比例流量計(jì)

按照液體越堰理論，液體通過(guò)堰式流量計(jì)，若不考慮流束收縮，則從堰上流出的理論流量Q乃是液位高度（壓頭）h的函數(shù)，即Q=φ（h）根據(jù)伯努利定理，當(dāng)液面在堰開孔下緣之上為h時(shí)的位置見圖1。

流量與壓頭成線性關(guān)系的比例堰。如圖2所示，由于在X軸方向上將延伸至無(wú)窮大，所以并無(wú)實(shí)用價(jià)值，若將其下部與有限寬度的其他形狀相組合，再相應(yīng)地得到上部的適當(dāng)曲線，即可得到實(shí)用的比例堰式流量計(jì)。

比例堰的主體由堰板和堰槽組成，然后整體裝入污水水渠中。堰槽長(zhǎng)度在1m以上，堰板焊在堰槽出口端。堰板矩形孔下沿與堰槽底板頂面齊平。知形孔兩側(cè)沿與堰槽兩側(cè)側(cè)板內(nèi)表面斧平。采用堰槽的目的是保證堰孔前水流平直。如污水水渠渠底與兩壁施工質(zhì)量良好，可以保證堰板安裝符合要求時(shí)，也可以不要堰槽。堰槽應(yīng)安裝在水渠的水平段，并要求過(guò)堰水流形成自由跌落，為此堰孔下沿與下游渠道底面之間應(yīng)有一定距離，參見圖3。堰槽安裝時(shí)其底面應(yīng)保持水平，堰孔中心正好處子水渠中央，堰槽與水渠的所有接觸面要密封不滲漏，以保持測(cè)量準(zhǔn)確度。

水位計(jì)如用簡(jiǎn)易的，可用普通浮筒式水位計(jì)，它由浮筒、指示桿、流量標(biāo)尺、指針和角鋼支架組成。在現(xiàn)場(chǎng)自行制作安裝，只是指針可以移動(dòng)，以便于安裝后調(diào)整水位及流量指示之用。浮筒水位計(jì)安裝地點(diǎn)在堰板上游至少1m距離之外，以保證測(cè)量點(diǎn)水面平穩(wěn)。

比例堰式流量計(jì)的主要特點(diǎn)是流量與某一基準(zhǔn)面上的壓頭成線性關(guān)系，這一特征使得這種型式的堰能方便地用于工業(yè)過(guò)程上的流量記錄和控制，特別適用于常壓下液體的投配料控制。然而由于一般有關(guān)流量測(cè)量的書籍和手冊(cè)中對(duì)于比例堰的介紹常簡(jiǎn)略，再由于其復(fù)雜的曲線狀輪廓的開孔又給出不容易制作的印象，從而影響了它的推廣使用。

比例系統(tǒng)特點(diǎn)與種類

電液比例閥是比例控制系統(tǒng)中的主要功率放大元件，按輸入電信號(hào)指令連續(xù)地成比例地控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量等參數(shù)。與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差距，但它顯著的優(yōu)點(diǎn)是抗污染能力強(qiáng)，大大地減少了由污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性；另一方面比例閥的成本比伺服閥低，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，己在許多場(chǎng)合獲得廣泛應(yīng)用。

比例閥按主要功能分類，分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三大類，每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式，直接控制用在小流量小功率系統(tǒng)中，先導(dǎo)控制用在大流量大功率系統(tǒng)中。比例閥的輸入單元是電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，它將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械量。轉(zhuǎn)換器有伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、力馬達(dá)和力矩馬達(dá)、比例電磁鐵等形式。但常用的比例閥大都采用了比例電磁鐵，比例電磁鐵根據(jù)電磁原理設(shè)計(jì)，能使其產(chǎn)生的機(jī)械量(力或力矩和位移)與輸入電信號(hào)(電流)的大小成比例，再連續(xù)地控制液壓閥閥芯的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)的壓力、方向和流量。

比例閥有三大類：

（1）比例壓力閥，有溢流閥、減壓閥，分別有直動(dòng)和先導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu);

（2）比例方向閥，有直動(dòng)和先導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu)，直動(dòng)閥有帶位移傳感器和不帶位移傳感器兩類;

（3）比例流量閥，有比例調(diào)速閥和比例溢流流量控制閥。

比例閥與放大器配套使用，放大器采用電流負(fù)反饋，設(shè)置斜坡信號(hào)發(fā)生器，控制升壓、降壓時(shí)間或運(yùn)動(dòng)加速度及減速度。斷電時(shí)，能使閥芯處于安全位置。

比例系統(tǒng)選用原則

（1）根據(jù)用途和被控對(duì)象選擇比例閥的類型；

（2）正確了解比例閥的動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)，主要有額定輸出流量、起始電流、滯環(huán)、重復(fù)精度、額定壓力損失、溫飄、響應(yīng)特性、頻率特性等；

（3）根據(jù)執(zhí)行器的工作精度要求選擇比例閥的精度，內(nèi)含反饋閉環(huán)閥的穩(wěn)態(tài)性、動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。如果比例閥的固有特性如滯環(huán)、非線性等無(wú)法使被控系統(tǒng)達(dá)到理想的效果時(shí)，可以使用軟件程序改善系統(tǒng)的性能；

（4）如果選擇帶先導(dǎo)閥的比例閥，要注意先導(dǎo)閥對(duì)油液污染度的要求。一般應(yīng)符合ISO 18/15標(biāo)準(zhǔn)，并在油路上加裝過(guò)濾精度為10μm以下的進(jìn)油過(guò)濾器；

（5）比例閥的通徑應(yīng)按執(zhí)行器在最高速度時(shí)通過(guò)的流量來(lái)確定，通徑選得過(guò)大，會(huì)使系統(tǒng)的分辨率降低；

（6）比例閥必須使用與之配套的放大器，閥與放大器的距離應(yīng)盡可能地短。

比例系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)

比例環(huán)節(jié)也稱為無(wú)慣性環(huán)節(jié)，對(duì)于液壓缸或馬達(dá)，忽略液壓油的可壓縮性和泄漏，液壓缸的流量Q=VA。其中V為活塞速度，A為活塞面積。

其傳遞函數(shù)為：

比例系統(tǒng)比例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

比例控制系統(tǒng)根據(jù)有無(wú)反饋分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。如比例閥控制液壓缸或馬達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)速度、位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等的控制，其控制系統(tǒng)方框圖如圖1。

由于開環(huán)控制系統(tǒng)的精度比較低，只能應(yīng)用在精度要求不高并且不存在內(nèi)外干擾的場(chǎng)合，但開環(huán)控制系統(tǒng)一般不存在所謂穩(wěn)定性問(wèn)題。而閉環(huán)控制系統(tǒng)（即反饋控制系統(tǒng)）的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)內(nèi)部和外部干擾不敏感，但反饋帶來(lái)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。只要系統(tǒng)穩(wěn)定，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以保持較高的精度。因此，目前普遍采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2 。

在工業(yè)上所使用的調(diào)節(jié)器，習(xí)慣上而是采用比例度δ(也稱比例帶，在儀表上用P表示)，而不用放大倍數(shù)K_P來(lái)衡量比例控制作用的強(qiáng)弱。

所謂比例度指調(diào)節(jié)器輸入的變化與相應(yīng)輸出變化的百分?jǐn)?shù)。比例度就是使調(diào)節(jié)器的輸出變化滿刻度時(shí)(也就是調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開或相反)，相應(yīng)的儀表指針變化占儀表測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)，或者說(shuō)使調(diào)節(jié)器輸出變化滿刻度時(shí)，輸入偏差對(duì)應(yīng)于指示刻度的百分?jǐn)?shù)。

例如，一只電動(dòng)比例溫度調(diào)節(jié)器，溫度刻度范圍是50～100℃，電動(dòng)調(diào)節(jié)器輸出是0～10mA，當(dāng)指示指針從70℃移到80℃時(shí)，調(diào)節(jié)器相應(yīng)的輸出電流從3mA變化到8mA，其比例度為δ=40%。

當(dāng)溫度變化全量程的40%時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出從0mA變化到10mA，在這個(gè)范圍內(nèi)，溫度的變化e和調(diào)節(jié)器的輸出變化△p是成比例的。但當(dāng)溫度變化超過(guò)全量程的40%時(shí)，(在上例中，即溫度變化超過(guò)20℃時(shí))，調(diào)節(jié)器的輸出就不能再跟著變化了，因此，調(diào)節(jié)器的輸出最多只能變化100%。

調(diào)節(jié)器的比例度δ的大小與輸入輸出的關(guān)系如圖3所示。從圖3中可以看出，比例度越大，使輸出變化全范圍時(shí)所需的輸入偏差變化區(qū)間也就越大，而比例放大作用就越弱，反之亦然。

比例度δ與放大倍數(shù)K_P成反比，是互為倒數(shù)關(guān)系。調(diào)節(jié)器的比例度δ越小，它的放大倍數(shù)越大，它將偏差(調(diào)節(jié)器輸入)放大的能力也越大，反之亦然。因此比例度δ和放大倍數(shù)K_P一樣，都是表示一個(gè)比例調(diào)節(jié)器的控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)。