氣動儀表

?標(biāo)準(zhǔn)單元是按儀表在自動控制系統(tǒng)和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用劃分的,各單元間使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的(20~100千帕)氣壓信號。這些單元 經(jīng)過不同的組合，可構(gòu)成不同復(fù)雜程度的各種自動檢測系統(tǒng)和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。氣動單元組合儀表廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)自動化過程，特別適宜用在易燃、易爆的場合，還常通過轉(zhuǎn)換單元與電動單元組合儀表聯(lián)用。

發(fā)展?fàn)顩r 以壓縮空氣作為能源的氣動儀表已有較長的歷史。19世紀(jì)末出現(xiàn)氣動薄膜調(diào)節(jié)閥。20世紀(jì)初有了指示、紀(jì)錄型的調(diào)節(jié)儀表，當(dāng)時采用大型圓圖記錄方式，可進(jìn)行兩位調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)，30年代又增加了積分、微分調(diào)節(jié)作用，并研制出氣動傳感器，使簡單的基地式儀表的功能進(jìn)一步完善，主要應(yīng)用于調(diào)節(jié)熱工生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)(如溫度、壓力、流量、液位等)，曾稱為熱工調(diào)節(jié)儀表。40年代末出現(xiàn)了尺寸為6×6英寸的指示調(diào)節(jié)儀表，并帶有自動-手動切換機(jī)構(gòu),將整套的基地式儀表按功能劃分成若干獨(dú)立工作的單元。60年代出現(xiàn)了條型、密集安裝、具有偏差指示、可與計算機(jī)聯(lián)用的各種新型氣動單元組合儀表，外形尺寸與電動單元組合儀表趨向統(tǒng)一。70年代氣動單元組合儀表廣泛采用集成氣路、矢量機(jī)構(gòu)等新型部件，技術(shù)性能大為提高。中國在60年代研制的氣動單元組合儀表經(jīng)歷了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的發(fā)展過程，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

組成 氣動單元組合儀表主要由 7類具有獨(dú)立功能的單元組成(圖1)。 ① 變送單元 又稱變送器。它將各種生產(chǎn)過程中被測量參數(shù)(如溫度、壓力、流量、物位等)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(20~100千帕),傳送給其他單元。下表列出常用的氣動變送器品種。

② 調(diào)節(jié)單元 根據(jù)被調(diào)量與給定值的偏差，按一定調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算(如比例、積分、微分或它們的組合等)，輸出一個調(diào)節(jié)信號給執(zhí)行器，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)。常用的調(diào)節(jié)器有比例調(diào)節(jié)器、微分調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器和PID調(diào)節(jié)器。

③ 顯示單元 用于指示、記錄或累積計算被測參數(shù)、給定值、調(diào)節(jié)器輸出或閥門位置信號等。帶有調(diào)節(jié)單元的顯示單元具有控制中心的作用。有的顯示單元具有報警功能。

④ 計算單元 對幾個標(biāo)準(zhǔn)的信號進(jìn)行加、減、乘、除、開方等數(shù)學(xué)運(yùn)算，常用于被測參數(shù)綜合計算和按計算值調(diào)節(jié)的系統(tǒng)中。

⑤ 定值單元 輸出一個固定的或按時間程序變化的給定值給調(diào)節(jié)單元，實現(xiàn)系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)和程序調(diào)節(jié)。

⑥ 輔助單元 配合其他單元完成信號遠(yuǎn)距離傳送，實現(xiàn)信號選擇、限幅、切換和手動操作等輔助功能，能增加整套氣動單元組合儀表的靈活性。

⑦ 轉(zhuǎn)換單元 將電動調(diào)節(jié)儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號(0~10毫安或4~20毫安)轉(zhuǎn)換為氣動儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號，以組成電動、氣動儀表混合使用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)(見電動單元組合儀表)。

噴嘴-檔板機(jī)構(gòu) 用于測量微小位移的氣動部件,在氣動單元組合儀表的各類單元中均有采用。它由恒節(jié)流孔、噴嘴和檔板組成(圖2)。壓力為P0的壓縮空氣經(jīng)過恒節(jié)流孔，通過噴嘴流入大氣，改變檔板與噴嘴之間的距離s，能改變環(huán)室的輸出壓力P1(P1稱為背壓)。s一般在0.007毫米內(nèi)變化，可獲得20~100千帕的P1值。因此大多數(shù)氣動儀表都采用噴嘴檔板機(jī)構(gòu)作為微小位移的檢測機(jī)構(gòu)。在液壓伺服機(jī)構(gòu)中它也有廣泛的應(yīng)用。 氣動放大器 它對輸入的氣壓信號進(jìn)行壓力和功率放大;是變送單元和轉(zhuǎn)換單元的重要部件，也是一般氣動儀表的重要部件，常與噴嘴-檔板機(jī)構(gòu)連用,將噴嘴的背壓放大,作為儀表的輸出信號或儀表內(nèi)部信號。圖3是變送單元使用的放大器原理圖。噴嘴和檔板間的距離改變引起背壓P1改變，推動膜片和閥桿移動,改變C室錐閥和A室球閥的開度。A室的空氣一部分進(jìn)入B室作為輸出信號，另一部分通過錐閥進(jìn)入C室排入大氣。輸出信號的大小決定于兩個閥的開度，即與輸入信號P1成比例。放大倍數(shù)一般為6~30。錐閥一般不關(guān)死，工作時一直有氣流排入大氣，稱為泄氣型放大器。調(diào)節(jié)單元常使用另一種不泄氣的放大器。

特點(diǎn) 氣動單元組合儀表的優(yōu)點(diǎn)是:①利用力平衡原理(見力平衡式傳感器),精度高,工作可靠。②按組合原理設(shè)計，在構(gòu)成系統(tǒng)時有較大靈活性和通用性。③采用壓縮空氣作能源，能直接驅(qū)動氣動執(zhí)行器，工作平穩(wěn)，具有防爆、防火、防核輻射等性能。④氣路簡單，價格低廉。氣動單元組合儀表的缺點(diǎn)是:氣源需要除油、除水、除塵的凈化裝置;信號傳送速度慢;最大傳送距離只有300米;與計算機(jī)連用不方便。

參考書目

施仁等編:《工業(yè)自動化儀表與過程控制》，電子工業(yè)出版社北京，1984。

《氣動控制儀表:技術(shù)原理》是化工技工學(xué)校儀表維修工種技術(shù)原理課教材之一，共分為十一章。書中除了介紹QDZ系列儀表的概況和氣動控制儀表的基本元件之外，主要講述了氣動單元組合儀表中輔助單元、變送單元、計算單元、調(diào)節(jié)單元、顯示單元、氣動執(zhí)行器和閥門定位器等典型儀表的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。各章均附有一定數(shù)量的復(fù)習(xí)思考題。

《氣動控制儀表:技術(shù)原理》也可供儀表工人技術(shù)培訓(xùn)使用。