系统常用传感器及设备的基本知识

PAGEPAGE1系统常用传感器及设备的基本知识一、传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。二、传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：1、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器2、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。3、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“1”和"0”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。三、传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。四、传感器的动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。五、传感器的线性度通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。线性度式中：△MAX--实际输出曲线与拟合直线之间的最大偏差

F·S--读数满量程

拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。六、传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值，即它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。

当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。七、传感器的分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。八、电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。九、电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。十、压阻式传感器压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。十一、热电阻传感器热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。十二、传感器的迟滞特性迟滞特性表征传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程间输出-一输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示，即：迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。传感器的分类传感器按测量原理和应用领域两个大类细分参见表测量对象测量原理传感器产品名称A.光强

光束

红外光1.光电子释放效应

2.光电效应

3.光导效应

4.热释电效应

5.固体摄像元件

6.其它光电管、光电倍增管、摄像管、火焰检测器

光敏二极管、光敏晶体管、光敏电阻、遥控接受光元件晶体光传感器、内藏IC的光电二极管

光导电元件、量子型红外线传感器、分光器

热释电红外传感器、热释电传感器、红外线传感器

CCD图像传感器B.放射线1.气体电离电荷

2.固体电离

3．二次电子发射

4．萤光体发光(常温)

5．萤光体发光(加热)

6．切伦科夫效应

7．化学反应

8．光色效应

9．发热

10.核反应

11其它电离箱、比例计数管、GM计数管

半导体放射线传感器

耗尽型电子传感器

闪烁计数管、萤光玻璃传感器

热致发光

切伦科夫传感器

玻璃射线计、铁射线计、钸射线计

光纤放射线传感器

热量计

核反应计数管C.声/超声波1.压电．电致伸缩效压

2.电磁感应

3.静电效应

4.磁致伸缩

5.其它石英麦克风、陶瓷麦克风、陶瓷超声波传感器

磁铁麦克风

驻极体话筒

铁氧体超声波传感器、磁致伸缩振动元件D.磁

磁通

电流1.法拉第效应

2.磁阻效应

3.霍尔效应

4.约瑟夫逊效应

5.磁电效应

6.其它光纤磁场传感器、法拉第器件、电流传感器

磁阻式磁场传感器、电流传感器、MR元件、磁性簿膜磁阻元件

霍尔元件、霍尔IC、磁二极管、电流传感器、速度传感器、霍尔探针

SQUID高灵敏度磁传感器

铁磁性磁传感器、磁头、电流传感器、地磁传感器、光学CT、裂纹测试仪E.力/重量1.磁致伸缩

2.压电效应

3.应变计

4.扭矩

5.电磁耦合

6.导电率

7.其它磁致伸缩负荷元件、磁致伸缩扭矩传感器

压电负荷元件

应变计负菏元件、应变式扭矩传感器

差动变压器式扭矩传感器

电磁式扭矩传感器

薄板式力传感器F.位置

速度

角度1.电磁感应

2.电阻变化

3.温度计

4.光线/红外线

5.霍尔效应、磁阻效应

6.声波

7.机械变化

8.陀螺仪

9.其它差动变压器、分相器、接近开关、电涡流测厚仪、自整角机

电位计、电位传感器、位置·角度传感器、扭矩传感器

滑动电位计、应变式变形传感器

旋转编码器、千分尺、直线编码器、光电开关、光传感器、高度传感器、光断流器、光纤光电开关、激光雷达

引导开关、磁性尺、同步器、编码器

超声波开关、高度计

微动开关、限位开关、门锁开关、断线传感器

陀螺仪式位置传感器、陀螺仪式水平传感器、陀螺罗盘G.压力1.压电效应

2.阻抗变化

3.光弹性效应

4.静电效应

5.力平衡

6.电离

7.热传导率

8.磁致伸缩

9.谐振线圈

10.霍尔效应

11.其它陶瓷压力传感器、振动式压力传感器、石英压力传感器、压电片

滑动电位计式压力传感器、薄膜式压力传感器、硅压力传感器、感压二极管

光纤压力传感器

电容式压力传感器

力平衡式压力传感器

电离真空传感器

热电耦真空传感器、热敏电阻式真空传感器

磁致伸缩式压力传感器

谐振式压力传感器

磁阻式压力传感器H.温度1.热电效应

2.阻抗的温度变化

3.热释电效应

4.导电率

5.光学特性

6.热膨胀

7.半导体特性

8.色温

9.热辐射

10.核磁共振

11.磁特性

12.谐振频率变化

13.其它热电偶、热电堆、铠装热电偶

热敏电阻(NTC，PTC．CTR)、测辐射热器、感温可控硅、温度传感器、精密测温电阻

SIC薄膜热敏电阻、薄膜铂金温度传感器、油温传感器

热释电温度传感器、驻极体温度传感器

陶瓷温度传感器、铁电温度传感器、电容式温度传感器

光温度传感器、红外线温度传感器、分布式光纤温度传感器

液体封入式温度传感器．双金属、双金属式温度传感器、恒温槽、热保护器、压力式热保护器、活塞管式温度传感器

晶体管温度传感器、光纤半导体温度传感器·

色温传感器、双色温度传感器、液晶温度传感器

放射线温度传感器、光纤放射线温度传感器、压电式放射线温度传感器、戈雷线圈

NQR温度传感器

磁温度传感器、感温铁氧体、感温式铁氧体热敏元件

石英晶体温度传感器I.气体/湿度1.导电率变化

2.门电位效应

3.静电容量变化

4.原电池

5.电极电位

6.电解电流

7.离子电流

8.光电子释放效应

9.热电效应

10.光电效应

11.热释电效应

12.膨胀

13.电池电流

14.振子谐振频率

15.露点

16.其它电阻式气体传感器(厚腰、薄膜)、接触燃烧式气体传感器、容积控制型气体传感器

热传导式气体传感器、溶液导电率式气体传感器、半导体气体传感器、辐射热计

电阻式湿度传感器、热敏电阻式湿度传感器

FET气体传感器、FET湿度传感器

全属MOS型气体传感器、电容式湿度传感器

氧化锆固体电解质气体传感器

离子电极式气体传感器

恒电位电解式气体传感器、电量式气体传感器、五氧化二磷水分传感器

离子传感器

紫外、红外线吸收式气体传感器、化学发光式气体传感器

热电式红外线气体传感器

量子式红外线气体传感器

热释电式红外线气体传感器

电容式红外线气体传惑器

原电池气体传感器

石英振动式气体传感器、石英振动式湿度传感器

露点湿度传感器J.溶液/成份1.膜电位

2.电解电流

3.光电效应

4.核磁共振

5.电气阻抗

6.红外线／紫外线吸收

7.音叉共振

8.放射线

9.生物传感器

10.其它玻璃离子电极、固体膜离子电极、流体膜离于电极、ISFET

极谱式色标传感器

萤光度式色标传感器、比色传感器

核磁共振传感器

导电率式色标传感器

紫外线吸收式色标传感器

音叉式密度传感器

放射线式密度传感器

微生物传感器、免疫传感器、氧传感器K.流量

流速1.电磁感应

2.超声波

3.卡罗曼涡流

4.相关

5.转数

6.热传导

7.光吸收／反射

8.压力

10.其它电磁式流量传感器

超声波式流量传感器

涡流流量传感器

相关流量传感器

容积式流量传感器、涡轮式流量传感器

热线式流量传感器

激光多普勒流量传感器、光纤多普勒血流传感器

差压式流量传感器、泄漏传感器L.物位1.介电常数

2.超声波

3.光特性

4.微波

5.应变计

6.热敏电阻

7.压力

8.位置变化／落体／浮子

9.电涡流

10.电磁感应

11.放射线

12.其它电容式物位传感器、介电常数物位传感器

超声波物位传感器

光纤液位传感器

微波式物位传感器

半导体应变式物位传感器、浸入式物位传感器

热敏电阻式物位传感器

压力式物位传感器

位移式物位传感器、浮子式物位传感器

电涡流式物位传感器

电磁式物位传感器

放射线式物位传感器

M.振动

冲击

加速度1.电磁感应

2.压电特性

3.阻抗变化

4.静电效应

5.其它冲击传感器、振动传感器

血压用柯氏声传感器、振动加速度传感器、加速度传感器、冲击传感器、振G传感器、地震传感器、加速度心音传感器、角速度传感器

加速传感器、水中电话、G传感器

加速度传感器、G传感器、加速度计

地震传感器N.速度

转数1.电磁感应

2.光电特性

3.其它转速表、同步感应器、电磁感应式旋转传感器、发电式旋转速度传感器

光电式旋转速度传感器O.其它

物体传感器、条形码阅读器、超声波探测元件、照度传感器、雨量传感器、ID卡传感器、磁场强度传感器、复合传感器、电位传感器、色彩计、器等流量仪表的分类和主要性能一、流量仪表的历史、现状及发展趋势我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，60年代开始涡轮、电磁流量计的生产。至今，从事流量仪表研究和生产的单位已有200多家，90年代更进入了快速发展时期。流量仪表是一种仪表性能强烈依赖于使用条件的仪表，国际流量界人士曾言，流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，虽然实验室它可以得到极高的精确度，但是在使用现场若条件变化，一切全都白废。流量计出厂检验其误差是±0.5%，可是在使用中却有可能造成±3～±10%的误差。其原因则多种多样，如量程选择不对，上下游直管道长度不足，液体中含气量较大，检测件腐蚀磨损，积垢及堵塞等等。应该说流量是一个测量系统的问题，在这个系统中包括检测装置、显示装置、前后测量管及辅助设备等。所以流量计本身性能好并不能保证获得要求的精确度，它要求整个测量系统符合规定的要求才行。综合而论，完善的流量计应适应的条件大致如下：1、检测体最好无阻碍物，用可随意移动更换安装点。2、夹装在管道外面，不需截开管路与流体。3、仪表流量计量方程简捷，并可推算未知数据，且无需实流校验。4、频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传，且抗干扰、方便的与计算机联接。5、仪表输出信号不受流体介质特性和流体，流动特性的影响。6、仪表重复性好、范围度宽、线性好。7、仪表可靠性高，价格适中，维修简单等。目前，很难说那种类型仪表兼备上述各项条件，只是依据测量条件，或多或少兼顾其适用性。正确合理的选择流量测量仪表并非易事，在对美国工业现场安装的流量仪表检查中，发现约半数以上的仪表选用不是最合适的或使用不太正确，而在这些仪表中又约有半数以上虽然采用合适的测量方法，却被错误地布置和安装。因此，我们在选择时要充分考虑到各方面的因素。如：性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用等等。二、流量仪表分类及主要性能下面就目前市场上的主要流量仪表分类及主要性能及适应条件做个简要介绍：1、差压流量计：差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的液体条件和检测件与管道的几何尺寸不测量的仪表。如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。近年来，在国际范围内，差压流量在流量仪表总量中台数约占到50%-60%。我国的销售台数约为40%左右。差压流量计的精度在很大程度上决定于现场的使用条件。主要是流体的物性参数及和流体流动特性。整套流量计的精度还决定于差压变送器和流量显示仪的精度。因此，差压流量计是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表，在任何的环节失误都会产生很大的误差。另外，差压流量计输出信号与流量为平方关系，是非线性仪表，范围度较窄。压力损失大也是它的弱点之一。在安装条件方面，和其它推理式流量一样，要求有较长的直管段。2、容积式流量计：容积式流量计是利用机械测量文件把液体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室多次，重复地充满和排放该体积部分与流体的次数不测量液体体积总量。在流量仪表中是精度最高的一类。在国际市场上，其销售额在工业发展发达国家中占流量仪表的20%左右，我国销售额大约在20%左右。容积式流量计其优点如下：精确度高，基本误差一般为±0.5%；特殊的可达±0.2%左右没有前置直管段的要求，这一点在现场使用中有重要意义。可用在高粘度流体的测量，范围度宽，一般为10:1到5:1。层直读式仪表，无需外部能源，操作方便。任何仪表有其优点，也有其局限性，容积式流量计的缺点主要表现在：结构复杂，体积大，笨重，故一般只适用于中小口径。对被测介质种类，介质工况、局限性较大，适应范围窄。安全性差，如检测活动件卡死，流体就无法通过。部分形式容积式流量计在测量过程中会给流动带来脉动。由于精度高，在石化、医药、食品以及能源等工业部门计量昂贵介质时首选。然而，由于需要定期维护，因此在放射性有毒流体等不允许人们接近的维护的场所不宜采用。目前，容积式流量计作为贸易结算储运交接仪表。3、浮子流量计：浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表。又称转子流量计。80年代，西方发达国家该种流量计的销售额约占流量仪表的10%-18%。我国约为15%左右。浮子流量计适用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，最小口径做到1.5-4mm。浮子流量计对直管段要求不高，并有较宽的流量范围度。目前，被广泛地应用在电力、石化、冶金等流程工业和污水处理等公用事业。主要用作直观流动指示或测量精度要求不高的现场指示仪表。4、涡轮流量计：涡轮流量计是叶轮式流量(流速)计的主要品种，叶轮式流量计还有风速计、水表等。该流量计在石油、各种液体及天然气、煤气等领域有着广泛应用。90年代中期在世界范围内，其销售额在流量仪表总线中约占9%左右。而我国在90年代其年销售量约在2万台以下。主要特点：高精度，对于液体一般为±0.25%R－±0.5%R,而介质为气体，一般为±1%-±1.5%R。重复性好，短期重复性可达0.05%-0.2%,因此在贸易结算中是优先选用的流量计。输出脉冲频率信号，无零点漂移，抗干扰能力强。范围度宽，结构紧凑轻巧，安装维护方便。难以长期保持较好的特性，需定期检验。一般液体随粘度的增大，流量计测量下限值提高，范围度缩小，线性度变差。流体物性(密度、粘度)对仪表特性有较大影响，受流速分布畸变和转流的影响较大。不适于脉动流和混和流的测量，同时，对被测介质的清洁度要求较高等。5、电磁流量计：电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。近年来，发展速度较快，95年全球产量估计在13万台以上。其优缺点如下：由于测量通通是一段无阻流检测件的光滑直管，不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相液体。如纸浆、泥浆等。所测得的体积流量，不受流体密度、粘度、压力等变化明显的影响。对直管段的要求较之其它流量仪表不高。可测正、反双向流量，也可测脉动流量。并可应用于腐蚀性流体。不能测量电导率很低的液体。不能测量气体、蒸汽和含有较多大气泡的液体等。目前，电磁流量计，其大口径仪表较多应用于给排水工程，中小口径常用于固液双相等难测流体，或高要求场所。如工业纸浆、矿浆、化学工业的强腐蚀液等。小口径、微小口径则常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求的场所。6、涡街流量计：70至80年代是涡街流量计迅速发展时期，开发出众多类型阻流体及检测性的涡街流量计，并大量投放市场。我国涡街在发展高峰期，曾达到数十家，应该说，涡街流量计尚属发展中的产品，无论在理论基础或是实验经验尚较差，目前最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论。优点和局限性：优点：结构简单牢固，安装维护方便。适用的流体种类多。如液体、气体、蒸汽和部分混相流体。精度较高、范围较宽、压损小。局限性：不适用于低雷诺数测量，故在高粘充、低流速、小口径情况下应用受到限制。旋涡分离的稳定性受流速的影响。要求有足够的直管段。力敏检测法对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所。仪表在脉动流、混相流中尚欠缺理论研究和实践经验。涡街流量计在多年使用中，其效果并不理想，大致原因在产品的质量、选型不当，以及现场调整问题。7、超声波流量计：由于超声波测量原因是长度与时间二个基本量的结合，其导出量溯源性较好，有可能据此建立流量的基准。超声波流量计的优缺点和局限性：优点：非接触测量，无需停产安装，这是在工业用流量仪表中具有的独特优点。适用于管网流动状况评估测定。超声波流量计为无流动阻挠测量，故管内无压力损失。对于大型管道，不仅能带来方便的安装，更带来可观的经济效益。局限性：由于外装器不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里与内管壁剥离的管道(近年来，汇中公司开发出的插入式测量彻底的解决了这个问题。且能实现不停产安装、调试)。超声波流量计以其独有的特性而迅速得到了广泛的应用。有数据显示到90年代中期全球年产量超过30000台，其它主要流量仪表还有科里奥利质量流量计、热式质量流量计、明渠流量计等。各类流量计有关特征对比一览表

类型项目绕流式流量计孔板流量计涡街流量计旋叶式流量计涡轮流量计阿牛巴流量计电磁流量计超声波流量计质量流量计转子流量计精度0.5-2.50.5-1.50.5-1.5高高2.51.01.5高1-2.5压损小大较小大大小小小大大低速可难难可可难难难可可高温可可可难检定自检含气可可可无菌可难可可可可防腐可难可可难可远传智能型智能型智能型智能型智能型智能型智能型重量轻一般轻重一般轻重重重轻价格中中低中中低贵贵昂贵低大粘度可可导电液难可小管径可可可量程比5:13:11:201:501:504:110:110:120:15:1含杂质可可可故障率低低低一般一般高低低低低介质种类气、汽、液气、汽、液气、液液、汽液液、汽导电液气、液气、汽、液液结垢影响小大大大大大小大大大粘附影响小大大大大大小大小大测量原理压差压差频率容积容积压差速度速度质量力压差补偿方式密度密度密度密度密度密度积算方式开方、线性开方线性线性线性开方开方线性开方瞬时显示智能型智能型智能型智能型智能型智能型智能型安装方法任意水平任意水平水平水平水平任意水平垂直安装难易易难易难难易难难难易维护使用易专人易易易易难难易易使用寿命可可一般不长易磨损不长可可可可阀门的相关知识一、什么叫阀门：用来控制管道介质流动的具有可动机构的机械产品，叫做阀门。二、什么叫通用阀门：各工业企业中管道上普遍采用的阀门，叫做通用阀门。三、阀门的分类（分类方法主要有以下三种）（一）按用途和作用分类：1、截断阀类：主要用于截断或接通介质流，包括闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。2、调节阀类：主要用于调节介质的流量、压力等，包括调节阀、节流阀、减压阀等。3、止回阀类：用于阻止介质倒流，包括各种结构的止回阀。4、分流阀类：用于分配、分离或混合介质，包括各种结构的分配阀和疏水阀等。5、安全阀类：用于超压安全保护，包括各种类型的安全阀。（二）接主要参数分类：1、按压力分类：（1）真空阀：工作压力低于标准大气压的阀门（2）低压阀：公称压力PN≤1.6Mpa的阀门（3）中压阀：公称压力PN2.5--6.4Mpa的阀门（4）高压阀：公称压力PN10--80Mpa的阀门（5）超高压阀门：公称压力PN≥100Mpa2、按介质工作温度分类（1）高温阀：t＞450℃的阀门（2）中温阀：120℃≤t≤450℃的阀门（3）常温阀：-40℃≤t≤120℃的阀门（4）低温阀：-100℃≤t≤-40℃的阀门3、按阀体材料分类：（1）非金属材料阀门：如用陶瓷、玻璃钢、塑料制造的阀门。（2）金属材料阀门：如铜合金、铝合金、铅合金、钛合金、蒙乃尔合金、铸铁、碳钢、低合金钢、高合金钢阀门。（3）金属阀体衬里阀门：如衬铅阀门、衬塑料阀门、衬搪瓷阀门。（三）通用分类法：（这种分类方法既按原理作用又按结构划分是目前国内、国际最常用的分类方法共12类）1、闸阀2、截止阀3、旋塞阀4、球阀5、蝶阀6、隔膜阀7、止回阀8、节流阀9、安全阀10、减压阀11、疏水阀

12、调节阀控制阀的选型、维修与校验控制阀是电厂自动控制系统中一个重要环节，无论多么复杂的自动控制系统，最后都归结到对控制阀的控制，也就是说，控制阀是执行自控指令任务的一道总机关。因此，控制阀的性能如何，不仅直接关系机组运行的经济性，甚至影响自控系统乃至整台机组的安全运行。但令人遗憾的是，在实际使用中控制阀经常出现关不死、打不开、动作不灵敏、泄漏大、非线性严重、寿命短、价格贵等问题。据调查发现，这些问题中95%以上是属于选型不当造成的，而因计算错误造成的问题不到5%。实践证明，计算与选型相比，选型的难度更大，出现的问题更多，对此应该特别重视。下面结合笔者近年来掌握的情况和工作中碰到的问题，就控制阀的选型、维护及现场调校谈一些看法。一、控制阀的选型1、选型应考虑的主要因素（1）最基本的条件是要满足生产过程的温度、压力、液位及流量的要求；（2）阀的泄漏及密封性要求；（3）阀的工作压差应小于许用压差；（4）对阀使用寿命和可靠性的考虑；（5）对阀动作速度、流量特性的考虑；（6）对阀作用方式和流向的考虑；（7）对执行机构形式、输出力矩、刚度以及弹簧范围的考虑；（8）对材质及阀经济性的考虑（选型不当价格会相差3~4倍）。2、选型的一般原则在满足过程控制要求的前提下，所选的阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便，并保证备件来源及时可靠。要尽量避免为单纯追求好结构、好材质、多附件而忽略了对可靠性、经济性的考虑。从可靠性观点来看，结构越简单、多余的附件越少，其可靠性就越高；材质选择过高，将造成不必要的浪费。3、选型应提供的工艺参数及系统要求（1）工艺参数：温度、压力、正常流量时的压差及切断时的压差；（2）流体特性：腐蚀性、粘度、温度变化对流体特性的影响；（3）系统要求：泄漏量、可调比、动作速度与频率、线性及噪音。4.控制阀的分类及选择控制阀按结构特征大致可分为如下9大类产品。（1）直通单座控制阀：该阀应用最广，具有泄漏小、许用压差小、流路复杂、结构简单的特点，故适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合，但小规格的阀(DN<20)也可用于压差较大的场合。应用中应注意校对许用压差，防止阀关不死。（2）直通双座控制阀：与直通单座控制阀相反，具有泄漏大、许用压差大的特点，故适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合，选型时应注意该阀泄漏量大是否能满足过程控制要求。（3）套筒阀：套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于单座阀，适用于单座阀场合。后者类似于双座阀，适用于双座阀场合。套筒阀还具有稳定性好、装卸方便的特点，但价格比单、双座阀贵50~200%，还需要专门的缠绕密封垫，是仅次于单、双座阀应用较为广泛的阀。（4）角型阀：节流型式相当于单座阀，但阀体流路简单，适用于泄漏要求小、压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合。（5）三通阀：它具有3个通道，可代替两个直通单座阀、用于分流和合流及两相流、温度差不大于150℃的场合。当DN≤80时，合流阀可用于分流场合。（6）隔膜阀：流路简单，隔膜具有一定的耐蚀性能，适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合。（7）蝶阀：它相当于取一直管段来做阀体，且阀体又相当于阀座，故“自洁”性能好、体积小、重量轻。适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合。当DN>300时，通常都由蝶阀来完成。（8）球阀：“O”形球阀全开时为无阻阀，“自洁”性能最佳，适用于特别不干净、含纤维介质的两位切断场合。“V”形球阀具有近似等百分比的调节特性，适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合。球阀的价格较贵。（9）偏心旋转阀：该阀介于蝶阀和球阀之间，“自洁”性能好、调节性能好、亦可切断，故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合，但该阀价格较贵。

这9类产品中前6种为直行程控制阀，后3种为角行程控制阀。作为控制阀的应用者，必须弄清楚它们的特点、注意事项。各类变型产品、改进型产品都是在这9类产品上演变而来的，弄清这9大类产品就容易掌握其他产品的应用了。5、正确选择的若干问题（1）阀体材料选择阀体耐压等级、使用温度、耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道要求，并优先选用定型产品。水蒸气及含水较多的湿气体介质、环境温度低于-20℃时，不宜选用铸铁阀。（2）阀内件材质选择非腐蚀性介质一般选用1Cr18Ni9Ti或其他不锈钢。对汽蚀、冲蚀较为严重，且在介质温度与压差构成的直角坐标中其温度为300℃、压差为1.5MPa两点连线以外的区域时，应选用耐磨材料，如钴基合金或表面堆焊史太莱合金等。对硬密封切断阀，为提高密封面可靠性，应选用耐磨合金。当密封要求十分严密时，应选用软密封，如四氟橡胶。（2）高低温材料选择当介质温度小于-60℃时选用铜或1Cr18Ni9Ti；温度在450~600℃时，选用钛、钼不锈钢；当介质温度大于600℃时，应选用高温高强度合金(如因可耐尔)。6、填料及阀盖型式选择（1）通常情况下，介质温度小于200℃时，选用“V”形四氟填料，普通型上阀盖；介质温度小于450℃时，选用“V”型四氟填料，但必须是散热阀盖。（2）对直行程类阀，若带有定位器附件时，对介质温度不大于450℃的高温阀，仍可选用普通型阀盖，但必须选用石墨填料。

（3）介质温度大于400℃时，需选用散热型阀盖和石墨填料。（4）为增加阀杆密封的可靠性，可选用双层填料结构。7、定位器的选择并不是选了定位器就一定好，不必要时，可以不选用定位器。如下情况应选用定位器：（1）电动仪表控制气动阀，且为慢速响应系统时。（2）需要提高薄膜执行机构输出力的场合。（3）缓慢过程需要提高控制阀响应速度的场合，如控制温度、液位等参数。（4）需要克服摩擦力，减小过大的回差造成控制品质差的场合，如低温或采用柔性石墨填料的控制阀。（5）控制器比例带很宽，但又要求阀小信号有响应时，采用无弹簧执行机构控制的系统。带定位器适用的阀，通常选用20~100kPa的弹簧。但为了提高输出力，可选用气源压力PS=250kPa。对气开阀，可选用60~180kPa的弹簧范围，以增加起点执行机构的输出力。对气闭阀可选用20~100kPa的弹簧，以增加关闭时执行机构输出力。

二控制阀正确安装的若干问题1、安装的一般性要求（1）控制阀应垂直、正立安装在水平管道上，公称通径DN≥50的控制阀，其阀前后管道上最好有永久性支架。（2）控制阀安装位置应方便操作维修，以便人员能进行维修和操作，必要时应设置平台。（3）控制阀上、下部分应留有足够的空间，以便在维修时取下执行机构和阀内件以及阀的下法兰和堵头。（4）当控制阀安装在有振动场合时，应考虑防振措施。（5）未安装阀门定位器的控制阀，膜头上最好安装指示控制信号的小型压力表。（6）控制阀应先检查校验，并在管道吹扫后安装。（7）控制阀连接型式应符合制造厂产品说明书的规定。2、对安全考虑（1）阀门在操作的各个环节中(即安装、试验、操作和维修)，应首先注意人员和设备的安全性。（2）阀切断后，阀门中的压力还可保持一段时间，应有降压的安全措施，如安装放空阀或排放阀。（3）对液体介质，应安装一个能够限制流量的放空阀，以防过快打开放空阀时水击所造成的危害。（4）对蒸汽管线，在接近控制阀的上下两端应当保温。（5）压力波动严重的地方，应安装管线缓冲器。3、对控制阀性能的考虑（1）配管通径尽量与阀通径一致。（2）控制阀入口直管段长度应尽可能长，至少不得小于10倍管道内径。（3）控制阀出口直管段应有3~5倍管道内径。（4）控制阀进出口取压点的位置为阀前2倍管道内径、阀后3倍管道内径处。（5）必须按流动方向箭头安装控制阀，避免过大的安装应力。4、对手动操作的考虑（1）阀门的安装位置应便于操作人员操作，并应让操作人员能够看着指示器（如液位计）上显示的参数来操作。（2）应考虑卸下控制阀手轮机构、定位器等附件的侧面空间。（3）对大口径、高空安装的控制阀，要考虑到维护时操作人员有卸下连接螺栓的位置和操作人员的工作位置。

5、控制阀信号的配管和配线（1）控制阀的配管和配线方案应满足控制系统的要求。（2）控制阀配管宜采用Φ6×1紫铜管，大膜头控制阀和气动阀宜采用Φ8×1紫铜管。三控制阀主要性能的现场检测控制阀的性能指标很多，除安装前核对产品的检定、测试证明书外，应对如下项目进行重点检测和调校。（1）基本误差：将20~100kPa信号平稳地增大或减小输入气室（或定位器）内，测量各点所对应的行程值，计算出“信号——行程”关系与理论值之间的各点误差，其最大值即为基本误差限。试验点应按信号范围的0%、25%、50%、75%、100%5个点进行，测量仪表基本误差应小于被测试阀门基本误差限的四分之一。（2）回差：实验方法同上。在同一输入信号上测得的正反行程的最大差值即回差。（3）始终点偏差：实验方法同上。信号上限（始点）处的基本误差即为始点偏差；信号下限（终点）处的基本误差即为终点偏差。（4）泄漏试验：通常试验介质为常温水，当阀的压差小于350kPa时，实验压力按350kPa做，当阀的工作压差大于350kPa时按允许压差做。实验介质应按规定流向进入阀内，阀出口可直接连通大气或连接出口通大气的低压头损失的测量装置，在确认阀和下游各连接管完全充满介质后，方可测取泄漏量。（5）对主要阀门，还要做压力试验。（6）对配套定位器的阀，在运输、安装过程中，很容易碰动定位器的反馈板和碰松气源接头。因此，在安装、投运前，均应现场调试。四、控制阀的现场维护控制阀由于直接与工艺介质接触，其性能直接影响到系统的质量和环境污染，所以对控制阀必须进行经常维护和定期检修，尤其对使用条件恶劣和重要场合更应重视维修工作。控制阀的重点检查维护部位有：（1）阀体内壁：对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的控制阀，阀体内壁、隔膜经常受到介质的冲击和腐蚀，应重点检查耐压、耐腐情况。（2）阀座：固定阀座用的螺纹内表面易受腐蚀而使阀座松动，应重点检查此部位。对高压差下工作的阀还应检查阀座密封面是否被冲蚀、汽蚀。（3）阀芯：受介质的冲刷、腐蚀最为严重，检修时要认真检查阀芯部分是否被腐蚀、磨损，特别是在高压差的情况下，阀芯因汽蚀现象磨损更为严重。（4）检查膜片、“o”型圈和其他密封垫是否裂化或老化。（5）密封填料：应注意聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂是否老化，配合面是否被损坏，必要时应更换。（6）附件的检查与维护必须保证附件能满足控制阀正常运行。五、控制阀常见故障及现场处理控制阀现场常见问题是关不死、打不开、回差大、泄漏大、振动、振荡等，对它们的处理分别为：（1）阀芯关不死：对气闭阀解决办法是增大气源压力或调松弹簧预紧力（即降低气室外起点压力）。对气开阀的解决方法是增大弹簧预紧力，同时增大起源压力。（2）推杆动作迟钝或不动作：检验膜片、滚动膜片、垫片是否老化、破裂引起漏气。（3）回差大：推杆是否弯曲，填料压盖是否压得太紧，尤其是石墨填料、阀芯导向是否有伤。解决办法是换阀杆、换填料、增大导向间隙、换强力执行机构。（4）阀的全行程不够：松开阀杆连接螺母，将阀杆向外旋或向内伸。使全行程偏差值超过允许值再将螺母拧紧。（5）阀小开度稳定性差：现场首先检查是否流向装反了，或阀选得太大，解决办法是改为流开型安装，缩小阀芯尺寸。（6）阀的动作不稳定：定位器故障、输出管线漏气、执行机构刚度太小、流体压力变化造成推力不足。解决办法是维修定位器和管线，改用刚度大的执行机构。（7）泄漏量大：首先检查密封面是否有伤、阀座与阀杆连接螺纹是否松动、阀关闭时压差是否大于执行机构的输出力。解决办法是更换密封面、拧紧阀座、更换高输出力的执行机构。（8）急剧振动：当所选阀频率与系统频率相同时，便会发生急剧振动，发生这种现象的概率约1%。解决办法是更换不同结构的阀。（9）振荡现象：是由于阀处于小开度工作或流向为流闭型所致。解决办法是避免小开度工作，改流开型工作。六、结束语随着机组容量的增大及自动化程度的提高，作为自动控制系统中的最后一关，控制阀的重要性越来越重要。一台满意的控制阀，不仅能使自控系统稳定运行，减轻运行操作人员的劳动强度，而且能有效减少机组运行参数的偏差，提高机组的经济性和电能质量。但遗憾的是，不少电厂使用的控制阀往往存在这样那样的问题，其中有设计和制造质量问题，但更多的问题则涉及到使用及维护。变频恒压供水控制一、风机、水泵专用变频器众所周知，水泵的负载转矩与其转速的平方成正比，输入功率与转速的三次方成正比。作为平主类转矩负载，最佳的驱动则是由驱动器输出符合此类转矩特性的驱动源。森兰BT12S系列变频器，针对水泵类负载而设计，具有较强的控制功能，作为供水专用型变频器，主要设计特点如下：内置PID闭环调节器。外接不同（反馈）传感器即可方便地实现恒值运行。恒转矩与平方转矩二种V/F曲线，亦可用作通用变频器。多泵切换。内含多泵运行切换控制软件，选配标准扩展板，方便实现一拖六模式。睡眠控制。夜间用水较少，变频器可自动控制一台附属泵运行，附属泵工频与变频运行两种方式可选择。双设定值运行，并可由端子选择。报警输出。包括变频器故障，反馈测量值上、下限报警。运行监视：循环显示输出电流，输出电压、频率、反馈值、设定值等参数。传感器供电电源输出：+24V电源。二、变频器恒压供水泸州医学院附属医院，地形较为复杂，高、低用水点落差较大，选择两台泵组，泵为多级潜水泵。设计选择标准扩展板，实现一台变频器带2台泵组。基本控制如下图所示：压力传感（变送）器，选择24V供电，4~20mA输出型，直接利用变频供电。THR为过热保护输入以保护电机。将变频器的数位操作面板延长到柜门，直接利用其运行（RUN），停止（STOP）键控制启停。操作面板延长线直接用六芯屏蔽线制作即可，不超过30米。控制系统设计力求简化，利用变频器的PID及逻辑切换软件模块，实现自动恒压运行，使外围之器件减到最小，提高了可靠性和可维护性。经实测：系统压力稳定，误差±0.01Mpa，切换超调+0.02Mpa，启动最大超调+0.04Mpa。较好地满足了供水要求。几种变频供水设备的应用与控制一、普通循环软启动变频供水设备该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，PLC，多功能PCS-PID调节仪，低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2～3台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵倒为工频运行，变频柜再软启动第2台泵，若流量还不够，第2台泵倒为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过24h变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定，可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命。为达到更好的节能目的，多功能PCS-PID调节仪设有双恒压接口，系统可实现双恒压供水功能。该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区(如300户以内)或其它小规模用水系统，水泵功率一般不超过7.5kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合，如循环水系统。二、带小流量泵的循环软启动变频供水设备当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300～1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统，生活主泵功率一般在15kW左右，系统的零流量频率f0一般为25～35Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：①变频主泵+工频辅泵；②变频主泵+工频辅泵+气压罐；③变频主泵+气压罐；④变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1～2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3～6m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5～3kW，小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计，系统控制流程见图1。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PCS-PID调节器发出低频切换信号，延时2min，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PCS-PID调节器发出满频信号，延时5min，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。以郑州某单位住宅小区变频供水系统为例，生活主泵配QDG30?20×3立式多级泵2台，单台Q=30m3/h，H=60m，N=11kW，小泵配QDL4.8-8×6立式多级泵1台，Q=4.8m3/h，H=48m，N=1.5kW。在用水非高峰时，主泵运行小流量频率平均为30Hz，电流为6.5A，采用小泵时小流量频率平均为35Hz，电流为2.5A，按每天小流量运行时间15h计算，每年可节电3800kW·h。

图1变频柜PLC控制流程三、全流量高效变频供水设备对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL～1/3Qm时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3Qm～1/2QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。变频柜控制核心由PLC和多功能PCS-PID调节仪构成，以三种泵配置为例，系统的控制流程见图2。系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。

图2三种泵变频控制流程四、深水井变频供水设备目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求)，仍存在夜间小流量"费电"问题。一般潜水泵功率较大，小流量频率fL一般在28Hz以上。如30kW的潜水泵，小流量频率按30Hz计算，每天夜间近6h内约有50kW·h电能"浪费"，一年就是18000kW·h!这还未计入白天小流量时的用电。为解决小流量耗电问题，可增配1台直径600～1200的囊式气压罐，一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量合理设置小流量频率fL。变频柜控制核心仍为PLC和多功能PCS?PID调节仪，当系统用水量变小，运行频率降至小流量频率fL时，系统进入小流量变频稳压状态，同时PLC自动计算潜水泵启动次数，若小时启动次数D≥12次，系统则回到潜水泵变频恒压供水状态。系统的程序见图3。

图3启动次数判断五、生活消防合用变频供水设备对多层建筑，《建筑设计防火规范》GBJ16-87第8.1.2条规定"消防给水宜与生产、生活给水管道合用"。但对高层建筑，《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.1条规定"室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置"。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群)，生活消防压力差别不大，若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施，在采用变频设备及电源可靠条件下，建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点：1、生活消防泵组定时轮换运行，不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。2、生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵组，且便于设备管理和维护。3、设备自动化程度高，供水稳定可靠，且水质无二次污染。4、水泵软启动软停车，无冲击和超压危害。系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择，并留有1台备用泵，扬程一般按消防设计压力选择。另外还应注意的有以下几点：1、应设消防接口，如有消防报警系统应设24VDC无源启停接口，如为消防按钮开关控制，宜留交流200V有源接口。2、应有消防时确保消防用水的技术措施，如在生活总管上安装电磁阀，消防时关闭生活用水。3、应设水位接口，消防低水位报警，并关闭生活用水。4、应有双恒压功能，即平时低恒压生活供水，消防时自动转入高恒压消防供水。5、消防时应限制退泵操作，以防止压力不稳。六、消防变频恒压稳压供水设备多层建筑消火栓或自动喷水灭火系统采用消防主泵变频供水设备时，可不再设稳压小泵，由主泵变频运行来保压。若消防管网室外部分较大，可增加调节容量100L左右的稳压罐即可。设备的主要功能如下。1、主泵变频稳压功能平时无消防时，设备处于变频稳压工作状态，由电接点压力表采集管网水压信号，当管网水压低于稳压下限时，消防泵变频运行，向消防管网补水，当管网水压达到稳压上限时，消防泵软停止。2、自动换泵功能消防主泵具有周期轮换稳压运行功能，换泵周期由变频柜程序设定，一般设定为24h。若设备检测到稳压主泵故障时，立即切换到另一台主泵稳压运行，并报警显示。3、自动巡检功能设备具有定期强制自动巡检功能或随时手动巡检功能，以防水泵长期不运转而"锈死"。巡检周期为14d，单泵巡检运行时间为1min。若水泵故障，设备可自动报警并记忆。4、自动消防恒压供水设备接到消防信号，立即进入消防主恒压供水状态。变频柜具有循环软启动功能，若一台泵故障或流量不够，可自动变频启动另一台泵。消防信号解除，立即恢复至平时消防高稳压供水状态。5、智能消防功能因火灾或管网漏水严重，在无消防信号情况下，设备自动进入消防高恒压供水状态并报警，防止真正火灾发生时水泵频繁启停，水压时高时低不稳，影响灭火用水。该类消防设备安装相对集中，配置简易，系统自动化程度高，减少了平时管理要分散保养、维护、检查的工作量。郑州某市场采用了2套消防变频恒压稳压供水设备，均未设稳压小泵和高位水箱，从一年多的运行情况看，使用效果非常理想。变频器的谐波干扰与抑制变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。在实际使用过程中，经常遇到变频器谐波干扰问题，下面简单介绍谐波产生的机理、传播途径及有效抑制干扰的方法。一、变频器谐波产生机理变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。二、抑制谐波干扰常用的方法谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。具体常用方法：（1）变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。（2）在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。（3）电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。（4）信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少20cm以上），切断辐射干扰。（5）变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。三、抑制谐波干扰实例例1，某变频切换控制系统，变频器启动运行正常，而邻近液位计读数偏高，一次表输入4mA时，液位显示不是下限值；液位未到设定上限值时，液位计却显示上限，致使变频器接收停机指令，迫使变频器停止运行。

这显然是变频器的高次谐波干扰液位计，干扰传播途径是液位计的电源回路或信号线。解决办法：将液位计的供电电源取自另一供电变压器，谐波干扰减弱，再将信号线穿入钢管敷设，并与变频器主回路线隔开一定距离，经这样处理后，谐波干扰基本抑制，液位计工作恢复正常。例2，某变频控制液位显示系统，液位计与变频器在同一个柜体安装，变频器工作正常，而液位计显示不准且不稳，起初我们怀凝一次表、二次表、信号线及流体介质有问题，更换所有这些仪表、信号电缆，并改善流体特性，故障依然存在，而这故障就是变频器的高次谐波电流通过输出回路电缆向外辐射，传递到信号电缆，引起干扰。

解决办法：液位计信号线及其控制线与变频器的控制线及主回路线分开一定距离，且柜体外信号线穿入钢管敷设，外壳良好接地，故障排除。例3，某变频控制系统，由两台变频器组成，且在同一柜体内，变频器调频方式均为电位器手调方式，运行某一台变频器时，工作正常，两台同时运行时，频率互相干扰，即调节一台变频器的电位器对另一台变频器的频率有影响，反过来也一样。开始我们认为是电位器及控制线故障，排除这种可能后，断定是谐波干扰引起。

解决办法：把其中一只电位器移到其他柜体固定，且引线用屏蔽信号线，结果干扰减弱。为了彻底抑制干扰，重新加工一个电控柜，并与原柜体一定距离放置，把其中的一台变频器移到该电控柜，相应的接线及引线作必要的改动，这样处理后，干扰基本消除，故障排除。例4，某变频控制系统，切换两套机泵，原先机泵是靠自耦降压启动工频运行正常，现改为变频运行，虽能实现调频减速功能，但变频器输出端到电动机间的输出线严重发热，电动机外壳温升加重，经常出现保护跳闸。这是由于变频器输出电压和电流信号中包含PWM高次谐波，而谐波电流在输出导线和电动机绕线上形成附加功率损耗。

解决办法：把变频器输入线与输出线分开，分别走各自的电缆沟，选用大一号截面的电缆换原先电缆，输出端与电动机之间的电缆长度尽可能短。这样处理后，发热故障排除。对现场出现的各种变频器高次谐波干扰，基本上都能照以上介绍的方法顺利抑制，但对谐波成分及幅度要求很严的设备，彻底抑制高次谐波干扰非常困难，有待进一步攻关解决。变频器周边控制回路的抗干扰措施由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，而其周边控制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰，造成变频器自身和周边设备无法正常的工作。因此，变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措施。一、变频器的基本控制回路同外部进行信号交流的基本回路有模拟与数字两种：1、4~20mA电流信号回路（模拟）；1~5V/0~5V电压信号回路（模拟）。2、开关信号回路，变频器的开停指令、正反转指令等（数字）。外部控制指令信号通过上述基本回路导入变频器，同时干扰源也在其回路上产生干扰电势，以控制电缆为媒体入侵变频器。二、干扰的基本类型及抗干扰措施。1、静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。措施：加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上是，干扰程度就不大明显。在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。2、静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。干扰的大小取决干扰源电缆产生的磁通大小，控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角度。措施：一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（最低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。3、电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。措施：同1和2所述。必要时将变频器放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。4、接触不良干扰：指变频器控制电缆的电接点及继电器触电接触不良，电阻发生变化在电缆中产生的干扰。措施：对继电器触点接触不良，采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。对电缆连接点应定期做拧紧加固处理。5、电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：变频器的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。6、接地干扰：指机体接地和信号接地。对于弱电压电流回路及任何不合理的接地均可诱发的各种意想不到的干扰，比如设置两个以上接地点，接地处会产生电位差，产生干扰。措施：速度给定的控制电缆取1点接地，接地线不作为信号的通路使用。电缆的接地在变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其它接地端子共用。并尽量减少接地端子引接点的电阻，一般不大于100d。三、其它注意事项1、装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机。其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。2、弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器。3、控制电缆建议采用1.25mm2或2mm2屏蔽绞合绝缘电缆。4、屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长。电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。电机软启动1、什么是软起动器？它与变频器有什么区别？软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。2、什么是电动机的软起动？有哪几种起动方式？运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。（1）斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。（2）斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。（3）阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。（4）脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。3、软起动与传统减压起动方式的不同之处在哪里？笼型电机传统的减压起动方式有Y-q起动、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：（1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。（2）恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。（3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。4、什么是电动机的软停车？电机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、大楼的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道，甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，即软停车，采用软起动器能满足这一要求。在泵站中，应用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。软起动器中的软停车功能是，晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。停车的时间根据实际需要可在0~120s调整。5、软起动器是如何实现轻载节能的？笼型异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流滞后于电压。如电机工作电压不变，处于轻载时，功率因数低，处于重载时，功率因数高。软起动器能实现在轻载时，通过降低电机端电压，提高功率因数，减少电机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则提高电机端电压，确保电机正常运行。6、软起动器具有哪些保护功能？（1）过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。（2）缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。（3）过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。（4）其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。7、什么是软起动MCC控制柜？MCC（MotorControlCenter）控制柜，即电动机控制中心。软起动MCC控制柜由以下几部分组成：（1）输入端的断路器，（2）软起动器（包括电子控制电路与三相晶闸管），（3）软起动器的旁路接触器，（4）二次侧控制电路（完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示灯显示。8、有的软起动器为什么装有旁路接触器？大多数软起动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是：（1）控制柜具有了两种起动方式（直接起动、软起动）。（2）软起动结束，旁路接触器闭合，使软起动器退出运行，直至停车时，再次投入，这样即延长了软起动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。9、软起动MCC控制柜有哪些扩展功能？将软起动MCC控制柜进一步加以组合，可以实现多种复合功能。例如：将两台控制柜加上控制逻辑，可以组成“一用一备方案”，用于大楼的消防系统与喷淋泵、生活泵等系统。如果配上PC（可编程序控制器），则可以实现消防泵定时（如半个月）自动检测，定时自动关闭；加上相应的控制逻辑，则可以对消防泵及各个系统运转是否正常实施平时检测时，定时低速低水压（不出水）运行；在灭火时，则实施全速满载运行。将若干台电机加上控制逻辑组合，可以组成生活泵系统或其它专用系统，按需要量逐次打开各台电机，也可逐次减少电机，实现最佳效率运行。还可以根据客户要求，实现多台电机每次自动转换运行，使各台电机都处于同等的运行寿命期。10、软起动器适用于哪些场合？原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。目前的应用范围是交流380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果。电机软启动器的探讨一、电动机起动方式的选择作为应用最广泛的鼠笼型异步电动机，它采用降压起动的条件：一是电动机起动时，机械不能承受全压起动的冲击转矩；二是电动机起动时，其端电压不能满足规范要求；三是电动机起动时，影响其他负荷的正常运行。对于降压起动目前有两