1、閥門響應(yīng)時(shí)間閥門響應(yīng)時(shí)間是通過一個(gè)稱為T63的參數(shù)來測量的。T63是從輸入信號改 變開始起到輸出達(dá)到63%的相應(yīng)改變時(shí)測量所得到的時(shí)間。它包括閥門組件的時(shí) 滯時(shí)間（一個(gè)靜態(tài)時(shí)間）和閥門組件的動態(tài)時(shí)間。這個(gè)動態(tài)時(shí)間是對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)從 一旦開始移動至達(dá)到63%的點(diǎn)所需要的時(shí)間的一種度量。死區(qū)，不管是源自閥體和執(zhí)行機(jī)構(gòu)里的摩擦力，還是來自定位器的，都能在很大 程度上影響閥門組件的時(shí)滯時(shí)間。重要的是使得時(shí)滯時(shí)間盡可能地小?？偟膩碚f， 時(shí)滯時(shí)間應(yīng)該不超過閥門總體響應(yīng)時(shí)間的三分之一。然而，時(shí)滯時(shí)間與過程時(shí)間 常數(shù)之間的相對關(guān)系是關(guān)鍵的。如果閥門組件置于一個(gè)過程時(shí)間常數(shù)接近時(shí)滯時(shí) 間的快速回路里，時(shí)滯時(shí)間會嚴(yán)

2、重地影響回路的性能。在這些快速回路里，關(guān)鍵 是要選擇時(shí)滯時(shí)間盡可能小的控制設(shè)備。從回路整定的角度看，時(shí)滯時(shí)間在閥門的兩個(gè)行程動作方向保持相對恒定也 是很重要的。有些閥門組件結(jié)構(gòu)在一個(gè)行程動作方向比在另一個(gè)有3至5倍長 的時(shí)滯時(shí)間。這種特性典型地是由定位器設(shè)計(jì)的不對稱特性引起的。它會嚴(yán)重地 限制把回路整定到最佳總體性能的能力。一旦時(shí)滯時(shí)間已經(jīng)過去，且閥門開始響應(yīng)，閥門響應(yīng)時(shí)間的剩余部分來自閥 門組件的動態(tài)時(shí)間。這個(gè)動態(tài)時(shí)間主要是由定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合的動態(tài)特性決 定的。這兩個(gè)部件必須很好地匹配以減少閥門的總的響應(yīng)時(shí)間。例如，在一個(gè)氣 動閥門組件里，定位器必須有一個(gè)高動態(tài)增益以減小閥門組件的動態(tài)時(shí)

3、間。這個(gè) 動態(tài)增益主要由定位器里的動力放大器提供。換言之，定位器放大器或滑閥能夠 越快地提供大量的壓縮空氣給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，閥門的響應(yīng)時(shí)間也將越快。然而，這種 高動態(tài)增益動力放大器對時(shí)滯時(shí)間有很小的影響，除非它有一些故意設(shè)計(jì)在其中 的死區(qū)以減少靜態(tài)耗氣量。當(dāng)然，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對動態(tài)時(shí)間有很大的影響。例 如，需要充填的執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的容積越大，閥門的響應(yīng)時(shí)間就越慢。首先，可能看起來解決方案應(yīng)該是把執(zhí)行機(jī)構(gòu)容積減至最小，并把定位器的 動態(tài)動力增益提高至最大，但是事實(shí)并非如此簡單。從穩(wěn)定性角度看，這可能是 多個(gè)因素的危險(xiǎn)組合。要知道定位器/執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合組成了它自己的反饋回路。 對于正在使用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式，使

4、得定位器/執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路的增益太高可能會引 導(dǎo)閥門組件進(jìn)入一個(gè)不穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)。另外，減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)容積對于推力/摩 擦力比例有負(fù)面影響。這會增加閥門組件的死區(qū)，從而導(dǎo)致時(shí)滯時(shí)間的增加。對于一個(gè)給定的應(yīng)用場合，如果沒有足夠的總體推力/摩擦力比例，一個(gè)選 擇就是通過使用下一個(gè)較大尺寸的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動力、或增加給 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力。這個(gè)較高的推力/摩擦力比例會減小死區(qū)。這有助于減少閥門 組件的時(shí)滯時(shí)間。然而，這兩個(gè)選擇都意味著需要較大的壓縮空氣量供應(yīng)給執(zhí)行 機(jī)構(gòu)。作為交換的是通過增加動態(tài)時(shí)間而對閥門響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)可能的破壞性 影響。減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室容積的一個(gè)方法是使用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)而非彈簧

5、薄膜執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，但這不是靈丹妙藥。活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常比彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)有更大的推力， 但是它們也有更高的摩擦力，這可能會引起與閥門響應(yīng)時(shí)間有關(guān)的問題。為了獲 得需要的活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力，通常有必要使用比薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)更高的氣源壓 力，因?yàn)榈湫偷鼗钊懈〉氖軌好娣e。這意味著需要供應(yīng)更大量的空氣，隨之 而產(chǎn)生的是對動態(tài)時(shí)間的負(fù)面影響。另外，活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)有更多的導(dǎo)向表面。它 們由于配合方面的內(nèi)在困難以及與O型圈的摩擦，趨向于有更高的摩擦力。這 些摩擦力的問題也趨向于隨著時(shí)間而增加。不管最初這些O型圈是多么好，由 于磨損或其它環(huán)境條件，這些彈性材料會隨時(shí)間而降低性能。類似地，導(dǎo)向表面 的磨損會增加摩擦力

6、，潤滑程度也會降低。這些摩擦力問題會產(chǎn)生更大的活塞執(zhí) 行機(jī)構(gòu)死區(qū)。這會通過增加時(shí)滯時(shí)間而增加閥門的響應(yīng)時(shí)間。儀表供氣壓力也可能對閥門組件的動態(tài)性能產(chǎn)生很大的影響。例如，它能顯 著地影響定位器的增益和總耗氣量。固定增益定位器通常已經(jīng)在某一特殊供氣壓力下進(jìn)行了優(yōu)化。然而，這個(gè)增 益可能會在供氣壓力的很小變化范圍內(nèi)成兩倍或更多倍地變化。例如，一個(gè)在20 Psig的供氣壓力下進(jìn)行優(yōu)化的定位器可能會被發(fā)現(xiàn)當(dāng)供氣壓力增加到35 Psig 時(shí)，它的增益減少了一半。供氣壓力也會影響供應(yīng)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空氣量。空氣量則決定動作速度。它 也與耗氣量直接相關(guān)。高增益滑閥定位器需要消耗5倍于在動力放大階段使用 放大器的更

7、加高效的高性能二級定位器所需的氣量。最小化閥門組件的時(shí)滯時(shí)間 需要最小化閥門組件的死區(qū)，不管這個(gè)死區(qū)是由于閥門密封結(jié)構(gòu)的摩擦力引起 的，還是由于填料的摩擦力、閥軸的扭轉(zhuǎn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者定位器的結(jié)構(gòu)引起的。 正如先前指出的，摩擦力是調(diào)節(jié)閥（控制閥）死區(qū)的主要原因。對于旋轉(zhuǎn)式閥門， 閥軸扭轉(zhuǎn)（見第1章里的定義）也是死區(qū)的重要起因。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型也對閥門 組件的摩擦力有重要影響。總的來說，在很長一段時(shí)間內(nèi)，活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)比彈簧 薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供更大的摩擦力給調(diào)節(jié)閥（控制閥）組件。如前面所提及的，這是 由于活塞O形圈、配合不佳的問題、以及潤滑失效引起的不斷增加的摩擦力導(dǎo)致 的。帶高靜態(tài)增益前置放大器的定位

8、器型式在減小死區(qū)方面可以產(chǎn)生很大的不 同。它也會對閥門組件的分辨率（見第1章里的定義）作出顯著的改善。死區(qū)和 分辨率為1%或更小的閥門組件對于滿足許多降低過程偏差度的需要是不夠的。 許多過程要求閥門組件有低至0.25%的死區(qū)和分辨率，尤其是閥門組件安裝于一 個(gè)快速過程回路的場合。在對調(diào)節(jié)閥（控制閥）響應(yīng)時(shí)間的許多研究里有一件令人稱奇的事情。那就是 關(guān)于彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)對活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)的觀念上的變化。過程工業(yè)里長期以來的 一個(gè)誤解是活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作起來比彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)快。研究已經(jīng)表明對于小 信號改變，這是不正確的。這個(gè)誤解來自于測試閥門的動作時(shí)間的多年經(jīng)驗(yàn)。動作時(shí)間測試通常是這樣 進(jìn)行的：讓閥門組件接受一個(gè)100%階躍改變的輸入信號，然后測量閥門組件在 某一方向上完成一次全行程動作所需要的時(shí)間。盡管活塞驅(qū)動的閥門通常比大部分彈簧薄膜驅(qū)動的閥門有更快的動作時(shí)間， 但是這種測試并不能說明在實(shí)際的過程控制情況下的閥門的性能。在正常的過程 控制應(yīng)用場合里，閥門很少需要全行程的動作。典型地，閥門只要求在一個(gè)0.25% 至2%的閥位變化范圍內(nèi)作出響應(yīng)。廣泛的閥門測試表明彈簧薄膜閥門組件在小 信號改變方面的性能總是超過活塞驅(qū)動的閥門，而小信號改變更能代表調(diào)節(jié)式過 程控制應(yīng)用工