比例流量计

按照液体越堰理论，液体通过堰式流量计，若不考虑流束收缩，则从堰上流出的理论流量Q乃是液位高度（压头）h的函数，即Q=φ（h）根据伯努利定理，当液面在堰开孔下缘之上为h时的位置见图1。

流量与压头成线性关系的比例堰。如图2所示，由于在X轴方向上将延伸至无穷大，所以并无实用价值，若将其下部与有限宽度的其他形状相组合，再相应地得到上部的适当曲线，即可得到实用的比例堰式流量计。

比例堰的主体由堰板和堰槽组成，然后整体装入污水水渠中。堰槽长度在1m以上，堰板焊在堰槽出口端。堰板矩形孔下沿与堰槽底板顶面齐平。知形孔两侧沿与堰槽两侧侧板内表面斧平。采用堰槽的目的是保证堰孔前水流平直。如污水水渠渠底与两壁施工质量良好，可以保证堰板安装符合要求时，也可以不要堰槽。堰槽应安装在水渠的水平段，并要求过堰水流形成自由跌落，为此堰孔下沿与下游渠道底面之间应有一定距离，参见图3。堰槽安装时其底面应保持水平，堰孔中心正好处子水渠中央，堰槽与水渠的所有接触面要密封不渗漏，以保持测量准确度。

水位计如用简易的，可用普通浮筒式水位计，它由浮筒、指示杆、流量标尺、指针和角钢支架组成。在现场自行制作安装，只是指针可以移动，以便于安装后调整水位及流量指示之用。浮筒水位计安装地点在堰板上游至少1m距离之外，以保证测量点水面平稳。

比例堰式流量计的主要特点是流量与某一基准面上的压头成线性关系，这一特征使得这种型式的堰能方便地用于工业过程上的流量记录和控制，特别适用于常压下液体的投配料控制。然而由于一般有关流量测量的书籍和手册中对于比例堰的介绍常简略，再由于其复杂的曲线状轮廓的开孔又给出不容易制作的印象，从而影响了它的推广使用。

比例系统特点与种类

电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，按输入电信号指令连续地成比例地控制液压系统的压力、流量等参数。与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性；另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，己在许多场合获得广泛应用。

比例阀按主要功能分类，分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可以分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用在小流量小功率系统中，先导控制用在大流量大功率系统中。比例阀的输入单元是电一机械转换器，它将输入的电信号转换成机械量。转换器有伺服电机和步进电机、力马达和力矩马达、比例电磁铁等形式。但常用的比例阀大都采用了比例电磁铁，比例电磁铁根据电磁原理设计，能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续地控制液压阀阀芯的位置，进而实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。

比例阀有三大类：

（1）比例压力阀，有溢流阀、减压阀，分别有直动和先导两种结构;

（2）比例方向阀，有直动和先导两种结构，直动阀有带位移传感器和不带位移传感器两类;

（3）比例流量阀，有比例调速阀和比例溢流流量控制阀。

比例阀与放大器配套使用，放大器采用电流负反馈，设置斜坡信号发生器，控制升压、降压时间或运动加速度及减速度。断电时，能使阀芯处于安全位置。

比例系统选用原则

（1）根据用途和被控对象选择比例阀的类型；

（2）正确了解比例阀的动、静态指标，主要有额定输出流量、起始电流、滞环、重复精度、额定压力损失、温飘、响应特性、频率特性等；

（3）根据执行器的工作精度要求选择比例阀的精度，内含反馈闭环阀的稳态性、动态品质好。如果比例阀的固有特性如滞环、非线性等无法使被控系统达到理想的效果时，可以使用软件程序改善系统的性能；

（4）如果选择带先导阀的比例阀，要注意先导阀对油液污染度的要求。一般应符合ISO 18/15标准，并在油路上加装过滤精度为10μm以下的进油过滤器；

（5）比例阀的通径应按执行器在最高速度时通过的流量来确定，通径选得过大，会使系统的分辨率降低；

（6）比例阀必须使用与之配套的放大器，阀与放大器的距离应尽可能地短。

比例系统比例环节

比例环节也称为无惯性环节，对于液压缸或马达，忽略液压油的可压缩性和泄漏，液压缸的流量Q=VA。其中V为活塞速度，A为活塞面积。

其传递函数为：

比例系统比例系统结构

比例控制系统根据有无反馈分为开环控制和闭环控制。如比例阀控制液压缸或马达系统可以实现速度、位移、转速和转矩等的控制，其控制系统方框图如图1。

由于开环控制系统的精度比较低，只能应用在精度要求不高并且不存在内外干扰的场合，但开环控制系统一般不存在所谓稳定性问题。而闭环控制系统（即反馈控制系统）的优点是对内部和外部干扰不敏感，但反馈带来了系统的稳定性问题。只要系统稳定，闭环控制系统可以保持较高的精度。因此，目前普遍采用闭环控制系统，如图2 。

在工业上所使用的调节器，习惯上而是采用比例度δ(也称比例带，在仪表上用P表示)，而不用放大倍数K_P来衡量比例控制作用的强弱。

所谓比例度指调节器输入的变化与相应输出变化的百分数。比例度就是使调节器的输出变化满刻度时(也就是调节阀从全关到全开或相反)，相应的仪表指针变化占仪表测量范围的百分数，或者说使调节器输出变化满刻度时，输入偏差对应于指示刻度的百分数。

例如，一只电动比例温度调节器，温度刻度范围是50～100℃，电动调节器输出是0～10mA，当指示指针从70℃移到80℃时，调节器相应的输出电流从3mA变化到8mA，其比例度为δ=40%。

当温度变化全量程的40%时，调节器的输出从0mA变化到10mA，在这个范围内，温度的变化e和调节器的输出变化△p是成比例的。但当温度变化超过全量程的40%时，(在上例中，即温度变化超过20℃时)，调节器的输出就不能再跟着变化了，因此，调节器的输出最多只能变化100%。

调节器的比例度δ的大小与输入输出的关系如图3所示。从图3中可以看出，比例度越大，使输出变化全范围时所需的输入偏差变化区间也就越大，而比例放大作用就越弱，反之亦然。

比例度δ与放大倍数K_P成反比，是互为倒数关系。调节器的比例度δ越小，它的放大倍数越大，它将偏差(调节器输入)放大的能力也越大，反之亦然。因此比例度δ和放大倍数K_P一样，都是表示一个比例调节器的控制作用强弱的参数。