執行機構－定位器的設計

日期：2025-08-25 01:07

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摘要：

執行機構和定位器的設計必須一起考慮。這兩個設備的組合會在很大程度上影響調節閥（控制閥）組件的靜態性能（死區）和動態響應、以及閥門這個儀表的總的空氣消耗量。今天，定位器用于大部分指定的調節閥（控制閥）應用場合。與普通的數字式控制系統一起使用時，定位器可以提供很高的定位精度以及對過程干擾的更加快速的響應。隨著人們越來越把重點放在過程控制的經濟效果上，在過程優化重要的每一個閥門應用場合都應該考慮使用定位器。

一個好的定位器在降低過程偏差度方面的*重要特性是它是一個高增益裝置。定位器的增益由兩部分組成：靜態增益和動態增益。靜態增益是一個裝置能感測到輸入信號的微小改變（0.125%或更小）的敏感性。除非這個裝置對這些小信號改變敏感，否則它不可能對過程變量的干擾作出響應。定位器的高靜態增益是通過一個前置放大器而取得的。這個放大器在功能上類似于包含在高保真音響系統里的前置放大器。在很多氣動定位器里，一個噴嘴－檔板或類似裝置具有與這種高靜態增益前置放大器一樣的作用。

一旦過程變量的改變被高靜態增益前置放大器所感測到，定位器必須能使得截流元件快速地運動，以提供一個對于過程變量的及時的糾正動作。這需要很大的動力來使得執行機構和閥門組件快速地運動到一個新的位置。換言之，定位器必須迅速提供大量的空氣給執行機構以使得它作出快速的響應。這種能力來自定位器的高動態增益。盡管前置放大器能夠提供高靜態增益，但是它典型地沒有足夠的能力來提供所需要的動力。這樣，前置放大器的功能必須通過一個高動態增益動力放大器來進行補償。而這個高動態增益動力放大器能夠根據需要快速地提供要求的空氣流量。這種動力放大器的功能一般是由一個放大器或滑閥提供的。

滑閥定位器由于其簡單性而相對比較常用。不幸的是，很多滑閥定位器是通過在設計時取消高增益前置放大器而取得這種簡單性的。這些定位器的輸入階段通常是一個低靜態增益轉換器模塊。這個轉換器模塊把輸入信號（電氣或氣動）轉換成滑閥的移動，但是這種裝置通常對于小信號改變的敏感性很低。其結果是很大的時滯時間和很慢的調節閥（控制閥）組件總體響應時間。有些制造商試圖通過使用口徑較大且通道重疊較少的滑閥來補償這些裝置較差的性能。這的確增加了裝置的動態動力增益。如果與執行機構非常匹配，這個方**在一定程度上改善性能，但是它大大地增加了這些高增益滑閥的空氣消耗量。很多高增益滑閥定位器比典型的高性能二級定位器有大于5倍的靜態儀表空氣消耗量。典型的二級定位器在動力放大階段使用氣動放大器。放大器受到偏愛，因為它們能提供高動力增益。這種高動力增益用*小的穩態空氣消耗量產生*好的動態性能。另外，它們不易受到流體污染。

隨著微處理器裝置越來越普及（見第4章），定位器的設計正在發生巨大的變化。這些基于微處理器的定位器提供與*好的普通二級定位器一樣的動態性能。它們也提供閥門監視和診斷能力，有助于確保*初的優良性能不會隨著使用而下降。概括地說，同時具有高靜態和高動態增益的高性能定位器能為任何一個給定的閥門組件提供降低過程偏差度方面的*佳總體性能。

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