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气动单元组合仪表

[拼音]:qidong danyuan zuhe yibiao

[外文]:pneumatic modular system for automatic control

由若干种具有独立功能的标准单元组成的一套气动调节仪表,汉语拼音缩写为QDZ。它用压缩空气作为能源。标准单元是按仪表在自动控制系统和自动调节系统中的作用划分的,各单元间使用统一标准的(20~100千帕)气压信号。这些单元经过不同的组合,可构成不同复杂程度的各种自动检测系统和自动调节系统。气动单元组合仪表广泛应用于各种工业生产自动化过程,特别适宜用在易燃、易爆的场合,还常通过转换单元与电动单元组合仪表联用。

发展状况

以压缩空气作为能源的气动仪表已有较长的历史。19世纪末出现气动薄膜调节阀。20世纪初有了指示、纪录型的调节仪表,当时采用大型圆图记录方式,可进行两位调节和比例调节,30年代又增加了积分、微分调节作用,并研制出气动传感器,使简单的基地式仪表的功能进一步完善,主要应用于调节热工生产过程的工艺参数(如温度、压力、流量、液位等),曾称为热工调节仪表。40年代末出现了尺寸为6×6英寸的指示调节仪表,并带有自动-手动切换机构,将整套的基地式仪表按功能划分成若干独立工作的单元。60年代出现了条型、密集安装、具有偏差指示、可与计算机联用的各种新型气动单元组合仪表,外形尺寸与电动单元组合仪表趋向统一。70年代气动单元组合仪表广泛采用集成气路、矢量机构等新型部件,技术性能大为提高。中国在60年代研制的气动单元组合仪表经历了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的发展过程,在工业生产中得到了广泛的应用。

组成

气动单元组合仪表主要由 7类具有独立功能的单元组成(图1)。

(1)变送单元 又称变送器。它将各种生产过程中被测量参数(如温度、压力、流量、物位等)转换成标准压力信号(20~100千帕),传送给其他单元。下表列出常用的气动变送器品种。

(2)调节单元 根据被调量与给定值的偏差,按一定调节规律运算(如比例、积分、微分或它们的组合等),输出一个调节信号给执行器,实现系统的自动调节。常用的调节器有比例调节器、微分调节器、积分调节器、比例积分调节器和PID调节器。

(3)显示单元 用于指示、记录或累积计算被测参数、给定值、调节器输出或阀门位置信号等。带有调节单元的显示单元具有控制中心的作用。有的显示单元具有报警功能。

(4)计算单元 对几个标准的信号进行加、减、乘、除、开方等数学运算,常用于被测参数综合计算和按计算值调节的系统中。

(5)定值单元 输出一个固定的或按时间程序变化的给定值给调节单元,实现系统的定值调节和程序调节。

(6)辅助单元 配合其他单元完成信号远距离传送,实现信号选择、限幅、切换和手动操作等辅助功能,能增加整套气动单元组合仪表的灵活性。

(7)转换单元 将电动调节仪表的标准信号(0~10毫安或4~20毫安)转换为气动仪表的标准信号,以组成电动、气动仪表混合使用的调节系统(见电动单元组合仪表)。

喷嘴-档板机构

用于测量微小位移的气动部件,在气动单元组合仪表的各类单元中均有采用。它由恒节流孔、喷嘴和档板组成(图2)。压力为P0的压缩空气经过恒节流孔,通过喷嘴流入大气,改变档板与喷嘴之间的距离s,能改变环室的输出压力P1(P1称为背压)。s一般在0.007毫米内变化,可获得20~100千帕的P1值。因此大多数气动仪表都采用喷嘴档板机构作为微小位移的检测机构。在液压伺服机构中它也有广泛的应用。

气动放大器

它对输入的气压信号进行压力和功率放大;是变送单元和转换单元的重要部件,也是一般气动仪表的重要部件,常与喷嘴-档板机构连用,将喷嘴的背压放大,作为仪表的输出信号或仪表内部信号。图3是变送单元使用的放大器原理图。喷嘴和档板间的距离改变引起背压P1改变,推动膜片和阀杆移动,改变C室锥阀和A室球阀的开度。A室的空气一部分进入B室作为输出信号,另一部分通过锥阀进入C室排入大气。输出信号的大小决定于两个阀的开度,即与输入信号 P1成比例。放大倍数一般为6~30。锥阀一般不关死,工作时一直有气流排入大气,称为泄气型放大器。调节单元常使用另一种不泄气的放大器。

特点

气动单元组合仪表的优点是:

(1)利用力平衡原理(见力平衡式传感器),精度高,工作可靠。

(2)按组合原理设计,在构成系统时有较大灵活性和通用性。

(3)采用压缩空气作能源,能直接驱动气动执行器,工作平稳,具有防爆、防火、防核辐射等性能。

(4)气路简单,价格低廉。气动单元组合仪表的缺点是:气源需要除油、除水、除尘的净化装置;信号传送速度慢;最大传送距离只有300米;与计算机连用不方便。

参考书目
  1. 施仁等编:《工业自动化仪表与过程控制》,电子工业出版社北京,1984。

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