发信器与执行器课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,发信器与执行器,3-1,发信器,发信器其主要特征是能感知和检测某一形态的信息、并将其转换成另一形态的信息。因此、发信器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受,(,或响应,),与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。当然这里的信息应包括电量或非电量。,一发信器的静态特性,发信器在稳态信号作用下，其输出输入关系称为静态特性。,衡量发信器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。,1线性度,发信器的线性度是指发信器输出与输入之间的线性程度。,发信器的理想输出输入特性是线性的，它具有以下优点：,(1)可大大简化发信器的理论分析和设计计算；,(2)为标定和数据处理带来很大方便，只要知道线性输出输入,特,性上的两点(一般为零点和满度值)就可以确定其余各点；,(3)可使仪表刻度盘均匀刻度，因而制做、安装、调试容易，提高测量精度；,(4),避免了非线性补偿环节。,2灵敏度（放大系数、传递系数）K,u,灵敏度是指发信器在稳态下输出变化与输入变化的比值。,对于线性发信器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，即 。,非线性发信器的灵敏度为一变量。,一般希望发信器的灵敏度高,(K,u,大一些,),，在满量程范围内是恒定的，即发信器的输出一输入特性为直线。,3迟滞(迟环),迟滞(或称迟环)特性表明发信器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出输入特性曲线不重合的程度，如图所示。,对应于同一大小的输入信号，发信器正反行程的输出信号大小不相等，这就是迟滞现象。产生这种现象的主要原因是发信器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧因件松动、材料的内摩擦、积尘等。,迟滞大小一般要由实验方法确定。用最大输出差值,max,对满量程输出,y,F.S,的百分比表示,式中,max,为正反行程输出值间的最大差值。,4重复性,重复性表示发信器在输入量按同一方向作全量程多次测试时所得特性曲线不一致性程度。多次重复测试的曲线重复性好，误差也小。重复特性的好坏是与许多因素有关的，与产生迟滞现象具有相同的原因。,不重复性指标一般采用输出最大不重复误差,max与满量程输出y,F.S,的百分比表示：,不重复性误差是属于随机误差性质的，按上述方法计算就不太合理了。校准数据的离散程度是与随机误差的精密度相关的，应该根据标准偏差来计算重复性指标。因此，重复性误差,e,z,可按下式计算：,标准偏差。,误差服从正态分布，标准偏差,可以根据贝塞尔公式来计算：,式中：y,i,测量值；,测量值的算术平均值；,n测量次数。,二发信器的动态特性,在测量静态信号时，线性发信器的输出输入特性是一条直线，二者之间有一一对应的关系，而且因为被测信号不随时间变化，测量和记录过程不受时间限制。,而在实际测试工作中，大量的被测信号是动态信号，发信器对动态信号的测量任务不仅需要精确地测量信号幅值的大小，而且需要测量和记录动态信号变换过程的波形，这就要求发信器能迅速准确地测出信号幅值的大小和无失真的再现被测信号随时间变化的波形。,发信器的动态特性是指发信器对激励,(,输入,),的响应,(,输出,),特性。,一个动态特性好的发信器，其输出随时间变化的规律,(,变化曲线,),，将能同时再现输入随时间变化的规律,(,变化曲线,),，即具有相同的时间函数。这就是动态测量中对发信器提出的新要求。,但实际上除了具有理想的比例特性的环节外，输出信号将不会与输入信号具有完全相同的时间函数，这种输出与输人间的差异就是所谓的动态误差。,测量水温的实验过程：,一个恒温水槽水温保持,T,环境温度为,T,0, 设,T,T,0,把一支热电偶放于此环境中一定时间，热电偶反映出来的温度应为,T,0,(,不考虑其它因素造成的误差,),将热电偶迅速插到恒温水槽的热水中,(,插入时间忽略不计,),，这时热电偶测量的温度参数发生一个突变，即从,T,突然变化到,T,0,。立即观察热电偶输出的指示值，热电偶指示出来温度从,T,0,上升到了,T,，历经了时间从,t,0,到,t,的过渡过程。,如图从,t,0,t,的过程中，测试曲线始终与温度从,T,0,跳变到,T,的阶跃波形存在差值，这个差值就称为,动态误差,。从记录波形看，测试具有一定失真。,热电偶测量热水温度时，水温的热量需通过热电偶的壳体传播到热接点上，热接点又具有一定热容量，它与水温的热平衡需要一个过程，所以热电偶不能在被测温度变化时立即产生相应的反映。,这种由热容量所决定的性能称为热惯性，这种热惯性是热电偶固有的，这种热惯性就决定了热电偶测量快速温度变化时会产生动态误差。,这种影响动态特性的“固有因素”任何发信器都有，只不过它们的表现形式和作用程度不同而已。研究发信器的动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。,在采用阶跃输入研究发信器时域动态特性时，为表征发信器的动态特性，常用上升时问、响应时间,(,过渡过程时间,),、动态偏差等参数来综合描述，如图所示。,三发信器的微分方程,发信器实质上是一个信息,(,能量,),转换和传送的通道，在静态测量情况下，输出量为输入量的函数。在动态测量情况下，如果输入量随时间变化时，输出量能立即随之无失真地变化的话，那么这样的发信器可以看作是理想的。但是实际的发信器,(,或测试系统,),，总是存在着诸如弹性、惯性和阻尼等元件。此时，输出,y,不仅与输入,x,有关，而且还与输入量的变化速度,dx,dt,，加速度,d,2,x,dt,2,等有关。,要精确地建立发信器,(,或测试系统,),的数学模型是很因难的。在工程上总是采取一些近似的方法，忽赂一些影响不大的因素，给数学模型的确立和求解都带来很多方便。,对于无套热电偶、热电阻等测量元件，其动态特性属于一阶元件（单容对象）。,i,课堂练习：推导无套热电偶动态方程。,被测介质温度为,i,传感器测头温度为,3-2,执行器,执行器是构成自动控制系统不可缺少的重要部分，它在自动控制系统中，接受来自调节器的控制信号，转换成角位移或直线位移输出，并通过调节机构改变流入,(,或流出,),被控对象的物质量,(,或能量,),，达到控制温度、压力、流量、液位、空气温度等工艺参数的目的。,执行器由执行机构和调节机关两部分所组成。,执行机构是执行器的推动部分，它按照调节器所给信号的大小，产生推力或位移；,调节机关是执行器的调节部分，最常见的是调节阀，它接受执行器的操纵，改变阀芯与阀座间的流通面积，控制工艺介质的流量,(,或能量,),。,按照采用动力能源形式的不同，执行器可分三大类：,电动执行器、气动执行器和液动执行器,。,目前在生产过程的自动控制系统中，用得最为普遍的是电动执行器与气动执行器两种。电动执行器的输入信号有连续信号和断续信号两种，连续信号为,0,一,10mA DC,和,4,20mA DC,两种范围，断续信号系指开关信号。气动执行器的输入信号为,20,100kPa,。,电动调节器通过电一气转换器或电一气阀门定位器可与气动执行器连接，从而达到电动仪表与气动阀门并用的目的，构成电气复合控制系统。,一气动执行器,气动执行器又称气动调节阀，是指以压缩空气为动力的一种执行器，它接受气动调节器送来的气压信号，改变操纵量,(,如液体、气体、蒸气等,),的大小，使生产过程按预定的要求自动进行，实现生产过程的自动控制。,气功执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动调节阀动作，调节机关是执行器的调节部分，它直接与被调介质接触，调节流体的流量。,气动执行器具有结构简单，动作可靠，性能稳定，价格低廉，维修方便，防火防爆等特点。它能与气动调节仪表配用，而且通过电一气转换器还能和电动调节仪表配用，因而，它广泛地应用空调工程的自动控制系统中。,气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种。活塞式有很大的输出推力，适用于高静压，高压差的场合。气动薄膜执行机构主要用作一般调节阀,(,包括蝶阀,),的推动装置。无弹簧薄膜执行机构常用于双位式控制，气动薄膜调节阀最为常用。,气动薄膜执行机构主要由薄膜、推杆和弹簧等组成。,通常接受20一100kPa的标准压力信号，并转换成推力。,按动作方式分为正作用式和反作用式两种,当信号压力增加，推杆向下移动的叫正作用式；,当信号压力增加、推杆向上移动的叫反作用式。,正、反作用式执行机构的构造基本相同。,来自调节器的信号压力(通常为20100kPa)通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧，直至弹簧的反作用力与推力相平衡时，推杆稳定在一个新的位置。,信号压力越大，推杆的位移量也越大。推杆的位移即为执行机构的直线输出位移，也称行程。推杆从零走到全行程，阀门就从全开(或全关)到全关(或全开)。,与气动执行机构配用的调节阀有气开和气关,有信号压力时，阀开启的叫气开式,有信号压力时，阀关闭的叫气关式,气开和气关是由气动执行机构的正、反作用与调节阀的正、反安装来决定的。,二、气动执行机构的特性,气动薄膜执行机构接受的气动调节器输出的气压信号,P,i,发生变化时，膜头气室内压力也随之变化，使阀杆和阀芯上下移动，对流体产生调节作用，如图所示。,气动薄膜执行机构的特性，即输入的气压信号,Pi,与输出的阀杆位移,L,之间的关系。,气动薄膜机构的膜头是一个封闭的气室，节流气室流出的气量力零，因此,（1）,式中 C膜头的容量数；,q,i,气体输入流量；,P,1,膜头内的气压信号。,q,i,与压力的近似关系是：,（,2,）,式中 P,i,调节器来的气压信号；,R,调节器到执行机构间导管阻力系数。,将式（2）代入到式（1）中，并简化得,（,3,）,式中T,z,RC称为执行机构的时间常数。,(3),式是膜头内压力与输入气动执行机构的气压信号之间的微分方程式。,从膜片的运动看，P,1,变化形成对膜片的推力P,1,F(F是膜片有效面积，并假设不变)，如果忽略阀杆密封填料处的摩擦力和运动部件的惯性力，此推力引起弹簧位移，有,（,4,）,式中 K,l,弹簧的弹性系数；,L,弹簧的位移即阀杆的位移。,将式（4）代入式（3）整理后得：,（5）,上式是气动执行机构阀杆位移与输入气压信号变化的微分方程式。,（,6,）,在实际应用中，一般都将气动执行机构作为一阶惯性环节来处理。,当执行机构时间常数较小，即当被控对象时间常数较大时，可把气动执行机构作为放大环节来处理，这时则有：,式中,K,F,K,l,是气动执行机构放大系数。,因此，气动薄膜执行机构的输出阀杆位移与输入气压信号成比例关系。,三电动执行器,电动执行器接受来自调节器的电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等调节机关，以实现自动控制。电动执行器还可以通过电动操作器实现控制系统的自动操作和手动操作的相互切换。它有角行程、直行程和多转式三种类型。,电动执行器由执行机构和调节阀两部分组成，其中调节阀部分多数和气动执行器是通用的。电动执行器根据不同的使用要求有各种结构。,最简单的电动执行器是电磁阀。它利用电磁铁的吸合和释放，对小口径的阀门作通断两种状态的控制。,连续动作的电动执行器由伺服电动机、减速器和位置发送器三部分组成，它接受可控硅交流开关或电动操作器的信号，使伺服电机按正、反方向运转，通过减速器减速后，变成较大的输出力矩去带动阀门。同时位置发送器又根据阀门的位置，发出相应数值的直流电流信号反馈到前置磁放大器的输入端，与来自调节器的输出电流进行比较，并将二者的偏差进行放大，以驱动两相电动机转动，再经减速器减速，带动输出轴改变转角。,电动执行机构输出轴转角与输入信号成正比，所以整个电动执行机构可近似地看成是一个比例环节。,四电气转换器和电气阀门定位器,在实际自动控制系统中，电与气两种信号常常混合使用，这样可以取长补短，组成电气复合控制系统，因而有各种电气转换器及气电转换器把电信号,(0,10mADC,或,4,20mADC),与气信号,20,一,100kPa,进行相互转换。电一气转换器把电动变送器送来的电信号变为气压信号，送到气动调节器；也可把电动调节器输出的电信号变为气压信号去驱动气动调节阀。,电气阀门定位器，则具有电气转换和气动阀门定位器两种作用。,1,电气转换器,电气转换器的结构原理如图所示，它是按力矩平衡原理进行工作的。,当直流,0,一,10mA,电流信号通入置于恒定磁场里的测量线圈时，所产生的磁通与磁钢在空气隙中的磁通相互作用而产生一个向下的电磁力,(,即测量力,),，由于线圈固定在杠杆上，使杠杆绕支承点,O,偏转，于是装在杠杆一端的挡板靠近喷嘴，使其背压升高，经过气动功率放大器后，一方面输出，一方面反馈到波纹管，建立起与测量力矩平衡的反馈力矩，反之亦然。于是输出气压信号的大小就与输入测量线圈电流成一一对应的关系。,2,电气阀门定位器,电气阀门定位器可将电动调节器输出的0一10mADC或420mADC信号转换成气压信号去操作气动执行机构。,配气动薄膜执行机构的电气阀门定位器的动作原理如图所示。,电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。当输入信号电流通入力矩线圈时，线圈与永久磁钢作用后对杠杆产生一个力矩，于是档板靠近喷嘴，经放大器放大后，送入薄膜气室，使杠杆向下移动，并带动反馈杆绕其支点向下转动，连在同一轴上的反馈凸轮也作顺时针方向转动，通过滚轮使小杠杆绕其支点偏转，拉伸反馈弹簧。当反馈弹簧对小杠杆的拉力与力矩马达作用在杠杆上的力相等时，两者力矩平衡，阀门定位器达到平衡状态，此时，一定的输入信号电流就对应于气动薄膜调节阀一定的阀门位置。,3-3,调节阀,一直通调节阀及其特性,直通调节阀是一种调节机构，它和电动执行机构组成电动调节阀，和气动执行机构组成气动调节阀。,电动或气动调节阀安装在工艺管道上直接与被调介质相接触，因而它的性能好坏将直接影响控制的质量。它在执行机构的操纵下，实现对介质的控制，完成自动控制的任务。,（一）工作原理,从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对不可压缩的流体，由能量守恒原理可推导出调节阀的流量方程式为,式中： q流体流经阀的流量(m,3,s)；,P,1,和P,2,分别为进口端和出口端的压力(MPa)；,F阀所连接管道的截而积(m,2,)；,D,g,阀的公称通径(mm)；,流体的密度(Kgm,3,)；,阀的阻力系数。,由上式可见当,F,一定，,(P,1,P,2,),不变时，则流量仅随阻力系数变化。阻力系数主要与流通面积,(,即阀的开度,),有关，也与流体的性质和流动状态有关。,调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节的目的。阀开得越大，,将越小，则通过的流量将越大。,（二）直通调节阀的主要类型,直通调节阀主要由上阀盖、下阀盖、阀体、阀芯、阀座、填料及压板等零件组成。根据不同的要求，直通调节阀有多种结构形式。,1,直通单座阀,直通单座阀的阀体内只有一个阀芯和阀座，如图,(a),所示。这种阀结构简单，价格便宜，关闭时泄漏量小。但由于阀座前后存在压力差，对阀芯产生的不平衡力较大，所以单座阀仅适用于低压差的场合。,2直通双座阀,直通双座阀阀体内有两套阀芯和闷座，如图,(b),所示。流体作用在上、下阀芯上的推力的方向相反，大致可以抵消，所以阀芯所受的不平衡力很小，可使用在阀前、后压差较大的场合。双座阀的流通阻力比同口径的单座阀大。由于两个阀芯不易保证同时关紧，所以关闭时的泄漏量较大。,3角形阀,角形阀的阀体为角形如图,(c),所示。其它方面的结构与单座阀相似。这种阀流路简单，阻力小，阀体内不易积存污物，所以特别适合高粘度、含悬浮颗粒的流体控制。,直通调节阀的流量特性是指,介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系,，即,式中 qq,max,相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比；,1,L,相对开度，即调节阀在某一开度的行程与全开时的行程之比。,（三）直通调节阀的流量特性,一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的节流面积，便可控制流量。但实际上出于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前、后压差的变化，从而使流量也发生变化。,为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引伸到实际情况。因此，,流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分,。,直通调节阀在前后压差固定情况下的流量特性为理想流量特性。,阀门的理想流量特性由阀芯的形状所决定。,等百分比,线性,快开,1,理想流量特性,典型的理想流量特性有直线流量特性,(,线性流量特性,),、等百分比流量特性、抛物线特性和快开特性，如图所示。,（1）线性流量特性,线性流量特性是指调节阀的相对流量变化与相对开度变化成比例，即单位行程变化所引起的流量变化是常数，用数学式表示为,式中,K,常数，即调节阀的放大倍数。,(1),将上式积分可得：,（2）,式中C为积分常数。把边界条件l0时,qq,min,；ll,max,，qq,max,，代人上式得,，,式中,R,为调节阀所能控制的最大流量,q,max,与最小流量,q,min,的比值，称为,调节阀的可调范围,。,q,min,并不等于调节阀全关时的泄漏量，一般它是,q,max,的,2,4,，而阀泄漏量仅为最大流量的,(0,1,0,01),。,直通单座、直通双座、角形阀的理想可调范围,R,为,30,。,将C和K代人式(2)，可得,（3）,此式表明,q,q,max,与,l,L,之间成直线关系，如图,12,6,中所示曲线,1,。,由图,12,6,曲线可以看出线性流量特性调节阀的单位行程变化所引起相对流量变化是相等的。,如以全行程的,10,、,50,、,80,三点来看，当行程都变化,10,时，相对流量的变化均为,10,总是相等的；,所引起的相对流量变化的相对值分别为,可见，线性流量特性调节阀在行程变化相同的条件下所引起的相对流量变化也相同，但相对流量变化的相对值不同，即流量小时，相对流量变化的相对值大，而流量大时，相对流量变化的相对值小。也就是说，阀在小开度时控制作用太强，不易控制，易使系统产生振荡；而在大开度时，控制作用太弱，不够灵敏，控制不及时。,（2）等百分比（对数）流量特性,等百分比流量特性指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。用数学式表示为,（,4,）,当,K,1,时，,d(q,q,max,),d(l,L),变化的百分数与,q,q,max,即该点相对流量变化百分数相等，故称为等百分比流量特性。,将(4)式积分得：,(5),把边界条件,l,0,时,q,q,min,；,l,l,max,，,q,q,max,，代人上式得,经整理得,(6),相对开度与相对流量成对数关系，故又称之为对数流量特性，如图,12,6,曲线,2,所示。,等百分比流量特性的调节阀在行程的,10,、,50,、,80,时，行程变化,10,所引起流量变化分别为,1,91,、,7,3,和,20,4,。它在行程小时，流量变化小；在行程大时，流量变化大，流量相对值变化分别为,由此可见，行程变化相同所引起的相对流量变化率总是相等，因此，对数特性又称为等百分比特性。,等百分比阀的放大系数是随行程的增大而递增，即在开度小时，相对流量变化小，工作缓和平稳，易于控制；而开度大时，相对流量变化大，工作灵敏度高，这样有利于控制系统的工作稳定。,（,3,）抛物线流量特性,抛物线流量特性的调节阀的相对流量与相对开度的二次方成比例关系，即,对上式积分并代人边界条件后得,在直角坐标上，抛物线流量特性是一条抛物线，它介于直线及等百分比曲线之间。如图,12,6,曲线,3,所示。,（4）快开特性,调节阀在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，故称为快开特性，如图,12,6,曲线,4,所示。,快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。,2,工作流量特性,在实际使用时，调节阀安装在具有阻力的管道系统上，调节阀前后的压差值不能保持恒定，因此虽然在同一相对开度下，通过调节阀的流量将与理想特性时所对应的流量不同。,所谓调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，它的相对流量与相对开度之间的关系。,（,1,）串联管道时调节阀的工作流量特性,直通调节阀与管道和设备串联的系统及其压差变化情况如图所示。,调节阀安装在串联管道系统中，串联管道系统的阻力与通过管道的介质流量成平方关系。当系统总压差为一定时，调节阀一旦动作，随着流量的增大，串联设备和管道的阻力亦增大，这就使调节阀上压差减小，结果引起流量特性的改变，理想流量特性就变为工作流量特性。,假设在无其他串联设备阻力的条件下，阀全开时的流量为q,max,，在有串联设备阻力的条件下，阀全开的流量为q,100,，两者关系可用下式表示：,式中S为阀全开时，阀上的压差与系统总压差之比值，称S为阀门能力，即,式中,P,1,调节阀全开时阀上的压力降；,P包括调节阀在内的全部管路系统总的压力降。,显然，随着串联阻力的增大，,S,值减小，则,q,100,会减小，这时阀的实际流量特性偏离理想流量特性也就愈严重。以,q,100,作参比值，不同,S,值下的工作流量特性如下图所示。,由上图可以看出，当,S=1,时，理想流量特性与工作流量特性一致；随着,S,的值降低，,q,100,逐渐减小，所以实际可调范围,R(R,q,max,q,min,),是调节阀所能控制的最大与最小畸变，也会逐渐减小；随着,S,值的减小，特性曲线发生畸变，直线特性阀趋于快开特性，而等百分比特性阀趋于直线特性阀，这就使得调节阀在小开度时控制不稳定，大开度时控制迟缓，会严重影响控制系统的调节质量。因此，在实际使用时，对,S,值要加以限制，一般希望,不低于,0,3,0,5,。,（,2,）并联管道时调节阀的工作流量特性,调节阀一般都装有旁路，以便于手动操作和维护，当负荷提高或调节阀选小了时，可以打开一些旁路阀，此时调节阀的理想特性就改变为工作特性。,若以,X,代表管道并联时调节阀全开流量与总管最大流量,q,max,之比，可以得到在压差为一定，而,X,值不同时的工作流量持性，如下图所示。,当,X=1,即旁路阀关闭时，工作特性同理想特性一致。随着,X,的减小，系统的可调比大大下降。同时，在生产实际中总有串联管道阻力的影响，调节阀上压差还会随流量的增加而降低，使可调比更为下降。一般认为旁路流量最多只能是总流量的百分之十几，即,X,值不能低于,0.8,。,二三通调节阀流量特性,（一）、理想流量特性,三通调节阀的理想特性及数学式符合前述直通调节阀理想特性的一般规律。直线流量特性的三通调节阀在任何开度时，流过上、下两阀芯流量之和不变，即总流量不变，因而是一条平行于横轴的直线，如图1210中的曲线(1)所示。图中(1)和（1”）是分支流量特性。,等百分比特性调节阀总流量是变化的，如图12一10所示曲线(2)。曲线(2)在开度为50处的总流量最小，向两边逐渐增大至最大。当可调范围相同时，直线特性的三通调节阀比等百分比特性的三通调节阀总流量大，也比抛物线特性的三通调节阀的总流量大。,图中曲线(3)抛物线特性的总流量比等百分比特性的三通调节阀总流量要大。直线特性三通阀在相对开度为50时，通过上、下阀芯的流量相等。,（二）、工作流量特性,三通调节阀当每一支路存在阻力降(如管道、阀门、设备)时，其工作流量特性与直通调节阀串联管道时一样。一般希望三通调节阀在工作过程中流过三通阀的总流量不变，因此三通调节阀仅起调节流量分配的作用。在实际使用中，三通阀上的压降比管路系统总压降要小，所以总流量基本上取决于管路系统的阻力，而三通阀开度对流量的变化影响很小，因而在一般情况下，可以认为三通阀的总流量基本不变。,当三通调节阀每一分路S值都等于1时，也就是每一分路的系统压降小到可以忽略时，可采用直线流量特性的调节阀，如图1211所示；当每一分路的S值都等于0.5左右时，也就是每一分路管道阻力降与阀上压降基本相同时，可采用抛物线特性的三通调节阀，如图1212所示。,三调节风门及其特性,调节风门即风阀，也是常用的调节机构，它和电动执行机构组成电动调节风门，和气动执行机构组成气动调节风门用来自动控制空气调节系统的风量。,（一）、调节风门的种类,在空调工程中，常用的调节风门有单叶风门和多叶风门。,单叶风门可分为蝶式风门和菱形风门，如图,12,一,13,所示。图中,(a),为蝶式风门，用于圆形截面的风道中。它的结构比较简单，特别适用于低压差大流量、介质为气体的场合。图中,(b),为菱形风门，应用在变风量系统中作为末端装置，具有工作可靠、调节方便和噪声小等优点，但结构上较复杂。,多叶风门又分为平行叶片风门、对开叶片风门、复式风门和菱式风门等，如图,12,14,所示。平行叶片风门是靠改变叶片的转角来调节风量的，各叶片的动作方向相同。对开叶片风门也是靠改变叶片的转角来调节风量的，但其相邻两叶片按相反方向动作。复式风门用来控制加热风与旁通风的比例，阀的加热部分与旁通部分叶片的动作方相反。多叶菱形风门是一种较新型的风门，它利用改变菱形叶片的张角来改变风量,(,工作中菱形叶片的轴线始终处在水平位置上,),。,（二）、调节风门的流量特性,调节风门的流量特性是指空气流过调节风门的相对流量与风门转角的关系。,象调节阀一样，风门的工作流量特性与压降比,S,值有关。图,12,15,和,12,16,示出了平行式风门和对开式风门的工作流量特性。平行式叶片风门和对开式叶片风门，它们的特性都是随着,S,值的减少而畸变愈益严重。,调节风门装在风道系统中，我们希望获得线性的工作特性。为此，对于平行式风门，全开时的阻力损失约占系统总压降的,50,左右，即风门压降比,S=0.5,，见图,12,一,15,中曲线,K,；而对于对开式调节风门，全开时的阻力损失仅占系统部总压降的,10,左右，即风门的压降比,S,0.1,，见图,12,16,中曲线,F,。从减少噪声和能量损失的观点看，对开式叶片风门较平行式叶片风门较好。,四调节阀流通能力,C,的定义及计算,1.调节阀流通能力定义,由调节阀的流体力学特性可得下列流量方程式：,式中,q,V1,流量,(m,3,/h),；,F,调节阀接管截面积,(m,2,),；,p,1,阀前压力,(Mpa),；,p,2,阀后压力,(Mpa),；流体密度(,kg/m,3,),；,阻力系数，取决于阀芯、阀体的结构。,流通能力,C,定义,：当调节阀全开时，阀两端压差为,0.1MPa,，流体密度为,1000kg/m,3,时，每小时流经阀的介质流量，即为该阀的,C,值，以,m,3,/h,计。,流通能力,C,值的大小取决于阀门的通径和阻力系数。流通能力随阀门通径的增大而增大。阻力系数只与阀结构有关，因此对于同类结构的调节阀具有相近的阻力系数。,同口径不同类型的调节阀，阻力系数不尽相同，流通能力也就不相同。如流线形结构的球阀、蝶阀流阻小，具有大的流通能力；单座阀、多级型高压阀等流阻大，流通能力较小。,2.调节阀流通能力计算,（1）一般流体,或,式中 q,V,体积流量(m,3,/h)；q,m,质量流量（kg/h）；,p调节阀前后流体压力差（MPa）；,流体密度（,kg/m,3,）。,（2）气体,气体具有可压缩性，通过调节阀后气体密度小于阀前的密度，其C值,（,3,）水蒸气,五调节阀口径的计算,合理选择调节阀的口径，对自动控制系统来讲是一个很重要的问题。如果过多地考虑流量裕量，选阀口径偏大，不但经济上造成浪费，更不利的是阀门经常工作在小开度，可调节的范围显著减小，使调节阀性能变坏，甚至引起振动和噪声，严重地影响了系统的稳定性以及阀门的使用寿命。,为正确选择调节阀口径，调节阀的口径计算一般按下面程序进行：,（1）根据工艺条件，确定计算流量和压差；,（2）用相应的流通能力公式计算C值；,（3）根据开度要求，圆整计算所得的C值，选取与该C值相应型号的调节阀的口径；,（4）验,算开度范围。,计算调节阀口径时，一般常以正常流量作为计算流量，它可根据生产能力确定。,根据调节系统需要的最大流量,q,max,，再加大,10%,，作为调节阀的最大流量,q,max,，按,q,max,计算其流通能力,C,并圆整。选择调节阀的口径和它的流通能力,C,值，并要求所选调节阀,C,值接近或略大于,C,max,值。,根据调节系统需要的最小流量q,min,，或者在减少10%，作为调节阀的最小流量q,min,，按q,min,计算其流通能力C,min,。验算调节阀在小流量时的调节性能，要求 。,3-4,电磁阀,电磁阀是制冷自控系统中广泛应用的一种开关式自动阀门，其动作可以由压力控制器、温度控制器或液位控制器发出的电气讯号控制，以代替手动截止阀。,一电磁阀分类,制冷自动系统中所用的电磁阀，根据控制流通的工质不同分为两种，一种是控制制冷剂及润滑油的电磁阀，叫(制冷剂)电磁阀；另一种是控制水的电磁阀，通常为便于区分叫(水)电磁阀。,按照结构和动作原理电磁阀有直接作用式与间接作用式（继动式）。,通电开型、通电闭型。,二直接作用式电磁阀（直动式）,上半部为电磁线包部分，线包由高强度漆包线绕制而成。下半部为阀体，阀体用隔磁导管将工质封闭。隔磁导管用反磁不锈纲材料制成，动铁芯、定铁芯均用软硬不锈钢材料做成，阀针用非磁性不锈钢制成，这样阀针就不致因锈蚀或因剩磁粘吸铁屑而破坏阀的密封性。阀针铆在动铁芯上。阀座用聚四氟乙烯做成。,工作原理,；线包一通电产生磁场吸上动铁芯带动阀针上移，阀口开启，线包断电，磁场消失，动铁芯和阀针靠自重和弹簧力使阀芯落下，阀口关闭。,三继动式电磁阀,ZCL6，10，15，20型均采用继动式。,小阀上半部是采用,ZCL,3,型结构，小阀座做在大阀盖上，大阀芯用聚四氟乙烯压配在活塞上，大阀座做在阀体上。,继动式电磁阀下部设有手动顶杆，必要时,(,如电压不足或线包烧坏,),，可手动顶开活塞以维持正常工作。,工作原理：当线包通电产生滋场，吸上动铁芯和阀针，小阀口打开，使活塞上腔压力因通过导压孔通向阀的出口而下降，活塞上下产生压差，使活塞浮起，大阀口开启；线包失电，阀针落下使小阀口关闭。活塞上、下腔的压力通过活塞上的平衡孔均压，在活塞自重和弹簧力的作用下，活塞压下使大阀口关闭。,四电磁阀的应用,1.安装在贮液器（或冷凝器）与膨胀阀之间的管路上，电磁阀的接线与压缩机的控制电路相连接，当压缩机停机时，切断向蒸发器的供液，不使大量的制冷剂进入蒸发器，可以延长蒸发器的保温时间，避免压缩机再次启动时产生液击；,2.电磁阀可用于自动控制制冷剂、水、油管路的通闭；,3.电磁阀可以同双位的温度控制器配合，控制制冷装置内部的温度，实现温度的双位调节；,4.,电磁阀还可以作为主阀的导阀。,电磁阀必须垂直安装在水平管路上，其电磁线圈应在上面，流体的流向应与阀体上箭头的方向一致，电磁阀前应装设过滤器；线圈使用的电源、电压及阀体进出口压差应与铭牌相符。,3-5,主阀与恒压阀一主阀,主阀是导压控制型的自动阀门，它必须与导阀配合使用，并且由导阀控制其启闭，在一定条件下，还可以得到比例调节。,1分类,主阀有液用,(Y)、,气用,(Q),之分,液用主阀只有常闭型,(B),气用主阀有常开,(K),和常闭,(B),两种,主要零件有阀体、阀盖、阀芯、活塞杆、活塞、活塞套和弹簧等。,阀体,(,或阀盖,),上设有手动顶杆，必要时可用顶杆将活塞组件顶起，使常闭型主阀阀芯开启、常开型主阀阀芯关闭。活塞上开有直径,l,毫米的平衡孔。为防止污垢进入，主管装有,25,目英寸,2,滤网，导管上装有,100,目英寸,2,小滤网。,主阀通径,32,65,毫米其阀芯用聚四氟乙烯制成锥体，主阀通径,80,毫米以上均制成平面。,2结构和工作原理,液用常闭型主阀的活塞上腔经导压阀接至较主阀进口压力低,0.018MPa,（,0.18,公斤厘米,2,）处，或连接到出口管路上。,p,P,p,1,工作原理：若导阀开启，则活塞上腔降压，下腔压力克服弹簧和活塞自重将活塞顶起，打开主阀阀口；若导阀关闭，则高压液体通过平衡孔使上腔压力与入口压力相同，在自重和弹簧力的作用下，活塞带动主阀阀芯下落，使阀口紧闭。,p,P,p,1,气用常闭型主阀的导压管路连接到进口管上，或接在较出口压力高,0.014MPa,（,0.14,公斤厘米,2,）处。,工作原理：若导阀开启，则主阀活塞上腔增压，利用压差克服弹簧力将活塞压下，阀芯下降，主阀开启；若导阀关闭，高压气体通过直径,1,毫米的平衡孔向活塞下腔泄走，弹簧力将活塞项起，主阀关闭。,p,P,p,1,气用常开型主阀的活塞上腔经导压阀接至较主阀进口压力高,0.1MPa,（,l,公斤厘米,2,）处。,工作原理：若导阀关闭，主阀处于常开状态；若导阀开启，则活塞上腔增压，利用压差克服弹簧力将活塞压下，阀芯下降，主阀关闭；导阀关闭，高压气体通过直径,1,毫米的平衡孔向活塞下腔泄走，弹簧将活塞顶起，主阀开启。,最大反压差(见表)：处于关闭状态的主阀，若阀后压力增大超过阀前压力和弹簧等加在阀芯上的关闭力，则阀芯将被强行开启而导致工质倒流，这将造成制冷系统工作紊乱。对于有可能超过表中给出的最大反压差的管路，主阀后面应加装止回阀，以防止工质倒流。,主阀安装时应注意只能水平安装，不能垂直或倾斜安装。,二恒压阀,恒压阀在自控中常作为主阀的压力导阀，分为立式、横式两种，专用于控制主阀的启闭，它与主阀配合使用时可以起比例调节作用。,按正、反作用开启原理，恒压阀又可分为正恒阀和反恒阀两种。,正恒阀是常闭型压力导阀，当压力高于设定值时，阀口开启，直至全开。,反恒阀是常开型压力导阀，当压力高于设定值时，阀口关小，直至关闭。,按控制引管分，凡阀体上膜片下腔与导压管隔开，并带有引管的称为,型。带引管的用引管引来的压力控制导压管路的通断。,正恒阀的压力范围有两种规格：,0,-,7 kg/cm,2,和,500mmHg,-,2kg/cm,2,；,反恒阀有,0,-,7kg/cm,2,一种。,1.,正恒阀,正恒阀,ZZHA,3,型和,ZZHB,3,型是正恒阀的两种型式。,阀体和阀罩中间用不锈钢膜片隔开。上半部为弹簧调节系统，可调节恒压阀动作的设定压力数值，右旋弹簧调节杆系增加弹簧压力，左旋弹簧调节杆为减少弹簧压力。下半部为气体的通道。,工作原理：当膜片下面气体压力升高，超过上部弹簧力时，膜片顶起，阀口开启，气体得以流通。当压力继续逐渐升高时，阀口随之成正比例开大。反之，当膜片下面气体压力逐渐下降，则阀口随之成比例关小。当压力降至小于上部弹簧力时，膜片下落使阀口完全关闭。,正恒阀是“,升开降闭,”,(,对膜片下部压力而言,),，起着使入口压力恒定的作用。,ZZHA3型的导压管从入口处引来并控制入口处压力恒定。,ZZHB3型其导压管与阀体膜片下腔隔断，由外接引管引进的压力来控制出口处压力的恒定，引管引来的压力越高，则恒压阀开得越大。,ZZHB,3,型正恒阀主要用于和常开型主阀配合装在压缩机吸入管上，回气压力越高，,ZZHB-3,型阀开得越大，可使常开型主阀反而关小，以避免压缩机过载和使无卸裁装置的压缩机轻载起动。,2.反恒阀,ZZHC,3,型和,ZZHD,3,型是反恒阀的两种型式。,阀体和阀罩中间用不锈钢膜片隔开，上半部与正恒阀相同，为弹簧调节系统。下半部阀体和阀芯则与正恒阀不同。,工作原理：当膜片下面压力升高，超过弹簧的最小负荷时，阀口开始关小，此后膜片随压力的增高而逐渐升起，阀口随之成比例的关小，压力达到弹簧力最大值时，阀口关死。反之，当膜片下面压力下降，阀口则逐渐开启。,所以反恒阀与正恒阀相反是“,升闭降开,”。,3.应用举例,三电磁主阀、恒压主阀及电磁恒压主阀,为了简化导阀与主阀联合使用的方式，可将导阀与主阀结成一体，其作用与导阀加主阀的作用相同。省去在导压管路上安装导阀，使焊点少，易于安装，维修方便。,1.,电磁主阀,电磁主阀是组合式电磁阀的一种，它是将电磁导阀直接安装在主阀顶上结成一体。,电磁主阀适用于以氨、R22等制冷剂为工质的制冷系统，在系统管路中作为自控的执行元件控制工质在管路中的流通。,2.恒压主阀,ZZH系列恒压主阀是将恒压阀直接安装在(活塞式)主阀的阀盖上，与主阀结成一体，称为恒压主阀。恒压主阀的作用与恒压导阀加主阀的作用相同。按恒压导阀的类型不同，整个阀的功用也不同，因而它有控制入口压力恒定或出口压力恒定的不同作用。,由于,(,活塞式,),主阀有液用、气用和常闭、常开之分，加上导阀有几种，所以组合起来可组成很多种恒压主阀。,目前常用的作为产品供应的恒压主阀有,ZZHA,00QB,ZZHB,00QK,ZZHD,00QB,3,电磁恒压主阀,电磁恒压主阀是恒压导阀和电磁导阀组装后，再直接装在,(,活塞式,),主阀顶盖上，构成个整体，称为电磁恒压主阀。,ZCHA,、,ZCHC,和,ZCHD,系列是电磁导阀与恒压导阀串联后装在,(,活塞式,),主阀阀盖上。,ZCHB,系列是电磁导阀和恒压导阀并联后装在,(,活塞式,),主阀阀盖上。,ZCHT,系列是用一个电磁导阀和两个,ZZHA,3,型的恒压导阀组装到,(,活塞式,),主阀顶盖上，其中一个压力范围,500,毫米汞拄一,2,公斤厘米,2,的恒压导阀和电磁导阀串联，另一个压力范围,0,一,7,公斤厘米,2,的恒压导阀则与它们并联，叫电磁双恒主阀。,电磁恒压主阀的作用与恒压导阀加电磁主阀的作用相同。按恒压导阀的类型及其与电磁导阀的串、并联方式不同，整个阀的功用也就不同。,3-6,止回阀（单向阀、止逆阀）,止回阀又称止逆阀或单向阀。它是一种根据阀前阀后工质的压力差来自动启闭的阀门。止回阀的作用是保证制冷系统中制冷剂只能作一个方向流动，而阻止其逆向流动。在制冷系统中可以用于液体、高压排气和低压回气管路中。,一止回阀的应用,1,当压缩机安装地方的温度低于冷凝器或贮液器安装处的温度时，为了避免在系统停机时，制冷剂倒流回压缩机，在排气管路上应装止回阀。,2,对于有可能产生反压差的管路，安装止回阀可以阻止反压差对自控阀门的强制开启，以保证系统的正常工作。,冲霜时阀,B,和,C,关闭，,A,和,D,开启，装设止回阀后，可避免电磁主阀,C,因反压差大而误动作，即热氨气只从排气管中排出，而不致流到供液管中去。,不同压力容器的自动放油，当其放油总管为一根时，为防止高压容器放油时因反压差大而窜到低压容器中，因此在低压容器放油电磁阀后装上止回阀。,3,在多蒸发器并且各蒸发器的蒸发温度不同的制冷组合系统中，在蒸发温度最低的蒸发器的出口管路上应装止回阀。,4,氟系统采用热气融霜，如果热气从回气端进入蒸发器，而融霜后的液体从供液端流出，此时将止回阀并联在热力膨胀阀上，以使融霜后的制冷剂经止回阀旁通热力膨胀阀后流到液体管路，而在正常制冷运行时，又不会影响热力膨胀阀的工作。,二结构及工作原理,止回阀有直接作用式与间接作用式之分。,通径在,100,毫米以下的止回阀均为筒式带弹簧结构。因系靠弹簧力和背压将阀关闭，所以可按顺流向箭头方向作任何方位的安装，水平、朝上、朝下或倾斜安装均可。,通径为125毫米及150毫米两种规格为横式结构，如图2110所示。因系靠阀芯自重将阀关闭，所以必须水平对正安装。,工作原理,：当流体顺止回阀的箭头方向流动时，其压力克服弹簧力和背压的作用，顶开阀芯，使止回阀开启；反之，当反压大时，依靠背压和弹簧力使阀关闭。,间接作用式止回阀是靠压差控制启闭的止回阀，,ZZRN,125E,和,ZZRN,150E,型止回阀是在,ZZRN,125,和,ZZRN,150,型止回阀的阀盖上增设一个导管，导管连一个,ZCL,3,单体电磁阀通到低压管路上。,当,ZCL,3,电磁阀开启，该止回阀活塞上腔减压，活塞上升，止回阀开启，当电磁阀关闭时，活塞上腔增压，活塞落下，止回阀关闭。把它装在高转速压缩机排气管路上，因,ZCL,电磁阀开启时，阀芯两面的压差增大使其不受排汽脉冲的影响，减轻因阀座冲击而产生的噪音。,