调节阀基础知识

调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件，阀芯在阀体内移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而达到调节被测介质的流量，控制工艺参数的目的。这些工艺参数包括压力、温度、液位及流量。

阀芯形式分直行程和角行程两类。直行程阀芯通过直线运动来改变与阀座之间的流通面积；角行程阀芯通过旋转运动来改变与阀座间的流通面积。

调节阀分类：

气动调节阀：气动调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电/气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件驱动阀门，（阀芯阀座相对移动）来实现开关量或比例式调节，接收控制信号：4-20mA电流信号并将电信号转变为压力信号（由定位器完成或电磁阀完成）来调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。

气动调节阀优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜且防火防爆。缺点：响应时间大、信号不适于远传。

气动薄膜式执行机构：

电动调节阀：电动执行机构接收4—20mA电流信号，通过电机的正反转驱使阀芯阀杆产生相对位移（直行程、角行程）来改变阀芯和阀座之间的截面积大小，控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。

电动调节阀优点：动作快、适合远距离传送；节能（只在工作时才消耗电），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。缺点：结构复杂、推力小、价格贵，适用于防爆要求不太高及缺乏气源的场合。

气动调节阀分类：

1、按调节阀动作方式（阀芯运动轨迹）分类：

a.直行程调节阀；b.角行程调节阀。

2、按调节阀调节方式分类：

a.调节阀(调节切断阀)带定位器；

b.切断阀。

执行器组成：

执行器按其能源形式，分为气动、电动、液动三类。气动执行器由气动执行机构和调节机构（通常称调节阀）两部分组成。

在某些特殊场合，还需要配置一些辅助装置如：阀门定位器和手轮机构。阀门定位器可提高调节质量，改善执行器的性能。手轮机构可以在调节系统因停电、停气、调节器无输出或执行机头薄膜损坏失灵时由人直接操作，保证生产的正常运行。

薄膜式执行机构的输出特性是成比例式的，即输出位移和输入气压信号成正比关系。当信号压力输入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧，当弹簧的反作用力与信号在薄膜上产生的推力平衡时，推杆就稳定在一个平衡位置。信号压力越大，推杆位移量就越大，推杆的位移就是执行机构的直线位移，也称行程。

执行器的作用方式：

正作用执行机构是指信号压力增加时推杆向下移动；

反作用执行机构是指信号压力增加时推杆向上移动；

调节阀正装是指阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积减小；

调节阀反装是指阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积增大。

正作用执行机构和正装调节阀组成气关式执行器（正作用）。

反作用执行机构和正装调节阀组成气开式执行器（反作用）。

正作用执行机构和反装调节阀组成气开式执行器（反作用）。

正作用执行机构和正装调节阀组成气关式执行器（正作用）。

气开/气关作用方式的选择主要依据是保护人员及设备的安全。在正常生产流程中的调节阀一般选择气开，在故障时关闭，防止溢油；放空及排海等选择气关，在故障时开启泄压。

专业术语：

被控对象：需要实现控制的设备、机器或生产过程。

被控变量：对象内要求保持设定值（接近恒定值或按预定规律变化）的工艺参数。

操纵变量：受控制器调节，用以使被控变量保持设定值的物理量或能量。

干扰（扰动）：除操纵变量外，作用于对象并能引起被控变量变化的因素。负荷变化就是一种典型的扰动。

设定值：被控变量的目标值（预定值）。

偏差：理论上应该是被控变量的设定值与实际值之差。但是能够直接获取的是被控变量的测量值信号而不是实际值，因此通常把设定值与测量值之差称作偏差。

闭环控制系统：

闭环控制系统的过渡过程及其品质指标：

过渡过程：一个控制系统在外界干扰或给定干扰作用下，从原有稳定状态过渡到新的稳定状态的整个过程，称为控制系统的过渡过程。它是衡量控制系统品质优劣的重要依据。

衡量控制系统好坏常采用以下几个指标：

1.衰减比：它是表征系统受到干扰后，被控变量衰减程度的指标。其值为前后两个相邻峰值之必，即图中的B1/B2，一般希望它在4:1到5:1之间。

2.余差：它是指控制系统受到干扰后，过渡过程结束时被控变量的残余偏差，即图中的C。C值也就是被控变量在扰动后的稳态值与设定值之差。控制系统的余差要满足工艺要求，有的控制系统工艺上不允许有余差，即C=0。

3.最大偏差：它表示被控变量偏离给定值的最大程度。对于一个衰减的过渡过程，最大偏差就是第一个波的峰值，即图中的A值。A值就是被控变量所产生的最大动态偏差。

4.过渡过程时间：又称调节时间，它表示从干扰产生的时刻起，直至被控变量建立起新的平衡状态为止的这一段时间，图中以Ts表示。过渡过程时间越短越好。

5.振荡周期：被控变量相邻两个波峰之间的时间叫振荡周期，图中以T来表示。在衰减比相同的条件下，周期与过渡时间成正比。因此一般希望周期也是越短越好。

一个控制系统的过渡过程：

调节规律：调节器的输出信号随输入信号变化的规律。

比例 P 特点是动偏差小，有余差存在。值越大，余差越大，但系统越容易达到稳定。值越小，系统越容易振荡。

积分 I 特点是余差可被消除，但动偏差大，调节过程长。值越小，积分作用越明显，但过渡过程振荡剧烈，稳定程度下降。

微分 D 是根据偏差变化趋势而动作的，只要偏差一变化就提前采取动作，，因此叫超前作用。它只有在输入变化时，调节器才有输出，因此它不能作为一个独立的调节器使用。它主要使用在温度调节方面，利用温度微小的变化便进行相应调节，以应对温度调节的滞后性。值越大，超前时间越长。

比例作用可以加快控制过程，减少动偏差，缩短调节时间过程时间；积分作用可消除静偏差，克服余差；微分作用能抑制偏差的增长，减小动偏差。三作用调节规律只要适当的整定比例范围，积分和微分时间三个参数，可以得到较为满意的调节质量。但三作用调节器不是万能的，一些很简单的系统，例如用比例调节规律可以得到满意的调节质量的液位系统，用上三作用调节规律后，不仅系统复杂，投资增大，而且现场整定困难，整定不好反而容易使液位波动。因此，实际使用时，应按具体情况来选取仪表，切忌用三作用调节器代替一切！

气动调节阀分类：

气动执行机构按结构分类：

a.气动薄膜（单、多弹簧）执行机构：输出直线位移。

b.气动活塞（有、无弹簧）执行机构：输出直线位移或角位移。