過程控制第4章上

1、過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章第第4 4章章 執(zhí)行器及安全柵執(zhí)行器及安全柵4.1 執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱進(jìn)入設(shè)備的能量，將被控變量維持在所要而操縱進(jìn)入設(shè)備的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。執(zhí)行器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、自動電流調(diào)節(jié)器、控制電機(jī)等。其中自動調(diào)節(jié)閥自動電流調(diào)節(jié)器、控制電機(jī)等。其中自動調(diào)節(jié)閥門是最常見的執(zhí)行器，種類繁多。門

2、是最常見的執(zhí)行器，種類繁多。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章自動調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：自動調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：q電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。q氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護(hù)方便，氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。防火防爆；但氣源配備不方便。q液動調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；液動調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。 工業(yè)中使用最多的是氣動調(diào)節(jié)閥和電

3、動調(diào)節(jié)閥。工業(yè)中使用最多的是氣動調(diào)節(jié)閥和電動調(diào)節(jié)閥。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1 氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥氣動氣動調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。氣動薄膜室氣動薄膜室推桿推桿閥門閥門閥位指示標(biāo)牌閥位指示標(biāo)牌閥桿閥桿過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1.1 氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與分類與分類氣動氣動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成?？刂茩C(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。q執(zhí)行機(jī)構(gòu)是推動裝置，它執(zhí)行機(jī)構(gòu)是推動裝置，它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。桿位移的裝置。

4、q控制機(jī)構(gòu)是閥門，它將閥控制機(jī)構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小。小。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 1.執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出方式有角行程節(jié)機(jī)構(gòu)動作。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直行程輸出兩種。輸出和直行程輸出兩種。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章直行程輸出的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩類。直行程輸出的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩類。氣動活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)P正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行

5、機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（1） 直通單座閥直通單座閥q流體對閥芯的不平流體對閥芯的不平衡作用力大。一般用在小衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場合。口徑、低壓差的場合。q結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。2調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是一個局部阻力可以改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。根據(jù)不同的使用要求，閥門的結(jié)構(gòu)型的節(jié)流元件。根據(jù)不同的使用要求，閥門的結(jié)構(gòu)型式很多。式很多。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章正裝閥正裝閥閥芯下移時，閥芯與閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積增大座間的流通截面積增大

6、閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。 反裝閥反裝閥閥芯下移時，閥芯與閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減小座間的流通截面積減小過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（2 2） 直通雙座閥直通雙座閥 閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。q流體流過時，作用在上、下兩個閥芯上的推流體流過時，作用在上、下兩個閥芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。衡力小。q但是，由于加工的但是，由于加工的限制，上下兩個閥芯閥限制，上下兩個閥芯閥座不易保證同時密閉，座不易保證同時密閉，因此

7、泄漏量較大。因此泄漏量較大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（3）角形控制閥角形控制閥兩個接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的兩個接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的流路簡單、對流體的阻力較小。流路簡單、對流體的阻力較小。q適用于現(xiàn)場管道適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。體顆粒狀的場合。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（4 4） 三通控制閥三通控制閥 有三個出入口與工藝管道連接。流通方式有合有三個出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型（兩種介質(zhì)混合成一路

8、）和分流型（一種介質(zhì)流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（5）隔膜控制閥隔膜控制閥 采用耐腐蝕材料作采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔隔膜，將閥芯與流體隔開。開。q結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，介質(zhì)也不會泄漏。料，介質(zhì)也不會泄漏。q耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性

9、介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。制。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章q適用于大口徑、適用于大口徑、大流量、低壓差的場大流量、低壓差的場合，也可以用于含少合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。介質(zhì)的控制。（6）蝶閥蝶閥又名翻板閥。又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（7） 球閥球閥閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動閥閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動閥芯使之與閥體處于不同的相對

10、位置時，就有不同的芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就有不同的流通面積。流通面積。q流量變化較快，可起控制和切斷的作用，常用流量變化較快，可起控制和切斷的作用，常用于雙位式控制。于雙位式控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（8）籠式閥籠式閥閥內(nèi)有一個圓柱形套筒（籠子）。套筒壁上有閥內(nèi)有一個圓柱形套筒（籠子）。套筒壁上有一個或幾個不同形狀的孔（窗口），利用套筒導(dǎo)向，一個或幾個不同形狀的孔（窗口），利用套筒導(dǎo)向，閥芯在套筒內(nèi)上下移動，改變閥的節(jié)流孔面積。閥芯在套筒內(nèi)上下移動，改變閥的節(jié)流孔面積。q可調(diào)比大，不平衡可調(diào)比大，不平衡力小，更換開孔不同的力小，更換開孔不同的套筒，就可得

11、到不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不適于高流量特性。但不適于高粘度或帶有懸浮物的介粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。質(zhì)流量控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（9）凸輪撓曲閥凸輪撓曲閥又名偏心旋轉(zhuǎn)閥。其閥芯呈扇形球面狀，與撓又名偏心旋轉(zhuǎn)閥。其閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉(zhuǎn)動軸上。曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉(zhuǎn)動軸上。q閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸，密封性好。閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸，密封性好。適用于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。適用于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。 調(diào)節(jié)閥除了結(jié)構(gòu)類調(diào)節(jié)閥除了結(jié)構(gòu)類型的不同外，其它的主型的不同外，其它的主要技術(shù)

12、參數(shù)是流量特性要技術(shù)參數(shù)是流量特性和口徑。和口徑。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1.2 調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對控制調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。)(=maxLlfQQQ/Qmax 相對流量相對流量 l/L 相對開度相對開度過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4

13、章章 相對流量相對流量Q/Qmax 是控制閥某一是控制閥某一開度流量開度流量Q與全開時流量與全開時流量Qmax之比；之比； 相對開度相對開度l/L 是控制閥某一開度是控制閥某一開度行程行程l與全開行程與全開行程L之比。之比。 調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開討論。壓差有關(guān)，必須分開討論。)(=maxLlfQQLQ過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后再引伸到實際工作情況，于是有再引伸到實際工作情況，于是有固有流量

14、特性固有流量特性與與工作流量特性工作流量特性之分。之分。1、固有（固有（理想）理想）流量特性流量特性在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為稱為固有固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。流量特性。它取決于閥芯的形狀。3 21 3 43 1 42（1）直線特性直線特性（2）等百分比特性等百分比特性（3）快開特性快開特性（4）拋物線特性拋物線特性過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（1）直線流量特性直線流量特性控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式單位位移變化所引起

15、的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式表示為：表示為：3 1 42(l / L) /%max11(1-)RRQlQL R 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比系數(shù)。的可調(diào)比系數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 可調(diào)比可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量控制的最大流量與最小流量的比值。的比值。 其中其中Qmin不是指閥門全關(guān)時的泄漏量，而是閥不是指閥門全關(guān)時的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的24%一般閥門的可調(diào)比一般閥門的可調(diào)比R=30。R = Qmax / Qmin3 1 42過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章控

16、制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值?？刂屏Γ洪y門開度改變時，相對流量的改變比值。 例如在不同的開度上，再分別增加例如在不同的開度上，再分別增加10%開度，開度，相對流量的變化比值為相對流量的變化比值為10時：時：（20-10）/10100%=100%50時：時：（60-50）/50100%=20%80時：時：（90-80）/80100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1 v直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相同直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相同的，但其對流量的控制力卻是不同的。的，但其對流量的控制力卻是不同的。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（2） 等百

17、分比（對數(shù)）流量特性等百分比（對數(shù)）流量特性單位相對行程變化所引起的相對流量變化與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(guān)系：此點的相對流量成正比關(guān)系：3 1 42-1)(max=LlRQQv曲線斜率（放大系數(shù)）曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量隨行程的增大而增大。流量小時，流量變化小；流量大小時，流量變化?。涣髁看髸r，流量變化大。時，流量變化大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章v等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不同，但對不同，但對流量的控制力卻是相同的。流量的控制力卻是相同的。10%處：處：（6.58%-4.68%）/

18、4.68%41%50%處：處：（25.7%-18.2%）/18.2%41%80%處：處：（71.2%-50.6%）/50.6%41% 同樣以同樣以10、50及及80三點為例，分別增加三點為例，分別增加10%開度，相對流量變化的比值為：開度，相對流量變化的比值為：Q/Q100L/Lmaxs=1過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（4） 拋物線流量特性拋物線流量特性特性曲線為拋物線，特性曲線為拋物線，介于直線和對數(shù)曲線之間，介于直線和對數(shù)曲線之間，使用較少。使用較少。（3）快開特性快開特性3 1 42開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快

19、就達(dá)到最大，故稱為快開特性。適用于迅速量很快就達(dá)到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時流量特性會發(fā)生畸變。也是變化的，這時流量特性會發(fā)生畸變。例：管道串聯(lián)時的工作流量特性例：管道串聯(lián)時的工作流量特性如圖，管道系統(tǒng)總壓力如圖，管道系統(tǒng)總壓力P等于管路系統(tǒng)的壓降等于管路系統(tǒng)的

20、壓降PG與控制閥的壓降與控制閥的壓降PT之和。之和。PPGQPT管路及設(shè)備管路及設(shè)備PGPT調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥PP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章從串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥兩端壓差從串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥兩端壓差PT的變化曲線的變化曲線可看出，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時閥上壓力最大，基本等于系可看出，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時閥上壓力最大，基本等于系統(tǒng)總壓力；調(diào)節(jié)閥全開時閥上壓力降至最小。統(tǒng)總壓力；調(diào)節(jié)閥全開時閥上壓力降至最小。為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差PT的變化范圍，以的變化范圍，以閥權(quán)度閥權(quán)度s表示調(diào)節(jié)閥表示調(diào)節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差全開時，閥前后最小壓差PTmin與總壓力與總壓力 P之比。之比。s

21、=PTmin / PPPGQPT管路及設(shè)備管路及設(shè)備PGPT調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥PP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章v流量特性畸變：流量特性畸變：以以Qmax表示表示串聯(lián)管道阻力為零時串聯(lián)管道阻力為零時(s=1)，閥全，閥全開時達(dá)到的最大流量。開時達(dá)到的最大流量?？傻么?lián)管道在不同可得串聯(lián)管道在不同s值時，值時，以自身以自身Qmax作參照的工作流量特性。作參照的工作流量特性。對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥 直線閥變?yōu)榭扉_閥直線閥變?yōu)榭扉_閥s 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章結(jié)論結(jié)論q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。q串聯(lián)管道使調(diào)

22、節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。大流量減小。q串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，能力降低，s值低于值低于0.3時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1.2調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥的選擇 選用調(diào)節(jié)閥時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面。選用調(diào)節(jié)閥時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面。1調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇 通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對流質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕

23、性、粘度等），對流量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。 例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強(qiáng)腐蝕介質(zhì)采用隔雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強(qiáng)腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥等。膜閥等。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣動薄膜三通調(diào)節(jié)閥氣動薄膜三通調(diào)節(jié)閥氣動薄膜精氣動薄膜精小型調(diào)節(jié)閥小型調(diào)節(jié)閥氣動薄膜式隔膜閥氣動薄膜式隔膜閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章V型型O型型對夾薄型對夾薄型氣動調(diào)節(jié)球閥氣動調(diào)節(jié)球閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣動法蘭調(diào)節(jié)蝶閥

24、氣動法蘭調(diào)節(jié)蝶閥氣動對夾式調(diào)節(jié)蝶閥氣動對夾式調(diào)節(jié)蝶閥氣動精小型調(diào)節(jié)閥氣動精小型調(diào)節(jié)閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章2氣開式與氣關(guān)式的選擇氣開式與氣關(guān)式的選擇 氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復(fù)位。氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復(fù)位。 無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)式氣關(guān)式。反之，無壓力信號時閥全。反之，無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大稱的為閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大稱的為氣開式氣開式。 如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式：如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式：氣關(guān)式氣關(guān)式氣關(guān)式氣關(guān)式氣

25、開式氣開式氣開式氣開式過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 給水閥給水閥燃?xì)忾y燃?xì)忾y蒸汽蒸汽例如：例如： 選擇蒸汽鍋爐的控選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時，為保證失控制閥門時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全：狀態(tài)下鍋爐的安全： 給水閥應(yīng)選氣關(guān)式給水閥應(yīng)選氣關(guān)式 燃?xì)忾y應(yīng)選氣開式燃?xì)忾y應(yīng)選氣開式v閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：當(dāng)控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝當(dāng)控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)。設(shè)備處于安全狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章3. 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇保證控制品質(zhì)的重要因素之一是：保持控制保證

26、控制品質(zhì)的重要因素之一是：保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內(nèi)盡可能恒定。系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內(nèi)盡可能恒定。給定值給定值被控量被控量干擾干擾f 控制器控制器 傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象+eW c(s)W3(s)W1(s)W2(s)K=K1K2K3Kc有的被控對象的有的被控對象的放大倍數(shù)，在不同的工藝點不同。放大倍數(shù)，在不同的工藝點不同。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章如熱水加熱器的熱水流量與送風(fēng)溫度的靜特性如熱水加熱器的熱水流量與送風(fēng)溫度的靜特性MTT熱水熱水Q/ /maxQ/ Qmax050%50%100%100%K 由圖可見，隨著熱水流量增大，對送風(fēng)的加

27、熱效由圖可見，隨著熱水流量增大，對送風(fēng)的加熱效果越來越差。因為熱交換需要時間，熱水很快流走，果越來越差。因為熱交換需要時間，熱水很快流走，不能充分熱交換所致。但若用蒸汽加熱，由于冷凝放不能充分熱交換所致。但若用蒸汽加熱，由于冷凝放熱很快，該特性為直線特性。熱很快，該特性為直線特性。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章很多對象在工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)很多對象在工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)K不是常不是常數(shù)，在不同的工藝負(fù)荷點，數(shù)，在不同的工藝負(fù)荷點，K不相同。因此希望不相同。因此希望調(diào)調(diào)節(jié)閥的流量特性能補(bǔ)償對象的靜特性。節(jié)閥的流量特性能補(bǔ)償對象的靜特性。（1 1）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的

28、，）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，工藝負(fù)荷變工藝負(fù)荷變化又大，化又大，用等百分比特性補(bǔ)償。用等百分比特性補(bǔ)償。（3）配配管阻力大、管阻力大、s值低，值低，等等百分比閥會畸變成直線閥。百分比閥會畸變成直線閥。（2）若）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是調(diào)節(jié)對象的靜特性是線性的，或線性的，或工藝負(fù)荷變化不大，工藝負(fù)荷變化不大，用直線閥。用直線閥。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4. 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑的選擇 為保證工藝的正常進(jìn)行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的為保證工藝的正常進(jìn)行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的口徑選得太大，使閥門經(jīng)常工作尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的口徑選得太大，使閥門經(jīng)常工作在小開

29、度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選得太在小開度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力。節(jié)閥的流通能力。 調(diào)節(jié)閥的流通能力用流調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)量系數(shù)C值表示。值表示。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章流量系數(shù)流量系數(shù)C的定義：的定義：在閥兩端壓差在閥兩端壓差100kPa，流體為水（，流體為水（103Kgm3）的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流的條件下，閥門全開時每小時能

30、通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（量（m3 /h）。）。例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為100kPa時，時，流經(jīng)閥的水流量為流經(jīng)閥的水流量為20 m3 /h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為：為：C=20。 在調(diào)節(jié)閥技術(shù)手冊上，在調(diào)節(jié)閥技術(shù)手冊上，給出了各種閥門的口徑和流給出了各種閥門的口徑和流通能力通能力 C ，供用戶查閱。，供用戶查閱。CDg過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：0022CA100A100010 實際應(yīng)用中閥門兩端壓差不一定是實際應(yīng)用中閥門兩端壓差不一定是

31、100kPa，流，流經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。02APQ（1）液體）液體流量系數(shù)流量系數(shù)C值值的計算的計算 根據(jù)基本流量公式根據(jù)基本流量公式兩式相除得兩式相除得QDgPCQ10P過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 （2）氣體、蒸汽）氣體、蒸汽C值的計算值的計算 氣體、蒸汽都具有可壓縮性，其氣體、蒸汽都具有可壓縮性，其C值的計算必須值的計算必須考慮氣體的可壓縮性和二相流問題，計算時進(jìn)行相考慮氣體的可壓縮性和二相流問題，計算時進(jìn)行相應(yīng)的修正。應(yīng)的修正。 CkQ10P 根據(jù)實際的工藝流量和管根據(jù)實際的工藝流量和管道壓力換算出道壓力換

32、算出C值后，查閥門值后，查閥門手冊確定口徑。手冊確定口徑。QDgP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章例例 某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的水流量為某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的水流量為Q=31m3/h熱水為熱水為80，Pm-Pr=1.7100kPa，所裝閥門取多大？，所裝閥門取多大？ 解：解：Pm-Pr是管網(wǎng)入口壓差，設(shè)配管是管網(wǎng)入口壓差，設(shè)配管S=0.50.7， P=（0.50.7）1.7100kPa 100kPa80熱水的密度熱水的密度=971Kg/m3代入代入給水泵給水泵熱水鍋爐熱水鍋爐盤管盤管PmPrMCQ10P得得C31 ，取標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)C=32在在此檔中，選取和管道直徑此檔中，

33、選取和管道直徑相配的口徑。相配的口徑。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章將將420mA的電的電流信號流信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成20100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。信號。4.1.2 4.1.2 電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器 為了使氣動調(diào)節(jié)閥能夠接收電動調(diào)節(jié)器的輸出為了使氣動調(diào)節(jié)閥能夠接收電動調(diào)節(jié)器的輸出信號，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。信號，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。 電電/氣轉(zhuǎn)換器作用：氣轉(zhuǎn)換器作用：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 I 吸力吸力Fi 杠桿偏轉(zhuǎn)杠桿偏轉(zhuǎn) 擋板與噴嘴間隙擋板與噴嘴間隙 背壓背壓 放大器輸入放大器輸入 輸出壓力輸出壓力

34、P 杠桿杠桿的反饋力的反饋力Ff 杠桿平衡杠桿平衡 PI工作原理工作原理負(fù)反饋負(fù)反饋磁鐵磁鐵調(diào)零調(diào)零FiFf背壓背壓過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.3 4.1.3 閥門定位器閥門定位器氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確力與彈簧反作用力平衡確定的。定的。為了防止閥桿處的泄為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個體差異較擦力增大，且個體差異較大，這會影響輸入信號大，這會影響輸入信號P P的的執(zhí)行精度。執(zhí)行精度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 解決措施解決

35、措施 在調(diào)節(jié)閥上加裝在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿閥門定位器，引入閥桿位移負(fù)反饋。使閥桿能位移負(fù)反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定按輸入信號精確地確定自己的開度。自己的開度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 4.1.44.1.4 電電/ /氣閥門定位器氣閥門定位器 實際應(yīng)用中，常把電實際應(yīng)用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電合成一體，組成電/氣閥門定位器。氣閥門定位器。 I杠桿上端右移杠桿上端右移擋板擋板靠近噴嘴靠近噴嘴 P壓力壓力閥桿下移閥桿下移反饋凸輪反饋凸輪右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn) 反饋彈簧右拉反饋彈簧右拉杠桿平衡杠桿平衡過程控制系統(tǒng)與儀表過程控

36、制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣動薄膜單座氣動薄膜單座(套筒套筒)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥氣動薄膜氣動薄膜雙雙座調(diào)節(jié)閥座調(diào)節(jié)閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)蝶閥氣動調(diào)節(jié)蝶閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.5 電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的電電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。電磁閥也電磁閥也接受來自調(diào)節(jié)器的電流接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，但閥門開度是位式調(diào)節(jié)。信號，但閥門開度是位式調(diào)節(jié)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章如直動式電磁閥：如直動式電磁閥： 線圈通電時，產(chǎn)生電線圈通電時，產(chǎn)生電磁力，吸引閥芯柱上移，磁力，吸引閥芯柱上移，閥門打開。閥門打開。 線圈斷電后，電磁力線圈斷電后，電磁力消失，閥芯落下。在彈簧消失，閥芯落下。在彈簧壓力下閥門緊閉。壓力下閥門緊閉。 電磁閥是位式閥，只電磁閥是位式閥，只有全開和全關(guān)兩個位置。有全開和全關(guān)兩個位置。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章電動調(diào)節(jié)閥也由執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動調(diào)節(jié)閥也由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門兩部分組成。和閥門兩部分組成。q執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它將輸入信號轉(zhuǎn)換成相裝置，它將輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動力，帶動控制機(jī)構(gòu)動作。應(yīng)的動力，帶動控制機(jī)構(gòu)動作。q閥門