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摘要:自動調節的原理、類別,壓差變送器在工程中的應用、注意事項...
壓差變送器在自動調節系統的應用
賈秀榮
西安新業建筑咨詢有限公司
隨著現代工業的不斷發展,控制技術越來越深入人們的生活,無時不在影響著人們的生活,說到控制當然離不開自動調節儀表,它在自動控制系統上占著舉足輕重的位置。
工業中常用的自動調節儀表有氣動調節儀表和電動調節儀表兩種不同類型,而電動調節儀表按其結構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,附加調節機構而組成。它接受檢測元件發出的信號,經指示、記錄機構的動作,帶動調節機構,發出控制信號,通過執行機構,實現自動調節。
單元組合儀表是根據自動調節系統中各個環節的不同功能,將整個調試系統劃分為若干個具有獨立作用的單元,各單元的品種為數不多,但可按照生產工藝的需要加以組合,構成各種單參數的或多參數的自動調節系統。電動單元組合儀表不僅可以靈活組成各種調節系統,還可以和氣動單元組合儀表、數據處理裝置、工業控制系統等配合使用, 而且,這套儀表的設計、制造、維修等工作又比較簡單,因此在冶金、電站、化工、石油等工業部門中得到了廣泛的應用,并已成為現代工業生產中的一套相當重要的自動化調節儀表。
用電動組合儀表構成的簡單調節系統如圖所示,圖中調節對象代表生產過程中的某個環節,調節對象的輸出是被調量,可以是流量、溫度等工藝參數,這些工藝參數經變送單元轉換成相應的電信號后,一方面送到顯示單元指示或記錄,同時又送到調節單元中,與給定單元送來的給定值相比較,調節單元按照比較后得到的偏差發出調節信號,控制執行單元的動作,用調節閥門來改變控制量,例如空壓站中的壓縮空氣流量輸出的多少,直至被調節量與給定值相等為止。

從圖1中可以看出,對于不同的調節對象只需要換一個或幾個單元,如變送單元、執行單元等,就可以滿足不同調節要求,并且,該型儀表不但各單元之間便于聯系,而且指示、記錄儀表也可以實現單一化;更重要的是便于與電子計算機及其數字化裝置聯用,適合于大規模生產的自動化要求,但是組成一個簡單調節系統必須好幾個單元,不如基地式儀表那樣簡單。這也是電動組合調節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,下面就我在實際應用DDZ-Ⅱ型壓差變送器的過程中說明其性能、工作原理、結構、影響因素及其在自動調節系統中的應用。
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,轉換成0~10mA.D.C.的統一信號,然后輸給指示、記錄儀表,以及調節器或計算機,以實現對上述參數的顯示、記錄和自動控制。
壓差變送器的主要技術特性如下:
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轉換成相應的測量力F,力F作用在主杠桿的作用點上,使它偏轉,主杠桿又通過傳力彈簧帶動副杠桿偏轉,從而改變了檢測鋁片與平面線圈之間的相對距離.檢測鋁片的位移經位移檢測放大器轉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生一個電磁反饋力F1,當測量力F與反饋力F1對杠桿系統所形成的力矩達到平衡,杠桿系統就停止偏轉,這是通過位移檢測放大器輸出一個穩定的值,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的位移變化量極小,其實質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、電磁反饋機構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的壓差信號,轉換成相應的測量輸出。通常采用的測量元件有膜盒。在實際使用中我發現,可動杠桿系統的結構對整個儀表的靜、動態特性有很大的影響,為了擴大量程的可調范圍,一般采用雙杠桿結構。同時為了滿足壓差變送器在使用和調整時的需要,杠桿系統中還設置了一些輔助機構如零點遷移機構、靜壓調整機構、過載保護機構、量程調整機構以及限位機構,這些輔助機構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又隨永久磁鋼和平面線圈之間的相對距離而改變,給調整帶來一定的難度。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,確認符合技術要求后,方可安裝和使用。首先進行機械結構檢查,檢查各機械連接部件的連接是否牢固;杠桿傳動系統是否靈活;反饋動圈在磁鋼中有無卡滯現象;一般反饋動圈應露出磁鋼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,通過多次應用我發現電力回路對外殼的絕緣電阻只要不小于20 MΩ,就可運轉正常。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。檢測鋁片靠近平面線圈時,振蕩級電流和輸出電流均應往增大方向變化。在作完這些工作以后,儀表通電檢查,當輸入壓差信號為零時,輸出電流也應為零,否則應進行零位調整,我通過多次在現場的檢測總結得出一套檢測調試方法,這些方法有利于調試和檢測,為施工節約了時間,降低了成本,方法如下:當零點偏離大于0.5 mA時,用粗調,否則采用細調;零點調整結束后進行量程范圍調整,正壓室用加壓裝置加入相當于滿量程的壓差信號,此時儀表輸出應為10mA,如果輸出電流遠大于10mA,則可向上移動傳力彈簧片,反之,向下調整彈簧力片。若輸出電流偏離10mA,但不超過0.2mA,則可調整反饋電流分流的電位器,或用磁分路調節螺絲進行細調。量程調整合適后,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。在實際生產中可以總結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節時,由于現場條件的限制,發現采用U型管內的水壓進行量程的粗調,解決了專業儀表檢測的煩瑣。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,而后提高未接的一端,形成水壓,這樣操作方便簡潔,也可到達調節量程范圍的目的。
我通過多次安裝、檢測、調試在進行量程范圍調整時應注意以下幾點:
1、傳力彈簧片位置變化后,主副杠桿仍應保持平衡;
2、調整杠桿系統時,反饋動圈與永久磁鋼之間不應有卡滯現象,并且應使動圈露出磁鋼的距離約為1.5毫米左右;
3、在調整傳力彈簧片的位置以前,應先旋開正壓室下方的泄露螺釘,然后用內六角扳子旋松軸與C型引出片之間的緊固螺絲,使出軸處于自由狀態。傳力彈簧片的位置調定以后,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,反復調整直至滿足要求為止。
調整安裝好壓差變送器后,這只是自動調節系統的一個環節,將壓差變送器輸出的的電流信號反饋到空壓機控制柜內與設定的信號做比較,采用PI調節器,實際上在壓力和流量調節系統中,被調量的信號波動往往較大,影響調節器的正常工作,此時采用阻尼器先將信號平滑,然后送到調節器和顯示單元,及時進行計算、比較,從而控制空壓機上的調節閥門的位置,實現壓力、流量的自動、手動輸出,以滿足生產的需要。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,可測量某一時間內流量的累計,這種儀表具有計數脈沖輸出,配合數字顯示裝置顯示瞬時流量。
從多次的現場實踐和實際操作中發現影響自動調節系統的因素以及在實際生產中解決的方法:
1、檢測信號不穩定:如壓縮空氣管道中空壓氣的流量,會直接影響調節系統的運行:經驗證明:檢測變送器輸出波動范圍在0~2mA以內時,可以在檢測變送器導壓管接頭處增加阻尼墊;變送器輸出波動在0.6mA以內時,用25V,2200~4700UF的電容器并聯到信號兩端,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,要修改參數檢測位置.
2、調節器自激振蕩,影響調節系統的正常運行:可以用信號發生器給調節器輸入信號,看調節輸出是否有振蕩,如有,可調節調節器開環增益電位器。
3、伺服放大器方面的問題:一般的說,調節伺服放大器的調穩電位器,可以使調節閥的靈敏度和穩定性符合要求,如果調節閥振蕩,系統內的儀表沒有振蕩現象,調節伺服放大器的調穩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、調節閥的問題:如調節閥泄露太大,調節閥特性不好,閥門間隙大等都將影響系統的運行。
5、執行器與調節閥配合不好,會導致閥門開度與流量不一致,造成‘虛假’泄露現象,或者較大的回差,這時要重新調整執行器及其連動機構,確屬調節閥泄露量大,對閥門進行調整,在多次的安裝實踐中發現:一般調節閥為快開特性時,調節系統很難運行,這時,可以更換閥門以滿足系統的要求。
6、有時電源節點產生串擾源節點,對信號進行干擾,尤其是電路板上的高頻振蕩驅動器產生的電磁場疊加,相互作用,也影響系統的正常運行。
總之,掌握和了解了壓差變送器在自動控制調節系統的應用及其受影響因素和解決辦法,就可方便的指導施工、調試。實際生產中,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,自動調節管道中氣體的流量,從而達到自動調節空壓機的運轉,流量的輸出,以滿足生產的需求。在此只是介紹了壓差變送器對壓縮空氣流量的自動調節,其實,在一般的與流量有關的被調量均可用壓差變送器來調節。由此可以看出,壓差變送器在自動調節系統的調節相對方便、簡捷,因此在實際生產中具有廣泛的應用。實現一個自動調節的過程也非多難,只要掌握各個環節的性能、技術參數、影響其變動的主要因素及其改變影響因素的方法,便可實現你所想達到的目的。
(本文來源:陜西省土木建筑學會 文徑網絡:文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
·壓差變送器在自動調節系統的應用
2009-11-28
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