1.电/气转换器
控制器输出通常是电动信号,若执行器采用气动执行器,就必须将控制器输出的标准4~20mA电流信号转换为0.02~0.1MPa的标准气压信号才能与气动执行器配接。
电/气转换器结构如图6-2-4所示,其电/气转换平衡过程是:I↑⇒吸力Fi↑⇒杠杆偏转⇒挡板与喷嘴间隙↓⇒背压↑⇒放大器输入↑⇒输出压力P↑⇒杠杆的反馈力Ff↑⇒杠杆平衡⇒P∝I(P与I成正比例)。
图6-2-4 电/气转换器结构示意图
实际应用中,常把电/气转换器和阀门定位器结合成一体,组成电/气阀门定位器,如图6-2-5所示。
2.阀门定位器
阀门定位器(又称气动阀门定位器)是调节阀的主要附件,通常与调节阀配套使用,接受调节器的输出信号,然后以它的输出信号去控制气动调节阀,当调节阀动作后,阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器,阀位状况通过电信号传给上位系统。因此,这种定位器和调节阀组成一个闭环回路,如图6-2-6所示。
图6-2-5 电/气阀门定位器原理图
图6-2-6 阀门定位器作用图
a)气动阀门定位器 b)电/气阀门定位器
3.阀门定位器的用途
1)阀门定位器增加执行机构的输出功率,克服阀杆与填料之间的摩擦力和介质对阀心产生的不平衡力,适于高压差、大口径和含有固体悬浮物介质或黏性流体场合。
2)减少控制信号的传递滞后,加快阀杆的移动速度。
3)提高控制信号与执行机构输出位移之间的线性度,保证调节阀的准确定位。一般在快速响应系统中,采用电/气转换器;在慢速响应系统中采用电/气阀门定位器。
4.阀门定位器工作原理
阀门定位器是控制阀的主要附件,它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号,以控制器输出信号作为设定信号,进行比较,当两者有偏差时,改变其到执行机构的输出信号,使执行机构动作,建立了阀杆位移与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此,阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号,以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。图6-2-7说明了典型电/气阀门定位器作用原理,其平衡过程为:I↑⇒杠杆上端右移⇒挡板靠近喷嘴⇒P压力↑⇒阀杆下移⇒反馈凸轮右转⇒反馈弹簧右拉⇒杠杆平衡。
阀门定位器能够增大调节阀的输出功率,减少调节信号的传递滞后,加快阀杆的移动速度,能够提高阀门的线性度,克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响,从而保证调节阀的正确定位。
5.阀门定位器分类
(1)按输入信号分
阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器、电/气阀门定位器和智能阀门定位器。
1)气动阀门定位器的输入信号是标准气信号。例如,20~100kPa气信号,其输出信号也是标准的气信号。
2)电/气阀门定位器的输入信号是标准电流或电压信号。例如4~20MA电流信号或1~5V电压信号等,在电/气阀门定位器内部将电信号转换为电磁力,然后输出气信号到拨动控制阀。(www.xing528.com)
3)智能阀门定位器将控制室输出的电
图6-2-7 电/气阀门定位器作用原理
流信号转换成驱动调节阀的气信号,根据调节阀工作时阀杆摩擦力,抵消介质压力波动而产生的不平衡力,使阀门开度对应于控制室输出的电流信号。并且可以进行智能组态设置相应的参数,达到改善控制阀性能的目的。
(2)按动作方向分
按动作的方向可分为单向阀门定位器和双向阀门定位器。
1)单向阀门定位器用于活塞式执行机构时,阀门定位器只有一个方向起作用。
2)双向阀门定位器作用在活塞式执行机构汽缸的两侧,在两个方向起作用。
(3)按阀门定位器输出和输入信号的增益符号分
按阀门定位器输出和输入信号的增益符号分为正作用阀门定位器和反作用阀门定位器。
1)正作用阀门定位器的输入信号增加时,输出信号也增加,因此,增益为正。
2)反作用阀门定位器的输入信号增加时,输出信号减小,因此,增益为负。
(4)按阀门定位器输入信号分
按阀门定位器输入信号是模拟信号或数字信号,可分为普通阀门定位器和现场总线电气阀门定位器。
1)普通阀门定位器的输入信号是模拟气压或电流、电压信号。
2)现场总线电气阀门定位器的输入信号是现场总线的数字信号。
(5)按阀门定位器是否带CPU分
按阀门定位器是否带CPU可分为普通电气阀门定位器和智能电气阀门定位器。
1)普通电气阀门定位器没有CPU,因此,不具有智能,不能处理有关的智能运算。
2)智能电气阀门定位器带CPU,可处理有关智能运算。例如,可进行前向通道的非线性补偿等,现场总线电气阀门定位器还可带PID等功能模块,实现相应的运算。
(6)按反馈信号的检测方法
例如,用机械连杆方式检测阀位信号的阀门定位器;用霍乐效应检测位移的方法检测阀杆位移的阀门定位器;用电磁感应方法检测阀杆位移的阀门定位器等。
有关阀门定位器的详细技术内容在后续章节阐述。
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