氣動單元組合儀表

標準單元是按儀表在自動控制系統和自動調節系統中的作用劃分的,各單元間使用統一標準的(20～100千帕)氣壓信號。這些單元經過不同的組合，可構成不同複雜程度的各種自動檢測系統和自動調節系統。氣動單元組合儀表廣泛應用於各種工業生產自動化過程，特別適宜用在易燃、易爆的場合，還常通過轉換單元與電動單元組合儀表聯用。

以壓縮空氣作為能源的氣動儀表已有較長的歷史。19世紀末出現氣動薄膜調節閥。20世紀初有了指示、紀錄型的調節儀表，當時採用大型圓圖記錄方式，可進行兩位調節和比例調節，30年代又增加了積分、微分調節作用，並研製出氣動傳感器，使簡單的基地式儀表的功能進一步完善，主要應用於調節熱工生產過程的工藝參數（如温度、壓力、流量、液位等），曾稱為熱工調節儀表。40年代末出現了尺寸為6×6英寸的指示調節儀表，並帶有自動-手動切換機構,將整套的基地式儀表按功能劃分成若干獨立工作的單元。60年代出現了條型、密集安裝、具有偏差指示、可與計算機聯用的各種新型氣動單元組合儀表，外形尺寸與電動單元組合儀表趨向統一。70年代氣動單元組合儀表廣泛採用集成氣路、矢量機構等新型部件，技術性能大為提高。中國在60年代研製的氣動單元組合儀表經歷了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的發展過程，在工業生產中得到了廣泛的應用。

氣動單元組合儀表主要由 7類具有獨立功能的單元組成（圖1）。 　①　變送單元　又稱變送器。它將各種生產過程中被測量參數（如温度、壓力、流量、物位等）轉換成標準壓力信號（20～100千帕）,傳送給其他單元。下表列出常用的氣動變送器品種。

②　調節單元　根據被調量與給定值的偏差，按一定調節規律運算(如比例、積分、微分或它們的組合等)，輸出一個調節信號給執行器，實現系統的自動調節。常用的調節器有比例調節器、微分調節器、積分調節器、比例積分調節器和PID調節器。

③　顯示單元　用於指示、記錄或累積計算被測參數、給定值、調節器輸出或閥門位置信號等。帶有調節單元的顯示單元具有控制中心的作用。有的顯示單元具有報警功能。

④　計算單元　對幾個標準的信號進行加、減、乘、除、開方等數學運算，常用於被測參數綜合計算和按計算值調節的系統中。

⑤　定值單元　輸出一個固定的或按時間程序變化的給定值給調節單元，實現系統的定值調節和程序調節。

⑥　輔助單元　配合其他單元完成信號遠距離傳送，實現信號選擇、限幅、切換和手動操作等輔助功能，能增加整套氣動單元組合儀表的靈活性。

⑦　轉換單元　將電動調節儀表的標準信號(0～10毫安或4～20毫安)轉換為氣動儀表的標準信號，以組成電動、氣動儀表混合使用的調節系統（見電動單元組合儀表）。

用於測量微小位移的氣動部件,在氣動單元組合儀表的各類單元中均有采用。它由恆節流孔、噴嘴和檔板組成（圖2）。壓力為P0的壓縮空氣經過恆節流孔，通過噴嘴流入大氣，改變檔板與噴嘴之間的距離s，能改變環室的輸出壓力P1(P1稱為背壓)。s一般在0.007毫米內變化，可獲得20～100千帕的P1值。因此大多數氣動儀表都採用噴嘴檔板機構作為微小位移的檢測機構。在液壓伺服機構中它也有廣泛的應用。 　氣動放大器　它對輸入的氣壓信號進行壓力和功率放大；是變送單元和轉換單元的重要部件，也是一般氣動儀表的重要部件，常與噴嘴-檔板機構連用,將噴嘴的背壓放大,作為儀表的輸出信號或儀表內部信號。圖3是變送單元使用的放大器原理圖。噴嘴和檔板間的距離改變引起背壓P1改變，推動膜片和閥杆移動,改變C室錐閥和A室球閥的開度。A室的空氣一部分進入B室作為輸出信號，另一部分通過錐閥進入C室排入大氣。輸出信號的大小決定於兩個閥的開度，即與輸入信號P1成比例。放大倍數一般為6～30。錐閥一般不關死，工作時一直有氣流排入大氣，稱為泄氣型放大器。調節單元常使用另一種不泄氣的放大器。

氣動單元組合儀表的優點是：①利用力平衡原理(見力平衡式傳感器),精度高,工作可靠。②按組合原理設計，在構成系統時有較大靈活性和通用性。③採用壓縮空氣作能源，能直接驅動氣動執行器，工作平穩，具有防爆、防火、防核輻射等性能。④氣路簡單，價格低廉。氣動單元組合儀表的缺點是：氣源需要除油、除水、除塵的淨化裝置；信號傳送速度慢；最大傳送距離只有300米；與計算機連用不方便。