn)行變化。一停止手操輸出就停止變化。硬手操狀態(tài)：硬手操回路可以直接改變調(diào)節(jié)器的輸出信號實(shí)現(xiàn)手動操作。在進(jìn)行硬手時，輸出值大小與硬手操作桿的位置有關(guān)。電動調(diào)節(jié)器的組成輸入回路：為偏差差動平移位電路。它由帶有電壓負(fù)反饋的運(yùn)算放大器等組成。作用：將輸入信號與給定信號進(jìn)行比較，取出偏差信號，并進(jìn)行電平移位。電平移位是指將電源負(fù)端為0電平的信號轉(zhuǎn)換成以參考電位為基準(zhǔn)的信號。比例微分回路：回路的輸出值大小不僅與輸入信號的大小、極性有關(guān)，而且與輸入信號變化的速度有關(guān)。比例積分回路該回路的主要作用是為調(diào)節(jié)器引入積分功能，從而使調(diào)節(jié)器的輸出值與偏差對時間的積分成比例。輸出回路作用是將PI回路輸出的1~5VDC電壓信號轉(zhuǎn)換成以電源負(fù)端為基準(zhǔn)的4~20mADC信號。手動操作回路是在比例積分電路中附加手動操作電路來實(shí)現(xiàn)的。是一種雙向非平衡無擾動切換。期間有一過渡狀態(tài)-保持。指示回路、儀表面板。執(zhí)行器的作用是接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，自動地改變操縱量(如介質(zhì)流量、熱量等)，達(dá)到對被調(diào)參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。因此是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端部件，而調(diào)節(jié)閥則是執(zhí)行器中最廣泛使用的形式。第三章過程檢測技術(shù)第三節(jié)執(zhí)行器

分類：按照工作能源分氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器液動執(zhí)行器第三章過程檢測技術(shù)第三節(jié)執(zhí)行器

氣動執(zhí)行器：以壓縮空氣為能源，一般指氣動調(diào)節(jié)閥。主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價格便宜、維修方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。第三章過程檢測技術(shù)第三節(jié)執(zhí)行器

組成：由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它按調(diào)節(jié)器輸出氣壓信號（20~100Kpa）的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿產(chǎn)生相應(yīng)位移，推動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，其內(nèi)腔直按與被調(diào)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)流體的流量。除此之外：氣動執(zhí)行器還可配上閥門定位器和手輪機(jī)構(gòu)等輔助裝置。閥門定位器與氣動執(zhí)行器配套使用，利用閥位負(fù)反饋原理來改變執(zhí)行器的性能，使執(zhí)行器能按調(diào)節(jié)器的控制信號實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)因停電，氣源中新、調(diào)節(jié)器無輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時，可用于手輪機(jī)構(gòu)直接操作調(diào)節(jié)閥，維持生產(chǎn)正常進(jìn)行。氣動執(zhí)行器的組成（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主要分為薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，長行執(zhí)行機(jī)構(gòu)和滾動膜片執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)按動作方式可分為正作用式和反作用式。調(diào)節(jié)信號壓力增大，閥桿向下移動，稱為正作用式；反之向上移動稱為反作用式。動作原理：調(diào)節(jié)信號壓力P通入薄膜氣室作用于波紋膜片上，產(chǎn)生向下推力使推桿向下移動，將壓縮彈簧壓縮，直到彈簧反作用力與信號壓力在波紋膜片上的推力相平衡，使推桿穩(wěn)定在一個新位置為止。推桿的位移就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線輸出位移，也稱為行程。行程規(guī)格：10、16、25、40、60、100㎜有效面積：200、280、400、630、1000、1600㎝2彈簧和膜片是影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性特性的關(guān)鍵零件。調(diào)節(jié)件用以調(diào)整壓縮彈簧的預(yù)緊量，以改變行程的零位?；钊麍?zhí)行機(jī)構(gòu)屬于強(qiáng)力氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于氣缸允許操作壓力高達(dá)0.5Mpa，且無彈簧抵消推力，因此具有很大的輸出推力，特別適用于高靜壓、高壓差、大口徑的場合。輸出特性有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)輸入活塞兩側(cè)的操作壓力的大小而動作，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿由一個極端移動到另一個極端位置，活塞行程一般為25~100㎜，適用于雙位調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)中。比例式是指推桿的行程與輸入壓力信號成比例關(guān)系。（2）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)習(xí)慣上稱為調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，是一個可變阻力的節(jié)流元件。通過閥芯在閥體的移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，從而改變了被調(diào)介質(zhì)的流量，達(dá)到自動調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。調(diào)節(jié)閥有正作用和反作用兩種。當(dāng)閥向下移動時，閥芯與閥座之間的流通截面積減少時，稱為正作用式或正裝；反之，則稱為反作用式或反裝。工作原理：通過閥的流體遵循流體流動的質(zhì)量守恒和能量守恒定律。流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時的局部阻力損失為ζ—調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，與閥門結(jié)構(gòu)形式、流體性質(zhì)、閥門前后壓差及開度等因素有關(guān)；ω—流過閥的流體平均流速；ρ—流體密度；P1—閥前壓力；P2—閥后壓力。流體體積流量qv，接管截面積為A，則上式稱為調(diào)節(jié)閥的流量方程。由此式可見在調(diào)節(jié)閥器口徑一定、ΔP/ρ也不變的情況下，流量qV僅隨阻力系數(shù)的變化而變化。當(dāng)移動閥芯使開度改變時，阻力系數(shù)ζ隨之變化，從而改變了流量qV的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。分類概述：調(diào)節(jié)閥根據(jù)閥的動作形式，可分為直行程式和轉(zhuǎn)角式兩大類。直行程式閥包括：直通雙座閥、直通單座閥、角形閥、三角閥、高壓閥、超高壓閥、隔膜閥、閥體分離閥等；轉(zhuǎn)角閥包括：碟閥、凸輪撓曲閥、球閥等。（3）調(diào)節(jié)閥的流量特性流量特性：調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過閥的相對流量與閥門的相對開度之間的關(guān)系：理想流量特性：一般來說，改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流道面積，便可控制流量。但實(shí)際上閥總是串聯(lián)在管道系統(tǒng)中，當(dāng)流通面積變化時，閥兩端壓差也發(fā)生變化這又導(dǎo)致流量的改變。因此為了分析問題的方便，先假定閥前后壓差不變，來討論閥本身的特性，即理想特性?？烧{(diào)比：指調(diào)節(jié)閥能夠控制的最大流量qvmax和最小流量qvmin之比，也稱可調(diào)范圍，以R表示，即qvmin指閥能夠控制的流量下限，一般為2%~4%qvmax，而閥的泄漏量是指閥處于關(guān)閉狀態(tài)下的泄漏量，一般小于0.1％C（C為流量系數(shù)）。理想可調(diào)比：在調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時的可調(diào)以稱為理想可閥比。實(shí)際可調(diào)比：調(diào)節(jié)閥在實(shí)際工作時因?yàn)橄到y(tǒng)阻力的影響，調(diào)節(jié)閥上壓差產(chǎn)生變化，使可調(diào)比相應(yīng)變化，這時的可調(diào)比稱實(shí)際可調(diào)比。①調(diào)節(jié)閥的理想流量特性理想流量特性：在調(diào)節(jié)閥前后壓差一定情況下的流量特性稱為理想流量特性。它根據(jù)閥芯形狀不同，主要有直線、等百分比（對數(shù)）、拋物線及快開等四種理想流量特性。直線流量特性：當(dāng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即閥桿單位行程變化所引起的流量變化為常數(shù)時，稱閥具有直線流量特性。K為常數(shù)，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)。具有直線流量特性的調(diào)節(jié)器，單行程變化所引起的絕對流量變化相等，但引起的相對流量變化不等。在流量小時流量變化的相對值大；而流量大時，流量變化的相對值小。也即當(dāng)閥門開度小時調(diào)節(jié)作用太強(qiáng)，易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；而當(dāng)閥門開度大時，調(diào)節(jié)作用又太弱，調(diào)節(jié)不靈敏，不及時，該種特性調(diào)節(jié)閥不宜用于負(fù)荷變化較大能場合。對數(shù)流量特性：當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成正比時，稱閥具有對數(shù)流量特性，也稱為等百分比流量特性。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨相對流量的增加而增大。表示為積分求得式中，即調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比。因此，閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系。行程小時，相對流量變化??；行程大時，相對流量變化大。只要閥桿行程變化相同，所引起的流量變化的相對值總是相等的。因此使調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)緩和，有利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？扉_流量特性：當(dāng)調(diào)節(jié)閥在較小開度時，流量就達(dá)到很大。隨著行程增加，很快達(dá)到最大流量。這種特性稱為快開流量特性，表示為該種特性的閥芯形式是平板型的，其有效位移很小。主要用迅速啟閉的切斷閥或雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。拋物線流量特性：當(dāng)單位行程所引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量的平方根成比時，稱閥具有拋物線流量特性。表示為拋物線流量特性介于直線流量特性與等百分比流量特性之間。②調(diào)節(jié)閥的工作流量特性：實(shí)際使時調(diào)節(jié)閥時，由于調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管路中或與旁路閥并聯(lián)，因此閥前后的壓差總在變化，這時流量特性稱為調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。串聯(lián)管道工作流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管路中時，系統(tǒng)的總壓差等于管路系統(tǒng)的壓差與調(diào)節(jié)閥的壓差之和。即其中，ΔP1與流量的平方成正比。若系統(tǒng)的總壓差ΔP不變，調(diào)節(jié)閥一旦動作，ΔP1將隨著流量的增大而增加，調(diào)節(jié)閥兩端的壓差則相減少。若以S表示調(diào)節(jié)閥全開時閥上的壓差ΔPv與系統(tǒng)總壓差ΔP之比，以qvmax表示管道阻力等于零時調(diào)節(jié)閥的理想流量特性下的全開流量S＝1時，管道阻力換失為零，系統(tǒng)總壓全在閥上，工作特性與理想特性一致。隨閥S減小，管道阻力損失增加，調(diào)節(jié)閥流量特性為生畸變實(shí)際可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)閥由直線特性趨向于快開特性，等百分比特性漸漸趨向于直線特性。S值不低于0.3~0.5。并聯(lián)管道的工作流量特性調(diào)節(jié)閥一般都裝有旁路，以便于手動操作和備用。當(dāng)生產(chǎn)量提高而閥選得過小時，需要打開一旁路閥，此時調(diào)節(jié)閥的理想特性就畸變?yōu)楣ぷ魈匦?。這時管道總流量隨閥開度的變化規(guī)律稱為并聯(lián)管道時的工作流量特性。

設(shè)x為并聯(lián)管道時閥全開流量與總管最大流量qvmax之比，當(dāng)x＝1時，表示旁路閥全關(guān)，調(diào)節(jié)閥特性為理想流量特性，隨著x減小，即旁路閥開大，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)節(jié)大大降低。而且在實(shí)際使用中總有串聯(lián)管道阻力的影響，調(diào)節(jié)閥上的壓差隨著流量的增加而降低，使可調(diào)范圍進(jìn)一步減小。因此，要盡量避免開通旁閥的調(diào)節(jié)方式，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比。（4）調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)和口徑計(jì)算流量系數(shù)表示通過調(diào)節(jié)閥的流體流能力。其定義為：在給定行程下，閥兩端的壓差為0.1Mpa、流體密度為1000Kg/m3時每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)（m3/h），以C表示。額定流量系數(shù)：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時的流量系數(shù)稱為額定流量系數(shù)，以C100表示。C100反應(yīng)調(diào)節(jié)閥容量大小，是確定調(diào)節(jié)閥口徑大小的主要依據(jù)，由閥門制造廠提供給用戶。工程計(jì)算中都通過計(jì)算流量系數(shù)來確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。式中，α為與單位制有關(guān)的常數(shù)。該式表明ΔP/ρ不變，ξ減小，流量qv就增大；反之，ξ增大，qv則減小。調(diào)節(jié)閥就是按照輸入信號通過改變閥芯行程來改變阻力系數(shù)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的定義，ΔP=1，ρ=1得調(diào)節(jié)閥的選型：選型主要包括型式選擇、閥的口徑選擇、閥的固有流量特性選擇及閥的材質(zhì)選擇等?？趶叫韪鶕?jù)應(yīng)用場合計(jì)算確定。閥的型式選擇要考慮流量特性、流本性質(zhì)等因素。閥的固有流量特性有線性、等百分比、快開及拋物線等幾種?？扉_用于兩位式控制，拋物線用于三通閥，等百分比特性常優(yōu)先考慮選用。材質(zhì)選擇主要考慮工藝介質(zhì)的腐蝕性、溫度、壓力、氣蝕和沖刷等因素。電動執(zhí)行器組成：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可將來自調(diào)節(jié)器的電信號轉(zhuǎn)換成為位移輸出信號，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。依據(jù)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移信號，完成調(diào)節(jié)任務(wù)的裝置稱為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。按照輸入位移的不同：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）兩種。按照特性不同：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為比例式和積分式兩種?；疽螅弘妱訄?zhí)行器的輸出（轉(zhuǎn)角或直線位移）必須與輸入（電流信號）成正比，而且有足夠的轉(zhuǎn)矩或力，動作要靈活可靠。DKZ型直行程比例式電動執(zhí)行器：是由DKZ直行程電動執(zhí)行器與直通單座調(diào)節(jié)閥或直通雙座調(diào)節(jié)閥組裝而成。電動、氣動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)閥通用，只分析直行程電動執(zhí)行器。特點(diǎn)：直行程電動執(zhí)行器具有推力大，定位精度高，反應(yīng)速度快，滯后時間少，能源消耗低，安裝方便，供電簡便，在電源突然斷電的能自動保持調(diào)節(jié)閥原來位置等持點(diǎn)。與DFD電動操作器配用，可在控制室進(jìn)行自動、手動切換。組成：DKZ是一個以二相低速同步電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)的交流位置伺服系統(tǒng)，由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。工作原理：當(dāng)伺服放大器輸入端輸入4mA直流電流信號時，放大器沒有輸出，電機(jī)停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。當(dāng)輸入端加入某一數(shù)值的輸入信號時，此輸入信號與來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號