一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過(guò)程控制設(shè)備特性分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體而言涉及一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)節(jié)閥是工業(yè)過(guò)程中最為常用的一種執(zhí)行器，使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)死區(qū)、粘滯、回滯、飽和等故障。死區(qū)和飽和特性易于檢測(cè)，實(shí)際中只要選型合理其出現(xiàn)的概率不高。粘滯特性最為常見(jiàn)，對(duì)控制回路的影響程度有大有小，其檢測(cè)手段復(fù)雜。在調(diào)節(jié)閥的使用初期，閥桿和密封部件之間的摩擦力在合理范圍之內(nèi)，因而輸入給閥門的控制信號(hào)和閥門實(shí)際位置之間保持一種線性關(guān)系。但隨著時(shí)間推移，密封部件的潤(rùn)滑衰減，再加上外部環(huán)境的侵蝕可能造成閥桿表面摩擦力增大，這些現(xiàn)象導(dǎo)致閥門出現(xiàn)粘滯特性。存在粘滯特性的調(diào)節(jié)閥會(huì)使其所在控制回路性能下降，導(dǎo)致過(guò)程變量振蕩，最終影響整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品不合格率以及能源的消耗。在現(xiàn)代化工廠中，通常有成百上千個(gè)調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行，依靠人力去對(duì)每一個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)是一件非常繁重的工作。因而，利用可得過(guò)程數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法研究閥門粘滯特性的檢測(cè)和補(bǔ)償一直是過(guò)程控制界的一個(gè)重要內(nèi)容。研究粘滯特性對(duì)控制回路影響的前提是獲取粘滯狀態(tài)下控制回路的各種工作數(shù)據(jù)。目前，獲取數(shù)據(jù)的一種方法是采集實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，其不足是所得數(shù)據(jù)不可控且多數(shù)需要進(jìn)一步處理。第二種方法是通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥密封件的安裝扭矩使其處于粘滯狀態(tài)，但這種方法會(huì)對(duì)閥門造成損害，并且也不能可控的輸出不同大小粘滯狀態(tài)下的工作數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)在調(diào)節(jié)閥上安裝一外置摩擦力模擬部件，模擬閥桿受到的摩擦力特性，以產(chǎn)生不同的閥門粘滯狀態(tài)。該裝置可連續(xù)調(diào)節(jié)粘滯等級(jí)，且不改變閥門本體結(jié)構(gòu)。該裝置還包括控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可產(chǎn)生對(duì)閥門的控制信號(hào)，并可對(duì)閥門輸入信號(hào)、位置信號(hào)、摩擦力大小以及各種過(guò)程變量進(jìn)行采集記錄。以該裝置作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行調(diào)節(jié)閥粘滯特性診斷和控制補(bǔ)償?shù)确矫嫜芯俊?br>[0004]本發(fā)明提供的一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置由調(diào)節(jié)閥、摩擦力模擬部件、數(shù)據(jù)采集器、控制器、傳感器和過(guò)程對(duì)象幾個(gè)部分組成。調(diào)節(jié)閥是電動(dòng)閥或是氣動(dòng)閥，其執(zhí)行器帶有閥位信號(hào)輸出功能，此信號(hào)以有線或無(wú)線方式傳送給數(shù)據(jù)采集器。摩擦力模擬部件是一個(gè)摩擦力發(fā)生裝置，其剛性連接件和調(diào)節(jié)閥閥桿上的連接件相連，改變裝置上動(dòng)摩擦塊所受正壓力的大小，相應(yīng)的施加在閥桿上的力特性也相應(yīng)變化?？刂破鞯妮敵鲂盘?hào)作為閥門輸入信號(hào)，并同時(shí)傳送到數(shù)據(jù)采集器中。控制器可以是通用計(jì)算機(jī)(PC)、單片機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)或某些分立元件等的任意組合，可通過(guò)改變內(nèi)部程序，使控制器的輸出信號(hào)發(fā)送改變。調(diào)節(jié)閥連接過(guò)程對(duì)象，在一示例性應(yīng)用中，過(guò)程對(duì)象可以是管道流量或一容器的液位。變量傳感器用于對(duì)過(guò)程對(duì)象的過(guò)程值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值同時(shí)輸入到控制器和數(shù)據(jù)采集器中。
[0005]本發(fā)明提供的一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置中的摩擦力模擬部件由可滑動(dòng)的動(dòng)摩擦塊部分和壓力調(diào)節(jié)部分組成。動(dòng)摩擦塊部分包括動(dòng)摩擦塊、同軸連接件、滑動(dòng)軸、剛性連接件、軸承、滑輪、牽引線和重力補(bǔ)償件。動(dòng)摩擦塊兩端分別通過(guò)同軸連接件和滑動(dòng)軸連接，滑動(dòng)軸和軸承連接。動(dòng)摩擦塊運(yùn)動(dòng)特性受滑動(dòng)軸和軸承間摩擦力的影響，軸承的選擇應(yīng)以盡量減小它們之間的滑動(dòng)摩擦力為準(zhǔn)。牽引線通過(guò)一組滑輪分別連接滑動(dòng)軸和重力補(bǔ)償件，在動(dòng)摩擦塊垂直安裝時(shí)，合理選擇重力補(bǔ)償件的質(zhì)量可對(duì)動(dòng)摩擦塊等產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償，在動(dòng)摩擦塊水平安裝時(shí)不用連接牽引線。剛性連接件一端連接調(diào)節(jié)閥的連接件，另一端設(shè)置有安裝孔，用固定螺絲牢固固定于動(dòng)摩擦塊之上。
[0006]本發(fā)明提供的一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置中的壓力調(diào)節(jié)部分用于改變靜摩擦塊施加于動(dòng)摩擦塊上的正壓力，主要包括調(diào)節(jié)旋鈕、精密絲桿、精密螺母、防位移緊固件、彈性元件、靜摩擦塊、壓力傳感器、靜摩擦塊固定件、夾緊螺絲、固定桿和支架。精密螺母安裝在支架上，其相對(duì)于整個(gè)裝置來(lái)說(shuō)固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕帶動(dòng)精密絲桿旋轉(zhuǎn)，通過(guò)精密螺母后使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，并傳導(dǎo)至上壓力件上，從而壓迫彈性元件變形，再進(jìn)一步傳導(dǎo)產(chǎn)生對(duì)壓力傳感器的壓力；靜摩擦塊固定件的兩個(gè)面形狀呈“凹”字狀，一側(cè)的凹槽內(nèi)安裝壓力傳感器，另一側(cè)的凹槽用于安裝靜摩擦塊，夾緊螺絲的作用是固定靜摩擦塊，使其不產(chǎn)生動(dòng)摩擦塊移動(dòng)方向上的位移；靜摩擦塊固定件和支架之間通過(guò)固定桿連接，固定桿數(shù)量為多根，固定桿一側(cè)可在支架中滑動(dòng)；隨著調(diào)節(jié)旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)，施加于靜摩擦塊上的壓力也隨之改變，壓力傳感器所測(cè)值即為靜摩擦塊施加在動(dòng)摩擦塊上的正壓力值。
[0007]本發(fā)明所提供的一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置在使用時(shí)要將動(dòng)摩擦塊和調(diào)節(jié)閥閥桿平行安裝，通過(guò)一耦接件連接閥門的連接件和動(dòng)摩擦塊上的剛性連接件，當(dāng)調(diào)節(jié)閥的閥桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)摩擦塊也隨之做相同的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)調(diào)節(jié)旋鈕在一定的位置時(shí)，靜摩擦塊施加在動(dòng)摩擦塊的正壓力可由壓力傳感器檢測(cè)得到，再根據(jù)動(dòng)摩擦塊和靜摩擦塊的材質(zhì)特性，可獲知其滑動(dòng)摩擦系數(shù)和最大靜摩擦系數(shù)(也可通過(guò)摩擦力測(cè)試儀測(cè)得)，因此動(dòng)摩擦塊的摩擦力運(yùn)動(dòng)特性已知。根據(jù)力的疊加定理，這一摩擦力特性同樣施加在調(diào)節(jié)閥的閥桿上，因而可模擬閥門粘滯時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的摩擦力模擬部件結(jié)構(gòu)圖。
[0010]【附圖符號(hào)說(shuō)明】1.推桿；2.連接件；3.閥桿；4.壓蓋；5.調(diào)節(jié)螺絲；6.密封件；7.閥芯；8.動(dòng)摩擦塊；9.靜摩擦塊；10.同軸連接件；11.軸承；12.滑動(dòng)軸；13.固定螺絲；14.剛性連接件；15.壓力傳感器；16.彈性元件；17.精密絲桿；18.調(diào)節(jié)旋鈕；19.防位移緊固件；20.靜摩擦塊固定件；21.固定桿；22.滑輪；23.牽引線；24.重力補(bǔ)償件；25.精密螺母；26.支架；27.上壓力件；28.夾緊螺絲；29.耦接件；30.測(cè)試接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和應(yīng)用方法有更加清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置的核心是調(diào)節(jié)閥102和摩擦力模擬部件104，除此之外還包括控制器101、過(guò)程對(duì)象103、變量傳感器106和數(shù)據(jù)采集器105。摩擦力模擬部件104連接在調(diào)節(jié)閥102上，可通過(guò)調(diào)節(jié)使調(diào)節(jié)閥102工作在不同的粘滯狀態(tài)下；調(diào)節(jié)閥102和摩擦力模擬部件104還和數(shù)據(jù)采集器105相連接，以便記錄閥位信號(hào)和正壓力值；調(diào)節(jié)閥102輸入端一側(cè)連接控制器101，可通過(guò)改變控制器101內(nèi)部程序產(chǎn)生不同的控制信號(hào)，用于測(cè)試調(diào)節(jié)閥101，控制信號(hào)同時(shí)也由數(shù)據(jù)采集器105實(shí)時(shí)采集；過(guò)程對(duì)象103連接于調(diào)節(jié)閥102的輸出側(cè)，其作用是用于分析不同粘滯特性下調(diào)節(jié)閥102對(duì)過(guò)程變量的影響，過(guò)程變量的值由變量傳感器106進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)送給數(shù)據(jù)采集器105和控制器101。
[0013]本發(fā)明所提供的一種調(diào)節(jié)閥粘滯特性分析實(shí)驗(yàn)裝置的