死區(qū)的定義域調(diào)整

一、死區(qū)的定義

    在儀表領(lǐng)域，又稱儀表的不靈敏區(qū)。輸入量的變化不致引起該儀表輸出量有任何可察覺(jué)的變化的

有限區(qū)間。產(chǎn)生死區(qū)的原因主要是儀表內(nèi)部元件間的摩擦和間歇。

    在閥門(mén)領(lǐng)域，閥門(mén)死區(qū)也是一種通用現(xiàn)象，指的是當(dāng)輸入信號(hào)改變方向時(shí)，不能使得被測(cè)過(guò)程變

量（PV）產(chǎn)生變化的控制器輸出（CO）值的范圍或?qū)挾?。（?jiàn)第1 章這些術(shù)語(yǔ)的定義）。當(dāng)一個(gè)

負(fù)載擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，過(guò)程變量（PV）會(huì)偏離設(shè)定點(diǎn)。這個(gè)偏差會(huì)先通過(guò)控制器，后通過(guò)過(guò)程產(chǎn)生一

個(gè)糾正性的動(dòng)作。然而，控制器輸出的一個(gè)初始變化可能不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的過(guò)程變量的糾正性

的改變，只有當(dāng)控制器的輸出有大得足于克服死區(qū)的改變時(shí)，一個(gè)相應(yīng)的過(guò)程變量的改變才會(huì)發(fā)

生。

二、死區(qū)產(chǎn)生的原因

    死區(qū)有很多原因，但是調(diào)節(jié)閥(控制閥)的摩擦力和游移、旋轉(zhuǎn)閥閥軸的扭轉(zhuǎn)以及放大器的死區(qū)是

幾種常見(jiàn)的形式。由于大部分的調(diào)節(jié)式控制的動(dòng)作是由小信號(hào)改變（1%或更小）組成的，一個(gè)有

超大死區(qū)的調(diào)節(jié)閥(控制閥)可能甚至根本不會(huì)對(duì)這么多的小信號(hào)改變作出響應(yīng)，一個(gè)制造精良的

閥門(mén)應(yīng)該能夠?qū)?%或更小的信號(hào)作出響應(yīng)以有效地減小過(guò)程偏差度。然而，并不奇怪的是有些閥

門(mén)展示出5%或更大的死區(qū)。在zui近的一次工廠審計(jì)里，30% 的閥門(mén)有超過(guò)4%的死區(qū)。超過(guò)65%的

被審計(jì)回路有大于2% 的死區(qū)。圖2-3正好表示死區(qū)的組合效果是多么大。這個(gè)圖代表正常過(guò)程條

件下三個(gè)不同的調(diào)節(jié)閥(控制閥)的開(kāi)環(huán)回路測(cè)試。這些閥門(mén)接受一系列的階躍輸入，范圍從0.5% 

到1%。階躍測(cè)試必須在那些重要的流動(dòng)工況下進(jìn)行，因?yàn)檫@些工況允許評(píng)估整個(gè)調(diào)節(jié)閥(控制閥)

組件的性能，而不是在大部分的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下僅僅評(píng)估閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能。

    摩擦力是(控制閥)死區(qū)的一個(gè)主要原因。旋轉(zhuǎn)閥對(duì)于由高的閥座負(fù)載引起的摩擦力非常敏感。對(duì)

于有些密封型式，高的閥座負(fù)載是為了獲得關(guān)閉等級(jí)所必需的。由于高的摩擦力和低的驅(qū)動(dòng)應(yīng)變

剛度，閥軸會(huì)扭轉(zhuǎn)，無(wú)法把運(yùn)動(dòng)傳遞給控制元件。結(jié)果是，一個(gè)設(shè)計(jì)很差的旋轉(zhuǎn)閥可能會(huì)展示出

很大的死區(qū)，這個(gè)死區(qū)對(duì)過(guò)程偏差度有決定性的影響。制造商們通常會(huì)在制造過(guò)程中潤(rùn)滑旋

轉(zhuǎn)閥的密封，但是經(jīng)過(guò)只有幾百次的循環(huán)動(dòng)作之后，潤(rùn)滑層就會(huì)磨損掉。另外，壓力引起的負(fù)載

也會(huì)導(dǎo)致密封磨損。結(jié)果是，對(duì)于某些閥門(mén)型式，閥門(mén)的摩擦力可能會(huì)增加400% 或更多。這就

說(shuō)明在力矩穩(wěn)定之前，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)類型的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估閥門(mén)而得出的性能方面的結(jié)論是誤導(dǎo)。閥

門(mén)B 和C（圖2-3）表明這些較高的摩擦力矩因素會(huì)對(duì)一個(gè)調(diào)節(jié)閥(控制閥)的性能產(chǎn)生毀滅性的影

響。填料摩擦力是直行程調(diào)節(jié)閥(控制閥)的摩擦力的主要來(lái)源。在這些類型的閥門(mén)里，測(cè)量得到

的摩擦力可能會(huì)隨著閥門(mén)形式和填料結(jié)構(gòu)的不同而有很大的差別。

     執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型對(duì)于調(diào)節(jié)閥(控制閥)組件的摩擦力也有根本性的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，彈簧薄膜執(zhí)行

機(jī)構(gòu)比活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)調(diào)節(jié)閥(控制閥)組件產(chǎn)生更小的摩擦力。彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的另外一個(gè)優(yōu)

點(diǎn)是它的摩擦力比較恒定，不會(huì)隨時(shí)間的變化而變化?；钊麍?zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力會(huì)隨著導(dǎo)向面和O

形圈的磨損、潤(rùn)滑層的損失以及彈性體的性能等級(jí)下降而顯著增加。這樣，為了確保連續(xù)的*

性能，活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)比彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要更加頻繁的維護(hù)。如果不進(jìn)行維護(hù)，過(guò)程偏差度就

會(huì)顯著增加，而操作人員對(duì)此一無(wú)所知。

    當(dāng)裝置改變方向時(shí)，這種空動(dòng)會(huì)引起運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)性?？粘掏ǔ０l(fā)生在具有各種各樣配置的齒輪

驅(qū)動(dòng)的裝置里。齒條齒輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于空程特別容易產(chǎn)生死區(qū)。有些閥軸的連接也展示出死區(qū)的

效果?；ㄦI連接總的來(lái)說(shuō)比鍵槽連接的閥軸或雙D 形結(jié)構(gòu)有更小的死區(qū)。盡管摩擦力可以通過(guò)優(yōu)

良的閥門(mén)設(shè)計(jì)而大大地減小，但是全部消除它卻是一個(gè)困難的問(wèn)題。一個(gè)設(shè)計(jì)制造精良的調(diào)節(jié)閥

(控制閥)應(yīng)該能夠消除由于空程和閥軸扭轉(zhuǎn)而引起的死區(qū)。為了在減小過(guò)程偏差度方面取得*

效果，整個(gè)閥門(mén)組件的總的死區(qū)應(yīng)該等于或小于1%，理想地，應(yīng)該低到0.25%。

三、死區(qū)的調(diào)整

    死區(qū)用于調(diào)節(jié)閥門(mén)的靈敏度。以電動(dòng)執(zhí)行器為例：輸入4mA閥門(mén)全閉，20mA全開(kāi)，當(dāng)把死區(qū)調(diào)到

zui小時(shí)，靈敏度zui大，此時(shí)輸入4.01ma閥門(mén)可能會(huì)跟隨信號(hào)的變化而動(dòng)作到相應(yīng)的開(kāi)度。如果把

死區(qū)調(diào)大，或許輸入信號(hào)為4.2時(shí)，閥門(mén)還是關(guān)閉。調(diào)節(jié)死區(qū)的電位器，就是在調(diào)節(jié)比較器的部

分電路。死區(qū)可以使閥門(mén)穩(wěn)定，不靈敏了閥門(mén)相對(duì)也就穩(wěn)定了，當(dāng)微小的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)入控制系統(tǒng)

，在閥門(mén)靈敏度高時(shí)閥門(mén)會(huì)在開(kāi)度附近震蕩，死區(qū)可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題，但是同時(shí)也犧牲了

靈敏。