| SAMSON电/气阀门定位器原理及功能轮胎胶粉技术 | |
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阀门定位器伴随着控制阀的应用已有几十年的历史了，由于阀门定位器的出现，使控制阀的控制精度、抗干扰能力、响应时间、流量特性等得到了大大地改善，现在几乎所有的控制阀都使用了阀门定位器，它已经成为控制阀不可缺少的搭档，在自控元件中起着越来越重要的角。本文主要介绍SAMSON 阀门定位器的工作原理和功能，通过列举模拟和数字阀门定位器，使大家能够比较全面地掌握阀门定位器，其目的是为了我们更好地理解和应用阀门定位器。
虽然阀门定位器由最初的气/气阀门定位器、电/气阀门定位器发展到现在的数字阀门定位器、区域总线阀门定位器，但它们的基本原理和主要功能都没有大的改变。
SAMSON的阀门定位器也跟随着控制技术的发展，经历了由气动、电动、数字、发展到现在的区域总线阀门定位器。在世界同类产品中，SAMSON 的阀门定位器以它的结构紧凑、耗气量低、工作可靠、定位器中可选附加功能多等优势得到了大家广泛的好评。
为了便于大家讨论，我们首先复习一下定位器中的基本自控元件。
定位器中基本自控元件介绍--电/气转换器原理 随着仪表技术的发展，气动仪表领域已逐步被电动仪表和计算机控制所占领，现在只有在一些特殊的场合还在使用气动仪表，作为仪表中的阀门附件“定位器”也由原来的气动阀门（P/P）定位器逐步由电/气（E/P）阀门定位器所代替。 那么在电/气阀门定位器中输入的电信号是如何转换成气信号的呢？我们以SAMSON 6111 型电/气转换器为例介绍一下它的工作原理(见图1)：
图1 Function Diagram of 6111
图1A Type 4763
气动功率放大器（8）在设计时；选用合适的弹簧力（8.2），使当输入信号为0 mA 时保持输出PA 在100mbar ，这样输出的压力通过恒节流孔（8.4）使喷嘴（7）内有一定的背压。
当输入的信号增加时；通电的线圈（2）切割永久磁铁（3）的磁力线，产生向上的力→挡板（6）靠近喷嘴（7）使背压（PK）增加→膜片（8.3）↓→打开阀芯（8.5）→输出PA↑。
当输入信号减少时；挡板（6）离开喷嘴（7）→背压（PK）减少→输出压力（PA）作用下膜片（8.3）↑→阀芯（8.5）关死→输出压力通过阀芯（8.5）释放。
当PA 同PK 平衡时输出压力保持不变；这时电信号在线圈（2）中产生的力也同背压（PK）取得平衡。
这样输入的电信号就转换成气信号了。
定位器的组成
以SAMSON 的4763 电/气阀门定位器（图1A）为例，定位器主要组成部分见图2。
图2
1.反馈杆（1） 2.反馈弹簧（6） 3.反馈风箱（7） 4. 气动功率放大器（7下部） 5. 电/气转换器（21）
定位器工作原理 1. 模拟定位器 我们还是以SAMSON的4763定位器为例（参考图3）。我们设：调节阀为FC（气开）；定位器为正作用空间导航
图3
A）阀位根据输入信号成比例动作
输入信号↑→Pe 点气压↑→反馈风箱中连杆（9）向左动作→压紧弹簧（6），挡板（10.2）靠近喷嘴（10.1）→输出风压↑→阀杆（对于气开阀）↑→压紧弹簧（6）→反馈风箱中连杆（9）向右动作→挡板（10.2）离开喷嘴（10.1）→输出气压（Pst）↓。当反馈弹簧的力与反馈风箱的力平衡时，阀位保持与输入信号对应的位置。
B）定位
当输入信号不变时：由于工艺条件变化导致阀杆↑→压紧执行器弹簧→压紧弹簧（6）→反馈风箱中连杆（9）向右动作→挡板（10.2）离开喷嘴（10.1）→输出气压↓→由执行器向下的弹簧力使阀位回到原来的地方。
由于工艺条件变化导致阀杆↓→放松执行器弹簧→放松弹簧（6）→反馈风箱中连杆（9）向左动作→挡板（10.2）靠近喷嘴（10.1）→输出气压↑→使执行器向上运动使阀位回到原来的地方。
1 概述
我厂TEC装置是全套引进日本旭化成公司的生产工艺，各装置中使用的调节阀有很大一部分是日本山武公司生产的CV3000系列调节阀。阀上配置的阀门定位器为HEP15/16/17。该类型阀门定位器的作用是快速准确地驱动控制阀。连接到执行机构上的阀门定位器，被安装到控制阀上，它把从控制器那里得到的电流信号转变为气动信号，然后传给执行机构，使控制阀能够准确迅速地定位。在我厂的水联运及投料过程中，定位器出现了一些问题，经分析和改进，掌握了对其维修和使用的方法。
2 工作原理
阀门定位器是在力平衡系统上工作（图1），在稳定状态下系统通过反馈回路而达到平衡。当磁性装置的力矩由于输入信号的变化、摩擦或对工艺的流体反应等原因而变化时，使得力与反馈弹簧对于执行机构杆的位移所作的反应不平衡。阀门定位器调节其馈送给执行机构的输出压力，所以回路得到平衡。阀杆维持在对应于阀门定位器输入信号的一个位置。
图1 HEP阀门定位器方块图
3 调试
首先调节压力调节器，向阀门施加压力（约0.13MPa），使阀位指针在其行程中间位置上。从执行机构上拆下气源管，连接到阀门定位器的SUP连接孔上，把阀门定位器OUT连接孔和阀门的气室连接（此时，反馈杠杆应是直角，否则需重新安装，使其成为直角）。调至零点时给调节阀输入电流信号（一般为4mA），如若阀位指针指示不在零位上，打开阀门定位器，缓慢调节调零旋钮，使阀位指针指示零位。调节量程时，调节定值器使其输出值达到阀门所需的气源压力值。零位调准以后，分别给调节阀输入8mA、12mA、16mA和20mA信号，阀位指针应分别指向李涛漂移25%、50%、75%和100%。如果指示不
准确，可微调节调零旋钮，便能指示准确。如果效果仍不太好，那就是行程量不足，松动量程调节锁紧螺钉，并转动量程调节螺钉，调节结束后拧紧锁紧螺钉。通过反复调整零点和量程，使执行机构的行程在公差范围内。
4 故障维修
阀门定位器的常见故障分析
(1)阀门定位器有输入信号但是调节阀不动作，原因大多是电
磁铁组件发生故障或是供气压力不对，建议换电磁铁组件或检查气
源压力。
(2)阀门定位器没有输出压力。原因为空气中的灰尘，杂质没
有过滤彻底，导致节流孔堵死，或者是喷嘴挡板位置不正确，继动
器有缺陷等，处理办法用0．2mm钢丝疏通节流孔，更换继动器
等。
维修技术
(3)输出压力缓慢或不正常。在日常生产运行中，调节阀不断
的动作，会导致调节阀的膜头受损、漏气，造成有输入信号但调节
阀动作缓慢的故障，使调节阀达不到及时调节的效果，处理办法检
查膜室，更换膜片。
阀门定位器常见故障分析
气动调节阀在自动调节系统中是一个非常重要的环节。人们常把调节阀比喻为生产过程自动化的“手足”。由于生产过程的调节对象要求要求调节阀具有各种各样的特性，以满足生产工艺的需要。在调节阀的附属装置中，最主要、最实用的是阀门定位器。
现场使用阀门定位器的种类非常繁多，有气动阀门定位器、电气阀门定位器、有配薄膜执行机构的阀门定位器、有配活塞执行机构的阀门定位器、有力平衡式阀门定位器、有位移
平衡式阀门定位器，阀门定位器的广泛使用，在生产过程中，难免会出现各种故障，为保质、保量、安全地生产，就必须及时排除定位器可能产生地一切故障。
要排除阀门定位器地的故障，必须正确判断阀门定位器的那一个环节、那一个元件发生的故障。通常有如下两种故障分析法：一是根据阀门定位器的传递函数，对阀门定位器进行逐个环节，逐个元件的分析，这种对现场检修不太适用，但对于疑难问题的分析，却非常有效；二是根据检修者对故障的现象进行综合分析和判断，此种方法最适于现场检修。下面将阀门定位器可能产生的常见故障的起因分析如下：
1.阀门定位器有信号输入，但无输出压力信号
（1）电/气定位器，衔铁与线圈架之间有异物。
（2）恒节流孔堵塞。
（3）喷嘴挡板配合不良或喷嘴挡板损坏。
（4）放大器中膜片（金属膜片或者橡胶膜片）损坏。
（5）气路连接有误（包括放大器）。
（6）电/气定位器输入信号线正负极接反。
（7）定位器的输入接线盒内的二极管开路或接线不良。
（8）气源压力的大小不合要求。
（9）放大器耗气量超额定数值太大。
（10）电/气定位器磁钢极性的安装相异。
（11）放大器预紧力超重。
（12）滑阀式放大器内的滑阀被异物卡死。
（13）“手动/自动”切换位置不对（非手动位置和非自动位置）。
（14）电/气定位器输入电信号短路。
（15）平衡弹簧安装，调试不好。
2.果树防虫网下行程定位器输出压力变化缓慢
（1）放大器的气锥阀的锥度较小。
（2）放大器膜片长期使用，产生弹性滞后现象。
（3）气动定位器的感测元件（波纹管或膜盒）长期使用，产生弹性滞后。
（4）反馈弹簧产生弹性滞后。
3.上行程定位器给出压力变化缓慢
（1）放大器进气球阀陷得过深。
（2）放大器耗气量较大。
（3）放大器进气球阀沾污，流通面积减小。
（4）恒节流孔的直径与喷嘴直径之比小于额定值（技术要求数值）。
（5）喷嘴与挡板之间的配合不好。
（6）衔铁与线圈架之间有轻微的磨擦。
4.定位器线性不好
（1）反馈凸轮或弹簧选择不当。
（2）反馈机构安装不好。
（3）反馈凸轮或弹簧安装不当。
（4）喷嘴或挡板有沾污现象。
（5）滑阀式放大器内的滑阀与其接触面有磨擦现象。
（6）背压有轻微泄漏现象。
（7）整机安装不当。
（8）反馈连接杆面调节阀有卡现象。
5.无输入信号，定位器有输出压力
（1） 喷嘴有堵塞。
（2）放大器进气球阀沾污造成卡不死或者密封面损坏。
（3）恒节流孔的直径与喷嘴直径径比大于额定值。
（4）放大器各气路板的连接有问题。
（5）放大器金属膜片变形或安装不良，造成阀杆将进气球阀顶开（对预紧力不可调放大器而言）。
（6）挡板已盖住喷嘴的位置。
6.行程不足（定位器输出压力达不到最大值）
（1）反馈杆与执行机构推杆连接件的接触位置不对。
（2）永久磁铁产生的磁场强度较额定值小。
（3）挡板与喷嘴的配合不好。
（4）反馈凸轮的初始位置选择不良。
（5）主杠杆平衡弹簧安装不良。
7.定位器盖上盖后，性能会发生变化
8.定位器更新以后，会出现工作不正常
9.定位器性能变化无常
10.定位器输入小信号时，输出达最大值
11.定位器输出振荡
12.定位器零点漂移
阀门定位器工作时会出现一些故障，其维修处理方法如表1。
表1 阀门定位器故障维修
故障 | 刹车马达原因分析 | 维修 |
阀门定位器的动作与 输入信号不一致 | ①磁性装置出现问题智能语音控制系统 ②供气气源压力达不到要求 ③连接线错误 | ①更换磁性装置 ②根据调节阀要求提供气源压力 ③重新按要求接线 |
阀门定位器没有输出或 输出压力很低 | ①节气装置堵塞 ②喷嘴挡板之间的位置不合适 ③量程调节装置调节螺钉位置不合适 ④零点位置不合适 ⑤控制继电器不能正常工作 ⑥节流装置O形环损坏 | ①将堵塞的节流装置从喷嘴组件上拆下来并疏通 ②一般不需要调节喷嘴挡板的位置，必须时可拧松喷嘴的2个夹紧螺钉，使挡板移向喷嘴，在阀门定位器的输出与气源压力相等时，固定喷嘴 ③重新调整量程 ④重新调整零点 ⑤更换继电器 ⑥更换O形环 |
输出空气压力不能降低 | ①控制继电器不能正常工作 ②节流装置松动 ③喷嘴挡板装置生锈 | ①更换控制继电器 ②固定好节流装置 ③拆下喷嘴挡板装置，用软布轻轻擦洗，注意不要损坏，然后固定好节流装置 |
滞后严重 | ①磁性装置失灵 ②螺钉松动 ③喷嘴挡板位置不合适 | ①更换磁性装置 ②固定好零位螺钉和量程调节螺钉 ③固定好节流装置 |
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5 结语
为阀门定位器提供的压缩空气必须是经过过滤器清洁的空气。工作中拆卸的部件，在调节结束后一定要正确的固定。注意不要使磁性装置受到震动或对其施加过大的力，这样会使零件受损，工作性能降低。应尽量减少拆卸喷嘴挡板装置的次数。
电动Ⅲ型电—气阀门定位器（以下简称定位器）现场检验时，若按仪表使用说明书介绍或化学工业出版社出版的CCZ—Ⅲ型电动单元组合仪表—书所述的检验方法，均采用DFX—01型信号发生器作为定位器的输入信号源。在使用中至少有二点不便：一是，信号发生器需220V AC供电，但现场220V AC供电端子很少；二是，由于信号发生器不是“本安”仪表，危险场所不适使用。
直接由调节器或手操器（对需隔离离栅的回路，还需经输出安全保持器），输出一个固定的20mA DC电流。经电阻箱分流后，就可以得到一个既安全又可靠的4~20mA DC信号。在现场校验定位器时，其接线如图所示。
1—为0.1~9999六位电阻箱，ZX—21型；
2—为标准电流表，精度为0.5级以上，量程为0~25mADC；
3—阀门定位器；
4—为气动薄膜式调节阀。
根据，克希霍夫第一定律—节点电流定律可知，流经标准电流表上的电流（即定位器线圈输入电流），与流经电阻箱上的电流之和，总是等于流入节点A处20mA DC的电流。改变电阻箱的阻值，可改变电阻箱支路的电流，那么定位器输入支路的电流也会随着变化。若电阻箱的阻值远远大于定位器线圈的阻值，可视电阻值为“开路”，由标准电流表上可以观
察出，定位器输入电流为20mA DC。若电阻箱的阻值远远小于定位器的阻值，可视电阻箱为“短路”，由标准电流表上可以观察出，定位器输入电流为“0”。
若定位器安装在“危险场所”，由于信号是由调节器或手操器经输出安全保持器传递而来。则现场校验时，如果发生短路，或者转动电阻箱转盘时可能产生的“火花”，由于安全保持器的限制，均不能引起危险情况的发生。
因此按图接线后，只要逐渐增加或减少电阻箱的阻值，就可以使定位器得到一个既安全又方便的4~20mA DC的输入信号。
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