控制(zhi)阀“死(si)区(qu)”的分(fen)析(xi)介(jie)绍

控(kong)制阀一(yi)般(ban)是指的(de)调节阀(fa)，有电动(dong)调节(jie)阀(fa)和(he)气(qi)动(dong)调(diao)节阀(fa)、自力式调节阀之分(fen)。每个(ge)品牌的(de)控制(zhi)阀(fa)都(dou)有个(ge)允(yun)许的死(si)区(qu)标准（死区(qu)也(ye)俗称灵(ling)敏(min)度、响(xiang)应(ying)时间(jian)）。死区是(shi)造(zao)成(cheng)超大(da)过(guo)程(cheng)偏差度的主(zhu)要原因(yin)。由(you)于(yu)各种(zhong)各样的(de)原因，如摩(mo)擦(ca)力、空程、阀轴扭转、放大器或滑(hua)阀(fa)的死区(qu)等(deng)，控制阀(fa)是(shi)一(yi)个仪表回(hui)路里(li)死(si)区(qu)的(de)主(zhu)要来(lai)源(yuan)。

死(si)区是(shi)一(yi)种(zhong)常见(jian)现(xian)象(xiang)，指(zhi)的(de)是(shi)当输(shu)入(ru)信(xin)号(hao)改(gai)变(bian)方向时，不(bu)能使得被(bei)测(ce)过程(cheng)变(bian)量产生变(bian)化(hua)的(de)控制(zhi)器输出(chu)值的范(fan)围或(huo)宽度(du)。当一个(ge)负(fu)载扰动发(fa)生时，过程(cheng)变量(liang)会(hui)偏离设定(ding)点。这(zhe)个偏差(cha)会(hui)通(tong)过(guo)控制(zhi)器(qi)产生(sheng)一(yi)个(ge)纠正性动作(zuo)，并回复(fu)到(dao)过程中(zhong)。然而(er)，控(kong)制(zhi)器输出的一个初始(shi)变化可能(neng)不(bu)会(hui)产(chan)生一个相应(ying)的过(guo)程(cheng)变量(liang)的(de)纠正(zheng)性的改变(bian)。只有(you)当控(kong)制器(qi)的输(shu)出变化量(liang)大得(de)足(zu)以克(ke)服死区(qu)的(de)改(gai)变(bian)时(shi)，一(yi)个相应的(de)过程(cheng)变量的改(gai)变才(cai)会发生。

如果控制(zhi)器输(shu)出(chu)改(gai)变(bian)方(fang)向，控制器(qi)的(de)信(xin)号必(bi)须克服死区，才能(neng)产(chan)生(sheng)过程变(bian)量(liang)的(de)纠(jiu)正(zheng)性(xing)改(gai)变。工(gong)艺过(guo)程里(li)死(si)区(qu)的存(cun)在(zai)使控制(zhi)器的(de)输出必(bi)须(xu)增加(jia)到大(da)得足(zu)于(yu)克(ke)服死区，只有这(zhe)时一个(ge)纠正(zheng)性(xing)的动(dong)作才(cai)会发生(sheng)。

死区的成(cheng)因(yin)

死(si)区有(you)很(hen)多原(yuan)因，但(dan)是控(kong)制(zhi)阀(fa)的(de)摩擦力和空(kong)程、旋转(zhuan)阀阀(fa)轴(zhou)的扭(niu)转(zhuan)以及(ji)放大(da)器(qi)的(de)死区(qu)是(shi)几(ji)种(zhong)常(chang)见的(de)形式(shi)。由于大(da)部分(fen)的调(diao)节(jie)式控(kong)制(zhi)的(de)动作(zuo)是(shi)由(you)小(xiao)信(xin)号(hao)改(gai)变(bian)（1%  或(huo)更(geng)小(xiao)）组(zu)成(cheng)的，一个(ge)有超大(da)死(si)区(qu)的(de)控(kong)制阀可(ke)能(neng)根(gen)本不(bu)会(hui)对(dui)这(zhe)么(me)多(duo)的小信(xin)号(hao)改变(bian)作出(chu)响应(ying)。一个(ge)制造精良(liang)的阀(fa)门应该(gai)能够对(dui)1% 或更小的(de)信(xin)号(hao)作出响(xiang)应以(yi)有效(xiao)地减小过程(cheng)偏(pian)差度。然而(er)，也常(chang)见有(you)些阀门(men)出(chu)现(xian)有(you)5%  或(huo)更(geng)大(da)的死区。在最(zui)近的一次(ci)工厂(chang)审(shen)计里(li)，发现(xian)30%  的(de)阀门有超(chao)过(guo)4%  的(de)死(si)区(qu)。超(chao)过(guo)65% 的被审(shen)计(ji)的(de)控(kong)制回(hui)路有大(da)于2% 的(de)死(si)区。

死区(qu)造成(cheng)的(de)影(ying)响

这(zhe)个(ge)图(tu)代(dai)表(biao)正(zheng)常过(guo)程(cheng)条件(jian)下(xia)三(san)个不同的控(kong)制阀(fa)的开(kai)环(huan)回路(lu)测试(shi)。这些阀(fa)门(men)接受(shou)一系(xi)列(lie)一系(xi)列(lie)从0.5% 到(dao)10% 的阶跃(yue)输(shu)入(ru)。流体(ti)工况(kuang)下(xia)的(de)阶(jie)跃(yue)测(ce)试很(hen)有(you)必要，因(yin)为这些(xie)工(gong)况(kuang)可以评(ping)估整(zheng)个控制阀组件(jian)的(de)性能(neng)，而不像大部分的(de)标(biao)准测试一样仅(jin)仅评(ping)估(gu)阀门执(zhi)行(xing)机构(gou)的性(xing)能(neng)。

死(si)区(qu)对于阀门性能(neng)的影(ying)响(xiang)

性(xing)能(neng)测(ce)试(shi)

有(you)些(xie)对控制(zhi)阀性能的测试，仅(jin)局限于比(bi)较输入(ru)信(xin)号(hao)和执行(xing)机构推(tui)杆(gan)的(de)行程(cheng)。这(zhe)是一(yi)种(zhong)误(wu)导，因为它忽略(lve)了(le)阀门本(ben)身(shen)的(de)性(xing)能。

关(guan)键的(de)是测(ce)量(liang)流(liu)体工况(kuang)下阀门(men)的动态性(xing)能，这样(yang)，过(guo)程(cheng)变量(liang)的改变才能(neng)与阀门(men)组件的输入信号改(gai)变相比(bi)较(jiao)。如(ru)果只有阀杆对(dui)于阀(fa)门(men)输入(ru)信号的改变(bian)作(zuo)出响(xiang)应，那(na)么(me)这种测(ce)试(shi)的意义不大(da)，因(yin)为如(ru)果没(mei)有(you)相应(ying)的控(kong)制(zhi)变量(liang)的改变，也(ye)就(jiu)没有(you)对于(yu)过程偏(pian)差的纠正。

在(zai)所有三个阀门(men)测试里，执行(xing)机(ji)构推杆的运动(dong)都(dou)能(neng)对(dui)输入信号(hao)的改变作(zuo)出很(hen)好的响应。另一(yi)方面，这些(xie)阀(fa)门在对(dui)应(ying)于输入(ru)信号的(de)改变而改(gai)变流量的能(neng)力(li)方面(mian)却(que)有(you)很大(da)的不同(tong)。

阀门A，过(guo)程变量(liang)（流速）能(neng)对(dui)小到(dao)  0.5% 的(de)输(shu)入信(xin)号(hao)作(zuo)出很好(hao)的(de)响应(ying)。

阀(fa)门(men)B ，要(yao)求(qiu)输(shu)入信(xin)号(hao)的改(gai)变大(da)于5%，才(cai)开(kai)始对(dui)每(mei)一个输(shu)入信号阶跃作(zuo)出(chu)很(hen)好(hao)的响应(ying)。

阀门C ，明(ming)显(xian)更(geng)差(cha)，要(yao)求信号(hao)改(gai)变(bian)大于(yu)10%，才开始对每一个(ge)输(shu)入信号(hao)阶(jie)跃作出很(hen)好(hao)的(de)响应。

总的来(lai)说(shuo)，阀(fa)门B或(huo)C 的(de)改(gai)善过程(cheng)偏差度(du)的(de)能(neng)力是(shi)非常(chang)差的(de)。

摩(mo)擦(ca)力

摩擦力(li)是造(zao)成(cheng)控(kong)制(zhi)阀(fa)死(si)区的(de)一个(ge)主(zhu)要原因(yin)。旋(xuan)转(zhuan)阀对(dui)于(yu)密(mi)封(feng)要求的(de)高的阀座负载(zai)引起(qi)的摩擦(ca)力非(fei)常敏(min)感。对(dui)于(yu)有些密封型(xing)式(shi)，高的(de)阀(fa)座(zuo)负载是为了(le)获(huo)得(de)关闭(bi)等(deng)级所必(bi)需(xu)的(de)。由(you)于(yu)高的摩擦力(li)和(he)低的驱动应(ying)变刚(gang)度，阀(fa)轴(zhou)会(hui)扭转(zhuan)，无法(fa)把运(yun)动传(chuan)递(di)给(gei)控制元(yuan)件(jian)。结(jie)果(guo)是(shi)，一(yi)个设计(ji)很差(cha)的(de)旋转阀可能会(hui)展(zhan)示出很大的死(si)区，这(zhe)个死(si)区(qu)明显对过程偏(pian)差(cha)度有(you)决(jue)定性的影响。

制(zhi)造(zao)商(shang)们通(tong)常会(hui)在(zai)制(zhi)造过(guo)程(cheng)中润(run)滑旋(xuan)转阀的(de)密封，但(dan)是经过(guo)只(zhi)有(you)几百(bai)次的(de)循环(huan)动作(zuo)之后，润滑(hua)层(ceng)就会(hui)磨损(sun)掉(diao)。另外(wai)，压力引起的负载(zai)也会(hui)导(dao)致(zhi)密封(feng)磨(mo)损。结(jie)果是(shi)，对(dui)于某些(xie)阀(fa)门(men)型式，阀门(men)的摩(mo)擦力可能(neng)会(hui)增加(jia)400% 或(huo)更多。这(zhe)就(jiu)说(shuo)明在(zai)力(li)矩(ju)稳(wen)定之(zhi)前，通(tong)过使用(yong)标(biao)准类(lei)型(xing)的数据来评估(gu)阀(fa)门而得(de)出(chu)的(de)性能方(fang)面(mian)的(de)结论(lun)是(shi)误(wu)导(dao)。阀(fa)门(men)B 和(he)C表(biao)明这些(xie)较(jiao)高的摩擦力(li)矩(ju)因素会对(dui)一个控(kong)制(zhi)阀的(de)性(xing)能(neng)产生(sheng)毁(hui)灭性(xing)的(de)影(ying)响。

填料摩擦(ca)力是(shi)直行程(cheng)控制阀(fa)的(de)摩(mo)擦力的主(zhu)要来(lai)源。在这(zhe)些类型(xing)的(de)阀(fa)门(men)里，测(ce)量得(de)到的摩擦(ca)力(li)可(ke)能(neng)会随着(zhe)阀(fa)门(men)形式和(he)填料结(jie)构(gou)的不同(tong)而(er)有很(hen)大(da)的差别(bie)。

当(dang)装置(zhi)改变(bian)方(fang)向(xiang)时(shi)，这(zhe)种(zhong)间(jian)隙(xi)会(hui)引(yin)起运动(dong)的(de)不连(lian)续(xu)性(xing)。间隙(xi)通(tong)常发(fa)生(sheng)在(zai)具有(you)各种各(ge)样配(pei)置的齿轮驱动(dong)的装置(zhi)里(li)。齿条(tiao)齿(chi)轮执行机构由于间(jian)隙特别容(rong)易(yi)产生(sheng)死(si)区(qu)。有些(xie)阀轴的连(lian)接(jie)也有死(si)区的(de)问题。

尽管(guan)摩擦(ca)力可(ke)以通过优(you)良(liang)的(de)阀门设(she)计而大(da)幅减(jian)小，但(dan)是要(yao)完全(quan)消除它却是一个困(kun)难(nan)的问(wen)题(ti)。一(yi)个(ge)设(she)计制造(zao)精良的(de)控制(zhi)阀(fa)应(ying)该(gai)能(neng)够(gou)消除由(you)于(yu)间(jian)隙而引起(qi)的(de)死区(qu)。为(wei)了在减(jian)小过(guo)程偏(pian)差(cha)度(du)方(fang)面(mian)取(qu)得(de)最佳(jia)效果，整(zheng)个阀(fa)门(men)组件(jian)的(de)总(zong)死(si)区(qu)应(ying)该(gai)小于或(huo)等于1%，最理想的结果是低(di)至0.25%。