GB/T 17213.18-2015 工業過程控制閥 第9部分: 階躍輸入響應測量的試驗程序介紹

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一、試驗目的

該試驗程序旨在確定工業過程控制閥在階躍輸入信號下的動態響應特性，通過測量和分析控制閥的輸出響應，評估其對輸入信號變化的快速性、準確性和穩定性，從而為控制閥的性能評估、選型和系統調試提供依據。

二、試驗設備與裝置

信號發生器：能夠產生精確的階躍輸入信號，以模擬實際工況下的控制信號變化。信號的幅值、上升時間等參數應可調節，以滿足不同試驗條件的要求。

數據采集系統：用于采集控制閥的輸入信號和相應的輸出響應信號，具備足夠的采樣頻率和精度，以準確記錄信號的變化過程。采集系統應能與傳感器和信號發生器良好兼容，實現同步數據采集。

壓力傳感器和流量計：分別安裝在控制閥的上下游，用于測量流體的壓力和流量。傳感器應具有合適的量程和精度，以確保測量結果的準確性。

試驗管道系統：包括連接控制閥、傳感器等設備的管道，其內徑、長度和材質等應符合相關標準要求，以保證流體流動的穩定性和均勻性。管道系統還應配備必要的閥門和管件，以便于試驗操作和流量調節。

三、試驗前準備

控制閥安裝與調試：將控制閥正確安裝在試驗管道系統中，確保其安裝位置符合要求，連接牢固無泄漏。對控制閥進行機械和電氣調試，檢查其動作靈活性、行程范圍、零點和量程等參數是否符合規定。

設備校準：對信號發生器、數據采集系統、壓力傳感器和流量計等試驗設備進行校準，確保其測量精度和信號輸出的準確性。校準應按照相關設備的校準規程進行，并記錄校準結果。

流體介質準備：根據試驗要求，選擇合適的流體介質，并確保其溫度、壓力和粘度等參數穩定且符合試驗條件。對于一些特殊的流體介質，可能需要進行預處理或添加相應的添加劑，以滿足試驗要求。

四、試驗步驟

設定試驗條件：確定控制閥的初始開度、輸入信號的幅值和階躍變化時間等試驗參數。根據控制閥的規格和實際應用場景，選擇合適的試驗條件，以全面評估控制閥的階躍響應特性。

施加階躍輸入信號：通過信號發生器向控制閥施加階躍輸入信號，同時啟動數據采集系統，記錄輸入信號和控制閥的輸出響應信號。在信號施加過程中，應確保信號的穩定性和準確性，避免出現信號波動或失真等情況。

數據采集與記錄：數據采集系統以設定的采樣頻率采集控制閥的輸入輸出信號，記錄信號的時間歷程和幅值變化。采集的數據應包括階躍信號施加前、施加過程中和施加后的一段時間內的信號值，以便于全面分析控制閥的動態響應過程。

多次試驗：為了提高試驗結果的可靠性和重復性，應在相同的試驗條件下進行多次試驗，每次試驗之間的時間間隔應適當，以避免流體溫度、壓力等參數的變化對試驗結果產生影響。

五、試驗數據處理與分析

數據預處理：對采集到的數據進行預處理，包括去除噪聲、濾波和平滑等操作，以提高數據的質量。可以采用數字濾波算法或其他數據處理方法，去除數據中的高頻噪聲和干擾信號。

響應特性計算：根據采集到的數據，計算控制閥的階躍響應特性參數，如上升時間、峰值時間、調節時間、超調量等。這些參數能夠定量地描述控制閥的動態響應特性，為性能評估提供依據。

上升時間：指輸出響應從穩態值的 10% 上升到 90% 所需要的時間，反映了控制閥對階躍輸入信號的快速響應能力。

峰值時間：輸出響應達到第一個峰值所需要的時間，它與控制閥的固有頻率和阻尼特性有關。

調節時間：輸出響應進入并保持在穩態值的一定誤差范圍內所需要的時間，通常取穩態值的 ±5% 或 ±2% 作為誤差范圍，調節時間越短，說明控制閥的穩定性越好。

超調量：指輸出響應的最大值與穩態值之差與穩態值的百分比，超調量反映了控制閥在動態過程中的振蕩程度，超調量過大可能導致系統的不穩定。

結果分析與討論：對計算得到的響應特性參數進行分析和討論，評估控制閥的階躍響應性能是否滿足設計要求和實際應用需求。同時，還可以分析不同試驗條件下響應特性參數的變化規律，探討影響控制閥動態響應的因素，如流體性質、閥門開度、管道阻力等。

六、試驗報告

試驗報告應包括試驗目的、試驗設備、試驗條件、試驗步驟、試驗數據及處理結果等內容。對試驗過程中出現的問題和異常情況應進行詳細記錄，并對試驗結果進行總結和評價。試驗報告應具有完整性和準確性，以便于其他人員對試驗過程和結果進行了解和參考。