閥門死區的認識

閥門死區是超大過程偏差度的主要貢獻者。由于各種各樣的原因，如摩擦力、游移、閥軸扭轉、放大器或滑閥的死區等，調節閥(控制閥)組件可以是一個儀表回路里死區的主要來源。

閥門死區是一種通用現象，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*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。

（圖中所示：調節閥配電氣閥門定位器）
控制器輸出改變方向的任何時候，在過程變量的任何糾正性改變發生前，控制器的信號必須通過死區。工藝過程里死區的存在會使得過程變量偏離設定點。控制器的輸出必須增加到大得足于克服死區，只有這時一個糾正性的動作才會發生。

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。

有些對調節閥(控制閥)性能的測試僅僅比較相對于輸入信號的執行機構推桿的行程。這是一種誤導，因為它忽略了閥門本身的性能。關鍵的是測量流動工況下閥門的動態性能，這樣，過程變量的改變才能與閥門組件的輸入信號改變相比較。如果只有閥桿對于閥門輸入的改變作出響應，那么這種測試的意義不大，因為如果沒有相應的控制變量的改變，也就沒有對于過程變量的糾正。

在所有三個閥門測試里（圖2-3），執行機構推桿的運動都能對輸入信號的改變作出很好的響應。另一方面，這些閥門在對應于輸入信號的改變而改變流量的能力方面卻有很大的不同。對于閥門A，過程變量（流量）能對小到0.5%的輸入信號作出很好的響應。閥門B要求輸入信號的改變大于5%，才開始對每一個輸入信號階躍作出很好的響應。閥門C 明顯更差，要求信號改變大于10%，才開始對每一個輸入信號階躍作出很好的響應。閥門B 或C 的改善過程偏差度的能力是非常差的。

摩擦力是調節閥(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，這個死區明顯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，為了確保連續的佳性能，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。

空程（見*1 章里的定義）給機械連接的空動或松動起的名詞。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佳效果，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%。