数字调节阀的优化设计

数字阀是由多个按二进制排列的阀门组成的阀组，各个阀门的流量系数按二进制序列设计，即按2的幂次设计。下面以一个8个调节阀组成的8位数字阀为例说明。假设该数字阀的最小流量系数为0.25，则第1个阀的流量系数设计为0.25，第2个阀的流量系数设计为0.5，即后一个阀的流量系数是前一个阀流量系数的2倍，于是第8个阀的流量系数是32。这8个阀只开最小一个阀时，流量可达0.25m³/h（以K_V计算）。8个阀全部打开时流量可达63.75m³/h，可调比达255∶1。如果每个阀开启时的流量满足精度要求，则调节阀流量的精度可达0.25m³/h。

数字阀的驱动信号是二进制数字信号。例如，8位数字阀由8个二进制信号驱动，当这些信号取不同数值时可获得0～255的数值，对应的流量为0.25～63.75m³/h。因此，8位数字阀的可调比是255∶1。增加数字阀的位数，可提高可调比。例如，10位数字阀的可调比是1023∶1。

组成数字阀的各阀是开关阀，即只有开和关两种状态。因此，对它们的控制可采用电磁阀或带弹簧返回的活塞式执行机构实现。各阀的开关速度很快，例如，电磁驱动的数字阀可达25ms。活塞执行机构驱动的数字阀可达50～100ms。各阀的关闭特性是衡量数字阀性能的重要指标，它不仅影响流通能力和泄漏量，也影响控制系统的控制品质。为保证各阀的关闭特性，通常采用弹簧返回式执行机构。同时，对大流量系数的阀采用多个较小口径的阀同时启闭来实现。例如，流量系数为32的阀用4个流量系数为8的阀并联组成，流量系数为16的阀用两个流量系数为8的阀并联组成。这样，4个流量系数为8的阀其泄漏量小于一个流量系数为32的阀的泄漏量。

数字阀的特点如下：

1）高分辨率。数字阀的数字各不相同。位数增加时，分辨率提高。位数的选择可以根据实际需要来确定。8位、10位的分辨率已经比模拟式控制阀高得多。(www.xing528.com)

2）高精度。由于所使用的进气管或每个流孔都装有预先校正流量特性的喷管或文丘里管，精度都很高（达±0.15%），因此可以作校准器或流量计。

3）反应速度快，关闭特性好。数字阀的开启速度很快，阀从全开到全关和从全开到半关的时间几乎是相等的。反应速度快的特点也保证了阀的关闭动作。关闭特性和控制特性一样，都是选择阀的关键项目。

4）良好的再现性和跟踪特性。数字式调节阀由于没有滞后，因此具有良好的再现性。根据程序控制场合及不同的用途，也可以实现开式控制。由于出现超调和欠调的误差特性很小，因此有很好的跟踪特性，适用于压力的程序控制和有冲击压力等场合的调节。

5）可直接与计算机连接。数字式调节阀能直接接收计算机的并行二进制数字信号，有直接将数字信号转换成模拟量的阀开度的功能，因此可以说是一种数字/模拟转换器。从计算机直接接收数字信号进行流量控制是数字控制阀的最大特点，也是别的控制阀不能比拟的。在用模拟信号进行操作的场合，要借助数/模转换器来实现。这时，控制精度取决于控制信号本身的误差。