执行机构－定位器的设计

日期：2024-04-25 17:45

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摘要：

执行机构和定位器的设计必须一起考虑。这两个设备的组合会在很大程度上影响调节阀（控制阀）组件的静态性能（死区）和动态响应、以及阀门这个仪表的总的空气消耗量。今天，定位器用于大部分指定的调节阀（控制阀）应用场合。与普通的数字式控制系统一起使用时，定位器可以提供很高的定位精度以及对过程干扰的更加快速的响应。随着人们越来越把重点放在过程控制的经济效果上，在过程优化重要的每一个阀门应用场合都应该考虑使用定位器。

一个好的定位器在降低过程偏差度方面的*重要特性是它是一个高增益装置。定位器的增益由两部分组成：静态增益和动态增益。静态增益是一个装置能感测到输入信号的微小改变（0.125%或更小）的敏感性。除非这个装置对这些小信号改变敏感，否则它不可能对过程变量的干扰作出响应。定位器的高静态增益是通过一个前置放大器而取得的。这个放大器在功能上类似于包含在高保真音响系统里的前置放大器。在很多气动定位器里，一个喷嘴－档板或类似装置具有与这种高静态增益前置放大器一样的作用。

一旦过程变量的改变被高静态增益前置放大器所感测到，定位器必须能使得截流元件快速地运动，以提供一个对于过程变量的及时的纠正动作。这需要很大的动力来使得执行机构和阀门组件快速地运动到一个新的位置。换言之，定位器必须迅速提供大量的空气给执行机构以使得它作出快速的响应。这种能力来自定位器的高动态增益。尽管前置放大器能够提供高静态增益，但是它典型地没有足够的能力来提供所需要的动力。这样，前置放大器的功能必须通过一个高动态增益动力放大器来进行补偿。而这个高动态增益动力放大器能够根据需要快速地提供要求的空气流量。这种动力放大器的功能一般是由一个放大器或滑阀提供的。

滑阀定位器由于其简单性而相对比较常用。不幸的是，很多滑阀定位器是通过在设计时取消高增益前置放大器而取得这种简单性的。这些定位器的输入阶段通常是一个低静态增益转换器模块。这个转换器模块把输入信号（电气或气动）转换成滑阀的移动，但是这种装置通常对于小信号改变的敏感性很低。其结果是很大的时滞时间和很慢的调节阀（控制阀）组件总体响应时间。有些制造商试图通过使用口径较大且通道重叠较少的滑阀来补偿这些装置较差的性能。这的确增加了装置的动态动力增益。如果与执行机构非常匹配，这个方**在一定程度上改善性能，但是它大大地增加了这些高增益滑阀的空气消耗量。很多高增益滑阀定位器比典型的高性能二级定位器有大于5倍的静态仪表空气消耗量。典型的二级定位器在动力放大阶段使用气动放大器。放大器受到偏爱，因为它们能提供高动力增益。这种高动力增益用*小的稳态空气消耗量产生*好的动态性能。另外，它们不易受到流体污染。

随着微处理器装置越来越普及（见第4章），定位器的设计正在发生巨大的变化。这些基于微处理器的定位器提供与*好的普通二级定位器一样的动态性能。它们也提供阀门监视和诊断能力，有助于确保*初的优良性能不会随着使用而下降。概括地说，同时具有高静态和高动态增益的高性能定位器能为任何一个给定的阀门组件提供降低过程偏差度方面的*佳总体性能。

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