执行器与防爆栅的基本工作原理

第4章执行器和防爆栅自动化仪表与过程控制第4章执行器和防爆栅第1部分---执行器4.1

执行器---是调节系统四个基本组成部分之一，形象称为自动化的手脚。（四个基本组成部：调节对象、检测仪表、调节器、执行器）执行器的作用--根据调节器的命令控制传送、调节温度、压力、流量等工艺参数。执行器的组成（分为两部分）（1）执行结构--执行器的驱动部分，按照调节器的信号产生推力或位移；（2）调节机构--执行器的调节部分，常见有调节阀等，在执行机构操纵下调节工艺介质的流量。执行器的影响--是调节系统中的薄弱环节，质量可能导致不能正常工作或影响调节品质。4.1.1气动执行器---以压缩空气为动力的执行器，由气动执行结构和调节阀组成。类型原理：（1）薄膜式，弹性膜片将输入气压转变为推力，结构简单、价格便宜、应用广；（2）活塞式，由气缸活塞输出推力，允许压力高、有较大推力、行程长。典型气动执行机构原理—RF-P-176-FIG4-1薄膜式原理说明

活塞式现场应用演示

调节阀的形式：（1）分为单座阀和双座阀，以阀芯阀座的套数决定，单座一套，双座两套（RF-FIG-4-3）；（2）分为气开和气闭，气开：气压增加阀趋于开，气闭：气压增加阀趋于闭。

调节阀的优缺点及适用场合：单座：易改装、结构简单、无同步问题；被调气流对阀芯有作用力，可能影响正常工作。双座：作用力可大致抵消，不平衡力小；两组阀芯不易同时关闭，关闭泄漏量比单座阀大。选用气开、气关的原则：主要从安全角度考虑。事故状态下阀门打开危险性小，选启闭；反之选气开。调节阀的重要性：调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有何大影响。调节阀的流量：与阀的开度和阀的前后压差均有关。阀特性研究：分两种方法—阀前后压差固定和实际工作变压差。下半部分为调节阀上半部分是产生推力的薄膜式执行机构P膜片推杆关闭阀芯（气闭式）调节阀的形式及优缺点分析直通单座阀直通双座阀流体对阀芯的作用力调节阀的优缺点及适用场合单座：易改装、结构简单、无同步问题；被调气流对阀芯有作用力，可能影响正常工作。双座：作用力可大致抵消，不平衡力小；两组阀芯不易同时关闭，关闭泄漏量比单座阀大。选用气开、气关的原则：主要从安全角度考虑。事故状态下阀门打开危险性小，选启闭；反之选气开。调节阀的重要性：调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有何大影响。调节阀的流量：与阀的开度和阀的前后压差均有关。阀特性研究：分两种方法—阀前后压差固定和实际工作变压差。1.固有流量特性

在前后压差不变的情况下得出的流量特性或称为理想流量特性，通常有三种典型形式：（1）直线特性—流量与阀芯位移成直线关系；（2）对数特性—流量与阀芯位移成对数关系，即引起的流量变化的百分比相等；（3）快开特性—开度较小时流量变化较大，随开度增大很快达到最大值。三种典型固有流量特性的比较：2.工作流量特性调节阀和管道阻力串联的情况

实际使用时，阀前后压力变化，对应具体使用条件阀芯位移对水流的控制特性，影响因素较多，分析例：设调节阀管路外加压力Po恒定。阀的开度增加，Q增加，管道压降ΔPg与流量Q平方成正比。结论：（1）在同样的阀芯位移下，阀芯前后压差变化，非恒压差。 （2）与恒压差相比，流量开始变化较缓慢，阀开始的反应较迟钝。直线阀、对数阀的实际工作特性（考虑管道阻力）

直线阀、对数阀的实际工作特性（考虑管道阻力）其中：以S表示管道阻力下的压差比，即：分析：S=1相当于管道压力为0，实际工作特性与固有流量特性相同。S<1

（1）阀开度大时流量减小，原因：管道设备压降增加。（2）阀开度大时控制灵敏度降低。注：可借鉴电位器负载特性（电流大小）对输出的影响分析。（3）对数阀随开度的变化，其流量趋势与直线阀相反。调节阀和控制对象特性的非线性补偿阀和对象特性的非线性互相补偿依据：实际使用时有管道设备压差（对象）会引起非线性，不同形式的调节阀门也可以引起非线性，两者特性适当配合的合成特性可以是线性关系。

调节阀口径的选择方法选择的目的：保证工艺操作正常进行，准确控制阀门的流量能力。选择不当时可能出现的问题（主要原因是阀门口径选择不当）：（1）口径过大：在小开度位置工作调剂质量不高。（2）口径过小：无法满足正常生产的需求。调节阀选择依据的计算过程电-气转换器作用：将调节器输出的标准电流信号转换为20~100kPa的标准气压信号。电-气转换器（力平衡式）的工作原理组成：RF-FIG-4-9涉及：调节器输出电流I、电磁铁线圈、杠杆、喷嘴挡板机构、气动功率放大器支撑弹簧、波纹管、重锤、气源等。工作过程：调节器输出电流I↑---电磁铁线圈吸力↑---杠杆左端↓---挡板压缩喷嘴---喷嘴间隙↓---气动功率放大器输出功率P↑---杠杆波纹管充气---杠杆左端↑---形成反馈力达到平衡电-气转换器工作原理图调整方法：弹簧调整输出零点，波纹管粗条量程，永久磁体磁分路螺丝细调量程，重锤调节平衡。转换器指标：精度0.5级、气源压力140±14kPa、输出气压信号，20~100kPa。核心部件-喷嘴挡板机构

的构造和特性

核心部件---喷嘴挡板机构主要组成：背压室、恒节流阀孔、喷嘴、挡板、气压信号输出孔工作原理：当挡板与喷嘴间隙有微小位移将会被转换为气压信号P输出，作为气动功率放大器的输入信号。阀门定位器任务：与执行机构配合使用确保精确定位。用途：用于执行机构工作条件差和要求调节质量要求高的场合。影响精确定位因素：填料、压差、黏度产生的附加力。方法：借助阀杆位移负反馈是调节阀能按照输入信号精确地确定开度。带定位器的气动执行器的信号流程框图组成：RF-P183-FIG-4-12气动阀门定位器与执行机构的配合示意图主要动作涉及：（1）锥阀--控制排气，（2）阀球--控制进气，（3）波纹管（Pi输入）--给定值，（4）推杆-凸轮--反馈值 （5）P-执行机构的控制气压--定位器的输出量工作原理：挡板移近喷嘴--A室气压↑--膜片推动锥阀（间隙）排气量↓--球阀（间隙）进气量↑--C室气压↑--控制气压P↑--推杆↓--凸轮顺时针转动--挡板移出喷嘴--系统平衡电气阀门定位器与执行机构的配合一体化电气阀门定位器：结构原理：RF-P184-FIG-4-13工作原理：输入电流I↑--杠杆上部右转—喷嘴间隙↓--控制压力P↑--推杆↓--凸轮顺时针转动—挡板移出喷嘴—杠杆下部右转—系统平衡信号电流通入力矩马达1的线圈时，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送入薄膜气室使杠杆向下移动并带动反馈杆绕其支点4转动连在同一轴上的反馈凸轮也作逆时针方向转动通过滚轮使副杠杆绕其支点偏转拉伸反馈弹簧当反馈弹簧对主杠杆的拉力与力矩马达作用在主杠杆上的力两者力矩平衡时，仪表达到平衡状态，此时，一定的信号电流就对应于一定的阀门位置。电-气阀门定位器的安全防爆防爆要求：防爆电路示意框图RF-184-FIG-4-14

防爆工作原理说明（目的--断线时对高储能元件进行隔爆处理）（1）VD3、VD4限制力线圈的储能，（2）VD1、VD2限制力线圈的电流输出，（3）硅橡胶灌封。电动执行器

作用：将调节器输出的4~20mA信号转换成直线或角度位移。组成：执行机构和调节阀（同一般执行器）特点：执行器使用电动执行机构---利用电动机等启闭调节阀。电动执行器方案及配用类型：

直行程---直线电磁阀；角行程---旋转蝶阀；多转式---多转感应调压器。电动执行器原理框图

常用电动执行器的要求：能够频繁启动、能长期处于过载状态。具体措施：采用专用异步机，转子电阻大---启动电小、堵转时温升不超限。伺服电机电路工作原理:

对应RF-P-154-FIG-6-45伺服放大器的原理示意图

带制动机构的两相伺服电动机伺服电机电路工作原理叙述原理叙述：a+、b-，a-、b+分别对应上下交流开关导通，直接导通供电的一路交流不倒相，经分相电容的一路移相90º，两交流开关的切换决定电机转动的方向。带制动结构的两相伺服电机主要目的：防止惯性精确定位。（1）定子带电，衔铁吸合，簧片变形，制动盘推离，转子活动。（2）定子失电，衔铁还原，簧片恢复，弹簧弹起，制动盘推入，转子固定。（3）拉起把手，手工脱离，解除制动。超声波伺服电机USM概述AppendixThenameplateofUSR60USMDrivefrequency40-44kHzDrivevoltage100-130VrmsDrivecurrent53mARatedtorque0.4NmRatedpower4WRatedspeed10rad/sHoldingtorque<=800mNmRotorinertia7.2

10−6kg/m2Weight0.23kgTheequivalentcircuitparametersofUSR60USMCd=9nFrd=20kLm=0.1Hr0=150Cm=168pF168第4章执行器和防爆栅第2部分---防爆栅1.安全防爆基础知识2.隔离式防爆栅的电路原理及性能3.防爆栅在现场总线中的应用4.2防爆栅

4.2.1安全火花防爆系统的概念防爆栅的设计思路：传统--包括充油型、充气型、隔爆型等，将可能产生火花的电路从结构上与爆炸性气体隔开；新型--（安全火花型）电路设计上考虑防爆，将电路在短路、开断及误操作下产生的火花限制在爆炸性气体的点燃能量之下。归类：属于本质安全防爆仪表，比结构防爆仪表高一等级。防爆仪表与防爆系统

性质--安全火花防爆仪表和安全火花防爆系统属于两个不同的概念；内容--防爆仪表只保证仪表内部不产生危险火花，不包括外部引线（电源线、信号线等---注：系统与仪表的区别）。定义--由安全火花仪表和经过防爆栅连接组成的工业控制系统。（自）安全火花防爆系统的基本结构（注意：防爆栅的作用）

防爆栅：安全保持器，用途--限制送往现场单元的电压、电流，保证进入现场的电功率在安全范围之内。防爆栅的局限性：只能限制进入现场的瞬时功率，必须与安全火花型仪表配合。安全火花防爆系统的充分必要条件：（1）在危险现场的仪表必须是安全火花型；（2）现场仪表与非危险场所之间的电路连接必须经过防爆栅。

防爆栅的定义及局限性

4.2.2安全火花防爆的等级

（安全火花防爆的实质—限制火花的能量）

爆炸性混合物的最小引爆电流（条件：直流电压≤30V）TAB-4-1安全火花防爆栅参考资料

4.2.3防爆栅的基本工作原理

齐纳式

改进型齐纳式主要种类：电阻式、齐纳式、隔离式（4.2.4介绍）。（1）电阻式：电阻串联于电源线或信号线限制进入危险现场的电流，缺点：电源、信号受衰减。（2）齐纳式：利用串联电阻限流、利用并联齐纳稳压管限压。过流限制分析4.2.4隔离式防爆栅

（1）检测端防爆栅

DDZ-Ⅲ防爆栅的隔离方案:具体措施--变压器作为输入输出电源隔离；晶体管截止限压、限流截止式控制电路。两处隔离--变送器配合使用的检测端防爆栅，执行其配合使用的执行端防爆栅。基本原理框图简化电路原理图分为检测端和执行端防爆栅隔离示意图信号隔离电源隔离涉及内容：（1）电路组成；（2）信号流程分析；（3）调制解调原理检测端防爆栅的简化原理图分析内容：（1）DC-AC转换原理；（2）调制原理；（3）解调放大原理原理框图原理描述基本工作原理描述①信号流向：由变送器输入，经限压、限流电路，经调制电路，经隔离防爆栅，经解调电路至控制室。②供电电源：+24V电源接通，VT1、VT2得电，产生推挽振荡，DC-AC转换，输出3路。 a.为4~20mA产生电路供电； b.作为调制开关切换控制信号； c.为限压、限流保护电路供电。③限压限流：过压VD15、VD16击穿，VT3、VT5导通，VT4、VT6截至，信号通道关断。④调制电路：调制开关VD13、VD14轮流切换变送器引入信号，分时流过调制变压器T2原边上、下绕组，将电平信号转换为交变信号。⑤解调电路：副边信号时VT7、VT8，VT9、VT10轮流导通，导通程度由原边4~20mA电平决定，对施加电源控制后还原4~20mA信号。简化原理图限压限流电路原理及特性曲线检测端防爆栅简化原理图

限压限流特性曲线调制解调电路工作原理调制和解调放大电路原理图斩波供电（2）执行端防爆栅执行端防爆栅电路原理图

执行端防爆栅工作原理防爆栅在现场总线中的应用参考资料现场总线的常规应用现场控制室控制系统24Vdc24Vdc电源调节器OR安全区现场接线器现场总线在危险区的应用现场控制室24Vdc控制系统危险区基金会现场总线设备现场接线器?保护?FISCOSolutionFieldbusIntrinsicSafetyConcept用于总线本质安全的一种新的技术以IEC61158-2现场总线装置物理层标准的概念为基础.与较早的‘Entity’模型相比,可以向本安型主干提供更的的电流,因此可以连接更多的设备.不需要电缆参数的计算减少设备清单中的安全文件不需要检查安全文件即可增加设备允许使用更大电容的更长的电缆FISCOpowersupplyFieldControlroomControlsystemFISCOfielddevicesZone1Division124Vdc24VdcExi

TrunkLive-workable

ExispurLive-workableFISCO可应用于Zone1或Zone0的环境EExiacertifiedFISCOdeviceZone0现场接线器可连接多少现场设备?MTL5053(Entity),IIC/IIBGasGroupsFISCO,IICGasGroupsFISCO,IIBGasGroups80mAavailable,typically4or5devices120mAavailable,typically8devices265mAavailable,typically17devicesZone1/Division1假设每台设备15mAFieldControlroomExispurLive-workableControlsystemFISCOorEntityfielddevicesZone2/Zone1ExeTrunk24VdcPowerconditionerZone0/Zone124Vdc24Vdc现场隔离安全栅《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如《化妆品监督管理及安全性评价》等。七、标准的结构和主要内容（一）结构：1.范围2.一般术语3.毒理学试验方法术语4.卫生化学检验方法术语5.微生物检验方法术语