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1、控制仪表及系统习题,第一篇 控制仪表 第五章习题,答：以角行程为例。角行程电动执行机构由伺服放大器和执行机构两大部分组成，如图5-1所示。 伺服放大器将输入信号Ii和反馈信号If相比较，所得差值信号经功率放大后，驱使两相伺服电机转动，再经减速器减速，带动输出轴改变转角。若差值为正，伺服电机正传，输出轴转角增大；若差值为负时，伺服电机反传，输出轴转角减小。输出轴转角位置经位置发送器转换成相应的反馈电流If，回送到伺服放大器的输入端，当反馈信号If与输入信号Ii相平衡，即差值为零时，伺服电机停止转动，输出轴就稳定在与输入信号Ii相对应的位置上。输出轴转角与输入信号Ii的关系为=Kii ，其中，K为
2、比例系数。,伺服放大器由信号隔离器、综合放大电路、触发电路和固态继电器等组成，如图5-2所示。它将来自调节器的电流信号和位置反馈信号进行综合比较，将差值放大，以足够的功率去驱动伺服电机旋转。,内行星齿轮传动机构如图5-5所示，它由系杆（偏心轴）H、摆轮Z1、内齿轮Z2、销轴P和输出轴V等构成。系杆H偏心的一端是摆轮Z1的转轴，摆轮空套在该转轴上。当系杆转动时，摆轮的轴心O2也随之转动，同时摆轮又与固定不动的内齿轮Z2相啮合，这样，摆轮产生两种运动，即往复摆动和绕自身轴心O2的转动。在摆轮上有几个销轴孔，输出轴V的销轴P插入销轴孔内，销轴孔比销轴大些，所以摆轮的往复摆动对V轴没有影响，而它的自转
3、则经V轴输出。 行星齿轮机构的减速比由摆轮和内齿轮的齿数来决定，即 式中 i减速比； z1摆轮的齿数； z2内齿轮的齿数。 一般z2和z1之差为14，故减速比可达很大。式中负号表示摆轮和系杆的转动方向相反。,位置发送器的作用是将执行机构输出轴的转角（090）线性地转换成420mA的直流电流信号，用以指示阀位，并作为位置反馈信号If反馈到伺服放大器的输入端，以实现整机负反馈。 差动变压器是位置发送器的主要部件，它将执行机构的位移线形地转变成电压输出。其原理如图5-7所示。 为了得到比较好的线性，差动变压器采用三段式结构。在一个三段式线圈骨架上，中间有一段绕有一个励磁线圈，作为原边，由铁磁谐振稳压
4、器供电。两边对称地绕有两个完全相同的副边线圈，它们反相串联，其感应电势的差值作为输出。在线圈骨架中有一个可动铁芯，如图5-7(a)所示。铁芯与凸轮斜面是靠弹簧压紧相接触的，因此当输出轴旋转时，将带动凸轮使铁芯左右移动。凸轮斜面将保证铁芯位置与输出轴之转角呈线性关系。 差动变压器副边绕组的感应电压分别为U34和U56 见图5-7(b)，由于两副边绕组匝数相等，故输出交流电压Uo的大小取决于铁芯的位置。,薄膜式和活塞式两种。 薄膜式：结构简单、价廉、输出行程小。 活塞式：行程大、输出力大、价高。,见图5-13，它是按力平衡原理工作的，当输入波纹管1的信号压力P0增加时，使主杠杆2绕支点15逆时针转
5、动，挡板13靠近喷嘴14，喷嘴背压增加并经功率放大器16放大后，通入到执行机构8的薄膜气室，因其压力增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕支点4转动，反馈凸轮5也跟着做逆时针方向转动，通过滚轮10使副杠杆6绕支点7顺时针转动，并将反馈弹簧11拉伸，弹簧11对主杠杆2的拉力与信号压力P0作用在波纹管1上的力达到力矩平衡时仪表达到平衡状态。此时，一定的信号压力P0就对应于一定的阀门位置。,2.电/气阀门定位器： 电/气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。见图5-12，来自控制器或输出式安全栅的420mA直流电流信号输入到转换组件的线圈中，由于线圈两侧各有一块极性方向相同的永久磁钢，所以线圈产生的磁场
6、与永久磁钢的恒定磁场，共同作用在线圈中间的可动铁芯即杠杆上，使杠杆产生位移。当输入信号增加时，杠杆向下运动（即作逆时针偏转），固定在杠杆上的挡板便靠近喷嘴，使放大器背压升高，经放大后输出气压也随之升高。此输出作用在膜头上，使阀杆向下运动。阀杆的位移通过反馈拉杆转换为反馈轴和反馈压板的角位移，并通过调量程支点作用于反馈弹簧上，该弹簧被拉伸，产生一个反馈力矩，使杠杆顺时针偏转，当反馈力矩和电磁力矩相平衡时，阀杆就稳定在某一位置，从而实现了阀杆位移与输入电流信号成比例关系的特性。,5-9试画出用电动单元组合仪表构成一控制系统的流程示意图（或方框图）及仪表连接图，并说明系统中变送器量程的计算方法。,无防爆特性,2.比值控制系统，见图4-39，4-40，4-41。,安全火花防爆系统,3.气体流量测量系统，见图4-42。,
