测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-9-操纵装置-参考译文及练习答案

1、 39 UNIT 9 操纵装置操纵装置 参考译文参考译文: 9.1 终端终端控制单元控制单元 控制器与它所控制的过程有两个接口，一个是控制器的输入，另一个是控制器的输出。 传感器和信号调节器处理输入端。各种类型的开关元件、执行机构、控制阀、加热器、电动 马达处理输出端。在过程控制系统中，它们是终端操作系统的基本组成部分。 开关组件开关组件。开关是电路的连接或断开设备，开关动作可由执行器机械地实现，通过螺线 管按机电方式实现，或由固态器件以电子方式实现。在控制系统中，这三种实现开关操作方 法都得到了应用。开关组件用于打开电动马达和加热元件，感测物体的存在，调节电动马达 的速度，启动气动或液压缸的电磁控制阀，以及发起顺序控制系统的动作。 顺序控制系统以规定的方式执行的一组操作。 自动洗衣机是我们熟知的顺序控制系统实 例。洗衣缸填充、衣物洗涤、洗衣缸排水、衣物漂洗和甩干完全由开关控制。 电动马达电动马达。 电动马达通常用作控制系统的操纵设备。 步进电机和伺服电机提供机器人手 臂和数控机床的“肌肉”。 可调速驱动器为泵和鼓风机提供有效控制。 电动马达用于邮件分类、 食品包装、塑料薄膜制造和谷物

2、粉碎。 电加热元件电加热元件。电加热元件将电能转换成热能。作为能量转换器，电加热器是 100%有效 的，所有的电能被转化为热能。然而，一些热能散失到周围环境中，导致传递到产品的热能 不到 100%。 为满足不同的供热需求， 电加热器的大小和形状各异。 电炉燃烧器是一个电加热元件实 例。工业加热器以下列形式表现出来：盘形、带形、条形、线形、辐射形、伸缩形、陶瓷纤 维形加热器，以及各种过程加热器配件。 控制阀门控制阀门。 每个关于过程控制的文本都需要有控制阀部分。 控制阀毕竟是控制系统的重 要组成部分。现在的问题是，“关于控制阀需要说些什么呢?” 在大多数应用中，控制阀属于经典控制回路的终端元件（final element） ，它为将控制器 的输出转化到过程提供必要的动力，可以是双位（开关）或比例（节流调节）过程。 在典型控制回路（传感器、控制器和阀门）的三个基本组成部分中，阀门的工作条件最 苛刻，也最少被理解。对于复杂情况，阀门是最昂贵的，也最易出现不正确的选择。 控制阀的成功安装既需要知识，也需要经验。首先应该收集信息（阀门必须符合或超过 行业规范） ，然后再选择合适的阀门。 阀门的选

3、择基于以下几点： 工艺要求：进口压力和流经阀门的差压、最大和最小流量、流动情况下的温度和阀门关 闭程度。 处理最大设计流量（比如说在 75全开）的正确阀门尺寸；然而，设计人员必须避免 尺寸大小过度，因为它们不利于阀门的运行。通常情况下，运行过程中的开度不应低于 10或高于 90。 合适的阀门流动特性，与工艺要求（即线性、等百分比或快开）相匹配。 故障安全模式（空气和/或信号故障） 。故障关闭阀有一个弹簧，它能在空气失效时关闭 故障阀门；故障开启阀的弹簧会在在空气失效时打开阀门（见图 9-1） 。 正确选择阀体类型（即球形、浮球形等）及配件；例如，对于有毒的或对环境有害的应 用，可能需要波纹管密封件。 正确安装通常是指供应商的建议。 阀体是典型控制阀的主要组件，根据它们的运动方式，阀体总被分为两类。线性阀包括 40 球形阀（包括三通阀和角阀） 、闸阀、膜片阀和夹管阀。旋转阀包括浮球阀、蝶形阀和旋塞 阀。 控制阀线连接可用在各种配置中，它们可能是法兰连接、螺纹连接或焊接。大多数应用 中通常使用法兰连接， 在旋转阀或法兰之间夹紧的阀不可接受的情况下， 法兰连接也用于存 在毒性的任务。螺纹连接

4、一般适合于 1 英寸（25.4 毫米）之下的小尺寸应用。焊接连接通常 用于剧毒、高压、易燃材料，以及其它一些特殊应用。 液压和气动执行器液压和气动执行器。 执行器是每个控制回路的重要组成部分， 它们提供定位终端控制元 件所需的动力。 液压和气动执行器经常为定位终端控制元件提供最经济和无故障的方法。 液 压执行器用于速度慢、需要精确定位的地方，或者用于必须移动重物的地方。液压执行器运 行时的压力比气动执行器高， 可由一个给定大小的缸或马达提供更大的力量。 气动执行器用 于负载较轻、拥有空气、且需要快速响应的地方。气动执行器比液压执行器便宜，而且它们 有能力更快地移动。液压泵所能提供的最大流速限制了液压执行器的速度。 9.2 电机速度控制电机速度控制 通过变化输入直流电机的平均功率进行的速度控制能由脉冲调宽线路实现，这种线路 在“开”和“关”状态间切换，控制开启时间百分比。在交流系统中，则采用相位控制，控 制可控硅整流器（SCR）或同类器件控制极触发信号和电源电压间的相位关系，即每个周期 中导通的百分比得到控制。在直流电路中，采用转换开关，脉冲调宽等线路，它们由不变重 复率，可变延迟时间的

5、开关脉冲控制，从而实现每个周期中开启时间的调节。类似的结果也 采用延迟时间不变，可变重复率的开关脉冲获得。这样，就产生了开启时间固定，关闭时间 可变的输出。 由于交流电使用方便，相位控制是调节交流电压最方便的方法，相位控制被用来控制 大量的不同的电机， 但大多数采用该方法控制的电机设计时并未考虑这一点。 采用这种方法 是由于它们实用或价格低。 控制电路的简单程度常取决于电机的特性， 电机选择不适当将引 起电路工作失灵。 即使最好的控制电路也仅仅是整个系统的一部分， 它的效果不会超过整个 系统设计指标。 大多数电机都有建立在以单一速度工作基础上的额定值。这个速度也决定了电机能较 好的冷却，如试图使电机工作于较低的速度，会引起发热问题。 在相位控制波形中奇数阶谐波的出现会在感应式电机中产生副作用。某种感应式电机 的速度转矩特性可能使它难以用于可变电压控制系统。对于通用系列（串激）电机的一些 控制取决于电机磁结构中的剩磁，这是一种电机出售商力图弱化的特性。 正确采用相位控制电路的电机具有多种用途。在一个鼓风炉温度补偿控制系统，不再 需要各种不同大小，不同速度的电机，用这种控制方法，只要采用一

6、台电机，就可实现不同 设备不同要求条件下的补偿控制。这样，电机的最大速度由控制方法建立，电机过电压能力 设计不再需要，从而给电机设计带来便利。 41 采用改变输入平均功率的方法控制电机速度的缺点之一是，当降低输入功率减速时， 输入的转矩也随之下降。 这种缺点可采用引入反馈信号， 和电机的负载成正比地提前触发角 的方法进行克服，这样，当需要更多的转矩时，提供给电机更大的功率。 为了使电路能控制电机的速度，必须测量电机的速度，电刷式电机得到这种信息的方 法是观察控制可控硅关闭时由电机产生的反向电动势。 对并联它激式电机和永磁电机， 这个 电动势直接正比于速度，对系列（串激）电机，这时磁场并没建立，剩磁会提供线路使用的 反向电动势。 剩磁是电机电流过去状况的函数， 所以电路测得的电压不是速度的单值的函数。 电刷噪声对电路工作时的干扰也应考虑。 9.3 热系统控制模式热系统控制模式 为了实现正常运行，一个热系统必须有一个主要能量源、传输路径、控制、负载，也可 能包括一个或多个指示器。您可能还记得，这些部分是所有功能系统的基本元素。为把这类 系统与其它系统区别开来，需要进一步进行分类。一般来说，

7、热过程系统被定义为任何以某 种方式对温度变化做出响应的系统。这些系统可能产生热量，以产生成型或形成操作，或对 用于控制另一个过程的温度变化做出响应。 这里， 我们主要关心可施加到任何应用的热系统 控制问题，而不管系统的大小或复杂性。 热系统的控制功能， 改变了主要能量源和负载设备之间 的热量流动路径。 此项操作通常由称为控制器的具体设备负 责，这些设备试图将系统温度维持在所需的水平上。双位控 制和比例控制是最常用的控制方法， 双位控制会形成打开和 关闭两种状态，比例控制不会导致温度产生显著的变化。系 统控制器通过感知温度输出值和设定值之间对准程度的变 化来做出相应的响应。 被操纵的能量的基本性质对热系统的 控制功能有所限制。 控制模式从本质上描述了控制器调整系统温度的方法， 这种方法能将温度恢复到所需的水平。在实践中，热系统采 用双位模式（开关）或比例控制。在双位操作模式中，当负 载温度已超过设定值，能量源被简单地关闭。而后，当负载的温度下降到低于设定值时，再 接通能量源，以使温度返回所需的水平。图 9-2 显示了双位控制器的典型温度响应。如图所 示，这种控制模式存在很大的过冲-下冲（

8、overshoot-undershoot）振荡。 Fig. 9-3 Time-rate temperature controlFig. 9-4 Phase-angle temperature control 100% 75% 50% 25% 12.5% 12.5% 25% 50% 75% 100% 67.5% 比例控制模式提供了一种可变温度调节手段，降低了两位操作模式的过冲-下冲问题。 在电热系统中，通过改变施加到加热元件源的电量，就能较简单地实现比例控制。一种类型 的比例控制被称为时间比率控制（time rate control） 。这个过程是通过调节在给定时间段内 施加到加热元件源的电力周期数来实现（见图 9-3） 。采用这种控制的系统，产生的电气干 Fig. 9-2 Response of a two- position controller t Temperture +4 +2 -2 -4 0 Controller operating differential (4) t Heat ON OFF OFF intervalON interval 42 扰水平很低， 这是因为电力是

9、在零点开启和关闭。 一些控制器制造商称这种类型的控制为零 电压切换。 实现电力比例控制另一种方法是采用相角触发原理（phase angle firing principle） 。在这 种方法中，一个三端双向可控硅开关元件（triac）或双可控硅（dual SCRs）用于为系统加热 元件接通电力，接通时间只是电力周期的一部分（见图 9-4） 。通常，相角触发在交流电源 线上产生一些比较明显的瞬态尖峰。 采用这种控制的系统必须有某种形式的瞬态尖峰抑制能 力。 比例控制除了可用于电气控制过程外，也可用于充填式系统（filled system） 。传感器输 出的变化可以用来改变电位器的滑臂。通过该动作，电动阀可以调节到不同的温度水平。通 过这种控制过程， 阀门位置可在封闭和 100%开放之间任意改变， 完全取决于设定点的偏差。 图 9-5 显示一个高度简化的开-关温度控制器电路。热敏电阻（Fenwal Ka31J1）被用于 桥接电路。 对电桥进行平衡相当于调整电路的设定点到某个所需的温度。 热敏电阻温度的改 变会导致桥路失去平衡，运放的输入端产生相应的电压变化。然后，该电压被放大并被施加 到负载设备上。如果负载，如加热元件，由继电器或可控硅控制，可以实现开-关控制。当 功率晶体管或集成电路被用于改变负载的导通时，可实现某种程度的变化，这种情况下，允 许使用比例或 PID 控制。 练习答案练习答案: 1. Answer the following questions. (1) What is the final operating element? List several different elements covered in this text. A interface between a controller and the process it controls. Various types of switching elements， actuators， control valves， heaters， and electric motors are essential components. (2) How can a switching action be accomplished? The switch

《测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-9-操纵装置-参考译文及练习答案》由会员w****i分享，可在线阅读，更多相关《测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-9-操纵装置-参考译文及练习答案》请在金锄头文库上搜索。