电气阀门定位器综合评价

电气阀门定位器综合评价1 阀门定位器的作用阀门定位器与气动执行机构和阀本体组成调节阀(控制阀)，由于调节阀行程动作受填料密封摩擦产生死区和回差，定位器的核心作用是将上述对调节阀的影响量，自动增加或减小，纠正阀杆行程产生的偏差，使其回复到控制信号与阀杆行程的对应关系上，将调节系统干扰、超调量、滞后等不利影响减至最小，提升被调对象的品质。

2 阀门定位器的选择阀门定位器是调节阀最重要的附件，正确合理选择定位器应考虑以下要素：(1)输入信号分类、范围：a)气动输入信号：200~100KPa；(0.2~1kg/cm2) (0.2~1bar)(3~15psi)分程输入信号：20~60；60~100 KPab)电流输入信号：4~20mA；分程输入信号：4~12；12~20mAc)智能定位器输入信号： FF，PROFIBOS；4~20 Ma+HART(2)输出压力分类、范围：a)单输出：(配直行程膜片弹簧式执行机构)根据所配执行机构的弹簧范围来确定，此时定位器的气源压力有以下要求：20~100KPa时，气源压力：140KPa40~200；80~200；80~240KPa时，气源压力：300KPa120~300KPa时，气源压力：340KPab)双输出：(配旋转式无弹簧或有弹簧活塞式执行机构)其输出特点是定位器输出可随气源压力而变。

输出范围：0~600KPa双输出定位器的气源压力应达到输出压力的上限值。

0~600KPa(可设定)(3)定位器位置反馈分类、范围：a)直行程位置反馈：0~10；0~16；0~25；0~40；0~60；0~100mm(国产调节阀行程系列)0~14.3；0~20；0~25；0~30；0~38(40)；0~50；0~60；0~70(75) ；0~80；0~100；0~110mm(国外调节阀行程系列)b)转角位置反馈：0~90°；(球阀、蝶阀)0~60°；0~70°(蝶阀)0~50°；0~60°(偏心旋转阀)由于定位器位置反馈—直行程、转角反馈量的大小由定位器的连杆臂长度和凸轮的转角来决定，各厂家介绍的死点有：30°；45°；70°，故超过定位器位置反馈范围时，则需要有连杆角度的放大机构。

(4)输出特性的选择：阀门定位器输入信号与输出特性“关系曲线”如图1所示，以反作用为例。

图1中曲线(1)线性特性，产生效果如下：a)调节阀线性阀芯，构成的流量特性为线性；b)调节阀等百分比阀芯，构成的流量特性为等百分比。

图1中曲线(2)快开特性；图中曲线(3)等百分比特性。

上述定位器的输出特性与调节阀组配为硬件的静态特性，在实际使用中，影响调节系统特性的因素很多，如一线性阀芯的凋节阀在低S值运行时的流量特性会畸变成快开特性。

此时，我们可用定位器输出特性曲线(3)来修正合成线性的调节系统。

当然，如果系统设计已采用了调节阀等百分比阀芯时，就不必考虑定位器的输出特性修正问题，仍应采用线性特性。

有几个问题须指出：定位器的等百分比修正凸轮使用时，应注意它有正作用和反作用之分，如图1所示。

有些用户误认为等百分比阀芯的调节阀也应配用等百分比修正凸轮的定位器，这就等于进行了二次修正，会给系统带来极不稳定的后果。

有专家论证指出，机械结构式等百分比输出特性的定位器不宜应用在自控系统中，因定位器凸轮的加工精度达不到负反馈的要求，使调节系统产生发散。

可采用智能式的阀门定位器来修正。

(5)防爆定位器的选择：阀门定位器系现场安装仪表，对于气动阀门定位器来说无引爆源存在，且定位器没有发热元件，是一天然防爆仪表。

电/气阀门定位器有电信号存在，如没有防爆措施，则爆炸危险场所是禁止使用的。

目前国内外常见的防爆电/气阀门定位器有：a)本质安全型(本安型)防爆阀门定位器，采用限止电火花和热效应两个可能的点燃源的防爆原理构成的阀门定位器。

防爆标志：Ex ia Ⅱ CT6适用于0区、1区、2区的场所。

b)隔爆型阀门定位器，采用定位器外壳内发生爆炸时具有隔离的措施，不至于传爆到外壳以外的危险性气体以免引起爆炸。

防爆标志：Ex d Ⅱ BT6适用于1区、2区的场所。

c)增安型阀门定位器，采用定位器最高表面温度控制在温度组别以下，满足电气间隙和爬电距离防爆要求，以及定位器的外壳和接线盒的防护等级不低于IP54防护能力的要求。

防爆标志：Ex e Ⅱ T6同样适用于在正常运行条件下不会产生电弧或火花的1区、2区的场所。

(6)输入阻抗：电气阀门定位器的输入阻抗值下表所示，它由定位器生产厂发布，选用时应考虑定位器的输入阻抗与调节仪表或DCS阻抗匹配问题，原则上定位器的输入阻抗不应大于调节仪表的负载电阻。

在有分程控制的系统，一般有二个或二个以上的定位器串联使用，其定位器的输入阻抗Σ不应大于调节仪表的负载电阻。

(7)阀门定位器的作用方式：a)正作用--定位器的输入信号增加时，输出压力也增加的；b)反作用--定位器的输入信号增加时，输出压力为减小。

一般定位器的出厂状态均为正作用，但当现场的调节阀已选定为B(正作用)的作用方式，而系统要求为K(反作用)的作用方式时，可用反作用定位器来实现系统的要求。

反之，通过定位器将系统改变为正作用。

(8)定位器“手动”“自动”切换：定位器在正常使用时其“手、自动”切换开关置于“自动”档，当输入信号中断时，仍要求调节阀在线工作，则可临时将“手、自动”切换开关从自动挡改为置于“手动”位置，用定位器配用的空气减压阀来调节阀门的行程，从而保证调节系统正常运行。

当信号恢复后，再将“手动”切换到“自动”位置。

(9)性能定义：a)基本误差(非线性)--输入信号引起阀杆移动的实际“信号--行程”曲线与理论曲线之间的最大偏差。

b)回差(滞后)--同一输入信号下，正、反行程之间的最大偏差。

c)死区(灵敏度)--能使动作反向的最小信号区间。

d)耗气量(空气消耗量)--在额定供气压力下(50%行程，稳态状态下)，定位器1小时的空气消耗量(升/小时)。

因为定位器的输出有单输出、双输出之分，所以它的耗气量也有所不同。

定位器的耗气量实际上是一个能耗指标，由定位器的气动功率放大器设计结构所决定，耗气式功放特点是输出比较稳定，但耗气量大。

小耗气式功放特点是耗气量小，但稳定性稍差。

随着定位器制造技求的提高，有些小耗气量的定位器也已做到稳定和小耗气二者兼有，是降耗节省运行成本的首选产品。

e)定位器的负载特性一指在动态使用条件下，定位器纠正和克服调节阀在介质负荷影响下所产生阀位变化的能力。

这一特性对调节系统的控制品质有非常明显的作用，因为定位器纠差能力越强，调节阀的阀位就越接近“控制信号与阀位”的理想值，调节阀超调引起的系统扰动可得到有效扼制，直到最终达到消除被调量周期性变化的目的。

f)定位器运行可靠性一指定位器平均无故障时阀 MTBF。

影响定位器可靠性，有以下几个方面的因素：①定位器能承受环境考验的能力，如温度、湿度、机械振动，以及核电用抗地震等。

②长期使用、至少一个检修周期内，定位器的“零位、行程”不发生漂移，否则应经常地去对定位进行重调校正。

一般机械式定位器很难做到这一点。

但是，先进的智能式定位器因有自检和诊断功能，确保定位器的“零位、行程”不会发生漂移。

③定位器的机械反馈连接应牢固、可靠，如反馈杆松动和脱落都会引起定位器失效，给调节系统酿成事故。

④定位器气源质量能否达到仪表用气源标准的要求，对定位器使用可靠性有着密切的关系，其气源必须是按要求除尘埃、水汽和油污。

3 电气阀门定位器综合评价3.1 定位器发展历史我国阀门定位器早在50年代从苏联引进仿制Ⅱ-1型气动的阀门定位器，取而代之的是英国FISHER公司3560型和日本横河生产的C型气动阀门定位器。

1964年我国定位器进行联合设计，产物是ZPQ型气动阀门定位器，70年代电子调节器的发展，ZPD型电气阀门定位器也随之而生，这些产品一直沿用至今。

改革开放以来，国民经济飞跃发展，许多大型化、高参数、高可靠性装置如雨后春笋般的出现，国产的定位器渐渐淡出这些装置，以引进国外品牌定位器技术，国内生产的产品和全进口的阀门定位器填充市场，以上是我国阀门定位器产品的基本现状。

国外新颖定位器很多，主要是采用了模块化的结构和先进的电子线路，还有多种防爆结构。

国内定位器亦在向这方面发展，下面以春新集团上海长成自控设备有限公司生产的CCCX系列电/气阀门定位器为例来对新颖定位器的结构优势予以详细的分析和综合评价。

该产品是在总结了以往定位器生产发展道路的经验，瞄准国际上先进技术，而研发的新一代产品。

它集中体现了多功能、用途广、可靠性高、使用方便等诸多特点，产品获得的认证：²USA CA；CE品质认证；²Ex is Ⅱ CT6 ；Ex d Ⅱ BT6；²Ex e Ⅱ T6防爆认证；²IP55及IP56防护等级认证。

3.2 结构模块化设计的应用CCCX型定位器的结构分解如图2所示。

它由以下模块组成：口序号1-1~1-11基础模块组件，它有底座、罩壳、压力表、反馈弹簧、负载控制弹簧以及标准紧固件等。

从图中可看出设计布局合理，将定位器进、出气路、显示压力表与气动放大器安置在定位器的下端，特点是：①气路相对集中，气路也较短，气阻小，输出流量大。

②便于采用金属印刷气路的压铸，消除了定位器气路间的串气和漏气。

③定位器底座、罩壳采用铝合金压铸工艺，外观光滑平正，适宜批量生产，成本也比手工制作低。

④定位器气源、输出接口设计成多支路，便于气管任意方向的连接，减少不必要管道拐弯。

⑤定位器的气源接口，可与小型空气过滤减压阀直接配套连接构成一体，简化空气管路的连接。

口序号2-1气动功率放大器模块组件，它是双向(双输出)膜片结构不耗气式放大器。

特点是：①双向输出结构，即放大器背压增加时，出口端1输出压力也增加(正向放大)；出口端2输出压力减少(反向放大)；实际上双向放大器是一个正向放大器和一个反向放大器的组合件。

②配用了双向放大器的定位器，增加了定位器具有双输出的功能，可应用在单输出要求，配弹簧膜片式气动执行和有双输出要求，配气动活塞式(无弹簧或带复位弹簧)执行机构。

③由于双向放大器背压室弹性元件采用橡胶夹布波纹膜片，这给定位器带来二大好处。

一是，放大器能承受较高的背压，所以定位器的最大气源压力可达到0.7MPa(7kg/cm2)，是一般金属膜片式放大器最大气源压力的3倍，这就大大扩大了定位器的应用范围，也给气动执行机构增大输出力(力矩)，提供了强大的工作能源；二是，膜片式双向放大器比滑阀式双向放大器灵敏度高、稳定性好，阀芯、推杆等可动部件无摩擦力存在，基本消除了滑阀式放大器存在的输出爬行、高耗气(耗气小时滑阀的配合间隙小，摩擦增大，死区也增大)的弊端。