第一篇 第四章

1、過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 控制儀表概述控制儀表概述 過(guò)程控制系統(tǒng)由檢測(cè)變送器、調(diào)節(jié)器及執(zhí)行器等控制儀過(guò)程控制系統(tǒng)由檢測(cè)變送器、調(diào)節(jié)器及執(zhí)行器等控制儀 表和被控工藝過(guò)程（對(duì)象）組成。表和被控工藝過(guò)程（對(duì)象）組成。 控制儀表按能源形式可分為：電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等?？刂苾x表按能源形式可分為：電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等。 控制儀表包括檢測(cè)儀表、顯示儀表控制儀表包括檢測(cè)儀表、顯示儀表 、變送器、調(diào)節(jié)器、變送器、調(diào)節(jié)器、 監(jiān)視器、執(zhí)行器等。監(jiān)視器、執(zhí)行器等。 按結(jié)構(gòu)形式可分為基地式、單元組合式、組件組裝式、按結(jié)構(gòu)形式可分為基地式、

2、單元組合式、組件組裝式、 數(shù)字式儀表等。數(shù)字式儀表等。 傳輸方式：進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)傳輸方式：進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào) 控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào)控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào) 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 1.DDZ1.DDZ電動(dòng)單元組合儀表：電動(dòng)單元組合儀表：DDZDDZ型系列型系列 （1 1）集成電路；）集成電路； （2 2）4 420mA DC(20mA DC(或或15V DC)15V DC)； （3 3）24V DC24V DC電源的集中統(tǒng)一供電。電源的集中統(tǒng)一

3、供電。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：“積木式積木式”儀表，典型單元之間采用統(tǒng)一的信號(hào)聯(lián)系。儀表，典型單元之間采用統(tǒng)一的信號(hào)聯(lián)系。 電動(dòng)單元組合儀表主要由變送、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、顯示、給電動(dòng)單元組合儀表主要由變送、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、顯示、給 定、調(diào)節(jié)、輔助、執(zhí)行等定、調(diào)節(jié)、輔助、執(zhí)行等8 8類(lèi)單元組成。類(lèi)單元組成。 使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以 組合，其特點(diǎn)是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別組合，其特點(diǎn)是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別 適用于中、小企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)；適用于中、小企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)； 要求組成各種復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中

4、型企業(yè)要求組成各種復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè) 的過(guò)程控制系統(tǒng)則采用組件組裝式儀表，結(jié)構(gòu)上包括控制機(jī)的過(guò)程控制系統(tǒng)則采用組件組裝式儀表，結(jié)構(gòu)上包括控制機(jī) 柜和顯示操作盤(pán)兩部分。柜和顯示操作盤(pán)兩部分。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 DDZ III型電動(dòng)單元組合式儀表組成框圖型電動(dòng)單元組合式儀表組成框圖 一次儀一次儀 表的輸表的輸 出轉(zhuǎn)換出轉(zhuǎn)換 為標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn) 信號(hào)信號(hào) 顯示顯示 或記或記 錄被錄被

5、測(cè)量測(cè)量 根據(jù)偏差按根據(jù)偏差按 調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā) 出調(diào)節(jié)信號(hào)出調(diào)節(jié)信號(hào) 輸入輸入 給定給定 用于手動(dòng)直用于手動(dòng)直 接控制。接控制。 完成對(duì)被控完成對(duì)被控 對(duì)象的控制對(duì)象的控制 動(dòng)作。動(dòng)作。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 系列DDZ- 信號(hào)、傳 輸方式、 供電 信號(hào)DC 420mA、DC 15V 傳輸方式并聯(lián)制(電流傳送電壓接收) 現(xiàn)場(chǎng)變送器連接方式二線(xiàn)制、三線(xiàn)制 供電DC 24V集中供電并有斷電備用電源 防爆型式 和電氣元 件開(kāi)關(guān) 防爆型式安全火花型 安全柵有 電氣元件集成組件 結(jié)構(gòu)、線(xiàn) 路設(shè)計(jì)和 功能 差壓

6、變送器矢量機(jī)構(gòu) 溫度變送器有線(xiàn)性化電路 調(diào)節(jié)器全刻度指示和偏差指示 硬手動(dòng)和軟手動(dòng) 軟手動(dòng)自動(dòng)切換可直接切換 有保持電路 功能多樣 系統(tǒng)構(gòu)成靈活多樣 與計(jì)算機(jī)聯(lián)用兼容性好 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 2.2.組件組裝式儀表組件組裝式儀表 大型機(jī)組或過(guò)程控制的要求，是將單元組合儀表的各大型機(jī)組或過(guò)程控制的要求，是將單元組合儀表的各 個(gè)單元再劃分為各種標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立功能組件，并制成插件個(gè)單元再劃分為各種標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立功能組件，并制成插件 形式，各組件可在機(jī)架上插裝，按用戶(hù)的需要選用各種插形式，各組件可在機(jī)架上插裝，按用

7、戶(hù)的需要選用各種插 件組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)立柜或幾個(gè)立柜，加上顯示操作臺(tái)件組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)立柜或幾個(gè)立柜，加上顯示操作臺(tái), , 方便地組合成整套控制系統(tǒng)方便地組合成整套控制系統(tǒng) ，簡(jiǎn)稱(chēng)組裝儀表。，簡(jiǎn)稱(chēng)組裝儀表。 組裝儀表組裝式儀表機(jī)柜上方是電源組件，中間是各組裝儀表組裝式儀表機(jī)柜上方是電源組件，中間是各 功能組件，下面聯(lián)接電纜。顯示操作組件各有單獨(dú)的外殼，功能組件，下面聯(lián)接電纜。顯示操作組件各有單獨(dú)的外殼， 可安裝在用戶(hù)的控制臺(tái)上?？砂惭b在用戶(hù)的控制臺(tái)上。 功能組件有模擬量和數(shù)字量組件兩類(lèi)。模擬量組件有：功能組件有模擬量和數(shù)字量組件兩類(lèi)。模擬量組件有： 信號(hào)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、給定、調(diào)節(jié)、顯示操作、電

8、源和附件等信號(hào)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、給定、調(diào)節(jié)、顯示操作、電源和附件等 組件。數(shù)字量組件有：電平轉(zhuǎn)換、采樣、譯碼、寄存、邏組件。數(shù)字量組件有：電平轉(zhuǎn)換、采樣、譯碼、寄存、邏 輯選擇、數(shù)字顯示操作和附件等組件。輯選擇、數(shù)字顯示操作和附件等組件。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 電電 源源 處理組件處理組件 調(diào)節(jié)組件調(diào)節(jié)組件 分配組件分配組件 指示記錄儀指示記錄儀顯示操作器顯示操作器 輸輸 出出 組組 件件 輸輸 入入 組組 件件 盤(pán)裝區(qū)盤(pán)裝區(qū) 架裝區(qū)架裝區(qū) 至現(xiàn)場(chǎng)至現(xiàn)場(chǎng) 現(xiàn)場(chǎng)來(lái)現(xiàn)場(chǎng)來(lái) 特點(diǎn)是：特點(diǎn)是： 組件按需插裝，幾組件按需

9、插裝，幾 個(gè)系統(tǒng)可在一個(gè)機(jī)柜個(gè)系統(tǒng)可在一個(gè)機(jī)柜 內(nèi)，易于改換。內(nèi)，易于改換。 功能全，與計(jì)算機(jī)功能全，與計(jì)算機(jī) 聯(lián)用方便，適于多參聯(lián)用方便，適于多參 數(shù)綜合自動(dòng)化。數(shù)綜合自動(dòng)化。 具有自動(dòng)切換、程具有自動(dòng)切換、程 序控制和邏輯控制等序控制和邏輯控制等 功能功能 除自動(dòng)控制外，還除自動(dòng)控制外，還 可對(duì)工藝事故、儀表可對(duì)工藝事故、儀表 事故、電源故障和誤事故、電源故障和誤 操作等作出判斷并進(jìn)操作等作出判斷并進(jìn) 行聯(lián)鎖保護(hù)。行聯(lián)鎖保護(hù)。 按用戶(hù)要求設(shè)計(jì)，按用戶(hù)要求設(shè)計(jì)， 按系統(tǒng)成套提供。按系統(tǒng)成套提供。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系

10、統(tǒng)中的儀器儀表 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 4.1 4.1 檢測(cè)變送儀表檢測(cè)變送儀表 4.2 4.2 執(zhí)行器執(zhí)行器(control valves) 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 4-3 4-3 安全柵安全柵 4-4 4-4 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 4.2 4.2 執(zhí)行器執(zhí)行器 4.2.1 4.2.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu) 一、氣動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)一、氣動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn) 二、氣動(dòng)執(zhí)行器二、氣動(dòng)執(zhí)行器 三、氣動(dòng)執(zhí)行器氣開(kāi)和氣關(guān)組合方式三、氣動(dòng)執(zhí)行器氣開(kāi)和氣關(guān)組合方式 4.2.

11、2 4.2.2 調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理和流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理和流量系數(shù) 一、調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理和流量系數(shù)一、調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理和流量系數(shù) 二、二、 流體在調(diào)節(jié)閥中的流動(dòng)狀態(tài)流體在調(diào)節(jié)閥中的流動(dòng)狀態(tài) 三、調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計(jì)算三、調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計(jì)算 4.2.3 4.2.3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性 4.2.4 4.2.4 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型、安裝和維護(hù)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型、安裝和維護(hù) 4.2.5 4.2.5 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 4.1 4.1 檢測(cè)變送儀表檢測(cè)變送儀表 檢測(cè)變送器

12、將被控參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、檢測(cè)變送器將被控參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、PHPH 值以及成分量等檢測(cè)出來(lái)，并變換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，值以及成分量等檢測(cè)出來(lái)，并變換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 供系統(tǒng)顯示、記錄或進(jìn)行下一步的調(diào)整控制作用。供系統(tǒng)顯示、記錄或進(jìn)行下一步的調(diào)整控制作用。 傳感器：借助敏感元件按一定的規(guī)律（物理、化學(xué)等）傳感器：借助敏感元件按一定的規(guī)律（物理、化學(xué)等） 將非電物理量形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將非電物理量形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 變送器：將傳感器輸出的電信號(hào)（微弱的電流、電壓等）變送器：將傳感器輸出的電信號(hào)（微弱的電流、電壓等） 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 現(xiàn)在

13、傳感器和變送器功能合一，變送器即為輸出標(biāo)準(zhǔn)信現(xiàn)在傳感器和變送器功能合一，變送器即為輸出標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)的傳感器，微機(jī)械加工技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，敏感元號(hào)的傳感器，微機(jī)械加工技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，敏感元 件和信號(hào)調(diào)理電路一體化構(gòu)成集成變送器或智能變送器。件和信號(hào)調(diào)理電路一體化構(gòu)成集成變送器或智能變送器。 最常用的有壓力變送器、溫度變送器最常用的有壓力變送器、溫度變送器 、流量變送器等。、流量變送器等。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 從使用的角度來(lái)說(shuō)，變送器量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)從使用的角度來(lái)說(shuō)，變送器量程調(diào)整、零點(diǎn)

14、調(diào)整和零點(diǎn) 遷移的概念是很重要的。遷移的概念是很重要的。 量程調(diào)整或稱(chēng)滿(mǎn)度調(diào)整：使變送器輸量程調(diào)整或稱(chēng)滿(mǎn)度調(diào)整：使變送器輸 出的上限值（或滿(mǎn)度值）與輸入信號(hào)上出的上限值（或滿(mǎn)度值）與輸入信號(hào)上 限值對(duì)應(yīng)，改變變送器的靈敏度。限值對(duì)應(yīng)，改變變送器的靈敏度。 變送器零點(diǎn)調(diào)整的目的是使其輸出信號(hào)的下限值與輸入變送器零點(diǎn)調(diào)整的目的是使其輸出信號(hào)的下限值與輸入 信號(hào)的下限值相對(duì)應(yīng)。在信號(hào)的下限值相對(duì)應(yīng)。在xmin=0時(shí)為零點(diǎn)調(diào)整；時(shí)為零點(diǎn)調(diào)整； 將變送器的測(cè)量起始點(diǎn)由零點(diǎn)遷移到某一正值或負(fù)值，將變送器的測(cè)量起始點(diǎn)由零點(diǎn)遷移到某一正值或負(fù)值， 稱(chēng)為零點(diǎn)遷移。稱(chēng)為零點(diǎn)遷移。xmin0正遷移、正遷移、xmin

15、0負(fù)遷移。負(fù)遷移。 。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 實(shí)例實(shí)例 ：某測(cè)溫儀表的量程為某測(cè)溫儀表的量程為 0 0500500，輸出信號(hào)為輸出信號(hào)為4 4 20mA20mA ，現(xiàn)欲測(cè)量，現(xiàn)欲測(cè)量20020010001000 應(yīng)如何調(diào)整？應(yīng)如何調(diào)整？ 變送器主要由測(cè)量部分變送器主要由測(cè)量部分、放、放 大器和反饋部分組成。大器和反饋部分組成。 兩線(xiàn)制（現(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室兩線(xiàn)制（現(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室 儀表聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線(xiàn)，這兩根儀表聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線(xiàn)，這兩根 線(xiàn)既是電源線(xiàn)，又是信號(hào)線(xiàn)。線(xiàn)既是電源線(xiàn)，又是信號(hào)線(xiàn)。 三線(xiàn)制三線(xiàn)制

16、（一根正電源線(xiàn)，兩（一根正電源線(xiàn)，兩 根信號(hào)線(xiàn)，其中一根共根信號(hào)線(xiàn)，其中一根共GND) ； 四線(xiàn)制（兩根正負(fù)電源線(xiàn)，兩四線(xiàn)制（兩根正負(fù)電源線(xiàn)，兩 根信號(hào)線(xiàn)，其中一根共根信號(hào)線(xiàn)，其中一根共GND） 0 1 zDx KF K Y 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 4.1.1 DDZ型溫度變送器型溫度變送器 溫度是流程業(yè)中最基本的物理參數(shù)之一，常根據(jù)不同的溫度是流程業(yè)中最基本的物理參數(shù)之一，常根據(jù)不同的 溫度采用溫度傳感器（熱電偶，熱電阻）進(jìn)行測(cè)量。溫度采用溫度傳感器（熱電偶，熱電阻）進(jìn)行測(cè)量。 溫度變送器將溫度、溫差以及

17、與溫度有關(guān)的工藝參數(shù)或溫度變送器將溫度、溫差以及與溫度有關(guān)的工藝參數(shù)或 直流毫伏信號(hào)變換成直流毫伏信號(hào)變換成DC4DC420mA20mA或或DC1DC15V5V的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 DDZDDZ型溫度變送器的型號(hào)有三種：型溫度變送器的型號(hào)有三種： 熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器 熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器 直流直流mVmV變送器變送器 這三類(lèi)都采用四線(xiàn)制連接方式，結(jié)構(gòu)上分為量程單元和這三類(lèi)都采用四線(xiàn)制連接方式，結(jié)構(gòu)上分為量程單元和 放大單元兩個(gè)部分，放大單元三者通用，而量程單元?jiǎng)t隨品放大單元兩個(gè)部分，放大單元三者通用，而量程單元?jiǎng)t隨品 種、測(cè)量范圍的不同。種、測(cè)量范圍的不同

18、。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 一、直流毫伏變送器的量程單元一、直流毫伏變送器的量程單元 直流毫伏變送器的量程單元由信號(hào)輸入電路，零點(diǎn)調(diào)整直流毫伏變送器的量程單元由信號(hào)輸入電路，零點(diǎn)調(diào)整 橋路和反饋電路等部分組成。橋路和反饋電路等部分組成。 限流和限限流和限 壓，限制壓，限制 打火能量打火能量 在安全火在安全火 花范圍花范圍 低通低通 濾波濾波 Ri5=Ri7遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于其他大于其他 電阻，限電阻，限 支路電流支路電流 恒恒 流流 源源 VTZ、VS3提供提供 橋路電壓橋路電壓 過(guò)程控制過(guò)程控制( (proces

19、s control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 冷端溫度校正：冷端溫度升高時(shí)，熱電勢(shì)冷端溫度校正：冷端溫度升高時(shí)，熱電勢(shì)Vi將減少，為補(bǔ)償將減少，為補(bǔ)償Vi的減少需在的減少需在 橋路輸出增加一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，為此在橋路串接一銅電阻放在冷端附近。橋路輸出增加一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，為此在橋路串接一銅電阻放在冷端附近。 輸入電路輸入電路 調(diào)調(diào)0 0和調(diào)量程回路和調(diào)量程回路 非線(xiàn)性反饋回路非線(xiàn)性反饋回路 二、熱電偶溫度變送器的量程單元二、熱電偶溫度變送器的量程單元 溫度溫度 補(bǔ)償補(bǔ)償 線(xiàn)性化線(xiàn)性化 零點(diǎn)調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整 電位器電位器 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control）

20、 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 Io Et - + Et 熱電偶熱電偶 被測(cè)溫度被測(cè)溫度T 輸入電路輸入電路放大電路放大電路 非線(xiàn)性反饋非線(xiàn)性反饋 輸出電流輸出電流Io T Io Vf T 在反饋電路中需要完成量程調(diào)整和非線(xiàn)性校正。量程在反饋電路中需要完成量程調(diào)整和非線(xiàn)性校正。量程 調(diào)整實(shí)質(zhì)上是通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻調(diào)整放大電路的閉環(huán)放大調(diào)整實(shí)質(zhì)上是通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻調(diào)整放大電路的閉環(huán)放大 倍數(shù)。而非線(xiàn)性校正則需要一個(gè)校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。倍數(shù)。而非線(xiàn)性校正則需要一個(gè)校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)

21、中的儀器儀表 采用采用4 4段折線(xiàn)逼近熱電偶的特性原理。段折線(xiàn)逼近熱電偶的特性原理。 VcVf1對(duì)應(yīng)變送器的零點(diǎn)。對(duì)應(yīng)變送器的零點(diǎn)。 Vf1VcVf2時(shí)時(shí)VS1VS3截止，電阻網(wǎng)絡(luò)截止，電阻網(wǎng)絡(luò)Rf17Rf18Rf7Rf8，斜率，斜率1 Vf2VcVf3時(shí)時(shí)VS1導(dǎo)通導(dǎo)通VS2VS3均截止，均截止，Rf9并到支路并到支路1，斜率，斜率2 VS2和和VS3相繼導(dǎo)通，折線(xiàn)斜率為相繼導(dǎo)通，折線(xiàn)斜率為3和和4 拐點(diǎn)取決于基準(zhǔn)電壓，斜率取決于電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值。拐點(diǎn)取決于基準(zhǔn)電壓，斜率取決于電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系

22、統(tǒng)中的儀器儀表 三、熱電阻溫度變送器的量程單元三、熱電阻溫度變送器的量程單元 Ri2=Ri5遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于 其他橋臂電阻其他橋臂電阻 恒定橋臂電流恒定橋臂電流 三線(xiàn)制測(cè)溫三線(xiàn)制測(cè)溫 電阻為電阻為1 限壓穩(wěn)壓管限壓穩(wěn)壓管 起安全火花起安全火花 防爆作用防爆作用 零點(diǎn)調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整 量程調(diào)整量程調(diào)整 正反饋電流正反饋電流 I I1 1對(duì)熱電對(duì)熱電 阻線(xiàn)性化阻線(xiàn)性化 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 四、溫度變送器的放大單元四、溫度變送器的放大單元 包括四部分：前置放大器，功率放大器，隔離輸出電路，包括四部分：前置放大器，功率

23、放大器，隔離輸出電路， DC/AC/DC變換器等。變換器等。 前置（電壓）放大器前置（電壓）放大器 功率放大器功率放大器 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 隔離輸出與隔離反饋電路隔離輸出與隔離反饋電路 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 4.1.2 4.1.2 差壓及壓力變送器差壓及壓力變送器 差壓（壓力）變送器將液體、氣體或蒸汽的差壓（壓差壓（壓力）變送器將液體、氣體或蒸汽的差壓（壓 力）、流量、液位等工藝參數(shù)，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為顯示力）

24、、流量、液位等工藝參數(shù)，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為顯示 記錄儀、運(yùn)算器和調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)記錄儀、運(yùn)算器和調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù) 的檢測(cè)和自動(dòng)控制。的檢測(cè)和自動(dòng)控制。 差動(dòng)電容差壓變送器包括差動(dòng)電容（測(cè)量部分）和轉(zhuǎn)換差動(dòng)電容差壓變送器包括差動(dòng)電容（測(cè)量部分）和轉(zhuǎn)換 放大電路兩部分組成，差動(dòng)電容的作用是將壓力轉(zhuǎn)換成電容放大電路兩部分組成，差動(dòng)電容的作用是將壓力轉(zhuǎn)換成電容 比，轉(zhuǎn)換放大電路的作用就是將電容比提取出來(lái)，并轉(zhuǎn)變成比，轉(zhuǎn)換放大電路的作用就是將電容比提取出來(lái)，并轉(zhuǎn)變成 DC4DC420mA20mA輸出。輸出。 世界上各大儀表公司都推出自己的電容式差壓變送器；世界上

25、各大儀表公司都推出自己的電容式差壓變送器； 羅斯蒙特（羅斯蒙特（RosemountRosemount）、）、ABBABB、橫河（、橫河（YOKOGAWAYOKOGAWA）、西門(mén)子）、西門(mén)子 （SimensSimens）、）、E+HE+H、霍尼威爾（、霍尼威爾（HoneywellHoneywell）等。）等。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 1151型電容式差壓變送型電容式差壓變送 器是該類(lèi)典型產(chǎn)品。器是該類(lèi)典型產(chǎn)品。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 可承受過(guò)壓能力強(qiáng)，適可承受過(guò)壓能力強(qiáng)，適 合于測(cè)量絕對(duì)壓力很高，而合于測(cè)量絕

26、對(duì)壓力很高，而 壓差很小的場(chǎng)合。壓差很小的場(chǎng)合。 單向受壓時(shí)，使膜片貼單向受壓時(shí)，使膜片貼 在殼體上不再繼續(xù)變形。在殼體上不再繼續(xù)變形。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 轉(zhuǎn)換放大電路作用將差動(dòng)電容相對(duì)變化量提取出來(lái)，并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換放大電路作用將差動(dòng)電容相對(duì)變化量提取出來(lái)，并轉(zhuǎn)換 成成4 420mA20mA信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)0 0點(diǎn)調(diào)整，量程調(diào)整，阻尼調(diào)整等。點(diǎn)調(diào)整，量程調(diào)整，阻尼調(diào)整等。 電容比調(diào)制是在差動(dòng)

27、電容檢測(cè)頭內(nèi)完成的。電容比調(diào)制是在差動(dòng)電容檢測(cè)頭內(nèi)完成的。 解調(diào)器、振蕩器、振蕩控制器相當(dāng)于電容比電流轉(zhuǎn)換電路；解調(diào)器、振蕩器、振蕩控制器相當(dāng)于電容比電流轉(zhuǎn)換電路； 電流放大器、電流控制器、電流限制器相當(dāng)于放大和輸出限電流放大器、電流控制器、電流限制器相當(dāng)于放大和輸出限 制電路，電流檢測(cè)器相當(dāng)于反饋電路。制電路，電流檢測(cè)器相當(dāng)于反饋電路。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 第四章第四章 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥 4.2 執(zhí)行器執(zhí)行器 (control valves) 一、執(zhí)行器在過(guò)程控制系統(tǒng)中的作用及組成一、執(zhí)行器在過(guò)程控制系統(tǒng)

28、中的作用及組成 作用：接受控制信號(hào)，控制物料流量，使過(guò)程作用：接受控制信號(hào)，控制物料流量，使過(guò)程 穩(wěn)定在工藝范圍內(nèi)，代替人工操作，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的穩(wěn)定在工藝范圍內(nèi)，代替人工操作，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的 自動(dòng)化。自動(dòng)化。 包括：包括：氣動(dòng)氣動(dòng)、電動(dòng)電動(dòng)和和液動(dòng)液動(dòng)。 執(zhí)行器由執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，主要是執(zhí)組成，主要是執(zhí) 行機(jī)構(gòu)不同，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)基本相同。行機(jī)構(gòu)不同，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)基本相同。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)：控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的裝置控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的裝置 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去直接改變能：根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去直接改變能 量或物料輸送量的裝置，通常指調(diào)節(jié)閥。量或物料

29、輸送量的裝置，通常指調(diào)節(jié)閥。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 液動(dòng)液動(dòng)推力最大，推力最大，電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 是可分開(kāi)的是可分開(kāi)的兩部分兩部分；氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)是統(tǒng)一的構(gòu)是統(tǒng)一的整體整體（氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 ）。）。 角行程電動(dòng)執(zhí)行器角行程電動(dòng)執(zhí)行器 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 直行程電動(dòng)執(zhí)行器直行程電動(dòng)執(zhí)行器 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 二、二、執(zhí)行

30、器分類(lèi)執(zhí)行器分類(lèi) 1. 1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 1）能源：）能源：氣動(dòng)氣動(dòng)、電動(dòng)電動(dòng)和和液動(dòng)液動(dòng)執(zhí)行器執(zhí)行器 2 2）結(jié)構(gòu)形式：）結(jié)構(gòu)形式：薄膜薄膜、活塞活塞（氣缸氣缸）和）和長(zhǎng)行程長(zhǎng)行程執(zhí)行執(zhí)行 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 2. 2. 調(diào)節(jié)閥（結(jié)構(gòu)特性和流量特性）調(diào)節(jié)閥（結(jié)構(gòu)特性和流量特性） 1 1）結(jié)）結(jié) 構(gòu)：直通單座、直通雙座、三通、隔膜、構(gòu)：直通單座、直通雙座、三通、隔膜、 蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒（籠式）蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒（籠式） 2 2）流量特性：）流量特性：直線(xiàn)直線(xiàn)、對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)（等白分比等白分比）、）、拋物線(xiàn)拋物線(xiàn)、 快開(kāi)快開(kāi)等。等。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process contro

31、l） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 4.2.1 4.2.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu) 一、氣動(dòng)執(zhí)行器一、氣動(dòng)執(zhí)行器(pneumatic actuator)(pneumatic actuator)的特點(diǎn)的特點(diǎn) 氣動(dòng)執(zhí)行器以氣動(dòng)執(zhí)行器以壓縮空氣壓縮空氣為能源，以為能源，以2020一一100kPa100kPa 氣壓信號(hào)為輸入控制信號(hào)。具有氣壓信號(hào)為輸入控制信號(hào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作 可靠，性能穩(wěn)定可靠，性能穩(wěn)定，輸出，輸出推力大推力大，維修方便，維修方便，本質(zhì)本質(zhì) 安全防爆安全防爆和價(jià)格低廉等待點(diǎn)。和價(jià)格低廉等待點(diǎn)。 正確選擇正確選擇氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器和和

32、流量特性流量特性，可改善控制，可改善控制 系統(tǒng)的控制質(zhì)量，滿(mǎn)足工藝過(guò)程的要求。系統(tǒng)的控制質(zhì)量，滿(mǎn)足工藝過(guò)程的要求。 執(zhí)行器的正確選用、安裝及維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)都執(zhí)行器的正確選用、安裝及維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)都 必須重視。必須重視。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥實(shí)物圖氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥實(shí)物圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 閥閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 附注：氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥型號(hào)命名附注：氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥型號(hào)命名 尾注：氣開(kāi)

33、尾注：氣開(kāi)“K”K”，氣關(guān)，氣關(guān)“B”B” 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 薄膜式薄膜式 活塞式活塞式 長(zhǎng)行程長(zhǎng)行程 滾筒膜片滾筒膜片 正作用正作用 反作用反作用 比例式比例式 兩位式兩位式 正作用正作用 反作用反作用 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 二、氣動(dòng)執(zhí)行器二、氣動(dòng)執(zhí)行器 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成。 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，接受輸入的氣氣

34、動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，接受輸入的氣 壓信號(hào)（壓信號(hào)（2020100Kpa100Kpa） ，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位 移，推動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作。移，推動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作。 閥（調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，是執(zhí)行閥（調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，是執(zhí)行 器的調(diào)節(jié)部分，接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，器的調(diào)節(jié)部分，接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移， 從而改變閥門(mén)的開(kāi)度，其內(nèi)腔直按與被調(diào)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)從而改變閥門(mén)的開(kāi)度，其內(nèi)腔直按與被調(diào)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié) 流體的流量，最終控制閥內(nèi)流體的流量變化。流體的流量，最終控制閥內(nèi)流體的流量變化。 過(guò)程控制過(guò)程

35、控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 為一典型的質(zhì)量為一典型的質(zhì)量- -彈簧彈簧- -阻尼環(huán)阻尼環(huán) 節(jié)，下圖系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)受力模型。節(jié)，下圖系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)受力模型。 系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程滿(mǎn)足以下方程：系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程滿(mǎn)足以下方程： m為運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量；為運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量； x為閥桿位移；為閥桿位移； c為阻尼系數(shù)；為阻尼系數(shù)； f為摩擦力；為摩擦力； Fs為薄膜上的推力；為薄膜上的推力； G為運(yùn)動(dòng)部件總重力為運(yùn)動(dòng)部件總重力 Ft為流體在閥芯上壓差為流體在閥芯上壓差 產(chǎn)生的不平衡力；產(chǎn)生的不平衡力； k為彈簧剛度系數(shù)。為彈簧剛度系數(shù)。 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)受力模型系統(tǒng)

36、運(yùn)動(dòng)受力模型 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 ( (一一) )氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 氣動(dòng)薄膜式和活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)薄膜式和活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1. 1.氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 分為分為有壓縮彈簧有壓縮彈簧和和無(wú)壓縮彈簧無(wú)壓縮彈簧兩種，又分為兩種，又分為正作用正作用 和和反作用反作用兩種型式，國(guó)產(chǎn)型號(hào)為兩種型式，國(guó)產(chǎn)型號(hào)為ZMAZMA( (正作用正作用) )和和ZMBZMB （反作用）（反作用）。 輸入信號(hào)壓力輸入信號(hào)壓力增加增加，推桿，推桿下下移的叫移的叫正作用正作用 輸

37、入信號(hào)壓力輸入信號(hào)壓力增加增加，推桿，推桿上上移的叫移的叫反作用反作用 正作用可改為反作用，正作用膜頭下方加上密封圈正作用可改為反作用，正作用膜頭下方加上密封圈 的填塊，更換個(gè)別零件，輸入信號(hào)從膜頭下方引入。的填塊，更換個(gè)別零件，輸入信號(hào)從膜頭下方引入。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 多彈簧輕型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)圖多彈簧輕型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)圖 普普 通通 型型 氣氣 動(dòng)動(dòng) 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 閥閥 波波 紋紋 管管 密密 封封 氣氣 動(dòng)動(dòng) 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 閥閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第

38、四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 輸出特性是輸出特性是比例式比例式的，即推桿的位移變化量和輸入氣壓的，即推桿的位移變化量和輸入氣壓 信號(hào)變比量之間成信號(hào)變比量之間成線(xiàn)性關(guān)系線(xiàn)性關(guān)系。 信號(hào)壓力越大，薄膜上的推力越大，與其平衡的彈簧反信號(hào)壓力越大，薄膜上的推力越大，與其平衡的彈簧反 力越大，即推桿位移越大。力越大，即推桿位移越大。推桿位移推桿位移就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)輸就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)輸 出位移，也稱(chēng)出位移，也稱(chēng)行程行程。行程規(guī)格行程規(guī)格: :10、16、25、40、60、100 DNDN：公稱(chēng)通徑：公稱(chēng)通徑( (公稱(chēng)直徑，公稱(chēng)直徑，Nominal bore ),),就是各種管

39、就是各種管 子與管路附件的通用口徑。同一公稱(chēng)直徑的管子與管路附件子與管路附件的通用口徑。同一公稱(chēng)直徑的管子與管路附件 均能相互連接，具有互換性均能相互連接，具有互換性. .不是實(shí)際意義上的管道外徑或不是實(shí)際意義上的管道外徑或 內(nèi)徑，雖然其數(shù)值跟管道內(nèi)徑較為接近或相等；內(nèi)徑，雖然其數(shù)值跟管道內(nèi)徑較為接近或相等； 氣動(dòng)執(zhí)行器可配閥門(mén)定位器和手輪機(jī)構(gòu)等輔助裝置。閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器可配閥門(mén)定位器和手輪機(jī)構(gòu)等輔助裝置。閥門(mén) 定位器與氣動(dòng)執(zhí)行器配套使用實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障定位器與氣動(dòng)執(zhí)行器配套使用實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障 失靈時(shí)用于手輪機(jī)構(gòu)直接操作調(diào)節(jié)閥，維持生產(chǎn)正常進(jìn)行。失靈時(shí)用于手輪機(jī)構(gòu)直接操作調(diào)

40、節(jié)閥，維持生產(chǎn)正常進(jìn)行。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 閥閥 門(mén)門(mén) 定定 位位 器器 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 閥閥 公稱(chēng)直公稱(chēng)直 徑徑DN 閥座直徑閥座直徑dn 反饋杠桿反饋杠桿 主杠桿主杠桿 閥桿閥桿 反饋凸輪反饋凸輪 副副 杠杠 桿桿 反饋彈簧反饋彈簧 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀

41、表 為了減小調(diào)節(jié)閥死區(qū)與滯后的影響，主要改進(jìn)措施是為了減小調(diào)節(jié)閥死區(qū)與滯后的影響，主要改進(jìn)措施是 通過(guò)給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配備氣動(dòng)閥門(mén)定位器，如上圖所示。通過(guò)給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配備氣動(dòng)閥門(mén)定位器，如上圖所示。 波紋管的信號(hào)壓力大小由調(diào)節(jié)閥控制器調(diào)節(jié)。波紋管的信號(hào)壓力大小由調(diào)節(jié)閥控制器調(diào)節(jié)。 當(dāng)調(diào)節(jié)閥控制器的輸出增大時(shí)，波紋管的信號(hào)壓力也當(dāng)調(diào)節(jié)閥控制器的輸出增大時(shí)，波紋管的信號(hào)壓力也 增大，主杠桿便繞支點(diǎn)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是噴嘴與擋板的增大，主杠桿便繞支點(diǎn)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是噴嘴與擋板的 距離減小，噴嘴的背壓升高，此背壓經(jīng)過(guò)放大器放大后，距離減小，噴嘴的背壓升高，此背壓經(jīng)過(guò)放大器放大后， 進(jìn)入薄膜氣室的壓力也開(kāi)始

42、升高，閥桿向下移動(dòng)，并帶動(dòng)進(jìn)入薄膜氣室的壓力也開(kāi)始升高，閥桿向下移動(dòng)，并帶動(dòng) 反饋桿繞支點(diǎn)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與反饋桿安裝在同一支點(diǎn)的反饋桿繞支點(diǎn)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與反饋桿安裝在同一支點(diǎn)的 反饋凸輪跟著作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，副杠桿在滾輪的作用下開(kāi)始反饋凸輪跟著作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，副杠桿在滾輪的作用下開(kāi)始 繞支點(diǎn)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋彈簧被拉伸。繞支點(diǎn)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋彈簧被拉伸。 當(dāng)反饋彈簧對(duì)主杠桿的拉力與信號(hào)壓力作用在波紋管上的當(dāng)反饋彈簧對(duì)主杠桿的拉力與信號(hào)壓力作用在波紋管上的 力達(dá)到力矩平衡時(shí)，調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)執(zhí)行閥桿達(dá)到平衡位置。力達(dá)到力矩平衡時(shí)，調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)執(zhí)行閥桿達(dá)到平衡位置。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process c

43、ontrol） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 氣缸操作壓力氣缸操作壓力允許為允許為500kPa500kPa，因無(wú)彈簧反作用力輸出，因無(wú)彈簧反作用力輸出 推力大，適合于高靜壓，高壓差的場(chǎng)合。推力大，適合于高靜壓，高壓差的場(chǎng)合。 輸出特性有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)輸入活塞輸出特性有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)輸入活塞 兩側(cè)的操作壓力的大小而動(dòng)作，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)，兩側(cè)的操作壓力的大小而動(dòng)作，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)， 使推桿由一個(gè)極端移動(dòng)到另一個(gè)極端位置，活塞行程一般使推桿由一個(gè)極端移動(dòng)到另一個(gè)極端位置，活塞行程一般 為為25100，適用于雙位調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)中。比

44、例式是指，適用于雙位調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)中。比例式是指 推桿的行程與輸入壓力信號(hào)成比例關(guān)系。推桿的行程與輸入壓力信號(hào)成比例關(guān)系。比例式比例式帶有閥門(mén)帶有閥門(mén) 定位器工作原理復(fù)雜。定位器工作原理復(fù)雜。 2 2氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 活塞活塞隨兩側(cè)的隨兩側(cè)的壓差而移動(dòng)壓差而移動(dòng)，兩側(cè)，兩側(cè) 可分別輸入不同的信號(hào)可分別輸入不同的信號(hào)p p1 1和和p p2 2，可以，可以1 1 個(gè)是固定信號(hào)或兩個(gè)都是變動(dòng)信號(hào)。個(gè)是固定信號(hào)或兩個(gè)都是變動(dòng)信號(hào)。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 帶定位器的活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶定位器的活塞

45、式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 波紋管波紋管 杠桿杠桿 功率放大器功率放大器 上噴嘴上噴嘴 下噴嘴下噴嘴 檔板檔板 功放功放 調(diào)零彈簧調(diào)零彈簧 推桿推桿 活塞活塞 氣缸氣缸 反饋彈簧反饋彈簧 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 p1波紋管波紋管輸入力矩輸入力矩M1 杠桿繞杠桿繞O逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn) 擋板擋板5靠向噴嘴靠向噴嘴4而遠(yuǎn)離噴嘴而遠(yuǎn)離噴嘴6 放大器放大器3的的P出 出l增加 增加、 放大器放大器7的的P出 出2減小 減小 活塞活塞10下移下移、反饋彈簧反饋彈簧12對(duì)杠桿對(duì)杠桿 產(chǎn)生反饋力產(chǎn)生反饋力M2杠桿杠桿2繞繞O順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。

46、順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。 杠桿上的輸入力矩杠桿上的輸入力矩M1和反饋力矩和反饋力矩M2相相平衡平衡時(shí)，活塞時(shí)，活塞 穩(wěn)定在一個(gè)新的位置而不變，活塞位移量穩(wěn)定在一個(gè)新的位置而不變，活塞位移量S和輸入信號(hào)和輸入信號(hào) 壓力壓力p1成比例，關(guān)系為：成比例，關(guān)系為： 1 2 1 p Cl Al S P1 輸入信號(hào)壓力；輸入信號(hào)壓力； A 波紋管波紋管1的有效面積；的有效面積； l1、l2 力臂長(zhǎng)度；力臂長(zhǎng)度； C 反饋彈簧反饋彈簧12的剛度。的剛度。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 ( (二二) )閥（閥（調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)） 執(zhí)行器下

47、部的閥體組件，執(zhí)行器下部的閥體組件，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)習(xí)慣上稱(chēng)為調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器機(jī)構(gòu)習(xí)慣上稱(chēng)為調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器 的調(diào)節(jié)部分，是一個(gè)可變阻力的節(jié)的調(diào)節(jié)部分，是一個(gè)可變阻力的節(jié) 流元件。流元件。閥芯閥芯在閥桿的推動(dòng)下移動(dòng)，在閥桿的推動(dòng)下移動(dòng)， 改變閥芯與閥座間的改變閥芯與閥座間的流通面積流通面積，則，則 閥的閥的阻力系數(shù)阻力系數(shù)變，被控介質(zhì)的變，被控介質(zhì)的流量流量 發(fā)生改變。發(fā)生改變。 1 1閥的結(jié)構(gòu)類(lèi)型閥的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 由上、下由上、下閥蓋閥蓋、閥體閥體、閥座閥座、 閥芯閥芯、閥桿閥桿、填料填料和和壓板壓板等組成。等組成。 直通單座閥直通單座閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第

48、四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 調(diào)節(jié)閥分為直行程式和轉(zhuǎn)角式兩類(lèi)。調(diào)節(jié)閥分為直行程式和轉(zhuǎn)角式兩類(lèi)。 直行程式閥包括：直通雙座閥、直通單座直行程式閥包括：直通雙座閥、直通單座 閥、角形閥、高壓閥、隔膜閥等；閥、角形閥、高壓閥、隔膜閥等； 轉(zhuǎn)角閥包括：碟閥、凸輪撓曲閥、球轉(zhuǎn)角閥包括：碟閥、凸輪撓曲閥、球 閥等。閥等。 （1 1）直通單座閥）直通單座閥 閥的公稱(chēng)直徑閥的公稱(chēng)直徑D DN N和閥座直徑和閥座直徑d dn n標(biāo)志著標(biāo)志著 閥的規(guī)格大小。閥的規(guī)格大小。一般應(yīng)用在小口徑、低壓一般應(yīng)用在小口徑、低壓 差的場(chǎng)合差的場(chǎng)合 閥芯和閥桿有兩種連接方法，口徑較閥芯和閥桿有兩種連接方法

49、，口徑較 大的閥靠螺紋連接，有固定銷(xiāo)圖大的閥靠螺紋連接，有固定銷(xiāo)圖(b)(b)示；示； 口徑較小的閥，閥桿直接嵌入閥芯內(nèi)，用口徑較小的閥，閥桿直接嵌入閥芯內(nèi)，用 兩個(gè)互相垂直的圓柱銷(xiāo)固緊圖兩個(gè)互相垂直的圓柱銷(xiāo)固緊圖(a)(a)。 （a a） （b b） 閥桿閥芯連接圖閥桿閥芯連接圖 直通單座閥直通單座閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小，易于保證關(guān)其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小，易于保證關(guān) 閉，甚至完全切斷。但是在壓差大的時(shí)候，流體閉，甚至完全切斷。但是在壓差大的時(shí)候，流體 對(duì)閥芯上下作用的推

50、力不平衡，這種不平衡力會(huì)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)。因此這種閥一般應(yīng)用在小口徑、影響閥芯的移動(dòng)。因此這種閥一般應(yīng)用在小口徑、 低壓差的場(chǎng)合低壓差的場(chǎng)合 閥閥有有正裝正裝和和反裝反裝兩種。兩種。 閥芯閥芯下移下移時(shí)時(shí)流通截面減小流通截面減小，稱(chēng)為，稱(chēng)為“正裝正裝”閥；閥； 反之稱(chēng)為反之稱(chēng)為“反裝反裝”閥。閥。 對(duì)于對(duì)于DN25mm的閥，閥芯為的閥，閥芯為雙導(dǎo)向雙導(dǎo)向，所以，所以 正、反裝可以互換正、反裝可以互換； 對(duì)于對(duì)于DN25mm的單座閥，閥芯為的單座閥，閥芯為單導(dǎo)向單導(dǎo)向， 只能正裝而只能正裝而不能反裝不能反裝。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process con

51、trol） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 (2)(2)直通雙座閥直通雙座閥 兩個(gè)閥芯和閥座，從左進(jìn)從右兩個(gè)閥芯和閥座，從左進(jìn)從右 側(cè)流出，流量系數(shù)增大側(cè)流出，流量系數(shù)增大2030。 流體流過(guò)時(shí)，作用在上、下兩流體流過(guò)時(shí)，作用在上、下兩 個(gè)閥芯上的推力方向相反而大小近個(gè)閥芯上的推力方向相反而大小近 于相等，可以互相抵消，所以不平于相等，可以互相抵消，所以不平 衡力小，允許壓差大。衡力小，允許壓差大。 缺點(diǎn)：加工的限制，上下兩個(gè)閥芯缺點(diǎn)：加工的限制，上下兩個(gè)閥芯 閥座不易保證同時(shí)密閉，泄漏量較閥座不易保證同時(shí)密閉，泄漏量較 大，流路復(fù)雜，高壓差時(shí)流體對(duì)閥大，流路復(fù)雜，高壓

52、差時(shí)流體對(duì)閥 體內(nèi)部沖刷和氣蝕損傷大，不適于體內(nèi)部沖刷和氣蝕損傷大，不適于 高粘度介質(zhì)和含纖維、有懸浮顆粒高粘度介質(zhì)和含纖維、有懸浮顆粒 的介質(zhì)。的介質(zhì)。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 上、下閥蓋有襯套，上、下閥蓋有襯套， 起導(dǎo)向作用，稱(chēng)為起導(dǎo)向作用，稱(chēng)為雙導(dǎo)向雙導(dǎo)向。 有雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，有雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)， 閥芯可以閥芯可以正裝或反裝正裝或反裝。 正裝正裝指閥芯下移，指閥芯下移， 閥芯與閥應(yīng)之間的閥芯與閥應(yīng)之間的流通截流通截 面積減小面積減??； 反裝反裝指閥芯下移時(shí)，指閥芯下移時(shí)， 閥芯與閥座之間的閥

53、芯與閥座之間的流通截流通截 面積增大面積增大。 閥芯的正裝與反裝閥芯的正裝與反裝 1-1-閥桿閥桿 2-2-閥芯閥芯 3 3、4-4-閥座閥座 直通雙座調(diào)節(jié)閥直通雙座調(diào)節(jié)閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 （3 3）蝶閥（翻板閥）蝶閥（翻板閥） 與長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合。與長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合。 由閥體、擋板、擋板軸和軸由閥體、擋板、擋板軸和軸 封等部分組成。封等部分組成。 特點(diǎn)是特點(diǎn)是阻力損失小阻力損失小，結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、緊湊，簡(jiǎn)單、緊湊，使用壽命使用壽命 長(zhǎng)長(zhǎng)持別持別適用于適用于低壓差低壓差，大大 口徑口徑，大

54、流量大流量氣體及懸浮液氣體及懸浮液 流體的場(chǎng)合。泄漏量大流體的場(chǎng)合。泄漏量大不易不易 工作在小角度工作在小角度。 氣動(dòng)蝶閥：旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)蝶閥：旋轉(zhuǎn) 型調(diào)節(jié)閥型調(diào)節(jié)閥 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 （4 4） 角形控制閥角形控制閥 角形閥的兩個(gè)接管呈直角形，角形閥的兩個(gè)接管呈直角形， 底進(jìn)側(cè)出，流路簡(jiǎn)單、阻力小，底進(jìn)側(cè)出，流路簡(jiǎn)單、阻力小， 適于要求直角連接。介質(zhì)為高粘適于要求直角連接。介質(zhì)為高粘 廢、高壓差和含有少量懸浮物和廢、高壓差和含有少量懸浮物和 固體顆粒狀的場(chǎng)合。固體顆粒狀的場(chǎng)合。 單導(dǎo)向，只能執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)

55、作用方式的轉(zhuǎn)換。因底單導(dǎo)向，只能執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)作用方式的轉(zhuǎn)換。因底 進(jìn)測(cè)出流體中的懸浮物或顆粒不易在閥內(nèi)沉積，可避免結(jié)進(jìn)測(cè)出流體中的懸浮物或顆粒不易在閥內(nèi)沉積，可避免結(jié) 焦和堵塞，具有自?xún)裟芰?，便于維護(hù)和清洗，但對(duì)閥芯的焦和堵塞，具有自?xún)裟芰Γ阌诰S護(hù)和清洗，但對(duì)閥芯的 沖刷較大，可改善對(duì)閥芯的沖刷損傷，但在小開(kāi)度時(shí)，由沖刷較大，可改善對(duì)閥芯的沖刷損傷，但在小開(kāi)度時(shí)，由 于流體流動(dòng)造成不平衡力方向變化，使閥芯振蕩。于流體流動(dòng)造成不平衡力方向變化，使閥芯振蕩。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 (5) (5)三通控制閥

56、三通控制閥 三通閥共三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流三通閥共三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流 ( (兩種介質(zhì)混合成一路兩種介質(zhì)混合成一路) )型和分流型和分流( (一種介質(zhì)分成兩路一種介質(zhì)分成兩路) )型。型。 可代替兩個(gè)直通閥，適于配比控制與旁路控制，與直通可代替兩個(gè)直通閥，適于配比控制與旁路控制，與直通 閥相比，組成同樣的系統(tǒng)省掉一個(gè)二通閥和一個(gè)三通接管。閥相比，組成同樣的系統(tǒng)省掉一個(gè)二通閥和一個(gè)三通接管。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 (6) (6)隔膜控制閥隔膜控制閥 它采用耐腐蝕襯里的閥

57、體和隔膜。它采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。 隔膜閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻隔膜閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻 小，流通能力比同口徑的其小，流通能力比同口徑的其 他種類(lèi)的閥要大。由于介質(zhì)他種類(lèi)的閥要大。由于介質(zhì) 用隔膜與外界隔離，故無(wú)填用隔膜與外界隔離，故無(wú)填 料，介流質(zhì)也不會(huì)泄漏。料，介流質(zhì)也不會(huì)泄漏。 選用隔膜閥時(shí)，應(yīng)注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推選用隔膜閥時(shí)，應(yīng)注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推 力。一般隔膜閥直徑大于力。一般隔膜閥直徑大于100mm時(shí)，均采用活塞時(shí)，均采用活塞 式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于受襯里材料性質(zhì)的限制，這種閥式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于受襯里材料性質(zhì)的限制，這種閥 的使用溫度宜在的使用溫度宜在150150以下，壓力在以下，壓力在

58、1MPa1MPa以下。以下。 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 2 2閥芯結(jié)構(gòu)型式閥芯結(jié)構(gòu)型式 分直行程和角行程閥芯兩大類(lèi)。分直行程和角行程閥芯兩大類(lèi)。 （1 1）直行程閥芯）直行程閥芯 平板形閥芯平板形閥芯 這種閥芯的底面為平板形。其結(jié)這種閥芯的底面為平板形。其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，具有快開(kāi)持性，構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，具有快開(kāi)持性， 可作兩位式控制。可作兩位式控制。 多級(jí)閥芯多級(jí)閥芯 把幾個(gè)閥芯串聯(lián)在一起，起到逐把幾個(gè)閥芯串聯(lián)在一起，起到逐 級(jí)降壓作用。適用于高壓級(jí)降壓作用。適用于高壓差差閥，可閥，可 防止氣蝕的破壞作

59、用防止氣蝕的破壞作用，防止噪聲。防止噪聲。 多級(jí)閥芯的結(jié)構(gòu)也很多，有的閥芯多級(jí)閥芯的結(jié)構(gòu)也很多，有的閥芯 可串成錐體形狀可串成錐體形狀 平平 板板 形形 閥閥 芯芯 多多 級(jí)級(jí) 閥閥 芯芯 （b b）雙座多）雙座多 級(jí)階梯閥芯級(jí)階梯閥芯 （a a）單座多）單座多 級(jí)階梯閥芯級(jí)階梯閥芯 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 柱塞型閥芯：柱塞型閥芯：柱塞型閥芯可分為上、下雙導(dǎo)向及上導(dǎo)向兩柱塞型閥芯可分為上、下雙導(dǎo)向及上導(dǎo)向兩 種。柱塞型閥芯常見(jiàn)的持性有直線(xiàn)和等百分比兩種。雙導(dǎo)向可種。柱塞型閥芯常見(jiàn)的持性有直線(xiàn)和等百分比兩種。

60、雙導(dǎo)向可 倒裝，倒裝后可以改變調(diào)節(jié)閥的正、反作用。這兩種特性所用倒裝，倒裝后可以改變調(diào)節(jié)閥的正、反作用。這兩種特性所用 的閥芯形狀是不相同的。的閥芯形狀是不相同的。 圖（圖（a a）右面兩種閥芯都為上導(dǎo)向，用于角形閥和高壓閥。對(duì)）右面兩種閥芯都為上導(dǎo)向，用于角形閥和高壓閥。對(duì) 于小流量閥，可采用球形、針形閥芯（于小流量閥，可采用球形、針形閥芯（b b） 。 （a）柱塞型閥芯）柱塞型閥芯 （b）球形、針形閥芯）球形、針形閥芯 過(guò)程控制過(guò)程控制( (process control） 第四章第四章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表控制系統(tǒng)中的儀器儀表 (2)(2)角行程閥芯：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變它與閥座間的流通面積。角