带三断保护的单用、双作用阀门定位器
由于生产工艺的需要，有时要求控制阀带三断保护功能，控制阀在断电、断气源、断信号情况下，控制阀必须在有效的时间内维持原来的阀位，为系统处理故障赢得时间。
常规的三断保护设计，由信号比较器、电磁阀、气锁阀(保位阀)、定位器和气动控制阀组成。信号比较器和电磁阀需要24V供电工作，在本安系统中，信号比较器和电磁阀要设计为低功耗系统，对器件要求较高，而且正常时电磁阀长期得电，影响使用寿命。
EPOS智能阀门定位器，内部包含3断保护功能，断信号、断气实现阀门维持保位，由于没有信号比较器，也不用24VDC电源，实际是2断保护，包含3断保护的功能。
■ 《控制阀信息》2010 南京易捷自动测试技术限责任公司 崔慧华
1、 三断保护控制阀是过程控制中重要的执行器，通常控制阀带安全位置，断信号和断气时阀门保持全开或全关的位置；由于生产工艺的需要，有时要求控制阀带三断保护功能，控制阀在断电、断气源、断信号情况下，控制阀必须在有效的时间内维持原来的阀位，为系统处理故障赢得时间。
常规的三断保护设计，由信号比较器、电磁阀、保位阀、定位器和气动控制阀组成。
信号比较器和电磁阀需要24V供电工作，在本安系统中，信号比较器和电磁阀要设计为低功耗系统，对器件要求较高，而且正常时电磁阀长期得电，影响使用寿命。
2、 先导压电阀P9
先导压电阀片P9（图1）通过压电薄片工作，其结构为极薄弹性金属片两面粘结压电晶体，在压电片的两个工作面上真空镀膜形成两个电极。
不通电时压缩空气输入孔1封闭，输出孔2和大气孔3相通，输出气压为0；通电时上层晶体收缩，下层晶体伸长，产生杠杆效应，使机械变形可扩大到几十微米，大气孔3封闭，压
缩空气由孔1流向孔2，产生输出气压信号，先导压电阀响应时间小于2mS。
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| 图1 P9的工作原理 | 图2 三断保护E/P内部气路图 |
3、 三断保护E/P气动路带三断保护的智能定位器，将三断保护功能集成到定位器中，主要是由定位器关键部件单、双作用气动放大器E/P来完成。
| PV1 | PV2 | P1 | P2 | 阀门 | |
| ON | ON | ON | ON | 非法 | |
| ON | OFF | 进气 | 排气 | 关 | PV1=ON：B打开→RV1打开→P1进气 D打开→P2排气 PV2=OFF：A关闭→RV2关闭→C关闭 |
| OFF | ON | 排气 | 进气 | 开 | PV1=OFF：B关闭→RV1关闭→D关闭 PV2=ON：A打开→RV2打开→P2进气 C打开→P1排气 |
| OFF | OFF | 保持 | 保持 | 保持 | A、B、C、D、RV1、RV2关闭 P1、P2保持，达到保位效果 |
| 断信号、断气源 | P1、P2保持 | ||||
| 图2 三断保护E/P内部逻辑真值表 | |||||
信号中断：图2气路图为失电情况，从上分析，断信号的情况下，可以实现保位。
气源中断：当气源中断或小于先导工作压力1.2Bar，先导将失去气压供应，无论PV1和PV2是否打开或关闭，RV1、RV2、C、D都在P1、P2的自身压力和弹簧的压力下关闭，实现断气保位。
电源中断：带三断保护的智能定位器本身的工作电源来自4-20mA输入信号，在2线制下工作，不需要任何辅助工作电源，所以电源中断是不存在的。
4、 三断保位密封设计
三断保护维持阀位时间是三断保护的重要参数，从图2气路图中分析，密封由RV1、RV2、C、D四个小阀门的橡胶密封和下部弹簧以及执行器内部的压力共同完成。
双作用执行器由于两缸同时保持在相同的压力下，保位时间比同压力的单作用执行器要长得多。
执行器内部的压力大时，定位器的保位效果较好，控制阀管道内压力（非负压阀门）和阀推杆的摩擦力会加强保位效果。
控制阀在低压力下，加大RV1、RV2、C、D的弹簧力会有助于保证密封效果，但弹力增加会使单向阀RV1、RV2的压差增加，正常设计的定位器供气和执行器间的压差一般为0.4-0.6Bar，适当加大RV1和RV2的弹力，但不要超过压差范围；否则需要提高气源压力才能达到全行程。
将RV1和RV2的密封设计为硬度60度左右橡胶球，柔软而且弹性好，在弹簧和执行器内部的压力下，球和锥面密封凡尔线环带会很宽，起到双重密封作用。
5、 三断保位时间测试
三断保护测试使用带HART总线的定位器，先将阀门运行到一定位置，断开E/P气动放大器（相当于断信号）、关闭气源并通大气。
用百分表测量行程、测量执行器内部压力，并由HART软件进行实时监控，测试使用无负载的单作用执行器。
图4 三断保护测试
执行器弹簧压力：0.7-3.0Bar 1小时行程下降小于3%(图5) 保位效果很好执行器弹簧压力：0.4-2.0Bar 1小时行程下降小于5% 保位效果好
执行器弹簧压力：0.2-1.0Bar 1小时行程下降小于5-10%(图6) 保位效果一般
实际现场测试情况表明，执行器启动气压大于0.4Bar时，30分钟小时内执行器的任何阀位下降均小于5%。
图5 0.7-3.0Bar执行器保位曲线（5小时），时间/行程
图6 0.2-1.0Bar执行器保位曲线（5小时），时间/行程
6、 三断保位时间分析
有三断保位的控制阀尽量选启动压力比较高的执行器，如果允许选不带弹簧双缸执行器，双缸执行器平衡时两缸压力为气源压力的1/2，保位时间可以维持很长。
7、 单作用执行器的三断保位
根据图2的气路，将P1或P2堵住，就可以实现单作用三断保护。
8、三断保位注意事项
控制阀实际使用时难以保证杂物、水或油进入气源，气接头松动等情况，
造成膜室漏气，一旦漏气保位时间可能只有几分钟，所以对重要阀门除了三断保护外，实时监控和连锁保护非常必要。
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