过程控制第四章执行器

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
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
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
调节阀的工作流量特性
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%
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
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
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）
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）
串联管路（分压）
全开阀阻比
∑△pe
△p
∑△p
∑△pe
s100
p100 p
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
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
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）
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
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？
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？