調(diào)節(jié)閥的類型與特性化 二更新日期：2014-06-06
安裝過程增益的現(xiàn)場測量也可以通過利用開環(huán)階躍測試在一個單獨的操作點上進行（圖2-3）。在任何操作條件下的安裝過程增益簡單地是輸出（流量）的百分比改變相對于閥門組件輸入信號的百分比改變的比例。
通過各種各樣的閥門內(nèi)件型式來特性化固有閥門增益的原因是為了給回路里其它增益的改變提供補償。終目標是維持一個在整個工作范圍內(nèi)合理統(tǒng)一的回路增益，為工藝過程保持一個相對線性的安裝流量特性（見第1 章里的定義）。由于其如上所定義的測量方法，圖2-5 所示安裝流量特性和安裝增益實際上是整個過程的安裝流量特性和安裝增益。
典型地，控制裝置的增益會隨著流量的變化而變化。例如，一個壓力容器的增益趨向于隨著輸出增加而減小。在這個例子里，過程控制工程師可能會使用一個等百分比的閥門。它有一個隨著流量的增加而增加的增益。理想地，這兩種反向的關系應該能夠取得平衡以為整個工藝過程提供一個比較線性的安裝流量特性。
理論上，在某一設定點的流量條件下，一個回路已經(jīng)被調(diào)整到***性能狀態(tài)。隨著流量在該設定點附近變化，理想的是保持回路增益盡可能地恒定，以維持性能狀態(tài)。如果由于固有閥門特性而產(chǎn)生的回路
增益變化不能精確地補償被控制裝置的變化的增益，那么，由于安裝過程增益的偏差，回路增益也將產(chǎn)生一個偏差，結果是過程***化變得越來越困難。也有這樣一個危險：回路增益可能會改變得足以引起不穩(wěn)定、振蕩、或其它動態(tài)問題。
回路增益變化不應該超過4:1 的比例，否則，回路的動態(tài)性能會受到無法接受的影響。這個特殊的比例沒有什么神奇之處。只不過許多過程控制的實踐者們都認同這是一個在大多數(shù)的過程控制回路里能夠產(chǎn)生一個可以接受的增益范圍的比例。
這一指導原則成為下面的EnTech 增益限制指標的基礎（選自"調(diào)節(jié)閥(控制閥)動態(tài)指標"，3.0 版，1998 年，EnTech 控制公司，加拿大，Ontario，多倫多）：回路過程增益=1.0（變送器量程的百分比）÷（控制器輸出的百分比）正常范圍：0.5-2.0（注：4:1 的比例）應注意這個回路過程的定義包括除了控制器之外的回路配置里的所有裝置。換言之，諸如調(diào)節(jié)閥(控制閥)組件、熱交換器、壓力容器、或其它被控制的系統(tǒng)、泵、變送器等類的裝置的增益總和就是過程增益。由于閥門是這里所__定義的回路過程的一部分，所以重要的是選擇一種閥門類型和口徑，它會產(chǎn)生一種線性的安裝流量特性，足以在系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)保持在指定的增益限制范圍內(nèi)。如果調(diào)節(jié)閥(控制閥)本身產(chǎn)生太大的增益變化，就會給控制器的調(diào)整提供較小的靈活性。把盡可能多的回路增益留給控制器是一種良好的工程實踐。
盡管4:1 的回路增益改變比例被廣泛接受，但并非每一個人都同意這個0.5-2.0 的增益。一些行業(yè)已經(jīng)提出使用0.2-0.8的回路過程增益限制的事例，這仍然是4:1的比例。使用這種較小的增益范圍的固有潛在危險是這個增益范圍的下限可能會在正常工作期間使閥門產(chǎn)生很大的擺動。良好的工作實踐是把閥門擺動控制在5%以下。但是讓增益太大也有危險。如果在行程的某一點處，回路增益變得太高，回路可能會產(chǎn)生振蕩或甚到變得不穩(wěn)定。為了確保在一個寬廣的工作條件范圍內(nèi)有良好的動態(tài)性能和回路穩(wěn)定性，行業(yè)們推薦回路設備應該精心設計制造，所以過程增益仍然處于0.5-2.0 的范圍內(nèi)。
過程***化要求所選擇的閥門類型和口徑在可能的工作條件范圍內(nèi)能把過程增益控制在選定的增益限制范圍內(nèi)。由于減小過程偏差度是如此地依賴于維持一個統(tǒng)一的安裝增益，在能夠接受的增益指標限制范圍內(nèi)，一個閥門可以工作的范圍被稱為閥門的控制范圍。
一個閥門的控制范圍會隨著閥門類型而有很大的變化。圖2-6表示一個與管線等口徑的蝶閥跟一個與管線等口徑的直通閥相比較。直通閥比蝶閥有更加寬的控制范圍。其它閥門類型，如：V 形切口球閥和偏心球塞
閥通常位于這兩個范圍之間的某處。
因為蝶閥典型地有窄的控制范圍。它們通常適合于負載固定的應用場合。另外，它們經(jīng)過仔細計算，以便在固定負載處取得***性能。如果一個閥門的固有特性能夠選擇得可以精確地補償隨流量產(chǎn)生的系統(tǒng)增益的變化，人們就會希望安裝過程增益（下面的曲線）后是一條數(shù)值為1 的直線。
不幸的是，由于在提供無限數(shù)量的固有閥門內(nèi)件特性方面的物理限制，這樣一種精確的增益吻合很少是可能的。另外，有些閥門類型，如蝶閥和球閥，不提供可以很容易地改變固有閥門特性的多種內(nèi)件選擇。
通過在定位器的反饋機構里采用非線性凸輪來改變閥門組件的固有特性，這種情況可以得到。非線性反饋凸輪改變閥門輸入信號與閥桿位置之間的關系，為整個調(diào)節(jié)閥(控制閥)組件取得一個需要的固有閥門特性，而不是僅僅依賴于閥門內(nèi)件型式的改變。
雖然使用定位器凸輪確實可以影響并修改閥門特性，并在某些時候是非常有用的，但是使用特性化凸輪的效果在大部分情況下是受到限制的。這是因為凸輪也會大大改變定位器的回路增益，這會極大地限制定位器的動態(tài)性能。使用凸輪來修改閥門特性，通常不如改變閥門內(nèi)件特性來得有效，但是總比根本沒有特性化要好。這種特性化處理通常是旋轉(zhuǎn)閥的其它選擇。
一些電子裝置試圖通過在定位器回路之前就以電子方式改變I/P 定位器的輸入信號來進行閥門特性化。這種技術通過以下方式重新校準閥門輸入信號：接受4-20 毫安的線性控制器信號，并使用一張預先編輯
好的數(shù)值表以產(chǎn)生取得需要的閥門特性所需的閥門輸入。這種技術有時候稱為前向通道或設定點的特性化。
由于這種特性化在定位器反饋回路之外進行，這種類型的前向通道或設定點的特性化比特性化凸輪有一個***點。它避免了定位器回路增益變化的問題。然而，這個方法也有它的動態(tài)局限性。例如，在閥門工作范圍內(nèi)，可能有這樣的區(qū)域：1.0%的過程信號改變也許會通過這種特性化過程被減小到對閥門的只有0.1%的信號改變（那就是位于特性化曲線的平坦區(qū)域）。許多調(diào)節(jié)閥(控制閥)不能對這樣小的信號改變作出響應。
的過程性能出現(xiàn)在要求的流量特性是通過改變閥門內(nèi)件，而不是使用凸輪或其它方法取得的時候。正確地選擇一個調(diào)節(jié)閥(控制閥)以在系統(tǒng)的操作范圍內(nèi)產(chǎn)生比較線性的安裝流量特性是確保***過程性能的一個關鍵步驟。
通過各種各樣的閥門內(nèi)件型式來特性化固有閥門增益的原因是為了給回路里其它增益的改變提供補償。終目標是維持一個在整個工作范圍內(nèi)合理統(tǒng)一的回路增益，為工藝過程保持一個相對線性的安裝流量特性（見第1 章里的定義）。由于其如上所定義的測量方法，圖2-5 所示安裝流量特性和安裝增益實際上是整個過程的安裝流量特性和安裝增益。
典型地，控制裝置的增益會隨著流量的變化而變化。例如，一個壓力容器的增益趨向于隨著輸出增加而減小。在這個例子里，過程控制工程師可能會使用一個等百分比的閥門。它有一個隨著流量的增加而增加的增益。理想地，這兩種反向的關系應該能夠取得平衡以為整個工藝過程提供一個比較線性的安裝流量特性。
理論上，在某一設定點的流量條件下，一個回路已經(jīng)被調(diào)整到***性能狀態(tài)。隨著流量在該設定點附近變化，理想的是保持回路增益盡可能地恒定，以維持性能狀態(tài)。如果由于固有閥門特性而產(chǎn)生的回路
增益變化不能精確地補償被控制裝置的變化的增益，那么，由于安裝過程增益的偏差，回路增益也將產(chǎn)生一個偏差，結果是過程***化變得越來越困難。也有這樣一個危險：回路增益可能會改變得足以引起不穩(wěn)定、振蕩、或其它動態(tài)問題。
回路增益變化不應該超過4:1 的比例，否則，回路的動態(tài)性能會受到無法接受的影響。這個特殊的比例沒有什么神奇之處。只不過許多過程控制的實踐者們都認同這是一個在大多數(shù)的過程控制回路里能夠產(chǎn)生一個可以接受的增益范圍的比例。
這一指導原則成為下面的EnTech 增益限制指標的基礎（選自"調(diào)節(jié)閥(控制閥)動態(tài)指標"，3.0 版，1998 年，EnTech 控制公司，加拿大，Ontario，多倫多）：回路過程增益=1.0（變送器量程的百分比）÷（控制器輸出的百分比）正常范圍：0.5-2.0（注：4:1 的比例）應注意這個回路過程的定義包括除了控制器之外的回路配置里的所有裝置。換言之，諸如調(diào)節(jié)閥(控制閥)組件、熱交換器、壓力容器、或其它被控制的系統(tǒng)、泵、變送器等類的裝置的增益總和就是過程增益。由于閥門是這里所__定義的回路過程的一部分，所以重要的是選擇一種閥門類型和口徑，它會產(chǎn)生一種線性的安裝流量特性，足以在系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)保持在指定的增益限制范圍內(nèi)。如果調(diào)節(jié)閥(控制閥)本身產(chǎn)生太大的增益變化，就會給控制器的調(diào)整提供較小的靈活性。把盡可能多的回路增益留給控制器是一種良好的工程實踐。
盡管4:1 的回路增益改變比例被廣泛接受，但并非每一個人都同意這個0.5-2.0 的增益。一些行業(yè)已經(jīng)提出使用0.2-0.8的回路過程增益限制的事例，這仍然是4:1的比例。使用這種較小的增益范圍的固有潛在危險是這個增益范圍的下限可能會在正常工作期間使閥門產(chǎn)生很大的擺動。良好的工作實踐是把閥門擺動控制在5%以下。但是讓增益太大也有危險。如果在行程的某一點處，回路增益變得太高，回路可能會產(chǎn)生振蕩或甚到變得不穩(wěn)定。為了確保在一個寬廣的工作條件范圍內(nèi)有良好的動態(tài)性能和回路穩(wěn)定性，行業(yè)們推薦回路設備應該精心設計制造，所以過程增益仍然處于0.5-2.0 的范圍內(nèi)。
過程***化要求所選擇的閥門類型和口徑在可能的工作條件范圍內(nèi)能把過程增益控制在選定的增益限制范圍內(nèi)。由于減小過程偏差度是如此地依賴于維持一個統(tǒng)一的安裝增益，在能夠接受的增益指標限制范圍內(nèi)，一個閥門可以工作的范圍被稱為閥門的控制范圍。
一個閥門的控制范圍會隨著閥門類型而有很大的變化。圖2-6表示一個與管線等口徑的蝶閥跟一個與管線等口徑的直通閥相比較。直通閥比蝶閥有更加寬的控制范圍。其它閥門類型，如：V 形切口球閥和偏心球塞
閥通常位于這兩個范圍之間的某處。
因為蝶閥典型地有窄的控制范圍。它們通常適合于負載固定的應用場合。另外，它們經(jīng)過仔細計算，以便在固定負載處取得***性能。如果一個閥門的固有特性能夠選擇得可以精確地補償隨流量產(chǎn)生的系統(tǒng)增益的變化，人們就會希望安裝過程增益（下面的曲線）后是一條數(shù)值為1 的直線。
不幸的是，由于在提供無限數(shù)量的固有閥門內(nèi)件特性方面的物理限制，這樣一種精確的增益吻合很少是可能的。另外，有些閥門類型，如蝶閥和球閥，不提供可以很容易地改變固有閥門特性的多種內(nèi)件選擇。
通過在定位器的反饋機構里采用非線性凸輪來改變閥門組件的固有特性，這種情況可以得到。非線性反饋凸輪改變閥門輸入信號與閥桿位置之間的關系，為整個調(diào)節(jié)閥(控制閥)組件取得一個需要的固有閥門特性，而不是僅僅依賴于閥門內(nèi)件型式的改變。
雖然使用定位器凸輪確實可以影響并修改閥門特性，并在某些時候是非常有用的，但是使用特性化凸輪的效果在大部分情況下是受到限制的。這是因為凸輪也會大大改變定位器的回路增益，這會極大地限制定位器的動態(tài)性能。使用凸輪來修改閥門特性，通常不如改變閥門內(nèi)件特性來得有效，但是總比根本沒有特性化要好。這種特性化處理通常是旋轉(zhuǎn)閥的其它選擇。
一些電子裝置試圖通過在定位器回路之前就以電子方式改變I/P 定位器的輸入信號來進行閥門特性化。這種技術通過以下方式重新校準閥門輸入信號：接受4-20 毫安的線性控制器信號，并使用一張預先編輯
好的數(shù)值表以產(chǎn)生取得需要的閥門特性所需的閥門輸入。這種技術有時候稱為前向通道或設定點的特性化。
由于這種特性化在定位器反饋回路之外進行，這種類型的前向通道或設定點的特性化比特性化凸輪有一個***點。它避免了定位器回路增益變化的問題。然而，這個方法也有它的動態(tài)局限性。例如，在閥門工作范圍內(nèi)，可能有這樣的區(qū)域：1.0%的過程信號改變也許會通過這種特性化過程被減小到對閥門的只有0.1%的信號改變（那就是位于特性化曲線的平坦區(qū)域）。許多調(diào)節(jié)閥(控制閥)不能對這樣小的信號改變作出響應。
的過程性能出現(xiàn)在要求的流量特性是通過改變閥門內(nèi)件，而不是使用凸輪或其它方法取得的時候。正確地選擇一個調(diào)節(jié)閥(控制閥)以在系統(tǒng)的操作范圍內(nèi)產(chǎn)生比較線性的安裝流量特性是確保***過程性能的一個關鍵步驟。
