智能型压力调节器制造技术

一种用于将过程中的流体保持在预定压力上的智能型压力调节器，它包含有提高调节器性能且提供自诊断和通信能力的电子控制器。该电子控制器包含有提供表示受控流体压力的信号的压力传感器、调整节流件位置用的调整压力、以及接收表示受控流体压力的信号并根据该信号向致动器施加调整压力的ＰＩＤ控制器。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Intelligent pressure regulator

An intelligent pressure regulator for holding a fluid in a process at a predetermined pressure. It contains an electronic controller that improves the performance of the regulator and provides self diagnostic and communication capabilities. The electronic controller comprises a signal that provides controlled fluid pressure of the pressure sensor, adjust the pressure and position the throttle and receives signals indicative of controlled fluid pressure and PID controller according to the signal applied to the actuator to adjust the pressure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体压力调节器，尤其涉及一种具有用以提高性能的智能型电子设备和软件的改进型流体压力调节器。
技术介绍
一般而言，过程控制回路的四个基本要素包括要控制的过程变量、过程传感器或者过程变量状态的测量、控制器和控制件。该传感器向控制器提供过程变量状态的表征值，该控制器还含有所需的过程变量状态的表征值或“设定点”。控制器将过程变量状态与设定点作比较后算得一修正信号，将该信号传送至控制件，以便对过程施加影响而使其达到设定点状态。该控制件是回路的最后部分，最常用的末级控制件是阀，尽管它也可包括例如变速驱动装置或泵。压力调节器是一种简单的自成独立(self-contained)控制系统，它将过程传感器、控制器和阀组合在一个单元内。压力调节器广泛地用于流体分布应用及生产加工行业中的压力控制，例如用于保持所需的减小的输出压力、同时又提供所要求的流体流率以满足不同的下游要求。压力调节器通常分为两种主要类型直接作用型调节器和导控作用型(pilot-operated)调节器。附图说明图1中示出了已有技术中一种典型的直接作用型调节器11。该直接作用型调节器的典型用途包括工业、商业和供气服务；工具(instrument)用气或气体供给；供至燃烧器的燃气；水压控制；供汽服务；以及容器包封(tank blanketing)。该直接作用型调节器11具有一调节器主体12，该主体具有一入口13和一出口14。具有一限流区16的一流体流动通道区15将入口13和出口14相连。该限流区16具有诸如塞子、膜片、叶片、套管(sleeve)或者当其移动时可限制流体(气体或液体)流率的类似的限流装置之类的一节流件17。包含有具有两个侧面的传感元件的一致动器对受控流体压力中的变化起反应。传感元件的例子包括膜片、隔膜或活塞。图1所示的实施例采用传感元件用的一隔膜18。控制压力经由控制线路或调节器主体12内部的通道20施加于传感元件的第一侧或控制侧19。倘若控制线路用于此目的的话，则它可与调节器主体12成一体或者位于相邻管路中。传感元件的第二侧或参考侧21一般称之为大气侧。诸如弹簧22之类的附加力可施加至致动器，该附加力将节流件偏置到代表设定点的预定位置上。由于传感元件(隔膜18)由一内部通道20与调节器下游的压力(在流体出口侧)14相联，因此图1所示的直接作用型调节器11是一种“减压”调节器。下游压力中的增量通过内部通道20施加至控制侧19，将压力施加至隔膜18而迫使该隔膜向上克服弹簧22的力。接着，将节流件向上移动至限流区16，从而减小了调节器出口14的流体压力。减压调节器通过感应调节器下游的压力来调节流率。减压调节器典型地应用于蒸汽锅炉，在此应用中，减压调节器提供最初的压力调节。倘若隔膜18与上游压力相联、且节流件17移至限流区16的另一侧，则直接作用型调节器11应当称为一种“背压”调节器。该背压调节器被施加至例如压缩机，用以确保压缩机中不会出现真空状态。导控作用型调节器的结构与直接作用型调节器相似。图2A概略地示出了已有技术中一种典型的减压导控作用型调节器23，而图2B中则示出了已有技术中一种背压导控作用型调节器。该导控作用型调节器具有直接作用型调节器所有的结构元件，并且还增加了导控件24(也称之为继电器、放大器或乘法器)。该导控件是一辅助装置，它放大了调节器致动器上的负荷压力，用以调节压力。该导控件的结构与自作用型调节器相似，并且还具有与自作用型调节器基本相同的元件。在图2A和图2B所示的导控作用型调节器23中，入口压力经由位于调节器23的上游管路中的压力喷嘴(tap)27来施加。在图2B所示的背压导控作用型调节器23中，在压力喷嘴27中还可包含一限流区26。施加至导控件的入口压力还可通过一体的压力喷嘴施加至调节器主体。出口压力通过与调节器23的下游相连的管路20进行反馈。下游压力与导控件24和主调节器10相联。导控件24放大横跨主调节器隔膜18的压力差，以便控制上游(背压)或下游(减压)流体压力。压力调节器具有优于其它控制装置的许多优点。调节器的成本较低。它们一般不需要外部电源来执行压力控制功能；相反，调节器将来自受控过程中的压力用作为动力。另外，过程传感器、控制器和控制阀组合在一较小的自成独立的包装内。其它的优点包括良好的频率响应、良好的可调范围、较小的尺寸以及通常极少或不存在杆漏泄(stem leakage)。当然，现有的调节器也存在着若干缺点。与现有的压力调节器相关的显著问题包括“下垂(droop)”和“上升(build-up)”、也称之为偏差或比例区域。下垂被定义为当从低负荷移至满负荷流动状态时减压调节器的受控压力的减小，而上升则被定义为当从低负荷移至满负荷流动状态时背压调节器的受控压力的增大。它们一般用百分比表示。下垂和上升尤其普遍存在于直接作用型调节器中，但是它也较少程度地存在于已有的导控作用型调节器中。调节器常常需要进入一种称之为“闭锁”或“复位”的不流动状态。在图1所示的诸如自作用型调节器之类的减压调节器11或图2A所示的导控作用型调节器23中，下游压力可达到对于调节器11所要求的、完全停止流体流动的一个点。当处于该下游压力时，反馈至隔膜18的控制压力将节流件17完全移入到限流区16之中，由此阻塞流动。这种状态称之为“闭锁”。在图2B所示的、诸如导控作用型调节器23之类的背压调节器中，调节器的上游压力可降至需要调节器切断流动的压力值上。在这种情况下，上游控制压力跌落到这样一个值上，即承载弹簧和/或导控压力会使节流件17移向完全阻塞流体流动的位置上。内部部件出问题、内部部件移动中的污染或粘结(binding)均会使闭锁能力减弱。由于调节器是一种自成独立控制系统，因此现有的调节器一般不包含与过程控制系统的其它部分通信的能力。这就会导致以下几个缺点。由于不存在远距离提供设定点或调谐调节器用的装置，因此必须进行人工调整。该项调整是通过转动调节器上的调整旋钮、从而在致动器上施加所需的力来进行的。这在远距离应用或者控制危险物质的压力的过程中尤为不理想。由于不存在显示调节器性能的控制室，因而操作者只能通过其它过程显示的读数来推论确定调节器的故障。通信和处理能力的缺乏还会导致维修保养的问题。由于难以或无法在整个时间段内严密地监视调节器的性能，因而几乎不会发出修理或更换调节器的预先警报。还缺乏紧急故障的预先警报，这对于现有的压力调节器而言尤为麻烦由于它们是过程供能的，因此它们一般不包含故障模式运作。倘若弹簧承载减压调节器的运作隔膜发生故障的话，则该调节器将完全打开。这样，倘若此时下游管路无法抵抗上游压力状态，或者倘若可应付调节器的最大流率的减压阀不存在的话，就会引起问题。当隔膜发生故障时，背压调节器将完全关闭，这就会在过程的上游部分中引起类似的问题。众所周知，在可采用压力调节器的众多场合中可用控制阀来取代压力调节器。该控制阀具有与移动节流件来控制流率用的内施信号起反应的机动致动器。已估算出的是，适当地利用调节器可在采用控制阀的25％的应用中来取代控制阀。迟迟不敢用调节器来取代控制阀的原因在很大程度上是由于现有压力调节器的有关缺陷所致。主要原因包括下垂特性和缺乏远距离操作性。然而，过程设备的用户期待着在成本上更具竞争性。除了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将流体保持在所需压力上的自调型压力调节器，它包括： 限定流体流动通道的主体； 可在所述流体通道中移动、用于可选择地限制流过流动通道的流体流率的节流件； 与所述节流件相联、并向该节流件施加预设力的预设致动器，所述预设力与将节流件定位到获得所需压力处的估算力相对应； 提供要被保持在所需压力上的流体所感应到的压力的压力传感器；以及 与所述压力传感器相联、并适于向节流件施加力的可调致动器，所述可调致动器向节流件提供随着所感应到的压力与所需压力间的差异而变化的力，以使节流件移动、以缩小所感应到的压力与所需压力间的差异。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PR亚当斯，KJ加贝尔，DG罗珀，
申请(专利权)人：费希尔控制产品国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]