【摘要】气动薄膜调节阀得到了很广泛的应用，而阀门定位器作为气动薄膜调节阀的辅助工具，对调节阀的使用起着决定性作用，定位器调校质量的好坏直接影响调节阀的使用，从而会影响到工艺的生产操作。而阀门定位器的调校作为仪表工必须掌握的一项技能，掌握好定位器的校验方法不但可保证定位器的调校质量，而且能节省大量的工作量。但我们所常用的调校方法有时并不能起作用，很难将调节阀校准。因此，我们要对常规的校验法进行分析和改进，找出一种更有效的校验法。

      1 阀门定位器的工作原理和系统结构

      1.1工作原理

      阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。如正作用的气动薄膜阀，来自调节器或输出式安全栅的4～20mA直流信号输入到转换组件中的线圈时，由于线圈两侧各有一块极性方向相同的永久磁铁，所以线圈产生的磁场与永久磁铁的恒定磁场，共同作用在线圈中间的可动铁芯即阀杆上，使杠杆产生位移。当输入信号增加时，杠杆向下运动（作逆时针偏转），固定在杠杆上的挡板便靠近喷嘴，使放大器背压增高，经放大后输出气压也随之增高。此输出气压作用在调节阀的膜头上，使调节阀的阀杆向下运动。阀杆的位移通过拉杆转换为反馈轴和反馈压板的角位移，并通过调量程支点作用于反馈弹簧上，该弹簧被拉伸，产生一个反馈力矩，使杠杆作顺时针偏转，当反馈力矩和电磁力矩相平衡时，阀杆就稳定于某一位置，从而实现了阀杆位移与输入信号电流成正比例的关系。调整调量程支点于适当位置，可以满足调节阀不同杆行程的要求。

      1.2 系统结构

     阀门定位器与阀门配套使用，组成一个闭合控制回路的系统。该系统主要由磁电组件、零位弹簧、挡板、气动功率放大器、调节阀、反馈杠杆、量程调节机构、反馈弹簧组成。其系统方框图如图1所示。

图1 阀门定位器和调节阀系统方框图

      I  -输入电流；
      H -调零弹簧长度；
     M₁-输入电流所产生的电磁力矩；
     M_o-零位弹簧所产生的调零点力矩；
     M_f -反馈弹簧所产生的反馈力矩；
     h  -挡板微小位移；
     P - 气动功率放大器的输出压力；
      L -调节阀的行程

     为了分析的方便，我们假设阀门定位器为线性的，则在一般情况下，各环节均可近似为线性环节，那么系统的方框图如图2所示。

图2 线性化的系统方框图

      K_o-零位弹簧的弹性系数；
     K₄ -反馈弹簧的弹性系数；
     K₁，K₂，K₃，K₅，K₆，K_v -磁电组件、挡板、放大器、量程调整机构、反馈杠杆和调节阀的放大系数

      由图2可知，令：

     K_c=K₂K₃K_v     （1）

     K_F=K₄K₅K₆      （2）

     则L=K_c（K_oH+K₁I）/（1+ K_cK_f）

          =[K_GK₁/（1+K_GK_f）]*I+K_cK_oH/（1+K_cK_f） （3）

     由（3）式可知：K_cK_oH/（1+K_GK_f）为阀门定位器的零点。

     2常用定位器调校方法的分析

      2.1 常用的调校方法

     我们在实际工作中常使用的调校方法的步骤是：

     a.使阀杆位于行程中点，调整定位器与反馈杠杆成90^o角，并将螺钉固定；
     b.将零点、量程分别置于中间位置；
     c.输入4mA.DC信号，使调节阀开始动作，调节零点，使零点达到要求；
     d.输入20mA.DC信号，看其行程是否达到要求，如没达到，则调量程，使其达到要求；
     e.重复c，d两步，使零点和量程均达到要求。

      2.2常用调校方法的原理

     将（1），（2）式代入（3）式得：

     L=K₂K₃K_v（K_oH+K₁I）/（1+K₂K₃K₄K₅K₆K_v）     （4）

     由常用调校法的步骤c和d可知，调零点可改变H，调量程又会影响零点，所以调零点和调量程是相互作用互相影响的。因此，调零点和调量程实际上就是反复凑试调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数，使零点和量程均符合要求的过程。

      2.3常用调校方法的不足

     在通常情况下，调零弹簧工作在线性区域，其长度的变化范围是有限的，而调量程机构其机械位置是受到限制的，因此调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数的值就会受到限制，当调节阀的Kv很大或很小时，用常用的调校方法是不可能将定位器校准的，而这种情况在我们实际工作中是经常遇到的。所以，我们需要用其他方法来调校阀门定位器。

      3 解决方法

     在实际工作中有时会遇到用常用的调校方法不能校准定位器，这是因为：在一般情况下，零位弹簧工作在线性区域，其长度变化范围有限，调量程机构其机械位置受到限制，所以调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数值将会受到限制。此时，如果调一台调节阀的放大系数很大或很小的调节阀，就很难将其定位器校准。即常用的调校法失效了。而由（4）式可知，我们可以调节的参数还有零位弹簧的弹性系数和反馈杠杆的有效长度，由于调零弹簧常在线性区域内工作，所以在这里只讨论通过改变反馈杠杆的有效长度来校验阀门定位器。我们可以将连接在阀杆上的销钉靠近阀门定位器，这样就将反馈杠杆的有效长度缩短，即减小，L增大，行程也增大，反之，可将反馈杠杆的有效长度增长，则其行程减小。因此，将此方法配合常用的调校法可增大行程变化范围，易于阀门定位器的校准。
用调反馈杠杆法来校准阀门定位器的步骤如下：

     a.输入4mA.DC信号，按常用的调零法调零点；
     b.输入20mA.DC信号，按常用调量程法调节量程；
     e.反复进行a，b步；
     d.若零点、量程无法校准，调整阀杆上的销钉以改变反馈杠杆的有效长度，使行程增大或减小，杠杆有效长度缩短，行程增大；反之，行程减小。
     e.反复进行以上步骤，直到零点、量程均达到要求即可。

      4 结语

     当我们使用常用的调校方法校阀失败时，可使用这种调反馈杠杆的方法进行校阀，它是对常用法的补充和完善，若两者结合使用，可使调整范围更大。通过实际的使用证明这种方法是完全可行的。当然阀门在正常使用的量程应选择常用的调校方法，而只有在特殊要求调校时，才选用调反馈杠杆的方法。

      参考文献

     [1]吴勤勤 电动控制仪表及装置.第四版 北京：化学工业出版社，1995
      [2]吴寿松自动控制原理.第3版 北京：国防工业出版社，1998

 

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