工業(yè)儀表及自動(dòng)化控制 化工自動(dòng)化控制 執(zhí)行器 課件

工業(yè)儀表及自動(dòng)化控制模塊二化工自動(dòng)化控制項(xiàng)目五執(zhí)行器復(fù)習(xí)控制系統(tǒng)方框圖控制器課程目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)1.能分析不同結(jié)構(gòu)的控制閥的使用場(chǎng)合。2.能區(qū)分氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式和氣關(guān)式。3.如何選擇控制閥的流量系數(shù)。4.能分析氣動(dòng)執(zhí)行器安裝與維護(hù)的注意事項(xiàng)。5.能解釋電-氣定位器的用途。6.能分析電動(dòng)執(zhí)行器的類型和用途。01知識(shí)目標(biāo)021.掌握氣動(dòng)執(zhí)行器的組成和作用。2.熟悉雙座閥與單座閥的區(qū)別。3.掌握控制閥的理想流量特性和工作流量特性。4.掌握對(duì)數(shù)特性與線性特性的區(qū)別。5.掌握控制閥的可控范圍。6.解釋串聯(lián)管道的阻力比、并聯(lián)管道的分流比。氣動(dòng)執(zhí)行器目錄電動(dòng)執(zhí)行器電-氣轉(zhuǎn)換器數(shù)字閥與智能控制閥討論思考

氣動(dòng)執(zhí)行器由哪兩部分組成，其作用？概述接收控制器送來的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。

作用最簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)是由被控對(duì)象、檢測(cè)儀表、控制器、執(zhí)行器組成。氣動(dòng)執(zhí)行器：以壓縮空氣為動(dòng)力能源，由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，所接收的是0.02~0.1Mpa的氣壓信號(hào)。電動(dòng)執(zhí)行器：以電為動(dòng)力能源，由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，所接收的是0~10mA或4~20mA的電流信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出軸角位移或線位移，去實(shí)現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。液動(dòng)執(zhí)行器：以液壓或油壓為動(dòng)力能源。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？正確答案：測(cè)量變送裝置的功能是測(cè)量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等）送往控制器；控制器接受測(cè)量變送器送來的信號(hào)，與工藝上需要保持的被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出去執(zhí)行器即控制閥，它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度，從而改變操縱變量的大小。氣動(dòng)執(zhí)行器01氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。結(jié)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。控制機(jī)構(gòu)重點(diǎn)氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

閥門定位器手輪機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行器示意圖1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

薄膜式

活塞式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便，應(yīng)用廣泛。推力較大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。

長(zhǎng)行程行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（60°～90°）和力矩。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

控制閥結(jié)構(gòu)式特點(diǎn)及使用場(chǎng)合直通單座直通雙座角形閥三通閥隔膜閥蝶閥球閥凸輪撓曲閥籠式閥重點(diǎn)2.控制機(jī)構(gòu)2.控制機(jī)構(gòu)根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種。1）直通單座控制閥閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座。

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小，易保證關(guān)閉，甚至完全切斷。缺點(diǎn)在壓差大的時(shí)候，流體對(duì)閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會(huì)影響閥芯的移動(dòng)。氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

2.控制機(jī)構(gòu)2）直通雙座控制閥閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

特點(diǎn)流體流過的時(shí)候，不平衡力小。缺點(diǎn) 容易泄漏

根據(jù)閥芯與閥座的相對(duì)位置可分為正作用式與反作用式兩種形式。氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類2.控制機(jī)構(gòu)3）角形控制閥角形閥的兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出。

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

特點(diǎn)流路簡(jiǎn)單、阻力較小，適于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

2.控制機(jī)構(gòu)4）三通控制閥共有三個(gè)出入口與工藝管道連接。按照流通方式分合流型和分流型兩種

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

2.控制機(jī)構(gòu)5）隔膜控制閥采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推力2.控制機(jī)構(gòu)6）蝶閥特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小。

缺點(diǎn)泄漏量大。

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

2.控制機(jī)構(gòu)7）球閥球閥的閥芯與閥體都呈球形體，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。球閥閥芯分類“V”形和“O”形兩種開口形式。

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

2.控制機(jī)構(gòu)8）凸輪撓曲閥

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。

特點(diǎn)密封性好。重量輕、體積小、安裝方便，適用于高黏度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

2.控制機(jī)構(gòu)9）籠式閥閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。特點(diǎn)可調(diào)比大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、套筒互換性好，更換不同的套筒可得到不同的流量特性，閥內(nèi)部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場(chǎng)合。

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類

控制閥結(jié)構(gòu)式特點(diǎn)及使用場(chǎng)合直通單座閥前后壓降低，適用于要求泄漏量小的場(chǎng)合直通雙座閥前后壓降大，適用于允許較大泄漏量的場(chǎng)合角形閥適用于高壓降、高黏度、含懸浮物體或顆粒狀物質(zhì)的場(chǎng)合三通閥適用于分流或合流控制的場(chǎng)合隔膜閥適用于有腐蝕性介質(zhì)的場(chǎng)合蝶閥閥前后壓降低，適用于要求泄漏量小的場(chǎng)合球閥適用于高黏度、污穢介質(zhì)的控制凸輪撓曲閥適用于高黏度或帶有懸浮物的場(chǎng)合籠式閥適用于要求低噪聲、壓差較大的場(chǎng)合控制閥的流量特性

控制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）間的關(guān)系，即Q控制閥某一開度時(shí)流量；Qmax控制閥全開時(shí)流量；L控制閥某一開度行程；L控制閥全開時(shí)行程.。改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，可控制流量。但改變節(jié)流面積的同時(shí)還發(fā)生閥前后壓差的變化，引起流量變化，因此有理想流量特性和工作流量特性。

L

f

l

Q

Qmax控制閥的流量特性

1.控制閥的理想流量特性在不考慮控制閥前后壓差變化時(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—等百分比控制閥的流量特性

1.控制閥的理想流量特性直線流量特性指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開度成直線關(guān)系。Q

L

d

l

d

Q

max

KQ

1

1

R

1

l

R

L

Qmax控制閥的流量特性

圖

理想流量特性1快開；2直線；3拋物線；4等百分比曲線假設(shè)R=∞,位移變化量為10％在位移變化量10％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為20

10

100%

100%5010在位移變化量50％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為60

50

100

20%80在位移變化量80％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為90

80

100%

12.5%在流量小時(shí)，流量變化的相對(duì)值大（控制作用強(qiáng)）；在流量大時(shí)，流量變化的相對(duì)值?。刂谱饔萌酰??？刂崎y的流量特性

1.控制閥的理想流量特性

等百分比流量特性是指單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。

l

1

RLQQmax相對(duì)開度與相對(duì)流量成對(duì)數(shù)關(guān)系。在流量小時(shí)，流量變化??；在流量大時(shí)，流量變化大?？刂崎y的流量特性

2.控制閥的工作流量特性在實(shí)際生產(chǎn)中，控制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。串聯(lián)管道的工作流量特性圖

串聯(lián)管道的情形圖

管道串聯(lián)時(shí)控制閥壓差變化情況控制閥的流量特性

2.控制閥的工作流量特性串聯(lián)管道的工作流量特性S阻力比（控制閥全開時(shí)閥上壓差與系統(tǒng)總壓差的比值），越小，阻力損失越大，對(duì)閥的影響也越大圖

管道串聯(lián)時(shí)控制閥的工作特性控制閥的流量特性

2.控制閥的工作流量特性并聯(lián)管道的工作流量特性控制閥一般都裝有旁路，以便手動(dòng)操作和維護(hù)。當(dāng)生產(chǎn)量提高或控制閥選小了時(shí)，只好將旁路閥打開一些，此時(shí)控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。

管路的總流量Q是控制閥流量Q1與旁路流量Q2之和，即Q＝Q1＋Q2控制閥的流量特性

2.控制閥的工作流量特性并聯(lián)管道的工作流量特性以x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，可以得到在壓差Δp為一定時(shí)，而x為不同數(shù)值時(shí)的工作流量特性曲線。圖

并聯(lián)管道時(shí)控制閥的工作特性由上圖可見當(dāng)x＝1，即旁路閥關(guān)閉、Q2＝0時(shí)，控制閥的工作流量特性與它的理想流量特性相同。隨著x值的減小，即旁路閥逐漸打開，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍大大降低了?？刂崎y關(guān)死，即l/L＝0時(shí)，流量Qmin比控制閥本身的Q1min大得多?？刂崎y的流量特性

2.控制閥的工作流量特性在實(shí)際使用中總存在著串聯(lián)管道阻力的影響，控制閥上的壓差還會(huì)隨流量的增加而降低，使可調(diào)范圍下降得更多些，控制閥在工作過程中所能控制的流量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制作用。采用打開旁路閥的控制方案是不好的，一般認(rèn)為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即x值最小不低于0.8。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)使控制閥的可調(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)使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號(hào)變化引起的流量變化值減少?？刂崎y的選擇

1.

控制閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇結(jié)構(gòu)形式選擇主要根據(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、黏度等）來選擇。特性選擇先按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)來選擇閥的希望流量特性，然后再考慮工藝配管情況來選擇相應(yīng)的理想流量特性。目前使用比較多的是等百分比流量特性。控制閥的選擇

2.

氣開式與氣關(guān)式的選擇有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無信號(hào)壓力時(shí)閥開的為氣關(guān)式。反之，為氣開式。

選擇要求主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時(shí)，閥門能自動(dòng)打開，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣開閥。難點(diǎn)控制閥的選擇

2.

氣開式與氣關(guān)式的選擇-組合方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥氣動(dòng)執(zhí)行器正正反反正反正反氣關(guān)（正）氣開（反）氣開（反）氣關(guān)（正）圖加熱爐出口溫度控制圖液位控制氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)

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。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。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。（公稱通徑又稱平均外徑，DN）氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)

4氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。特殊情況下需要水平或傾斜安裝時(shí)，除小口徑閥外，一般應(yīng)加支撐。即使正立垂直安裝，當(dāng)閥的自重較大和有振動(dòng)場(chǎng)合時(shí)，也應(yīng)加支撐。5通過控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，不能裝反。6控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理時(shí)拆下控制閥?？紤]到控制閥發(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。氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)

控制閥安裝前，應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊渣。安裝后還應(yīng)再次對(duì)管路和閥門進(jìn)行清洗，并檢查閥門與管道連接處的密封性能。當(dāng)初次通入介質(zhì)時(shí)，應(yīng)使閥門處于全開位置以免雜質(zhì)卡住。在日常使用中，要對(duì)控制閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。圖

控制閥在管道中的安裝1—調(diào)節(jié)閥；2—切斷閥；3—旁路閥電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器02電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器

電-氣轉(zhuǎn)換器可以把電動(dòng)變送器來的電信號(hào)變?yōu)闅庑盘?hào)，送到氣動(dòng)控制器或氣動(dòng)顯示儀表；也可把電動(dòng)控制器的輸出信號(hào)變?yōu)闅庑盘?hào)去驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)控制閥，此時(shí)常用電-氣閥門定位器，它具有電-氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)閥門定位器兩種作用。1.電-氣轉(zhuǎn)換器圖電-氣轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖1—噴嘴擋板；2—調(diào)零彈簧；3—負(fù)反饋波紋管；4—十字彈簧；5—正反饋波紋管；6—杠桿；7—測(cè)量線圈；8—磁鋼；9—鐵芯；10—放大器電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器

2.電-氣閥門定位器

具有電-氣轉(zhuǎn)換器的作用，可用電動(dòng)控制器輸出的0～10mADC或4～20mADC信號(hào)去操縱氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu).。具有氣動(dòng)閥門定位器的作用，可以使閥門位置按