一种气动致动器的定位器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种接收驱动信号且控制与节流部件相连的气动致动器的定位器系统，该致动器具有至少第一控制室，该定位器系统包括：接收驱动信号的Ｉ／Ｐ转换器，该Ｉ／Ｐ转换器基于该驱动信号产生压力信号；二级气动装置，包括壳体，该壳体具有和控制用流体源流体连通的入口端，和与第一控制室流体相连的第一出口端；设置在壳体上的控制用流体的阀装置，响应于上述压力信号，用于控制上述控制用流体从入口端向第一出口端的流动；位移传感器，用于检测控制用流体的阀装置的位置；与位移传感器通信地连接的诊断单元，该诊断单元包括：具有存储的程序的处理器，该程序适合于根据上述控制用流体的阀装置的位置，产生诊断信息。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及控制阀，尤其是涉及在用于控制阀的控制回路部件中计 算流体流动特性和执行诊断的方法和装置。本专利技术也涉及一种气动致动器 的定位器系统。
技术介绍
控制阀用于调节通过管路的工艺用流体的流动。这种阀通常包括设置在 工艺流体流路内的节流部件(throttling element),该部件与致动器(actuator)相 连。各种致动器已为人所熟知，多种控制阀可利用气动致动器，该致动器使 用空气、天然气、或者其它可在加压下调节致动器的位置的流体。举例来说， 在弹簧和薄膜致动器中，弹簧向致动器的另一侧施加一个应力，而控制在致动器的相反侧流体压力，从而调节上述节流部件的位置。可替换的，还可使 用活塞致动器，活塞将致动器壳体分为上下两室，控制这两个室的流体压力， 可驱动上述致动器到达要求的位置。在任一种气动致动器中，所述控制用流 体都具有流向周围环境泄出的额定量。定位器(或伺服控制器)控制作用在气动致动器的 一个或两个室上的流 体压力。该定位器通常包括处理器，电流压力转换器(I/P), 二级气动装置(即 滑阀(spool valve)或者气动继电器)，和阀行程反馈传感器。该I/P转换器与供 压源相连，向滑阀附近的柔性薄膜输送要求的控制用流体的压力。上述薄膜 控制滑阀的位置，以将控制用流体导向致动器的腔室。致动器的运动引发上 述节流部件的相应运动，从而控制工艺用流体的流动。上述定位器进一步从 处理控制器接收参考信号，通常为命令信号形式，将该参考信号和阀行程反 馈相比较，驱动上述I/P转换器(和二级气动装置)，从而将阀朝向参考信号移 动。随着使用以处理器为基础的控制的需求增长，使用在定位器内的滑阀已 经着重地被仪表化。举例来说，在利用活塞致动器时，上述滑阀包括接收供 给压力的入口端，与致动器第一室流体连通的第一出口端，和致动器第二室 流体连通的第二出口端。已知的滑阀在上述入口端、第一出口端和第二出口 端处都设置有压力传感器，为处理器提供反馈。另外，传统滑阀还包括用于 检测滑阀位置的位移传感器，并向处理器提供反馈信号。传统定位器具有的一些部件易受各种控制用流体泄漏或者阻塞的影响， 从而导致控制阀的功能下降或者无法操作。例如，上述I/P转换器包括与供给 压力密封连接的入口。该I/P转换器包括一节流器，限定初级节流孔和喷嘴， 来导引控制用流体朝向节气门。该I/P转换器进一步包括将控制用流体导向滑 阀的密封出口。上述I/P转换器经常设置在工矿设施上，这些地方的环境空气 已被油、溶解矿物质、沙砾等污染。因此，当这种空气用作为控制用流体时， 上述污染物就可能部分或者全部堵塞上述节流孔或者喷嘴。另外，上述I/P 转换器出入口之间设置的密封也会失效。因而这种堵塞或泄漏会緩慢降低控 制阀的性能，导致效率低下，或者致使整个控制阀完全失效。在两种情况下， 很难决定是由于定位器导致故障的发生，更不用说确定定位器内故障的确切 位置。类似的，在致动器壳体内可能产生的泄漏或者在滑阀和致动器之间的连 接中可能形成的堵塞都会降低控制阀性能或者导致失效。举例来说，上下致 动器室和大气之间可能形成泄漏，或一个活塞环可能失效导致从一个室到另 一个室之间的泄漏。在这些环境下，处理器就必须调节其用于节流部件给定 位置的控制信号。在控制用介质为天然气时，泄漏检测尤为重要。在嘈杂车 间环境下，随着时间的流逝这种泄漏可能发生并且直到阀停止工作之前仍不 为人们所发视。附图说明图1为安装到控制阀的致动器上的定位器的简要框图。图2为图1中所示定位器的放大视图。图3A和3B分别表示出弹簧和薄膜致动器分别经历泄漏和堵塞时，控制 用流体的质量流分布的曲线图。图4A、 4B和4C分别表示出活塞致动器在第一室、第二室和活塞环内的控制用流体的质量流分布的曲线图。图5表示出用于表现特征和定位部件故障的逻辑子程序的简要决策树。 图6是用于二级气动装置的定位器的另一替换实施例，该定位器具有气动继电器。具体实施例方式图1中简要示出的定位器14和致动器12相连。该致动器12和阀体10机械 相连，阀体10控制通过管路例如管道(未示出)的工艺用流体的流动。定位器 14包括具有存储器20的处理器18、 1/P转换器24、 二级气动装置(例如滑阀26)， 控制用流体的阀装置位移传感器84和阀行程传感器68，这些部件在此集成作 为控制回路。参考信号，例如从处理控制器来的命令信号被供到定位器14， 表示要求的致动器位置。该定位器I4比较上述参考信号和行程传感器68所提 供的实际致动器位置，将误差信号发送至处理器18。随后该处理器基于位移 传感器84的误差信号和反馈信号，产生电I/P驱动信号。如图2所详示，致动器12包括活塞60，该活塞将致动器壳体62分为上室 和下室56、 58。上室56包括将应力施加给活塞的弹簧64。活塞杆66A^活塞62 延伸到阀体10上。行程传感器68用于检测活塞杆66的位置且向处理器18提供 反馈。根据所示实施例，上述I/P转换器24提供一个信号放大级，滑阀26提供 一个气动放大级。上述I/P转换器24包括与加压的控制用流体的供给源30流体 连通的入口28。入口28和控制用流体源30之间的连接由O形圈32所密封。在 1/P转换器24内设置有节流器34,从而限定出初级节流孔36。在该初级节流孔 36的下游设置有喷嘴38，用于引导控制用流体流向柔性节气门40。在所示实 施例中，螺线管线圈42用于将节气门40相对喷嘴38定位。可替换的，可去掉 该螺线管线圈42,并且节气门40可由压电材料形成，或者利用已知的节气门 构造。出口44和薄膜45流体连通。出口44和薄膜45之间的连接可由0形圏46 所密封。传感器85可用于检测进入上述I/P转换器24的控制用流体的供给压 力。滑阀26包括从控制用流体供给源30接受控制用流体的入口端50。第一和 第二出口端52、 54可设置得与致动器12的上和下室56、 58流体连通。阀件70 设置在滑阀壳体内，用于控制入口端50和第一、第二出口端52、 54之间的流体连通。在所示实施例中，阀件70包括承载第一和第二阀盘74、 76的阀杆72。 在滑阀壳体内形成有环形阀室77，尺寸设置得能够紧密装配上述第一和第二 阀盘74、 76。从I/P转换器24接收压力信号的薄膜45和阀件70的第一端相配合。 弹簧82和阀件70的另一端相配合，从而向阀件70提供偏压负载。在操作中，1/P转换器24所调节的控制用流体压力输出到薄膜45上，该 薄膜在相反于弹簧82偏压负载的方向上将负载施加在阀件70上。第一和第二 阀盘74、 76运动，可部分或者全部地阻止流体从入口端50到第一和第二出口 端52、 54中任意一个的流动。因此，阀件70的位置就确定了控制用流体流过 每一出口端52、 54的节流区域。设置位移传感器84用于检测阀件70的位置， 并向处理器18提供反馈。另外，设置第一和第二出口压力传感器86、 88用于 分别检测在第一和第二出口端52、 54处的控制用流体压力水平。尽管图2示出了具有常闭(fail-closed)弹簧动作的双作用活塞致动器，但 是可以理解，也可以利用其它类型的气动致动器。这些替换的致动器实施例 可包括具有常开(fail-open本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接收驱动信号且控制与节流部件相连的气动致动器的定位器系统，该致动器具有至少第一控制室，该定位器系统包括：　接收驱动信号的Ｉ／Ｐ转换器，该Ｉ／Ｐ转换器基于该驱动信号产生压力信号；　二级气动装置，包括壳体，该壳体具有和控制用流体源流体连通的入口端，和与第一控制室流体相连的第一出口端；设置在壳体上的控制用流体的阀装置，响应于上述压力信号，用于控制上述控制用流体从入口端向第一出口端的流动；　位移传感器，用于检测控制用流体的阀装置的位置；　与位移传感器通信地连接的诊断单元，该诊断单元包括：具有存储的程序的处理器，该程序适合于根据上述控制用流体的阀装置的位置，产生诊断信息。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思W江克，安妮特L拉特韦森，
申请(专利权)人：费希尔控制国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]