死區的定義域調整

一、死區的定義

    在儀表領域，又稱儀表的不靈敏區。輸入量的變化不致引起該儀表輸出量有任何可察覺的變化的

有限區間。產生死區的原因主要是儀表內部元件間的摩擦和間歇。

    在閥門領域，閥門死區也是一種通用現象，指的是當輸入信號改變方向時，不能使得被測過程變

量（PV）產生變化的控制器輸出（CO）值的范圍或寬度。（見第1 章這些術語的定義）。當一個

負載擾動發生時，過程變量（PV）會偏離設定點。這個偏差會先通過控制器，后通過過程產生一

個糾正性的動作。然而，控制器輸出的一個初始變化可能不會產生一個相應的過程變量的糾正性

的改變，只有當控制器的輸出有大得足于克服死區的改變時，一個相應的過程變量的改變才會發

生。

二、死區產生的原因

    死區有很多原因，但是調節閥(控制閥)的摩擦力和游移、旋轉閥閥軸的扭轉以及放大器的死區是

幾種常見的形式。由于大部分的調節式控制的動作是由小信號改變（1%或更小）組成的，一個有

超大死區的調節閥(控制閥)可能甚至根本不會對這么多的小信號改變作出響應，一個制造精良的

閥門應該能夠對1%或更小的信號作出響應以有效地減小過程偏差度。然而，并不奇怪的是有些閥

門展示出5%或更大的死區。在zui近的一次工廠審計里，30% 的閥門有超過4%的死區。超過65%的

被審計回路有大于2% 的死區。圖2-3正好表示死區的組合效果是多么大。這個圖代表正常過程條

件下三個不同的調節閥(控制閥)的開環回路測試。這些閥門接受一系列的階躍輸入，范圍從0.5% 

到1%。階躍測試必須在那些重要的流動工況下進行，因為這些工況允許評估整個調節閥(控制閥)

組件的性能，而不是在大部分的標準測試條件下僅僅評估閥門執行機構的性能。

    摩擦力是(控制閥)死區的一個主要原因。旋轉閥對于由高的閥座負載引起的摩擦力非常敏感。對

于有些密封型式，高的閥座負載是為了獲得關閉等級所必需的。由于高的摩擦力和低的驅動應變

剛度，閥軸會扭轉，無法把運動傳遞給控制元件。結果是，一個設計很差的旋轉閥可能會展示出

很大的死區，這個死區對過程偏差度有決定性的影響。制造商們通常會在制造過程中潤滑旋

轉閥的密封，但是經過只有幾百次的循環動作之后，潤滑層就會磨損掉。另外，壓力引起的負載

也會導致密封磨損。結果是，對于某些閥門型式，閥門的摩擦力可能會增加400% 或更多。這就

說明在力矩穩定之前，通過使用標準類型的數據來評估閥門而得出的性能方面的結論是誤導。閥

門B 和C（圖2-3）表明這些較高的摩擦力矩因素會對一個調節閥(控制閥)的性能產生毀滅性的影

響。填料摩擦力是直行程調節閥(控制閥)的摩擦力的主要來源。在這些類型的閥門里，測量得到

的摩擦力可能會隨著閥門形式和填料結構的不同而有很大的差別。

     執行機構的類型對于調節閥(控制閥)組件的摩擦力也有根本性的影響。總的來說，彈簧薄膜執行

機構比活塞執行機構對調節閥(控制閥)組件產生更小的摩擦力。彈簧薄膜執行機構的另外一個優

點是它的摩擦力比較恒定，不會隨時間的變化而變化。活塞執行機構的摩擦力會隨著導向面和O

形圈的磨損、潤滑層的損失以及彈性體的性能等級下降而顯著增加。這樣，為了確保連續的*

性能，活塞執行機構比彈簧薄膜執行機構需要更加頻繁的維護。如果不進行維護，過程偏差度就

會顯著增加，而操作人員對此一無所知。

    當裝置改變方向時，這種空動會引起運動的不連續性。空程通常發生在具有各種各樣配置的齒輪

驅動的裝置里。齒條齒輪執行機構由于空程特別容易產生死區。有些閥軸的連接也展示出死區的

效果。花鍵連接總的來說比鍵槽連接的閥軸或雙D 形結構有更小的死區。盡管摩擦力可以通過優

良的閥門設計而大大地減小，但是全部消除它卻是一個困難的問題。一個設計制造精良的調節閥

(控制閥)應該能夠消除由于空程和閥軸扭轉而引起的死區。為了在減小過程偏差度方面取得*

效果，整個閥門組件的總的死區應該等于或小于1%，理想地，應該低到0.25%。

三、死區的調整

    死區用于調節閥門的靈敏度。以電動執行器為例：輸入4mA閥門全閉，20mA全開，當把死區調到

zui小時，靈敏度zui大，此時輸入4.01ma閥門可能會跟隨信號的變化而動作到相應的開度。如果把

死區調大，或許輸入信號為4.2時，閥門還是關閉。調節死區的電位器，就是在調節比較器的部

分電路。死區可以使閥門穩定，不靈敏了閥門相對也就穩定了，當微小的擾動信號進入控制系統

，在閥門靈敏度高時閥門會在開度附近震蕩，死區可以有效的解決這個問題，但是同時也犧牲了

靈敏。