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1、变送器 调节器 运算器乘除器、开方器、积算仪 执行器气动执行器,第四章 过程控制装置,执行器接受来自调节器的控制信号，由执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构（调节阀），改变控制量，使被控变量符合预期要求。,4.1调节器,调节器的初步认识,图4-2 DDZIII型调节器正面图 1位号牌 2内外给定指示 3内给定设定拨盘 4-A/M/H切换 5阀位表 6软手动操作扳键 7双针全刻度指示表,4.2变送器,4.3运算器,4.4执行器,气开、气关 阀（芯）结构及其特点 流量系数 Kv 可调比R 流量特性 （重点2种） 阀门定位器（了解） 执行器的简单计算 安装,关键点：,4、4、1概
2、述 一、作用 执行器的作用是接受调节器送来的控制信号，自动地改变操作量（如介质流量、热量等），达到对被调参数进行调节的目的。是自动调节系统的终端部件。调节阀是执行器中最广泛使用的形式。执行器的好坏直接影响到调节系统的正常工作。,执行器在自控系统中的作用,执行器是指：阀门调节阀(连续的)、开关阀(过程控制范畴) 电机连续的、开关的(属于流体机械的范畴，起执行器的作用),执行器在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号，使调节阀的开度产生相应变化，从而达到调节操作变量流量的目的。,执行器通常专指阀门,执行器是控制系统必不可少的环节。 执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节
3、 原因：执行器与介质（操作变量）直接接触 (强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压,二、分类 按能源分，执行器可为：气动、电动、液动，目前主要是用气动的。,气动薄膜 直通单座阀,气动薄膜 直通双座阀,气动蝶阀,气动球阀,气动切断阀,电动 直通单座阀,电动 隔膜阀,电动 三通阀,气动薄膜 角形阀,电磁阀,手动截止阀,4、4、2电动执行器 电动执行器由电动执行机构和调节机构两部分组成。电动执行机构可将来自调节器的电信号转换成为位移输出信号，去操纵阀门、挡板等调节机构，以实现自动调节。依据电动执行机构的位移信号，完成调节任务的装置称为调节机构。 按照输入位移的不同，电动执行机
4、构可分为角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）两种，电气原理和电路完全相同，只是输出机械传动部分（减速器）有所区别。通常有伺服放大器和执行机构两部分组成。角行程执行机构适用于操纵蝶阀、挡板等转角式调节机构。 按特性不同，电动执行机构可分为比例式和积分式。比例式的位移输出信号与输入电信号成比例关系；积分式接受断续输入信号，其输出位移信号与输入信号成积分关系。 对电动执行器的基本要求是输出转角或直线位移必须与输入电流信号成正比，而且有足够的转矩或力，动作要灵活可靠。,电动执行机构构成原理,输入信号,伺服放大器,伺服电机,减速器,输出,位置发生器,(1) 伺服电机,作用:将伺服放大器输出的电功率转换
5、成机械转矩,伺服电机实际上是一个二相电容异步电机，由一个用冲槽硅钢片叠成的定子和鼠笼转子组成，定子上均匀分布着两个匝数、线径相同而相隔90电角度的定子绕组W1和W2。,作用: 将输入信号和反馈信号进行比较， 得到差值信号， 根据差值信号的极性和大小， 控制可控硅交流开关、的导通或截止 可控硅交流开关、用来接通伺服电机的电源 伺服电机的状态： 正转 反转 停止不转,(2) 伺服放大器,伺服放大器工作原理示意图,放大器的作用是将输入信号Ii和反馈信号If进行比较，得到差值信号，并根据的极性和大小，控制可控硅交流开关、的导通或截止。,在执行机构工作时，可控硅交流开关、只能其中一组导通。,1.可控硅导
6、通时：分相电容Cd 与W2串接，由于Cd的作用，W1和W2的电流相位总是相差90,其合成向量产生定子旋转磁场,定子旋转磁场又在转子内产生感应电流并构成转子磁场，两个磁场相互作用，使转子顺时针方向旋转（正转）； 2.可控硅导通时：使转子反时针方向旋转（反转）； 3.可控硅交流开关、均截止时，伺服电机停止运转。,作用:将电动执行机构输出轴的位移线性地转换成反馈信号，反馈到 伺服放大器的输入端。 位置发送器包括：位移检测元件和转换电路、 差动变压器 塑料薄膜电位器 位移传感器 ,(3) 位置发送器,作用:将伺服电机高转速、小力矩的输出功率转换成执行机构输出 轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机
7、构。 减速器一般由机械齿轮或齿轮与皮带轮构成。,(4) 减速器,伺服放大器是一个具有继电特性的非线性环节：,无输出,输出215V,电动执行机构的特性,电动执行机构输出为角行程或者式直行程：,为不灵敏区,太大会？,太小会？,4、4、3气动执行器 主要特点：结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便宜、维护方便、本质防爆、容易做成大功率等。由执行机构与调节机构两部分组成。 1、执行机构 有薄膜式和活塞式两种。薄膜式简单、价廉但只能直接带动阀杆，行程短。活塞式的特点是行程长，但价格贵。 执行机构是推动装置，它按调节器输出信号（20-100KPA）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，
8、推动调节机构动作，有正反作用之分。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，也有正反作用之分（正装与反装）。 正作用：调节信号压力增大，阀杆向下移动的。反之为反作用。 主要部分：气室、薄膜、弹簧。 活塞式的执行机构也有单向和双向两种作用方式。双向的在结构上是没有弹簧的，由于无弹簧的反作用力，因此其输出力比薄膜式的大，常用作大口径、高压差调节阀的执行机构。,气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式 薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧两种,气源 PO,气源PO,气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。其时间常数的大小与薄膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般
9、为数秒到数十秒之间。,气动活塞式执行机构基本结构和工作原理,基本部件：活塞和气缸 活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动 两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。 它的输出特性有比例式及两位式两种。 两位式是根据输入执行活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到另一极端位置 比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。,气动薄膜式执行机构和电动执行机构的比较,序号,1,2,3,4,5,6,7,比较项目,气动薄膜执行机构,电动执行机构,可靠性,驱动能源,价格,输出力,刚度,防爆性能,工作环境,高（简单、可靠）,需另设气源
10、装置,低,大,小,好,大（4080）,小（1055）,差,大,小,高,简单、方便,较低,气动和电动执行机构各有其特点，并且都包括有各种不同的规格品种选择时，可以根据实际使用要求，结合表5-1综合考虑确定选用哪一种执行机构。,2、调节机构 它是执行器的调节部分。在执行机构推力的作用下，调节机构的阀芯产生一定的位移或转角，从而直接调节流体的流量，以克服干扰对系统的影响，实现自动调节的目的。 正作用（正装）：阀芯下移时，阀芯与阀座之间的流通截面积减少的。反之为反作用（反装）。 主要部分：上阀盖、下阀盖、阀体、阀芯、阀座。 主要类型：直通单座阀、直通双座阀、隔膜阀、蝶阀、偏心旋转阀、球阀、角形阀、高压
11、阀、三通阀、套筒阀、二位工切断阀等。,正反作用 正作用气压信号增加，推杆向下动作。 反作用气压信号增加，推杆向上动作。,1执行机构 2阀杆 3阀芯 4阀座 5阀体 6转轴 7阀板,主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴,调节机构的结构和特点,单导向结构,直通单座调节阀： 阀体内只有一个阀芯和一个阀座。 结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切断） 允许压差小（双导向结构的允许压差较单导向结构大）。,常用调节阀结构示意图及特点直通单座调节阀,双导向结构,它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。,直通双座调节阀： 阀体内有两个阀芯和阀座 。 因
12、为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差大 上、下两阀芯不易同时关闭，因此泄漏量较大的特点。,常用调节阀结构示意图及特点直通双座调节阀,它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。,角形调节阀： 阀体为直角形 流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的调节。 角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好， 在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时易发生振荡。 角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。,常用调节阀结构示意图及特点角形调节阀,分流三通调节阀,三通调节阀： 阀体
13、有三个接管口，适用于三个方向流体的管路控制系统，大多用于热交换器的温度调节、配比调节和旁路调节。 在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是150，否则会使三通阀产生较大应力而引起变形，造成连接处泄漏或损坏。 三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型。三通合流阀为介质由两个输入口流进混合后由一出口流出；三通分流阀为介质由一入口流进，分为两个出口流出。,常用调节阀结构示意图及特点三通调节阀,合流三通调节阀,蝶阀： 蝶阀是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。 结构紧凑、体积小、成本低，流通能力大 特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物流体的场合 泄漏较大 蝶阀通常工作转角应小于7
14、0，此时流量特性与等百分比特性相似 多用于开关阀,常用调节阀结构示意图及特点蝶阀,蝶阀,套筒阀： 套筒阀的结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下移动。 套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），套筒移动时，就改变了节流孔的面积，从而实现流量调节。 套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。 套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。,常用调节阀结构示意图及特点套筒阀,套筒阀,偏心旋转阀： 转轴带动阀芯偏心旋转 体积小，重量轻
15、，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。,常用调节阀结构示意图及特点偏心旋转阀,偏心旋转阀,“O”形球阀： 阀芯为一球体 阀芯上开有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起调节和切断作用。 该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大 流量特性为快开特性，一般用于位式控制。,常用调节阀结构示意图及特点“O”形球阀,“O”形球阀,“V”形球阀： 阀芯也为一球体 但球体上开孔为V形口，随着球体的旋转，流通截面积不断发生变化，但流通截面的形状始终保持为三角形。 该阀结构简单，维修方便，关闭性能好，流通能力大，可调比大
16、 流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。,常用调节阀结构示意图及特点“V”形球阀,“V”形球阀,4、4、4执行器的选型 总体要求：根据工艺条件选择合适的结构与类型。根据工艺对象特性选择合适的流量特性。根据工艺参数选择阀门的口径。根据阀杆受不平衡力的大小选择足够推力的执行机构。根据工艺过程要求选择合适的辅助装置。,1、结构形式的选择,可以根据实际使用要求，综合考虑确定,选择执行机构时，还必须考虑执行机构的 输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（力矩）,负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力,对于气动薄膜执行机构:工作压差小于最大允许压差 但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执行机构要求有更大的输出力，此时可考虑用活塞式执行机构，也可选用薄膜执行机构再配上阀门定位器。,(
