执行器选择习题

2、试分析说明调节阀的流量特性理想 流量特性及工作流量特性。

答：调节阀的流量特性是指被调介质流 过阀的相对流量与阀门的相对开度之间 的关系，即： 。调节阀的理想流量 特性是指在调节阀前后压差一定情况下 的流量特性，在实际使用调节阀时，由 于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联， 因此，阀前后的压差总在变化，这时的 流量特性称为调节阀的工作流量特性。
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5、气动调节阀的执行机构的正，反 作用形式是如何定义的？在结构上有 何不同？

答：气动调节阀的执行机构的正作用是 指：当阀芯向下位移时，阀芯与阀座之 间的流通截面积减少，称为正作用，或 正装；反之，则称为反作用。只要改变 阀杆与阀芯的连接位置就可改作反装。
qv qv max l f( ) L
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3、试分析电—气转换器的工作原理。

答：电—气转换器按力矩平衡原理工作，当恒 定磁场量的测量线圈通电，所产生的磁通与磁 钢在空气隙中的磁通相互作用而产生一个向上 的电磁力（即测量力）。由于线圈固定在杠杆 上，使杠杆绕十字簧片偏转，于是装在杠杆另 一端的挡板靠近喷嘴，使其背压升高，经过放 大器功率放大后，一方面输出，一方面反馈到 正负两个波纹管，建立起与测量力矩相平衡的 反馈力矩。因而输出气压信号（0.02~~ 0.1MPa）就与线圈电流信号成一一对应关系。
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4.试简述电—气阀门定位器的工作原理。

答：来自调节器的直流电流信号，经过力矩马达 的线圈，使主杠杆磁化并绕其支点反时针方向转 动，喷嘴靠近挡板，P背上升，经放大后送入薄 膜调节阀，空气压力上升，推动阀杆下移，带动 凸轮逆时针旋转。副杠杆左移，带动反馈弹簧， 当从反馈=从力矩马达时。主杠杆停在新的平衡 位置。因此，阀杆的位移与输入的电流之间有一 一对应的关系，而阀杆位移量与开度之间的关系 是确定的，所以电流信号就能使阀位确定下来， 这就是电—气阀门定位器的工作原理。



1)分别画出所设计控制系统的示意图； 2)分别画出所设计控制系统的方框图； 3)分别选择调节阀的气开、气关特性， 说明理由； 4)分别选择控制器的正反作用，说明理 由。
q1
h
q2
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解： 1)以进水流量q1和出水流量q2为控制 量的系统示意图分别为：
答：气动执行器由气动执行机构和调节 机构两部分组成。执行机构是执行器的 推动装置，它按调节器输出气压信号 （20～100KPa）的大小产生相应的推 力，使执行机构推杆产生位移，推动调 节机构动作。调节机构是执行器的调节 部分，其内腔直接与被调介质接触，调 节流体的流量。

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A 气关调节阀，正作用调节器 B 气开调节阀，反作用调节器 C 气开调节阀，正作用调节器 D 气关调节阀，反作用调节器
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1、气动执行器主要由哪些部分组成 的？各部分的作用是什么？
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请判定图所示温度控制系统中，调节阀 和调节器的作用型式。
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1.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒 的介质，调节介质为过热蒸汽时； （ ） 2.当物料为温度过高时易结焦或分解的 介质，调节介质为过热蒸汽时； （ ） 3.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒 的介质，调节介质为待加热软化水时； （ ） 4.当物料为温度过高时易结焦或分解的 介质，调节介质为待加热软化水时； （ ）
TC
TT
热水
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解： 1)
f(t) r(t) z(t) e(t) 温度控制 u(t)
器TC 调节阀
q(t)
化工过程
y(t)
温度检测 变送TT
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2)被控过程：化工过程（化学反应器、 反应炉等）；被控参数：温度；控制参 数：热水进水量；扰动参数：热水流量、 压力的变化等。 3)选择气关型式；理由：为防止气源中 断等故障情况下化工过程温度太低不但 会导致反应停止，还会使物料产生聚合 凝固导致设备堵塞，为生产过程再次运 行造成麻烦甚至损坏设备。

例：如图所示的水槽，其进水流 量为q1，出水流量为q2，用户要 求水槽液位h维持在某一给定值上 下，或在某一小范围内变化，并 保证水槽中的水不产生溢出。试 分别以进水流量为q1和出水流量 为q2为控制量，设计两个不同单 回路的过程控制系统，要求：
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4) 副控制器为正作用；理由：阀是反作用， 副对象正作用，副检测变送正作用，为构 成内环为负反馈，所以控制器为正作用。 主控制器为正作用；理由：内环为正作用， 主对象为反作用，主检测变送为正作用， 为构成负反馈，所以主控制器为正作用。
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1)画出该控制系统方框图； 2)指出该控制系统中的被控过程、被 控参数、控制参数和扰动参数各是什 么？ 3)选择调节阀的气开、气关特性，说 明理由； 4)选择控制器的正反作用，说明理由。
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4)正作用。理由：调节阀为反作用，化 工过程为正作用，温度检测变送TT为正 作用，为使系统形成负反馈，所以温度 控制器TC应选择正作用。
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LC
q1
q1
LT
LT
LC
q2
q2
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2)以进水流量q1和出水流量q2为控制量的 系统方框图都可以表示为：
f(t) r(t) z(t) e(t)
液位控制 器LC
u(t)
调节阀
q(t)
水槽
h
液位检测 变送LT

3)以进水流量q1为控制量时选择气开型式； 以出水流量为q2为控制量时选择气关型式； 理由：保证气源中断等故障情况下水槽中 的水不产生溢出。
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例：在如图所示的化工过程中，化学反 应为吸热反应。为使化学反应持续进 行，必须用热水通过加热套加热反应 物料，以保证化学反应在规定的温度 下进行。如果温度太低，不但会导致 反应停止，还会使物料产生聚合凝固 导致设备堵塞，为生产过程再次运行 造成麻烦甚至损坏设备。为此设计如 图所示的温度控制系统(示意图)。要 求：
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4)以进水流量q1为控制量时：反作用。理 由：调节阀为正作用，水槽为正作用，液 位检测变送LT为正作用，为使系统形成负 反馈，所以液位控制器LC应选择反作用。 以出水流量为q2为控制量时：反作用。理 由：调节阀为反作用，水槽为反作用，液 位检测变送LT为正作用，为使系统形成负 反馈，所以液位控制器LC应选择反作用。