蒸汽控制閥(三) – 定位器

,與概論:

有了控制閥閥體以及驅動器的組合,控制閥就可以作到遠端控制閥門全開以及全關的功能,一般以給予動力與否做閥門的全開/全關的控制;但在某些需要流量需較精準控制的製程中,全開/全關已不敷使用,而需要更為細緻的使用開度控制來確保製程的穩定性。


如何令閥門做到開度控制呢?

以氣動控制閥來說,必須在控制閥上安裝”定位器(Positioner)”,定位器安裝校正完成後,即定義了定位器與控制閥間的相對位置(因定義的為相對位置,所以當定位器因外力造成位移時,該控制閥就必須重新校正),此時控制模式便與On/Off閥的控制不同了,出了該改與的動力源以外,另外還必須給予一訊號源做0% - 100%的閥門開度控制,常見的訊源為電控訊號“ 0-10V”、“2-10V”、“0-20mA” 以及最通用的“4-20mA”;另外,在某些時候會用到氣控訊號“0.2-1barg (3-15 psi)”。



定位器型式介紹:


現下常見的控制閥開度訊號以4-20mA居多,在有些防爆區域會使用氣控“0.2-1barg (3-15 psi)”的開度訊號。

而常見的定位器大致上分為-

機械式定位器、電子式定位器、智慧型定位氣


機械式Pneumatic Positioner《“0.2-1barg (3-15 psi)”控制》 –

機械式定位器是最為早的定位器,內部運作完全靠機械結構,來達到其定位的效果,沒有依靠任何的電子元件,應用於早期電子設備尚未發達時;它的作動原理是依靠回饋桿一端連結閥門閥桿(可動原件),另一端連結定位器內部彈簧機構,利用彈簧力的的變化<F(力) = K(彈簧係數) x S(彈簧壓縮行程)>與氣控訊號0.2-1.0 barg的壓力經一膜片轉為力後<F(力) = P(0.2-1.0 barg) x A(膜片面積)>,做力平衡來達到開度控制的效果。

機械式定位器基本會有3組空壓接口,分別為 –

a. 空壓源(Supply) – 壓縮空氣輸入(Input) ,以提供整組控制閥作動的動力,由使用現場空壓系統提供,於銜接至定位器前多數會加裝一壓縮空氣空氣調壓閥Regulator(於下一章節介紹)減壓。

b. 輸出(Output) –壓縮空氣輸出,銜接至氣動驅動器,以提供控制閥作動的動力並調整至需求開度(雙動驅動器會多一組Output2)

c. 信號源(Signal) – 接受控制端0.2-1.0 barg的氣源訊號,以0.2-1.0 barg等比例對應控制閥0-100 %的開度。

因此一般的機械式定位器會有2個壓力錶,分別顯示輸出到氣動驅動器的壓力以及訊號源的壓力,有些定位器還會增加一個壓力錶來顯示動力來源壓力(大部分於調壓閥上都會有壓力錶)。



電子式Electronic Positioner《電控訊號控制》 –

電子式的定位器是在機械式的定位器內建一電空轉換器convertor(於下一章節介紹),電空轉換器的作用是將0.2-1barg (3-15 psi)的氣源訊號輸入轉換成上述的四種電流、電壓訊號輸入訊號,這意為著電子元件的發展,造成了電子式定位器取代了大部分機械式定位器的應用,但在某些場合機械式定位器仍有它的優勢,因此機械式定位器並沒有完全被取而代之。

電子式定位器基本會有2組空壓接口以及一組電信迴路,分別為 –

a. 空壓源(Supply) – 壓縮空氣輸入(Input) ,以提供整組控制閥作動的動力,由使用現場空壓系統提供,於銜接至定位器前多數會加裝一壓縮空氣空氣調壓閥Regulator(於下一章節介紹)減壓。

b. 輸出(Output) –壓縮空氣輸出,銜接至氣動驅動器,以提供控制閥作動的動力並調整至需求開度(雙動驅動器會多一組Output2)

c. 信號源(Signal) – 接受控制端“ 0-10V”、“2-10V”、“0-20mA” 或是最通用的“4-20mA”的電源訊號,以使用各種電控訊號等比例對應控制閥0-100 %的開度。

一般的電子式定位器會有2個壓力錶,分別顯示動力來源壓力以及輸出到氣動驅動器的壓力。



智慧型Smart Positioner《電控訊號或通訊協定控制》 –


智慧型定位器目前的接收訊號大部分與電子式定位器同,內部結構部分依然承襲原本的機械結構,有些則擺脫了機械結構,完全以電子元件取代;而與電子式定位器最大了差異性於其主機板寫入了韌體(各廠牌設計功能各有所長),可做到不同的演算功能,最顯為易見的功能為自動偵測期做動範圍,前述有提及定位器安裝時必須定義定位器與控制閥之間的相對位置,而前述的機械式與電子式定位器皆須手動調校,智慧型定位器於安裝完成後,確定給予足夠的氣源與電源,便可進入自動調校模式,自動調校模式完成後即可正常運作。

另外,智慧型定位器可做動的如逆向作動(由0-100%作動變更為100-0%作動)、使用韌體內建的曲線將原為線性(Linear)的閥門開度-流量模擬為(Equal) 的閥門開度-流量……等功能,甚至有些智慧型定位器還可以經過特定的通訊協定(如Hart)直接於控制端作定位器內部的設定,無須至現場作變更。

智慧型定位器基本會有2組空壓接口以及一組電信迴路,與電子式相同。


建議應用:

現下最為常見的定位器以電子式定位器為主流也校回經濟實惠。

機械式因市場需求少,產量少的情況下,其單價多數較電子式定位器來得高。

智慧型定位器其技術層面影響其價格以外,另外內部細微的電子元件較多,防水部份需注意,較不建議安裝於室外。


機械式定位器 PP981

電子式定位器 PE986

智慧型定為器 TZIDC


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索能小編



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