《运算器和执行器》PPT课件.ppt

3运算器与执行器,第一节运算器一、乘除器二、开方器,第二节执行器一、电动执行机构二、气动执行机构三、阀门定位器四、调节机构五、执行器的选型,3.1运算器,1、运算关系,一、乘除器,应用在流量测量，温度压力补偿中。,（一）概述,2、乘法运算实现方法,单向矩形脉冲调宽调高取其直流分量为：,3.1运算器,3.1运算器,3、乘除器的构成原理负反馈,图3-3乘除器构成方框图,3.1运算器,（二）工作原理,图3-4乘除器方框图,3.1运算器,模型推导,图3-5输入电路,（三）线路分析,1、输入电路,功能：差动电平移动。,3.1运算器,Ui1输入电路,按实线连接N2、N3大于1，按虚线连接N2、N3小于1。,3.1运算器,Ui2Ui3输入电路,2、附加偏置电路,减法器,图3-6附加偏置电路,图3-7自激振荡时间分割器,3、自激振荡时间分割器,3.1运算器,3.1运算器,（1）Q、ucd、uab、uf波形,3.1运算器,（2）功能的实现,（3）三要素法求,3.1运算器,零输入响应,调整电位器RP1，可改变N0的大小，借此改变仪表量程。,4、比例放大电路,3.1运算器,图3-9比例放大电路,5、输出电路,将U23转换成整流输出信号Uo和Io,乘除器接线图,3.1运算器,3.1运算器,乘除器的调校,1、调VB，调RP2使VB=10VCH2端子测量。2、IC1输入调零，当Vi1=1V，调RP4，V6=10V（对地）。,放大单元,3、检查起振V311V，Vi1=1V，CH1接示波器观察连续方波。,3.1运算器,4、输出调零（IC4）当Vi1=1V，V21=V31=2V，调RP3，VP=9V，V0=1V。变V21和V31保持V0=1V不变。,5、量程调整当Vi1=5V，V21=2V，V31=4V，调RP1，变N0使V0=5V。,量程单元,1、输入调零，当Vi2=Vi3=1V，调RP5，使IC5输出为0，调RP7使IC7输出为0（对VB）,2、调N2、N3（设定）当Vi2=Vi3=2V，测量IC5、IC7输出是否为N2、N3，否则变R52、R53（R56、R57）。,3、调偏置电压VP2、VP3（设定）当Vi2=Vi3=1V，调RP6、RP8，V21=VP2V31=VP3,3.1运算器,对15V直流电压信号进行开方运算,结果以15V直流电压或420mA直流电流输出。,1、功能,二、开方器,3.1运算器,运算关系为：,2、开方器在流量测量中的应用,3.1运算器,3、组成框图,图3-12开方器方框图,（4.5V）,3.1运算器,4、运算关系的实现,什么是小信号？为什么要对小信号切除？,经过输出电路,实际的切除值可通过UL来调整,5、小信号切除电路,3.1运算器,6、开方器的输入输出特性,3.1运算器,3.1运算器,开方器接线图,1、调VB，调RP1使VB=10VCH4端子测量。2、调零，当Vi=1V，调RP2，使VC=8.5V。5，6端子V0=1V3、起振量程调整当Vi=5V，调RP4，使V21=4.5V。V0=5V。,3.1运算器,4、小信号切除当Vi=1.04V，调RP5，使VL=0.6V。V0=1.4V。Vi下降，V0=1V。,开方器调校,输出电路,3.1运算器,3.2执行器,执行器的构成：执行机构产生推力及位移的装置。调节机构改变能量或物料输送量的装置。（控制阀或调节阀）,执行器的分类和特点驱动能源形式分类：气动、电动、液动执行器。气动执行器：以压缩空气为能源，适用于易燃易爆场合。加电/气转换器，可与电动调节器配合使用。,电动执行器：以电为能源，信号适于远传，便于与计算机相连。加防爆安全栅，可达到防爆目的。,电动调节器,电动执行器,3.2执行器,一、电动执行机构（角行程和直行程）,功能：它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。,（一）基本结构和工作原理,伺服放大器,位置发送器,伺服电机,操作器,减速器,阀位指示,放大器,执行机构,420mA,Ii,If,图3-16电动执行机构方框图,090O,3.2执行器,电动操作器（手操器）：自动时：接通伺服放大器，伺服电机受伺服放大器输出控制。手动时：切断伺服放大器的输出信号，由电动操作器的正、反按钮直接控制伺服电机的电源，实现输出轴（杆）正/停/反三种状态的遥控操作。执行机构：接受控制信号，伺服电机驱动输出轴(杆)产生位移。同时将阀位转换为反馈电流送伺服放大器。,伺服放大器:将信号进行综合、比较和放大，输出控制信号控制伺服电机的正反转。,3.2执行器,1、各组成部分作用,2、工作原理,3.2执行器,（二）伺服放大器,3.2执行器,功能：将信号进行综合、比较和放大，输出控制信号控制伺服电机的正反转。,图3-17伺服放大器原理框图,3.2执行器,图3-18综合放大电路,1、综合放大电路,比较器,V10,减法器,同相放大器,3.2执行器,减法器,同相放大器,比较器,固态继电器线圈加高电平，输出触点接通。,工作过程,2、固态继电器,功能：输入高电平，输出触点通。输入低电平输出触点断。通断电机电源。,3.2执行器,3.2执行器,作用是将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩.,（三）执行机构,组成：伺服电机、减速机构、位置发送器等。,1、伺服电机,图3-19两相伺服电机结构示意图,3.2执行器,产生90的两个正弦变化的磁通，形成旋转磁场。定子旋转磁场在鼠笼式转子内产生感应电流，形成转子磁场，两个磁场作用，使转子旋转。转子的旋转方向取决于W1和W2中的电流相位差，即取决于CD串联到那一个定子绕组中。,W1和W2均匀分布在定子内，由于分相电容CD的作用，W1、W2电流相位相差90。,结构与原理：,3.2执行器,W1和W2均匀分布在定子内，由于分相电容CD的作用，W1、W2电流相位相差90。,结构与原理：,自动：电机通电时，定子磁场将衔铁吸向定子的内表面，使簧片弯曲，通过杠杆把制动盘推开，使摩擦轮与制动盘脱开，电机自由转动。,3.2执行器,3.2执行器,停止：当电动机断电时，定子磁场消失，制动盘被弹簧推向左边与摩擦轮接触，将转子制动。,3.2执行器,手动：电机右边端盖上的手把，将它拉出使制动盘和摩擦轮脱开，解除制动，人工手动控制。,2、减速器（减速齿轮）把高转速小转矩电机输出变为低转速大力矩输出。,3.2执行器,图3-21减速器结构,传动机构,作用：将输出轴090的转角转换成420mA直流电流，作为阀位信号和反馈信号。,图3-22差动变压器结构原理图,3.2执行器,3、位置发送器,3.2执行器,差动变压器,A、作用：将输出轴的位移X转变为反馈电压uf。,B、结构：三段式结构。原边加激励，副边差动连接，铁芯连接凸轮，输出轴带动铁芯移动。,C、原理：凸轮位置使铁芯处于三段式变压器中间对称位置时，差动变压器两副边电压相等，差动输出电压为0。凸轮随输出轴转动而使铁芯向左侧（或右侧）移动时，两副边电压不相等，差动输出电压uf。,图3-23气动执行器结构示意图,二、气动执行器,3.2执行器,二、薄膜式气动执行器1、工作原理气压信号经膜片的弹性变形产生推力，克服弹性力后使阀杆产生位移，带动阀芯动作，改变流通面积，使流体流量发生变化。,3.2执行器,图3-24气动执行器结构示意图,(1)执行机构的作用方式：正作用和反作用。正作用：P送入膜室的上腔，P增加，阀杆下移。反作用：P送入膜室的下腔，P增加，阀杆上移。,2、执行机构与调节机构的作用方式,3.2执行器,3.2执行器,（2）调节机构的作用方式：气关式和气开式。气关式：P增大，阀门关小。气开式：P增大，阀门开大。,调节阀有正装和反装两种。执行器的作用方式有四种组合。,选择作用方式原则是：当工作气源中断时，气动信号消失，阀门的位置应是最经济、安全的。（安全阀位）,锅炉给水阀应是,例：油料储罐出口阀应是,气开阀。,气关阀。,3.2执行器,4、电气阀门定位器,(1）作用电气转换，调节阀精确快速定位。,（2）适用场合高压差、高摩擦力、高粘滞。,（3）工作原理气压-位移反馈系统。电/气转换器输出较小的气压信号经阀门定位器产生较大的气压，推动执行机构位移。,3.2执行器,图3-28阀门定位器原理图,3.2执行器,电流经电/气转换器变为气压信号，经放大压力送往执行机构，通过薄膜产生推力，使推杆移动，推杆位移通过反馈杆反馈轴转动反馈回来。使压板顺时针转动，反馈力矩与主作用力矩平衡，达到平衡位置。精确定位：气动放大器放大倍数很高，喷嘴与挡板之间的距离变化极小，据位移平衡原理，执行机构的位移与输入信号气压Pi成比例关系。,3.2执行器,3-27阀门定位器校验原理框图,3.2执行器,3.2执行器,零位调整，调调零螺钉,量程调整，调量程螺钉,顺时针，支点右移，量程增大。逆时针，支点左移，量程减小。,三、阀体部件的特性分析,3.2执行器,1、阀体部件流量方程,改变阀芯的位移，改变流通面积，改变阻力系数，调节流量。,C（流量系数）：阀体全开，阀两端压差为1.0102kPa介质密度为1g/cm3时，流经阀体部件的流量数m3/h。,3.2执行器,2、阀体部件的可调比,（1）阀体部件的理想可调比,阀前后压差一定，反映阀体部件的调节能力。,（2）阀体部件的实际可调比,串联管道,3.2执行器,并联管道,并联管道，旁路流量越大，实际可调比越小。,3、阀体部件的流量特性,（1）阀体部件的流量特性原理式,3.2执行器,（2）理想（固有）流量特性,直线流量特性,阀体单位相对位移的变化引起相对流量变化是常数。,积分,3.2执行器,直线流量特性,直线流量特性相对位移引起相对流量变化相同。但引起相对流量变化率不同。适合负荷变化不大中等流量。,3.2执行器,等百分比（对数）流量特性,阀体单位相对位移的变化引起相对流量变化率是常数。,积分,3.2执行器,等百分比（对数）流量特性,相对位移在10%、50%、80%时，相对流量变化为1.19、7.3、20.4。相对流量变化率都为40%。适用负荷变化较大场合。,第3章运算器和执行器（习题、思考题）,1、乘除器中自激振荡时间分割器的作用？说明它的工作过程和起振条件？2、开方器用于何种场合？开方器中为何设置小信号切除电路？分析该电路的工作原理。3、简述电动执行机构的构成原理。伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？4、执行器的作用与分类。5、薄膜式气动执行机构的工作原理及原理式。6、调节机构流量调节原理。,7、电动执行器的组成，其中伺服放大器、电动操作器、位置发送器、减速器和两相伺服电机作用。,第3章运算器和执行器（习题、思考题）,8、伺服放大器中前置磁放大器、触发器、可控硅交流开关的作用。,9、电气转换器的功能与工作原理。,10、气动阀门定位器的功能与工作原理。,