Teknik Karşılaştırma: Servo Valf ve Oransal Valf
Elektronik kontrollü akışkan gücü sistemlerinin temelini oluşturan oransal valfler (proportional valves) ve servo valfler (servo valves), hassas kontrol sağlama hedefine sahip olsalar da, yapı, performans ve uygulama gereksinimleri açısından önemli farklılıklar gösterirler.
1. Temel Yapısal ve Performans Farkları
| Özellik |
Oransal Valf (Proportional Valve) |
Servo Valf (Servo Valve) |
| Kontrol Tipi |
Makara (spool) konumunu elektrik sinyaliyle orantılı olarak kontrol eder. |
Çok yüksek hassasiyetli makara konumunu kontrol eder. |
| Geri Besleme (Feedback) |
Genellikle elektriksel geri besleme (LVDT, pozisyon sensörü) kullanır. |
Hem mekanik geri besleme (tork motoru/bafıl) hem de elektriksel geri besleme (yüksek frekanslı servo valfler) kullanır. |
| Giriş Gücü/Akım |
Yüksek (Genellikle 100 mA ile 1 A veya üzeri). |
Düşük (Genellikle 10 mA – 100 mA aralığında). |
| Frekans Tepkisi |
Daha düşük (10-150 Hz). Dinamikliği daha azdır. |
Çok yüksek (100-500 Hz). Dinamikliği çok yüksektir. |
| Hassasiyet / Histerezis |
Daha düşük kontrol hassasiyeti, daha yüksek histerezis. |
Yüksek kontrol hassasiyeti, düşük histerezis. |
| Yağ Gereksinimi |
Daha düşük filtrasyon gereksinimi (Genellikle 10-25 µm). |
Yüksek filtrasyon gereksinimi (Mutlaka 3-5 µm olmalıdır). |
| Makara Dengesi |
Elektromanyetik kuvvet, hidrolik basınç ve yay kuvveti ile dengelenir. |
Esas olarak hidrolik basınç ile dengelenir (genellikle tork motoru/nozul sistemi aracılığıyla). |
2. Kritik Yapısal Karşılaştırmalar
A. Makara Dengesi
Sizin de belirttiğiniz gibi, oransal valfte makara konumunun korunmasında yay kuvvetinin belirleyici bir rolü vardır. Bu, valfin büyük akış ve yüksek basınç kontrolünde servo valflere kıyasla dezavantajlı olmasına neden olabilir.
Servo valfler ise genellikle hidrolik basınçla dengelenir; bu da makara konumunun, pilot aşamada tork motoru tarafından üretilen çok küçük kuvvetlere bile son derece hassas tepki vermesini sağlar.
B. Geri Besleme (Feedback)
- Oransal Valf (Elektriksel Geri Besleme): Oransal valflerde makara hareketini takip etmek için LVDT (Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatör) gibi elektrikli yer değiştirme sensörlerinin kullanılması, valfin kendisinin (valfin konumu) yüksek tekrarlanabilirlik, düşük histerezis ve daha iyi doğrusallık sergilemesini sağlar. Bu, valfin iç kontrolü açısından önemli bir avantajdır.
- Servo Valf (Mekanik Geri Besleme): Geleneksel servo valfler (nozul/bafıl tipi), makara hareketini pilot aşamaya geri beslemek için bir geri besleme çubuğu veya mekanik bir bağlantı kullanır. Bu mekanik bağlantılar, sisteme bir miktar sürtünme ve histerezis (gecikme) katar, ancak valfe yüksek dinamik tepki yeteneği kazandırır.
3. Kullanıcı Sorularına Yanıtlar
Soru 1: Hem oransal valflerin hem de servo valflerin amplifikatörlere ihtiyacı var mı?
Evet, kesinlikle. Hem oransal hem de servo valfler, doğru ve stabil çalışmaları için özel elektronik sürücülere veya amplifikatörlere (proportional amplifier / servo driver) ihtiyaç duyar.
Neden?
- Akım Kontrolü: Bobinlerin endüktif yapısı nedeniyle, basit bir DC voltajı akımı stabil tutamaz. Amplifikatör, sıcaklık ve direnç değişimlerinden bağımsız olarak bobine tam olarak istenen akımı sağlar (akım negatif geri beslemesi).
- Dither Sinyali: Amplifikatör, makarayı sürekli mikro titreşimde tutan yüksek frekanslı bir titreşim (dither) sinyali sağlar. Bu, statik sürtünmenin etkilerini aşmak ve histerezisi ortadan kaldırmak için kritik öneme sahiptir.
- Koruma ve Ayarlama: Amplifikatörler, minimum/maksimum akım limitleri ve rampa süresi (hızlanma/yavaşlama süresi) ayarları gibi koruyucu ve optimizasyon işlevlerini de sunar.
Soru 2: Giriş kontrol sinyali 4-20 mA veya 0-10 V mi? ±10 V yok mu?
Tüm bu sinyaller yaygın olarak kullanılır:
- Unipolar Sinyaller (4-20 mA veya 0-10 V): Genellikle sadece akış veya basıncın büyüklüğünü kontrol etmek için kullanılır. Eğer valf sadece tek yönde (örneğin sadece basıncı artırmak veya akışı açmak) hareket edecekse kullanılır. 4-20 mA (akım) sinyali elektriksel gürültüye karşı daha dirençlidir ve uzun kablolamada tercih edilir.
- Bipolar Sinyaller (±10 V veya ±20 mA): Özellikle yön kontrolü gerektiren valflerde kullanılır.
Soru 3: Aksiyon yönü, giriş kontrol sinyaliyle değil de iki bobinin ayrı ayrı hareket etmesiyle mi sağlanır?
Bu varsayım, bipolar sinyal kullanan oransal/servo yön valfleri için yanlıştır.
- Bipolar Kontrol (±10 V): Standart 4/3 yön valflerinde, sinyalin kutupluluğu (pozitif veya negatif), valf çekirdeğinin hangi yöne hareket edeceğini belirler:
- ±1 V ile ±10 V arası: Makara bir yönde hareket eder (Örneğin, A portundan B portuna akış).
- ±1 V ile ±10 V arası: Makara ters yönde hareket eder (Örneğin, B portundan A portuna akış).
- 0 V: Makara merkezde durur (sıfır örtüşme valfleri için).
Bu valfler genellikle iki bobine (veya tek bir çift sargılı bobine) sahiptir, ancak kontrol sinyali (örneğin ±10 V) bir bobine uygulanan akımın diğerine göreceli gücünü kontrol ederek makaranın iki yönde hareket etmesini sağlar. Yön değişimi, sinyal polaritesi ile gerçekleşir.
4. Kontrollü Nesnenin Hareketine İlişkin Açıklama
Valfin hassasiyeti ile aktüatörün (silindir veya motor) nihai konumu arasındaki ilişkinin anlaşılması kritik öneme sahiptir.
- Valf Konumu ➝ Hız Kontrolü: Valf makarasının konumu, akış portunun açılma derecesini, yani aktüatöre giren akışkanın miktarını ve dolayısıyla aktüatörün hızını kontrol eder. Sizin musluk örneğiniz tam olarak doğrudur: musluğun açıklığı suyun akış hızını kontrol eder, ancak su akmaya devam eder.
- Kapalı Döngü Sistemi Gereksinimi: Valfin açılma konumu ne kadar doğru olursa olsun, pompa basıncı dalgalanmaları, yük değişiklikleri ve boru hattı kayıpları nedeniyle aktüatörün kesin konumunu kontrol edemez. Bu nedenle, doğru konum (veya hız) kontrolü için harici bir kapalı döngü sistemine ihtiyaç vardır. Bu sistem, aktüatörün konumunu veya hızını sensörlerle ölçer ve valf amplifikatörüne sürekli düzeltme sinyalleri (PID kontrol) gönderir.
Özetle, servo ve oransal valfler, bu kapalı döngü sistemlerin hassas kontrol elemanları olarak hizmet verir, ancak sistemin kendisi nihai kontrolü sağlamak için valfin ötesine geçen ek bileşenler (sensörler ve kontrol kartları) gerektirir.
