Fisher费希尔 - 电动执行机构的死区调整

一、死区的定义

在仪表领域，又称仪表的不灵敏区。输入量的变化不致引起该仪表输出量有任何可察觉的变化的有限区间。产生死区的原因主要是仪表内部元件间的摩擦和间歇。

在阀门领域，阀门死区也是一种通用现象，指的是当输入信号改变方向时，不能使得被测过程变量（PV）产生变化的控制器输出（CO）值的范围或宽度……当一个负载扰动发生时，过程变量（PV）会偏离设定点。这个偏差会先通过控制器，后通过过程产生一个纠正性的动作。然而，控制器输出的一个初始变化可能不会产生一个相应的过程变量的纠正性的改变，只有当控制器的输出有大得足于克服死区的改变时，一个相应的过程变量的改变才会发生。

二、死区产生的原因

死区有很多原因，但是调节阀（控制阀）的摩擦力和游移、旋转阀阀轴的扭转以及放大器的死区是几种常见的形式。由于大部分的调节式控制的动作是由小信号改变（1%或更小）组成的，一个有超大死区的调节阀（控制阀）可能甚至根本不会对这么多的小信号改变作出响应，一个制造精良的阀门应该能够对1%或更小的信号作出响应以有效地减小过程偏差度。然而，并不奇怪的是有些阀门展示出5%或更大的死区。在***近的一次工厂审计里，30% 的阀门有超过4%的死区。超过65%的被审计回路有大于2% 的死区。图2-3正好表示死区的组合效果是多么大。这个图代表正常过程条件下三个不同的调节阀（控制阀）的开环回路测试。这些阀门接受一系列的阶跃输入，范围从0.5% 到1%。阶跃测试必须在那些重要的流动工况下进行，因为这些工况允许评估整个调节阀（控制阀）组件的性能，而不是在大部分的标准测试条件下仅仅评估阀门执行机构的性能。

摩擦力是（控制阀）死区的一个主要原因。旋转阀对于由高的阀座负载引起的摩擦力非常敏感。对于有些密封型式，高的阀座负载是为了获得关闭等级所必需的。由于高的摩擦力和低的驱动应变刚度，阀轴会扭转，无法把运动传递给控制元件。结果是，一个设计很差的旋转阀可能会展示出很大的死区，这个死区明显对过程偏差度有决定性的影响。制造商们通常会在制造过程中润滑旋转阀的密封，但是经过只有几百次的循环动作之后，润滑层就会磨损掉。另外，压力引起的负载也会导致密封磨损。结果是，对于某些阀门型式，阀门的摩擦力可能会增加400% 或更多。这就说明在力矩稳定之前，通过使用标准类型的数据来评估阀门而得出的性能方面的结论是误导。阀门B 和C（图2-3）表明这些较高的摩擦力矩因素会对一个调节阀（控制阀）的性能产生毁灭性的影响。填料摩擦力是直行程调节阀（控制阀）的摩擦力的主要来源。在这些类型的阀门里，测量得到的摩擦力可能会随着阀门形式和填料结构的不同而有很大的差别。

执行机构的类型对于调节阀（控制阀）组件的摩擦力也有根本性的影响。总的来说，弹簧薄膜执行机构比活塞执行机构对调节阀（控制阀）组件产生更小的摩擦力。弹簧薄膜执行机构的另外一个优点是它的摩擦力比较恒定，不会随时间的变化而变化。活塞执行机构的摩擦力会随着导向面和O 形圈的磨损、润滑层的损失以及弹性体的性能等级下降而显著增加。这样，为了确保连续的***佳性能，活塞执行机构比弹簧薄膜执行机构需要更加频繁的维护。如果不进行维护，过程偏差度就会显著增加，而操作人员对此一无所知。

当装置改变方向时，这种空动会引起运动的不连续性。空程通常发生在具有各种各样配置的齿轮驱动的装置里。齿条齿轮执行机构由于空程特别容易产生死区。有些阀轴的连接也展示出死区的效果。花键连接总的来说比键槽连接的阀轴或双D 形结构有更小的死区。尽管摩擦力可以通过优良的阀门设计而大大地减小，但是全部消除它却是一个困难的问题。一个设计制造精良的调节阀（控制阀）应该能够消除由于空程和阀轴扭转而引起的死区。为了在减小过程偏差度方面取得***佳效果，整个阀门组件的总的死区应该等于或小于1%，理想地，应该低到0.25%。

三、死区的调整

死区用于调节阀门的灵敏度。以电动执行器为例：输入4mA阀门全闭，20mA全开，当把死区调到 ***小时，灵敏度***大，此时输入4.01ma阀门可能会跟随信号的变化而动作到相应的开度。如果把死区调大，或许输入信号为4.2时，阀门还是关闭。调节死区的电位器，就是在调节比较器的部分电路。死区可以使阀门稳定，不灵敏了阀门相对也就稳定了，当微小的扰动信号进入控制系统，在阀门灵敏度高时阀门会在开度附近震荡，死区可以有效的解决这个问题，但是同时也牺牲了灵敏。

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