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摘要:自動調(diào)節(jié)的原理、類別,壓差變送器在工程中的應(yīng)用、注意事項...
 
壓差變送器在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用
 
賈秀榮
西安新業(yè)建筑咨詢有限公司
    隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,控制技術(shù)越來越深入人們的生活,無時不在影響著人們的生活,說到控制當(dāng)然離不開自動調(diào)節(jié)儀表,它在自動控制系統(tǒng)上占著舉足輕重的位置。
 
    工業(yè)中常用的自動調(diào)節(jié)儀表有氣動調(diào)節(jié)儀表和電動調(diào)節(jié)儀表兩種不同類型,而電動調(diào)節(jié)儀表按其結(jié)構(gòu)形式又可分為基地式儀表和單元組合式儀表兩類。
 
    基地式儀表一般以指示、記錄儀表為主體,附加調(diào)節(jié)機構(gòu)而組成。它接受檢測元件發(fā)出的信號,經(jīng)指示、記錄機構(gòu)的動作,帶動調(diào)節(jié)機構(gòu),發(fā)出控制信號,通過執(zhí)行機構(gòu),實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。
 
    單元組合儀表是根據(jù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的不同功能,將整個調(diào)試系統(tǒng)劃分為若干個具有獨立作用的單元,各單元的品種為數(shù)不多,但可按照生產(chǎn)工藝的需要加以組合,構(gòu)成各種單參數(shù)的或多參數(shù)的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電動單元組合儀表不僅可以靈活組成各種調(diào)節(jié)系統(tǒng),還可以和氣動單元組合儀表、數(shù)據(jù)處理裝置、工業(yè)控制系統(tǒng)等配合使用, 而且,這套儀表的設(shè)計、制造、維修等工作又比較簡單,因此在冶金、電站、化工、石油等工業(yè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用,并已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一套相當(dāng)重要的自動化調(diào)節(jié)儀表。
 
    用電動組合儀表構(gòu)成的簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示,圖中調(diào)節(jié)對象代表生產(chǎn)過程中的某個環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)對象的輸出是被調(diào)量,可以是流量、溫度等工藝參數(shù),這些工藝參數(shù)經(jīng)變送單元轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號后,一方面送到顯示單元指示或記錄,同時又送到調(diào)節(jié)單元中,與給定單元送來的給定值相比較,調(diào)節(jié)單元按照比較后得到的偏差發(fā)出調(diào)節(jié)信號,控制執(zhí)行單元的動作,用調(diào)節(jié)閥門來改變控制量,例如空壓站中的壓縮空氣流量輸出的多少,直至被調(diào)節(jié)量與給定值相等為止。
 
    
 
    從圖1中可以看出,對于不同的調(diào)節(jié)對象只需要換一個或幾個單元,如變送單元、執(zhí)行單元等,就可以滿足不同調(diào)節(jié)要求,并且,該型儀表不但各單元之間便于聯(lián)系,而且指示、記錄儀表也可以實現(xiàn)單一化;更重要的是便于與電子計算機及其數(shù)字化裝置聯(lián)用,適合于大規(guī)模生產(chǎn)的自動化要求,但是組成一個簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須好幾個單元,不如基地式儀表那樣簡單。這也是電動組合調(diào)節(jié)儀表需要進一步更新的方面。
 
    在林德-廈門叉車廠和廣西玉柴等大型廠的空壓站施工中都先后使用過DDZ-Ⅱ型電動單元組合儀表,下面就我在實際應(yīng)用DDZ-Ⅱ型壓差變送器的過程中說明其性能、工作原理、結(jié)構(gòu)、影響因素及其在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
 
    DDZ-Ⅱ型壓差變送器是用來把壓差、流量、液位、負壓等熱工參數(shù),轉(zhuǎn)換成0~10mA.D.C.的統(tǒng)一信號,然后輸給指示、記錄儀表,以及調(diào)節(jié)器或計算機,以實現(xiàn)對上述參數(shù)的顯示、記錄和自動控制。
    壓差變送器的主要技術(shù)特性如下:
    輸入信號:壓差
    輸出信號: 0~10mA.D.C.
    負載電阻: 0~1.5KΩ
    靈敏度:±0.1%
    基本誤差:一般為±0.5%,低壓差為±1%,微壓差為±2.5%
    變差:  不大于基本誤差
    反應(yīng)時間:小于1秒
    恒流性能:0.05mA/ KΩ
 
    DDZ-Ⅱ型壓差變送器是利用力平衡原理工作的,因此人們通常將它稱為"力平衡式變送器",它的工作原理是測量元件把測到的壓差△P轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的測量力F,力F作用在主杠桿的作用點上,使它偏轉(zhuǎn),主杠桿又通過傳力彈簧帶動副杠桿偏轉(zhuǎn),從而改變了檢測鋁片與平面線圈之間的相對距離.檢測鋁片的位移經(jīng)位移檢測放大器轉(zhuǎn)換成直流電流信號輸出,該電流通過負載電阻和反饋動圈,由于反饋動圈是固定在副杠桿上的并處于一個永久磁鋼的磁場中,因此在放大器輸出電流的作用下,反饋動圈就對副杠桿產(chǎn)生一個電磁反饋力F1,當(dāng)測量力F與反饋力F1對杠桿系統(tǒng)所形成的力矩達到平衡,杠桿系統(tǒng)就停止偏轉(zhuǎn),這是通過位移檢測放大器輸出一個穩(wěn)定的值,即反映所測壓差的大小.由于位移檢測放大器的靈敏度特高,所以在測量過程中,彈性測量元件和杠桿系統(tǒng)的位移變化量極小,其實質(zhì)就是用反饋力去平衡測量力。
 
    從變送器的工作原理可以看出壓差變送器是由測量元件、可動杠桿系統(tǒng)、電磁反饋機構(gòu)及高頻位移檢測放大器等四部分組成;即

      

    其中測量元件的作用是把被測介質(zhì)的壓差信號,轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的測量輸出。通常采用的測量元件有膜盒。在實際使用中我發(fā)現(xiàn),可動杠桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對整個儀表的靜、動態(tài)特性有很大的影響,為了擴大量程的可調(diào)范圍,一般采用雙杠桿結(jié)構(gòu)。同時為了滿足壓差變送器在使用和調(diào)整時的需要,杠桿系統(tǒng)中還設(shè)置了一些輔助機構(gòu)如零點遷移機構(gòu)、靜壓調(diào)整機構(gòu)、過載保護機構(gòu)、量程調(diào)整機構(gòu)以及限位機構(gòu),這些輔助機構(gòu)可以提高儀表的精度和靈敏度、消除或減少靜壓誤差、避免機構(gòu)因過載而損壞,減少或消除誤動作。在壓差變送器中,高頻振蕩器是整個位移檢測放大器的核心部分,我們知道高頻振蕩器是一種具有自給偏差的振蕩線路,這種振蕩器的振蕩回路時間常數(shù)又隨永久磁鋼和平面線圈之間的相對距離而改變,給調(diào)整帶來一定的難度。因此在壓差變送器的安裝和投運之前,必須對它的基本特性進行檢查和校驗,確認符合技術(shù)要求后,方可安裝和使用。首先進行機械結(jié)構(gòu)檢查,檢查各機械連接部件的連接是否牢固;杠桿傳動系統(tǒng)是否靈活;反饋動圈在磁鋼中有無卡滯現(xiàn)象;一般反饋動圈應(yīng)露出磁鋼1.5~2.5毫米左右,通過多次的檢測我覺得這個數(shù)值定位在2毫米左右更合適一些;其次檢查變送器的絕緣性能,輸出回路對外殼的絕緣電阻不得小于20MΩ;電力回路對外殼的絕緣電阻不得小于50 MΩ,通過多次應(yīng)用我發(fā)現(xiàn)電力回路對外殼的絕緣電阻只要不小于20 MΩ,就可運轉(zhuǎn)正常。最后接入220V交流電源,然后用手輕輕撥動副杠桿,使它有一定的偏轉(zhuǎn)。檢測鋁片靠近平面線圈時,振蕩級電流和輸出電流均應(yīng)往增大方向變化。在作完這些工作以后,儀表通電檢查,當(dāng)輸入壓差信號為零時,輸出電流也應(yīng)為零,否則應(yīng)進行零位調(diào)整,我通過多次在現(xiàn)場的檢測總結(jié)得出一套檢測調(diào)試方法,這些方法有利于調(diào)試和檢測,為施工節(jié)約了時間,降低了成本,方法如下:當(dāng)零點偏離大于0.5 mA時,用粗調(diào),否則采用細調(diào);零點調(diào)整結(jié)束后進行量程范圍調(diào)整,正壓室用加壓裝置加入相當(dāng)于滿量程的壓差信號,此時儀表輸出應(yīng)為10mA,如果輸出電流遠大于10mA,則可向上移動傳力彈簧片,反之,向下調(diào)整彈簧力片。若輸出電流偏離10mA,但不超過0.2mA,則可調(diào)整反饋電流分流的電位器,或用磁分路調(diào)節(jié)螺絲進行細調(diào)。量程調(diào)整合適后,一般還需重新檢查零點,直至零點和滿量程均符合要求為止。在實際生產(chǎn)中可以總結(jié)出更簡捷的方法解決遇到的問題,如我在林德—廈門叉車有限公司空壓站壓差變送器的調(diào)節(jié)時,由于現(xiàn)場條件的限制,發(fā)現(xiàn)采用U型管內(nèi)的水壓進行量程的粗調(diào),解決了專業(yè)儀表檢測的煩瑣。步驟如下:先將U型管的一端用水充滿接至正壓室加壓,同時降低兩端,在與儀表連接的一端形成無水區(qū),而后提高未接的一端,形成水壓,這樣操作方便簡潔,也可到達調(diào)節(jié)量程范圍的目的。
 
    我通過多次安裝、檢測、調(diào)試在進行量程范圍調(diào)整時應(yīng)注意以下幾點:
    1、傳力彈簧片位置變化后,主副杠桿仍應(yīng)保持平衡;
    2、調(diào)整杠桿系統(tǒng)時,反饋動圈與永久磁鋼之間不應(yīng)有卡滯現(xiàn)象,并且應(yīng)使動圈露出磁鋼的距離約為1.5毫米左右;
    3、在調(diào)整傳力彈簧片的位置以前,應(yīng)先旋開正壓室下方的泄露螺釘,然后用內(nèi)六角扳子旋松軸與C型引出片之間的緊固螺絲,使出軸處于自由狀態(tài)。傳力彈簧片的位置調(diào)定以后,再旋緊上述螺絲和螺釘。擰緊完畢后安裝好,再輸入額定靜壓力進行試驗,反復(fù)調(diào)整直至滿足要求為止。
 
    調(diào)整安裝好壓差變送器后,這只是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié),將壓差變送器輸出的的電流信號反饋到空壓機控制柜內(nèi)與設(shè)定的信號做比較,采用PI調(diào)節(jié)器,實際上在壓力和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,被調(diào)量的信號波動往往較大,影響調(diào)節(jié)器的正常工作,此時采用阻尼器先將信號平滑,然后送到調(diào)節(jié)器和顯示單元,及時進行計算、比較,從而控制空壓機上的調(diào)節(jié)閥門的位置,實現(xiàn)壓力、流量的自動、手動輸出,以滿足生產(chǎn)的需要。與DDZ-Ⅱ型壓差變送器配套使用的顯示單元為DXS-102型比例積算器,可測量某一時間內(nèi)流量的累計,這種儀表具有計數(shù)脈沖輸出,配合數(shù)字顯示裝置顯示瞬時流量。
 
    從多次的現(xiàn)場實踐和實際操作中發(fā)現(xiàn)影響自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的因素以及在實際生產(chǎn)中解決的方法:
    1、檢測信號不穩(wěn)定:如壓縮空氣管道中空壓氣的流量,會直接影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行:經(jīng)驗證明:檢測變送器輸出波動范圍在0~2mA以內(nèi)時,可以在檢測變送器導(dǎo)壓管接頭處增加阻尼墊;變送器輸出波動在0.6mA以內(nèi)時,用25V,2200~4700UF的電容器并聯(lián)到信號兩端,可以起到良好的阻尼效果;變送器輸出波動范圍在1.3mA以內(nèi)時,可以增加阻尼器;檢測變送器輸出波動范圍超過1.3mA時,要修改參數(shù)檢測位置.
 
    2、調(diào)節(jié)器自激振蕩,影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運行:可以用信號發(fā)生器給調(diào)節(jié)器輸入信號,看調(diào)節(jié)輸出是否有振蕩,如有,可調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器開環(huán)增益電位器。
 
    3、伺服放大器方面的問題:一般的說,調(diào)節(jié)伺服放大器的調(diào)穩(wěn)電位器,可以使調(diào)節(jié)閥的靈敏度和穩(wěn)定性符合要求,如果調(diào)節(jié)閥振蕩,系統(tǒng)內(nèi)的儀表沒有振蕩現(xiàn)象,調(diào)節(jié)伺服放大器的調(diào)穩(wěn)電位器又不能滿足要求,可把伺服放大器打開,增加電阻,直至滿足要求。
 
    4、調(diào)節(jié)閥的問題:如調(diào)節(jié)閥泄露太大,調(diào)節(jié)閥特性不好,閥門間隙大等都將影響系統(tǒng)的運行。
 
    5、執(zhí)行器與調(diào)節(jié)閥配合不好,會導(dǎo)致閥門開度與流量不一致,造成‘虛假’泄露現(xiàn)象,或者較大的回差,這時要重新調(diào)整執(zhí)行器及其連動機構(gòu),確屬調(diào)節(jié)閥泄露量大,對閥門進行調(diào)整,在多次的安裝實踐中發(fā)現(xiàn):一般調(diào)節(jié)閥為快開特性時,調(diào)節(jié)系統(tǒng)很難運行,這時,可以更換閥門以滿足系統(tǒng)的要求。
 
    6、有時電源節(jié)點產(chǎn)生串?dāng)_源節(jié)點,對信號進行干擾,尤其是電路板上的高頻振蕩驅(qū)動器產(chǎn)生的電磁場疊加,相互作用,也影響系統(tǒng)的正常運行。 
  
    總之,掌握和了解了壓差變送器在自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用及其受影響因素和解決辦法,就可方便的指導(dǎo)施工、調(diào)試。實際生產(chǎn)中,如果一個廠房的用氣點多,而且使用流量不一致,這時,便可采用壓差變送器建立一個控制回路,自動調(diào)節(jié)管道中氣體的流量,從而達到自動調(diào)節(jié)空壓機的運轉(zhuǎn),流量的輸出,以滿足生產(chǎn)的需求。在此只是介紹了壓差變送器對壓縮空氣流量的自動調(diào)節(jié),其實,在一般的與流量有關(guān)的被調(diào)量均可用壓差變送器來調(diào)節(jié)。由此可以看出,壓差變送器在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)相對方便、簡捷,因此在實際生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。實現(xiàn)一個自動調(diào)節(jié)的過程也非多難,只要掌握各個環(huán)節(jié)的性能、技術(shù)參數(shù)、影響其變動的主要因素及其改變影響因素的方法,便可實現(xiàn)你所想達到的目的。  
 
 
(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò):文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
 
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