電子氣動記錄調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計

滕加莊，李茉莉，叢 毅，楊 帆

(1.吉林化工學(xué)院機電工程學(xué)院，吉林吉林132022;2.中國石油吉林石化公司乙二醇廠，吉林吉林132022;3.吉林化工學(xué)院汽車工程學(xué)院，吉林吉林132022)

調(diào)節(jié)器是自動控制系統(tǒng)最核心的部件，是化工裝置自動化控制的大腦［1］.目前調(diào)節(jié)器的種類比較多，功能各異.此次設(shè)計的調(diào)節(jié)器由自動平衡電子電位計與比例積分微分作用的氣動調(diào)節(jié)器構(gòu)成，綜合了電子調(diào)節(jié)器與氣動調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，具有防爆功能，反應(yīng)快、精度高、易于與其他儀表配套使用，并且能對調(diào)節(jié)過程予以記錄，可用來測量熱電偶的電勢，實現(xiàn)對被測溫度進行自動調(diào)節(jié)，此調(diào)節(jié)器功能豐富，符合當今儀表的發(fā)展趨勢.

1 電子氣動記錄調(diào)節(jié)器組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計

該電子氣動記錄調(diào)節(jié)器使用220 V、50 Hz電源，配用EU/EA和IC熱電偶，調(diào)節(jié)比例度為0～200%，積分時間為0.1～50 min，微分時間為 0.03～10 min，精度為 ±0.5%，靈敏度為 0.15%，全刻度行程平衡時間為5 s，采用手動、自動、平衡和封閉四位控制，輸出壓力為0.02 ～0.10 MPa.

本調(diào)節(jié)器由記錄器和調(diào)節(jié)器組成.

記錄器由滑線測量電阻、量程單元(與滑線電阻組成測量回路)、穩(wěn)壓電源［2］(供給測量回路的可進行溫度補償?shù)闹绷麟娫?、放大器(場效應(yīng)管調(diào)制的低噪聲放大器)、平衡電機(鼠籠式兩相感應(yīng)電機)、指示機構(gòu)(指針由平衡電機帶動，可直接指示被測溫度.如圖1所示)和記錄機構(gòu)(由同步馬達和減速齒輪組成)組成.

圖1 指示機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)節(jié)器組成包括差動連桿機構(gòu)和氣動調(diào)節(jié)器.

差動連桿機構(gòu)將測量值的偏差轉(zhuǎn)換成位移［3］，圖2表示了差動連桿機構(gòu)的工作原理，連桿的位移X與給定指針和記錄指針之間的差值成比例.當給定針與指示針重合時，兩連桿平行.

圖2 差動連桿機構(gòu)圖

氣動調(diào)節(jié)器由風(fēng)箱組件［4］(微分時間與積分時間由反饋風(fēng)箱組件來調(diào)整)、噴嘴--擋板和放大器(噴嘴--擋板組件將偏差中的位移轉(zhuǎn)換成壓力，由放大器進行功率和壓力放大作為輸出)、內(nèi)部減壓閥(在“M”時調(diào)節(jié)輸出壓力)和切換開關(guān)盒雙針壓力指示器構(gòu)成.

切換開關(guān)用來進行自動、手動切換，有四個位置:自動、平衡、手動和封閉.當切換開關(guān)放在“封閉”(SEAL)位置時，調(diào)節(jié)器可以拆下來修理而不必停表，這時可用手動調(diào)節(jié).在“SEAL”(封閉)位置上，調(diào)節(jié)器與輸出之間的氣路被切斷.在“M”(手動)位置時，擋板蓋上噴嘴，輸出通過手動調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)［5］，其輸出進入調(diào)節(jié)器和輸出管線，以便可以無擾動地切換到“B”(平衡)或“AUT”(自動)位置.在“AUT”自動位置時，紅針由內(nèi)部減壓閥打開指示供氣壓力，黑針為調(diào)節(jié)器輸出壓力［6］.

調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)總圖如圖3所示.

圖3 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)總圖

2 調(diào)節(jié)器工作原理

此調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)原理是按位移平衡原理進行工作的［7］，其方框圖如4所示.

圖4 調(diào)節(jié)器原理方框圖

當測量與給定有偏差時，差動連桿產(chǎn)生位移，通過連桿改變了噴嘴--擋板的位置，從而改變了放大器的背壓，使之輸出壓力改變［8］，輸出壓力分為三路:一路輸出到執(zhí)行機構(gòu);一路輸出到風(fēng)箱組件的內(nèi)側(cè)，使之產(chǎn)生負反饋，使輸出壓力與偏差成比例變化;另一路通過微分阻抗作用在風(fēng)箱組件的中層風(fēng)箱，產(chǎn)生延遲負反饋，使輸出壓力按偏差變化的速度而變化.改變阻抗(氣阻和氣容)即可改變微分作用的大小，也就改變了微分時間［9］.輸出壓力通過微分阻抗后經(jīng)積分阻抗(由氣阻和氣容組成)到風(fēng)箱組件的外側(cè)，產(chǎn)生正反饋，從而達到消除殘余偏差的目的.在平衡時，差動連桿無位移，風(fēng)箱組件的內(nèi)、中、外側(cè)的壓力均相等，輸出壓力穩(wěn)定在一個數(shù)值，給定指針與測量指針重合［10］.

調(diào)節(jié)的正反作用通過插入“T”型調(diào)節(jié)桿銷釘?shù)奈恢脕韺崿F(xiàn)的.此“T”型調(diào)節(jié)桿由差動連桿所帶動.

3 結(jié) 論

對此電子氣動記錄調(diào)節(jié)器進行相關(guān)校驗并在某化工企業(yè)實際生產(chǎn)中投入使用，整體控制效果非常明顯，使用過程中發(fā)現(xiàn)原有的控制問題得到有效的改善，控制精度和靈敏度得到一定的提高，從而提高了工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量.

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