新型智能阀门定位器电子式I/P转换部件

0　引言

    在工业流量控制过程中,对阀门定位控制的精度、实时性、可靠性等指标提出了越来越高的要求,对智能型阀门定位器的需求也越来越迫切。阀门定位器是气动调节阀的配套产品,长期以来国产的阀门定位器是使用模拟信号和力平衡原理方法实现的。由于电子技术的发展,从20世纪90年代末开始,以Fisher、ABB、西门子、日本山武公司等为代表的一些外国大型阀门和自动化设备企业,陆续开发出系列智能阀门定位器,广泛应用于石油炼化、电厂、化工等行业。

    衡阳北方光电信息技术有限公司经过多年自主攻关,研制出ZPZD3100型系列智能阀门定位器。该产品是由我司自主研制开发的,并进入2004年信息产业部企业技术进步和产业升级专项项目(发改办高技[2004]1196号)。

    电子式I/P转换部件是智能阀门定位器的关键部件之一,其控制的精度、实时性、可靠性、抗振性及低功耗等指标都将直接影响整机性能,设计出优良的电子式I/P转换部件是实现阀门定位器智能化的关键。

1　I/P转换部件的作用和类型

    I/P转换部件主要作用就是完成电信号到气压信号之间转换,通过放大喷嘴的背压和流量控制,使其具有足够的功率去操作气动调节阀,它是自动化系统中不可或缺的信号转换关键设备。电—气转换器用以将4~20mA的电流信号转换成气动调节阀对应的气动信号(如0. 02 ~0. 1MPa, 0. 04 ~0·2MPa, 0. 08~0. 24MPa, 0. 35~0. 5MPa等),作为气动调节阀、气动阀门定位器等执行器件的气动控制信号。

    I/P转换部件按结构形式可分为线圈力矩马达式、线圈滑阀式、电子式I/P转换式和压电阀式四种结构。由于线圈力矩马达式转换部件的结构简单、制造方便、成本低,因此,传统非智能阀门定位器中的I/P转换部件绝大多数采用这种结构方式。线圈滑阀式主要在电磁阀中采用。电子式I/P转换部件和压电阀式I/P转换部件,最早出现是在20世纪90年代末日本山武、西门子公司推出的智能阀门定位器中,是阀门定位器智能化发展方向。

2　电子式I/P转换部件工作原理和技术指标

2.1　工作原理

    电子式I/P转换部件实际是利用电磁转换及电磁感应原理而制成的一种微位移控制器。其工作原理如图1。当线圈1通电后,通过导磁铁芯2和导磁柱3、11,在导磁片4、10与运动板8、13的间隙处产生随电流可变的弱磁场;由于永久磁铁9、14的作用,在导磁夹板6、12处形成了恒强磁场。当线圈1中有定值电流流过时,经过导磁柱3、11和导磁片4、10,在弹片7的一个方向产生与电流强度相对应强度的弱磁场(相对于永久磁铁所产生的外加磁场而言)。在弹片7的另一方向产生另一方向的恒磁场。弹片7在这两个磁场的作用下可产生偏转(偏转位移可达0. 25mm)。改变线圈中电流的大小,便可改变弱磁场的场强,进而可改变弹片7的偏转位移,从而可以改变定位器中气动放大器的喷嘴5与挡板15的距离,达到改变其背压腔16的压力,实现定位器对阀门的定位控制。