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SAMSON電/氣閥門定位器原理及功能
日期：2024-12-22 21:56
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摘要：
| SAMSON電/氣閥門定位器原理及功能 | |
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閥門定位器伴隨著控制閥的應(yīng)用已有幾十年的歷史了，由于閥門定位器的出現(xiàn)，使控制閥的控制精度、抗干擾能力、響應(yīng)時(shí)間、流量特性等得到了大大地改善，現(xiàn)在幾乎所有的控制閥都使用了閥門定位器，它已經(jīng)成為控制閥不可缺少的搭檔，在自控元件中起著越來越重要的角色。本文主要介紹SAMSON 閥門定位器的工作原理和功能，通過列舉模擬和數(shù)字閥門定位器，使大家能夠比較**地掌握閥門定位器，其目的是為了我們更好地理解和應(yīng)用閥門定位器。
為了便于大家討論，我們首先復(fù)習(xí)一下定位器中的基本自控元件。 定位器中基本自控元件介紹--電/氣轉(zhuǎn)換器原理 隨著儀表技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)儀表領(lǐng)域已逐步被電動(dòng)儀表和計(jì)算機(jī)控制所占領(lǐng)，現(xiàn)在只有在一些特殊的場(chǎng)合還在使用氣動(dòng)儀表，作為儀表中的閥門附件“定位器”也由原來的氣動(dòng)閥門（P/P）定位器逐步由電/氣（E/P）閥門定位器所代替。 那么在電/氣閥門定位器中輸入的電信號(hào)是如何轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)的呢？我們以SAMSON 6111 型電/氣轉(zhuǎn)換器為例介紹一下它的工作原理(見圖1)：
當(dāng)輸入的信號(hào)增加時(shí)；通電的線圈（2）切割*磁鐵（3）的磁力線，產(chǎn)生向上的力→擋板（6）靠近噴嘴（7）使背壓（PK）增加→膜片（8.3）↓→打開閥芯（8.5）→輸出PA↑。 當(dāng)輸入信號(hào)減少時(shí)；擋板（6）離開噴嘴（7）→背壓（PK）減少→輸出壓力（PA）作用下膜片（8.3）↑→閥芯（8.5）關(guān)死→輸出壓力通過閥芯（8.5）釋放。 當(dāng)PA 同PK 平衡時(shí)輸出壓力保持不變；這時(shí)電信號(hào)在線圈（2）中產(chǎn)生的力也同背壓（PK）取得平衡。 這樣輸入的電信號(hào)就轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)了。 定位器的組成 以SAMSON 的4763 電/氣閥門定位器（圖1A）為例，定位器主要組成部分見圖2。
1. 模擬定位器 我們還是以SAMSON的4763定位器為例（參考圖3）。我們?cè)O(shè)：調(diào)節(jié)閥為FC（氣開）；定位器為正作用
輸入信號(hào)↑→Pe 點(diǎn)氣壓↑→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向左動(dòng)作→壓緊彈簧（6），擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出風(fēng)壓↑→閥桿（對(duì)于氣開閥）↑→壓緊彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向右動(dòng)作→擋板（10.2）離開噴嘴（10.1）→輸出氣壓（Pst）↓。當(dāng)反饋彈簧的力與反饋風(fēng)箱的力平衡時(shí)，閥位保持與輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的位置。 B）定位 當(dāng)輸入信號(hào)不變時(shí)：由于工藝條件變化導(dǎo)致閥桿↑→壓緊執(zhí)行器彈簧→壓緊彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向右動(dòng)作→擋板（10.2）離開噴嘴（10.1）→輸出氣壓↓→由執(zhí)行器向下的彈簧力使閥位回到原來的地方。 由于工藝條件變化導(dǎo)致閥桿↓→放松執(zhí)行器彈簧→放松彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向左動(dòng)作→擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出氣壓↑→使執(zhí)行器向上運(yùn)動(dòng)使閥位回到原來的地方。 2.數(shù)字閥門定位器 數(shù)字閥門定位器與模擬閥門定位器的主要區(qū)別是：偏差計(jì)算、反饋信號(hào)處理、輸入/輸出信號(hào)處理等采用了數(shù)字集成電路和微處理器進(jìn)行處理。 以SAMSON TYPE 3780為例，參考圖4和圖5：
3.HART 定位器 HART定位器同模擬定位器的主要區(qū)別是： 1）定位器在接收4~20mA 模擬信號(hào)的同時(shí)，還可接收到在4~20mA 模擬信號(hào)上疊加的一個(gè)帶有HART 傳輸協(xié)議的交流信號(hào)。2）模擬的4~20mA 信號(hào)用于控制閥位，定位器可以用模擬信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行閥位調(diào)校。3）HART 信號(hào)主要用于定位器的設(shè)定和組態(tài)以及閥門的故障診斷（取決于定位器功能）。 4.PROFIBUS 和Fieldbus 定位器 主要特點(diǎn)是： 1）信號(hào)的傳輸是通過PROFIBUS 或Fieldbus 協(xié)議的區(qū)域總線進(jìn)行的。2）定位器不能直接接受4~20mA 的模擬信號(hào)。3）定位器中含有符合相關(guān)協(xié)議的輸入，輸出及PID 控制模塊。4）檢查和調(diào)校定位器；必須用能與定位器進(jìn)行通訊和含有應(yīng)用軟件的設(shè)備進(jìn)行。 定位器的基本功能 1. 比例動(dòng)作和定位作用 比例動(dòng)作：根據(jù)輸入的信號(hào)，使閥門的閥位與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)。定位作用：當(dāng)輸入信號(hào)固定時(shí)，閥位不受工藝條件的變化而變化。 2. 功率放大 針對(duì)氣動(dòng)輸入信號(hào)而言，定位器可將輸入的氣信號(hào)；通過定位器中的氣動(dòng)功率放大器進(jìn)行放大，使微小的信號(hào)就可以控制閥門動(dòng)作。 3. 提高閥門的控制精度 由于定位器是根據(jù)輸入信號(hào)與閥門位置的偏差對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)整的，一旦輸入信號(hào)與閥門位置有偏差，定位器將自動(dòng)調(diào)整輸出信號(hào)以改變閥位，直到閥位與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)為止，這樣大大提高了閥門的控制精度。 4. 克服摩擦力 由于定位器本身的定位閉環(huán)控制，當(dāng)摩擦力變化時(shí)（指閥桿的填料、執(zhí)行器的密封等部分的摩擦力）；定位器可以根據(jù)由摩擦力造成的位置偏差，自動(dòng)增加或減少輸出到執(zhí)行器的壓力，以克服摩擦力對(duì)閥門開度造成的影響。 5. 改變作用方式 通過定位器我們可以改變閥門的作用方式。 6.改變閥門特性曲線 閥門的流量特性，除了在閥門制造時(shí)通過改變閥芯/座的形狀來實(shí)現(xiàn)外；我們還可以在定位器中，通過改變反饋量（模擬定位器）和設(shè)定參數(shù)（數(shù)字定位器）來改變閥門的流量特性。SAMSON 定位器中只有數(shù)字定位器（3730-2/3，3780，3785，3787）和在角行程應(yīng)用時(shí)的3767模擬定位器；可以通過定位器改變閥門的流量特性。用定位器改變閥門流量特性的實(shí)質(zhì)是：通過改變定位器輸入信號(hào)和閥位的關(guān)系來改變閥門的開度，實(shí)現(xiàn)不同的閥門流量特性。我們看一下通過閥芯形狀實(shí)現(xiàn)等百分比特性和通過定位器實(shí)現(xiàn)等百分比特性有何不同呢？ 當(dāng)利用閥芯形狀改變調(diào)節(jié)閥的流量特性時(shí)，無論線性和等百分比特性的閥門，它們的開度（行程指示牌）同輸入的信號(hào)是相對(duì)應(yīng)的。（但實(shí)際閥門內(nèi)部的開度是不同的）而通過定位器實(shí)現(xiàn)等百分比特性的閥門開度；相對(duì)線性特性而言，其輸入信號(hào)同閥位的關(guān)系有明顯的不同，而且它們關(guān)系與閥門的結(jié)構(gòu)和類型以及閥門固有的流量特性有關(guān)。如果閥門的固有流量特性是線性特性，我們就可以利用定位器很方便地改變它們的特性，反之我們要慎重行事。 7.信號(hào)轉(zhuǎn)換/分程控制 我們可以通過定位器實(shí)現(xiàn)電/氣轉(zhuǎn)換，也可以利用定位器來實(shí)現(xiàn)閥門的分程控制。 8. 閥門故障診斷（數(shù)字定位器） 在數(shù)字定位器中，我們可以利用定位器實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的故障進(jìn)行診斷。 9. 整合其它功能（回訊開關(guān)，電磁閥，位置變送器等） 利用定位器我們可以將：回訊開關(guān)，電磁閥，位置變送器等整合在一起，這樣可使閥門的附件之間的連接更加緊湊和可靠，同時(shí)也可提高定位器的性能價(jià)格比。 定位器分類 SAMSON 閥門定位器有多種類型和功能，我們按主要類型歸納如下： 1.氣動(dòng)閥門定位器 氣動(dòng)閥門定位器有：Type 3760，4765，3766，3761。 2.電/氣閥門定位器 模擬定位器有：Type 3730-1，3760，3761，3766，4763；數(shù)字定位器有：Type 3730-2，3730-3（HART），3780（HART），3785（PROFIBUS），3787（Fieldbus）。 3.電動(dòng)閥門定位器 模擬電動(dòng)閥門定位器：已經(jīng)整合在3274，5824 等電動(dòng)執(zhí)行器中。 結(jié)束語 由于定位器在閥門使用中起著舉足輕重的作用，如何在實(shí)際應(yīng)用中選用好定位器，對(duì)閥門的性能價(jià)格比，過程控制的穩(wěn)定性有很大關(guān)系，我們只有充分理解和了解定位器，才能充分發(fā)揮它的作用。 |
