06a控制仪表及系统气动阀[1] 《过程控制系统及仪表》课件

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8kP变 a 化量。
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（五）功率放大器 作用：将喷嘴挡板的 组 成 ： 见 图 3-35。 耗气式放大器 工作过程：
PB放 大 、 流 量 放 大 ；
1 A2 3
PB 至喷嘴挡板
是一深度负 反馈系统。 设 PB 膜 片 推 杆 A室 压 力 推 杆 膜片
7 6
45
输出
气源
滞量，弹性后效现象等。
弹性特性——弹性元的变形与作用力或其他参数之间的关系。
刚度与灵敏度——通常把使弹性元件产生单位形变（位移）所需的
作用力或力矩称作弹性元件的刚度。称刚度的倒数为灵敏度。
弹性滞后与迟滞量——在弹性元件的弹性范围内，逐渐加载和卸载
的过程中，弹性特性不重合的现象叫做弹性元件的弹性滞后现象。
理可得如下关系式：
Fi l i F lf2 f2 F0 l 0 F lf1 f1 将 Fi、 Ff2、 Ff1代入上式，经整理后得
li
lf2
l0
lf1
O
P0
K ili A 1l f1 - A l2 f2
Ii
F0 l 0 A 1l f1 - A l2 f2
Fi
Ff2
F0
Ff1
图3-37 杠杆的受力平衡图
面积。
（4）当杠杆转动角度 时，十字簧片产生的附 加力矩为 M C 。式
中 C为杠杆系统的等效转角 刚度； 为杠杆转角。 C和 一般都很小，
故附加力矩可忽略不计 。
（5）调零作用力 F0 。通过调零弹簧施加于 杠杆上的作用力。 图 3 - 37 为杠杆的受力平衡图。 O 点为杠杆的支点。按力 矩平衡原
A2lf
2）取得适当小时，能减小Ki
l
，
i
从而缩小换器的体积。
3.分母与两个波纹管面积之差有关，故波纹管面积随温度
变化的影响可以抵消，有温度补偿作用。
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本节重点（P76） 1.气动执行机构：
正作用式、反作用式； 2.阀门定为器
阀门定位器的应用场合 3.调节机构（控制阀、调节阀）
弹性元件的滞后现象和后效现象是弹性元件的缺点，为减小其
影响，常用特种合金（如铍青铜）来制作弹性元件。
（四）喷嘴挡板机构
作用：将微小位移 转换成 PB。
组成：节流孔（恒节流孔）、节流气室、变节流孔（ 喷嘴挡板）等构
成。见图 3-33。特性见图 3-34。
PB
Ps
D d
δ4
Pa
1
2 PB 3
Pb
图3-33 喷嘴挡板结构图 1—恒节流孔；2—节流气室；3—喷
1 23 4 Ii
+
5 67
8
_
9
NS 11
10
P P
o s
13 12
图 3- 36 电 /气 转 换 器 结 构 图
1— 动 圈 ； 2— 限 位 螺 钉 ； 3— 杠 杆 ； 4— 正 反 馈 波 纹 管 ； 5— 十 字 簧 片 支 撑 ； 6— 负 反 馈 波 纹 管 ； 7— 平 衡 锤 ； 8— 挡 板 ； 9— 喷 嘴 ； 10— 气 动 放 大 发 器 ； 11—
在流体成层流状态时，气阻的大小与两端的压降成正比，与流过
的流量成反比，可表示为：
R P M
式中：R为气阻； P为 气 阻 两 端 的 压 降 ； M为气体的质量流量。
恒气阻：如毛细管、小孔等； 可调气阻（变气阻）：如：阀 线性气阻：毛细管、小孔 非线性气阻：
雷诺数ReD (Re) 2300时，层流 13800时 ， 紊 流
9— 螺 母 ； 10— 行 程 标 尺
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信号压力入口 12
开 关
a
3 4 5 6 7
8
9 10
Dg
1 2
3 4
5
6
7
开
8
9
关
10
图 5- 14 直 通 单 座 阀
1— 阀 杆 ； 2— 压 板 ； 3— 填 体 ； 7— 阀 芯 ； 8— 阀 座 ；
9— 螺 母 ； 10— 行 程 标 尺
b 反作用式（ZM B型） 1— 上 膜 盖 ； 2— 波 纹 膜 片 ； 3— 下 膜 盖 ； 4— 密 封 膜 片 ； 5— 密 封 环 ； 6— 填 块 ； 7— 支 架 ； 8— 推 杆 ； 9— 压 缩 弹 簧 ； 10— 弹 簧 座 ； 11— 衬 套 ； 12— 调 节 件 ； 10— 行 程 标 尺
a 正 作 用 式 （ ZM A型 ） 1— 上 膜 盖 ； 2— 波 纹 膜 片 ； 3— 下
膜 片 有 效 面 积 ： 2 0 0 、2 8 0 、4 0 0 、6 3 0 、
膜 盖 ； 4— 支 架 ； 5— 推 杆 ； 6— 压 缩 弹 簧 ； 7— 弹 簧 座 ； 8— 调 节 件 ；
1 0 0 0 、 1 6 0 0 c m 2。
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信号压力入口
第二节
气 动 执 行 器 （ P76）
12
一、气动执行机构
作 用 ： 将 20~100kPa的 气 压 信 号 转
3
换成位移输出。
4
1
5
薄模式、活塞式两种
2
6
3
7
（一）、气动薄膜式执行机构
4
8
1 .结 构
5
有弹簧：
D g
6
开
9
7
8
10
无弹簧：适用于小膜头
9
关
结 构 ： 见 图 5 -8 。 正作用: 反作用:
9— 衬 套 ； 10— 下 阀 盖
b
图 5- 8 气 动 薄 膜 式 执 行 机 构 结 构 图
12
3 4 信号压 5 力入口 6 7 8 9 10 11 12
13
a 正作用式（ZM A型） 1— 上 膜 盖 ； 2— 波 纹 膜 片 ； 3— 下 膜 盖 ； 4— 支 架 ； 5— 推 杆 ； 6— 压 缩 弹 簧 ； 7— 弹 簧 座 ； 8— 调 节 件 ；
迟滞量表征滞后最大值。用相对量表示，即弹性元
件 的 正 、 反 行 程 的 位 移 最 大 变 差 max与 最 大 位 移 量
s
m
a
的
x
百
分
比
。
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弹性后效现象——弹性元件在弹性变形范围内，其位移（形变）不
能立即和所施载荷相对应，须经一段时间后，才能达到相应的载荷
形变。弹性元件的弹性后效有时达2%~ 3%。
（1）输入信号：4~20mA.DC； （2）输出信号：20~100kPa(大功率为40~200kPa)； （3）基本误差： 0.5%； （4）变差： 0.5%； （5）灵敏度： 0.05%；
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二、气动仪表的基本元件
包括：气阻、气容、弹性元件、喷嘴 挡板机构、功率放大器等。
(一 ) 气 阻 （ 节 流 件 、 节 流 孔 ） 。
D v ReD
层流状态时，气阻呈现为线性；
紊流状态时，气阻呈现为非线性。
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（三）弹性元件
弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片等。
作用：用来产生力、储存机械能、缓冲振动、把某些物理量（力、
差压、温度）转变为位移，在仪器的连接处产生一定的操纵拉力等。
弹性元件的质量指标有：弹性特性，刚度与灵敏度，滞后与迟
本节重点（P52、P76） 1.气动仪表基本元件； 2.功率放大器； 3.电-气转换器； 4.气动执行机构：
正作用式、反作用式； 5.阀门定位器
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第四节、电 气转换器(P77) 一、概述 作用：将4 20mADC转换成20 100kPa标准气压信号，实现电 / 气 仪表连用,构成电/气混合控制系统，发挥电/气仪表的各自优点， —电信号：精度高、传输快；气信号：本质防爆。 主要指标：
嘴；4—挡板
0
δa δb
δ
图3-34 喷嘴背压和挡板位移特性
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Ps
D d
δ4
1
2 PB 3
图3-33 喷嘴挡板结构图 1—恒节流孔；2—节流气室；3—喷
嘴；4—挡板
PB
Pa
Pb
几 mm
100
0
δa δb
δ
图3-34 喷嘴背压和挡板位移特性
图 中d： 为0.1~0.25m； m长 为 5~20m； m D为0.8~1.2m； m 气 室 直 径 2m约m ； PS为140kP；a a ~b为工作区，只有几百毫分米之的变化范间围 PB有 ，其
调 零 弹 簧 ； 12— 铁 芯 ； 13— 磁 钢
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作用在杠杆上的力有：
（1）测量力 Fi K i I i 。式中 K i为电磁结构常数。
（2） 负 反 馈 力
Ff1
P0
A
。
1
式
中
A
为
1
负
反
馈
波
纹
管
的
有
效
面积。
（3） 正 反 馈 力
Ff2
P0
A
。
2
式
中
A 2为正反馈波纹管的有效
图3- 35 功率放大器结构原理图 1—膜片；2—阀杆；3—锥阀；4—球 阀；5—簧片；6—壳体；7—恒气阻
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三、电 / 气转换器的工作原理
工作原理：力矩平衡原 理
组成：电流 — 位移转换、位移 — 气压转换、气动功放、 反馈等
部分组成。 工作过程：
见 图 2 - 52。 平衡锤：平衡重量； 转换器 在倾斜位置上仍能正常 工作； 抗震。 正反馈：缩小磁钢与动 圈尺寸 及动圈距簧片支承的距 离，减 小整个转换器的体积。