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第第3 3章章 建筑设备自动化中的监控设备建筑设备自动化中的监控设备4 4传感器传感器1 1控制器控制器3 3调节阀的选择与应用调节阀的选择与应用5 5变送器变送器1 1执行器执行器3.2变送器变送器3.2 传感器与传感器与变送器变送器 变送器（变送器（transmitter））是把传感器的输出信号是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号（或将传感器输入的非转变为可被控制器识别的信号（或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源）的转换器信号源）的转换器 对于直接把被测量转换成电压信号的敏感原件，对于直接把被测量转换成电压信号的敏感原件，不必用变送器，如热电偶不必用变送器，如热电偶变送器的作用与构成变送器的作用与构成变送器的作用：变送器的作用：变即转换、送即传送、器即仪器装置之意变即转换、送即传送、器即仪器装置之意所以变送器是完成工艺参数转换、传送的过程控制仪表所以变送器是完成工艺参数转换、传送的过程控制仪表 （（T、、P、、F、、L）） （（4－－20mA、、20－－100KPa、、 0－－10mA等）等）。

变送器变送器——信号处理信号处理 在测量时，不能直接转换为电压的一般采用直在测量时，不能直接转换为电压的一般采用直流电桥或交流电桥的方式转换为电信号流电桥或交流电桥的方式转换为电信号 如热电阻采用四边形直流电桥：如热电阻采用四边形直流电桥： 当输出端接阻抗比较高的当输出端接阻抗比较高的放大器时，电桥输出端电流为放大器时，电桥输出端电流为零，此时有：零，此时有：可以求出可以求出bc和和dc之间的电位差：之间的电位差：输出电压为：输出电压为：若要是电桥输出电压为零（电桥平衡）：需满足：若要是电桥输出电压为零（电桥平衡）：需满足： 变送器信号调整部分由：变送器信号调整部分由：放大器、反馈电路和放大器、反馈电路和调零与零点迁移调零与零点迁移电路组成电路组成 被测参数被测参数X转换成放大器可以接受的信号转换成放大器可以接受的信号Zi，放，放大，反馈电路把变送器输出的大，反馈电路把变送器输出的Y变成反馈信号变成反馈信号Zf,在把在把调零与零点迁移电路产生的信号调零与零点迁移电路产生的信号Z0一同放入放大器一同放入放大器进行比较，其差值由放大器进行放大，并转换为标准进行比较，其差值由放大器进行放大，并转换为标准信号信号Y输出。

输出变送器组成变送器组成变送器的输入输出关系：变送器的输入输出关系：上式可改写为：上式可改写为：当当KKf>>1时：上式为时：上式为此时，变送器此时，变送器的输入与输出的输入与输出与放大器特性与放大器特性无关，只与测无关，只与测量和反馈特性量和反馈特性有关 Xmin=0时，称为零点调整；当时，称为零点调整；当Xmin≠≠0时，称为零时，称为零点迁移当测量起始点由零变为正值时，称为正迁点迁移当测量起始点由零变为正值时，称为正迁移；反之，负迁移移；反之，负迁移 零点调整和零点迁移的方法：改变放大器输零点调整和零点迁移的方法：改变放大器输入端上的调零信号入端上的调零信号Z0.零点迁移与零点调整零点迁移与零点调整 零点迁移的目的是使变送器的输出信号的下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值相对应Ø 称为零调整Ø 称为零点迁移 零点迁移时，变送器的输出和输入特性曲线作平行移动，其斜率不变，即量程不变二、温度变送器二、温度变送器Ø作用：将热电偶、热电阻的检测信号转换成统一标准信号(直流)u 0~10mAu 4~20mAu 1~5VØ温度变送器还可以作为直流毫伏转换器来使用，将其他能够转换成直流毫伏信号的工艺参数也变换成统一标准信号Ø温度变送器广泛使用 两线制是指电流信号输出的变送器，4-20mA等；三线制为电压信号输出的变送器，0-5V等；四线制为了防止干扰，信号线与电源线分隔开的电流信号输出变送器。

 两线制与三线制变送器的主要区别在于变送器供电和过程信号上，两线制工作电源和输出信号是同一根线，三线制仪表的供电和信号是分开的 电流变送器其通过负载的电阻可以转换成电压值：4~20mA 1~5V（2~10V）智能式传感器是发展趋势：250Ω250Ω500Ω500Ω 变变送送器器是是单单元元组组合合仪仪表表中中不不可可缺缺少少的的单单元元，，其其作作用用是是将将检检测测元元件件的的输输出出信信号号转转换换成成统统一一标标准准信信号号，，送送到到显显示示仪仪表表或或控控制制装装置置进进行行显显示示、、记记录录或或控控制制由由于于 变变 量量 种种 类类 多多 ，， 因因 此此 ，， 变变 送送 器器 的的 类类 型型 也也 较较 多多u温度变送器温度变送器u压力变送器压力变送器u液位变送器液位变送器u流量变送器流量变送器变送器分类变送器分类按工作能源可分为：Ø电动变送器Ø气动变送器最常用的变送器是：Ø温度变送器Ø差压变送器 有些变送器测量与变送单元做在一起，如差压变送器，有些变送器则只有变送功能，如温度变送器ØØ通用性强，可以连续测量通用性强，可以连续测量通用性强，可以连续测量通用性强，可以连续测量差压、正压、负压、液位、差压、正压、负压、液位、差压、正压、负压、液位、差压、正压、负压、液位、密度等变量，密度等变量，密度等变量，密度等变量，ØØ将测量信号转换成统一标将测量信号转换成统一标将测量信号转换成统一标将测量信号转换成统一标准信号，作为显示仪表、控准信号，作为显示仪表、控准信号，作为显示仪表、控准信号，作为显示仪表、控制器或运算器的输入信号，制器或运算器的输入信号，制器或运算器的输入信号，制器或运算器的输入信号，实现对以上变量的显示、记实现对以上变量的显示、记实现对以上变量的显示、记实现对以上变量的显示、记录或控制录或控制录或控制录或控制变送器变送器3.3控制器控制器3.3.1　自动控制仪表的分类　自动控制仪表的分类1.按使用能源分类(1)电动仪表　电动仪表是以电作为能源及传送信号的仪电动仪表　电动仪表是以电作为能源及传送信号的仪表，传送距离远，便于与计算机配合，在生产自动化中被表，传送距离远，便于与计算机配合，在生产自动化中被广泛应用。

广泛应用又分为：电气（从被控介质中取得能量）和电子式两种又分为：电气（从被控介质中取得能量）和电子式两种2)自力式自动控制仪表　这种仪表不需要辅加能源，只是自力式自动控制仪表　这种仪表不需要辅加能源，只是传感器从被控介质中取得能量，就足以推动执行器动作传感器从被控介质中取得能量，就足以推动执行器动作（从被控介质中取得能量）（从被控介质中取得能量） 左上图：左上图：散热器散热器恒温阀恒温阀下图：下图：自力式自力式流量控流量控制阀制阀2.按结构形式分类(1)(1)基地式仪表　这种仪表以指示、记录仪表为主体，附加调基地式仪表　这种仪表以指示、记录仪表为主体，附加调节装置而组成，即把变送、控制、显示等部分装在一个壳内节装置而组成，即把变送、控制、显示等部分装在一个壳内形成整体形成整体2)(2)单元式组合仪表　这种仪表根据自动检测与控制的要求，单元式组合仪表　这种仪表根据自动检测与控制的要求，将整套仪表划分为能独立实现一定功能的若干单元，单元之将整套仪表划分为能独立实现一定功能的若干单元，单元之间统一的标准信号联系间统一的标准信号联系3)(3)组装电子式调节仪表　这种仪表是在单元组合仪表的基础组装电子式调节仪表　这种仪表是在单元组合仪表的基础上发展起来的成套仪表装置，它的基本组件是具有不同功能上发展起来的成套仪表装置，它的基本组件是具有不同功能的功能模件。

的功能模件自力式自力式电电气气式式(1)断续输出的电子式模拟控制器1)两位式电子模拟控制器2)三位式电子控制器3)位式输出的补偿式控制器　两位式电子模拟控制器原理框图　两位式电子模拟控制器原理框图两位式电子模拟控制器特性图两位式电子模拟控制器特性图a)a)理想特性　理想特性　b)b)实际特性实际特性如：开关如：开关如：开关如：开关机械风机盘管接线图机械风机盘管接线图机械风机盘管接线图机械风机盘管接线图 左图左图左图左图图　三位式电子模拟控制器原理框图图　三位式电子模拟控制器原理框图a)a)理想特性　理想特性　b)b)实际特性实际特性如：四通换向阀如：四通换向阀如：四通换向阀如：四通换向阀图图3-103-10　位式输出的补偿式控制器　位式输出的补偿式控制器　室外温度补偿特性　室外温度补偿特性根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度3.3.2　软件控制器　软件控制器1.1.直接数字控制器直接数字控制器( (DDCDDC) )2.2.计算机控制系统的基本控制算法计算机控制系统的基本控制算法3.3.可编程控制器可编程控制器(PLC(PLC-Programmable Logic Controller )4.4.现场控制单元的软件结构现场控制单元的软件结构1.直接数字控制器(DDC)1)DDC系统具有如下的特点：系统具有如下的特点：①①计算机运算速度快，能计算机运算速度快，能分时处理多个生产过程分时处理多个生产过程(被控参数被控参数)，代替几十台模拟控制，代替几十台模拟控制器，实现多个单回路的器，实现多个单回路的PID控制。

控制2)DDC系统由被控对象系统由被控对象(生产过程生产过程)、检测变送器、执行器、检测变送器、执行器和工业计算机组成，图和工业计算机组成，图3-15是是DDC系统的组成框图系统的组成框图①①输入通道输入通道A/D：把传感器或变送器送来的反映被控参数：把传感器或变送器送来的反映被控参数的模拟量的模拟量(电阻、电流、电压信号电阻、电流、电压信号)，转换为数字信号送往，转换为数字信号送往计算机为了避免现场输入线路电磁干扰和变送器交流噪计算机为了避免现场输入线路电磁干扰和变送器交流噪声，用滤波网络对各输入信号分别滤波声，用滤波网络对各输入信号分别滤波(见见DDC控制器框控制器框图图)1.直接数字控制器(DDC)②②采样器：在时序控制器作用下，以一定的速度按顺序采样器：在时序控制器作用下，以一定的速度按顺序把输入信号送入放大器，然后选择送到把输入信号送入放大器，然后选择送到A/D转换器，变成转换器，变成数字信号送入计算机数字信号送入计算机③③输出通道输出通道D/A：把经过计算机计算输出的数字信号转换：把经过计算机计算输出的数字信号转换成能控制执行器动作的模拟信号成能控制执行器动作的模拟信号AO或数字信号或数字信号DO。

④④显示报警：是直接数字控制器系统很容易实现的一个显示报警：是直接数字控制器系统很容易实现的一个重要功能，它能对生产过程的工况进行监控，以供操作重要功能，它能对生产过程的工况进行监控，以供操作人员监视人员监视DDCDDC系统框图系统框图数字式风机盘数字式风机盘管房间温度等管房间温度等控制器控制器2.计算机控制系统的基本控制算法(1)(1)PIDPID控制算法控制算法　按照偏差信号的比例　按照偏差信号的比例P P( (ProportionalProportional) )、、积分积分I I( (IntegralIntegral) )和微分和微分D D( (DerivativeDerivative) )进行控制的进行控制的PIDPID算算法，以其形式简单、参数易于整定、便于操作而成为目法，以其形式简单、参数易于整定、便于操作而成为目前控制工程领域应用最为广泛、经验丰富、技术成熟的前控制工程领域应用最为广泛、经验丰富、技术成熟的基本控制算法基本控制算法2)(2)改进型改进型PIDPID控制算法　控制算法　在计算机控制系统中，如果单在计算机控制系统中，如果单纯用数字纯用数字PIDPID调节器去模仿模拟调节器，不会获得更好的调节器去模仿模拟调节器，不会获得更好的效果。

效果1、、 P控制控制——比例控制比例控制即：即：比例控制规律：在该控制系统中，阀门开度的比例控制规律：在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量（液位）的偏差值成比例改变量与被控变量（液位）的偏差值成比例令：令：则：则：KP：：比例控制的放大倍数比例控制的放大倍数KP决定了比例控制作用的强弱决定了比例控制作用的强弱 KP越大，比越大，比例控制作用越强例控制作用越强改变杠杆支点的位置，便可改变改变杠杆支点的位置，便可改变KP的数值KP值过大（值过大（  值过小）值过小）系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡KP值过小（值过小（  值过大）值过大）系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大KP值（值（  值）适中值）适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一定的静差定的静差静静差差——当系统稳定运行时，设定值和运行参数之当系统稳定运行时，设定值和运行参数之间的差值间的差值问：纯比例调节可以消除静差吗？问：纯比例调节可以消除静差吗？问：纯比例调节可以消除静差吗？问：纯比例调节可以消除静差吗？KI代表积分速度。

当输入偏差是常数代表积分速度当输入偏差是常数A时：时：当偏差存在时，输出信号将随时间增长当偏差存在时，输出信号将随时间增长当偏差存在时，输出信号将随时间增长当偏差存在时，输出信号将随时间增长当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上用积分控制器组成控制系统可以达到无余差用积分控制器组成控制系统可以达到无余差用积分控制器组成控制系统可以达到无余差用积分控制器组成控制系统可以达到无余差2、、 I控制控制——积分控制积分控制Ti值过小值过小系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡Ti值过大值过大积分作用不明显，调节时间长，余差大积分作用不明显，调节时间长，余差大Ti值适中值适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余差 控制作用控制作用控制作用控制作用随着时间积累而逐渐增强，控制作用缓慢，随着时间积累而逐渐增强，控制作用缓慢，随着时间积累而逐渐增强，控制作用缓慢，随着时间积累而逐渐增强，控制作用缓慢，会出现控制不及时，当对象惯性较大时，被控变量将出会出现控制不及时，当对象惯性较大时，被控变量将出会出现控制不及时，当对象惯性较大时，被控变量将出会出现控制不及时，当对象惯性较大时，被控变量将出现大的超调量，因此，要引入微分作用。

现大的超调量，因此，要引入微分作用现大的超调量，因此，要引入微分作用现大的超调量，因此，要引入微分作用试问：比例积分作用能使系统无差运行吗？试问：比例积分作用能使系统无差运行吗？试问：比例积分作用能使系统无差运行吗？试问：比例积分作用能使系统无差运行吗？加入微分控制的目的：防止出现超调现象加入微分控制的目的：防止出现超调现象微分控制方法：输出量与输入偏差对时间的微分成微分控制方法：输出量与输入偏差对时间的微分成正比————根据被控参数变化的快慢进行调节，属根据被控参数变化的快慢进行调节，属超前控制超前控制TD为微分时间为微分时间微分控制：微分控制：3、、 D控制控制——微分控制微分控制TD值过大值过大 系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时甚至会出现大幅振荡甚至会出现大幅振荡TD值过小值过小微分作用不明显，超调量大微分作用不明显，超调量大TD值适中值适中 经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定特别是对有较大滞后的系统作用尤为明显特别是对有较大滞后的系统作用尤为明显 微分控制可以减少超调量和调节时间，提微分控制可以减少超调量和调节时间，提高系统的高系统的平稳性和快速性平稳性和快速性，，单纯的微分控制会单纯的微分控制会发生高频发生高频扰动扰动，因此，不单独使用。

因此，不单独使用1)1)增量型增量型PIDPID控制算法的输出控制算法的输出ΔΔu(k)u(k)仅取决于最近仅取决于最近3 3次的次的e(k)e(k)、、e(k-1)e(k-1)和和e(k-2)e(k-2)的采样值，计算较为简便，所需的的采样值，计算较为简便，所需的内存容量不大内存容量不大2)2)由于微机输出增量，所以误动作影响较小，必要时可用由于微机输出增量，所以误动作影响较小，必要时可用逻辑判断的方法去掉逻辑判断的方法去掉3)3)在手动在手动/ /自动无扰动切换中，增量型自动无扰动切换中，增量型PIDPID控制算法要优于控制算法要优于位置型位置型PIDPID控制算法控制算法4)4)不产生积分失控，所以能容易获得较好的调节效果，一不产生积分失控，所以能容易获得较好的调节效果，一旦计算机发生故障，则停止输出旦计算机发生故障，则停止输出ΔΔu u( (k k) )，阀位大小保持发，阀位大小保持发生故障前的状态，对生产过程无影响生故障前的状态，对生产过程无影响1)1)积分项的改进有如下方法：积分项的改进有如下方法：①①分离分离的的PIDPID控制算法在控制算法在PIDPID控制中，积分的作用是为了消除控制中，积分的作用是为了消除残差，提高控制性能指标。

残差，提高控制性能指标但在过程的启动、结束或大幅度增但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，此时系统有较大的偏差，减设定值时，此时系统有较大的偏差，会造成会造成PIDPID运算的积分运算的积分积累，使得系统输出的控制量超过执行机构产生最大动作所对积累，使得系统输出的控制量超过执行机构产生最大动作所对应的极限控制量，最终导致系统较大的超调、长时间波动，甚应的极限控制量，最终导致系统较大的超调、长时间波动，甚至引起系统的振荡至引起系统的振荡②②变速变速积分的积分的PIDPID控制算法一般的控制算法一般的PIDPID控制中，积分系数控制中，积分系数K KI I是常数，所以，在整个控制过程中，积分增量保持不变而是常数，所以，在整个控制过程中，积分增量保持不变而系统对积分项的要求则是，偏差大时，积分作用减弱；偏差系统对积分项的要求则是，偏差大时，积分作用减弱；偏差小时，积分作用增强否则，会因为积分系数小时，积分作用增强否则，会因为积分系数K KI I的数值取大的数值取大了，导致系统产生超调，甚至积分饱和；反之，积分系数了，导致系统产生超调，甚至积分饱和；反之，积分系数K KI I的数值取小了，造成了系统消除残差过程的延长。

的数值取小了，造成了系统消除残差过程的延长2) 2) 微分项的改进方法如下：微分项的改进方法如下：①①微分先行的微分先行的PIDPID控制算法为了避免给定值的改变，给系控制算法为了避免给定值的改变，给系统带来的影响统带来的影响( (如超调量过大、系统振荡等如超调量过大、系统振荡等) )可采用微分先可采用微分先行的行的PIDPID控制技术它只对控制技术它只对被控变量被控变量y y( (t t) )进行微分进行微分，而不对，而不对偏差微分，即对给定值无微分作用，消除了给定值频繁升降偏差微分，即对给定值无微分作用，消除了给定值频繁升降给系统造成的冲击给系统造成的冲击②②不完全微分不完全微分PIDPID控制算法普通的控制算法普通的PIDPID控制算式，对具有高频扰控制算式，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质尤其是计算机对每个控制回路输出时间是短暂的，降低调节品质尤其是计算机对每个控制回路输出时间是短暂的，而驱动执行器动作又需要一定时间，如果输出较大，在短暂时间而驱动执行器动作又需要一定时间，如果输出较大，在短暂时间内执行器达不到应有的相应开度，会使输出失真。

为了克服这一内执行器达不到应有的相应开度，会使输出失真为了克服这一缺点，同时又要微分作用有效，可以在缺点，同时又要微分作用有效，可以在PIDPID控制输出串入一阶惯性控制输出串入一阶惯性环节，这就组成了不完全微分环节，这就组成了不完全微分PIDPID调节器3. PLC控制器PLC——可编程逻辑控制器，它采用一类可编程可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等顺序控制、定时、计数与算术操作等单片机单片机————是将电子计算机的基本环节是将电子计算机的基本环节, , 采用集成采用集成电路技术集成在一片硅基片上由于单片计算机体电路技术集成在一片硅基片上由于单片计算机体积很小积很小( (仅手指般大小仅手指般大小),),功能强功能强( (具有一个简单计算具有一个简单计算机的功能机的功能),),因而广泛用于电子设备中作控制器之用因而广泛用于电子设备中作控制器之用目前目前, ,大到导弹火箭国防尖端武器大到导弹火箭国防尖端武器, ,小至电视机微波小至电视机微波炉等现代家用电器炉等现代家用电器, ,内中都毫无例外地运用单片计内中都毫无例外地运用单片计算机作为控制器算机作为控制器. . PLC与单片机的区别 PLC目前大量地用单片机制成。

可以说,PLC是单片机在继电控制系统中的一种应用，而PLC所采用的梯形图类似于继电器线路图,易于为广大电气工程技术人员所接受3.4执行器执行器3.4　执行器　执行器3.4.1膨胀阀膨胀阀1.1.热力膨胀阀热力膨胀阀2.2.电子膨胀阀电子膨胀阀阀门阀门——是流体输送系统中的控制部件，具有截断、是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能阀门分类阀门分类一、按用途和作用分类一、按用途和作用分类1、截断阀类：、截断阀类： 主要用于截断或接通介质流包括闸阀、主要用于截断或接通介质流包括闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等2、调节阀类：、调节阀类： 主要用于调节介质的流量、压力等包括主要用于调节介质的流量、压力等包括调节阀、节流阀、减压阀等调节阀、节流阀、减压阀等3、止回阀类：、止回阀类： 用于阻止介质倒流包括各种结构的止回用于阻止介质倒流包括各种结构的止回阀4、分流阀类：、分流阀类： 用于分配、分离或混合介质包括各种结用于分配、分离或混合介质包括各种结构的分配阀和疏水阀等。

构的分配阀和疏水阀等5、安全阀类：、安全阀类： 用于超压安全保护包括各种类型的安全用于超压安全保护包括各种类型的安全阀二、按主要参数分类二、按主要参数分类1、按压力分类、按压力分类(1) 真空阀真空阀 工作压力低于标准大气压的阀门工作压力低于标准大气压的阀门2) 低压阀低压阀 公称压力公称压力PN<1.6MPa的阀门3) 中压阀中压阀 公称压力公称压力PN<2.5~6.4Mpa的阀门4) 高压阀高压阀 公称压力公称压力PN10.0~80.0Mpa的阀门5) 超高压阀超高压阀 公称压力公称压力PN≥100Mpa的阀门2、按介质工作温度分类、按介质工作温度分类(1) 高温阀高温阀 t>450℃的阀门2) 中温阀中温阀 120℃≤t<450℃的阀门3) 常温阀常温阀 -40℃≤t<120℃的阀门4) 低温阀低温阀 -100℃≤t<-40℃的阀门5) 超低温阀超低温阀 t<-100℃的阀门三、按阀体材料分类三、按阀体材料分类(1) (1) 非金属材料阀门非金属材料阀门 如陶瓷阀门、玻璃钢阀门、塑料阀门如陶瓷阀门、玻璃钢阀门、塑料阀门2) (2) 金属材料阀门金属材料阀门 如铜合金阀门、铝合金阀门、铅合金阀如铜合金阀门、铝合金阀门、铅合金阀门、钛合金阀门铁阀门、碳钢阀门、低合金钢阀门、高门、钛合金阀门铁阀门、碳钢阀门、低合金钢阀门、高合金钢阀门。

合金钢阀门3) (3) 金属阀体衬里阀门金属阀体衬里阀门 如衬铅阀门、衬塑料阀门、衬搪瓷如衬铅阀门、衬塑料阀门、衬搪瓷阀门图图 内内平衡式热力膨胀阀工作原理平衡式热力膨胀阀工作原理1—1—蒸发器　蒸发器　2—2—感温包　感温包　3—3—毛细管　毛细管　4—4—膨胀阀膨胀阀5—5—波纹膜片　波纹膜片　6—6—推杆　推杆　7—7—调节弹簧　调节弹簧　8—8—调节螺钉调节螺钉图图 内内平衡式热力膨胀阀的结构平衡式热力膨胀阀的结构1—1—阀体　阀体　2—2—传动杆　传动杆　3—3—螺母　螺母　4—4—阀座　阀座　5—5—阀针阀针6—6—调节弹簧　调节弹簧　7—7—调节杆座　调节杆座　8—8—填料　填料　9—9—帽盖帽盖10—10—调节杆　调节杆　11—11—填料压盖　填料压盖　12—12—感温包　感温包　13—13—过滤网过滤网14—14—螺母　螺母　15—15—毛细管　毛细管　16—16—感应薄膜　感应薄膜　17—17—气箱盖气箱盖电动调电动调节阀节阀  电动电动调节阀结构图调节阀结构图1—1—执行机构　执行机构　2—2—调节机构调节机构　　直通单座阀直通单座阀 作用在上下阀芯的作作用在上下阀芯的作用力，大小接近相等，用力，大小接近相等，不平衡力小；适合用在不平衡力小；适合用在阀前后压差较大的场合；阀前后压差较大的场合；流通能力强；需要加工流通能力强；需要加工精度高，上下不容易同精度高，上下不容易同时关紧，泄漏大，尤其时关紧，泄漏大，尤其在高温下，泄漏严重。

在高温下，泄漏严重　三通阀　三通阀a)a)合流阀　合流阀　b)b)分流阀分流阀闸阀闸阀球阀、蝶阀、隔膜阀等都可以作为调节阀 电动执行机构的构造电动执行机构的构造电动执行机构的构造电动执行机构的构造观察窗观察窗观察窗观察窗指示器指示器指示器指示器电容器电容器电容器电容器接线端子接线端子接线端子接线端子电机电机电机电机限位开关／力矩开关限位开关／力矩开关限位开关／力矩开关限位开关／力矩开关加热器加热器加热器加热器机体机体机体机体底座底座底座底座涡轮、蜗杆涡轮、蜗杆涡轮、蜗杆涡轮、蜗杆手柄手柄手柄手柄手轮手轮手轮手轮动力转动轴套动力转动轴套动力转动轴套动力转动轴套电动调节电动调节风阀风阀3.4.2　调节阀的流量特性　调节阀的流量特性1.1.理想流量特性理想流量特性2.2.工作流量特性工作流量特性 理想流量特性理想流量特性理想流量特性理想流量特性————是在阀前后压差固定的是在阀前后压差固定的是在阀前后压差固定的是在阀前后压差固定的情况下得到的流量特性，它决定于阀芯的形状，情况下得到的流量特性，它决定于阀芯的形状，情况下得到的流量特性，它决定于阀芯的形状，情况下得到的流量特性，它决定于阀芯的形状，因此也称之为结构特性。

在理想情况下，流量因此也称之为结构特性在理想情况下，流量因此也称之为结构特性在理想情况下，流量因此也称之为结构特性在理想情况下，流量仅随阀门开度变化而变化，从控制的角度看，仅随阀门开度变化而变化，从控制的角度看，仅随阀门开度变化而变化，从控制的角度看，仅随阀门开度变化而变化，从控制的角度看，观察调节阀的控制指标，研究流量特性，是一观察调节阀的控制指标，研究流量特性，是一观察调节阀的控制指标，研究流量特性，是一观察调节阀的控制指标，研究流量特性，是一种常用的方法种常用的方法种常用的方法种常用的方法1 1、、调节阀的理想流量特性调节阀的理想流量特性调节阀的流量特性调节阀的流量特性 2 2、、、、调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性实实实实际际际际使使使使用用用用时时时时，，，，调调调调节节节节阀阀阀阀装装装装在在在在具具具具有有有有阻阻阻阻力力力力的的的的管管管管道道道道系系系系统统统统中中中中管管管管道道道道对对对对流流流流体体体体的的的的阻阻阻阻力力力力随随随随流流流流量量量量而而而而变变变变化化化化，，，，阀阀阀阀前前前前后后后后压压压压差差差差也是变化的，这时流量特性会发生畸变。

也是变化的，这时流量特性会发生畸变也是变化的，这时流量特性会发生畸变也是变化的，这时流量特性会发生畸变例：管道串联时的工作流量特性例：管道串联时的工作流量特性例：管道串联时的工作流量特性例：管道串联时的工作流量特性如如如如图图图图，，，，管管管管道道道道系系系系统统统统总总总总压压压压力力力力ΔΔΔΔP P P P等等等等于于于于管管管管路路路路系系系系统统统统的的的的压压压压降降降降ΔΔΔΔP P P PG G G G与控制阀的压降与控制阀的压降与控制阀的压降与控制阀的压降ΔΔΔΔP P P PT T T T之和P P△ △P PGG△ △P PT T管路及设备管路及设备△ △P PGG△ △P PT T调节阀调节阀△ △P P△ △P P0342.TIF0342.TIF 串串联联管管道道系系统统的的阻阻力力与与通通过过管管道道的的介介质质流流量量成成平平方关系：方关系：F=KGF=KG2 2 从从串串联联管管道道中中调调节节阀阀两两端端压压差差△△P PT T的的变变化化曲曲线线可可看看出出，，调调节节阀阀全全关关时时阀阀上上压压力力最最大大，，基基本本等等于于系系统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小。

统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小为为了了表表示示调调节节阀阀两两端端压压差差△△P PT T的的变变化化范范围围，，以以阀阀权权度度（（阀阀门门能能力力））s s表表示示调调节节阀阀全全开开时时，，阀阀前前后后最最小压差小压差△△P PTminTmin与总压力与总压力△△ P P之比s s = =P PTmin / / △ △ P PP P△ △P PGG△ △P PT T管路及设备管路及设备△ △P PGG△ △P PT T调节阀调节阀△ △P P△ △P P理想流量特性类型(1)(1)直线流量特性　直线流量特性是指调节阀的相对流量与相直线流量特性　直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是常数对开度成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是常数2)(2)等百分比等百分比( (对数对数) )流量特性　等百分比流量特性指单位相对流量特性　等百分比流量特性指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。

3)(3)抛物线流量特性抛物线流量特性(4)(4)快开曲线　调节阀在开度较小时就有较大流量，随开度的快开曲线　调节阀在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，故称为快开特性，如图增大，流量很快就达到最大，故称为快开特性，如图3-403-40曲线曲线4 4所示图图3-403-40　直通调节阀理想流量特性　直通调节阀理想流量特性 直线结构特性调节阀的特性曲线的斜率在全直线结构特性调节阀的特性曲线的斜率在全行程是一个定值以相对行程行程是一个定值以相对行程l l等于等于10%10%、、50%50%、、80%80%三三点为例；当行程变化点为例；当行程变化10%10%时，所引起节流面积变化时，所引起节流面积变化总是总是10%10%，我们再看它的节流面积相对变化值分别，我们再看它的节流面积相对变化值分别为：为： 1.1.隔膜阀的流量特性接近快开特性，隔膜阀的流量特性接近快开特性，2.2.蝶阀的流量特性接近等百分比特性，蝶阀的流量特性接近等百分比特性，3.3.闸阀的流量特性为直线特性，闸阀的流量特性为直线特性，4.4.球阀的流量特性在启闭阶段为直线，在中间球阀的流量特性在启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。

开度的时候为等百分比特性 0341.TIF0341.TIF以Qmax表示串联管道阻力为零时(s=1)，阀全开时达到的最大流量可得串联管道在不同s值时，以自身Qmax作参照的工作流量特性v流量特性畸变：流量特性畸变：对数阀变为直线阀对数阀变为直线阀 直线阀变为快开阀直线阀变为快开阀s s ↓ ↓图图3-433-43　串联管道时直通调节阀工作流量特性　串联管道时直通调节阀工作流量特性( (以以为参比值为参比值) )a)a)直线流量特性　直线流量特性　b)b)等百分比流量特性等百分比流量特性可调比：R=qmax/qmin调节阀的流量特性调节阀的流量特性 例：管道并联时的工作流量特性例：管道并联时的工作流量特性 有有的的调调节节阀阀装装有有旁旁路路，，便便于于手手动动操操作作和和维维护护当当生生产产能能力力提提高高或或其其他他原原因因引引起起调调节节阀阀的的最最大大流流量量满满足足不不了了工工艺艺生生产产的的要要求求时时，，可可以以把把旁旁路路打打开开一一些些，，这时调节阀的理想流量特性就成为工作流量特性。

这时调节阀的理想流量特性就成为工作流量特性3.4.3　调节阀的选择　调节阀的选择1.流量特性选择2.调节阀结构形式的选择3.调节阀开闭形式的选择4.阀门工作范围的选择5.调节阀口径的计算调节阀口径的选择步骤如下：调节阀口径的选择步骤如下：调节阀口径的选择步骤如下：调节阀口径的选择步骤如下：（（（（1 1）根据工艺的生产能力设备负荷，确定计算调节）根据工艺的生产能力设备负荷，确定计算调节）根据工艺的生产能力设备负荷，确定计算调节）根据工艺的生产能力设备负荷，确定计算调节阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、计阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、计阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、计阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、计算压差等参数算压差等参数算压差等参数算压差等参数2 2）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，确）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，确）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，确）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，确定流体介质密度、温度、粘度等已知条件并换算到定流体介质密度、温度、粘度等已知条件并换算到定流体介质密度、温度、粘度等已知条件并换算到定流体介质密度、温度、粘度等已知条件并换算到工作状态下，然后代入公式计算出流通能力。

而后工作状态下，然后代入公式计算出流通能力而后工作状态下，然后代入公式计算出流通能力而后工作状态下，然后代入公式计算出流通能力而后按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，查阅按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，查阅按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，查阅按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，查阅生产厂提供的资料，选取调节阀的口径生产厂提供的资料，选取调节阀的口径生产厂提供的资料，选取调节阀的口径生产厂提供的资料，选取调节阀的口径（（（（3 3）根据需要验算开度或开度范围、可调比）根据需要验算开度或开度范围、可调比）根据需要验算开度或开度范围、可调比）根据需要验算开度或开度范围、可调比R R等4 4）计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完毕计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完毕计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完毕计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完毕否则重新计算、验算否则重新计算、验算否则重新计算、验算否则重新计算、验算 注：注：注：注： 调节阀的流通能力，调节阀的流通能力，调节阀的流通能力，调节阀的流通能力，是指调节阀上的压头损失一是指调节阀上的压头损失一是指调节阀上的压头损失一是指调节阀上的压头损失一个单位时，流体通过调节阀的能力。

阀门的流通能力也称流个单位时，流体通过调节阀的能力阀门的流通能力也称流个单位时，流体通过调节阀的能力阀门的流通能力也称流个单位时，流体通过调节阀的能力阀门的流通能力也称流量系数如今国际规定：温度为量系数如今国际规定：温度为量系数如今国际规定：温度为量系数如今国际规定：温度为5 5℃℃℃℃至至至至4040℃℃℃℃的水，在的水，在的水，在的水，在105Pa105Pa压降下，压降下，压降下，压降下，1 1小时内流过调节阀的立方米数小时内流过调节阀的立方米数小时内流过调节阀的立方米数小时内流过调节阀的立方米数表表3-13-1　根据管道系统压降选择调节阀特性　根据管道系统压降选择调节阀特性配管状态S=1～0．6S=0．6～0．3S＜0．3实际工作流量特性直线等百分比直线等百分比调节不适宜所选流量特性直线等百分比等百分比等百分比阀的流通能力阀的流通能力≠ ≠管道的流量管道的流量3.4.4　调节风阀的选择　调节风阀的选择1.风阀的流量特性2.风阀的性能3.风阀执行器图图3-453-45　多叶调节风阀　多叶调节风阀流量特性流量特性a)a)平行多叶阀特性　平行多叶阀特性　b)b)对开多叶阀特性对开多叶阀特性1.风阀的流量特性(1)固有特性。

2)风阀的工作特性　风阀的工作特性又称为安装特性，其与调节水阀一样，与串接元件有关，串接元件(如风管、风口)的阻力使风阀压降随着风阀叶片开度变化而改变，故而风阀的工作特性与基于恒定的风阀压降的阀的固有特性是不同的2.风阀的性能(1)漏风量　调节风阀的漏风量是指风阀在承受静压的条件下，风阀全关状态的泄漏量2)额定温度　调节风阀的最大运行温度是指风阀能完成正常功能的最高环境温度3)额定压力　调节风阀的额定压力是指在叶片关闭时，作用在风阀前后的最大允许静压差4)额定风速　调节风阀的额定风速是指风阀处于全开状态时，气流进入风阀时的最大速度，也称为最大流入速度5)力矩要求　风阀正常开关运行的力矩需求直接影响到执行器的选择。