1、 第六章第六章 執行器執行器執行器是自動控制系統的終端執行部件。執行器是自動控制系統的終端執行部件。執行器的作用執行器的作用:接受控制器送來的控制信號接受控制器送來的控制信號,并將其轉換成并將其轉換成相應的角位移或直行程位移相應的角位移或直行程位移,以改變操縱介質的流量以改變操縱介質的流量,從而從而實現對被控變量的控制。實現對被控變量的控制。常被稱之為實現自動化的常被稱之為實現自動化的“手腳手腳”。第六章第六章 執行器執行器按能按能源形源形式分式分氣動執行器氣動執行器:壓縮空氣作為能源壓縮空氣作為能源, 0.020.1MPa的標準氣壓信號。結構簡單的標準氣壓信號。結構簡單.動作可靠動作可靠.平

2、穩平穩.輸輸出出推力較大推力較大.維修方便維修方便.防火防爆防火防爆,價格低。價格低。液動執行器液動執行器:利用高壓液體作為能源利用高壓液體作為能源,很少使用。很少使用。電動執行器電動執行器:電源作為能源電源作為能源, 420mADC連續信號連續信號和斷續的開關信號。信號傳遞迅速和斷續的開關信號。信號傳遞迅速,結構復雜結構復雜.防爆性差。防爆性差。執行器分類執行器分類第六章第六章 執行器執行器執行器組成執行器組成:執行機構執行機構和和控制機構控制機構(閥閥) 。執行機構執行機構是執行器的推動裝置是執行器的推動裝置,它按控制信號壓力的大小它按控制信號壓力的大小產生相應的推力或扭矩產生相應的推力或

3、扭矩, 推動控制機構動作。推動控制機構動作。它是將壓力信號的大小轉換為閥桿位移的裝置。它是將壓力信號的大小轉換為閥桿位移的裝置。控制機構控制機構是執行器的控制部分是執行器的控制部分,它直接與被控介質接觸它直接與被控介質接觸,控制流體的流量。控制流體的流量。它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。執行執行機構機構控制控制機構機構I0控制信號控制信號P0力力F力矩力矩M位移位移L角度角度閥門開度閥門開度流流 量量執行器的構成框圖執行器的構成框圖第一節第一節 氣動執行器氣動執行器控控制制控控制制氣動薄膜單座調節閥氣動薄膜單座調節閥組成組成:執行機構和控制機

4、構執行機構和控制機構; 還有輔助裝置還有輔助裝置,如如閥門定位器閥門定位器和和手輪機構。手輪機構。工作過程工作過程:P作用在膜片作用在膜片2上上,推動閥推動閥桿桿4產生位移產生位移,改變閥芯改變閥芯7與閥座與閥座5之之間的流通面積間的流通面積, 達到控制通過閥門達到控制通過閥門的流體流量。的流體流量。第一節第一節 氣動執行器氣動執行器閥門定位器閥門定位器:用負反饋來改善執行用負反饋來改善執行器的性能器的性能,使執行器能按控制器的使執行器能按控制器的控制信號控制信號,實現準確地定位。實現準確地定位。手輪機構手輪機構:當控制系統因停電、當控制系統因停電、停氣、控制器無輸出或執行機停氣、控制器無輸出

5、或執行機構失靈時構失靈時,利用它可直接操縱控利用它可直接操縱控制閥制閥,以維持生產的正常進行。以維持生產的正常進行。分類分類:薄膜式、薄膜式、活塞式和長行程執行機構。活塞式和長行程執行機構。第一節第一節 氣動執行器氣動執行器一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類1.執行機構執行機構薄膜式薄膜式:結構簡單、價格便宜、維修方便、應用廣泛。結構簡單、價格便宜、維修方便、應用廣泛。一般用作控制閥的推動裝置。一般用作控制閥的推動裝置。活塞式活塞式:推力大推力大.適用于大口徑適用于大口徑.高壓降控制閥或蝶閥的高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置。推動裝置。長行程執行機構長行程執行機構:行程長行程長.

6、轉矩大轉矩大,適用于輸出轉角適用于輸出轉角(090o)和力矩和力矩,用于蝶閥或風門的推動裝置。用于蝶閥或風門的推動裝置。第一節第一節 氣動執行器氣動執行器一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類1.執行機構執行機構氣動氣動薄膜式薄膜式執行機構有執行機構有正作用正作用和和反作用反作用。正作用執行機構正作用執行機構(ZMA型型)P反作用執行機構反作用執行機構(ZMB型型)反作用反作用:當壓力增大當壓力增大時時,閥桿向上動作閥桿向上動作, 壓力是通入波紋膜壓力是通入波紋膜片下方的薄膜氣室。片下方的薄膜氣室。正作用正作用:當壓力增大當壓力增大時時,閥桿向下動作閥桿向下動作, 壓力是通入波紋

7、膜壓力是通入波紋膜片上方的薄膜氣室。片上方的薄膜氣室。有彈簧的有彈簧的:輸出位移輸出位移l與輸入信號壓力與輸入信號壓力P成比例。當壓力成比例。當壓力(0.020.1MPa)通入薄膜氣室時通入薄膜氣室時,在薄膜上產生推力在薄膜上產生推力,使閥桿使閥桿移動移動,彈簧受壓彈簧受壓,直到彈簧產生的反作用力與薄膜上的推力直到彈簧產生的反作用力與薄膜上的推力相平衡時為止。相平衡時為止。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類1.執行機構執行機構薄膜薄膜執行機構可分執行機構可分有彈簧的有彈簧的和和無彈簧的無彈簧的。esAlPC Ae-膜片有效面積膜片有效面積; Cs-彈簧剛度。彈簧剛度。P越大越

8、大,推力越大推力越大,l也就越大。也就越大。閥桿的閥桿的行程規格行程規格：10、16、25、40、60、100mm等。等。 無彈簧的無彈簧的:常用于雙位式控制。常用于雙位式控制。薄膜式執行機構薄膜式執行機構 薄膜式執行機構薄膜式執行機構 薄膜式執行機構薄膜式執行機構 單彈簧老式氣動薄膜執行機構單彈簧老式氣動薄膜執行機構(直行程直行程)多彈簧精小型氣動薄膜執行機構多彈簧精小型氣動薄膜執行機構(直行程直行程)傳統的氣動齒輪齒條傳統的氣動齒輪齒條活塞式活塞式執行機構執行機構(角行程角行程)新型氣動齒輪齒條新型氣動齒輪齒條活塞式活塞式執行機構執行機構(角行程角行程) 是一個局部阻力可改變的節流元是一個

9、局部阻力可改變的節流元件。閥桿上部與執行機構相連件。閥桿上部與執行機構相連,下部與閥芯相連。下部與閥芯相連。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)閥芯在閥體內移動閥芯在閥體內移動,改變了閥芯與改變了閥芯與閥座之間的流通面積閥座之間的流通面積,即改變了閥即改變了閥的阻力系數的阻力系數,被控介質的流量就改被控介質的流量就改變了變了,達到控制工藝參數的目的。達到控制工藝參數的目的。控制閥的主要組成控制閥的主要組成:由上下閥蓋、由上下閥蓋、閥體、閥芯、閥座、填料及壓閥體、閥芯、閥座、填料及壓板等零件組成。板等零件組成。(1). 直通單座閥直通單座閥一、

10、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)只有一個閥芯和閥座只有一個閥芯和閥座,如圖。如圖。特點特點:結構簡單、價格便宜、關閉結構簡單、價格便宜、關閉時泄漏量小時泄漏量小,保證關閉可完全切斷保證關閉可完全切斷;但壓力差大時但壓力差大時,流體對閥芯上下作流體對閥芯上下作用的推力不平衡用的推力不平衡,影響閥芯的移動。影響閥芯的移動。應用應用:用于低壓差、小口徑的場合。用于低壓差、小口徑的場合。(1). 直通單座閥直通單座閥閥體內有兩個閥芯和閥座閥體內有兩個閥芯和閥座,如圖。如圖。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制

11、閥控制閥)(2).直通雙座閥直通雙座閥流體作用在上流體作用在上.下閥芯上的推力下閥芯上的推力,大小相等方向相反可抵消大小相等方向相反可抵消,則不平衡力很小則不平衡力很小, 但不能保證兩個閥芯同時關緊但不能保證兩個閥芯同時關緊,則關閉時則關閉時的泄漏量較大。的泄漏量較大。應用應用:不適用于高粘度和含懸浮顆粒或纖維的場合。不適用于高粘度和含懸浮顆粒或纖維的場合。正作用正作用(正裝正裝):閥桿下移時閥桿下移時,閥芯閥芯與閥座間的流通面積減少。與閥座間的流通面積減少。反作用反作用(反裝反裝):閥桿下移時閥桿下移時,閥芯閥芯與閥座間的流通面積增大。與閥座間的流通面積增大。(2).直通雙座閥直通雙座閥角形

12、閥的兩個接管為直角形角形閥的兩個接管為直角形,如圖。如圖。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(3).角形閥角形閥特點特點:這種閥流路簡單這種閥流路簡單,阻力小。阻力小。應用應用:適用于高粘度、高壓差、適用于高粘度、高壓差、含懸浮顆粒的場合。含懸浮顆粒的場合。有側進底出和底進側出兩種有側進底出和底進側出兩種,一般多采用底進側出。一般多采用底進側出。(3).角形閥角形閥閥體有三個出入口與管道相連。閥體有三個出入口與管道相連。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(4).三通閥三通閥有分流式和合流

13、式兩種有分流式和合流式兩種,即可把一路流體分成兩路即可把一路流體分成兩路,或把兩路合為一路。可代替兩個直通閥。或把兩路合為一路。可代替兩個直通閥。適用于配比控制和旁路控制。適用于配比控制和旁路控制。(4).三通閥三通閥采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(5).隔膜閥隔膜閥特點特點:結構簡單結構簡單.流路阻力小流路阻力小,流通能力大流通能力大,耐腐蝕。耐腐蝕。適用于強腐蝕性適用于強腐蝕性.高粘度或帶懸浮顆粒與纖維的介質流量高粘度或帶懸浮顆粒與纖維的介質流量控制。一般工作壓力小于控制。一般

14、工作壓力小于1MPa, 溫度低于溫度低于150。 (5).隔膜閥隔膜閥又稱翻板閥又稱翻板閥,如圖。如圖。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(6).蝶閥蝶閥特點特點:結構簡單結構簡單,重量輕、價格便宜、流阻極小的優點重量輕、價格便宜、流阻極小的優點,但泄漏量大。但泄漏量大。 適用于大口徑、大流量、適用于大口徑、大流量、低壓差的場合低壓差的場合,也用于含少也用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質量纖維或懸浮顆粒狀介質的控制的控制,多用于燃燒系統的多用于燃燒系統的風量控制。風量控制。 (6).蝶閥蝶閥閥芯與閥體都呈球形閥芯與閥體都呈球形,轉動閥芯使之與閥

15、體相對位置不同轉動閥芯使之與閥體相對位置不同,流通面積就不同流通面積就不同,以達到流量控制的目的。以達到流量控制的目的。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(7).球閥球閥O形球閥形球閥:轉動球體可起轉動球體可起控制和切斷的作用。控制和切斷的作用。用于雙位控制。用于雙位控制。V形球閥形球閥:轉動球心使轉動球心使V形缺口起節流和剪切的作用。形缺口起節流和剪切的作用。用于高粘度和污穢介質的控制。用于高粘度和污穢介質的控制。閥芯有閥芯有“V”形和形和“O”形兩種開口形式。形兩種開口形式。(7).球閥球閥又稱偏心旋轉閥。閥芯呈扇形球面狀又稱偏心旋轉閥

16、。閥芯呈扇形球面狀,與撓曲臂及軸套與撓曲臂及軸套鑄成一體鑄成一體,固定在轉動軸上固定在轉動軸上,如圖。如圖。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(8).凸輪撓曲閥凸輪撓曲閥撓曲臂在壓力作用下能產生撓曲變形撓曲臂在壓力作用下能產生撓曲變形,使閥芯球面與閥座使閥芯球面與閥座圈緊密接觸圈緊密接觸,密封性好。密封性好。特點特點:重量輕、體積小、安裝方便。重量輕、體積小、安裝方便。適用于高粘度和帶有懸浮物適用于高粘度和帶有懸浮物的介質流量控制。的介質流量控制。(8).凸輪撓曲閥凸輪撓曲閥又稱套筒型控制閥。閥體與一般的直通單座閥相似又稱套筒型控制閥。閥體

17、與一般的直通單座閥相似,如圖。如圖。一、氣動執行器的結構與分類一、氣動執行器的結構與分類2.控制機構控制機構(控制閥控制閥)(9).籠式閥籠式閥閥內一個圓柱形套筒閥內一個圓柱形套筒(籠子籠子),套筒壁上有一個或幾個不同套筒壁上有一個或幾個不同形狀的孔形狀的孔,閥芯在套筒內上下移動可改變節流面積閥芯在套筒內上下移動可改變節流面積,實現實現流量控制。流量控制。適用于低噪音及壓差較大的適用于低噪音及壓差較大的場合場合,不適用高溫、高粘度不適用高溫、高粘度及含有固體顆粒的流體。及含有固體顆粒的流體。(9).籠式閥籠式閥Q:控制閥某一開度時流量控制閥某一開度時流量; Qmax:控制閥全開時控制閥全開時流

18、量。流量。l:控制閥某一開度行程控制閥某一開度行程; L:控制閥全開時行程。控制閥全開時行程。max()QlfQL二、控制閥的流量特性二、控制閥的流量特性流量特性流量特性:被控介質流過閥門的被控介質流過閥門的相對流量相對流量與閥門的與閥門的相對開度相對開度(相對位移相對位移)間的關系間的關系:改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積,可控制流量。可控制流量。但改變節流面積的同時還發生閥前后壓差的變化但改變節流面積的同時還發生閥前后壓差的變化,也引起也引起流量的變化流量的變化,則有則有理想流量特性理想流量特性與與工作流量特性工作流量特性。分類分類:直線、等百分比直線、

19、等百分比(對數對數)、拋物線及快開。、拋物線及快開。max()()QdQKldLmaxQlKCQL二、控制閥的流量特性二、控制閥的流量特性1.控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性理想流量特性理想流量特性:控制閥前后壓差不變化時控制閥前后壓差不變化時,只改變閥芯與只改變閥芯與閥座間的流通截面積閥座間的流通截面積,得到的流量特性。取決閥芯的形狀。得到的流量特性。取決閥芯的形狀。(1).直線流量特性直線流量特性:控制閥的相對流量與相控制閥的相對流量與相對開度成直線關系。數學表達式為：對開度成直線關系。數學表達式為：K為常數為常數,即控制閥即控制閥的放大系數。的放大系數。積分得：積分得：C為積分常

20、數。為積分常數。 minmax11;11QCKCQRR 邊界條件邊界條件:l=0時時,Q=Qmin;l=L時時,Q=Qmax。代入上式得：。代入上式得：R=Qmax/Qmin,稱控制閥的稱控制閥的可調范圍或可調比可調范圍或可調比。將將(2)式代入式代入(1)得：得：max11(1)QlRQRL(1).直線流量特性直線流量特性1.控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性maxQlKCQLQmin:控制閥能控制的最小流量控制閥能控制的最小流量,但不等于控制閥全關時的但不等于控制閥全關時的泄漏量泄漏量,一般為一般為Qmax的的2%4%。R=30(直通單座直通單座.雙座雙座.角形閥角形閥,閥體分離閥閥

21、體分離閥);R=10(隔膜閥隔膜閥)。-(2)-(1)注意注意:R值不同值不同,特性曲線在縱坐標上的特性曲線在縱坐標上的起點是不同的起點是不同的。位移變化所引起的流量變化相同位移變化所引起的流量變化相同,但流量相對變化是不同的。但流量相對變化是不同的。2010100%100%10 6050100%20%50 9080100%12.5%80 (1).直線流量特性直線流量特性流量小時流量小時,流量相對變化大流量相對變化大;流量大時流量大時,流量相對變化小。流量相對變化小。以行程以行程10%.50%及及80%三點為例三點為例,若位移變化為若位移變化為10%,則：則：在在10%時時,流量變化的相對值為

22、流量變化的相對值為:在在50%時時,流量變化的相對值為流量變化的相對值為:在在80%時時,流量變化的相對值為流量變化的相對值為:線性閥的特點線性閥的特點:在小開度時在小開度時,靈敏度高靈敏度高,控制作用強控制作用強,易產生易產生振蕩振蕩;在大開度時在大開度時,靈敏度低靈敏度低,控制作用弱控制作用弱,調節緩慢調節緩慢。maxlnQlKCQLmaxmax(/)( / )d Q QQKd l LQminmax1lnlnln,lnQCR KRQR (1)maxlLQRQ1.控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性(2).等百分比等百分比( (對數對數) )流量特性流量特性單位相對行程變化所引起的相對流

23、量變化與此點的相對單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關系。數學表達式為：流量成正比關系。數學表達式為：積分得：積分得：代入邊界條件代入邊界條件, l=0時時,Q=Qmin;l=L時時,Q=Qmax,可得：可得：-(1)上式代入上式代入(1)中得：中得：對數閥的特點對數閥的特點:小開度時小開度時,K小小,控制平穩控制平穩;在大開度時在大開度時,K大大,控制靈敏。即相同位移變化所引起的流量變化百分比總是控制靈敏。即相同位移變化所引起的流量變化百分比總是相等的。這種閥的調節精度在全行程范圍內是不變的。相等的。這種閥的調節精度在全行程范圍內是不變的。Q/Qman與與 l/L之間

24、成拋物線關系之間成拋物線關系,在直角坐標上為一拋物在直角坐標上為一拋物線線,它介于直線與對數曲線之間。數學表達式為：它介于直線與對數曲線之間。數學表達式為：2max11 (1)QlRQRL1.控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性(3).拋物線拋物線流量特性流量特性1/2maxmax(/)()( / )d Q QQKd l LQ積分得：積分得：在開度較小時就有較大流量在開度較小時就有較大流量,隨開度的增大隨開度的增大,流量很快就流量很快就達到最大達到最大,故稱為快開特性。故稱為快開特性。1.控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性(4).快開特快開特性性閥芯是平板形的閥芯是平板形的,適用于迅

25、速啟閉的切斷閥或雙位控制適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統。系統。2.控制閥的工作流量特性控制閥的工作流量特性工作流量特性工作流量特性:控制閥前后壓差變化時控制閥前后壓差變化時的流量特性的流量特性。(1).串聯管道的工作流量特性串聯管道的工作流量特性p2-管路系統管路系統(除控制閥外的全部設備和管道的除控制閥外的全部設備和管道的各局部阻力之和各局部阻力之和)的壓差的壓差;p1-控制閥的壓差控制閥的壓差;p-系統總壓差。系統總壓差。p= p1+ p2S:控制閥全開時閥上壓差控制閥全開時閥上壓差p1與與系統總壓差系統總壓差p之比。之比。Qmax:管道阻力為零管道阻力為零(p2=0)時控制閥的全開

26、流量時控制閥的全開流量,此時閥上此時閥上壓差為壓差為系統總壓差系統總壓差(p1=p) 。以以Qmax為參比值的工作流量特性為參比值的工作流量特性,如圖。如圖。2.控制閥的工作流量特性控制閥的工作流量特性(1).串聯管道的工作流量特性串聯管道的工作流量特性s=1時時,即即p2=0,p1=p,工作流量特性與理想流量特性一致。工作流量特性與理想流量特性一致。2.控制閥的工作流量特性控制閥的工作流量特性(1).串聯管道的工作流量特性串聯管道的工作流量特性如控制閥選的過大如控制閥選的過大,控制閥將工作在小開度。使流過控制控制閥將工作在小開度。使流過控制閥流量降低閥流量降低,這時這時s下降下降,使流量特性

27、畸變使流量特性畸變,控制質量惡化。控制質量惡化。隨著隨著s直線特性直線特性快開特性快開特性直線特性直線特性等百分比特性等百分比特性一般希望一般希望s 0.30.5。Q1-控制閥的流量控制閥的流量;Q2-旁路流量旁路流量;Q-管路的總流量管路的總流量;Q=Q1+ Q2。2.控制閥的工作流量特性控制閥的工作流量特性(2).并聯管道的工作流量特性并聯管道的工作流量特性控制閥一般都裝有旁路控制閥一般都裝有旁路,以便手動操作和維護。當生產量以便手動操作和維護。當生產量提高或控制閥選小時提高或控制閥選小時,將旁路閥打開將旁路閥打開,此時控制閥的理想流此時控制閥的理想流量特性就變為工作流量特性。量特性就變為

28、工作流量特性。x:并聯管道時控制閥全開時的流量并聯管道時控制閥全開時的流量Q1max與總管最大流量與總管最大流量Qmax之比。之比。壓差壓差p一定時一定時, x為不同數值時為不同數值時的工作流量特性的工作流量特性,如圖。如圖。(2).并聯管道的工作流量特性并聯管道的工作流量特性x=1時時,即即Q2=0(旁路閥關閉旁路閥關閉),控制閥的工作流量特性與控制閥的工作流量特性與理想流量特性相同。理想流量特性相同。x ,即旁路閥打開增大即旁路閥打開增大,控制閥的工作流量特性變化不大控制閥的工作流量特性變化不大,但可調范圍大大降低。但可調范圍大大降低。一般不用有旁路的控制一般不用有旁路的控制方案。一般方案

29、。一般x 0.8。控制閥關死控制閥關死(l/L=0)時時, Qmin比比Q1min大得多。大得多。控制閥的流量控制范控制閥的流量控制范圍變小圍變小,控制作用減弱控制作用減弱,甚至不起控制作用。甚至不起控制作用。串、并聯管道都會使閥的理想流量特性串、并聯管道都會使閥的理想流量特性發生畸變發生畸變,串聯串聯管道的影響尤為管道的影響尤為嚴重嚴重。串、并聯管道都會使控制閥的串、并聯管道都會使控制閥的可調范圍降低可調范圍降低,并聯并聯管道管道尤為尤為嚴重嚴重。串聯串聯管道使系統管道使系統總流量減少總流量減少,并聯并聯使系統總流量增加。使系統總流量增加。串、并聯管道都會使控制閥的串、并聯管道都會使控制閥的

30、放大系數減少放大系數減少,即輸入即輸入信號變化引起的流量變化減少。信號變化引起的流量變化減少。串聯串聯時控制閥若時控制閥若大開度大開度,則則s降低降低對對放大系數放大系數影響更影響更嚴重嚴重;并聯并聯時控制閥若時控制閥若小開度小開度,則則x降低降低對對放大系數放大系數影響更影響更嚴重嚴重。2.控制閥的工作流量特性控制閥的工作流量特性串、并聯管道的結論：串、并聯管道的結論：根據被控介質的特點根據被控介質的特點(溫度溫度.壓力壓力.腐蝕性腐蝕性.粘度等粘度等).控制要求控制要求.安裝地點等因素安裝地點等因素,參考各種類型控制閥的特點合理選用。參考各種類型控制閥的特點合理選用。1.控制閥結構與特性的

31、選擇控制閥結構與特性的選擇 控制閥結構控制閥結構:主要根據工藝條件主要根據工藝條件,如溫度如溫度.壓力及介質壓力及介質的物理的物理.化學特性來選擇。如強腐蝕介質可采用隔膜閥、化學特性來選擇。如強腐蝕介質可采用隔膜閥、高溫介質采用帶翅形散熱片。高溫介質采用帶翅形散熱片。 確定控制閥的流量特性確定控制閥的流量特性(即閥芯的形狀即閥芯的形狀):先按控制系統的先按控制系統的特點選閥的希望流量特性特點選閥的希望流量特性;再考慮工藝配管情況來選擇相再考慮工藝配管情況來選擇相應的理想流量特性。使控制閥安裝在具體的管道系統中應的理想流量特性。使控制閥安裝在具體的管道系統中,畸變后的工作流量特性能滿足控制系統對

32、它的要求。畸變后的工作流量特性能滿足控制系統對它的要求。一般選等百分比流量特性一般選等百分比流量特性。三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇氣動執行器有氣動執行器有:氣開式和氣關式。氣開式和氣關式。氣開式氣開式:有壓力信號時閥開有壓力信號時閥開;無壓力信號時閥關。無壓力信號時閥關。b.c氣關式氣關式:有壓力信號時閥關有壓力信號時閥關;無壓力信號時閥開。無壓力信號時閥開。a.d三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇2.氣開式與氣關式的選擇氣開式與氣關式的選擇氣開和氣關是由氣動執行機構的正氣開和氣關是由氣動執行機構的正.反作用與調節閥反作用與調節閥的正的正.反安裝來決定的。如圖。反安裝來決定的。如圖。三、控制

33、閥的選擇三、控制閥的選擇2.氣開式與氣關式的選擇氣開式與氣關式的選擇氣開、氣關式的選擇氣開、氣關式的選擇:根據工藝生產上安全要求。根據工藝生產上安全要求。信號壓力中斷時應保證設備和操作人員的安全。信號壓力中斷時應保證設備和操作人員的安全。如閥處于打開位置時危害性小如閥處于打開位置時危害性小,則選氣關式則選氣關式;如閥處于關閉位置時危害性小如閥處于關閉位置時危害性小,則選氣開式。則選氣開式。 控制閥口徑選擇的是否合適直接影響控制效果。控制閥口徑選擇的是否合適直接影響控制效果。三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇3.控制閥口徑的選擇控制閥口徑的選擇 選得選得過小過小,使流過控制閥的流量達不到所需的最大

34、值。使流過控制閥的流量達不到所需的最大值。干擾大時干擾大時,系統因流量的不足而失控系統因流量的不足而失控,使控制效果變差。使控制效果變差。 選得選得過大過大,浪費設備投資浪費設備投資;還使控制閥常工作于小開度還使控制閥常工作于小開度,控制性能也變差控制性能也變差,使控制系統變得不穩定。使控制系統變得不穩定。 控制閥口徑選擇是由控制閥口徑選擇是由控制閥流量系數控制閥流量系數KV決定的。決定的。 控制閥流量系數控制閥流量系數KV:在給定的行程下在給定的行程下,當閥兩端壓差為當閥兩端壓差為100kPa,流體的密度為流體的密度為1g/cm3時時,閥全開時閥全開時,流經控制閥的流經控制閥的 流體流量流體

35、流量(以以m3/h表示表示) 。控制閥流量系數控制閥流量系數KV表示表示控制閥控制閥容量的大小容量的大小,是表示是表示控制控制閥閥流通能力的參數。也稱為流通能力的參數。也稱為控制閥控制閥流通能力流通能力。對不可壓縮的流體對不可壓縮的流體,且閥前后壓差且閥前后壓差(pl-p2)不太大時不太大時, 流量流量系數系數KV的計算公式為：的計算公式為：V1210 KQpp 三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇3.控制閥口徑的選擇控制閥口徑的選擇-流體密度流體密度,g/cm3; p1-p2-閥前后壓差閥前后壓差,kPa;Q-流經閥的流量流經閥的流量,m3/h。當當 p1-p2=100 kPa時時,流經閥的水流

36、量流經閥的水流量Q,即為即為KV值。值。控制閥口徑選擇是根據控制閥口徑選擇是根據特定的工藝條件特定的工藝條件確定確定KV值。再按值。再按控制閥的生產廠家的目錄控制閥的生產廠家的目錄,選相應的控制閥口徑。選相應的控制閥口徑。工藝條件工藝條件:給定介質流量給定介質流量.閥前后壓差閥前后壓差.介質的物性參數等。介質的物性參數等。控制閥的選擇控制閥的選擇,即即KV值的計算可參考相關技術圖表。值的計算可參考相關技術圖表。是保證它能發揮應有效用的重要一環。是保證它能發揮應有效用的重要一環。四、氣動執行器的安裝和維護四、氣動執行器的安裝和維護(1).為了便于維護檢修為了便于維護檢修, 應安裝在靠近地面或樓板

37、的地方。應安裝在靠近地面或樓板的地方。(2). 安裝在環境溫度為安裝在環境溫度為(-40 +60)的地方的地方,應遠離振動應遠離振動較大的設備。較大的設備。(3).閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時,兩者之間加一段兩者之間加一段異徑管。異徑管。(4).氣動執行器應該是正立垂直安裝于水平管道上。氣動執行器應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特殊情況下需要水平或傾斜安裝時,除小口徑閥外除小口徑閥外,一般應一般應加支撐。加支撐。(5).通過控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標明通過控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標明,不能裝反不能裝反,正如孔板不能反

38、裝一樣。正如孔板不能反裝一樣。 (6).控制閥前后一般要各裝一只切斷閥控制閥前后一般要各裝一只切斷閥,以便修理時拆下以便修理時拆下控制閥。考慮到控制閥發生故障或維修時控制閥。考慮到控制閥發生故障或維修時,不影響工藝不影響工藝生產繼續進行生產繼續進行,一般應裝旁路閥。一般應裝旁路閥。四、氣動執行器的安裝和維護四、氣動執行器的安裝和維護(7).控制閥安裝前控制閥安裝前,應對管路進行清洗應對管路進行清洗,排去污物和焊渣。排去污物和焊渣。(8).在日常使用中在日常使用中,要對控制閥經常維護和定期檢修。重點要對控制閥經常維護和定期檢修。重點檢查部位有閥體內壁檢查部位有閥體內壁.閥座閥座.閥芯閥芯.膜片膜

39、片.密封圈密封圈.密封填料等。密封填料等。旁路閥旁路閥控制閥控制閥切斷閥切斷閥切斷閥切斷閥角行程電動執行機構角行程電動執行機構:電動機為動力電動機為動力,將電流信號轉換為將電流信號轉換為角位移角位移(090 ),適用于操縱蝶閥適用于操縱蝶閥.擋板的旋轉式控制閥。擋板的旋轉式控制閥。第二節第二節 電動執行器電動執行器1.電動執行器有電動執行器有角行程、直行程、多轉式等類型。角行程、直行程、多轉式等類型。直行程電動執行機構直行程電動執行機構:接收輸入的電流信號后接收輸入的電流信號后,使電動機使電動機轉動轉動,經減速器減速并轉換為直線位移經減速器減速并轉換為直線位移,適用于操縱單座適用于操縱單座.雙

40、座等控制閥和直線式控制機構。雙座等控制閥和直線式控制機構。多轉式電動執行機構多轉式電動執行機構:主要用來開啟和關閉閘閥、截止主要用來開啟和關閉閘閥、截止閥等多轉式閥門閥等多轉式閥門,一般多用于就地操作和遙控。一般多用于就地操作和遙控。組成組成:伺服放大器伺服放大器.伺服電動機伺服電動機.減速器減速器.位置發送器和操縱器。位置發送器和操縱器。 圖圖6-21 角行程執行機構組成示意圖角行程執行機構組成示意圖第二節第二節 電動執行器電動執行器2.角行程電動角行程電動執行執行機構機構放大過程：放大過程： 當輸入信號當輸入信號x=0,反饋信號反饋信號y=0,放大器無輸出放大器無輸出,電機不轉。電機不轉。

41、當當x0,偏差偏差(x-y)0,放大器有放大器有輸出輸出,電機轉電機轉,減速后使減速器減速后使減速器的輸出軸轉動的輸出軸轉動,直到直到x-y=0為止。為止。xy實現輸入電流信號實現輸入電流信號與輸出轉角的轉換。與輸出轉角的轉換。電流信號電流信號010mADC(420mA)角位移角位移(090 )位置發送器是將執行機構輸出的位移轉變為位置發送器是將執行機構輸出的位移轉變為010mA (420mA)DC反饋信號的裝置。反饋信號的裝置。它的主要部分為差動變壓器。它的主要部分為差動變壓器。圖圖6-22 差動變壓器原理圖差動變壓器原理圖第二節第二節 電動執行器電動執行器2.角行程電動執行機構角行程電動執

42、行機構減速器的輸出軸減速器的輸出軸SC12UUU 經過整流經過整流.濾波電路可得到濾波電路可得到010mA (420mA) DC信號。信號。SCU電動執行機構可與控制器配合電動執行機構可與控制器配合實現自動控制實現自動控制,還可通過操縱器還可通過操縱器實現自動和手動的切換。實現自動和手動的切換。角行程電動角行程電動執行執行機構機構它可把電動和氣動兩類儀表聯系起來它可把電動和氣動兩類儀表聯系起來,組成混合系統以組成混合系統以發揮各自的優點。發揮各自的優點。第三節第三節 電電-氣轉換器及電氣轉換器及電-氣閥門定位器氣閥門定位器電電-氣轉換器作用氣轉換器作用:將標準電信號將標準電信號010(420)

43、mADC轉換成轉換成標準氣壓信號標準氣壓信號(0.020.1MPa)。把電動變送器來的電信號變為氣信號把電動變送器來的電信號變為氣信號,送到氣動控制器或送到氣動控制器或氣動顯示儀表。氣動顯示儀表。一、電一、電-氣轉換器氣轉換器第三節第三節 電電- -氣轉換器及電氣轉換器及電- -氣閥門定位器氣閥門定位器圖圖6-23 電電-氣轉換器原理結構圖氣轉換器原理結構圖1-噴嘴擋板；噴嘴擋板；2-調零彈簧；調零彈簧；3-負反饋波紋管；負反饋波紋管；4-十字彈簧；十字彈簧；5-正反饋波紋管；正反饋波紋管；6-杠桿；杠桿；7-測量線圈；測量線圈；8-磁鋼；磁鋼；9-鐵芯；鐵芯；10-放大器放大器一、電一、電-

44、氣轉換器氣轉換器工作原理工作原理:按力矩平衡原理工作。按力矩平衡原理工作。 擋板靠近噴嘴擋板靠近噴嘴,使使其背壓升高其背壓升高,經放經放大器放大。大器放大。當輸入的直流電流當輸入的直流電流io通通入置于恒定磁場里的測入置于恒定磁場里的測量線圈時量線圈時,在線圈與磁鋼在線圈與磁鋼之間一個向上的電磁力。之間一個向上的電磁力。f1輸出氣輸出氣壓壓 popopof3f2建立起與測量力矩建立起與測量力矩相平衡的反饋力矩。相平衡的反饋力矩。由于反饋作用由于反饋作用,使輸使輸出氣壓信號出氣壓信號po與線與線圈電流圈電流io成比例。成比例。把電流信號把電流信號010(420)mA轉換成氣壓信號轉換成氣壓信號(

45、0.020.1MPa)。電電-氣轉換器氣轉換器電電-氣轉換器氣轉換器電電-氣轉換器氣轉換器電電-氣轉換器氣轉換器二、電二、電- -氣閥門定位器氣閥門定位器第三節第三節 電電- -氣轉換器及電氣轉換器及電- -氣閥門定位器氣閥門定位器作用作用:1.具有電具有電-氣轉換器的作用氣轉換器的作用,將電動控制器輸出的將電動控制器輸出的010mA(420)DC信號變為信號變為0.020.1MPa氣信號去驅動氣動控制閥。氣信號去驅動氣動控制閥。2.具有氣動具有氣動閥門定位器閥門定位器的作用的作用,使使閥門位置按閥門位置按控制器送來的控制器送來的信號準確定位信號準確定位(即輸入信號與即輸入信號與閥門位置呈一一

46、對應關系閥門位置呈一一對應關系)。二、電二、電- -氣閥門定位器氣閥門定位器第三節第三節 電電- -氣轉換器及電氣轉換器及電- -氣閥門定位器氣閥門定位器工作原理工作原理:按力矩平衡原理工作。按力矩平衡原理工作。 圖圖6-24 電電-氣閥門定位器氣閥門定位器f1的力矩與的力矩與f的力矩相等的力矩相等時時,系統達到平衡狀態。系統達到平衡狀態。此時此時,一定的信號電流一定的信號電流就對應一定的閥門位置。就對應一定的閥門位置。ff11-力矩馬達力矩馬達;2-主杠桿主杠桿;3-平衡彈簧平衡彈簧;4-反饋凸輪支點反饋凸輪支點;5-反饋凸輪反饋凸輪;6-副杠桿副杠桿;7-副杠桿支點副杠桿支點;8-薄膜執行

47、機構薄膜執行機構;9-反饋桿反饋桿;10-滾輪滾輪; 1l-反饋彈簧反饋彈簧;12-調零彈簧調零彈簧;13-擋板擋板;14-噴嘴噴嘴;15-主杠桿支點主杠桿支點作用方式為正作用作用方式為正作用,若要若要改變作用方式改變作用方式,只要將凸只要將凸輪翻轉安裝即可。輪翻轉安裝即可。二、電二、電- -氣閥門定位器氣閥門定位器第三節第三節 電電- -氣轉換器及電氣轉換器及電- -氣閥門定位器氣閥門定位器正作用定位器正作用定位器:信號電流增加信號電流增加,輸出壓力亦增加。輸出壓力亦增加。反作用定位器反作用定位器:信號電流增加信號電流增加,輸出壓力則減少。輸出壓力則減少。一臺正作用執行機構只要裝上反作用定位

48、器一臺正作用執行機構只要裝上反作用定位器,就能實現就能實現反作用執行機構的動作反作用執行機構的動作;相反相反,一臺反作用執行機構只要一臺反作用執行機構只要裝上反作用定位器裝上反作用定位器,就能實現正作用執行機構的動作。就能實現正作用執行機構的動作。電電- -氣閥門定位器氣閥門定位器來源網站|查看原圖電電- -氣閥門定位器氣閥門定位器電電- -氣閥門定位器氣閥門定位器電電- -氣閥門定位器氣閥門定位器電電- -氣閥門定位器氣閥門定位器第四節第四節 數字閥與數字閥與智能控制智能控制閥閥一、數字閥一、數字閥組成組成:由流孔由流孔(閥芯和閥座閥芯和閥座)、閥體和執行機構。執行機構、閥體和執行機構。執行

49、機構可用電磁線圈可用電磁線圈,也可用裝有彈簧的活塞執行機構。也可用裝有彈簧的活塞執行機構。 數字閥是一種位式的數字執行器數字閥是一種位式的數字執行器,由一系列并聯安裝而由一系列并聯安裝而按二進制排列的閥門組成的閥組。每個閥門的流量系數按二進制排列的閥門組成的閥組。每個閥門的流量系數按二進制序列設計按二進制序列設計,即按即按2的冪次設計。的冪次設計。 第四節第四節 數字閥與數字閥與智能控制智能控制閥閥一、數字閥一、數字閥以一個以一個8位數字閥為例說明。位數字閥為例說明。 數字閥體內有一系列開閉式的流孔數字閥體內有一系列開閉式的流孔,按二進制順序排列按二進制順序排列,即即20,21,22,23,2

50、4,25,26,27 。流孔關閉時流孔關閉時,流量為流量為0; 打開時打開時,流量為流量為1。調節范圍。調節范圍1255。第四節第四節 數字閥與數字閥與智能控制智能控制閥閥一、數字閥一、數字閥以一個以一個8位數字閥為例說明。位數字閥為例說明。 設數字閥的最小流量系數為設數字閥的最小流量系數為0.25。第一個閥的流量為第一個閥的流量為0.2520=0.25;第二個閥的流量為第二個閥的流量為0.2521= 0.5;依此類推流量分別為依此類推流量分別為:0.2522= 1;0.2523=2;0.2524=4;0.2525= 8;0.2526=16;0.2527=32。只開最小一個閥時只開最小一個閥時

51、,流量可達流量可達0.25(m3/h),8個閥全部打開時個閥全部打開時流量可達流量可達63.75 (m3/h), 調節范圍可達調節范圍可達255:1。如果每個閥開啟時的流量滿足數度要求如果每個閥開啟時的流量滿足數度要求,則控制流量的精則控制流量的精度可達度可達0.25 m3/h。第四節第四節 數字閥與數字閥與智能控制智能控制閥閥一、數字閥一、數字閥6. 結構復雜結構復雜.部件多部件多.價格貴。價格貴。此外此外,數字閥對流體溫度也數字閥對流體溫度也有限制有限制,影響了其使用范圍。影響了其使用范圍。數字閥的特點：數字閥的特點：1. 分辨率高分辨率高:數字閥位數越多數字閥位數越多, 可控制的流量分辨

52、率越高。可控制的流量分辨率越高。2. 精度高精度高:每個流孔都裝有預先校正流量特性的噴嘴和每個流孔都裝有預先校正流量特性的噴嘴和文丘里管文丘里管,精度高精度高,尤其適合小流量控制。尤其適合小流量控制。3. 反應速度快反應速度快,關閉特性好。關閉特性好。4. 可直接與計算機或其他數字式控制裝置連接。可直接與計算機或其他數字式控制裝置連接。5. 沒有滯后、特線性好、噪聲小。沒有滯后、特線性好、噪聲小。數字閥數字閥數字閥數字閥第四節第四節 數字閥與數字閥與智能控制智能控制閥閥具有智能化的控制、顯示、診斷、保護和通信功能具有智能化的控制、顯示、診斷、保護和通信功能, 是是以控制閥為主體以控制閥為主體,

53、將許多部件組裝在一起的一體化結構。將許多部件組裝在一起的一體化結構。二、智能控制二、智能控制閥閥1.控制智能控制智能除了一般的執行器控制功能外除了一般的執行器控制功能外,還可按照一定的控制規律還可按照一定的控制規律動作。還有溫度動作。還有溫度.壓力等傳感器壓力等傳感器,可對溫度可對溫度.壓力等進行控制。壓力等進行控制。2.通信智能通信智能主計算機可直接對執行器發出動作命令。允許遠程檢測主計算機可直接對執行器發出動作命令。允許遠程檢測.整定整定.修改參數或算法等。修改參數或算法等。3.診斷智能診斷智能有自診斷功能有自診斷功能,根據使用的各種傳感器通過微機分析判斷根據使用的各種傳感器通過微機分析判

54、斷故障情況故障情況,及時采取措施并報警。及時采取措施并報警。 調節閥的流量特性調節閥的流量特性 調節閥的流量特性是指介質流過調節閥的調節閥的流量特性是指介質流過調節閥的相對流量與調節閥的相對開度之間的關系相對流量與調節閥的相對開度之間的關系 ;即即調節閥某一開度流量與全開流量之比調節閥某一開度流量與全開流量之比 。 一般說來，改變調節閥的閥芯與閥座之間一般說來，改變調節閥的閥芯與閥座之間的節流面積，便可控制流量。但實際上由于的節流面積，便可控制流量。但實際上由于各種因素的影響，在節流面積變化的同時，各種因素的影響，在節流面積變化的同時，還會引起閥前后壓差的變化，從而使流量也還會引起閥前后壓差的

55、變化，從而使流量也發生變化。為了便于分析，先假定閥前后壓發生變化。為了便于分析，先假定閥前后壓差固定，然后再引伸到實際情況。因此，流差固定，然后再引伸到實際情況。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性兩種量特性有理想流量特性和工作流量特性兩種概念概念 。閥門定位器一般用于下列場合：閥門定位器一般用于下列場合：(1)對控制質量要求高的控制系統對控制質量要求高的控制系統,用以提高調節閥的定用以提高調節閥的定位精度及工作的可靠性；位精度及工作的可靠性；(2)用于閥的兩端壓差用于閥的兩端壓差9.81xl04Pa時或口徑時或口徑DI 00mm的場合的場合,因為這時不平衡力大因為這時不平衡力大,閥桿不

56、能正確定位；閥桿不能正確定位；(3)用于調節高壓、高溫、低溫、有毒或易燃易爆介質用于調節高壓、高溫、低溫、有毒或易燃易爆介質,因為這時密封填料與閥桿之間的摩擦力大；因為這時密封填料與閥桿之間的摩擦力大； (4)用于流體介質中含有固體懸浮物或粘性甚大的場合用于流體介質中含有固體懸浮物或粘性甚大的場合,以克服介質對閥桿移動產生的較大阻力；以克服介質對閥桿移動產生的較大阻力；(5)用于調節器與執行器相距較遠用于調節器與執行器相距較遠(60m以上以上)的場合的場合,以以克服滯后克服滯后,提高動作速度；提高動作速度； (6)將氣開式執行器改變成氣閉式將氣開式執行器改變成氣閉式, ,或反之；或反之；(7)

57、用于一個調節器控制兩個以上的調節閥以實現分程用于一個調節器控制兩個以上的調節閥以實現分程控制控制, ,這樣每個執行器只在調節器輸出的一段范圍這樣每個執行器只在調節器輸出的一段范圍內走完全行程；內走完全行程；(8)定位器還可用來改變調節閥的流量特性定位器還可用來改變調節閥的流量特性, ,這是通過這是通過定位器的反饋凸輪來實現的定位器的反饋凸輪來實現的, ,例如線性閥可通過定例如線性閥可通過定位器凸輪改變為等百分比特性。位器凸輪改變為等百分比特性。 應該說明應該說明, ,并不是所有的閥門都必須配上閥門定并不是所有的閥門都必須配上閥門定位器位器, ,因為它會增加設備的投資因為它會增加設備的投資, ,

58、增加氣源的要求增加氣源的要求, ,有時反而使系統不穩定。所以在沒有必要的場合有時反而使系統不穩定。所以在沒有必要的場合, ,不應該采用閥門定位器。不應該采用閥門定位器。綜合復習題綜合復習題一：名詞解釋一：名詞解釋 1、熱電現象熱電現象 2、節流現象、節流現象 3、負反饋、負反饋 4、調節作用、調節作用二：判斷改錯題，對的記二：判斷改錯題，對的記T，錯的記，錯的記F并改并改正錯誤正錯誤 1、彈簧管式壓力計的彈性元件的截面可做、彈簧管式壓力計的彈性元件的截面可做成圓形或扁圓形（成圓形或扁圓形（ ）。）。 2、用電子電位差計配熱電偶測溫，若熱端、用電子電位差計配熱電偶測溫，若熱端溫度升高溫度升高4，冷端溫度降低，冷端溫度降低4，則儀表，則儀表指示值應不變。（指示值應不變。（ ） 3、自動電子平衡電橋配熱電阻測溫時，當、自動電子平衡電橋配熱電阻測溫時，當熱電阻燒斷時，指針會移向終端（熱電阻燒斷時，指針會移向終端（ ）。）。 4、在管道上安裝節流元件為孔板的差壓式、在管道上安裝節流元件為孔板的差壓式流量計，如果方向裝反會導致流量計倒指流量計，如果方向裝反會導致流量計倒指示（示（ ）。）。 5、干擾作用也是對象的輸入（、干擾作