• 摘要：隨著(zhù)科技的發(fā)展越來(lái)越多的新技術(shù)應用到工業(yè)中，工業(yè)自動(dòng)化設備趨向于高集成的集散控制技術(shù)，工業(yè)現場(chǎng)儀表也已趨向于多功能的智能化發(fā)展，這些高精度檢測控制必然需要高速可靠的電信號傳輸，因此現在的工業(yè)現場(chǎng)已經(jīng)是電氣化儀表時(shí)代。

　　前言

　　隨著(zhù)科技的發(fā)展越來(lái)越多的新技術(shù)應用到工業(yè)中，工業(yè)自動(dòng)化設備趨向于高集成的集散控制技術(shù)，工業(yè)現場(chǎng)儀表也已趨向于多功能的智能化發(fā)展，這些高精度檢測控制必然需要可靠的電信號傳輸，因此現在的工業(yè)現場(chǎng)已經(jīng)是電氣化儀表時(shí)代?，F實(shí)的工業(yè)儀表現場(chǎng)卻有一個(gè)特例，作為控制環(huán)節的后一部分——執行調節機構卻仍然停留在落后的氣動(dòng)儀表時(shí)代。雖然越來(lái)越多的電動(dòng)執行器得到使用，但處于成本和安全防爆考慮，我國現階段的工業(yè)現場(chǎng)執行調節儀表仍以氣動(dòng)調節閥為主。

　　電氣轉換器的作用

　　氣動(dòng)調節閥是一種氣動(dòng)儀表，這種儀表接收氣動(dòng)信號進(jìn)行動(dòng)作，與我們工業(yè)控制中的電信號不沾邊，因此工業(yè)現場(chǎng)的控制就需要一個(gè)轉換儀表，把控制室來(lái)的電信號轉換為調節閥能夠識別的氣信號。這種轉換儀表安裝在現場(chǎng)氣動(dòng)調節閥上，接收控制室來(lái)的電信號然后轉換為對應的標準氣動(dòng)信號，在進(jìn)入調節閥作為調節閥能夠動(dòng)作的氣動(dòng)能源。

　　現場(chǎng)使用帶有電氣轉換器的氣動(dòng)調節閥

　　這種安裝在調節閥上的轉換儀表，工業(yè)控制人員熟悉的就是閥門(mén)定位器。閥門(mén)定位器是一個(gè)能把控制室來(lái)的電信號轉換為氣動(dòng)調節閥所需氣動(dòng)能源的轉換儀表，根據性能的不同可分為機械式、電氣式、智能式等多種型號，在氣動(dòng)調節閥中得到廣泛應用。

　　除閥門(mén)定位器，工業(yè)現場(chǎng)還有一種信號轉換儀表得到使用，那就是電氣轉換器。電氣轉換器是一種結構簡(jiǎn)單，轉換準確的電氣轉換儀表設備，在上世紀的工業(yè)控制中得到大量的應用，只是近年來(lái)才逐漸被閥門(mén)定位器所取代，但許多仍在運轉的老舊裝置中仍有它的身影。

　　原理及構成

　　氣動(dòng)儀表對于現在高度集成的電子時(shí)代很多人比較陌生，感覺(jué)無(wú)從學(xué)起，不知如何分析，實(shí)質(zhì)上氣動(dòng)儀表的原理就如同電子電路原理一樣也是以小控大、以弱調強，用微弱的小氣動(dòng)信號控制調節大功率的壓縮空氣流量。

　　電氣轉換器是依照經(jīng)典的氣動(dòng)儀表原理研發(fā)出來(lái)的，其核心部件是噴嘴擋板機構和氣動(dòng)功率放大器。

　　電磁變?yōu)榭臻g改變

　　電氣轉換的方法是通過(guò)電磁轉換，把電信號轉換為一個(gè)機械部件的物理位移。這個(gè)機械部件同時(shí)也是噴嘴擋板機構中的擋板部件。 擋板是一個(gè)中間實(shí)心的薄金屬圓盤(pán)，圓盤(pán)的另一面設計成一個(gè)外凸內空的稀薄金屬線(xiàn)圈結構，金屬線(xiàn)圈正好通過(guò)一個(gè)強磁的磁缸。

　　線(xiàn)圈里的電流為控制室來(lái)的4-20nA的電流控制信號，隨著(zhù)不同的電流值通電線(xiàn)圈所受到的強磁鐵的吸力不同，引起與金屬線(xiàn)圈一體的圓盤(pán)擋板產(chǎn)生一個(gè)物理位移。

　　磁缸與線(xiàn)圈擋板機構如同：

　　噴嘴擋板機構

　　噴嘴擋板機構相當于電子電路中的三極管放大器，擋板是三極管中的基極，噴嘴是三極管中的發(fā)射極，噴嘴后方的氣路背壓是三極管中的集電極。

　　線(xiàn)圈電流的改變導致電磁力的改變，引發(fā)圓盤(pán)擋板位置改變，使圓盤(pán)與噴嘴之間的距離發(fā)生變化。而造成噴嘴排放到大氣環(huán)境中的儀表風(fēng)量發(fā)生變化，造成噴嘴后方氣路中的儀表風(fēng)壓力發(fā)生變化，這個(gè)儀表風(fēng)壓即是噴嘴擋板機構的背壓，其通過(guò)精密的氣路輸入到氣動(dòng)功率放大器的控制端，作為放大器的控制信號使用，從而實(shí)現了以小控大的目的。

　　噴嘴擋板機構如下圖所示：

　　氣動(dòng)功率放大器

　　氣動(dòng)功率放大器相當于電子電路中的功率放大器，如同電子電路中的音頻功放，噴嘴擋板機構中的背壓儀表風(fēng)如同微弱的音頻輸入信號，氣動(dòng)功率放大器的儀表動(dòng)力風(fēng)進(jìn)口如同音頻功放的電源，氣動(dòng)功率放大器的輸出就是音頻放大器的喇叭。

　　氣動(dòng)功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)精密的氣動(dòng)膜盒調節機構，通過(guò)變化壓力的儀表風(fēng)進(jìn)入一個(gè)膜片形成的氣室內，儀表風(fēng)壓作用膜片使其膨脹變形，膜片的另一面設有金屬調節閥芯來(lái)調節下方氣閥的開(kāi)度，從而控制氣閥內儀表風(fēng)的壓力和流量，使其輸出一定壓力值的大流量?jì)x表風(fēng)，從而實(shí)現了以弱控強的目的。

　　氣動(dòng)功率放大器結構如圖所示：

　　調節修正機構

　　如同音頻功放有音量調節旋鈕一樣，電氣轉換器也有調節機構，只不過(guò)這個(gè)調節機構目的是讓轉換器輸出的氣動(dòng)信號為一個(gè)標準的氣動(dòng)信號模式20—100KPa，這樣電信號的4-20mA就轉換為氣信號的20—100KPa,實(shí)現了電氣信號的轉換。這個(gè)調節機構由節流孔、零點(diǎn)、滿(mǎn)度調節旋鈕和電路板組成。

　　電氣轉換器外表體分布有零點(diǎn)、滿(mǎn)度、節流孔如圖：

　　節流孔

　　節流孔也叫恒節流孔，是電氣轉換器中重要的一個(gè)小部件，其運行的好壞直接關(guān)系到電氣轉換器是否可以運行的關(guān)鍵。如同電子電路中的固定電阻一樣，在氣路系統中相當于一個(gè)阻尼，限制氣路中的空氣流量。

　　節流孔是一個(gè)如同一字螺絲的金屬體，其通過(guò)精密的機械氣路設置實(shí)現儀表風(fēng)的節流措施。節流孔內有一進(jìn)一出兩個(gè)氣孔，進(jìn)氣口在節流孔部件的頂部氣孔較大，出氣孔在節流孔部件頂端的1/3處，氣孔非常微小如同針尖一樣，兩氣孔之間通過(guò)密封墊片保證空間無(wú)空氣泄露。節流孔通過(guò)這微小的氣路來(lái)實(shí)現噴嘴擋板機構中儀表風(fēng)的恒流效果。

　　零點(diǎn)調節旋鈕

　　零點(diǎn)即電氣轉換器在輸入信號為4mA時(shí)所對應輸出的氣動(dòng)信號風(fēng)壓為20KPa，也就是電氣轉換器的初態(tài)。

　　如同三極管放大電路中穩定靜態(tài)工作點(diǎn)的分壓電阻，轉換器的零點(diǎn)旋鈕也是調整噴嘴與擋板之間的空間距離，來(lái)實(shí)現轉換器零點(diǎn)時(shí)輸出的氣動(dòng)信號恒定在20KPa，此時(shí)擋板沒(méi)有空間位移變化，因此通過(guò)調整噴嘴的位移來(lái)實(shí)現噴嘴擋板間距離的改變保證輸出的準確性。

　　零點(diǎn)旋鈕為一個(gè)與噴嘴下部齒輪嚙合的螺旋柱，通過(guò)旋轉螺旋柱能夠實(shí)現噴嘴高度的變化，改變噴嘴與擋板之間的初始距離，穩定20KPa氣動(dòng)信號的輸出。

　　滿(mǎn)度調整旋鈕

　　滿(mǎn)度即量程調整，通過(guò)電路板上一個(gè)可調電阻器來(lái)實(shí)現。當輸入信號為20mA時(shí)，通過(guò)改變可調電阻的電阻值，使線(xiàn)圈里的電流發(fā)生變化，讓擋板所受的電磁吸力發(fā)生改變，使擋板與噴嘴的空間距離發(fā)生變化，使其輸出的氣動(dòng)信號恒定在100KPa。

　　電路板

　　在電氣轉換器中間位置，線(xiàn)圈擋板之下有一個(gè)小型的簡(jiǎn)單電路板，上面除設置有滿(mǎn)度調整電阻器外還有一個(gè)濾波電路，用來(lái)消除遠距離從控制室傳輸來(lái)的直流毫安信號，可能夾雜的交流電磁干擾信號，以確保磁缸內線(xiàn)圈電流的準確，保證電氣轉換器的可靠穩定性。

　　節流孔的結構如圖所示：

　　電氣轉換器使用要求

　　電氣轉換器是一個(gè)能夠把4-20mA轉換為20—100KPa氣動(dòng)信號的轉換儀表，其要根據現場(chǎng)的條件來(lái)使用，即電氣轉換器所接的氣動(dòng)調節閥的彈簧壓縮系數為20—100KPa,，如果超出這個(gè)范圍使用則無(wú)法實(shí)現調節閥的全開(kāi)全關(guān)動(dòng)作，這一點(diǎn)不同于閥門(mén)定位器，選用電氣轉換器是一定要細心。

　　電氣轉換器氣路預處理，如同音頻放大器對電源電壓有要求一樣，電氣轉換器對于所需要的儀表動(dòng)力風(fēng)能源的壓力也有要求，要求進(jìn)入電氣轉換器的儀表風(fēng)壓穩定在0.14Mpa附近，因此電氣轉換器儀表進(jìn)風(fēng)入口要設置空氣過(guò)濾減壓裝置，使進(jìn)入電氣轉換器的儀表風(fēng)壓恒定無(wú)雜質(zhì)。

　　電氣轉換器的校準

　　電氣轉換器作為一個(gè)標準的儀表，其需要單獨進(jìn)行精度校準，但實(shí)際使用中為減少工作量一般與所連接的調節閥一起實(shí)現聯(lián)校。

　　準備工作

　　校準所需儀器：一個(gè)標準電流信號發(fā)生器，一個(gè)標準氣動(dòng)恒壓器，一個(gè)0.1精度的標準壓力表，一個(gè)標準的毫米尺。

　　校準連接：標準電流信號發(fā)生器接入電氣轉換器接線(xiàn)盒中；標準的氣動(dòng)恒壓器一端連接儀表風(fēng)一端接入電氣轉換器的儀表風(fēng)進(jìn)口，并調節恒壓器使其輸出為恒定的140KPa,；通過(guò)儀表風(fēng)管把標準壓力表接入電氣轉換器與氣動(dòng)調節閥之間的氣路中，用毫米尺測量調節閥的行程指示牌，做好初始位置標志。

　　電氣轉換器與調節閥聯(lián)校的連接圖：

　　校準

　　標準電流信號發(fā)生器輸出4mA，查看標準壓力表的讀數使其穩定在20KPa，可通過(guò)電氣轉換器的零點(diǎn)旋鈕進(jìn)行調整。記錄調節閥閥桿的位置。

　　標準電流信號發(fā)生器輸出20mA，查看標準壓力表的讀數使其穩定在100KPa，可通過(guò)電氣轉換器的滿(mǎn)度旋鈕進(jìn)行調整。記錄調節閥閥桿的位置。

　　重復上述兩點(diǎn)進(jìn)行調整，直到滿(mǎn)足要求為止。然后在分別測試12mA、8mA、16mA三點(diǎn)，觀(guān)察轉換器輸出的線(xiàn)性度和調節閥開(kāi)度所對應的位置。

　　觀(guān)察調節閥的死區，用標準信號發(fā)生器緩慢的從4mA開(kāi)始逐漸增大電流信號，觀(guān)察調節閥的閥桿到有一個(gè)明顯的動(dòng)作時(shí)記下此時(shí)的電流值和電氣轉換器輸出的氣動(dòng)信號壓力值，然后在反向進(jìn)行測試。

　　現場(chǎng)使用故障處理

　　電氣轉換器在使用中的故障通常時(shí)通過(guò)調節閥顯現出來(lái)。因為電氣轉換器為調節閥的一個(gè)附件，現場(chǎng)使用中工藝人員先發(fā)現的故障時(shí)調節閥的故障如：閥門(mén)突然失靈后全開(kāi)或全關(guān)，閥門(mén)運行時(shí)開(kāi)關(guān)不能到位即不能全開(kāi)全關(guān)等故障。

　　維修人員首先要到現場(chǎng)查看故障分析原因，首先確認是調節閥的原因還是電氣轉換器的原因。故障排除的手段就是通過(guò)觀(guān)察電氣轉換器輸出儀表風(fēng)風(fēng)管上壓力表的壓力值來(lái)進(jìn)行判斷，因為電氣轉換器與調節閥之間沒(méi)有閥位反饋的連接，電氣轉換器的輸出風(fēng)壓只與電氣轉換器接線(xiàn)盒內毫安電流值有關(guān)，所以通過(guò)觀(guān)察轉換器輸出的儀表風(fēng)壓即可快速的分辨出是調節閥的故障還是電氣轉換器的故障，這比閥門(mén)定位器與調節閥的故障好判斷。

　　通過(guò)觀(guān)察電氣轉換器輸出儀表風(fēng)壓力表的壓力值可以判斷出故障，日常使用主要包括四個(gè)方面：壓力值大與控制信號無(wú)關(guān)，故障原因限流孔堵塞；壓力值不準確4毫安時(shí)不是20KPa，零點(diǎn)漂移；壓力值不準確20毫安時(shí)不是100KPa，量程不準確；壓力值始終處于0，接線(xiàn)故障可能為松動(dòng)脫落短路，儀表風(fēng)故障，前方過(guò)濾減壓閥堵塞、沒(méi)有儀表風(fēng)等。

　　限流孔堵塞處理

　　限流孔堵塞是電氣轉換器使用中主要的故障，原因就是電氣轉換器前方的空氣過(guò)濾減壓閥的效果不好，致使進(jìn)入轉換器的儀表風(fēng)中含有鐵銹雜質(zhì)水分等，流經(jīng)限流孔的時(shí)候堵塞細小的氣路。如果限流孔堵塞，那么其電氣轉換器就會(huì )因為噴嘴無(wú)儀表風(fēng)流出，致使噴嘴后背壓達到大，使電氣轉換器的輸出為大。

　　如此細小的氣眼一旦堵塞很難找到合適的工具進(jìn)行疏通，現場(chǎng)排除故障時(shí)可擰下限流孔用頭發(fā)絲進(jìn)行疏通，然后用嘴吹氣的方法來(lái)確認限流孔雜質(zhì)是否除掉，當然這對于維修人員來(lái)說(shuō)不衛生，甚至有可能引發(fā)疾病，但現場(chǎng)排除故障沒(méi)有更好的方法，使用此法簡(jiǎn)潔快速實(shí)在是無(wú)奈之舉。

　　零點(diǎn)、滿(mǎn)度的調整

　　如果故障是因為零點(diǎn)、滿(mǎn)度不準確引起的，那么可用螺絲刀在相應的電流值的情況下調節零點(diǎn)或滿(mǎn)度旋鈕直到正確為止。調整方法很簡(jiǎn)單，不在詳述。

　　電源信號、儀表風(fēng)源故障

　　只要分析出故障原因可以針對性的快速排除。

　　使用心得及改進(jìn)

　　電氣轉換器的校準雖然要求嚴格，但實(shí)際使用中的故障維修可粗略的進(jìn)行調整排除。因為電氣轉換器是一個(gè)開(kāi)路的轉換儀表，沒(méi)有信號的反饋以提高自身的精度，所以安裝在現場(chǎng)調節閥的電氣轉換器的控制精度和效果都遠不如閥門(mén)定位器。特別是在一些大容量膜頭或使用長(cháng)久的調節閥中，電氣轉換器對于調節閥的調節控制緩慢滯后，誤差較大，很難克服調節閥閥桿與盤(pán)根摩擦而引起的滯后死區。

　　為提高現場(chǎng)安裝電氣轉換器調節閥的靈敏性使其能夠全關(guān)和全開(kāi)，在實(shí)際的使用中可以把電氣轉換器輸出的氣動(dòng)信號進(jìn)行小幅度的擴容，調整零點(diǎn)旋鈕使其4mA時(shí)輸出低于20KPa可以保證調節閥初始狀態(tài)下的開(kāi)度和減少調節閥的泄漏量。調整滿(mǎn)度旋鈕使其20mA時(shí)輸出大于100KPa，可以保證調節閥全開(kāi)或全關(guān)下的精度，保證調節閥閥桿到位。

　　空氣過(guò)濾減壓閥的調整，空氣過(guò)濾減壓閥雖是氣動(dòng)調節閥關(guān)鍵的一個(gè)附屬部件，但現場(chǎng)使用人員常常忽略漠視這一部件，安裝后幾年甚至終生就沒(méi)有維護過(guò)，造成其長(cháng)期的使用雜質(zhì)沉積，濾芯臟污堵死，減壓閥后儀表風(fēng)量減少壓力降低，因此除日常巡檢盡可能的加強過(guò)濾減壓閥的維護外，可把減壓閥后的壓力調到比140KPa略高一些，保證電氣轉換器進(jìn)口的儀表風(fēng)滿(mǎn)足使用要求。

　　總結

　　電氣轉換器是一個(gè)結構緊湊功能單一的氣動(dòng)調節閥的附件，其控制精度和使用效果遠不如閥門(mén)定位器準確，已逐漸被閥門(mén)定位器所淘汰，但電氣轉換器的工作原理及各部件是典型的氣動(dòng)儀表結構，與閥門(mén)定位器核心器件基本一致，所以熟悉電氣轉換器并不是無(wú)用之舉，掌握了電氣轉換器的原理對于現場(chǎng)繁雜的閥門(mén)定位的維護同樣有用。

只是用分享學(xué)習，不做其它用途。