[发明专利]一种圆形智能阀门定位器的气动单元装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位机构，更特别地说，是指一种圆形智能阀门定位器。是通过控制外部气源流量来对阀门执行机构的气缸的行程进行驱动，实现对调节型阀门或开关阀开度的控制的定位器。

背景技术

生产过程的自动控制简称过程控制，它在工业生产中占有极其重要的地位。过程控制的质量很大程度上决定于过程控制仪表，它包括变送器、调节器、执行器以及各种辅助控制装置等。一种辅助控制仪表叫做阀门定位器，是各国竞相研究的对象，它在一定程度上决定了过程控制的调节品质，且随着过程控制水平的发展，定位器也必须不断发展以满足现代生产对过程控制的要求。

阀门定位器，按结构分气动阀门定位器、电气阀门定位器及智能阀门定位器，是调节阀的主要附件，通常与气动调节阀配套使用，它接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。

五十多年前，控制(或自动反馈过程)回路都是气体驱动的，变送器、调节器和最后控制单元(例如一个调节阀)被连接在一起并通过一个20-l00KPa的气动信号相互通讯，这个信号也被作为一个动力源用来驱动最后控制单元的执行机构。在许多方面，这仍然是正确的。但在一些情况下，例如阀的位置反应或改变速度太慢，较大尺寸的阀所需要的执行机构太大时，再使用像20-100KPa一样低的气压信号就无法达到预期的控制目的和控制精度。为了解决这个问题，气动阀门定位器得到发展。气动阀门定位器在调节器输出和阀门位置之间扮演容量调节器、信号放大器和关系控制器的角色。给定位器的气压信号操作一个气体继动器，气体继动器按顺序操作一个滑阀或喷嘴挡板机构。在定位器中，的位置通过一个凸轮来确定。在最后的控制单元中之所以要应用弹簧，是要在气压减小时保证执行机构的逆反应。

电气阀门定位器的输入信号为0～10mA的直流电信号，输出为气压信号。它能够起到电气转换器和气动阀门定位器两种作用。它接受电动调节器来的信号，它和气动调节阀配套使用。电气阀门定位器可以用于控制气动直行程或角行程调节阀；同时也适用于有弹簧执行机构的单作用状态和无弹簧执行机构的双作用状况；它也可为防爆结构和非防爆结构。它是按力矩平衡原理工作的，它与气动阀门定位器的最大的区别是它把气动阀门定位器的波纹管换成力矩马达。当信号电流通入到力矩马达的线圈两端时，它与永久磁钢作用后，对主杠杆产生一个力矩，于是挡板靠近喷嘴，经放大器放大后的输出压力通入到执行机构的气缸，通过反馈凸轮拉伸反馈弹簧，弹簧对主杠杆的反馈力矩与输入电流作用在主杠杆上的力矩相平衡时，仪表达到平衡状态。此时，一定的输入电流就对应一定的阀门位置。

70～80年代初，此种定位器在我国使用范围约占85％～90％，机械力平衡结构缺点是:耐环境性差，易受温度、外界振动影响，易磨损，手动调整费时且需要中断控制回路。但由于其价格低廉，在传统企业里仍在使用。

电子式电气阀门定位器在80年代初开始走向市场，近几年技术手段不断更新。线性电位器把阀杆位置转换成电信号和初始设定值比较，经过PI控制器调整和信号放大输出至压电微型阀，控制输出气压，经气动放大器输出。当输入信号与反馈信号平衡时，气动放大器输出稳定的压力信号，保证调节阀精确定位。由此可见，控制原理完全不同于过去的机械力平衡原理，给定值与实际反馈值的比较完全是电信号，不再是力平衡，减少了中间传递环节，消除了力传递和转换过程中一些问题，提高了抗干扰能力。其中电气转换元件采用压电微型阀，压电阀具有动作速度快、质量小、寿命长等突出优点，在实现气路平衡的同时，完成电信号到气信号的精确转换。

随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、甚至A/D转换器等。人们把这种超大规模集成电路芯片称作“单片微控制器”，简称为单片机。单片机的出现，引起了仪器仪表结构的根本性变革，以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以容易的将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。这种新型的智能仪表在过程的自动化，数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。