第三章 船用气动仪表 第四节 气动调节器163

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1、考点1QTM-23J气动波纹管式比例积分微分（PID）三作用调节器是按力矩平衡原理工作的，其结构原理如图3-4-1所示。它主要由四个部分组成：比较部分、放大部分、比例积分部分和微分部分。比较部分是由测量波纹管F、给定波纹管G、负反馈波纹管E、正反馈波纹管H及挡板4、喷嘴5和具有弹性交点的杠杆6等元件组成。当测量、给定、负反馈和正反馈信号对杠杆6产生力矩的代数和等于零时，杠杆处于平衡状态，挡板的开度固定不变。放大部分由喷嘴挡板机构及其后面串联的功率放大器组成。放大器的输出P出是调节器的输出，送到执行机构。比例积分部分由比例加积分部分组成。比例部分由比例阀RP（可调气阻)、恒气阻RF和正反馈波纹

2、管H组成。积分部分由积分阀Ri（可调气阻)、节流盲室J和1∶1跟踪器12组成，积分作用是由正反馈实现的。微分部分由接受测量信号的波纹管K、接受负反馈信号波纹管L、喷嘴3，挡板2、具有弹性支点的杠杆1以及微分恒节流孔7、微分阀Rd（可调气阻)、微分气容Cd和弹性气容M等元件组成。由变送器送来的测量信号先引入波纹管K，经微分部分先得到一个微分输出并送入比较部分的测量波纹管F。图3-4-lQTM-23J气动PID三作用调节器的结构原理图l、6-平衡杠杆；2、4-挡板；3、5-喷嘴；7、9-恒节流孔；8-放大器；10-膜片；11-喷嘴；12-1：1跟踪器该调节器的工作过程是：假定在初始平衡状态的基础

3、上，被控参数升高，经变送器输出的测量信号P测增大了ΔP，挡板2靠近喷嘴3，喷嘴背压瞬间增加，这个增大的信号分三路：一路直接送入比较部分的测量波纹管F，使挡板4靠近喷嘴5，喷嘴背压升高，经放大器放大，调节器输出信号瞬间增大；二路经弹性气容M挤压微分气室Cd的空气，使波纹管L中的气压信号瞬间增加，限制挡板2继续靠近喷嘴3。当波纹管K和L中的气压信号对杠杆1产生的力矩与系统的弹性力矩的代数和等于零时，杠杆1瞬间达到暂时的平衡。此时微分部分输出的信号最大，相应于调节器的输出信号也是最大的；三路经微分阀Rd不断向波纹管L充气，这就破坏了杠杆1的暂时平衡使挡板2不断离开喷嘴3，测量波纹管F接受的测量信号

4、随之减小。这就是微分输出的消失过程。当波纹管L的气压信号增加到与波纹管K相同时，杠杆l又处在新的平衡状态，其微分输出就是ΔP。可见微分部分是比例带为100％的比例微分环节（微分器)，它输出一个超前的控制信号。改变微分阀Rd的开度可以调整微分时间，关小微分阀，微分时间长，微分作用强；反之，微分作用弱。测量波纹管F接受微分部分输出的超前控制信号，破坏了杠杆6的初始平衡状态，挡板4靠近喷嘴5使调节器的输出信号增大。这个增大的输出信号分四路。一路送到执行机构，控制调节阀的开度。二路直接送入负反馈波纹管E，限制挡板继续靠近喷嘴。三路经比例阀RP、恒气阻RF及正反馈波纹管组成的节流分压器送入正反馈波纹管

5、H。显然调整比例阀的开度可以调整进入波纹管H的气压信号大小。当波纹管F、G、E、H所接受的信号对杠杆6产生的力矩与系统的弹性力矩的代数和等于零时，杠杆6处于暂时的平衡状态。此时调节器的输出P出与测量波纹管接受的气压信号PF，成正比，这就是比例作用规律。开大比例阀RP可加强正反馈，使比例作用强，即减少小比例带；反之比例带大。四路调节器的输出P出经积分阀向盲室J充气，1∶1跟踪器膜片10上面的气压信号随时间按指数函数增加，挡板10不断靠近喷嘴11，使由气源来的气体经喷嘴11排入大气量减少，1∶1跟踪器经恒气阻RF输出的信号不断增加（1∶1跟踪器膜片下面的压力始终跟踪膜片上面的压力变化)。因此，正

6、反馈波纹管H在比例输出的基础上，其压力信号又逐渐增加，挡板4又逐渐靠近喷嘴，使调节器的输出P出又不断增加，这就是积分部分的输出。显然，改变积分阀的开度可以调整积分时间，积分阀开大积分时间短，积分作用强；反之，积分作用弱。比较部分最后平衡时，PH=PE=P出，因此经调节器的控制作用，测量值PF必定要回到给定值PG，即PF=PG，可见积分作用能消除静差，实现无差控制。考点2M58型调节器是通用型的比例积分微分发调节器，其结构原理如图3-4-2所示。在浮动环3的下面，对称放着四个波纹管，其中，给定波纹管5和测量波纹管12为一组，负反馈波纹管11和正反馈波纹管4为另一组，两组波纹管同时作用在浮动环3

7、上。浮动环既作为力矩的比较机构，又作为挡板，浮动环3上有一比例带调带杆13，作为浮动环偏转的支点。比例带调整杆固定在比例带调整杆轴上，可以沿该轴转动以改变支点的位置，调整比例带的大小。同时，在比例带调整杆轴上装有一个圆形板，用它固定比例带调节杆轴、喷嘴及比例带盘。另外调节器下面装有放大器、积分气室和针阀、微分气室和针阀，还有正、反作用切换板，等等。如果让微分阀和积分阀均有一定开度，即可实现比例积分微分作用。这