過(guò)控技術(shù)第四章

1第四章過(guò)程控制裝置

執(zhí)行器調(diào)節(jié)器測(cè)量變送單元過(guò)程控制裝置2過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì):

1.合理選用過(guò)程檢測(cè)、控制裝置，組成自動(dòng)控制系統(tǒng)；

2.調(diào)節(jié)器PID參數(shù)的整定，使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。3§4-1變送器

變送器—能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：電流輸出4-20mA，0-10mA變送器壓力信號(hào)溫度信號(hào)流量信號(hào)液位信號(hào)顯示儀表調(diào)節(jié)儀表4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4變送器類型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5

按變送器的驅(qū)動(dòng)能源分類：

氣動(dòng)變送器：以壓縮空氣為驅(qū)動(dòng)能源；電動(dòng)變送器：以電力為能源。

變送器的應(yīng)用特點(diǎn)：

1.使用統(tǒng)一信號(hào)形式和范圍，便于各種變送器與其他調(diào)節(jié)儀表組成檢測(cè)或控制系統(tǒng)；

2.提高儀表的互換性、兼容性，方便儀表的配套。6§4—2調(diào)節(jié)器一.調(diào)節(jié)器的作用:測(cè)量值和給定值進(jìn)行比較被調(diào)量的偏差e根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)推動(dòng)執(zhí)行器7二.調(diào)節(jié)器的作用方向

1.正作用調(diào)節(jié)器(DA)：被調(diào)參數(shù)的測(cè)量值增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)增加；

2.反作用調(diào)節(jié)器(RA)：被調(diào)參數(shù)的測(cè)量值增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)減小。三、調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：電流輸出4-20mA，0-10mA氣壓信號(hào)20—100kPa8§4-3執(zhí)行器

一、執(zhí)行器的作用

接受調(diào)節(jié)器送來(lái)的控制信號(hào)，自動(dòng)地改變操縱量(如介質(zhì)流量、熱量等)，達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。執(zhí)行器是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端部件，其性能直接影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作。

調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行器中使用最廣泛的形式。9執(zhí)行器分類：1．氣動(dòng)執(zhí)行器；2．電動(dòng)執(zhí)行器；3．液動(dòng)執(zhí)行器。10二、氣動(dòng)執(zhí)行器

氣動(dòng)執(zhí)行器以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器，由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。

1.特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價(jià)格便宜、維修方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。

（2）能與氣動(dòng)單元組合儀表配套使用。112．氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按調(diào)節(jié)器輸出氣壓信號(hào)(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(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。12

（1）氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥1—上蓋2—波紋膜片3—下蓋4—推桿5—支架6—壓縮彈簧7—彈簧座8—調(diào)節(jié)件9—行程標(biāo)尺13動(dòng)作原理：

調(diào)節(jié)信號(hào)壓力P通人薄膜氣室作用于膜片2上，產(chǎn)生向下推力使推桿4向下移動(dòng)，將彈簧6壓縮，至彈簧反作用力與信號(hào)P在波紋膜片上的推力相平衡，使推桿穩(wěn)定在一個(gè)新位置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出就是推桿的位移14行程規(guī)格:

氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的有效面積:

200、280、400、630、1000、1600cm2等。

氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于波紋膜片承受的壓力一般為20—100kPa，為了得到較大推力就要求使用較大的薄膜面積，使膜片盒顯得很龐大，對(duì)中小口徑的閥就不相稱。15（2）活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：

氣缸允許操作壓力為0．5MPa，無(wú)彈簧抵消推力，具有很大的輸出推力，適用于高靜壓、高壓差、大口徑的場(chǎng)合。1—活塞2—?dú)飧?6三、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥體)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，是一個(gè)阻力可變的節(jié)流元件。通過(guò)閥芯在閥體內(nèi)的移動(dòng)，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(dòng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。

1.調(diào)節(jié)閥根據(jù)閥芯的動(dòng)作形式分類：直行程式：直通雙座閥、直通單座閥、角形閥、三通閥、高壓閥、超高壓閥、隔膜閥、閥體分離閥；轉(zhuǎn)角式：碟閥、凸輪撓曲閥、球閥。

17182.直通單座閥

閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和閥座，泄漏量小、易于關(guān)斷、不平衡力大的特點(diǎn)，適用于泄漏量要求高、壓差較小的場(chǎng)合。

直通單座閥分為調(diào)節(jié)型和切斷型，主要區(qū)別在于閥芯形狀不同，調(diào)節(jié)型為柱塞型，而切斷型為平板型。單座閥的閥芯DN≥25mm時(shí)采用雙向，而DN<25mm的閥芯采用單導(dǎo)向。191—閥桿2—壓板3—填料4—上閥蓋5、11—斜孔6、10—襯套7—閥體8—閥芯9—閥座12—下閥座203.直通雙座閥

閥芯與閥桿之間用螺紋或銷釘連接，閥桿帶動(dòng)閥芯作上下移動(dòng)，閥桿與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。流體從左側(cè)進(jìn)入，通過(guò)閥座閥芯后，由右側(cè)流出，為雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。21流體作用在上下閥芯上的推力，方向相反而大小接近相等，所以其不平衡力很小。由于上下閥芯不易同時(shí)關(guān)閉，故泄漏量較大。閥體流路復(fù)雜，不適用于高粘度和含纖維介質(zhì)的場(chǎng)合。

特點(diǎn)：224.三通閥

三通閥有三個(gè)出、入口與管路相連接，分為合流型（a）和分流型（b），用于換熱器旁通調(diào)節(jié)或配比調(diào)節(jié)。

235.碟閥

具有流阻小、流量系數(shù)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，適用于大口徑、大流量、低壓差的場(chǎng)合，但泄漏量大。

碟閥品種：常溫碟閥(-20—450℃)；高溫碟閥(450—600℃和600—850℃)；低溫碟閥(-40—-200℃)；高壓碟閥(pN≤3200kPa)。245.調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)方向：

a．正作用：

當(dāng)調(diào)節(jié)閥閥芯向下位移時(shí)，閥芯與閥座之間的流通截面積減少；

b.反作用：

當(dāng)調(diào)節(jié)閥閥芯向下位移時(shí)，閥芯與閥座之間的流通截面積增大；25

四、調(diào)節(jié)閥的工作原理流經(jīng)閥門(mén)的流體遵循流體流動(dòng)的質(zhì)量守恒和能量守恒定律。

對(duì)不可壓縮流體，流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)的情況與流體流過(guò)節(jié)流元件（如孔板）時(shí)的情況相似。流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)的局部阻力損失為：26---調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，與閥門(mén)結(jié)構(gòu)形式、流體性質(zhì)、閥門(mén)前后壓差及開(kāi)度等因素有關(guān)；w——流過(guò)閥的流體平均速度；g---重力加速度；

---流體密度；p1---閥前壓力；p2---閥后壓力。

27若流體體積流量為qv，流通截面積為A，則：當(dāng)調(diào)節(jié)閥口徑一定，不變的情況下，流量qv僅隨著阻力系數(shù)的變化而改變。當(dāng)移動(dòng)閥芯使開(kāi)度改變時(shí)，阻力系數(shù)隨之變化，從而改變了流量qv的大小，達(dá)到了調(diào)節(jié)流量的目的。由：得：調(diào)節(jié)閥的流量方程:28五、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

1.調(diào)節(jié)閥的特性調(diào)節(jié)閥的流量特性—流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系：——相對(duì)流量；

——閥在某一開(kāi)度時(shí)的流量；

——閥在全開(kāi)時(shí)的流量；

——閥的相對(duì)開(kāi)度l——閥在某一開(kāi)度時(shí)閥芯的行程；L——閥全開(kāi)時(shí)閥芯的行程。292.可調(diào)比

可調(diào)比—調(diào)節(jié)閥能夠控制的最大流量和最小流量之比,即調(diào)節(jié)范圍，用R表示：理想可調(diào)比——調(diào)節(jié)閥前后壓差不變時(shí)的可調(diào)比。R=30實(shí)際可調(diào)比——因系統(tǒng)阻力影響造成調(diào)節(jié)閥前后壓差變

化時(shí)的可調(diào)比。303.調(diào)節(jié)閥的理想流量特性：

調(diào)節(jié)閥前后壓差一定情況下的流量特性。根據(jù)閥芯形狀不同，流量特性主要有：（1）快開(kāi)（2）直線（3）拋物線（4）等百分比(對(duì)數(shù))31

K—調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)（常數(shù)）（1）直線流量特性

調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)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(shí)，稱：閥具有直線流量特性。32將上式積分得:式中：

——相對(duì)流量

——閥的相對(duì)開(kāi)度

C——積分常數(shù)。33邊界條件為：時(shí)，

——調(diào)節(jié)閥能控制的最小流量；時(shí)，

——調(diào)節(jié)閥能控制的最大流量.將邊界條件代入式：34代入：得：直線流量特性關(guān)系：35表明與之間呈線性關(guān)系，如圖中的曲線236

直線流量特性的調(diào)節(jié)閥：

單位行程變化=單位流量變化若原來(lái)閥位是在10％、50％、80％行程的點(diǎn)上，當(dāng)行程變化10％時(shí)所引起的流量變化均為10％，但引起的流量變化的相對(duì)值不同。流量小時(shí),流量變化的相對(duì)值大；流量大時(shí)，流量變化的相對(duì)值小。37

流量小時(shí)，流量變化的相對(duì)值大；流量大時(shí)，流量變化的相對(duì)值小。即：閥門(mén)開(kāi)度小時(shí)調(diào)節(jié)作用太強(qiáng)，易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；閥門(mén)開(kāi)度大時(shí)調(diào)節(jié)作用又太弱，調(diào)節(jié)不靈敏、不及時(shí)。具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥不宜用于負(fù)荷