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1、 第第3 3章章 过程控制仪表（下）过程控制仪表（下）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.3 数字式控制器数字式控制器过程仪表的定义及作用过程仪表的定义及作用3.3.1 数字式控制器的基本构成数字式控制器的基本构成模拟式调节器的局限性越来越明显：模拟式调节器的局限性越来越明显：1）功能单一，灵活性差；）功能单一，灵活性差；2）信息分散，所用仪表多，且监视操作不方便；）信息分散，所用仪表多，且监视操作不方便；3）接线过多，系统维护难度大。）接线过多，系统维护难度大。数字式控制器的硬件电路由主机电路、过程输入通道、过程输出
2、通道、人/机接口电路以及通信接口电路等构成。1.数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确YS100单回路调节器单回路调节器 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确数字式控制器的硬件电路在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（1 1）主机电路）主机电路 主要由微处理器主要由微处理器CPUCPU、只读存储器、只读存储器ROMROM和和EPROMEPR
3、OM、随机存储器、随机存储器RAMRAM、定时、定时/计数器计数器CTCCTC以及输入以及输入/输出接输出接口等组成，它是数字控制器的核心，用于数据运算处理和口等组成，它是数字控制器的核心，用于数据运算处理和各组成部分的管理。各组成部分的管理。（2 2）过程输入通道）过程输入通道 包括模拟量输入通道和开关量输入包括模拟量输入通道和开关量输入通道两部分，其中模拟量输入通道主要由多路模拟开关、通道两部分，其中模拟量输入通道主要由多路模拟开关、采样采样/保持器和保持器和A/DA/D转换器等组成，其作用是将模拟量输入转换器等组成，其作用是将模拟量输入信号转换为相应的数字量；而开关量输入通道则将多个开信
4、号转换为相应的数字量；而开关量输入通道则将多个开关输入信号通过输入缓冲器将其转换为能被计算机识别的关输入信号通过输入缓冲器将其转换为能被计算机识别的数字信号。数字信号。（3 3）过程输出通道）过程输出通道 主要包括模拟量输出通道和开关量主要包括模拟量输出通道和开关量输出通道两部分，其中模拟量输出通道由输出通道两部分，其中模拟量输出通道由D/AD/A转换器、多路转换器、多路模拟开关输出保持器和模拟开关输出保持器和V/IV/I转换器等组成，其作用是将数字转换器等组成，其作用是将数字信号转换为信号转换为1 15V5V模拟电压或模拟电压或4 420mA20mA模拟电流信号。开关模拟电流信号。开关量输出
5、通道则通过输出缓冲器输出开关量信号，以便控制量输出通道则通过输出缓冲器输出开关量信号，以便控制继电器触点或无触点开关等。继电器触点或无触点开关等。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（4）人）人/机联系部件机联系部件 主要包括显示仪表或显示器、主要包括显示仪表或显示器、手动操作装置等，它们被分别置于数字式控制器的正手动操作装置等，它们被分别置于数字式控制器的正面和侧面。正面的设置与常规模拟式控制器相似，有面和侧面。正面的设置与常规模拟式控制器相似，有测量值和设定值显示表、输出电流显示表、运行状态测量值和设定值显示表、输出电
6、流显示表、运行状态切换按钮、设定值增切换按钮、设定值增/减按钮、手动操作按钮等。侧面减按钮、手动操作按钮等。侧面则有设置和指示各种参数的键盘、显示器等。则有设置和指示各种参数的键盘、显示器等。（5）通信部件）通信部件 主要包括通信接口、发送和接收电路主要包括通信接口、发送和接收电路等。通信接口将发送的数据转换成标准通信格式的数等。通信接口将发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，由发送电路送往外部通信线路，再由接收电字信号，由发送电路送往外部通信线路，再由接收电路接收并将其转换成计算机能接收的数据。数字通信路接收并将其转换成计算机能接收的数据。数字通信大多采用串行方式。大多采用串行方式。在整堂
7、课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（1）系统管理软件）系统管理软件 主要包括监控程序和中断处理程主要包括监控程序和中断处理程序两部分，它们是控制器软件的主体。监控程序又包序两部分，它们是控制器软件的主体。监控程序又包含系统初始化、键盘和显示管理、中断管理、自诊断含系统初始化、键盘和显示管理、中断管理、自诊断处理及运行状态控制等模块；中断处理程序则包含键处理及运行状态控制等模块；中断处理程序则包含键处理、定时处理、输入处理和运算控制、通信处理和处理、定时处理、输入处理和运算控制、通信处理和掉电处理等模块。掉电处理等模块。（2）用
8、户应用软件）用户应用软件 用户应用软件由用户自行编制，用户应用软件由用户自行编制，采用采用POL(面向过程语言面向过程语言)编程，因而设计简单、操作编程，因而设计简单、操作方便。在可编程控制器中，这些应用软件以模块或指方便。在可编程控制器中，这些应用软件以模块或指令的形式给出，用户只要将这些模块或指令按一定规令的形式给出，用户只要将这些模块或指令按一定规则进行连接（亦称组态）或编程，即可构成用户所需则进行连接（亦称组态）或编程，即可构成用户所需的各种控制系统。的各种控制系统。2.数字式控制器的软件数字式控制器的软件在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由
9、浅入深，所提出的问题也很明确3.3.2 数字式控制器实例数字式控制器实例 目前广泛使用的产品有DK系列的KMM数字调节器、YS-80系列的SLPC数字调节器、FC系列的PMK数字调节器以及Micro760/761数字调节器等，由于它们的运算与控制功能是靠组态或编程实现的，且只控制一个回路，所以又常将它们称为单回路可编程数字调节器。以SLPC数字调节器为例。1.SLPC可编程数字调节器的硬件构成可编程数字调节器的硬件构成具有基本的PID、微分先行PID、采样PI、批量PID、带可变滤波器设定的PID等多种控制功能，还可构成串级、选择性、非线性等多种复杂的过程控制系统，并具有自整定、自诊断、通信等
10、许多特殊功能在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确SLPC可编程控制器的硬件电路在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确各部分电路的具体构成及其功能简述如下：（1）主机电路主机电路 主机电路中的CPU采用8085AHC芯片,时钟频率为10MHz；系统ROM为64KB,用于存放监控程序和各种功能模块；用户ROM为2KB,用于存放用户程序;RAM为16KB。（2）过程输入过程输入/输出通道输出通道具有如下特点：1）输入通道中有5路模拟量输入和6路开关量输入。模拟
11、量输入由RC滤波器、多路开关、PC648D型高速12位D/A转换器和比较器等组成，通过CPU反馈编码，实现比较型模/数转换。2）输出通道中有3路模拟量输出和6路开关量输出。模拟量输出中有1路输出为420mA.DC直流电流，可驱动现场执行器；另两路输出为15V.DC直流电压，提供给控制室的其它模拟仪表。3）用一片PC648D型12位高速D/A芯片，将CPU输出的数字量转换为模拟量输出，在CPU的程序支持下，通过比较器将模拟量输入转换成数字量输出；开关量输入与开关量输出共用同一通道，其选择由使用者用程序确定；所有开关量输入/输出通道与内部电路之间均用高频变压器隔离。在整堂课的教学中，刘教师总是让学
12、生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 4）在过程输入）在过程输入/输出通道中分别设计了输出通道中分别设计了“故障故障/保持保持/软手动软手动”功能。功能。模拟输入信号经滤波后分为两路，一路经模数转换后进入模拟输入信号经滤波后分为两路，一路经模数转换后进入CPU;另一路另一路则送往故障则送往故障/PV开关。当仪表工作不正常时，由开关。当仪表工作不正常时，由CPU的自检程序通过的自检程序通过WDT电路发出故障报警信号，并自动将电路发出故障报警信号，并自动将“故障故障/PV”开关切换到故障开关切换到故障位置，直接显示被控量；与此同时，故障输出信号则将模拟量输出
13、中位置，直接显示被控量；与此同时，故障输出信号则将模拟量输出中的输出电流切换成保持状态，以便进行软手动操作。的输出电流切换成保持状态，以便进行软手动操作。（3）人）人/机联系部件机联系部件 SLPC的人的人/机联系部件的正面面板与模拟式调机联系部件的正面面板与模拟式调节器类似，其不同之处是测量值与给定值显示器有模拟动圈式和数字节器类似，其不同之处是测量值与给定值显示器有模拟动圈式和数字式两种；此外，还设置了给定值增式两种；此外，还设置了给定值增/减按键、串级减按键、串级/自动自动/软手动切换软手动切换/操作按键、故障显示和报警显示灯等。它的侧面面板设置有触模式键操作按键、故障显示和报警显示灯等
14、。它的侧面面板设置有触模式键盘和数字显示器、正盘和数字显示器、正/反作用开关以及编程器和写入程序的芯片插座等，反作用开关以及编程器和写入程序的芯片插座等，可以很方便地进行数据修改、参数整定等操作。可以很方便地进行数据修改、参数整定等操作。（4）通信接口电路）通信接口电路 SLPC的通信接口电路由的通信接口电路由8251型可编程通信接口型可编程通信接口芯片和光电隔离电路组成。该电路采用半双工、串行异步通信方式，芯片和光电隔离电路组成。该电路采用半双工、串行异步通信方式，一方面将发送信号转换成标准通信格式的数字信号，另一方面则将外一方面将发送信号转换成标准通信格式的数字信号，另一方面则将外部通信信
15、号转换成部通信信号转换成CPU能接受的数据能接受的数据.在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确为为便便于于用用户户编编程程，SLPC为为用用户户提提供供的的是是采采用用面面向向问问题题、面面向向过过程程的的“自自然然语语言言”编编程程平平台台。生生产产商商预预先先将将常常用用的的运运算算控控制制功功能能编编制制成成标标准准程程序序模模块块，以以指指令令命命名名。使使用用时时将将所所需需运运算算模模块块和和控控制制模模块块“组态组态”，实现控制功能。，实现控制功能。SLPC的用户的用户基本指令共基本指令共46种分三类种分三类数
16、据传输类指令两种：数据传输类指令两种：LD，ST结束指令：结束指令：END功能指令：功能指令：43种种2.SLPC可编程数字调节器的软件可编程数字调节器的软件在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1)基本运算模块基本运算模块11个个有有运运算算；、E运运算算（小小信信号号切切除除点点固固定定的的开开方方、小小信信号号切切除除点点可可变变的的开开方方）；取取绝绝对对值值运算；高选、低选；高、低限幅。运算；高选、低选；高、低限幅。2)函数运算模块函数运算模块13个个折折线线函函数数、一一阶阶惯惯性性、微微分分运运算算、纯纯滞滞后
17、后运运算算、变变化化率率运运算算、变变化化率率限限幅幅、移移动动平平均均运运算算、状状态态变变化化监监测测、计计时时、程程序序设设定定、脉脉冲冲计计数数、积积算算脉脉冲冲输输出。出。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3)条件判断运算模块条件判断运算模块14个个上上下下限限报报警警、逻逻辑辑运运算算、转转移移指指令令、转转子子指指令令、子程序块、比较指令、信号切换子程序块、比较指令、信号切换4)运算寄存器位移指令运算寄存器位移指令CHGROD5)控制模块控制模块3种种（1）基本控制模块基本控制模块BSC内内含含1个个调调节
18、节单单元元CNT1，相相当当于于模模拟拟仪仪表表中中的的1台台PID调调节节器器，其其功功能能框图如图所示。框图如图所示。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（2）串级控制模块串级控制模块CSC 内内含含两两个个调调节节单单元元CNT1和和CNT2，根根据据串串级级开开关关状状态态，CNT2可可接接受受CNT1的的输输出出作作为为设设定定信信号号，组组成成双双回回路路串串级级控控制制系系统统，也也可可直直接接接接受受另另一一设设定定信信号号SV2，实实现现副副回回路路的的单单独控制。独控制。在整堂课的教学中，刘教师总是让学
19、生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（3）选择控制模块选择控制模块SSC内部包含两个并行工作的内部包含两个并行工作的PID调节单元调节单元CNTI和和CNT2，另，另有一自动选择单元有一自动选择单元CNT3。CNT3的控制规律为三选一：的控制规律为三选一：CNT3=0为低选为低选CNT3=1为高选为高选在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确编程举例：编程举例：例例1把两个输入变量把两个输入变量X1、X2相加后，从相加后，从Y1端口端口输出。输出。程序：程序：LDX1（读入（读入X1数据
20、）数据）LDX2（读入（读入X2数据）数据）+（对（对X1、X2求和）求和）STY1(将结果送往将结果送往Y1)END(结束程序结束程序)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确用户程序的写入和调试用户程序的写入和调试1)利用编程器逐句健入用户程序：利用编程器逐句健入用户程序：移入移入ROM插座插座主程序（主程序（MPR）子程序（子程序（SBP）指定指定DIO功能功能指定控制字指定控制字CNT1CNT5 其它参数其它参数 END2)程序的调试程序的调试仿真调试仿真调试真实对象调试真实对象调试写入写入EPROM在整堂课的教学中，
21、刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.4 3.4 执行器及安全栅执行器及安全栅3.4.1执行器的构成原理执行器的构成原理执执行行器器由由执执行行机机构构和和调调节节机机构构（调调节节阀阀）两两部部分分组组成成。接接受受调调节节器器输输出出的的控控制制信信号号，并并转转换换成成直直线线位位移移或或角角位位移移来来改改变变调调节节阀阀的的流流通通面面积积，以以控控制制流流入入或或流流出出被被控控过过程程的的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。执执行行器器有有自自动动调调节节阀阀门门、自自动动电电
22、压压调调节节器器、自自动动电电流流调调节节器器、控控制制电电机机等等。其其中中自自动动调调节节阀阀门门是是最最常常见见的的执执行行器，种类繁多。器，种类繁多。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：q电电动动调调节节阀阀：电电源源配配备备方方便便，信信号号传传输输快快、损损失小，可远距离传输；但推力较小。失小，可远距离传输；但推力较小。q气气动动调调节节阀阀：结结构构简简单单，可可靠靠，维维护护方方便便，防防火防爆；但气源配备不方便。火防爆；但气源配备
23、不方便。q液液动动调调节节阀阀：用用液液压压传传递递动动力力，推推力力最最大大；但但安装、维护麻烦，使用不多。安装、维护麻烦，使用不多。工业中使用最多的是气动调节阀和电动调节阀。工业中使用最多的是气动调节阀和电动调节阀。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1.气动执行机构气动执行机构它由膜片、阀杆和平衡弹簧等组成，是执行器的推动装置。它接受气动调节器或电/气转换器输出的气压信号，经膜片转换成推力并克服弹簧力后，使阀杆产生位移，带动阀芯动作。1-上盖2膜片3一平衡弹簧4一阀杆5阀体6阀座7阀芯在整堂课的教学中，刘教师总是让学
24、生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确气动执行机构有正作用和反作用两种形式气动执行机构有正作用和反作用两种形式:当输入气压信号增加时阀杆向下移动时称当输入气压信号增加时阀杆向下移动时称正作用正作用；当输入气压信号增加时阀杆向上移动时称当输入气压信号增加时阀杆向上移动时称反作用反作用。在工业生产中口径较大的调节阀通常采用正作用方式。在工业生产中口径较大的调节阀通常采用正作用方式。气动薄膜执行机构的静态特性表示平衡状态时输入气动薄膜执行机构的静态特性表示平衡状态时输入的气压的气压p与阀杆位移与阀杆位移l的关系，即的关系，即 A为膜片的有效面积；K为平衡弹簧的弹
25、性系数 气动执行机构的动态特性可近似成一阶惯性环节，其惯气动执行机构的动态特性可近似成一阶惯性环节，其惯性的大小取决于膜头空间的大小与气管线的长度和直径。性的大小取决于膜头空间的大小与气管线的长度和直径。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.电动执行机构电动执行机构 电动执行机构根据配用的调节机构不同，其输出方式有电动执行机构根据配用的调节机构不同，其输出方式有直行程、角行程和多转式三种类型，其电气原理完全相同，直行程、角行程和多转式三种类型，其电气原理完全相同，仅减速器不一样。仅减速器不一样。电动执行机构的组成框图电动
26、执行机构的组成框图 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确伺服放大器原理图伺服放大器原理图 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确校正网络原理图校正网络原理图 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（1）直通单座阀直通单座阀流流体体对对阀阀芯芯的的不不平平衡衡作作用用力力大大。一一般般用用在在小小口径、低压差的场合。口径、低压差的场合。q结构简单、泄漏量小。结构简单、泄漏量小。3调节机构
27、调节机构调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变的节流元件。根据不同的使用要求，阀门的结构型的节流元件。根据不同的使用要求，阀门的结构型式很多。式很多。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确正装阀正装阀阀芯下移时，阀芯与阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大座间的流通截面积增大阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。反装阀反装阀阀芯下移时，阀芯与阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小座间的流通截面积减小在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问
28、题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（2 2）直通双座阀直通双座阀阀体内有两个阀芯和阀座。阀体内有两个阀芯和阀座。q流流体体流流过过时时，作作用用在在上上、下下两两个个阀阀芯芯上上的的推推力力方方向向相相反反且且大大小小相相近近，可可以以互互相相抵抵消消，所所以以不不平平衡衡力小。力小。q但是，由于加工的但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。因此泄漏量较大。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（3）角形控制阀角形控制阀
29、两两个个接接管管呈呈直直角角形形，一一般般为为底底进进侧侧出出，这这种种阀阀的的流路简单、对流体的阻力较小。流路简单、对流体的阻力较小。q适用于现场管道适用于现场管道要求直角连接，介质要求直角连接，介质为高粘度、高压差和为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。体颗粒状的场合。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（4 4）三通控制阀三通控制阀有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质分成型（两种介质混合成一路）和
30、分流型（一种介质分成两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（5）隔膜控制阀隔膜控制阀采用耐腐蚀材料作采用耐腐蚀材料作隔膜，将阀芯与流体隔隔膜，将阀芯与流体隔开。开。q结结构构简简单单、流流阻阻小小、流流通通能能力力比比同同口口径径的的其其他他种种类类的的阀阀要要大大。由由于于介介质质用用隔隔膜膜与与外外界界隔隔离离，故故无无填填料，介质也不会泄漏。料，介质也不会泄漏。q耐耐腐腐蚀蚀能能力力强强，适适用用于于强强酸酸、强强碱碱、强强腐腐蚀蚀性性介介质质
31、的的控控制制，也也能能用用于于高高粘粘度度及及悬悬浮浮颗颗粒粒状状介介质质的的控控制。制。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确q适适用用于于大大口口径径、大大流流量量、低低压压差差的的场场合合，也也可可以以用用于于含含少少量量纤纤维维或或悬悬浮浮颗颗粒粒状状介质的控制。介质的控制。（6）蝶阀蝶阀又名翻板阀。又名翻板阀。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.4.2 气动执行
32、器的应用气动执行器的应用1.调节阀的尺寸调节阀的尺寸通常用公称直径通常用公称直径Dg和阀座直径和阀座直径dg表示，它们的确定是合理应用执行器表示，它们的确定是合理应用执行器的前提条件。确定调节阀尺寸的主要依据是流通能力，它定义为调节的前提条件。确定调节阀尺寸的主要依据是流通能力，它定义为调节阀全开、阀前后压差为阀全开、阀前后压差为0.1MPa、流体重度为、流体重度为1g/cm3时，每小时通过时，每小时通过阀门的流体流量（阀门的流体流量（m3或或kg）。）。当流体为不可压缩时，通过调节阀的体积流量为当流体为不可压缩时，通过调节阀的体积流量为:为流量系数，它取决于调节阀的结构形状和流体流动状况，可
33、从有关手册查阅或由实验确定；A0为调节阀接管截面积；g为重力加速度；r为流体重度。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确依据流通能力的定义，则有依据流通能力的定义，则有 流通能力C与调节阀的结构参数有确定的对应关系。这就是确定调节阀尺寸的理论依据。可得流通能力与流体重度、阀前后压差和介质流量三者的定量关系，即在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确调节阀尺寸的确定过程为：根据通过调节阀的最大流量，r流体重度以及调节阀的前后压差，先由式（335）求得最大的流通
34、能力，然后选取大于即可依据表32确定出Dg和dg的大小。的最低级别的C值，公称直径Dg(mm)202532405065阀门直径dg(mm)245678101215202532405065流通能力C单座阀0.080.120.200.320.500.801.22.03.25.0812203256双座阀1016254063公称直径Dg(mm)80100125150200250300阀门直径dg(mm)80100125150200250303流通能力C单座阀80120200280450双座阀10016025040063010001600表3-2调节阀流通能力C与其尺寸的关系在整堂课的教学中，刘教师总是
35、让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确执行器的“气开、气关”有四种构成方式序号序号执行机构执行机构作用方式作用方式阀体作用阀体作用方式方式执行器气开、执行器气开、气关形式气关形式a正正正正气关气关b正正反反气开气开c反反正正气开气开d反反反反气关气关在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3调节阀的流量特性调节阀的流量特性调调节节阀阀的的阀阀芯芯位位移移与与流流量量之之间间的的关关系系，对对控控制制系统的调节品质有很大影响。系统的调节品质有很大影响。流量特性的定义：流量特性的定义：被被
36、控控介介质质流流过过阀阀门门的的相相对对流流量量与与阀阀门门的的相相对对开开度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。q/qmax 相对流量相对流量 l/L 相对开度相对开度在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确相相对对流流量量q/qmax是是控控制制阀阀某某一一开开度流量度流量q与全开时流量与全开时流量qmax之比；之比；相相对对开开度度l/L是是控控制制阀阀某某一一开开度度行程行程l与全开行程与全开行程L之比。之比。调节阀的流量特性不仅与阀门调节阀的流量特性不仅与阀门的结构和
37、开度有关，还与阀前后的的结构和开度有关，还与阀前后的压差有关，必须分开讨论。压差有关，必须分开讨论。lq在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确为为了了便便于于分分析析，先先将将阀阀前前后后压压差差固固定定，然然后后再再引引伸伸到到实实际际工工作作情情况况，于于是是有有固固有有流流量量特特性性与与工作流量特性工作流量特性之分。之分。1、固有（固有（理想）理想）流量特性流量特性在在将将控控制制阀阀前前后后压压差差固固定定时时得得到到的的流流量量特特性性称为称为固有固有流量特性。它取决于阀芯的形状。流量特性。它取决于阀芯的形状。（
38、a）快开特性）快开特性（b）直线特性直线特性（c）等百分比特性等百分比特性在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（1）直线流量特性直线流量特性控控制制阀阀的的相相对对流流量量与与相相对对开开度度成成直直线线关关系系，即即单单位位位位移移变变化化所所引引起起的的流流量量变变化化是是常常数数。用用数数学学式式表示为：表示为：积分C为积分常数在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确可调比可调比R为调节阀所能为调节阀所能控制的最大流量与最小流量控制的最大流量与最小流
39、量的比值。的比值。其中其中qmin不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控制的最小流量，约为最大流量的门能平稳控制的最小流量，约为最大流量的24%一般阀门的可调比一般阀门的可调比R=30。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。例如在不同的开度上，再分别增加例如在不同的开度上，再分别增加10%开度，开度，相对流量的变化比值为相对流量的变化比值为10时：时：（20-10）/10100%=100%50时：时：（
40、60-50）/50100%=20%80时：时：（90-80）/80100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1v直直线线阀阀的的流流量量放放大大系系数数在在任任何何一一点点上上都都是是相相同同的，但其对流量的控制力却是不同的。的，但其对流量的控制力却是不同的。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（2）等百分比（对数）流量特性等百分比（对数）流量特性单单位位相相对对行行程程变变化化所所引引起起的的相相对对流流量量变变化化与与此点的相对流量成正比关系：此点的相对流量成正比关系：v曲曲线线斜斜率率（放放大大系系数数）随随行
41、行程程的的增增大大而而增增大大。流流量量小小时时，流流量量变变化化小小；流流量量大大时，流量变化大。时，流量变化大。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确v等等百百分分比比阀阀在在各各流流量量点点的的放放大大系系数数不不同同，但但对对流量的控制力却是相同的。流量的控制力却是相同的。10%处：处：（6.58%-4.68%）/4.68%41%50%处：处：（25.7%-18.2%）/18.2%41%80%处：处：（71.2
42、%-50.6%）/50.6%41%同样以同样以10、50及及80三点为例，分别增加三点为例，分别增加10%开度，相对流量变化的比值为：开度，相对流量变化的比值为：Q/Q100L/Lmaxs=1在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（3）快开特性快开特性开开度度较较小小时时就就有有较较大大流流量量，随随开开度度的的增增大大，流流量量很很快快就就达达到到最最大大，故故称称为为快快开开特特性性。适适用用于于迅迅速速启闭的切断阀或双位控制系统。启闭的切断阀或双位控制系统。积分在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的
43、设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2、调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性实实际际使使用用时时，调调节节阀阀装装在在具具有有阻阻力力的的管管道道系系统统中中。管管道道对对流流体体的的阻阻力力随随流流量量而而变变化化，阀阀前前后后压压差差也是变化的，这时流量特性会发生畸变。也是变化的，这时流量特性会发生畸变。1)管道串联时的工作流量特性管道串联时的工作流量特性如如图图，管管道道系系统统总总压压力力P等等于于管管路路系系统统的的压压降降PG与控制阀的压降与控制阀的压降PT
44、之和。之和。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确从从串串联联管管道道中中调调节节阀阀两两端端压压差差PT的的变变化化曲曲线线可可看看出出，调调节节阀阀全全关关时时阀阀上上压压理理最最大大，基基本本等等于于系系统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小。统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小。为为了了表表示示调调节节阀阀两两端端压压差差PT的的变变化化范范围围，以以阀阀权权度度s表表示示调调节节阀阀全全开开时时，阀阀前前后后最最小小压压差差PTmin与总压力与总压力P之比。之比。s=PTmin/P在整堂课的教学中，刘教师总是让学
45、生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确v流量特性畸变：流量特性畸变：以以qmax表表示示串串联联管管道道阻阻力力为为零零时时(s=1)，阀阀全全开开时时达达到到的的最最大大流流量量。可可得得串串联联管管道道在在不不同同s值值时时，以自身以自身qmax作参照的工作流量特性。作参照的工作流量特性。对数阀变为直线阀对数阀变为直线阀直线阀变为快开阀直线阀变为快开阀s 图图3 333 33 调节阀的流量特性曲线调节阀的流量特性曲线a)a)直线；直线；b)b)对数（等百分比）对数（等百分比）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，
46、由浅入深，所提出的问题也很明确结论结论q串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。q串串联联管管道道使使调调节节阀阀的的流流量量可可调调范范围围降降低低，最最大大流量减小。流量减小。q串串联联管管道道会会使使调调节节阀阀的的放放大大系系数数减减小小，调调节节能能力降低，力降低，s值低于值低于0.3时，调节阀能力基本丧失。时，调节阀能力基本丧失。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2)与管道并联工作时的流量特性与管道并联工作时的流量特性 图中图中S=1时，旁路阀关闭，工时，旁路阀关闭，工作流量特
47、性即为理想流量特性。作流量特性即为理想流量特性。随着旁路阀逐渐打开，值逐渐随着旁路阀逐渐打开，值逐渐减小，调节阀的可调范围也将减小，调节阀的可调范围也将大大降低，从而使调节阀的控大大降低，从而使调节阀的控制能力大大下降，影响控制效制能力大大下降，影响控制效果。根据实际经验，值不能低果。根据实际经验，值不能低于于0.8。图图3 337 37 并联管道时调节阀工作流量特性并联管道时调节阀工作流量特性a)直线阀直线阀b)对数阀对数阀在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（3）流量特性的选择）流量特性的选择 调调节节阀阀流流量量特特
48、性性的的选选择择有有理理论论分分析析法法和和经经验验法法。前前者者还还在在研研究究中中，目前较多采用经验法。一般可从以下几方面考虑。目前较多采用经验法。一般可从以下几方面考虑。1）依据过程特性选择。）依据过程特性选择。一个过程控制系统，在负荷变动的情况下，要使系统保一个过程控制系统，在负荷变动的情况下，要使系统保持期望的控制品质，则必须要求持期望的控制品质，则必须要求系统总的放大系数在整个操系统总的放大系数在整个操作范围内保持不变。作范围内保持不变。一般变送器、已整定好的调节器、执行一般变送器、已整定好的调节器、执行机构等放大系数基本上是不变的，但过程特性则往往是非线机构等放大系数基本上是不变
49、的，但过程特性则往往是非线性的，其放大系数随负荷而变。因此，必须通过合理选择调性的，其放大系数随负荷而变。因此，必须通过合理选择调节阀的工作特性，以补偿过程的非线性，其选择原则为节阀的工作特性，以补偿过程的非线性，其选择原则为 调节阀的放大系数被控过程的放大系数在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2）依据配管情况选择。）依据配管情况选择。在根据过程特性进行选择之后，再按照配管情况进在根据过程特性进行选择之后，再按照配管情况进行进一步的选择，其选择原则可参照表行进一步的选择，其选择原则可参照表3-4进行。进行。配管状况配管状
50、况S=1-0.6S=0.6-0.3工作特性工作特性直线直线等百分比等百分比直线直线等百分比等百分比理想特性理想特性直线直线等百分比等百分比等在分比等在分比等百分比等百分比3）依据负荷变化情况选择。）依据负荷变化情况选择。在负荷变化较大的场合，宜选用对数调节阀，因为在负荷变化较大的场合，宜选用对数调节阀，因为对数调节阀的放大系数可随阀芯位移的变化而变化，对数调节阀的放大系数可随阀芯位移的变化而变化，但它的相对流量变化率则是不变的，所以能适应负荷但它的相对流量变化率则是不变的，所以能适应负荷变化大的情况；此外，当调节阀经常工作在小开度时，变化大的情况；此外，当调节阀经常工作在小开度时，则宜选用对数