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第四章 执行器与安全栅
4．1．执行器
1．执行器是自动控制系统中的重要组成部分，它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从而操纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
2．执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是(石油、化工、热工系统）最常见的执行器，种类繁多。
3．自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：
电动调节阀：电源配备方便，信号传输快、损失小，可远距离传输；但推力较小。 气动调节阀：结构简单，可靠，维护方便，防火防爆；但气源配备不方便。 液动调节阀：用液压传递动力，推力最大；但安装、维护麻烦，使用不多。 4．1-1．气动调节阀
1．气动调节阀是由气压信号控制的阀门。气动调节阀由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。 执行机构是推动装置，它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。 控制机构是阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。
2．直行程输出的气动执行机构有薄膜式执行机构、气动活塞式执行机构两类。 薄膜式执行机构：正作用执行机构、反作用执行机构 正作用执行机构：信号压力增大时，阀杆向下移动
3．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，阀门的结构型式很多。
直通单座阀：流体对阀芯的不平衡作用力大。一般用在小口径、低压差的场合。
直通双座阀：阀体内有两个阀芯和阀座。流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。
阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。 正装：阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小 4．调节阀的流量特性
调节阀的阀芯位移与流量之间的关系，对控制系统的调节品质有很大影响。
流量特性的定义：被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。
固有（理想）流量特性：在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性。它取决
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于阀芯的形状。
常用的调节阀的理想流量特性有四种：
（1）直线特性、（2）等百分比（对数）特性、（3）快开特性、（4）抛物线特性
调节阀的工作流量特性：实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统中。管道对流体的阻力随流量而变化，阀前后压差也是变化的，这时流量特性会发生畸变。
为了表示调节阀两端压差△PT的变化范围，以阀权度s表示调节阀全开时，阀前后最小压差△PTmin
与总压力△ P之比。
5．调节阀的流通能力用流量系数C值表示。流量系数C的定义：在阀两端压差100kPa，流体为水（10Kg／m）的条件下，阀门全开时每小时能通过调节阀的流体流量（m /h）。
例如，某一阀门全开、阀两端压差为100kPa时，流经阀的水流量为20 m /h，则该调节阀的流量系数为：C=20。
在调节阀技术手册上，给出了各种阀门的口径和流通能力 C ，供用户查阅。
实际应用中阀门两端压差不一定是100kPa，流经阀门的流体也不一定是水，因此必须换算。 液体流量系数C值的计算：C?Q3
3
3
3
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气体、蒸汽C值的计算：C?k?Q6．（PPT例） 4．2．安全栅
4．2-1．安全防爆的基本概念
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1．安全栅（又称防爆栅）是防止危险电能从控制系统信号线进入现场仪表的安全保护器。 2．不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井下用电气设备属Ⅰ类设备；有爆炸性气体的工厂用电气设备属Ⅱ类设备；有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属Ⅲ类设备。
对于Ⅱ类电气设备，电路电压限制在30VDC时，各种爆炸性混合物按最小引爆电流分为三级。
级 别 最小引爆电流(mA) 4．2-2．安全火花防爆系统
1．电动仪表存在电路打火的可能。如果从电路设计就开始考虑防爆，把电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下，则此仪表称为安全火花防爆
ⅡA ⅡB 70＜i＜120 ⅡC i＞120 i≤70 宿迁学院 机电系 自动化学科 - 34 - 79
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仪表。
2．安全火花防爆仪表只能保证本仪表内部不发生危险火花，对其它仪表通过信号线传入的能量是否安全则无法保证。如果在与其它仪表的电路连线之间设置安全栅，防止危险能量进入，则完全做到了安全火花防爆。
3．构成安全火花防爆系统的二要素：
① 在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。 ② 现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。 4．2-3．安全栅
1．安全栅是传递正常信号、阻止危险能量通过的保险器件。如在信号通路上串联一定电阻，起限流作用，可称作电阻式安全栅。其缺点是正常信号也衰减，且防爆定额低。
2．目前最常用的安全栅是齐纳式安全栅安全栅和变压器隔离式安全栅。 3．隔离式安全栅有两种：检测端安全栅、执行端安全栅。 通用题：
1．气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？ 简答：
气动调节阀由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。
执行机构是推动装置，它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。 控制机构是阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。
2．什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀的理想流量特性有哪些？ 简答：
流量特性的定义：被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。
Ql?f()QmaxL固有（理想）流量特性：在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。
调节阀的工作流量特性：实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统中。管道对流体的阻力随流量而变化，阀前后压差也是变化的，这时流量特性会发生畸变。
常用的调节阀的理想流量特性有：（1）快开特性，（2）直线特性，（3）抛物线特性，（4）等百分比（对数）特性。
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3．为什么说百分比特性又叫对数特性？与直线特性比较，它有什么特点？ 简答：
等百分比（对数）流量特性：单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对开度成对数关系：
Q?RQmaxl(-1)L等百分比（对数）流量特性曲线斜率（放大系数）随行程的增大而增大。流量小时，流量变化小；流量大时，流量变化大。等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的，但其对流量的控制力却是不同的。
4．什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？ 简答：
控制阀的可调范围或可调比R，为调节阀所能控制的最大流量与最小流量的比值。
R?Qmax/Qmin ，其中Qmin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2～4%。一般阀门的可调比R=30。
在串联管道中，因为随着流量的增加，管道上的压力损失增加，使得阀全开时的流量Qmax降低、可调范围降低。
5．什么是串联管道中的阀阻比S？S值的变化为什么会使理想流量特性发生变化？ 简答：
阀阻比S表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前后的最小压差?pmin与系统总压差p0之比：S??pmin/p0。
存在管道阻力的情况下，S?1，可调范围减小。随着S的减小，直线特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。阀阻比S的值愈小，流量特性变形的程度愈大。实际使用中，一般S的值不低于0.3。
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