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Servovalvola

en-lang Servovalve

Le servovalvole sono particolari valvole adatte al controllo elettroidraulico di posizione, velocità, accelerazione, pressione, forza, oltre all’uso in applicazioni che richiedono risposte dinamiche elevate.

Le prime servovalvole elettroidrauliche furono progettate nel corso della seconda guerra mondiale per comandare prototipi avanzati di aerei e missili. Le prime applicazioni industriali di servovalvole oleodinamiche erano invece semplici copiatori per macchine utensili.

Con il perfezionarsi della tecnica sono state sperimentate e costruite svariate generazioni di servovalvole comandate quasi sempre da un segnale elettrico. Una servovalvola moderna assolve fondamentalmente a tre funzioni: eseguire il controllo direzionale in misura proporzionale a un segnale elettrico di ingresso; modificare il proprio comportamento attraverso un segnale di retroazione in grado di valutare gli effetti, confrontarli con il segnale ed eseguire velocemente correzioni automatiche; impiegare segnali di bassissima potenza.

Le servovalvole sono spesso assimilate alle valvole proporzionali retroazionate rispetto alle quali hanno prestazioni e costi superiori.

Occorre anche sottolineare che attualmente non è più così netta la differenza tra valvole proporzionali e servovalvole, in quanto entrambe sono impiegate come componenti per il controllo della posizione, della velocità e dell’accelerazione.

 

Modalità di funzionamento

 

Le servovalvole sono particolari tipi di elettrovalvole a posizionamento continuo controllate elettronicamente. Si caratterizzano per il fatto che non sono in grado di assumere precise posizioni intermedie tra la posizione completa di apertura e quella di totale chiusura del distributore. Questo modo di operare permette non solo di controllare la direzione del flusso ma anche di regolarne la portata ed eventualmente la pressione a valle.

Le servovalvole vengono spesso utilizzate nei servosistemi con un dispositivo di controllo a ciclo chiuso in grado di rendere il segnale di uscita uguale a quello desiderato, a differenza delle valvole proporzionali utilizzate solitamente nei sistemi con controllo a ciclo aperto.

Strutturalmente le servovalvole sono costituite da due stadi. Il primo comprende un motore di comando elettromagnetico (che converte un valore di corrente elettrica in un valore della corsa della lamina mobile) e un amplificatore idraulico che converte la corsa in una pressione differenziale. Il secondo stadio è formato da un distributore a cassetto che converte la pressione differenziale in una portata.

Il principio di funzionamento più comune prevede un sistema costituito da due strozzature fisse (S), due ugelli di regolazione (D) e una lamina mobile (M) centrata tra gli ugelli. La pressione di pilotaggio (P) si riduce attraverso le due strozzature e i due ugelli, tanto che all’uscita degli stessi si crea la caduta di pressione. Quando la lamina si sposta avvicinandosi ad un ugello e allontanandosi dall’altro, le pressioni Pa e Pb si comportando in modo inverso. In sostanza lo spostamento della lamina mobile M viene trasformato in una pressione differenziale ΔP. La curva caratteristica che si ottiene dalla differenza di pressione in funzione del segnale di ingresso è di tipo lineare.

 

Controllo di servovalvola

Alcune valvole sono comandate da un motore a velocità costante che sulla base di un segnale a tre livelli (apri, fermo, chiudi) gira nei due opposti sensi di rotazione portando l’otturatore rispettivamente nella posizione di aperto o di chiuso. I regolatori in commercio consentono di effettuare tale modalità di controllo attraverso una doppia uscita a relè con isteresi, il cui stato di ON è mantenuto per il tempo necessario alla valvola di portarsi nella nuova posizione assegnatagli dall’uscita dell’algoritmo PID. In realtà però, data la funzione di integratore incorporata nell’attuatore, è in genere sufficiente la sola componente proporzionale.

L’idea di manipolare il tempo per stabilire l’apertura (o la chiusura) della valvola costituisce, di fatto, un controllo in anello aperto, per cui è possibile che l’effettiva apertura della valvola differisca da quella presunta, soprattutto in presenza di forte attrito.

 


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