气动控制仪

[color=#ff0000]摘要：气动马达作为一种将压缩空气的压力能转换为旋转机械能的装置，其运行的关键是要进行驱动气体压力的控制。本文介绍了目前气动马达压力控制装置的技术现状，特别指出了现有技术中使用电空变换器存在的不足，介绍了电空变换器的更新换代产品——电气比例阀。本文对这两种新旧技术进行了详细比较，新一代的电气比例阀技术更能满足今后气动马达对小型化、集成化、智能化、精细化、高寿命和高可靠性等方面的需求。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] 气动马达也称为风动马达，是指将压缩空气的压力能转换为旋转的机械能的装置。气动马达一般作为更复杂装置或机器的旋转动力源，它的作用相当于电动机或液压马达，即输出转矩以驱动机构作旋转运动。气动马达的主要特点有： （1）使用空气作为介质，无供应上的困难，用过的空气不需处理，放到大气中无污染 压缩空气可以集中供应，远距离输送。操纵方便，维护检修较容易。 （2）气马达具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵容易，维修方便。 （3）可以无级调速，只要控制进气阀或排气阀的开度，即控制压缩空气的流量，就能调节马达的输出功率和转速。即通过调节气源压力或者改变气流量，也可通过同时调节两者来实现。 （4）能够正转也能反转。大多数气马达只要简单地用操纵阀来改变马达进、排气方向，即能实现气马达输出轴的正转和反转，并且可以瞬时换向。在正反向转换时，冲击很小，而且不需卸负荷。 （5）工作安全，不受振动、高温、电磁、辐射等影响，适用于恶劣的工作环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下均能正常工作。 从上述气动马达的特点可以看出，气动马达运行的关键是压力控制。目前气动马达常用的压力控制装置如图1所，其中主要包括电空变换器（E/P或V/P转换器）和增压器，由此构成压力的开环控制，通过电流或电压信号输入就可以进行气动马达的调节。[align=center][color=#ff0000][img=气动马达常用压力控制装置结构示意图,500,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301217044251_5561_3221506_3.jpg!w690x496.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图1 气动马达常用压力控制装置结构[/color][/align] 如果增加传感器（如旋转编码器）和PLC控制器，由此可构成闭环控制回路，传感器检测气动马达的转速等参量，PLC控制器通过检测传感器信号并与设定值比较可进行气动马达高精度的自动控制。另外，整个控制装置还可以通过增加双向阀来实现气动马达的正反转自动控制。 在图1所示的气动马达压力控制装置中，所用的电控变换器（电气转换器）是一种比较传统的压力调节装置，目前正逐渐被电气比例阀所代替。图2所示为这两种压力调节装置的对比。[align=center][color=#ff0000][img=电气比例阀和电气转换器比较表,690,520]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211301217340426_2793_3221506_3.jpg!w690x520.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2 电气比例阀和电气转换器特性对比表[/color][/align] 从上述对比可以看出，电气比例阀采用了更新的技术，与传统的电气转换器相比具有更优异的性能，电气比例阀正在快速对电气转换器形成升级替换，特别是随着电气比例阀的价格逐渐降低，已逐渐成为电气压力控制领域内主要产品。 另外，由于电气比例阀内置了压力传感器和PID控制器，为很多压力和流量控制应用场合提供了极其丰富的拓展应用，即采用电气比例阀可很方便的与其他物理量（如温度、位移、出力等）的探测和控制组成更复杂的串级控制回路，实现更多工业应用领域中的精密控制功能。 特别是采用电气比例阀与超高精度PID控制器结合形成的串级控制回路，可实现超高精度定位、超低速度运转和细小载荷的控制。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

在气相色谱分析中，六通阀的使用非常的普遍，常见的对六通阀的控制方式有手动切换，电动切换和气动切换。电动切换主要是使用电机转动来带动阀的转动从而实现六通阀的切换；气动切换则是使用气体的压力变换来实现六通阀的切换。之前使用的一台用于做非甲烷总烃的仪器使用的是气动控制六通阀自动进样，但是由于用于气动控制的两位五通阀坏掉了，重新购买需要一定的时间，又急于做实验，刚好手头有一个平面四通阀，于是便暂时借用，用以维持实验。 为了便于说明仪器改装的具体内容，即使用平面四通控制气动六通阀——首先对六通阀、六通阀的气动控制做一个简单的说明。1 六通阀的工作原理 首先说明一下六通阀的工作原理，以平面六通为例： 下图是一个简单的平面六通的两种状态：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191701_668400_1856270_3.png 图示1 状态1和状态2的区别在哪里呢？平面六通的结构我们可以将其分为两部分：定子和转子。拆开来看，结构如下：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071818472272_01_1856270_3.png 图示2 定子上的六个孔与六通阀的六个气路接口是一一对应的，即一个孔对应一个气路；转子上则刻了三个槽，将转子放在定子上，定子上相邻的两个孔则通过一个槽连接相通。如果像以上所说切换六通阀，槽连接的两个孔发生变化，则六通阀的连接进行以下变换（图示3）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071818390515_01_1856270_3.png 图示3 六通阀的气路切换2 气动切换六通阀原理 了解到了六通阀的原理，接下来介绍气动切换六通阀的简单原理——气动切换六通阀，简单的说，就是使用气体压力代替人手动工作来切换六通阀。 如下图5所示，当气缸1或者气缸2分别进气或者出气时候，带动气缸中心的轴有一个运动距离，这个轴运动所带来的力可以使转子发生在平面的转动（如图4），从而带动六通阀的进行切换。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819391517_01_1856270_3.png 图示4 销子沉入转子的豁口后，轴的转动可以带动转子的转动http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819181235_01_1856270_3.png 图示5 六通阀气动气缸原理简图 在使用六通阀启动控制时候，一般都是采用自动控制的，即仪器设置程序到一定的时间来自动切换气体，这个时候就需要使用到两位五通阀，工作原理见下图6http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819212584_01_1856270_3.png 图示6 两位五通阀控制六通阀的气动切换 即气源接在两位五通阀的1位置，作为进气端；在初始状态下1、4连通，2、3排气或者1、2连通，4、5排气，从而带动传动轴的运动使六通阀切换。3 使用平面四通阀代替两位五通阀进行气动控制 两位五通阀坏掉之后，由于手头暂时没有新的两位五通，要继续进行实验，就需要寻找替代品，这个替代品就需要满足两个要求：（1）可以手动或者自动切换；（2）一端进气的同时，另外一端需要排气，而平面四通阀刚好可以满足以上要求，工作原理如下图7所示：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016071819450736_01_1856270_3.png 图示7 平面四通进行气动切换的原理图 平面四通的原理就是相邻的两个相通，这种情况下如图所示，当两个孔相连进气时候，另外两个孔相连正好可以排气——唯一的不方便就是需要手动切换四通阀。平面四通的实物图如下图8：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607181955_600988_1856270_3.png 图示8 平面四通实例 总结：从实际使用上来看，使用平面四通和使用两位五通阀所需要的气路是一样的，两者的共同点就是：在一端进气的同时，可以保证另外一端的出气。唯一的不同大概就是使用两位五通是自动控制的，使用平面四通则需要手动计时切换。