控製閥“死區”的分析介紹

控製閥一般是（shì）指的調節閥，有電動調節閥和氣動調節閥（fá）、自力式調（diào）節閥之分。每個品牌的控製閥都有個允（yǔn）許的死區標準（死區也俗稱靈敏（mǐn）度、響應時間）。死區是造成超大過程偏差度的主要原因。由於各種各樣的原因，如摩擦力、空程、閥軸扭轉、放大器或滑閥的死區等，控製閥是一個儀表回路裏死區的主要來源。

死區是一種常（cháng）見現象，指的是當輸入信號改變方向時，不能使（shǐ）得被測過程變量（liàng）產生變化的控製器輸（shū）出值的範圍或寬（kuān）度。當一個負載（zǎi）擾（rǎo）動發（fā）生時，過程變量會偏離設定點。這個偏差會通過控製器產（chǎn）生一（yī）個糾正性動（dòng）作，並回複到過程中。然而，控製器輸出的一個初（chū）始變化可能不會產生一個相應的過程（chéng）變量的糾正（zhèng）性的改變（biàn）。隻有（yǒu）當控製器的輸出變化量大得足以克服死區的改變（biàn）時，一個相應（yīng）的過程變量的改變才會發生。

如果控製器輸出改變方（fāng）向，控（kòng）製器的信號必須克服死區，才能產生過程變量的糾正性改變。工藝過程裏死區的存在使控製器的（de）輸出必須增加到大得足於克服死區，隻有這時一個糾（jiū）正性的動作才會發生。

死區的成（chéng）因

死（sǐ）區有（yǒu）很多原因，但是（shì）控製閥的摩擦力（lì）和空程、旋轉閥閥軸的扭轉以及放大器（qì）的死區是幾種常見的形式。由（yóu）於大部分的調節式控製的動作是由小信號改變（1%  或更小）組（zǔ）成的（de），一（yī）個有超大死區的控製閥可能根本不會對這麽多的小信號改變作出響應。一個製造精良的閥門應該能夠（gòu）對1% 或更小的信（xìn）號作出響應以有效地減小過程偏差度。然而，也常見有些閥門出現有5%  或更大的死區。在最近（jìn）的一次工廠審計裏，發現30%  的閥門有超（chāo）過（guò）4%  的死區。超過65% 的被審計的控製回路有大於2% 的死區。

死區造成的影響

這個圖代表正常過程條件（jiàn）下三個不（bú）同的控製（zhì）閥（fá）的（de）開環回路測試。這些閥門接受一係列一係列從（cóng）0.5% 到（dào）10% 的（de）階躍輸入（rù）。流體工況下的階躍測試很有必要，因（yīn）為這些工況可以評估整個控製閥（fá）組件的性能，而不（bú）像大部分的標準（zhǔn）測試一樣僅僅評估閥門執行（háng）機構的性能。

死區對於閥門（mén）性能的影響

性能（néng）測試

有些對控製閥性能的（de）測試，僅局限於比較輸入（rù）信（xìn）號和執行機構推杆的行程。這是一種誤導，因為它忽略了（le）閥門本身的性能。

關鍵的是測量流體工況下（xià）閥門的動（dòng）態性能，這樣，過程（chéng）變量的改變才能與閥門組件的輸入信號改變相比較。如果隻有閥杆對於閥門輸入信號的改變作出響應，那麽這種測試（shì）的意義不大，因為如果（guǒ）沒（méi）有相應的控製變量的改變，也（yě）就沒有對（duì）於過程偏差的糾正。

在所有三個閥（fá）門測試裏，執行機構推杆（gǎn）的運動都能對輸入信號的改變作出很好的響應。另（lìng）一方麵，這些閥門在對應於輸入（rù）信（xìn）號（hào）的改變而改變流量（liàng）的能力方麵卻有很大的（de）不同。

閥門A，過程變量（流速）能對小到  0.5% 的（de）輸入信號作出很好的響應。

閥門（mén）B ，要求輸入信號的改變（biàn）大於5%，才開始對每一個（gè）輸入信號階躍作出很好（hǎo）的響（xiǎng）應。

閥門C ，明顯更差，要求信號改變大於（yú）10%，才開始對每一個輸入信號階躍作出很好的響應。

總（zǒng）的來說，閥門B或C 的改善過程偏差度的能力是非常差的。

摩擦力

摩擦力（lì）是造成控製閥死（sǐ）區的一個主要原因。旋轉閥對於密封要求的高的閥座（zuò）負載（zǎi）引起（qǐ）的摩擦力非常敏（mǐn）感。對於有些密封型式，高的閥座負載是為了獲得關（guān）閉等級所必需的。由於高的摩擦力和低的驅動（dòng）應變剛度，閥軸會扭（niǔ）轉，無法把（bǎ）運動傳遞（dì）給控製（zhì）元件。結（jié）果是，一個設計很差的旋轉閥可能會展示出（chū）很大的死區（qū），這個死區明顯對過程偏差度有決（jué）定性的影響。

製造（zào）商們通常會（huì）在（zài）製造過程中潤（rùn）滑旋轉閥的密封，但是經過隻有幾百次的循環動作之後，潤滑層就會磨損掉。另外，壓力引起（qǐ）的負載也會（huì）導致密封磨損。結（jié）果是，對於（yú）某些閥門型式，閥門（mén）的摩擦力可能會增加400% 或更多。這就說明在力矩穩定之前，通過使用（yòng）標（biāo）準類型的數據來（lái）評估閥門而得出的性能方麵（miàn）的結論是誤導。閥門B 和C表明（míng）這些較高的摩擦力矩因素會對一（yī）個控製閥的性能產生毀滅性的影響。

填料（liào）摩擦力是直行程控（kòng）製閥的摩擦力的主要（yào）來（lái）源（yuán）。在這（zhè）些類型的閥門（mén）裏，測量得到的摩擦力可能會隨著閥門形式和填料（liào）結構的不同而有很大的差別（bié）。

當裝置改變方向時，這種間隙會引起運（yùn）動的不連續性。間隙通常發生在（zài）具有各種各樣配置的齒輪驅動的裝置裏。齒條齒輪執行（háng）機構由於間隙特別容易產生死區。有些閥軸的連接也有死區的問題。

盡管摩擦力可以通過優良的閥門設計而大幅減小，但是要完全消除它卻（què）是一個困難的問題。一個設計製造精良的控製閥（fá）應該能夠消除由於（yú）間隙而引起的死區。為了在減小過程偏（piān）差度方麵取得最佳效果，整個閥門組件的總死（sǐ）區應該小於或等於1%，最理想的（de）結果是低至0.25%。