气动仪表及气动调节系统

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1、第五章气动仪表及气动调节系统气动调节与控制系统与电控系统、液控系统一样都是实际生产过程中自动控制的一种。气动仪表是气动调节系统的核心。从二十世纪三十年代到现在，气动仪表由基地式调节仪表发展到单元组合仪表和集装式调节仪表。由于电子工业和电子技术的飞速发展，尤其是电子计算机的出现，为电动仪表的发展开拓了广阔的前景。众所周知，电动仪表与计算机联用，无论在传递速度还是在传送距离方面，特别是在它能很方便地把各种非电的物理量转换成电量方面，具有气动仪表无法比拟的优点。近年来，很多大中型企业越来越多地采用电动控制装置。但是必须看到，气动调节仪表仍在许多方面具有独特的优点，特别是它从

2、电动仪表的发展中吸取了不少优点，出现了反应快、结构小巧、性能稳定、功能齐全的新系列产品。国际国内仍广泛使用气动仪表。就我国目前情况看，“电气共存”“相互补充”的局面将长期存在，气动仪表及其控制系统仍有广阔的发展前景。第一节气动仪表及气动调节系统的基础知识一、气动调节系统的组成及气动仪表的作用为了说明自动调节系统的概念，我们先看一个实例。图5—1所示为一控制贮罐中液位高度的控制系统。物料从阀1流入，从阀2流出，贮罐内的液位必须维持在某一高度。由于工况的变化，从阀1的流入量与阀2的流出量不等，液位将发生变化。变送器检测贮罐内的液位变化，并将这一参数（称为被控参数）送到显示

3、仪表和调节器。调节器将变送器送来的被控参数与预期的液位高度进行比较，得到偏差值，将这一偏差值输出给气动调节阀1。调节阀1控制其流量作相应的改变使液位保持在预期的给定值。自动调节系统包括以下几个部分：被调对象（贮罐）、变送器、显示仪表、调节器和执行器。图5—2是液位控制系统的调节原理方框图。图5—1贮罐液位自动调节原理图图5—2自动调节系统方框图1—气动调节阀；2—出料阀134图5—2中各方框的意义如下：被调对象——简称对象，就是被调节的设备。变送器——将被调参数转换成与其成比例的统一信号。气动变送器的统一信号为0.2～1.0×102KPa。调节器——把变送器送来的测量

4、信号与给定器送来的给定信号进行比较，并把所得的偏差信号按照一定调节规律运算放大之后，输出一个相应的控制信号去指挥执行器。显示仪表——指示、记录被调参数、给定值和调节器输出信号。执行器——包括执行机构和调节阀。执行机构将调节器的输出信号转变成推力，用以推动调节阀；调节阀则改变被调介质的流入量或流出量。常见的执行器是气动薄膜执行器。除对象之外，每一个方框，都可以构成一个独立的单元；把变送器、显示仪表和调节器组装在同一个壳体内则构成基地式调节仪表。本章只介绍变送器、调节器、计算单元及辅助单元的结构及工作原理等。二、气动仪表的元件与组件气动仪表的种类很多，在结构上千差万别。但

5、它们都是由为数不多的几种基本元件与组件按一定的原则组合而成。常见的元件有气阻、气容，常见的组件有阻容耦合元件、喷嘴挡板机构、功率放大器，这些内容前面已经介绍过，不再重述。三、气动仪表的构成原理气动仪表是将输入的位移信号转换成气压信号，或者将输入的气压信号再转换成相应的气压信号的转换装置。按这种转换原理，气动仪表可分为直接作用式和反馈式两类。（一）直接作用式气动仪表图5—3是直接作用式气动仪表的构成原理图。图5—3（a）是将输入的位移信号转换成标准气压信号的装置。图5—3（b）是将输入的压力信号转换成指针位移的装置。图5—3直接作用式气动仪表构成原理图134这类气动仪表

6、实际上是喷嘴挡板机构的直接应用，其结构简单、工作可靠。但是由于部件的非线性影响，工作特性不理想。特别是当供气压力、环境温度变化时，仪表的特性也将随之变化，影响仪表精度，带来转换误差。因此，这类直接作用式气动仪表，多用来做报警装置或显示仪表。对于常见的气动变送器和气动调节装置，则要引入反馈机构进行补偿，以改善仪表特性。（二）反馈式气动仪表常见的气动仪表，绝大多数是带有反馈机构的。引入反馈机构的目的是为了补偿主回路系统各部件的非线性特性，保证输入与输出之间有确定的关系。反馈式气动仪表可分为位移平衡式和力（力矩）平衡式两种。1．位移平衡式气动仪表图5—4位移平衡式气动仪表工

7、作原理图位移平衡式气动仪表的工作原理如图5—4所示。输入信号Dpi作用于测量波纹管，使A点产生位移，平衡杠杆绕B点逆时针偏转，喷嘴挡板间产生测量位移。由于喷嘴背压的变化，经功率放大器放大，有输出信号。输出信号同时反馈至反馈波纹管，使B点产生位移，平衡杠杆绕A点顺时针偏转，喷嘴挡板间产生反馈位移。显然，在测量信号作用下，喷嘴挡板间所获得的实际位移DX=—由于测量位移与反馈位移使平衡杠杆达到新的平衡状态，所以输出信号与输入信号D成比例关系。输出与输入关系可从图5—5方框图求得。图5—5位移平衡式仪表工作原理方框图由图5—5求得传递函数式中Ai——测量波纹