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電氣轉換器的构造及常见故障
发布时间:2019-04-01   点击次数:1300次
  • 摘要:隨著科技的發展越來越多的新技術應用到工業中,工業自動化設備趨向于高集成的集散控制技術,工業現場儀表也已趨向于多功能的智能化發展,這些高精度檢測控制必然需要高速可靠的電信號傳輸,因此現在的工業現場已經是電氣化儀表時代。

 

  前言

  隨著科技的發展越來越多的新技術應用到工業中,工業自動化設備趨向于高集成的集散控制技術,工業現場儀表也已趨向于多功能的智能化發展,這些高精度檢測控制必然需要可靠的電信號傳輸,因此現在的工業現場已經是電氣化儀表時代。現實的工業儀表現場卻有一個特例,作爲控制環節的後一部分——執行調節機構卻仍然停留在落後的氣動儀表時代。雖然越來越多的電動執行器得到使用,但處于成本和安全防爆考慮,我國現階段的工業現場執行調節儀表仍以氣動調節閥爲主。

  電氣轉換器的作用

  氣動調節閥是一種氣動儀表,這種儀表接收氣動信號進行動作,與凯时KB88手机版在线登录工業控制中的電信號不沾邊,因此工業現場的控制就需要一個轉換儀表,把控制室來的電信號轉換爲調節閥能夠識別的氣信號。這種轉換儀表安裝在現場氣動調節閥上,接收控制室來的電信號然後轉換爲對應的標准氣動信號,在進入調節閥作爲調節閥能夠動作的氣動能源。

  现场使用带有電氣轉換器的气动调节阀

  這種安裝在調節閥上的轉換儀表,工業控制人員熟悉的就是閥門定位器。閥門定位器是一個能把控制室來的電信號轉換爲氣動調節閥所需氣動能源的轉換儀表,根據性能的不同可分爲機械式、電氣式、智能式等多種型號,在氣動調節閥中得到廣泛應用。

  除阀门定位器,工业现场还有一种信号转换仪表得到使用,那就是電氣轉換器。電氣轉換器是一种结构简单,转换准确的电气转换仪表设备,在上世纪的工业控制中得到大量的应用,只是近年来才逐渐被阀门定位器所取代,但许多仍在运转的老旧装置中仍有它的身影。

  原理及構成

  氣動儀表對于現在高度集成的電子時代很多人比較陌生,感覺無從學起,不知如何分析,實質上氣動儀表的原理就如同電子電路原理一樣也是以小控大、以弱調強,用微弱的小氣動信號控制調節大功率的壓縮空氣流量。

  電氣轉換器是依照经典的气动仪表原理研发出来的,其核心部件是喷嘴挡板机构和气动功率放大器。

  電磁變爲空間改變

  电气转换的方法是通过电磁转换,把电信号转换为一个机械部件的物理位移。这个机械部件同时也是喷嘴挡板机构中的挡板部件。 挡板是一个中间实心的薄金属圆盘,圆盘的另一面设计成一个外凸内空的稀薄金属线圈结构,金属线圈正好通过一个强磁的磁缸。

  線圈裏的電流爲控制室來的4-20nA的電流控制信號,隨著不同的電流值通電線圈所受到的強磁鐵的吸力不同,引起與金屬線圈一體的圓盤擋板産生一個物理位移。

  磁缸與線圈擋板機構如同:

  噴嘴擋板機構

  噴嘴擋板機構相当于电子电路中的三极管放大器,挡板是三极管中的基极,喷嘴是三极管中的发射极,喷嘴后方的气路背压是三极管中的集电极。

  線圈電流的改變導致電磁力的改變,引發圓盤擋板位置改變,使圓盤與噴嘴之間的距離發生變化。而造成噴嘴排放到大氣環境中的儀表風量發生變化,造成噴嘴後方氣路中的儀表風壓力發生變化,這個儀表風壓即是噴嘴擋板機構的背壓,其通過精密的氣路輸入到氣動功率放大器的控制端,作爲放大器的控制信號使用,從而實現了以小控大的目的。

  噴嘴擋板機構如下图所示:

  氣動功率放大器

  氣動功率放大器相当于电子电路中的功率放大器,如同电子电路中的音频功放,喷嘴挡板机构中的背压仪表风如同微弱的音频输入信号,气动功率放大器的仪表动力风进口如同音频功放的电源,气动功率放大器的输出就是音频放大器的喇叭。

  氣動功率放大器实质上是一个精密的气动膜盒调节机构,通过变化压力的仪表风进入一个膜片形成的气室内,仪表风压作用膜片使其膨胀变形,膜片的另一面设有金属调节阀芯来调节下方气阀的开度,从而控制气阀内仪表风的压力和流量,使其输出一定压力值的大流量仪表风,从而实现了以弱控强的目的。

  氣動功率放大器结构如图所示:

  調節修正機構

  如同音频功放有音量调节旋钮一样,電氣轉換器也有调节机构,只不过这个调节机构目的是让转换器输出的气动信号为一个标准的气动信号模式20—100KPa,这样电信号的4-20mA就转换为气信号的20—100KPa,实现了电气信号的转换。这个调节机构由节流孔、零点、满度调节旋钮和电路板组成。

  電氣轉換器外表体分布有零点、满度、节流孔如图:

  節流孔

  節流孔也叫恒节流孔,是電氣轉換器中重要的一个小部件,其运行的好坏直接关系到電氣轉換器是否可以运行的关键。如同电子电路中的固定电阻一样,在气路系统中相当于一个阻尼,限制气路中的空气流量。

  節流孔是一个如同一字螺丝的金属体,其通过精密的机械气路设置实现仪表风的节流措施。节流孔内有一进一出两个气孔,进气口在节流孔部件的顶部气孔较大,出气孔在节流孔部件顶端的1/3处,气孔非常微小如同针尖一样,两气孔之间通过密封垫片保证空间无空气泄露。节流孔通过这微小的气路来实现喷嘴挡板机构中仪表风的恒流效果。

  零點調節旋鈕

  零点即電氣轉換器在输入信号为4mA时所对应输出的气动信号风压为20KPa,也就是電氣轉換器的初态。

  如同三極管放大電路中穩定靜態工作點的分壓電阻,轉換器的零點旋鈕也是調整噴嘴與擋板之間的空間距離,來實現轉換器零點時輸出的氣動信號恒定在20KPa,此時擋板沒有空間位移變化,因此通過調整噴嘴的位移來實現噴嘴擋板間距離的改變保證輸出的准確性。

  零點旋鈕爲一個與噴嘴下部齒輪齧合的螺旋柱,通過旋轉螺旋柱能夠實現噴嘴高度的變化,改變噴嘴與擋板之間的初始距離,穩定20KPa氣動信號的輸出。

  滿度調整旋鈕

  滿度即量程調整,通過電路板上一個可調電阻器來實現。當輸入信號爲20mA時,通過改變可調電阻的電阻值,使線圈裏的電流發生變化,讓擋板所受的電磁吸力發生改變,使擋板與噴嘴的空間距離發生變化,使其輸出的氣動信號恒定在100KPa。

  電路板

  在電氣轉換器中间位置,线圈挡板之下有一个小型的简单电路板,上面除设置有满度调整电阻器外还有一个滤波电路,用来消除远距离从控制室传输来的直流毫安信号,可能夹杂的交流电磁干扰信号,以确保磁缸内线圈电流的准确,保证電氣轉換器的可靠稳定性。

  節流孔的结构如图所示:

  電氣轉換器使用要求

  電氣轉換器是一个能够把4-20mA转换为20—100KPa气动信号的转换仪表,其要根据现场的条件来使用,即電氣轉換器所接的气动调节阀的弹簧压缩系数为20—100KPa,,如果超出这个范围使用则无法实现调节阀的全开全关动作,这一点不同于阀门定位器,选用電氣轉換器是一定要细心。

  電氣轉換器气路预处理,如同音频放大器对电源电压有要求一样,電氣轉換器对于所需要的仪表动力风能源的压力也有要求,要求进入電氣轉換器的仪表风压稳定在0.14Mpa附近,因此電氣轉換器仪表进风入口要设置空气过滤减压装置,使进入電氣轉換器的仪表风压恒定无杂质。

  電氣轉換器的校准

  電氣轉換器作为一个标准的仪表,其需要单独进行精度校准,但实际使用中为减少工作量一般与所连接的调节阀一起实现联校。

  准備工作

  校准所需儀器:一個標准電流信號發生器,一個標准氣動恒壓器,一個0.1精度的標准壓力表,一個標准的毫米尺。

  校准连接:标准电流信号发生器接入電氣轉換器接线盒中;标准的气动恒压器一端连接仪表风一端接入電氣轉換器的仪表风进口,并调节恒压器使其输出为恒定的140KPa,;通过仪表风管把标准压力表接入電氣轉換器与气动调节阀之间的气路中,用毫米尺测量调节阀的行程指示牌,做好初始位置标志。

  電氣轉換器与调节阀联校的连接图:

  校准

  标准电流信号发生器输出4mA,查看标准压力表的读数使其稳定在20KPa,可通过電氣轉換器的零点旋钮进行调整。记录调节阀阀杆的位置。

  标准电流信号发生器输出20mA,查看标准压力表的读数使其稳定在100KPa,可通过電氣轉換器的满度旋钮进行调整。记录调节阀阀杆的位置。

  重複上述兩點進行調整,直到滿足要求爲止。然後在分別測試12mA、8mA、16mA三點,觀察轉換器輸出的線性度和調節閥開度所對應的位置。

  观察调节阀的死区,用标准信号发生器缓慢的从4mA开始逐渐增大电流信号,观察调节阀的阀杆到有一个明显的动作时记下此时的电流值和電氣轉換器输出的气动信号压力值,然后在反向进行测试。

  現場使用故障處理

  電氣轉換器在使用中的故障通常时通过调节阀显现出来。因为電氣轉換器为调节阀的一个附件,现场使用中工艺人员先发现的故障时调节阀的故障如:阀门突然失灵后全开或全关,阀门运行时开关不能到位即不能全开全关等故障。

  维修人员首先要到现场查看故障分析原因,首先确认是调节阀的原因还是電氣轉換器的原因。故障排除的手段就是通过观察電氣轉換器输出仪表风风管上压力表的压力值来进行判断,因为電氣轉換器与调节阀之间没有阀位反馈的连接,電氣轉換器的输出风压只与電氣轉換器接线盒内毫安电流值有关,所以通过观察转换器输出的仪表风压即可快速的分辨出是调节阀的故障还是電氣轉換器的故障,这比阀门定位器与调节阀的故障好判断。

  通过观察電氣轉換器输出仪表风压力表的压力值可以判断出故障,日常使用主要包括四个方面:压力值大与控制信号无关,故障原因限流孔堵塞;压力值不准确4毫安时不是20KPa,零点漂移;压力值不准确20毫安时不是100KPa,量程不准确;压力值始终处于0,接线故障可能为松动脱落短路,仪表风故障,前方过滤减压阀堵塞、没有仪表风等。

  限流孔堵塞處理

  限流孔堵塞是電氣轉換器使用中主要的故障,原因就是電氣轉換器前方的空气过滤减压阀的效果不好,致使进入转换器的仪表风中含有铁锈杂质水分等,流经限流孔的时候堵塞细小的气路。如果限流孔堵塞,那么其電氣轉換器就会因为喷嘴无仪表风流出,致使喷嘴后背压达到大,使電氣轉換器的输出为大。

  如此細小的氣眼一旦堵塞很難找到合適的工具進行疏通,現場排除故障時可擰下限流孔用頭發絲進行疏通,然後用嘴吹氣的方法來確認限流孔雜質是否除掉,當然這對于維修人員來說不衛生,甚至有可能引發疾病,但現場排除故障沒有更好的方法,使用此法簡潔快速實在是無奈之舉。

  零點、滿度的調整

  如果故障是因爲零點、滿度不准確引起的,那麽可用螺絲刀在相應的電流值的情況下調節零點或滿度旋鈕直到正確爲止。調整方法很簡單,不在詳述。

  電源信號、儀表風源故障

  只要分析出故障原因可以針對性的快速排除。

  

 

  使用心得及改進

  電氣轉換器的校准虽然要求严格,但实际使用中的故障维修可粗略的进行调整排除。因为電氣轉換器是一个开路的转换仪表,没有信号的反馈以提高自身的精度,所以安装在现场调节阀的電氣轉換器的控制精度和效果都远不如阀门定位器。特别是在一些大容量膜头或使用长久的调节阀中,電氣轉換器对于调节阀的调节控制缓慢滞后,误差较大,很难克服调节阀阀杆与盘根摩擦而引起的滞后死区。

  为提高现场安装電氣轉換器调节阀的灵敏性使其能够全关和全开,在实际的使用中可以把電氣轉換器输出的气动信号进行小幅度的扩容,调整零点旋钮使其4mA时输出低于20KPa可以保证调节阀初始状态下的开度和减少调节阀的泄漏量。调整满度旋钮使其20mA时输出大于100KPa,可以保证调节阀全开或全关下的精度,保证调节阀阀杆到位。

  空气过滤减压阀的调整,空气过滤减压阀虽是气动调节阀关键的一个附属部件,但现场使用人员常常忽略漠视这一部件,安装后几年甚至终生就没有维护过,造成其长期的使用杂质沉积,滤芯脏污堵死,减压阀后仪表风量减少压力降低,因此除日常巡检尽可能的加强过滤减压阀的维护外,可把减压阀后的压力调到比140KPa略高一些,保证電氣轉換器进口的仪表风满足使用要求。

  總結

  電氣轉換器是一个结构紧凑功能单一的气动调节阀的附件,其控制精度和使用效果远不如阀门定位器准确,已逐渐被阀门定位器所淘汰,但電氣轉換器的工作原理及各部件是典型的气动仪表结构,与阀门定位器核心器件基本一致,所以熟悉電氣轉換器并不是无用之举,掌握了電氣轉換器的原理对于现场繁杂的阀门定位的维护同样有用。

只是用分享學習,不做其它用途。

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