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10、题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。 （1）选择流入量Qi为操纵变量；（2）选择流出量Qo为操纵变量。
题7-14图 液位控制
解 （1）当选择流入量Qi为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）当选择流入量Qo为操纵变量时，为满足贮 槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。
11、题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式；
（3）确定主、副控制器的正、反作用； （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。
题8-5图 聚合釜温度控制系统
解 （1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：
题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图
其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC；副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC；操纵变量是冷却水流量。
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）。
（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正”作用，因此副控制器FC为“正”作用。
当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器TC应为“正”作用。
（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，副控制器FC输出信号增大（“正”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次，聚合釜温度降低，主控制器TC输出减小（“正”作用），FC给定值减小，FC输出增大，进一步关小控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。
（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。
题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是
温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用，主控制器T1C也为“反”作用。
题8-9图 串级均匀控制系统
12、题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC和FC控制器的正、反作用。
解 控制系统的方块图（略）。该控制系统的主对象是贮液罐，主变量是贮液罐内的液位，主控制器是液位控制器LC；副对象是排液管管道，副变量是排出液流量，副控制器是流量控制器FC；操纵变量是排出液流量。
该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。
当控制阀选择为气开式时，LC应为“正”作用，FC应为“反”作用。
一. 问题解答
1.气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？
答 气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
2.气动执行机构主要有哪几种结构形式？各有什么特点？
答 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两种结构形式。
薄膜式执行机构的结构简单、价格便宜、维修方便、应用最为广泛。它可以用作一般控制阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器，习惯上称为气动薄膜控制阀。
气动活塞式执行机构的特点是推力大，主要适用于大口径、高压降的控制阀或蝶阀的推动装置。
除薄膜式和活塞式执行机构外，还有长行程执行机构，它的行程长、转矩大，适用于输出转角（00~900）和力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推动装置。 3.何谓正作用执行器？何谓反作用执行器？
答 当输人信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。
4. 控制阀的结构形式主要有哪些？各有什么特点？主要使用在什么场合？
答 简单列表说明如下： 类 型 特 点 主 要 使 用 场 合 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道联接，可组配比控制或旁路控制 成分流与合流两种型式 隔膜控制阀 结构简单、流阻小、流通能力大、耐强酸、强碱、强腐蚀性、高黏度、腐蚀性强 含悬浮颗粒状的介质 蝶阀 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻大口径、大流量、低压差，含少极小、泄漏量大 量纤维或悬浮颗粒状介质 笼式阀 可调范围大、振动小、不平衡力小、压差大，要求噪声小的场合。对结构简单、套筒互换性好、汽蚀小、高温、高黏度及含固体颗粒的介噪声小 质不适用
5. 控制阀的流量特性是指什么？
答 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即
Ql?f() QmaxL式中相对流量度
Q是控制阀某一开度时的流量Q与全开时的流量Qmax之比。相对开Qmaxl是控制阀某一开度时的阀杆行程l与阀杆全行程L之比。 L10．为什么说等百分特性又叫对数特性？与线性特性比较起来有什么优点？
答 等百分比流量特性是指单位相对开度变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增加，即
d(Q)QmaxQ?K lQmaxd()LQl?K?C QmaxL将上式积分得
ln由上式可以看出，等百分流量特性的相对流量的对数值与相位行程成正比，故又称对数
特性。
由于等百分比流量特性的控制阀，其放大系数随相对流量的增加而增加，在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效，这是它比起线性特性的控制阀来说所具有的优点。
12．什么是串联管道中的阻力比s？s值的减少为什么会使理想流量特性发生畸变？
答 s值表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比。当s=1时，说明系统总压差全部降在控制阀上，所以控制阀在工作过程中，随着阀开度的变化，阀两端的压差是不变的，故工作流量特性与理想流量特性是一致的。当s值小于1时，系统的总压差一部分降在控制阀，另一部分降在与控制阀串联的管道上。随着阀的开度增大，流量增加，降在串联管道上的压差增加，从而使降在控制阀上的压差减少，因而流过控制阀的流量也减少。所以随着s值减小，会使理想流量特性发生畸变，阀的开度越大，使实际流量值离开理想值越大。具体来说，会使理想的直线流量特性畸变为快开特性，使理想的等百分比流量特性畸变为直线特性。
13．什么是并联管道中的分流比x?试说明x值的变化对控制阀流量特性的影响。
答 x值表示并联管道时，控制阀全开时流过控制阀的流量与总管的总流量之比，当x=1时，说明流过控制阀的流量等于总管的流量，即旁路流量为零，如果这时阀的流量为理想流量特性，那么，随着x值的减少，说明流过旁路的流量增加。这时，控制阀即使关死，也有一部分流体从旁路通过，所以控制阀所能控制的最小流量比原先的大大增加，使控制阀的可调范围减小，阀的流量特性发生畸变。
15．什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？
答 随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。 18．试述电-气转换器的用途与工作原理。
答 电-气转换器是将电信号转换为相应的气信号的一种装置。在控制系统中，如果所使用的控制器是电动控制器，其输出信号为0~10mA DC或4~20mA DC，但所选择的执行器为气动执行器，其输人信号一般为20~l00kPa。这时就需要采用电-气转换器，先将控制器
的输出电信号转换为相应的气信号，才能为气动执行器所接受。
电-气转换器是接力矩平衡原理工作的。当由输入电流所产生的电磁力与由输出气压所产生的反馈力相平衡时，就建立了输出气压信号与输人电流信号的一一对应关系。 19．试述电-气阀门定位器的用途。
答 电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。
20．试述电一气阀门定位器的基本原理与工作过程。
答 电-气阀门定位器的基本原理是力矩平衡原理。当由输人电流所产生的电磁力与由阀门位置所产生的反馈力在杠杆系统中建立力矩平衡时，就使一定的输人电流信号对应于一定的阀门位置。
21．什么是数字阀？它有哪些特点？
答 数字阀是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。
数字阀的特点是分辨率高、精度高、反应速度快、关闭特性好、没有滞后、线性好、噪声小、可以与计算机相连。
但是数字阀结构复杂、部件多、价格贵。此外由于对控制信号过于敏感，容易造成误操作。