第十二章自动控制仪表 新.ppt
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1、第十二章第十二章 自动控制仪表自动控制仪表 1 1、对热工过程进行检测、显示、控制和执行等仪表总称为自动控对热工过程进行检测、显示、控制和执行等仪表总称为自动控制仪表;制仪表;2 2、可以理解为带显示,检测和控制器以及执行器等功能的,一体的、可以理解为带显示,检测和控制器以及执行器等功能的,一体的组合仪表控制系统。组合仪表控制系统。3 3、理解自动化仪表的工作原理和性能特点,合理的选择和使用。、理解自动化仪表的工作原理和性能特点,合理的选择和使用。第一节 自动控制仪表的分类 一、按使用的能源分类一、按使用的能源分类1 1、电动仪表:以电作为能源及传送信号的仪表;、电动仪表:以电作为能源及传送信
2、号的仪表;便于远传,计算机应用便于远传,计算机应用电气式(电动机械):依靠传感器从被控介质中取得能量推动电气式(电动机械):依靠传感器从被控介质中取得能量推动电接点触电接点触 头或电位器头或电位器动作(使用电作动力);动作(使用电作动力);结构简单,价格便宜结构简单,价格便宜电子式仪表:采用放大器等电子元器件,利用反馈电路对输入信号进行电子式仪表:采用放大器等电子元器件,利用反馈电路对输入信号进行 控制规律的运算;控制规律的运算;测量精度高,提高控制品质测量精度高,提高控制品质2 2、气动仪表:、气动仪表:以压缩空气为能源及传递信号的仪表。距离受限制,但作用力大、以压缩空气为能源及传递信号的仪
3、表。距离受限制,但作用力大、平稳(燃气,制冷);平稳(燃气,制冷);防暴防暴 ,执行作用力大执行作用力大3 3、直接作用式仪表:、直接作用式仪表:(自立式仪表)(自立式仪表)不需要辅加能源(电、气)不需要辅加能源(电、气),传感器直接从被测介质中取得能量,传感器直接从被测介质中取得能量,以推动执行器动作以推动执行器动作 例浮球式液位调节器,燃气压力直接作用调节器例浮球式液位调节器,燃气压力直接作用调节器.自立式温度调节器调节控制原理自立式温度调节器调节控制原理 系统由温包系统由温包1 1、毛细管、毛细管2 2、波纹管、波纹管3 3、和连杆和连杆5 5,压缩弹簧,压缩弹簧6 6,调节阀,调节阀8
4、 8组组 成成 ,调节螺丝,调节螺丝7 7(设定温度用)所以(设定温度用)所以 被控温度的变化对应着弹簧被控温度的变化对应着弹簧 形变的变化形变的变化 对应着阀门开度的变化,对应着阀门开度的变化,即阀门开度的变化与温度偏差成正即阀门开度的变化与温度偏差成正 比,比例调节器。比,比例调节器。温控阀调节过程温控阀调节过程温控阀调节过程温控阀调节过程1 1、调节旋钮(给定值)、调节旋钮(给定值)2 2、传感器、传感器 3 3、反力弹簧、反力弹簧 4 4、阀芯、阀芯 5 5、阀座、阀座 比例作用比例作用 调节范围调节范围 0.5-2 0.5-2 二、按结构形式分类二、按结构形式分类1 1、基地式仪表:
5、把变送(测量)、调节、显示等部分组装成一个仪表整、基地式仪表:把变送(测量)、调节、显示等部分组装成一个仪表整体体2 2、单元式组合仪表:将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元,、单元式组合仪表:将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元,单元之间采用同一的标准信号联系,分为,变送单元、转换单元、计单元之间采用同一的标准信号联系,分为,变送单元、转换单元、计算单元、显示单元、给定单元、调节单元、执行单元、辅助单元等。算单元、显示单元、给定单元、调节单元、执行单元、辅助单元等。3 3、组装电子式调节仪表:各种功能用不同的模块代替,根据需要组合而、组装电子式调节仪表:各种功能用不同的模块代
6、替,根据需要组合而成。成。第二节 电气式控制 仪表双金属片构成的恒温器工作原理:是双位控制器,即具有通断功能。双金属片构成的恒温器工作原理:是双位控制器,即具有通断功能。其工作原理如下:双金属片置于被测空气其工作原理如下:双金属片置于被测空气中,当外界温度发生变化时双金属片弯曲,中,当外界温度发生变化时双金属片弯曲,当温度达到设定值时,双金属片弯曲最大当温度达到设定值时,双金属片弯曲最大和接点接通,当温度小于设定值时双金属和接点接通,当温度小于设定值时双金属片又带动接点断开。磁铁放置在固定接点片又带动接点断开。磁铁放置在固定接点侧,当双金属片的动触点接近某一个范围侧,当双金属片的动触点接近某一
7、个范围时,进入了磁铁特范围,以使开关动作快速。时,进入了磁铁特范围,以使开关动作快速。下图为其双位调节特性。下图为其双位调节特性。只有两种可能,要么开,要么关。只有两种可能,要么开,要么关。第三节 电子式控制仪表 电子式控制器由电子元器件、电子放大器等组成,分为断续输出的电电子式控制器由电子元器件、电子放大器等组成,分为断续输出的电子控制器和连续输出的电子控制器。子控制器和连续输出的电子控制器。一、断续输出的电子控制器一、断续输出的电子控制器 热工参数通过传感器转换成电量信号后与仪表的给定值在测量、给定热工参数通过传感器转换成电量信号后与仪表的给定值在测量、给定电路进行比较,差值经过放大电路后
8、推动开关电路,开关电路的执行元电路进行比较,差值经过放大电路后推动开关电路,开关电路的执行元件是继电器、交流接触器等,具有双位调节的特性。件是继电器、交流接触器等,具有双位调节的特性。特性图特性图二、连续输出的电子控制器二、连续输出的电子控制器 连续输出的电子控制器有连续输出的电子控制器有PI,PID等控制规律,输出信号为等控制规律,输出信号为标准信号标准信号,测量电路将热功信号转换成电信号,并于给定信号相比较得到偏差信测量电路将热功信号转换成电信号,并于给定信号相比较得到偏差信号,偏差信号经放大后,加在号,偏差信号经放大后,加在PID调节器的输入端,实现调节器的输入端,实现PID控制规律的运
9、控制规律的运算,最后得出输出信号。算,最后得出输出信号。第四节 执行器 在暖通空调系统的控制中,常用的执行器主要有电动调节阀、电动在暖通空调系统的控制中,常用的执行器主要有电动调节阀、电动风门(或风阀)、电磁阀、电压调节装置(可控硅调节器、交流接触器风门(或风阀)、电磁阀、电压调节装置(可控硅调节器、交流接触器)及变频器等,它们是系统的终端执行部件,主要用来控制热水、冷)及变频器等,它们是系统的终端执行部件,主要用来控制热水、冷水、蒸汽、空气的流量或温度、压力等,和各种设备的启停、加热器的水、蒸汽、空气的流量或温度、压力等,和各种设备的启停、加热器的功率等。功率等。执行器一般由执行机构执行器一
10、般由执行机构和调节机构两部分组成,如图和调节机构两部分组成,如图2-42-4所示。所示。执行机构是执行器的推动部分,它根据执行机构是执行器的推动部分,它根据控制器所给出的指令信号的大小,产生控制器所给出的指令信号的大小,产生推力或者位移。执行机构按其使用能源推力或者位移。执行机构按其使用能源形式分为气动、液动和电动三大类,形式分为气动、液动和电动三大类,调节机构是执行器的调节部分,它接受调节机构是执行器的调节部分,它接受执行机构的操纵,控制工艺介质的流执行机构的操纵,控制工艺介质的流量(或能量)。量(或能量)。返回返回 一、电磁阀一、电磁阀 电磁阀是常用电动调节机构之一,用于双电磁阀是常用电动
11、调节机构之一,用于双位控制系统中,从动作方式上电磁阀位控制系统中,从动作方式上电磁阀分为直动式和先导式两种。分为直动式和先导式两种。直动式直动式电磁阀结构如下图所示,当电磁线圈电磁阀结构如下图所示,当电磁线圈1 1通电后,产生电磁吸力,吸引活动通电后,产生电磁吸力,吸引活动铁芯铁芯2 2上移,打开阀芯,使流体通过。上移,打开阀芯,使流体通过。当线圈断电时,活动铁芯在自重和当线圈断电时,活动铁芯在自重和复位弹簧复位弹簧3 3的作用下,关闭阀门。的作用下,关闭阀门。二、电动调节阀二、电动调节阀 图所示是直线移动的电动调节阀图所示是直线移动的电动调节阀原理,阀杆的上端与执行机构相原理,阀杆的上端与执
12、行机构相连接,当阀杆带动阀芯在阀体内连接,当阀杆带动阀芯在阀体内上下移动时,改变阀芯与阀座之上下移动时,改变阀芯与阀座之间的流通面积,即改变阀的阻力间的流通面积,即改变阀的阻力系数,其流过阀的流量也就相应系数,其流过阀的流量也就相应地改变,从而达到调节流量的地改变,从而达到调节流量的目的。目的。用于流量的连续调节用于流量的连续调节 2、调节阀的结构形式 电动调节阀电动调节阀 的阀门从结构上可分为直通单座阀、直通双座阀和三通阀的阀门从结构上可分为直通单座阀、直通双座阀和三通阀、蝶阀等等。、蝶阀等等。直通单座阀直通单座阀阀体内只有一个阀芯阀体内只有一个阀芯3 3和一个阀座和一个阀座2 2。特点是。
13、特点是泄漏量小,由为它是单阀芯结构,容易达到泄漏量小,由为它是单阀芯结构,容易达到密封,甚至可以完全切断。但阀杆的推力密封,甚至可以完全切断。但阀杆的推力较大,对执行器的工作力矩的要求相对较高。较大,对执行器的工作力矩的要求相对较高。只有一个阀心,流体对阀芯推力是单面作用的,不平衡力大,只有一个阀心,流体对阀芯推力是单面作用的,不平衡力大,适用低压差的场适用低压差的场合。如普通的空调机组、风机盘管、热交换器等的控制。合。如普通的空调机组、风机盘管、热交换器等的控制。直通双座阀直通双座阀 又称压力平衡阀,体内有两个阀芯和两个阀座,流体从左侧进入,通过又称压力平衡阀,体内有两个阀芯和两个阀座,流体
14、从左侧进入,通过上、下阀座后汇合在一起,由右侧流出。上、下阀座后汇合在一起,由右侧流出。特点是:流体作用在上、下阀芯的推力特点是:流体作用在上、下阀芯的推力方向相反,大小接近相等,阀芯所受的方向相反,大小接近相等,阀芯所受的不平衡力很小,因而不平衡力很小,因而允许使用在阀前、允许使用在阀前、后压差较大的场合后压差较大的场合,阀的开、关对执,阀的开、关对执行机构的力矩要求较低。行机构的力矩要求较低。双座阀的流通能力比同口径的单座双座阀的流通能力比同口径的单座阀大。阀大。双座阀有正装和反装两种:当阀芯向下移动时,阀芯与阀座间流通面双座阀有正装和反装两种:当阀芯向下移动时,阀芯与阀座间流通面积减少者
15、称正装;反之,称为反装。正装和反装时,阀芯位移与流积减少者称正装;反之,称为反装。正装和反装时,阀芯位移与流通面积的关系如下图所示。通面积的关系如下图所示。双座的上、下两个阀芯不易保证同时关闭,关闭时的泄漏量较大,尤其双座的上、下两个阀芯不易保证同时关闭,关闭时的泄漏量较大,尤其用在高温或低温场合,因阀芯和阀座两种材料的热膨胀系数不同,更易用在高温或低温场合,因阀芯和阀座两种材料的热膨胀系数不同,更易引起较严重的泄漏。因此,在压差允许条件下尽量不选用双座阀。引起较严重的泄漏。因此,在压差允许条件下尽量不选用双座阀。三通调节阀三通调节阀 三通调节阀有三个出入口与管道相连,按作用方式可分为合流阀和
16、分三通调节阀有三个出入口与管道相连,按作用方式可分为合流阀和分流阀两种,其特点是基本上能保持总水量的恒定。因此它适用于定水量流阀两种,其特点是基本上能保持总水量的恒定。因此它适用于定水量系统。系统。合流阀的阀芯位于阀座内部,分流阀的阀芯位于阀座外部,可使流体的合流阀的阀芯位于阀座内部,分流阀的阀芯位于阀座外部,可使流体的流动方向将阀芯处于流开状态,阀能稳定操作流动方向将阀芯处于流开状态,阀能稳定操作 。旁通调节是调节热交换器的旁通量来控制其出口流体的温度,如下图所示,三通阀装在旁通的入口为分流,三通阀装在旁路的出口为合流。三 电动风阀 风阀:开关型和调节型。调节风阀由若干叶片组成。当叶片转动时
17、改变流道的等效截面积,即改变了风阀的阻力系数,其流过的风量也就相应地改变了,从而达到了调节风量的目的。风阀有多叶风阀和单叶风阀两类,多叶风阀又分为平行叶片风阀和对开叶片风阀两种,对开叶片风阀相间两叶片平行,而相邻两叶片则以相反方向转动。四 电动阀门定位器 电动阀门定位器接收控制器来的010V直流的连续控制信号,对以24V交流供电的执行机构的位置进行控制。使阀门位置与控制信号成比例关系,从而使调节阀位按输入的信号,实现正确的定位。电动阀门定位器装在执行器的壳内。电动阀门定位器可以在控制器的输出0100%的范围内,任意选择执行器的起始点,并且具有正反作用的给定。当阀门的开度随输入电压的增加而加大时
18、称为正作用,反之为反作用。参见电动调节阀结构图参见电动调节阀结构图 五 调节阀的选择和计算一、调节阀的流量特性一、调节阀的流量特性 流过阀门的介质相对流量与阀门相对开度(或阀芯行程)的关流过阀门的介质相对流量与阀门相对开度(或阀芯行程)的关系,其数学表达式为:系,其数学表达式为:相对流量是调节阀某一开度下的流量与全开流量之比相对流量是调节阀某一开度下的流量与全开流量之比 :相对开度是调节阀某一开度下阀芯行程与全开行程之比相对开度是调节阀某一开度下阀芯行程与全开行程之比 调节阀的调节阀的流量特性流量特性是由调节阀的是由调节阀的阀芯形状阀芯形状决定的。阀芯形状有柱塞阀和决定的。阀芯形状有柱塞阀和开
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