控制硬件-自动动作驱动

什么是自动温度控制装置，它们是如何操作的?

市场上有两种主要形式的自动温度控制:液体填充系统和蒸汽张力系统。

自动温度控制是自动的，无需电力或压缩空气。

控制系统是一个由传感器、毛细管和驱动器组成的单体单元。

然后将其连接到相应的控制阀上，如图7.1.1所示。

自动原则

如果对温度敏感的液体受热，它就会膨胀。如果冷却，它就会收缩。在自动温度控制的情况下，温度敏感的流体填充在传感器和毛细管将随着温度的上升而膨胀(见图7.1.2)。

这种膨胀所产生的力(或在传感器受热较少的情况下的收缩)通过毛细管传递到执行器，从而打开或关闭控制阀，进而控制通过控制阀的流体流动。液压油仍然是液体。

传感器处的温度变化与执行器处的运动量之间存在线性关系。因此，温度每升高或下降一个相等的单位，就可以得到相同的移动量。这意味着自动温度控制系统提供“比例控制”;根据应用程序是加热还是冷却，作用于设定值以上或以下的比例带的全范围。例如，如果自动加热控制系统的比例带为5°C，设定值为70°C，则阀门在70°C时完全关闭，在65°C时完全打开。如果冷却控制设置在70°C，则阀门在70°C时完全打开，在65°C时完全关闭。

比例带随阀门尺寸的不同而变化，阀门越大，p带越大。如果一个阀门对于应用来说太大，唯一真正的问题是，系统的稳定性将受到损害;如果阀口比应该的大，在控制条件下的一个小变化(可能是加热量热器的二次流温度)允许蒸汽流量的变化太大。结果是，系统可能以一种开关的方式运行，而不是一种调制方式。

降低设定温度

顺时针旋转调节旋钮，使活塞进一步插入传感器。这有效地减少了液体填充的空间，这意味着阀门在较低的温度下关闭。因此，设定的温度会更低。在控制系统与拨盘型调整，将达到同样的效果(通常)使用螺丝刀顺时针旋转调整螺丝。

提高设定温度

逆时针旋转调节旋钮，使插入传感器的活塞长度减小。这就增加了充液的空间，这意味着需要更高的温度才能使充液充分膨胀以关闭控制阀。因此，设定的温度会更高。

同样，对于刻度盘式调节，通常使用螺丝刀逆时针旋转调节螺丝。

高温防护

如果温度超越设定温度（可能是泄漏控制阀，调节不正确或单独的额外热源）;一系列容纳在活塞内的盘子簧将吸收填充的过度膨胀。这将阻止控制系统破裂。当温度超支停止时，圆盘弹簧将返回原来的位置，控制系统将正常起作用。根据对照类型，超支通常在设定温度上方30°C至50°C。

蒸汽张力控制系统具有填充有液体和蒸汽的混合物的传感系统。传感器温度的增加从保持内部的液体中的蒸汽比例沸腾，增加了传感器和毛细管系统中的蒸气压。这种压力的增加通过毛细管传递到波纹管或膜片组件（见图7.1.3）。

蒸汽张力系统遵循系统包含的流体的独特压力/温度饱和曲线。所有流体都有压力与沸腾温度之间的关系。结果可以通过饱和曲线绘制。水的饱和曲线可以在图7.1.4中看到。

图7.1.4说明了在150°C下5°C的温度变化将如何导致系统压力的0.65 bar变化。在天平的底部，5°C的温度变化只导致0.18 bar的系统压力变化。因此，对于相同的温度变化，阀门在温度范围的上端将比在下端移动更大的量。

因此，要将阀门从全开移动到全关，需要在量程底部的温度变化比顶部的温度变化更大。这些类型的蒸汽张力控制系统的制造商经常建议只在其范围的顶端使用控制，但这意味着要覆盖一个合理的温度跨度，使用不同的填充(包括水，甲醇和苯)。

或者，液体填充系统将在温度变化和阀运动之间提供真正的线性关系，主要是由于液体是不可压缩的。设定温度可以以度为程度校准，而不是简单地校准一系列数字。在调整设定温度上没有混淆;这减少了调试时间。而且，通过改变可用于液体填充的空间量来进行的调整可以在控制阀和传感器之间的任何位置进行。这不是蒸汽张力系统，通常只能在控制阀处调节。

• 蒸汽张力控制阀有时会通过阀杆泄漏。为了避免第二波纹管密封机构的额外成本，大多数蒸汽张力控制制造商在阀杆上使用机械密封。它们要么太松，导致泄漏;或过紧，导致主轴摩擦过大，阀门粘滞。
• 在液体系统中，由于阀门的运动与温度变化成正比，阀门密封无摩擦，温度控制具有非常高的范围，可以在非常轻的负载下进行控制。

用于自动温度控制系统的阀门可分为三组:

• 常开双通道阀门。
• 常闭双通道阀门。
• 三端口混合或转移阀门。

通常打开双端口控制阀

这些阀门用于加热应用，这是最常见的应用类型。它们通过弹簧保持在打开位置。一旦系统在运行中，由传感器检测到的温度的任何增加都会导致填充膨胀并开始关闭阀门，限制加热介质的流动。

常闭双通道控制阀

这些阀门用于冷却应用。它们由弹簧保持在关闭的位置。当系统运行时，任何温度的升高都将导致填料膨胀并开始打开阀门，允许冷却介质流动。

关闭自动控制阀所需的力

阀塞所需的关闭力是阀孔面积与压差的乘积，如式7.1.1所示。注意，对于双通道蒸汽阀门，压差应作为上游蒸汽的绝对压力;然而，对于双端口水阀，它将是最大泵表压力减去泵和阀门进口之间的管道上的压力损失。

安装7.1.1例子

如果蒸汽阀口直径为20mm，蒸汽压力为9bar g(最大压差为9 + 1 = 10bar绝对)，计算关闭阀门所需的力。

这意味着执行机构必须提供至少314牛顿，才能在上游蒸汽压力为9bar g的情况下关闭控制阀。
由例7.1.1可以看出，关闭阀门所需的力随直径的平方而增大。执行机构施加的力是有限的，这就是为什么阀门关闭时所承受的最大压力会随着阀门通径的增大而减小。
如果没有平衡装置，这将有效地限制自作用温度控制在低于DN25的压力范围内。平衡可以通过波纹管或双阀座安排来实现。

波纹管平衡阀

在波纹管平衡阀中，平衡波纹管具有与阀座孔板相同的有效面积，用来抵消作用在阀塞上的力。阀杆中心向下的一个小孔形成平衡管，允许来自阀塞上游的压力被输送到波纹管外壳(见图7.1.5)。同样，作用在阀塞上的力使波纹管内部增压。因此，通过波纹管的压差与通过阀塞的压差是相同的，但由于力作用在相反的方向，它们相互抵消。
平衡波纹管通常可以由以下任一制造：

• 磷青铜。
• 不锈钢，允许更高的压力和温度。

双座控制阀

双阀座控制阀在需要大流量且不需要紧密关闭时非常有用。与相同通径的单个阀座阀门相比，它们可以在更高的压差下关闭。这是因为控制阀由两个阀塞和两个相应的阀座组成，如图7.1.6所示。作用在两个阀塞上的力几乎是平衡的。尽管压差试图使一个塞子离开阀座，但它正在将另一个塞子推到阀座上。

然而，制造控制阀组件所必需的公差使其难以实现紧密关闭。由于下部阀塞和阀座比上部阀塞和阀座更小，因此无法拆卸整个总成进行维修。

此外，虽然身体和阀门梭是相同的材料，但各个部件的化学物质的小变化可能导致膨胀系数的微妙变化，这对关闭感到不利影响。双座控制阀不应用作具有高限制保护的安全装置。

带有内部固定排气孔的控制阀

常闭阀通常需要固定出血（图7.1.7），以便在完全关闭时允许少量流过控制阀。常闭自动控制阀有时被称为逆转作用（Ra）。

这种类型阀门的典型应用是控制工业发动机(如空压机)冷却水(冷却剂)的流量(图7.1.8)。控制冷却液通过发动机流动的控制阀位于发动机的上游，当它离开发动机时，温度传感器就会记录它的温度。

如果离开发动机的冷却液温度高于设定值，控制阀就会打开，让更多的冷却液通过阀门。然而，一旦离开发动机的水达到所需的设定温度，阀门将再次关闭。如果没有排气孔，冷却剂将不再流动，并将继续从发动机获得热量。如果下游传感器没有检测到任何温度上升，发动机可能会过热。

如果控制阀有一个固定直径的排放孔，则有足够的冷却水流经阀门，当阀门关闭时，下游传感器可以记录一个具有代表性的温度。当传感器远离应用热源时，这个特性是必不可少的。

通常关闭的阀门也可能有可选的易熔断装置(见图7.1.7)。当温度过高时，该装置会融化，解除阀塞上的弹簧张力，打开阀门，让冷却水进入系统。通常使用这种安全装置时，易熔断装置一旦熔化，就无法修复，必须更换。

三端口控制阀

大多数用于自动控制系统的控制阀是两端口的。然而，图7.1.9说明了一种自作用活塞式三端口控制阀。这种类型的阀门设计的优点是允许相同的阀门用于混合或分流水的应用;对于需要电动或气动执行器的阀门，这通常不是这样的情况。

最常见的应用是水加热，但三端口控制阀也可用于冷却应用，如空气冷却器，以及在加热、通风和空调应用的泵送电路。

当使用三口控制阀作为混合阀时(见图7.1.10)，常用定容口‘O’作为公共出口。

当使用三口控制阀作为换向阀时(见图7.1.11)，定容口作为公共进口。

当使用三口控制阀作为换向阀时(见图7.1.11)，定容口作为公共进口。

独立的三端口控制阀

另一种类型的三端口自作用控制阀包含一个整体温度传感装置，因此不需要外部温度控制器来操作。

它可用于保护低温热水（LTHW）锅炉在启动序列期间，当次级回水水的温度低时（见图7.1.12）。在启动时，阀门允许冷的二次水绕过外部系统并流过锅炉电路。这允许锅炉中的水快速加热，最大限度地减少烟道气中的水蒸气的冷凝。随着锅炉水加热，将其与主系统的水慢慢地混合，从而保持保护，同时完整的系统慢慢加速到温度。

这种类型的控制阀也可用于冷却系统，如空气压缩机(图7.1.13)。