閥門(mén)定位器的非常規(guī)校驗(yàn)法

閥門(mén)定位器的非常規(guī)校驗(yàn)法

[摘 要] 運(yùn)用自動(dòng)控制理論對(duì)閥門(mén)定位器的校驗(yàn)方法進(jìn)行了分析，并給出了校驗(yàn)閥門(mén)定位器的新方法。

[關(guān)鍵詞] 閥門(mén)定位器；零點(diǎn)；量程；校驗(yàn)

1、概 述

在化工企業(yè)的控制過(guò)程中，氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥得到了廣泛的應(yīng)用，閥門(mén)定位器作為氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)節(jié)閥）的輔助工，對(duì)調(diào)節(jié)閥的使用起著決定性作用，閥門(mén)定位器調(diào)校質(zhì)量的壞直接影響調(diào)節(jié)閥的使用，但通常的調(diào)校方法有時(shí)不能校準(zhǔn)調(diào)節(jié)閥，這在一定程度上限制了調(diào)節(jié)閥的使用。因此，有必要對(duì)其它方法進(jìn)行研究。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在本文中，將閥門(mén)定位器和調(diào)節(jié)器閥作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，它主要由磁電主件、氣動(dòng)功率放大器、反饋杠桿、零位彈簧、反饋彈簧、擋板、零點(diǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)、量程調(diào)整機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成，構(gòu)成的系統(tǒng)方框如圖1。

圖1 系統(tǒng)閥門(mén)定位器和調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)框圖

注：I——輸入電流

MO——由零位彈簧產(chǎn)生的調(diào)零點(diǎn)力矩

MI——由輸入電流產(chǎn)生的電磁力矩

MF——由反饋彈簧產(chǎn)生的反饋力矩

H——擋板微小位移

H—— 調(diào)零彈簧長(zhǎng)度

P——?dú)鈩?dòng)功率放大器的輸出

L——調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度下的行程

3、系統(tǒng)等效數(shù)學(xué)模型

為分析方便，假設(shè)閥門(mén)定位器為線性特性，的一般工作情況下，各環(huán)節(jié)均可近似為線性環(huán)節(jié)，則上述的方框圖對(duì)應(yīng)的方塊圖如圖2

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖對(duì)應(yīng)的方塊圖

注：KO，K4—零位彈簧、反饋彈簧的彈性系數(shù)

K1，K2，K3，K5，K6，KV——磁電組件、擋板、氣動(dòng)功率放大器、量程調(diào)機(jī)構(gòu)、反饋杠桿的放大系數(shù)

令：

KG=K2K3KV            （1） 

KF=K4K5K6             （2）

則由自控理論可得：

     （3）

顯然 為閥門(mén)定位器零點(diǎn)

4、常規(guī)校驗(yàn)法分析

4．1 常規(guī)校驗(yàn)法

（1）使閥桿定位于行程中點(diǎn)，調(diào)整定定位器與反饋杠桿成90°角度，并使用螺釘固定。

（2）將零點(diǎn)、量程分別置中間位置。

（3）輸入4m ADC信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥開(kāi)始動(dòng)作，調(diào)節(jié)零點(diǎn)，使零點(diǎn)符合要求。

（4）輸入20m ADC信號(hào)，記錄調(diào)節(jié)閥的行程，如不符合額定量程，則調(diào)量程，使量程符合要求。

（5）重復(fù)上棕步驟（3）、（4），使量程式和零點(diǎn)達(dá)到規(guī)定值。

4．2 常規(guī)校驗(yàn)法的實(shí)質(zhì)

將（1），（2）式代入（3）式得：

由常規(guī)校驗(yàn)步驟（3）（4）可知，調(diào)零點(diǎn)可改變H，調(diào)量程式可改變K5，由式（4）可知，調(diào)整零點(diǎn)對(duì)和調(diào)量程式是相互影響的。因此，調(diào)零點(diǎn)、調(diào)量程實(shí)際上就是反復(fù)湊試H、K5 ，使零點(diǎn)、量程均符合要求的過(guò)程。

4．3 常規(guī)校驗(yàn)法的不足

由于一般情況下，零位彈簧工作在線區(qū)域，其長(zhǎng)度變化范圍有限，調(diào)量程機(jī)構(gòu)其機(jī)械位置受到限制。因此 H、K5 的值將會(huì)受到限制，當(dāng)調(diào)節(jié)閥的KV很大或很小時(shí)，按常規(guī)方法不可能將定位器校準(zhǔn)，這種情況在日常工作中經(jīng)常會(huì)碰到的，這就需要通過(guò)學(xué)習(xí)其它方法來(lái)校驗(yàn)閥門(mén)定位器。

5、常規(guī)校驗(yàn)法的改進(jìn)方法

由（4）式可知，可以調(diào)節(jié)的參數(shù)還有H和K6，即調(diào)整反饋杠桿的有效長(zhǎng)度及改變調(diào)零彈簧鋼的彈性系數(shù)，下面分別就這兩種方法進(jìn)行分析。

5.1通過(guò)改變改變杠桿的有效長(zhǎng)度來(lái)校驗(yàn)閥門(mén)定位器

將連接在閥桿上的銷(xiāo)釘靠近閥門(mén)定位 器，則可將反饋杠桿有效長(zhǎng)度縮短，即K6減小，L增大，行程增大，反之，將反饋杠桿有效長(zhǎng)度增大，則行程減小。因此，將此方法配合常規(guī)裁軍校驗(yàn) 法可增大行程變化范圍，將閥門(mén)定位器校準(zhǔn)。

5.2 通過(guò)改變反饋的彈性系數(shù)來(lái)校驗(yàn)閥門(mén)定位器

5.2．1 彈簧特性分析

上述調(diào)零彈簧的系數(shù)K0是指彈簧工作在線怍區(qū)域時(shí)的參數(shù)，當(dāng)彈簧較短或較長(zhǎng)時(shí)，彈簧將工作在非線性區(qū)域，彈性系數(shù)將不再是常數(shù)。

調(diào)零的彈性特性見(jiàn)圖3。

由圖3可知，當(dāng)彈簧的長(zhǎng)度小于H 時(shí)，彈簧工作的非線性區(qū)域，且K0 的值大于在線性區(qū)域的值。

5.2.2 調(diào)零彈簧工作在非線區(qū)域性時(shí)對(duì)調(diào)零點(diǎn)及量程的影響

由上述分析可知，當(dāng)彈簧工作在非線性區(qū)域時(shí)，其 增大，再由式（4）可知，定位器零點(diǎn)將提，同時(shí)行程滿度值也增加，當(dāng)滿度值大于額定行程時(shí)，需要調(diào)整量程機(jī)構(gòu)，使調(diào)節(jié)閥行程減小，同時(shí)也會(huì)使閥門(mén)定位器零位值減小，這樣反復(fù)湊試，可將閥門(mén)定位器校準(zhǔn)。

圖3 彈簧的彈性特性

6、非常規(guī)校驗(yàn)法

由上述的分析可知 ，改變H或者說(shuō) 的值勤可以改變零點(diǎn)和量程，因此就有以下兩種校驗(yàn)法。

6.1 調(diào)反饋杠桿

（1）輸入4m ADC信號(hào)，按常規(guī)調(diào)零方法調(diào)零點(diǎn)。

（2）輸入20m ADC信號(hào)，按常規(guī)調(diào)量程法調(diào)量程。

（3）反復(fù)進(jìn)行（1）、（2）步。

（4）若零點(diǎn)、量程無(wú)法校準(zhǔn)，調(diào)整閥桿上的銷(xiāo)釘以改變反饋杠桿的有有效長(zhǎng)度，使行程增大或減小，杠桿有效長(zhǎng)度縮短，行程增大，反之，行程減小。

（5）反復(fù)進(jìn)行（3）、（4）步，直到零點(diǎn) 、量程式均符合要求。

6.2 縮短調(diào)零彈簧長(zhǎng)度法

（1）輸入12m ADC信號(hào)，調(diào)整調(diào)零螺釘，縮短調(diào)零彈簧長(zhǎng)度，并將調(diào)零螺釘調(diào)整到接近于極限位置，此時(shí)調(diào)節(jié)閥行程可能到極限位置。

（2）調(diào)整調(diào)量程螺釘，使調(diào)節(jié)閥行程至中間位置。

（3）輸入4m ADC信號(hào)，按常規(guī)法調(diào)零點(diǎn)。

（4）輸入20m ADC信號(hào)，按常規(guī)法調(diào)量程。

（5）反復(fù)進(jìn)行（3）、（4）步，直到零點(diǎn)、量程均符合要求。

7、應(yīng)用小結(jié)