比例阀和伺服阀的技术
所属类别：2018-08-25 阅读：2626次
在过去25年，流体系统为实现压力和流量的自动化连续控制取得了很大的进步。电液伺服阀在19世纪30年代末期作为一种科技的运动控制解决方案被发明出来，但是成本很高。上世纪80年代中期，作为电液伺服阀的一种替代解决方案，引入了技术可行和价格合理的比例阀。本文将探索用在比例阀和伺服阀的技术，并且试图阐述在某一个具体的应用中，该用什么样的阀。
如果连续的压力或者流量控制对于机械设备的操作来说并没有严格的要求，预设压力或者流量的功能就可以通过一组阀来实现。这组阀通过油路连接，由电磁阀来控制。举个例子，如果需要三个具体的压力值，就可以采用两个先导溢流阀并联至一个先导式溢流阀的排放口（vent port）。后两个先导式溢流阀与前先导式溢流阀之间采用常闭的两通电磁换向阀来隔离。通过分别控制两个电磁换向阀，就可以实现三个压力的控制。但是，如果要实现无级的压力控制怎么办？或者如果需要压力的增加或者降低是必须跟随某一具体流量，或者如果调节变化率不是固定的，那么设计者又如何做才行？
直到伺服阀发明之前，如果需要改变执行器的压力以改变力或者力矩，那么就需要机器操作者旋转调节把手，或者调整连杆，或者其它机械的输入方法来改变阀的设定值。如果是需要改变流量，也可能会采用类似的办法。阀的人工控制是相当不稳定的。阀采用机械控制也许会更稳定，重复性更高一些，但是当有不同调节速度要求的时候，灵活性又不够了。
在20世纪80年代，在微处理器出现之前，大多数的电气设备控制系统并没有得到很好的发展。由于大多数拥有电气自动化的机器设备采用继电器逻辑控制，因此设备的顺序操作策略是不能轻易改变的。继电器是数字的或者开关式的设备。微处理器以及之后PLC的发明，使得机械设备的设计者在控制多样性方面如同打开了一扇大门。设备的操作顺序不再是继电器硬线连接。而布尔运算尽管在继电器控制逻辑上是可行的，但是它并不方便，甚至相当困难，昂贵和耗时。PLC和比例阀的引入极大的拓展了机械设备设计者的对于控制方面的多样性要求。
市面上最初出现的比例阀就是我们常常所说的“开环”控制阀。与机械反馈（MFB）伺服阀相比，在线圈组件和阀芯之间，并没有任何反馈连接。由于指令输入和阀输出之间并不存在反馈环，因此反馈环是“开式”而不是“闭式”的。相对于伺服阀而言，为了提高比例阀的性能，制造商在阀芯上安装线性位移传感器（LVDT）以便感知阀芯位置的变化。LVDT的输出信号反馈到放大器。放大器计算阀芯理论位置与实际位置的偏差，接着改变线圈的输出使得阀芯位置达到输入对应的期望值。这些改善了性能的比例阀并定义为“闭环”控制比例阀。由于反馈的方式是电气而非机械的，因此其被定义为“电气反馈”（EFB）。
比例阀如何工作的
某个电气信号输送至放大器，接着控制比例阀线圈。由于大多数电源信号比线圈上工作所需的电流信号低，因此输入电信号必须被放大。这个功能就需要一个放大器。放大器可装在阀体上，即OBE（onboard electronics）,或者远程安装，与阀分离。电气输入信号可来自不同的源，如由机器操作者控制的电位计，操作杆，或者来自PLC。
放大器用电流信号驱动线圈。当电流流经线圈的时候，产生电磁力，导致线圈中的衔铁运动。衔铁上的力驱动阀芯，因而得到流量控制，压力调整，或者方向控制，或者座阀的溢流压力调整等。滑阀阀芯或者锥阀由弹簧偏置。因此，线圈上的力与弹簧力相平衡。
许多比例方向控制阀，如图1所示，拥有两个电磁铁线圈，分别在阀的两端。比例方向控制阀提供方向和流量控制。这种特殊的阀包含LVDT。基本上，双线圈的比例阀是基于标准的开关电磁换向阀发展而来的。在这种直动的开关阀和直动的比例阀之间的主要区别在于：
1) 比例方向阀的对中弹簧比普通开关方向阀的要硬一些。
2) 比例方向阀的电磁铁比普通开关方向阀可以产生更大的力。
3) 比例方向阀总是使用DC直流电磁铁。
4) 开关阀和比例阀阀体总是一样的（大多数制造商都会这么做），但是阀芯却有些不一样的地方。
a) 比例阀阀芯设计用于流量控制
b) 对于同一规格比例阀，阀芯设计不同以便实现不同的流量范围
c) 比例阀阀芯拥有节流口，当不同电气输入的时候可以提供不同的流量范围
5) 方向控制的比例阀两个工作油口可以提供1:1或者2:1的流量比例，用以控制液压马达和双出杆油缸，或者有效面积比为2:1的油缸。
如果连续的压力或者流量控制对于机械设备的操作来说并没有严格的要求，预设压力或者流量的功能就可以通过一组阀来实现。这组阀通过油路连接，由电磁阀来控制。举个例子，如果需要三个具体的压力值，就可以采用两个先导溢流阀并联至一个先导式溢流阀的排放口（vent port）。后两个先导式溢流阀与前先导式溢流阀之间采用常闭的两通电磁换向阀来隔离。通过分别控制两个电磁换向阀，就可以实现三个压力的控制。但是，如果要实现无级的压力控制怎么办？或者如果需要压力的增加或者降低是必须跟随某一具体流量，或者如果调节变化率不是固定的，那么设计者又如何做才行？
直到伺服阀发明之前，如果需要改变执行器的压力以改变力或者力矩，那么就需要机器操作者旋转调节把手，或者调整连杆，或者其它机械的输入方法来改变阀的设定值。如果是需要改变流量，也可能会采用类似的办法。阀的人工控制是相当不稳定的。阀采用机械控制也许会更稳定，重复性更高一些，但是当有不同调节速度要求的时候，灵活性又不够了。
在20世纪80年代，在微处理器出现之前，大多数的电气设备控制系统并没有得到很好的发展。由于大多数拥有电气自动化的机器设备采用继电器逻辑控制，因此设备的顺序操作策略是不能轻易改变的。继电器是数字的或者开关式的设备。微处理器以及之后PLC的发明，使得机械设备的设计者在控制多样性方面如同打开了一扇大门。设备的操作顺序不再是继电器硬线连接。而布尔运算尽管在继电器控制逻辑上是可行的，但是它并不方便，甚至相当困难，昂贵和耗时。PLC和比例阀的引入极大的拓展了机械设备设计者的对于控制方面的多样性要求。
市面上最初出现的比例阀就是我们常常所说的“开环”控制阀。与机械反馈（MFB）伺服阀相比，在线圈组件和阀芯之间，并没有任何反馈连接。由于指令输入和阀输出之间并不存在反馈环，因此反馈环是“开式”而不是“闭式”的。相对于伺服阀而言，为了提高比例阀的性能，制造商在阀芯上安装线性位移传感器（LVDT）以便感知阀芯位置的变化。LVDT的输出信号反馈到放大器。放大器计算阀芯理论位置与实际位置的偏差，接着改变线圈的输出使得阀芯位置达到输入对应的期望值。这些改善了性能的比例阀并定义为“闭环”控制比例阀。由于反馈的方式是电气而非机械的，因此其被定义为“电气反馈”（EFB）。
比例阀如何工作的
某个电气信号输送至放大器，接着控制比例阀线圈。由于大多数电源信号比线圈上工作所需的电流信号低，因此输入电信号必须被放大。这个功能就需要一个放大器。放大器可装在阀体上，即OBE（onboard electronics）,或者远程安装，与阀分离。电气输入信号可来自不同的源，如由机器操作者控制的电位计，操作杆，或者来自PLC。
放大器用电流信号驱动线圈。当电流流经线圈的时候，产生电磁力，导致线圈中的衔铁运动。衔铁上的力驱动阀芯，因而得到流量控制，压力调整，或者方向控制，或者座阀的溢流压力调整等。滑阀阀芯或者锥阀由弹簧偏置。因此，线圈上的力与弹簧力相平衡。
许多比例方向控制阀，如图1所示，拥有两个电磁铁线圈，分别在阀的两端。比例方向控制阀提供方向和流量控制。这种特殊的阀包含LVDT。基本上，双线圈的比例阀是基于标准的开关电磁换向阀发展而来的。在这种直动的开关阀和直动的比例阀之间的主要区别在于：
1) 比例方向阀的对中弹簧比普通开关方向阀的要硬一些。
2) 比例方向阀的电磁铁比普通开关方向阀可以产生更大的力。
3) 比例方向阀总是使用DC直流电磁铁。
4) 开关阀和比例阀阀体总是一样的（大多数制造商都会这么做），但是阀芯却有些不一样的地方。
a) 比例阀阀芯设计用于流量控制
b) 对于同一规格比例阀，阀芯设计不同以便实现不同的流量范围
c) 比例阀阀芯拥有节流口，当不同电气输入的时候可以提供不同的流量范围
5) 方向控制的比例阀两个工作油口可以提供1:1或者2:1的流量比例，用以控制液压马达和双出杆油缸，或者有效面积比为2:1的油缸。