过程控制第四章执行器

C 5.09 A Q
10Δp
Q C 10Δp
C
C100
A A100
可压缩流体流量系数的修正
Qm ax
FL
Q C 10Δp
p2
p1
pcr
p1恒定，p2增大，当阀两端压差超过△pcr时，流量不再随着压差增大而 增大，而是停在最大值Qmax处
可压缩流体阻塞流的判断
以空气为流体做实验发现：给定阀门的压差比 （x＝△p/p1）在产生阻塞流时总是固定的值xT （临界压差比）
气开、气关式选择
主要考虑生产安全的需要
流量特性选择
主要考虑生产过程的特性
口径的选择
主要考虑工艺需要的流量大小
流过阀门的相对流量q＝Q/Q100与阀门的 相对开度l＝L/L100之间的关系q＝f(l)。
只与阀芯的形状有关。
直线特性 q (1 1 )l 1 RR
对数特性 q R(l1)
快开
直线
R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比
对数/等百 分比
阀门的控制作用
流量变化 相对值
直线
10%
（20-10）/10=100%
比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？ 调整比例度时要注意什么问题？
理想微分控制的数学表达式是什么？为什么常 用实际的微分控制规律？
试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制 规律的数学表达式
试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点， 积分和微分为何不能单独使用？
PID调节器中，比例度P、积分时间TI、微分时 间TD分别具有什么意义？在调节器动作过程中 产生什么影响？若将TI取为∞、TD取为0，分别 代表调节器处于什么状态？
可压缩流体，在调节阀内其体积由于压力降低而
膨胀，密度减小，引入膨胀系数Y以修正气体密度
的变化
Y 1 x 3Fk X T
温度压力变化引起气体密度变化，引入压缩系数Z 进行修正
Z p1
1RT1
低雷诺系数修正
流量系数都是在湍流的情况下测定的，非湍流 情况需要进行修正。
直流单座阀、套筒阀、球阀
Re 70700 QL vC
串联管路（分压）
全开阀阻比
∑△pe
△p
∑△p
∑△pe
s100
p100 p
s=1 q
s=0.5 s=0.1
Q
l
并联管路（增流）
Q100
Qmax
△p
阀全开流量比
s100
Q100 Qm a x
S‘=0.1 S’=0.5 S‘=1
S‘=0.1 S’=0.5 S‘=1
调节阀的选择
调节阀结构的选择
主要考虑流体情况：颗粒、腐蚀性
一般流体产生阻塞流的条件：
x Fk X T 未产生阻塞流 x Fk X T 产生阻塞流
Fk＝k/kair k： 可压缩流体的绝热指数 kair ：可压缩流体的绝热指数
不可压缩流体流量系数的修正
p1
p2
p1 p2 pvc
节缩 流流 处处
当pvc小于入口温度下流体介质饱和蒸汽 压pv时，产生闪蒸。继续降低 pvc即产生 阻塞流，此时pvc＝ pvcr
50%
（60-50）/50=20%
80%
（90-80）/80=12.5%
等百分比
（6.58-4.68）/4.68=41% （25.7-18.2）/18.2=41% （71.2-50.6）/50.6=41%
直线特性在小开度时控制作用强，开度越大控制作用越弱 对数特性大小开度的控制作用一样强
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调节阀的工作流量特性
x Fk X T
蒸汽
x Fk X T
x Fk X T
C 10QL
L p
C 10QL
L FL2 ( p1 FF pv )
C Qg 5.19 p1Y
C Qg 2.9 p1Y
T1H Z x
T1H Z
k xT
C Ws
1
3.16Y xp1s
C Ws
1
17.8 kxT p1s
调节阀的固有流量特性
调节阀的流量系数
对于不可压缩的流体，在通过调节阀时产生的压力损失△p与流体速度 之间的关系为
Δp v2
2
vQ A
A 2Δp cm2 ,Kpa,Kg / m3
A 2Δp
Q
16.1
流量系数：阀两端的压差为100Kpa，流体密度为1000Kg/m3的条件下， 流经调节阀的流量。记为C。
额定流量系数：阀全开时的流量系数，记为C100（表示阀的流通能力， 只与阀的口径和结构有关）
阀体 （直通单座阀、直通双座阀、角阀、隔膜阀、蝶阀等）
气动单座阀
气动执行机构
角行程 （蝶阀、风门等） 正作用：压力增大，阀杆下移
直行程
薄膜式 反作用：压力增大，阀杆上移
活塞式（推力大，适合大口径高压降场合）
行程规格：10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm 气开式：有压力，阀杆开启 气关式：有压力，阀杆关闭
直流双座阀、蝶阀、偏心旋转阀 Re 49490 QL
FR
vC
液体运动粘度
Re>3500 湍流 C
1
Re<2300 层流 C‘＝C/FR
2300 3500
Re
流量系数C计算公式
流体 阻塞流判别式
流量系数计算公式（国际单位）
液体 气体
p FL2 ( p1 FF pv )
p FL2 ( p1 FF pv ) x Fk X T
pvcr FF pv
FF 0.95 0.28
定义恢复系数
pv pc
（只与结构流路形式有关，可查）
def
FL
pcr pvcr
( p1 p2 )cr p1 pvcr
pcr FL2pvcr FL2 ( p1 pvcr)
FL2 ( p1 FF pv )
p pcr 时产生阻塞流
气体（蒸汽）流量系数的修正
什么是调节器的正反作用？在电路中如何实现？
给出实用PID数字表达式，数字仪表中常用哪 些改进型PID算法？
第四章
执行器及安全栅
执行器
自动调节阀 电磁阀 电压调整装置 电流控制器件 控制电机
自动调节阀
自动调节阀
执行机构
气动（能在易燃易爆环境中工作） 电动（能源取用方便，信号传递迅速） 液动（推力大）
课后习题
什么是控制器的控制规律，控制器有哪些基本 的控制规律？
双位控制是怎样的？有何优缺点？ 比例控制为什么会产生余差？ 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积
分控制能消除余差？ 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的
影响
某比例积分控制器输入、输出范围均为4～ 20mA，若将比例度设定为100％、积分时间 设为2min，稳态时输出调为5mA，某时刻，输 入阶跃增加0.2mA，试问经过5min后，输出将 由5mA变化到多少？