自动检测技术与仪表控制系统-执行单元.ppt

* 14.执行单元 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，从而使被控变量符合预期要求。其原理简单，操作比较单一，但大多安装在现场，要保持其安全运行并不容易。 主要内容： 执行器工作原理—分类与比较、基本构成及工作原理 气动执行器—基本构成及阀门定位器 电动执行器 调节阀—工作原理、结构及分类、流量特性和流量系数 14.1.执行器工作原理 一、执行器分类与比较 按使用的能源分为电动、液动和气动三种。气动执行器是以压缩空气为动力能源的一种自然执行器。电动执行器是以电动执行机构进行操作的。液动执行器在实际中应用较少。 二、执行器基本构成及工作原理 组成：执行机构和调节机构。执行机构—产生推力或位移的装置，按调节器输出的信号量产生相应的推力或位移对调节机构产生推动作用；调节机构是执行器的调节装置，常见的是调节阀，受执行机构的操纵，可改变调节阀阀芯与阀座间的流通面积以达到最终调节被控介质的目的。 工作原理： 来自调节器是执行器动作的依据 转换信号制式并且与反馈信号比较，差值决定了执行机构的作用方向和大小 一、气动执行器基本构成 14.2.气动执行器 将输入电流信号转换成气压信号 按一定的规律将气压信号转换成推力，使执行机构的推杆产生相应的位移 由阀杆带动调节阀的阀芯动作以实现对被控介质的控制作用 ◎常用的气动执行机构主要有薄膜式和活塞式 1.薄膜式气动执行器 原理：使用弹性膜片将输入气压转为推力 结构：如图，执行机构和调节阀 执行机构的组成： 弹性膜片、压缩弹簧和推杆 在不计膜片的弹性刚度及推杆和填料之间的摩擦力的情况下的力平衡方程为： 当考虑膜片的弹性、弹簧刚度的变化及推杆和填料之间的摩擦力的情况下将使执行机构产生非线性偏差和正反行程变差，但分别小于±4%和±2.5% 2.活塞式气动执行器 原理：以气缸内的活塞输出推力 结构：如图，执行机构和调节阀 输出：两位式（根据输入活塞两侧操作压力的大小使活塞从高压侧被推向低压侧）和比例式（在两位式基础上加阀门定位器使推杆位移和信号压力成比例关系） 特点：无弹簧反作用力，使推力大；活塞两侧分别输入固定信号（含通大气）和可变信号或均可变；价格贵，只用于特殊需要场合。 二、阀门定位器 是气动调节阀的主要附件，用于克服流过调节阀的流体作用力，保证阀门定位准确。它接受来自调节器的控制信号和来自执行器的位置反馈信号，对两者进行比较，当两个信号不相对应时，定位器以较大的输出驱动执行机构，直到二者相对应， 1.气动阀门定位器 原理：按力矩平衡的方式进行工作的。如图 ★改变凸轮的形状可使输入信号与阀杆的对应关系变化，从而不用改变调节阀的阀芯形状即可改变调节阀的流量特性 2.电气阀门定位器 结构：电气转换器和阀门定位器相结合。 特点：可将调节器的输出信号直接输入到定位器，不需要电气转换器 原理：与气动阀门定位器的基本相同，只是输入信号及其作用形式不同，如图 来自调节器的输出电流信号输入到线圈中，线圈磁场和恒定磁场共同作用在线圈中间的可动铁芯（杠杆）上，使其产生左右位移 14.3.电动执行器 电动执行器有角行程和直行程两种，将输入的直流电流信号线性地转换成位移量，相当于比例环节。其电气原理完全相同，只是输出机械的传动部分有区别。 一、基本构成和工作原理 以角行程电动执行器为例， 用Ii表示输入电流，θ表示输出轴转角，则二者存在关系： θ=K×Ii K为比例系数。 伺服放大器将输入信号Ii和反馈信号If相比较，所得的差值经功率放大后驱动伺服电动机转动，再经减速器减速，带动输出轴改变转角θ，若差值为正伺服电动机正转，输出轴转角增大，为负则反转，转角减小。输出轴转角θ位置经位置发送器转换成相应的反馈电流If，回送到伺服放大器输入端，当反馈信号与输入信号相平衡时，差值为零，伺服电动机停止转动，输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。 切换到手动时，由正反操作按钮直接控制电机的电源，以实现执行机构输出轴的正转和反转，使系统在掉电时也能工作。 二、伺服放大器 14.4.调节阀 一、调节阀工作原理 W:接管处的流体平均流速 ζ:阻力系数，与阀门的结构形式和开度有关 A—调节阀接管的截面积。当A固定，改变调节阀的开度就可以改变流量。 和普通阀门一样是一个局部阻力可变的节流元件，如图 二、调节阀结构及分类 根据上阀盖的不同结构形式可分为： 普通型、散热片型、长颈型和波纹管密封型。 根据使用要求调节阀分为： 直通双座调节阀、直通单座调节阀、角型调节阀、高压调节阀、隔膜阀、蝶阀、球阀、凸轮挠曲阀、套筒调节阀、三通调节阀和小流量调节阀等。 流体对上下阀芯的推力方向相反、大小相等。流通能力大于同口径单座阀，上下阀不易同时关闭，泄露