电/气转换装置技术研究现状及发展趋势

　　0　引言

　　电/气转换器、定位器是气动执行器的主要附件,在工业自动化生产过程中占有极其重要的地位[1]。近几年,随着微电子技术、控制理论和计算机技术的发展,电/气转换器、定位器已有逐渐取代传统机械式结构,向电子化、智能化方向发展的趋势。电子化和智能化产品在控制思路、实现功能上都大同小异,关键技术就是转换装置的不同。转换装置性能的稳定性直接决定了转换器或定位器性能的优劣,每一次转换器或定位器技术的更新都与转换装置的革新有着紧密的联系,因此,国内外各大仪表公司都把主要精力放在新结构转换装置的研发上。

　　1　电/气转换装置分类及工作原理

　　电/气转换装置简称I/P转换单元,按结构形式可分为线圈滑阀式、线圈喷嘴挡板式和压电阀式三种结构。线圈滑阀式结构主要在电磁阀中采用;线圈喷嘴挡板式I/P转换单元结构简单、制造方便、成本低,电/气转换器、定位器转换元件绝大多数仍采用这种结构方式;压电阀式I/P转换单元最早出现在20世纪90年代SIEMENS公司推出的SPI ART PS智能阀门定位器中,它具有高抗振动性、高可靠性、低功耗、低耗气等特点,能满足智能阀门定位器对I/P转换单元的要求。

　　以常见的喷嘴挡板结构为例,其工作原理如图1所示,喷嘴挡板机构主要由恒节流孔、喷嘴挡板及背压室串联组成。工作时,气流(气压ps恒定)经恒节流孔进入背压室,当挡板远离喷嘴时,由于背压室内径远大于恒节流孔直径,空气经喷嘴排出,背压室气压几乎为零。当挡板紧密接触喷嘴时,空气不能由喷嘴排出,背压室气压等于进气压力。调整挡板与喷嘴间距就可以调整背压室气压。

　　2　转换装置国内外技术发展现状

　　2.1　传统I/P转换单元

　　传统的机械式电/气转换器工作原理如图2所示[2],当输入电流I增大时,线圈与电磁铁产生的吸力增大,杠杆做逆时针旋转,带动挡板靠近喷嘴,背压室气压升高,从而使波纹管气压升高,对杠杆产生向上的反馈力。由图可见,机械结构喷嘴挡板和整个转换器是一体的,机械部件易磨损,机构繁杂,调节环节多,抗振动冲击性差,任何一个部位出现磨损或其他故障,整个生产都要停下来,维修、调整费时费力。但是,这种转换器或定位器具有价格低廉、使用安全、防燃、防爆等优点,目前我国大多数企业仍在广泛使用。

图3是美国SAMSON公司根据机械力平衡原理生产的电/气转换装置原理图,用于电/气转换器。日本山武·霍尼韦尔公司生产的HEP电/气阀门定位器,上海长成自控设备有限公司生产的QZD—2000型电/气转换器以及2000型系列电/气阀门定位器,常州市石化仪表厂生产的QED2000电/气转换器、EP3000电/气阀门定位器、IPD2000电/气阀门定位器等都是基于上述机械力平衡原理的,转换装置结构都相似。