控制仪表与装置实训报告9

1、辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计前 言执行器（final controlling element）是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。工业上一般用在电厂脱硫，污水处理厂的给排水，造纸厂管道上.很多地方都用，小型的执行器有的是控制小的碟阀截止阀风门.等比如燃烧机在点燃前需炉膛内需要进行给风吹扫，吹扫的时候就可以用电动执行器来控制阀门从开到关或从关到开运行执行器一般分为电动执行器和气动执行器，从控制方式上有分为开关型和调节型开关型是说只是控制阀门从开到关或从关到开而调节型说的是通过执行器可以控制阀门在中间或者某段位置进行来回调节了解执行器的特点，有利于了解工厂的机器运行。过程控制仪表及装置是实现生产过程自动化的工具；是生产过程高效运行的保障，有助于提高生产效率；保证产品质量；减少生产过程的原材料与能量损耗。近年来由于微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，过程控制仪表已经进入以DCS和智能仪表为主的时代；同时模拟式控制仪表在我国仍将大量使用。本次实习的目的是将生产过程控制仪表中常用的测量原件及执行器等仪表的结构、工作原理、选用方法、校验方法做一总结，使读者从中

2、了解利用过程控制仪表构成控制系统的手段和方法，理解各控制仪表的工作原理与结构，获得控制仪表的安装、使用、校验、维护、选型等方面的基本知识与技能。目 录前 言I目 录II1执行器的选型- 1 -1.1执行器的介绍- 1 -1.1.1执行器的定义- 1 -1.1.2执行器的原理- 1 -1.2执行器的构造- 2 -1.3执行器的分类- 4 -2温度变送器- 10 -2.1温度变送器的介绍- 10 -2.2温度变送器的说明- 11 -2.3温度变送器的类型- 14 -3流量变送器- 18 -3.1流量变送器的主要特点- 18 -3.2流量变送器的工作原理及原理图- 18 -3.3流量变送器的技术参数- 19 -3.4超声波流量变送器- 20 -3.4.1超声波流量变送器的定义及工作原理- 20 -3.4.2超声波流量变送器的主要特点- 20 -3.4.3超声波流量变送器的安装- 23 -3.5椭圆齿轮流量计- 24 -3.5.1椭圆齿轮流量计简- 24 -3.5.2 椭圆齿轮流量计工作原理与结构- 25 -3.5.3 椭圆齿轮流量计的特点- 26 -3.6金属管浮子流量计- 27 -3.6.

3、1金属管浮子流量计的工作原理- 27 -3.6.2金属管浮子流量计（下进右出）的特点- 27 -3.6.3金属管浮子流量计（下进右出）的主要参数- 28 -3.6.4金属管浮子流量计的结构原理- 28 -3.7金属管浮子流量计的主要技术参数- 29 -结 论- 31 -致 谢- 32 -参考文献- 33 - 33 - 1执行器的选型1.1执行器的介绍1.1.1执行器的定义执行器是自动化工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置，也是控制系统正向通路中直接去改变操纵变量的仪表，在过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。执行器与变送器等仪表不同，它直接安装在生产现场，与生产过程相接触，并且对生产过程施加影响。换句话说，执行器要工作在高温、高压、腐蚀、振动等恶劣的现场环境中，同时要有足够的功率以影响生产过程。我们有必要了解执行器的结构原理及性能指标，以便对其恰当地选择和

4、使用，保证控制系统安全、正常、高效地运行，以能保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。执行器是构成自动控制系统不可缺少的重要部分。它在系统中的作用是接收控制器的输出信号，直接控制能量或物料等，调节介质的输送量，达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。由于执行器代替了人的操作，所以人们形象地成之为实现生产自动化的“手脚”。执行器的主要产品为调节阀。1.1.2执行器的原理 在齿轮级，发动机的转速可通过两套齿轮传送到输出杆上。主减速器由行星齿轮完成，副减速器由蜗轮实现，它被一套绷紧紧的弹簧固定在中心位置。在发生过载的情况下，也就是输出量超过了弹簧的设定转矩时，中央蜗轮会发生轴向位移，对开关及信号装置进行微调，为系统提供保护。 受由外部变化控制杆操纵的耦合的作用，输出杆在发动机工作时与蜗轮耦合，在手动操作时与手轮耦合。当发动机不工作时，可以很容易地断掉电机驱动，并且只需压一下控制杆即连上手轮。由于电机驱动优先于手动操作，因此当发动机再次启动时，会自动发生反向动作。这样就可以避免当发动机运转时还开启手轮，有利于保护系统。由于手轮直接与输出杆耦合，因此可以保证在内部齿轮失灵或损坏

5、时阀门的正常手动操作。安装在齿轮上的开关与信号装置是一个密封外壳，保护其内部的元件实现以下功能：（1）本地或远程显示阀门位置（2）执行器/阀门的过载保护（3） 限定阀门行程范围 （4）电气接口。执行器在不同型号阀门上的安装是通过输出杆来完成的，它可适用于现有的多种阀杆组态。 图1是控制阀组成部分的构图。 图1 控制阀组成部分的构图 执行器的类型： （1）执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。 （2）按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。 （3）按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。 （4）按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。其中气动类执行机构具有历史悠久、价格低、结构简单、性能稳定、维护方便和本质安全性等特点，因此，应用最广。电动类执行机构具有可直接连接电动仪表或计算机，不需要电气转换环节的特点，但价格贵、结构复杂，应用时需考虑防爆等问题。液动类执行机构具有推力(或推力矩)大的优点，但装置的体积大，流路复杂。通常，采用电液组合的方式应用于要求大推力(力矩)的应用场合。按执行器输出的移动方向，执

6、行机构分为正作用和反作用执行机构。正作用执行机构在输入信号增加时，阀杆向外移动。反作用执行机构在输入信号增加时，阀杆向内移动。按执行机构输出位移的类型，执行机构分为直行程执行机构、角行程执行机构和多转式执行机构。直行程执行机构输出直线位移。角行程执行机构输出角位移，角位移小于360例如，转动角度为90或60蝶阀的执行机构。多转式执行机构与角行程执行机构类似，但转动的角位移可以达多圈。1.2执行器的构造执行器由执行机构和调节机构组成。按照构成部件的不同，执行器又分为很多种。按执行机构组成部件的类型，分为气动、电动、液动三大类。气动执行机构分为薄膜执行机构、活塞执行机构、齿轮执行机构、手动执行机构、电液执行机构等。电动执行机构分为电动多回转式执行机构、电动单回转式执行机构、液动驱动多回转式执行机构、液动驱动单回转式执行机构。液动执行机构优点：当需要异常的抗偏离能力和高的推力以及快的形成速度时，我们往往选用液动或电液执行机构。因为液体的不可压缩性，采用液动执行器的优点就是较优的抗偏离能力，这对于调节工况是很重要的，因为当调节元件接近阀座时节流工况是不稳定的，越是压差大，这种情况越厉害。另外，

7、液动执行机构运行起来非常平稳，响应快，所以能实现高精度的控制。电液动执行机构是将电机、油泵、电液伺服阀集成于一体，只要接入电源和控制信号即可工作，而液动执行器和气缸相近，只是比气缸能耐更高的压力，它的工作需要外部的液压系统，工厂中需要配备液压站和输油管路，相比之下，还是电液执行器更方便一些。 液动执行机构的主要缺点就是造价昂贵，体检庞大笨重，特别复杂和需要专门工程，所以大多数都用在一些诸如电厂、石化等比较特殊的场合。 气动执行机构：现今大多数工控场合所用执行器都是气动执行机构，因为用气源做动力，相较之下，比电动和液动要经济实惠，且结构简单，易于掌握和维护。由维护观点来看，气动执行机构比其它类型的执行机构易于操作和校定，在现场也可以很容易实现正反左右的互换。它最大的优点是安全，当使用定位器时，对于易燃易爆环境是理想的，而电讯号如果不是防爆的或本质安全的则有潜在的因打火而引发火灾的危险。所以，虽然现在电动调节阀应用范围越来越广，但是在化工领域，气动调节阀还是占据着绝对的优势。 气动执行机构的主要缺点就是：响应较慢，控制精度欠佳，抗偏离能力较差，这是因为气体的可压缩性，尤其是使用大的气动执行

8、机构时，空气填满气缸和排空需要时间。但这应该不成问题，因为许多工况中不要求高度的控制精度和极快速的响应以及抗偏离能力。 电动执行机构：电动执行机构主要应用于动力厂或核动力厂，因为在高压水系统需要一个平滑、稳定和缓慢的过程。电动执行机构的主要优点就是高度的稳定和用户可应用的恒定的推力，最大执行器产生的推力可高达225000kgf，能达到这么大推力的只有液动执行器，但液动执行器造价要比电动高很多。电动执行器的抗偏离能力是很好的，输出的推力或力矩基本上是恒定的，可以很好的克服介质的不平衡力，达到对工艺参数的准确控制，所以控制精度比气动执行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地实现正反作用的互换，也可以轻松设定断信号阀位状态（保持/全开/全关），而故障时，一定停留在原位，这是气动执行器所作不到，气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位。 电动执行机构的缺点主要有：结构较复杂，更容易发生故障，且由于它的复杂性，对现场维护人员的技术要求就相对要高一些；电机运行要产生热，如果调节太频繁，容易造成电机过热，产生热保护，同时也会加大对减速齿轮的磨损；另外就是运行较慢，从调节器输出一个信号，到调节

9、阀响应而运动到那个相应的位置，需要较长的时间，这是它不如气动、液动执行器的地方。按执行机构动作方式，执行机构分为连续、离散两类。连续类型执行机构的输出是连续变化的位移信号。离散类型执行机构的输出是开关变化的位移信号。电磁阀是最常用的电动离散控制阀，安全放空阀也是常见的离散控制阀。按执行机构安装方式，执行机构分为直装式、侧装式。直装式执行机构直接安装在调节机构上。侧装式执行机构安装在调节机构的侧面，它通过一个增力装置来改变位移方向和作用力大小。按执行机构输出和输入的动作特性，执行机构分为比例式、比例积分式等类型。比例式执行机构的输出与输入信号之间成线性关系。比例积分式执行机构的输出是输入信号的比例和积分作用之和。 按执行机构输入信号的类型，执行机构分为模拟式执行机构和数字式执行机构。模拟式执行机构接收模拟信号，例如，20100kPa的气压信号，420mA的标准电流信号等。数字式执行机构接收数字信号，通常是一串二进制信号，用于开闭相应的数字阀。随着现场总线技术的应用，接受现场总线数字信号的执行机构正得到广泛应用。 其中以双作用执行器的选用与单作用执行器的选用为例说明执行器的选用。双作用执行机构的选用以DA系列气动执行机构为例。齿轮条式执行机构的输出力矩是活塞压图2 齿轮条式执行机构力(气源压力所供)乘上节圆半径(力臂)所得，如图2所示。且磨擦阻力小效率高。 在正常操作情况下，双作用执行机构的推荐安全系数为25-50%。单作用执行机构的选用以SR系列气动执行机构为例在弹簧复位的应用中，输出力矩是在两个不同的操作过程中所得，根据行程位置，每一次操作产生两个不同的力矩值。弹簧复位执行机构的输出力矩由力(空气压力或弹簧作用力)

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