壓力控制系統

壓力控制系統（pressure control systems）是指以氣體或液體管道或容器中的壓力作為被控制量的反饋控制系統。在許多生產過程中，保持恆定的壓力或一定的真空度常是正常生產的必要條件。很多化學反應需要在恆壓下進行，為保持流量不變也常需要控制主壓力源的壓力恆定。根據不同應用場合，壓力控制可採用不同的方式。當控制性能要求不高時，可採用比較簡單的控制裝置，如壓力調節閥等。對性能要求較高或生產過程比較複雜，宜採用壓力控制系統。壓力控制系統的結構是閉環的，由壓力傳感器、壓力控制器和被控對象組成。 ^[1] 

在工程控制中，常以空氣、液體作為工作介質，利用壓力進行能量和力的傳遞來進行控制，這種技術被稱為壓力控制。在數控機牀中，這種控制技術被廣泛應用。

氣壓、液壓轉動屬於流體轉動的兩個分支，它們分別是以壓縮空氣和液壓油為工作介質，來進行能量的傳遞和控制的傳動技術。相對於機械傳動、電力傳動等傳動技術，氣、液壓傳動是新興的工程技術。由於它們具有許多機械傳動所不具有的優點，故發展速度較快，應用範圍也越來越廣，已廣泛應用於工程技術中的各個領域。 ^[2] 

近20年來，隨着現代製造技術、密封技術等的發展，液壓傳動技術在高壓、高速、大功率、低噪聲、節能、高效和提高使用壽命等方面取得了巨大進展，並在交流液壓技術、機-電-液組合傳動、液壓系統的邏輯設計、液壓技術計算機化等方面進行了有益的探索，取得了一定的成效，並在工程實際中開始應用推廣。 ^[2] 

氣壓傳動是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的一門工程技術，是工程實際中進行各種生產控制和自動控制的重要手段之一。與機械、電氣、液壓傳動等傳動方式相比，氣壓傳動具有以下一些優點：

（1）由於工作介質為空氣，故來源豐富、製取方便、成本低廉。

（2）較好的工作環境適應性。由於氣壓傳動以空氣作為工作介質，故能用在惡劣環境中，一些要求高淨化、無污染等的場合（諸如食品、藥品加工、輕工、紡織、印刷、精密檢測等行業），也適用於氣動系統的工作，且工作可靠性較好，易於實現過載保護。

（3）空氣的粘度很小，故傳輸過程中的能量損失較小，節能、高效，適宜於遠距離的供氣和氣源的集中佈置。

（4）氣壓傳動反應靈敏、動作迅速、易維護和調節，故比較適宜於直接應用到自動控制的場合。

（5）氣動元件結構簡單，製作工藝性較好，製造成本低，使用壽命長，易於實現標準化、系列化、通用化。 ^[2] 

但是，氣壓傳動也有一些不可避免的缺點：對變載荷工作，運動平穩性較差；氣動裝置工作壓力不高，輸出力或轉矩不大；需在氣路中設置供油潤滑裝置對氣路中的元件進行潤滑。 ^[2] 

液壓傳動是以液壓泵為動力源，以液壓油為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的一門工程技術。液壓傳動與其他傳動方式相比，具有以下優點：

（1）易於實現無級調速和大範圍調速，一般可達100:1~2000:1的傳動比。

（2）單位功率的傳動裝置重量輕、體積小、結構緊湊，可產生和傳遞較大的力和力矩。

（3）慣性小、反應快、衝擊小、工作平穩，易於實現高速啓動、制動和換向。液壓傳動裝置的換向頻率，迴轉運動每分鐘可達500次，往復直線運動每分鐘可達1000次。

（4）易控制、易調節、操縱方便，易於與空氣控制相結合，用以實現遠程控制和複雜順序控制的自動化，易於實現過載保護。

（5）液壓傳動具有自潤滑、自冷卻作用，可減少因摩擦和高温產生的液壓元件損壞，故工作壽命較長。

（6）液壓元器件易於實現系列化、標準化、通用化，故可以降低製造、使用成本。 ^[2] 

但是，液壓傳動也有一些缺點：如泄露，易造成環境污染、資源浪費，且不易實現定比轉動；對油温和負載的變化比較敏感，不易在高温或低温工作；要求元件製造精度高，使用維護要求較為嚴格，故障點不易確定。 ^[2] 

壓力傳感器測量被控壓力，並轉換成便於利用的信號形式，如電壓、電流、位移、轉角等。比較裝置將反映壓力大小的信號與給定壓力值比較，產生偏差信號。偏差信號通過壓力控制器作用到壓力調節機構上，按照消除偏差的方向來改變被測點的壓力，將其調節到給定的希望值。比較複雜的系統常採用改變泵的速度或降低泵的效率的辦法來調節壓力。在簡單的壓力控制系統中則多用節流閥調節壓力。 ^[1] 

壓力控制系統同其他反饋控制系統一樣，也存在自激振盪的可能性。如果對應於一定的壓力偏差，閥門開啓或關閉的速度過快，就可能產生自激振盪。這種振盪可用限制反饋的辦法加以消除。描述壓力控制系統性能和設計的基本理論，同任何其他反饋控制系統的基本理論是一樣的（見經典控制理論、現代控制理論）。 ^[1] 

壓力控制器有許多類型。圖1是一種常用的氣動比例加微分壓力控制器的原理圖。它由噴嘴擋板氣動放大器引入延滯負反饋構成。輸入為擋板的機械位移e,被控制量為氣動放大器的輸出壓力Pc。當輸入信號e有一個階躍變化Δe時，氣動放大器便產生一個相應的壓力變化ΔPc。由於節流閥R的滯後作用,波紋管不能立即感受到這個壓力變化，因此氣動放大器在開始階段將感受到擋板位移的全部作用。隨着節流閥輸出端壓力的變化，反饋波紋管膨脹或收縮，使負反饋作用增強，輸出壓力開始減小或增加。輸出壓力的變化包括正比於輸入改變量的分量和正比於輸入變化速度的分量，因而就能實現比例加微分的控制作用。在穩態時，反饋波紋管所起的作用與普通比例反饋機構相同。 ^[1] 

壓力控制系統基本性能是壓力控制閥決定的，壓力控制閥的共性是根據彈簧與液壓力相平衡的原理工作的，因此壓力控制系統常見故障及其產生原因可歸納如下：

壓力過低，調不上去的原因如下：

（1）先導式溢流閥的主閥阻尼孔堵塞，滑閥在下端油壓作用下，克服上腔的液壓力和主閥彈簧力，使主閥上移，調壓彈簧失去對主閥的控制作用，因此主閥在較低的壓力下打開溢流口濫流。系統中，正常工作的壓力閥，有時突然出現故障往往是這種原因。

（2）溢流閥的調壓彈簧太軟、裝錯或漏裝。

（3）閥芯被毛刺或其它污物卡死在開口位置。

（4）閥芯和閥座關閉不嚴，泄露嚴重。 ^[3] 

壓力過高，調不下來的原因如下：

（1）安裝時，閥的進出油口接錯，沒有壓力油去推動閥芯移動，因此閥芯打不開。

（2）閥芯被毛刺或其它污物卡死在關閉位置，主閥不能啓動。

（3）先導閥前的阻尼孔堵塞，導致主閥不能開啓。 ^[3] 

壓力振擺大的故障原因如下：

（1）閥芯與閥座接觸不良。

（2）閥芯在閥體內移動不靈活。

（3）油液中混有空氣。

（4）阻尼孔直徑過大，阻尼作用弱。

（5）產生共振。 ^[3]