1、第第5章章 过程执行仪表过程执行仪表 过程执行仪表，简称过程执行仪表，简称执行器执行器。执行器是自动控制系统的终端执行部件，其作用是接执行器是自动控制系统的终端执行部件，其作用是接受调节器的输出信号，以改变执行机构的控制参数，受调节器的输出信号，以改变执行机构的控制参数，从而达到对被控变量进行控制的目的。从而达到对被控变量进行控制的目的。执行器由执行机构和调节机构（调节阀）组成执行器由执行机构和调节机构（调节阀）组成 调节器调节器(控制器控制器)阀门位置阀门位置发生单元发生单元输入信号输入信号执行器执行器y调节阀调节阀位置负反馈位置负反馈5-1 执行器的执行器的工作原理工作原理表5-1执行器主
2、要特性比较 根据能源种类，执行器可分为电动执行器、气动执行器、液动执根据能源种类，执行器可分为电动执行器、气动执行器、液动执行器行器主要特性主要特性电动执行器电动执行器气动执行器气动执行器液动执行器液动执行器构造复杂简单简单体积小中大配管配线简单较复杂复杂推力小中大动作滞后小大小维护检修复杂简单简单使用场合不适合防火防爆适合防火防爆要注意火花价格高低高图5-2 电动执行机构系统原理示意图电动执行器是以电为能源的执行器。包括伺服放大器及执行机构两大部分。有连续调节、远程手动控制和就地手动操作。电动执行机构按其输出形式可分为角行程角行程和直行程直行程执行机构两大类，其电气原理完全相同，仅减速器不一
3、样直行程直行程是一个用交流伺服电动机为原理机的位置伺服机构。系统框图如下5.2.1直行程电动执行机构图5-3 电动执行机构系统框图直行程直行程是一个用交流伺服电动机为原理机的位置伺服机构。系统框图如下5.2.1直行程电动执行机构图5-3 电动执行机构系统框图角行程角行程 由伺服放大器和伺服电动机两部分组成5.2.2角行程电动执行机构图5-4 角行程电动执行机构系统组成框图气动执行器是接收气动控制器或阀门定位器输出的气压信号，将其转换成相应的推杆直线位移，以推动调节阀动作。分为两种类型：薄膜式与活塞式。气动执行器结构较简单，由执行机构和调节机构（调节阀）组成。执行机构按动作方式可分为正作用和反作
4、用：输入信号增大，阀杆下移，为正作用阀；输入信号增大，阀杆上移，为反作用阀5.3.1气动执行机构1、调节阀工作原理：当不可压缩流体流经调节阀时，由于流通面积的缩小，会产生局部阻力，并形成压力降。设p1和p2分别是流体在调节阀前后的压力，为流体的密度，为接管处的流体平均流速，为阻力系数，在高雷诺数Re条件下，根据伯努力方程可得设调节阀接管的面积为A，则流体流过调节阀的体积流量Q为 可见阻力系数与阀门的结构形式和开度有关，A一定时，改变调节阀截面积A一定时，改变调节阀的开度即可改变阻力系数 ，从而达到调节被控介质流量的目的。2、调节阀的分类：直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、三通阀、隔膜阀、角行阀等。
5、5.3.2气动薄膜调节阀2221vppppAAvQ23、调节阀流量特性：指被控价值流经阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系，如下所示。为相对流量，即某一开度的流量Q与阀全开流量Qmax 之比；l/L为相对开度，即某一开度的行程l与阀全开的行程L之比。流量阀的流量特性会直接影响到自动控制系统的控制质量和系统的稳定性，必须合理限制。流量阀的流量特性，根据实际使用情况可分为：理想流量特性和工作流量特性。5.3.2气动薄膜调节阀)(maxLlfQQmaxQQ理想流特性：在调节阀前后压差不变的情况下得到的流量特性。常用调节阀中有4种典型的流量特性：直线流量特性、对数流特性、快开流量特性和抛物线流量特性
6、。直线流量特性：指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系。用数字表示为 为常数，即调节阀的放大系数。5.3.2气动薄膜调节阀VKLldQQdmaxVK对数流特性(等百分比流量特性)：对数流特性指单位相对位移所引起的相对流量成百分比。即调节阀的放大系数是变化的，随着对数流量的增大，K亦增大。用数字表示为 为调节阀的放大系数。5.3.2气动薄膜调节阀VKQQKLldQQdmaxmaxVK快开流特性：这种流量特性调节阀，在小开度时，流量已很大，随着开度增大，流量很快达到最大值（全开流量）故称为快开流量特性。用数字表示为 快开特性调节阀主要用于位式控制或程序控制中。5.3.2气动薄膜调节阀2max)1)
7、(11(1LlRQQ抛物线流特性：是指调节阀的放大系数K与该点的相对流量值的平方根成正比。用数学表达式表示为 通常，抛物线流量特性可用对数量特性代替，因此工程上很少用。5.3.2气动薄膜调节阀21maxmax)(QQKLldQQd调节阀可调范围：指调节阀所能控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin之比，用R来表示，即Qmin是调节阀可调流量的下限值，并不等于调节阀全关时的泄漏量。调节阀的可调范围也有可调范围和工作可调范围。1）理想可调范围：在调节阀前后差压恒定条件下，调节阀的可调范围可见理想可调范围是其最大流通能力与最小流通能力之比。反映了调节阀调节能力的大小，希望可调的范围大者为好，一般R=
8、3050。5.3.2气动薄膜调节阀minmaxminmaxminmaxCCpCpCQQR工作流量特性介绍minmaxQQR工作可调范围：调节阀在实际工作时，由于管道的阻力变化，阀前后压差也随之变化的调节范围，称为工作可调范围（或实际可调范围），可分为串联管道和并联管道两种情况来讨论。工作流量特性：指调节阀前后压差变化时调节阀的相对流量与相对位移之间的关系，分为串联管道和并联管道两种情况。5.3.2气动薄膜调节阀工作流量特性介绍调节阀选择，一般根据被控介质的特点和生产工艺要求来合理选择。主要应考虑以下几个问题：（1）调节阀的尺寸选择（2）气开式、气关式调节阀的选择（3）单座阀和双座阀的选择（4）
9、调节阀流量特性的选择（5）调节阀结构和材料的选择5.3.2气动薄膜调节阀 电-气阀门转换器：是电动单元组合仪表的一个辅助单元，将调节器或操作器输出的电流信号转换成气压信号，它根据力矩平衡原理工作。电-气阀门定位器是电动单元组合仪表的一个辅助单元，也是气动执行器的一个主要附件。阀门定位器的主要特性1.提高定位精度2.改善调节阀的动态特性3.能方便地改变调节阀的流量特性4.实现分程控制 阀门定位器的选择时遵循原则：阀门定位器的选择时遵循原则：1.要求控制质量高的重要控制系统，用以提高阀门的定位精度及工作可靠性，要求控制质量高的重要控制系统，用以提高阀门的定位精度及工作可靠性，确保控制质量。确保控制
10、质量。2.用以调节阀前后压差大的场合，通过提高气源压力，增大执行机构的输出用以调节阀前后压差大的场合，通过提高气源压力，增大执行机构的输出力，以克服流体对阀门芯产生的不平衡力。力，以克服流体对阀门芯产生的不平衡力。3.用于控制高压介质的场合，克服流体对阀芯的不平衡力和由于填料密封紧用于控制高压介质的场合，克服流体对阀芯的不平衡力和由于填料密封紧而造成较大的阀杆摩擦力。而造成较大的阀杆摩擦力。4.用于标称口径用于标称口径Dg100mm以上的调节阀，增大执行机构的输出力以上的调节阀，增大执行机构的输出力5.用于控制高温或低温介质（由于阀杆与填料之间摩擦力大）的调节阀。用于控制高温或低温介质（由于阀
11、杆与填料之间摩擦力大）的调节阀。6.用于流体中含有固态悬浮物或粘度较高的介质场合，以克服介质对阀杆位用于流体中含有固态悬浮物或粘度较高的介质场合，以克服介质对阀杆位移时产生的较大阻力。移时产生的较大阻力。7.用于调节阀与调节器距离较远（一般大于用于调节阀与调节器距离较远（一般大于60m,尤其是气动调节器）的场合，尤其是气动调节器）的场合，以克服控制信号传达的滞后。以克服控制信号传达的滞后。8.用于改善调节阀的流量特性。用于改善调节阀的流量特性。9.用于分程控制。用于分程控制。1.选择执行机构主要考虑因素选择执行机构主要考虑因素可靠性；可靠性；经济性；经济性；动作和输出力矩；结构和维护等动作和输出力矩；结构和维护等2.电动执行机构与气动执行机构的选择比较电动执行机构与气动执行机构的选择比较可靠性和维护性可靠性和维护性驱动源驱动源价格方面价格方面推力和刚度推力和刚度行程时间行程时间防爆等级防爆等级
