《过程控制仪表》PPT课件 (2)

qmax
lmax
C qmin qmax
K 1C
C为积分常数
R qmax 1 qmin C
可调比R为调节阀所能控制的 最大流量与最小流量的比值。
q (1 1 ) l 1
qmax
R lmax R
放大系数K为常数，不随Q的变化而变化。 国产阀门的可调比R=30。
❖ 直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同 的，但其对流量的控制力却是不同的。
p A Kl
A为膜片的有效面积；K为平衡弹簧的弹性系数
气动执行机构的动态特性可近似成一阶惯性环节，其惯 性的大小取决于膜头空间的大小与气管线的长度和直径。
气动执行机构（补充参考）
2. 电动执行机构 （不考） 电动执行机构根据配用的调节机构不同，其输出方式有
直行程、角行程和多转式三种类型，其电气原理完全相同， 仅减速器不一样。
K1
q qmax
KV
ln
q qmax
K1
l lmax
C1
q
R
l l量成正比，随 q的增加，放大系数增大
•
流量的对数lnq与行程l 成正
比，故称为对数特性
•
行程增加相同间隔，流量增
加相同的百分比，故称为等百分
比特性。
对数流量特性
l 10% ~ 20% L
l 50% ~ 60% L
（3）角形控制阀 两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的 流路简单、对流体的阻力较小。
适用于现场管道 要求直角连接，介质 为高粘度、高压差和 含有少量悬浮物和固 体颗粒状的场合。
（4） 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合
流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质 分成两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。
“气开” 表示输入到执行机构的信号增加时，流过执行器的流量增加 “气关” 表示输入到执行机构的信号增加时，流过执行器的流量减小
序号
a b c d
执行机构 作用方式
正 正 反 反
阀体作用 方式 正 反 正 反
执行器气开、 气关形式 气关 气开 气开 气关
选择调节阀的气开、气关形式
• 所谓气开式，即当信号压力增加时，阀门开大；气关式则相反，即信号压力 增加时，阀门关小。 – 考虑事故状态时人身、工艺设备的安全； – 考虑在事故状态下减少经济损失，保证产品质量。
自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：
电动调节阀：电源配备方便，信号传输快、 损失小，可远距离传输；但推力较小。
气动调节阀：结构简单，可靠，维护方便， 防火防爆；但气源配备不方便。
液动调节阀：用液压传递动力，推力最大； 但安装、维护麻烦，使用不多。
工业中使用最多的是气动调节阀和电动调节阀。
执行器的组成：
1 R
(
R
2
1)
l lmax
1
2、调节阀的工作流量特性
• 实际应用时，调节阀两端的压差是变化的，此时调节阀的相对流量与相对开 度之间的关系称为工作流量特性。
• 为衡量调节阀实际工作流量特性相对于理想流量特性的变化程度，用阻力比 系数S来表示：
流量的相 对变化量
l 80% ~ 90% L
Q0.2 Q0.1 40% Q0.1
Q0.6 Q0.5 40% Q0.5
Q0.9 Q0.8 40% Q0.8
在不同的开度下具有同样的动作灵敏度， 适合于负荷变化较大的过程，广泛应用。
对数流量特性
d (Q / Qmax) K Q
d (l / L)
公称直径Dg(mm)
20
25 32 40 50 65
阀门直径dg(mm)
2
4
5
6
7
8 10 12 15 20 25 32 40 50 65
单座阀 0.08 0.12 0.20 0.32 0.50 0.80 1.2 2.0 3.2 5.0 8 12 20 32 56
流通能力C
双座阀
10 16 25 40 63
3.4 执行器和防爆栅
作用：根据调节器的命令，直接控制能量或物料 等被调介质的输送量，达到调节温度、压力、 流量等工艺参数的目的.
现场仪表单元，直接接触介质，通常工作在高温 高压、高粘度，易燃易爆，强腐蚀。
执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流 调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行 器，种类繁多。
√阀门气开气关式的选择原则：
❖ 工艺生产的安全
（当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工 艺设备处于安全状态。）
蒸汽
例如锅炉：
选择蒸汽锅炉的控 制阀门时，为保证失控 状态下锅炉的安全：
给水阀应选气关式 给水阀
燃气阀
燃气阀应选气开式
其他一般场合 阀门的选择：
• 气源中断或电源中断时， 进入装置的原料、热源应切断：进料阀选气开 切断装置向外流出产品： 出料阀选气开 精馏塔回流应打开： 回流阀选气关
0.806
大开度时，流量相对变化量太小，调节作用 弱，调节缓慢。不适于负荷变化大的过程
直线流量特性
d (Q / Qmax) K d (l / L)
20 10 100% 100% 10
60 50 100% 20% 50
90 80 100% 12.5% 80
直线流量特性特点
• 阀心相对开度变化所引起的流量变化是相等的 • 流量相对变化量（流量变化量与原有流量之比）
阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。
正装阀
反装阀
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积减小
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积增大
（2） 直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。
流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推 力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平 衡力小。
但是，由于加工的 限制，上下两个阀芯阀 座不易保证同时密闭， 因此泄漏量较大。
1、固有（理想）流量特性 在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性 称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。
（a）快开特性（b）直线特性（c）等百分比特性
（1）直线流量特性
控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即
单位位移变化所引起的流量变化是常数。用数学式
表示为：
d
q qmax
K
积分
d
l
l
max
q K l C
√说明几点 ：
• 简单控制系统框图中的各个信号都是增量。图中 的箭头表示信号的流向，并非物流或能流的方向。
• 各环节的增益有正、有负。当该环节的输入增加 时，其输出增加，则该环节的增益为正，反之， 如果输出减小则增益为负。
• 对象的增益有正、有负。例如：加热系统的增益 为正、冷却系统的增益为负；
• 气开阀的增益为正、气关阀的增益为负； • 正作用控制器的增益为负，反作用控制器的增益
电动执行机构的组成框图 θ =K Ii （电动执行器可看成比例环节）。
伺服放大器原理图
校正网络原理图
3．调节机构 调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变
的节流元件。通过改变阀芯的行程可以改变调节阀 的阻力系数，达到控制流量的目的。
（1） 直通单座阀
结构简单、泄漏量小。
流体对阀芯的不平 衡作用力大。一般用在小 口径、低压差的场合。
Qm a x
流量相对变化值是相等的。 故称为等百分比特性
对数（等百分比）流量特性
• 其数学表达式
q
R
l lma
x
1
qmax
• 行程变化相同的百分数，流量在原来基础上变化的 相对百分数是相等的，即具有等百分比流量特性。
• 对数（等百分比）流量特性特点：
– 调节阀在小开度时，控制缓和平稳 – 调节阀在大开度时，控制及时有效。
公称直径Dg(mm) 阀门直径dg(mm)
80
100
125
150
200
250
300
80
100
125
150
200
250
303
流通能力C
单座阀 双座阀
80
120
200
280
450
100
160
250
400
630
1000
1600
表3-2 调节阀流通能力C与其尺寸的关系
2. 执行器的“气开、气关” 方式
“气”指输入到执行机构的信号
（5）隔膜控制阀 采用耐腐蚀材料作
隔膜，将阀芯与流体隔 开。
结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他 种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填 料，介质也不会泄漏。 耐腐蚀能力强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性 介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控 制。
（6）蝶阀 又名翻板阀。 结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。
1-上盖 2—膜片 3一平衡弹簧 4一阀杆 5－阀体 6－阀座 7－阀芯
气动执行机构有正作用和反作用两种形式: 当输入气压信号增加时阀杆向下移动时称正作用； 当输入气压信号增加时阀杆向上移动时称反作用。 在工业生产中口径较大的调节阀通常采用正作用方式。
气动薄膜执行机构的静态特性表示平衡状态时输入 的气压p与阀杆位移l的关系，即
是不同的：
– 在小开度时，流量相对变化量大； – 在大开度时，其流量相对变化最小。
• 直线流量特性调节阀在小开度时，控制作用强， 易引起振荡；在大开度时，控制作用弱，控制缓 慢。
（2） 等百分比（对数）流量特性
单位相对行程变化所引起的相对流量变化 与此点的相对流量成正比关系：
d
q qmax
d
l
l
max
为正； • 检测变送器的增益一般为正。 • 通过调整控制器的正反作用来保证系统为负反馈。
√ 3 调节阀的流量特性