流量自动调节系统功能图解析

整个系统的动态特性是各元件动态特性的函数。在流量自调节系统中，工艺流程由传送流体的管路、调节阀及前、后的元件组成。对于液体，从流量调节的观点看，管路代表了一个无滞后的元件（a₁≈0），具有放大系数K=1（图2-7）。

图2-7 流量自动调节系统的功能图

1—管路 2—调节阀 3—执行机构 4、6—转换器 5—调节器 7—开方器 8—变送器 9—流量检测器（孔板） a₁～a₉—时间常数 K、K_s、K_a—放大系数，为常数

如果流量变送器是孔板型的，它将是一个静态特性为非线性的元件。对于液体，流量的计算公式为

式中，K_V为流量系数；A为孔板的流通面积；Δp为在孔板上的压力损失；ρ为液体密度；C₁为常数。

孔板上的压力损失Δp通过变送器，输出一个标准化的0.02～0.1MPa的气动信号，或4～20mA的电信号，根据流量自动调节系统所用的变送器而定。在稳态下，变送器输出量x和变送器输入信号Δp之间的关系式为

x=K_aΔp （2-4）

由式（2-3）和式（2-4），得

式中，K_a、C为正值常数。

对于调节阀全开时的流量q_V100，式（2-5）变为

x₁₀₀=Cq²_V100 （2-6）

从式（2-5）和式（2-6），得

x=x/x₁₀₀=q²_V/q²_V100=q²

即 x=q² （2-7）

图2-8示出带转换器的流量变送器静态特性和流量函数的微分特性曲线。值得注意的是流量变送器的微分，即

dx/dq=2q （2-8）

在0～2之间取数值。(www.xing528.com)

图2-8 孔板式流量变送器的静态特性曲线

a）变送器的静态特性曲线 b）变送器的微分特性曲线

流量自动调节系统中，对流量变送器的非线性，可通过使转换器输出信号通过开方元件的方法来进行补偿。

式中，C_r为常数。

由式（2-3）、式（2-4）和式（2-9），得

其中

从式（2-10）可以看出，由孔板、转换器和开方器组成的系统是线性的。

孔板流量检测器不存在滞后（a₉=0）在流量变送器中，应用的变换器有滞后，以时间常数a₈表示，a₈在0.3～3s的范围内。

流量自动调节系统可采用比例-积分调节器。流量自动调节系统的最佳工作状态，要求比例带要大，范围是100%～200%；而时间常数要小，在2～20s之间。

在气动调节系统中，从变换器到调节器、从调节器到执行机构的信号传输管线存在着滞后，在图2-7所示的功能图中，以时间常数a₆和a₄表示。

执行机构是以放大系数为特征的。

K_s=H₁₀₀/x_c （2-11）

式中，x_c为调节器控制信号的数值范围。

执行机构存在的滞后，根据结构和所用的能源而定。滞后以响应时间表示，在数秒和数十秒范围之内。

调节阀实际上是一个没有滞后的元件。它的放大系数dq_V/dH，除了少数情况外，不是常数。