| SAMSON電/氣閥門定位器原理及功能 |
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閥門定位器伴隨著控制閥的應用已有幾十年的歷史了，由于閥門定位器的出現，使控制閥的控制度、抗干擾能力、響應時間、流量特性等得到了大大地改善，現在幾乎所有的控制閥都使用了閥門定位器，它已經成為控制閥*的搭檔，在自控元件中起著越來越重要的角色。本文主要介紹SAMSON 閥門定位器的工作原理和功能，通過列舉模擬和數字閥門定位器，使大家能夠比較全面地掌握閥門定位器，其目的是為了我們更地理解和應用閥門定位器。
雖然閥門定位器由Z初的氣/氣閥門定位器、電/氣閥門定位器發展到現在的數字閥門定位器、區域總線閥門定位器，但它們的基本原理和主要功能都沒有大的改變。 SAMSON的閥門定位器也跟隨著控制技術的發展，經歷了由氣動、電動、數字、發展到現在的區域總線閥門定位器。在世界同類產品中，SAMSON 的閥門定位器以它的結構緊湊、耗氣量低、工作、定位器中可選附加功能多等勢得到了大家廣泛的評。
為了便于大家討論，我們先復習一下定位器中的基本自控元件。
定位器中基本自控元件介紹--電/氣轉換器原理
隨著儀表技術的發展，氣動儀表領域已逐步被電動儀表和計算機控制所占領，現在只有在一些特殊的場合還在使用氣動儀表，作為儀表中的閥門附件“定位器"也由原來的氣動閥門（P/P）定位器逐步由電/氣（E/P）閥門定位器所代替。
那么在電/氣閥門定位器中輸入的電信號是如何轉換成氣信號的呢？我們以SAMSON 6111 型電/氣轉換器為例介紹一下它的工作原理見圖1：
圖1 Function Diagram of 6111
圖1A Type 4763 氣動功率放大器（8）在設計時；選用合適的彈簧力（8.2），使當輸入信號為0 mA 時保持輸出PA 在100mbar ，這樣輸出的壓力通過恒節流孔（8.4）使噴嘴（7）內有一定的背壓。
當輸入的信號增加時；通電的線圈（2）切割*磁鐵（3）的磁力線，產生向上的力→擋板（6）靠近噴嘴（7）使背壓（PK）增加→膜片（8.3）↓→打開閥芯（8.5）→輸出PA↑。
當輸入信號減少時；擋板（6）離開噴嘴（7）→背壓（PK）減少→輸出壓力（PA）作用下膜片（8.3）↑→閥芯（8.5）關死→輸出壓力通過閥芯（8.5）釋放。
當PA 同PK 平衡時輸出壓力保持不變；這時電信號在線圈（2）中產生的力也同背壓（PK）取得平衡。
這樣輸入的電信號就轉換成氣信號了。
定位器的組成
以SAMSON 的4763 電/氣閥門定位器（圖1A）為例，定位器主要組成部分見圖2。
圖2
1.反饋桿（1） 2.反饋彈簧（6） 3.反饋風箱（7） 4. 氣動功率放大器（7下部） 5. 電/氣轉換器（21） 定位器工作原理
1. 模擬定位器
我們還是以SAMSON的4763定位器為例（參考圖3）。我們設：調節閥為FC（氣開）；定位器為正作用
圖3 A）閥位根據輸入信號成比例動作
輸入信號↑→Pe 點氣壓↑→反饋風箱中連桿（9）向左動作→壓緊彈簧（6），擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出風壓↑→閥桿（對于氣開閥）↑→壓緊彈簧（6）→ 反饋風箱中連桿（9）向右動作→擋板（10.2）離開噴嘴（10.1）→輸出氣壓（Pst）↓。當反饋彈簧的力與反饋風箱的力平衡時，閥位保持與輸入信號對應的位置。
B）定位
當輸入信號不變時：由于條件變化導致閥桿↑→壓緊執行器彈簧→壓緊彈簧（6）→反饋風箱中連桿（9）向右動作→擋板（10.2）離開噴嘴（10.1）→輸出氣壓↓→由執行器向下的彈簧力使閥位回到原來的地方。
由于條件變化導致閥桿↓→放松執行器彈簧→放松彈簧（6）→反饋風箱中連桿（9）向左動作→擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出氣壓↑→使執行器向上運動使閥位回到原來的地方。
2.數字閥門定位器
數字閥門定位器與模擬閥門定位器的主要區別是：偏差計算、反饋信號處理、輸入/輸出信號處理等采用了數字集成電路和微處理器進行處理。
以SAMSON TYPE 3780為例，參考圖4和圖5：
圖4 3780 Positinoer
圖5 Function Diagram of 3780 定位器的輸入模擬信號經A/D轉換后至微處理器（2）；閥門的變化信號經過位置感應傳感器（5）和A/D轉換也同時到達微處理器。微處理器根據輸入信號和閥位信號的偏差經過計算和輸出控制信號使供氣電磁閥3和排氣電磁閥4工作，使閥位與輸入信號相對應。通信用的HART信號是經過解調器（1）后至微處理器。
3.HART 定位器
HART定位器同模擬定位器的主要區別是：
1）定位器在接收4~20mA 模擬信號的同時，還可接收到在4~20mA 模擬信號上疊加的一個帶有HART 傳輸協議的交流信號。2）模擬的4~20mA 信號用于控制閥位，定位器可以用模擬信號發生器進行閥位調校。3）HART 信號主要用于定位器的設定和組態以及閥門的故障診斷（取決于定位器功能）。
4.PROFIBUS 和Fieldbus 定位器
主要特點是：
1）信號的傳輸是通過 PROFIBUS 或Fieldbus 協議的區域總線進行的。2）定位器不能直接接受4~20mA 的模擬信號。3）定位器中含有符合相關協議的輸入，輸出及PID 控制模塊。4）檢查和調校定位器；必須用能與定位器進行通訊和含有應用軟件的設備進行。
定位器的基本功能
1. 比例動作和定位作用
比例動作：根據輸入的信號，使閥門的閥位與輸入信號相對應。定位作用：當輸入信號固定時，閥位不受條件的變化而變化。
2. 功率放大
針對氣動輸入信號而言，定位器可將輸入的氣信號；通過定位器中的氣動功率放大器進行放大，使微小的信號就可以控制閥門動作。
3. 提閥門的控制度
由于定位器是根據輸入信號與閥門位置的偏差對輸出信號進行調整的，一旦輸入信號與閥門位置有偏差，定位器將自動調整輸出信號以改變閥位，直到閥位與輸入信號相對應為止，這樣大大提了閥門的控制度。
4. 克服摩擦力
由于定位器本身的定位閉環控制，當摩擦力變化時（指閥桿的填料、執行器的密封等部分的摩擦力）；定位器可以根據由摩擦力造成的位置偏差，自動增加或減少輸出到執行器的壓力，以克服摩擦力對閥門開度造成的影響。
5. 改變作用方式
通過定位器我們可以改變閥門的作用方式。
6.改變閥門特性曲線
閥門的流量特性，除了在閥門制造時通過改變閥芯/座的形狀來實現外；我們還可以在定位器中，通過改變反饋量（模擬定位器）和設定參數（數字定位器）來改變閥門的流量特性。SAMSON 定位器中只有數字定位器（3730-2/3，3780，3785，3787）和在角行程應用時的3767模擬定位器；可以通過定位器改變閥門的流量特性。用定位器改變閥門流量特性的實質是：通過改變定位器輸入信號和閥位的關系來改變閥門的開度，實現不同的閥門流量特性。我們看一下通過閥芯形狀實現等百分比特性和通過定位器實現等百分比特性有何不同呢？
當利用閥芯形狀改變調節閥的流量特性時，無論線性和等百分比特性的閥門，它們的開度（行程指示牌）同輸入的信號是相對應的。（但實際閥門內部的開度是不同的）而通過定位器實現等百分比特性的閥門開度；相對線性特性而言，其輸入信號同閥位的關系有明顯的不同，而且它們關系與閥門的結構和類型以及閥門固有的流量特性有關。如果閥門的固有流量特性是線性特性，我們就可以利用定位器很方便地改變它們的特性，反之我們要慎重行事。
7.信號轉換/分程控制
我們可以通過定位器實現電/氣轉換，也可以利用定位器來實現閥門的分程控制。
8. 閥門故障診斷（數字定位器）
在數字定位器中，我們可以利用定位器實現對閥門的故障進行診斷。
9. 整合其它功能（回訊開關，電磁閥，位置變送器等）
利用定位器我們可以將：回訊開關，電磁閥，位置變送器等整合在一起，這樣可使閥門的附件之間的連接更加緊湊和，同時也可提定位器的性能價格比。
定位器分類
SAMSON 閥門定位器有多種類型和功能，我們按主要類型歸納如下：
1.氣動閥門定位器
氣動閥門定位器有：Type 3760，4765，3766，3761。
2.電/氣閥門定位器
模擬定位器有：Type 3730-1，3760，3761，3766，4763；數字定位器有：Type 3730-2，3730-3（HART），3780（HART），3785（PROFIBUS），3787（Fieldbus）。
3.電動閥門定位器
模擬電動閥門定位器：已經整合在3274，5824 等電動執行器中。
結束語
由于定位器在閥門使用中起著舉足輕重的作用，如何在實際應用中選用定位器，對閥門的性能價格比，過程控制的穩定性有很大關系，我們只有充分理解和了解定位器，才能充分發揮它的作用。 |
