第五章 执行器
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第五章 调节阀和执行机构
第五章执行器第一节概述一、执行器基础知识执行器是自动控制系统的终端部分，直接安装在工艺管道上，通过接受调节器发出的控制信号，改变阀门的开度或电机的转速来改变管道中的介质流量，从而把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化。
因此，执行器是自动控制系统中一个极为重要而又不可缺少的组成部门。
执行器按其能源形式可分为气动、电动和液动三大类。
气动执行器习惯称为气动薄膜调节阀，它以压缩空气为能源，具有机构简单、动作可靠、平稳、输出推力大、本质防爆、价格便宜、维修方便等独特的优点，因此被广泛应用在石油、化工、冶金、电力等工业部门中。
执行器常称调节阀，又称控制阀。
它由执行机构和调节机构（也称调节阀）两部分组成，其中，执行机构是调节阀的推动部分，它按控制信号的大小产生相应的推力，通过阀杆使调节阀阀芯产生相应产生相应的位移（或转角）。
调节机构是调节阀的调节部分，它与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的目的。
二、气动执行器一个气动调节系统由气源及减压过滤系统、电/气转换器（电/气阀门定位器）、气动执行器（执行机构和调节机构）构成。
1．气动执行机构气动执行机构主要由膜盒、膜片、弹簧和阀杆等组成。
气动执行机构有薄膜式（有弹簧）及活塞式（无弹簧）两类，后者往往采用较高的气压范围，使用于需要推力较大的场合。
薄膜式执行机构的输入气压一般为20～100kPa；但也有40～200 kPa的，这时在调节器与执行机构之间应装设比例继动器或高气源阀门定位器，将调节器的输出气压提高。
执行机构是调节阀的推动装置，它根据控制信号压力的大小而产生相应的输出力来推动调节机构动作。
当压力信号p增大时，推杆向下动作的为正作用；推杆向上动作的为反作用，但其工作原理是相同的。
当压力信号进入薄膜气室时，橡胶膜片由于气体的作用而产生推力，使阀杆移动，压缩弹簧，直至弹簧的反作用与膜片上的作用力相平衡。
过程控制系统课件-第五章-执行单元分解
第五节 电/气转换器与阀门定位器
一、 电/气转换器
为了使气动调节阀能够接收电动调节器的输出信号，必 须把标准电流信号转换为标准气压信号。
电/气转换器作用：
将4～20mA的电流 信号转换成20～100KPa 的标准气压信号。
力平衡式电/气转换器的原理图
I ↑ 吸力Fi↑ 杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙↓ 背压↑ 放大器输入↑ 输出压力P ↑ 杠杆 的反馈力Ff ↑ 杠杆平衡 P∝I
当流体为不可压缩时，通过调节阀的体积流量为:
Q A 2p
式中各参数的单位变化时，注意进行修正。
调节阀尺寸的确定过程为：
根据通过调节阀的最大流量 qmax ，流体密度
以及调节阀的前后压差 p ，先由上式求得最大的流通能力
Cmax ，然后选取大于 Cmax 的最低级别的C值，
即可依据表5－2确定出Dg和dg的大小。
可看出，调节阀全关时阀上压降最大，基本等于系
统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小。
为了表示调节阀两端压差△PT的变化范围，以 阀权度s表示调节阀全开时，阀前后最小压差△PTmin 与总压力△ P之比。 s = △ PTmin / △ P
以 qmax 表 示 串 联 管 道 阻 力 为 零 时 (s=1) ， 阀 全 开时达到的最大流量。可得串联管道在不同s值时， 以自身qmax作参照的工作流量特性。
x
1
时，流量变化大。
qmax
❖ 等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对 流量的控制力却是相同的。
同样以10％、50％及80％三点为例，分别增加
10%开度，相对流量变化的比值为：
10%处：
Q/Q100
（6.58%-4.68%）/4.68%≈41%
3.第五章 执行器(1)
5.1 气动执行器
气动薄膜室
阀位指示标牌
推杆
阀杆
阀门
5.1.1 气动执行器的结构与分类
气动执行器由执行机构和控制 机构（阀门）两部分组成。 执行机构是推动装置，它是将 信号压力的大小转换为相应的推力， 进而改变阀杆位移的装置。 控制机构是阀门，它将阀杆的 位移转换为流通面积的大小。
1.执行机构
1
2 4 3
等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对 流量的控制力却是相同的。 同样以10％、50％及80％三点为例，分别增加 10%开度，相对流量变化的比值为： 10%处： （6.58%-4.68%）/4.68%≈41% 50%处： （25.7%-18.2%）/18.2%≈41% 80%处： （71.2%-50.6%）/50.6%≈41%
结论
① 串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变， 串联管道的影响尤为严重。 ② 串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并 联管道尤为严重。 ③ 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总 流量增加。 ④ 串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输 入信号变化引起的流量变化值减少。
5.1.3 调节阀的选择
控制阀
旁路阀 图6-17 并联管道的情况
如图 6-17 所示，显然这时管 路的总流量 Q 是控制阀流量 Q1 与旁路流量 Q2 之和，即 Q ＝Q1＋Q2。
以 x 代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总 管最大流量Qmax之比，可以得到在压差Δp为一定时，而x 为不同数值时的工作流量特性曲线。
选用调节阀时，一般应考虑以下几个方面。
① 调节阀结构的选择 ② 气开式和气关式选择
③ 调节阀的流量特性选择
④ 调节阀口径的选择
五章执行器ppt课件 共61页
侧装式气动执行机构
(2) 活塞式
活塞式执行机构属于强 力气动执行机构。其气 缸允许操作压力高达 0.5MPa，且无弹簧抵 消推力，因此输出推力 很大，特别适用于高静 压、高压差、大口径场 合。它的输出特性有两 位式和比例式。
两位式
两位式是根据活塞两侧的操作压力的大小而 动作，活塞由高压侧推向低压侧，使推杆从 一个极端位置移动到另一个极端位置，其行 程达25～100mm，适用于双位控制系统。
实现两种调节
执行器，如气动薄膜控制阀的执行机构和调 节机构组合起来，可以实现气开和气关式两 种调节。
气动控制阀的气开、气关特性
气关阀：供气量越大，阀门开度越小，而在失气 时则全开，称FO型。
气开阀：供气量越大，阀门开度越大，而在失气 时则全关，称FC型；
Δp(kp)
Δp(kp)
100
通常减小时间常数的措施
尽量缩短引压管线的长度。 选用合适口径的气动管线。 加装传输滞后补偿器。
5.4 控制阀口径的确定
控制阀的口径选择由控制阀流量系数C值决 定。
因为：流量系数C直接反映了流体通过控制 阀的最大能力。
流量系数定义：在给定的行程下，阀前后压 差为100kPa、流体密度为1g/cm3 时，每小 时流经控制阀的流量值（以m3/h表示 ）
活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场 合，而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。
化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称为气动 调节阀)是用压缩空气为能源，结构简单、动 作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、 防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼 油生产。
气动薄膜阀
5.1 执行机构
5.1.1 气动执行机构 5.1.2 电动执行机构
执行器.ppt
一、气动执行机构
气动执行机构接受气动调节器或阀门定位器输出的气压信 号，并将其转换成相应的输出力F和直线位移l，以推动调 节机构动作。
气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式。薄膜式 与活塞式执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种
1) 气动薄膜式执行机构
1-上膜盖 2-波纹膜片 3-下膜盖 4-支架 5-推杆 6-压缩弹簧 7-弹簧座 8-调节件 9-连接阀杆螺母 10-行程标尺
➢工作原理
当信号压力通入由上膜盖1和膜 片2组成的气室时，在膜片上产 生一个向下的推力，使推杆5向 下移动压缩弹簧6，当弹簧的反 作用力与信号压力在膜片上产生 的推力相平衡时，推杆稳定在一 个对应的位置，推杆的位移l即 为执行机构的输出，也称行程。
➢气动薄膜式执行机构的特性
a) 静态特性
气动薄膜式执行机构的力平衡方程 式为：
4) 减速器
作用：将伺服电机高转速、小力矩的输出功率转换成执行机 构输出轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。 直行程式的电动执行机构中，减速器还起到将伺服电机转子 的旋转运动转变为执行机构输出轴的直线运动的作用。 减速器一般由机械齿轮或齿轮与皮带轮构成。
➢电动执行机构的特性
伺服放大器是一个具有继电特性的非线性环节，为不灵敏区
Ii I f
2
无输出；
Ii I f
2
输出～215V
减速器和位置发送器为比例环节
伺服电机接通电源：伺服电机工作在恒速状态，故为一个积分 环节，因此，电动执行机构的动态特性主要取决于伺服电机的 特性，即具有积分特性; 伺服电机停止转动时：
l
1 Kf
Ii
或
1 Kf
Ii
为比例特性
化工仪表第5章执行器
第一节 气动执行器
将（5-2）积分可得
Q Kl C Qmax L
（5-3）
边界条件：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax
把边界条件代入式（5-3），可分别得
C Q m in1, K 1 Q m in 1 1 （5-4）
Q maR x
Q maxR
R为控制阀的可调范围或可调比。
第一节 气动执行器
调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变 的节流元件。根据不同的使用要求，阀门的构造型 式很多。 3.控制阀的分类
3.控制阀的分类
〔1〕直通单座控制阀
阀体内只有一个阀芯与阀座。 特点 结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。 缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推
力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。 适用于小口径、低压差的场合。
泄漏量大。
图6-7 蝶阀
〔7〕球阀
球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就 具有不同的流通面积，以到达流量控制的目的。
流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双位式控制。
图6-8 球阀
图6-9 球阀阀芯的形状
〔8〕凸轮挠曲阀
阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固 定在转动轴上。
执行机构 F → l M→θ
流通截面积
调节机构 操纵变量的流量
控制机构：根据推力产生位移或转角，改变开度。 是执行器的控制局部，直接与被控介质接触，控制 流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀 的流量的装置。
正装阀芯：推杆下移时阀门关小。
反装阀芯：推杆下移时阀门开大。
第一节 气动执行器
执行器
作用 承受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调
第五章执行器ppt课件
控制阀口径的确定需经过以下步骤：
• 根据生产能力、设备负荷确定出最大流量qvmax。 • 根据所选的流量特性及系统特点选定S值（S=ΔPv/ΔP）， 然后求出计算压差（即阀门全开时的压差）。
• 根据流通能力计算公式，求得最大流量时的Kvmax。 • 根据已求得的Kvmax，在所选用的产品型号的标准系列中 选取大于Kvmax并最接近的Kv值，从而选取阀门口径。 • 验证控制阀开度和可调比，一般要求最大流量时阀开度不 超过90%，最小流量时阀开度不小于10% 。
各种阀的特点：
线性阀：放大系数KV是一 q/qmax(% )
个常数，不管阀杆原来在
什么位置，只要阀杆做相
3
同的变化，流量的数值也
1
做相同的变化。因此在开
2
度较小时流量相对变化值
3.3
大，灵敏度过高，控制作
l/lmax(% )
用过强，容易产生振荡，
0
对控制不利；在开度较大 控制阀的理想流量特性 R=30
d
q q m ax
k
d
l lm ax
q k l C
qmax
lmax
对数阀：是指单位行程变化所引起的相 对流量变化与此点的相对流量成正比关 系。
积分表达式为
d
q q max
k
q
d
l lm ax
q max
q R(
l lmax
1)
qmax
快开阀：在开度较小时就有较大流量，随着开度的 增大，流量很快就达到最大，随后在增大开度时流 量的变化很小，故称为快开特性。
5.3.3 动态特性
气动薄膜控制阀膜头是一个空间，它可以看作为 一个气容，从控制器到气动薄膜控制阀膜头间的引压 管线有气容和气阻，所以管线和膜头是一个由气阻和 气容组成的一阶滞后环节，其时间常数的大小取决于 气阻和气容。当信号管线太长或太粗，膜头气室太大 时，气阻气容就大，控制阀的时间常数大。这样在控 制阀接受控制器的控制信号时，由膜头充气到阀杆走 完全行程的过程很长，增加了系统广义对象容量滞后， 对控制不利。
第五章 执行器
第五章 自动控制阀执行器是控制系统的执行机构，它接受控制器的控制信号，调整控制变量，从而影响被控参数以补偿干扰作用，最终使得被控参数回到工作点。
由于过程工业中的控制变量常常是流体，所以执行器一般都是控制阀。
根据控制阀的驱动能源不同，一般分为两种，既气动控制阀和电动控制阀。
又由于过程工业中的控制阀常常工作在危险区域，所以过程工业中大量使用的是气动控制阀。
根据控制方式不同，可以分为连续控制阀和开关阀。
常用开关阀是电磁阀。
由于需要向位于现场的电磁阀供电，所以这类阀门不能用在危险区域内。
第一节 控制阀结构与流量特性一．控制阀结构及选择控制阀结构分为两部分，即执行器部分与阀体部分。
执行器分为气动执行器和电动执行器。
按其动作形式还可分为直行程执行器和角行程执行器。
控制阀上的执行器大部分是直行程执行器，图5．1-1是两种典型的执行机构图。
控制阀阀体部分是决定流量特性的关键部分，同时根据不同的使用情况，厂家设计了多种阀体结构。
表格5．1-1给出了常见阀体结构的特点及适用场合。
二．控制阀流量特性控制阀特性有阀体特性和执行器特性组合而成。
执行器特性所完成的工作是将信号转变为控制阀阀杆位移，控制阀阀体特性完成的工作是将阀杆位移变为流通面积的变化，进而改变流量。
1．控制阀理想流量特性 1）控制阀阀体理想流量特性图5．1-1 典型执行机构 a 气动直行程执行机构 b 电动直行程执行机构（1）直线形流量特性maxmaxQ dQ k L d L = （5—1）两边积分得：max maxQ Lk c Q L =+ （5—2）当L=0时，Q=Q min ，Q min 为控制阀得最小可控流量。
可得minmaxQ c Q =。
当L=L max 时，Q=Q max ，Q max 为控制阀得最大可控流量。
可得minmax11Q k c Q =-=-令maxminQ R Q =，R 成为该控制阀得可调比。
则线性流量特性为： ()max max 111Q L R Q R L ⎡⎤=+-⎢⎥⎣⎦（5—3）（2）等百分比（对数）流量特性maxmax max QdQ Q k L Q d L ⎛⎫= ⎪⎝⎭（5—4）两边积分得：max maxlnQL k C Q L ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭（5—5）代入边界条件解出K 和C ，最后可得：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=1maxmax L LR Q Q（5—6）（3）抛物线特性抛物线特性是介于等百特性与直线特性之间的一种特性。
自动化第五章
• 8什么是串联管道中的阻力比S？S值的变化 为什么会使理想流量特性发生畸变？
• S表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比。S值变化时，管道阻力损失 发生变化，控制阀前后压差变化，进而影响到流量的变化，即理想流量特性 发生畸变。S=1时，管道阻力损失为0，系统总压差全降在阀上，工作特性与 理想特性一致。随着S值的减小，直线特性渐渐趋近与快开特性，等百分比特 性渐渐接近于直线特性，所以，在实际使用中，一般希望S值不低于0.3~0.5.
的场合。 • 三通：适用于配比控制和旁路控制。 • 隔膜：适用于强酸强碱强腐蚀性介质的控制。也能用于高粘度及悬浮颗粒状
介质控制。
• 蝶阀：大口径大流量低压差的场合。也可用于含有少量纤维或悬浮颗粒状介 质的控制
• 球阀：常用于双位式控制。 • 凸轮挠曲阀：高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。 • 笼式阀：适用于要求低噪声及压差较大的场合。
• 答：智能控制阀是带有微处理器，能够实现智能化控制功 能的控制阀。
• （1）控制智能：除了一般的执行器控制功能外，还可以 按照一定的控制规律动作。此外还配有压力、温度和位置 参数的传感器，可对流量、压力、温度、位置等参数进行 控制。（2）通信智能：智能控制阀采用数字通信方式与 主控制室保持联络，主计算机可以直接对执行器发出动作 指令。
第五章 执行器
• 1气动执行器主要由哪两部分组成？各起什 么作用？
• 由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动 装置，它是按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动 作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是 执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以 它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
第五章换挡执行器
三、工作原理
1.工作过程
花键毂和离合器鼓分别以一定的方式与变速器输入轴 和行星排的某个基本元件相连，与输入轴相连的通常为主 动件，而另一则为从动件。当压力油经油道进入活塞左面 的液压缸时，液压作用力便克服弹簧力使活塞右移，将所 有离合器片压紧，即离合器接合，与离合器主、从动部分 相连的输入轴及行星排元件也被连接在一起，以相同的速 度旋转。当控制阀将作用在离合器液压缸上的油压力撤除 后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内 的变速器油从进油孔排出，离合器分离，离合器主、从动 部分可以不同转速旋转。
离合器鼓是一个液压油缸，鼓内有内花键齿圈， 内圆轴颈上有进油孔与控制油路相通。离合器活 塞为环状，内外圆上有密封圈，安装在离合器鼓 内。
钢片和摩擦片交错排列，二者统称为离合器片， 均使用钢料制成，但摩擦片的两面烧结有铜基粉 末冶金的摩擦材料，与钢片组成铜-粉末冶金摩擦 副。为保证离合器结合柔和及散热，把离合器片 浸在油液中工作，因而称为湿式离合器。钢片带 有外花键，与离合器鼓的内花键齿圈连接，并可 轴向移动。摩擦片则以内花键齿与花键毂的外花 键槽配合，也可作轴向移动。
一般离合器中摩擦片片数为2～6片，钢片片数等于或多于 摩擦片的片数。
§5-2 制 动 器
制动器的作用是固定行星齿轮机构中的基本元件， 阻止其旋转。
制动器一般分为片式制动器和带式制动器。
一、片式制动器 1.组成
制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动器毂 等。图5-3所示
2.特点
工作平顺性好，能通过增减摩擦片的片数来满足不 同排量发动机的要求。
汽车自动变速器
多媒体教学课件
济宁技术学院 汽车工程系
汽车自动变速器
第五章 换挡执行器
§5-1 片式离合器
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正作用
反作用
●气动薄膜式执行机构分类
有弹簧的薄膜执行机构 在薄膜或活塞上增加弹簧，使其行
程与气压成正比— —常用于连续变化量的控制。
无弹簧的薄膜执行机构，常用于开关方式控制。
2、气动活塞式执行机构
气动活塞式执行机构如图所 示。它由活塞和气缸两部分构成。 气缸内的活塞随气缸两侧的压差而 移动，在气缸两侧可分别输入不同 的信号p1和p2，其中可以有一个是 固定信号，或两个都是变动信号。
电动执行器的组成
电动执行器是由电动执行机构和控制机构两部分 组成。其中电动执行机构将控制仪表来的控制电信号 转换成力或力矩，进而输出一定的转角或位移；而控 制机构则是直接改变被控介质流量的装置。
电动执行机构根据其输出形式不同，主要有角行 程电动执行机构、直行程电动执行机构和多转式电 动执行机构。它们在电气原理方面基本上是相同的。
正作用： 阀芯向下，流通面积减少。 反作用： 阀芯向上，流通面积增大。
1、按照不同的使用要求，控制阀主要有以下几种:
（1）直通单座阀
阀体内有一个阀芯、一个阀座。其特点是结构简单，泄 漏量小，易于关闭，可将流体完全切断。由于单座阀只 有一个阀芯，流体流动时产生的单方向的不平衡力大， 尤其在高压差、大口径时，不平衡力更大。所以，它只 适用于低压差的场合。
有三个出入口与管道相连，按作用方式分为分流 式和合流式。分流阀是一进两出，合流阀是两进一 出。阀芯移动时，流体一路增加，另一路减小。但 总量不变。
（5）隔膜控制阀
采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。
（6）笼式阀
笼式阀的可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单， 套筒互换性好。特别适合于要求低噪音及压差较大的场合。 但不适合高温、高黏度及含固体颗粒的流体。
一、气动执行器的结构和分类
1、执行机构 2、控制机构
气动执行器是由执行机构和控 制机构(阀)两部分组成。执行机 构是执行器的推动装置，它按控 制信号压力的大小产生相应的推 力，推动控制机构动作，所以它 是将信号压力的大小转换成阀杆 位移的装置。控制机构是执行器 的控制部分，它直接与被控介质 接触，控制流体的流量。所以它 是将阀杆的位移转换为流过阀的 流量的装置
气动执行器：以气压为动力，推动机构动作。 电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构
动作。
液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）
高压为动力源，推动机构动作。
第一节、气动执行器
气动执行器(习惯称为气动调节阀)是用压缩空气为 能源,结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维 修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油 生产。
电动执行器的特点
与气动执行器相比较，电动执行器有下列特点。 ①由于工频电源取用方便，不需增添专门装置，特别 是执行器应用数量不太多的单位, 更为适宜; ②动作灵敏、精度较高、信号传输速度快、传输距离 可以很长，便于集中控制; ③在电源中断时，电动执行器能保持原位不动，不影 响主设备的安全; ④与电动控制仪表配合方便，安装接线简单; ⑤体积较大、成本较贵、结构复杂、维修麻烦，并只 能应用于防爆要求不太高的场合。
输入信号, 使电动机动作, 然后经减速器减速并转换为 直线位移输出，去操作单座、双座、三通等各种控制 阀和其他直线式调节机构，以实现自动调节的目的。
另外，还有一种多转式电动执行机构，它主要用来 开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门。 由于多转式 执行机构的电机功率比较大，最大有几十千瓦，一般 多用作就地操作和遥控场合。
气动活塞式执行机构的气缸操作压力允许为 500kPa，因为没有弹簧反作用力，所以有很大的输 出推力，特别适合于高静压、高压差的场合。
气动活塞式执行机构的输出特性有两位式和 比例式两种。两位式是根据活塞两侧的压差而工作 的，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端 位置移到另一个极端位置，行程一般为25~100mm。
化工仪表及自 动化
第五章 执行器
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器
执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分。
它的作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控
介质，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一
定的范围内。
执行器分类
根据动作能源的不同，执行器可以分为以下三类：
除薄膜式和活塞式之外，还有长行程 执行机构。它的行程长、转矩大，适用输 出转角（00~900）和力矩，如用于蝶阀或 风门的推动装置。
1、薄膜式执行机构
● 输入信号 空气压力：0.02~0.1MPa
● 输出 按连杆最大位移——行程确定规格： ❖10，16，25，40，60，100mm
● 气动薄膜式执行机构作用方式
（8）球阀
2、安装
a、安装前须检查产品型号、规格是否与使 用要求相符，然后将管道彻底清洗，去除焊渣、 杂物等。
b、将阀门正立、垂直安装在水平管道上， 不得已时可倾斜安装、阀自重量较大时或有振 动的场合，应予支撑和加固。
C、安装场地考虑到人员与设备的安全，既 便于操作，又有利于拆装与维修。
d、阀门应安装在环境温度为-30℃～60℃场 合使用 。
适用于低粘度、不含纤维、悬浮颗粒的洁净介质及高压差、 高静压且允许有泄漏的场合。
（3）角形阀
阀体为直角形，其他结构与直通单座阀相 似。其阀芯为单导向结构，只能正装。角形阀的 流路简单，阻力小，适用于高压差、高粘度、含 悬浮物和颗粒状物质流体的控制，可避免堵塞和 结焦，便于自净和清洗。
（4）三通阀
3、气动长行程执行机构
带定位器的长行程执行机构，用于控制蝶阀、风 门挡板等阀体，可输出0°~90°的转角。具有转矩大、 行程长（200~400mm）等特点。长行程机构基于力矩 平衡原理，与定位器配合工作。在输入信号pi的作用下， 使输出摇臂产生0°~90°的转角，而且转角与输入信 号之间成对应关系。可通过更换不同形状的反馈凸轮1， 来实现执行机构的不同特性。
（7）蝶阀（翻板阀）
蝶阀又称挡板阀或翻板阀，它由阀体、挡板、挡板轴和轴 封等部分组成，一般与长行程执行机构相配合，气压信号通过杠 杆带动挡板轴使挡板偏转，改变流通面积，从而改变流量。其特 点是阻力损失小，结构简单，价格低，使用寿命长，特别适用于 低压差、大口径、大流量气体及悬浮固体物质的流体的场合，但 泄漏量大。
（2）直通双座阀
阀体内有两个阀芯和阀座，流体从左侧进入，通过上、 下阀芯后，再汇合在一起，由右侧流出。由于流体流过的时 候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相 等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是，由于受加工的 限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时关严，因此泄漏量较 大。流通能力较大。
一、执行机构
执行器的推动装置。 薄膜执行机构：气 压推动薄膜并带动 连杆运动。 活塞执行机构：气 压推动活塞并带动 连杆运动。
其中薄膜式执行机构最为常用 ，它用作一般 控制阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器。它的 结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。
气动活塞式执行机构的推力较大，主要适用于 大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。
移动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小，称 为正装阀。
●作用 直接作用于对象，并使对象的运动（如流量）
发生变化。
由于被控对象千差万别，控制机构的形式也各 不相同，如调节阀、调压变压器、变速器、振动给 料机等等。
化工系统中最常用的控制机构为各种形式的控 制阀。
● 控制阀
控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。 由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间 的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质 的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数 的目的。
二、控制机构
控制机构亦称阀体，可与各种执行机构（气动、液 动、电动）配合构成执行器。它和普通阀门一样，也 是一个局部阻力可以变化的节流元件。在执行机构的 推杆作用下，阀芯在阀体内运动，改变了阀芯和阀座 之间的流通截面积，即改变了控制阀的阻力系数，使 被控介质的流量发生相应变化。
阀芯有正装和反装两种形式。当阀芯向下
反馈弹簧; 12- 调零弹簧; 13- 挡板; 14- 喷嘴; 15- 主杠杆支点
工作流量特性 （1）串联管道的工作流量特性 （2）并联管道的工作流量特性
1、控制阀理想流量特性
（1）直线流量特性
（2）等百分比流量特性
（3）抛物线流量特性 （4）快开特性
2、控制阀工作流量特性
（1）串联管道的工作流量特性
（2）并联管道的工作流量特性
四、控制阀的选择
1、结构与特性的选择 2、气开式与气关式的选择 3、控制阀口径的选择
1、结构与特性的选择
2、气开式与气关式的选择
有压力信号时阀关，无压力信号时阀开的阀为气关式。 反之，为气开式。
3、控制阀口径的选择
1、
2、
3、
第三节 电动执行器
电动执行器接受来自调节器的直流电流信号,并 将其转换成相应的角位移或直行程位移,去操纵阀门、 挡板等调节机构，以实现自动调节。
第三节 电气转换器及阀门定位器
电-气转换器可以把电动变送器来的电信号变为气 信号,送到气动控制器或气动显示仪表;也可以把电动控 制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。
电-气转换器原理结构图
电气 阀 门 定 位 器
1- 喷嘴挡板； 2- 调零弹簧； 3- 负反馈波纹管； 4- 十字弹簧； 5- 正 反馈波纹管； 6- 杠杆； 7- 测量线圈； 8- 磁钢； 9- 铁芯； 10- 放大 器- 力矩马达; 2- 主杠杆; 3- 平衡弹簧; 4- 反馈凸轮支点; 5- 反馈凸轮; 6- 负杠杆; 7- 负杠杆支点; 8- 薄膜执行机构; 9- 反馈杆; 10- 滚轮; 11-
1、角行程电动执行机构
反作用
●气动薄膜式执行机构分类
有弹簧的薄膜执行机构 在薄膜或活塞上增加弹簧，使其行
程与气压成正比— —常用于连续变化量的控制。
无弹簧的薄膜执行机构，常用于开关方式控制。
2、气动活塞式执行机构
气动活塞式执行机构如图所 示。它由活塞和气缸两部分构成。 气缸内的活塞随气缸两侧的压差而 移动，在气缸两侧可分别输入不同 的信号p1和p2，其中可以有一个是 固定信号，或两个都是变动信号。
电动执行器的组成
电动执行器是由电动执行机构和控制机构两部分 组成。其中电动执行机构将控制仪表来的控制电信号 转换成力或力矩，进而输出一定的转角或位移；而控 制机构则是直接改变被控介质流量的装置。
电动执行机构根据其输出形式不同，主要有角行 程电动执行机构、直行程电动执行机构和多转式电 动执行机构。它们在电气原理方面基本上是相同的。
正作用： 阀芯向下，流通面积减少。 反作用： 阀芯向上，流通面积增大。
1、按照不同的使用要求，控制阀主要有以下几种:
（1）直通单座阀
阀体内有一个阀芯、一个阀座。其特点是结构简单，泄 漏量小，易于关闭，可将流体完全切断。由于单座阀只 有一个阀芯，流体流动时产生的单方向的不平衡力大， 尤其在高压差、大口径时，不平衡力更大。所以，它只 适用于低压差的场合。
有三个出入口与管道相连，按作用方式分为分流 式和合流式。分流阀是一进两出，合流阀是两进一 出。阀芯移动时，流体一路增加，另一路减小。但 总量不变。
（5）隔膜控制阀
采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。
（6）笼式阀
笼式阀的可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单， 套筒互换性好。特别适合于要求低噪音及压差较大的场合。 但不适合高温、高黏度及含固体颗粒的流体。
一、气动执行器的结构和分类
1、执行机构 2、控制机构
气动执行器是由执行机构和控 制机构(阀)两部分组成。执行机 构是执行器的推动装置，它按控 制信号压力的大小产生相应的推 力，推动控制机构动作，所以它 是将信号压力的大小转换成阀杆 位移的装置。控制机构是执行器 的控制部分，它直接与被控介质 接触，控制流体的流量。所以它 是将阀杆的位移转换为流过阀的 流量的装置
气动执行器：以气压为动力，推动机构动作。 电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构
动作。
液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）
高压为动力源，推动机构动作。
第一节、气动执行器
气动执行器(习惯称为气动调节阀)是用压缩空气为 能源,结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维 修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油 生产。
电动执行器的特点
与气动执行器相比较，电动执行器有下列特点。 ①由于工频电源取用方便，不需增添专门装置，特别 是执行器应用数量不太多的单位, 更为适宜; ②动作灵敏、精度较高、信号传输速度快、传输距离 可以很长，便于集中控制; ③在电源中断时，电动执行器能保持原位不动，不影 响主设备的安全; ④与电动控制仪表配合方便，安装接线简单; ⑤体积较大、成本较贵、结构复杂、维修麻烦，并只 能应用于防爆要求不太高的场合。
输入信号, 使电动机动作, 然后经减速器减速并转换为 直线位移输出，去操作单座、双座、三通等各种控制 阀和其他直线式调节机构，以实现自动调节的目的。
另外，还有一种多转式电动执行机构，它主要用来 开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门。 由于多转式 执行机构的电机功率比较大，最大有几十千瓦，一般 多用作就地操作和遥控场合。
气动活塞式执行机构的气缸操作压力允许为 500kPa，因为没有弹簧反作用力，所以有很大的输 出推力，特别适合于高静压、高压差的场合。
气动活塞式执行机构的输出特性有两位式和 比例式两种。两位式是根据活塞两侧的压差而工作 的，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端 位置移到另一个极端位置，行程一般为25~100mm。
化工仪表及自 动化
第五章 执行器
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器
执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分。
它的作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控
介质，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一
定的范围内。
执行器分类
根据动作能源的不同，执行器可以分为以下三类：
除薄膜式和活塞式之外，还有长行程 执行机构。它的行程长、转矩大，适用输 出转角（00~900）和力矩，如用于蝶阀或 风门的推动装置。
1、薄膜式执行机构
● 输入信号 空气压力：0.02~0.1MPa
● 输出 按连杆最大位移——行程确定规格： ❖10，16，25，40，60，100mm
● 气动薄膜式执行机构作用方式
（8）球阀
2、安装
a、安装前须检查产品型号、规格是否与使 用要求相符，然后将管道彻底清洗，去除焊渣、 杂物等。
b、将阀门正立、垂直安装在水平管道上， 不得已时可倾斜安装、阀自重量较大时或有振 动的场合，应予支撑和加固。
C、安装场地考虑到人员与设备的安全，既 便于操作，又有利于拆装与维修。
d、阀门应安装在环境温度为-30℃～60℃场 合使用 。
适用于低粘度、不含纤维、悬浮颗粒的洁净介质及高压差、 高静压且允许有泄漏的场合。
（3）角形阀
阀体为直角形，其他结构与直通单座阀相 似。其阀芯为单导向结构，只能正装。角形阀的 流路简单，阻力小，适用于高压差、高粘度、含 悬浮物和颗粒状物质流体的控制，可避免堵塞和 结焦，便于自净和清洗。
（4）三通阀
3、气动长行程执行机构
带定位器的长行程执行机构，用于控制蝶阀、风 门挡板等阀体，可输出0°~90°的转角。具有转矩大、 行程长（200~400mm）等特点。长行程机构基于力矩 平衡原理，与定位器配合工作。在输入信号pi的作用下， 使输出摇臂产生0°~90°的转角，而且转角与输入信 号之间成对应关系。可通过更换不同形状的反馈凸轮1， 来实现执行机构的不同特性。
（7）蝶阀（翻板阀）
蝶阀又称挡板阀或翻板阀，它由阀体、挡板、挡板轴和轴 封等部分组成，一般与长行程执行机构相配合，气压信号通过杠 杆带动挡板轴使挡板偏转，改变流通面积，从而改变流量。其特 点是阻力损失小，结构简单，价格低，使用寿命长，特别适用于 低压差、大口径、大流量气体及悬浮固体物质的流体的场合，但 泄漏量大。
（2）直通双座阀
阀体内有两个阀芯和阀座，流体从左侧进入，通过上、 下阀芯后，再汇合在一起，由右侧流出。由于流体流过的时 候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相 等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是，由于受加工的 限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时关严，因此泄漏量较 大。流通能力较大。
一、执行机构
执行器的推动装置。 薄膜执行机构：气 压推动薄膜并带动 连杆运动。 活塞执行机构：气 压推动活塞并带动 连杆运动。
其中薄膜式执行机构最为常用 ，它用作一般 控制阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器。它的 结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。
气动活塞式执行机构的推力较大，主要适用于 大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。
移动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小，称 为正装阀。
●作用 直接作用于对象，并使对象的运动（如流量）
发生变化。
由于被控对象千差万别，控制机构的形式也各 不相同，如调节阀、调压变压器、变速器、振动给 料机等等。
化工系统中最常用的控制机构为各种形式的控 制阀。
● 控制阀
控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。 由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间 的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质 的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数 的目的。
二、控制机构
控制机构亦称阀体，可与各种执行机构（气动、液 动、电动）配合构成执行器。它和普通阀门一样，也 是一个局部阻力可以变化的节流元件。在执行机构的 推杆作用下，阀芯在阀体内运动，改变了阀芯和阀座 之间的流通截面积，即改变了控制阀的阻力系数，使 被控介质的流量发生相应变化。
阀芯有正装和反装两种形式。当阀芯向下
反馈弹簧; 12- 调零弹簧; 13- 挡板; 14- 喷嘴; 15- 主杠杆支点
工作流量特性 （1）串联管道的工作流量特性 （2）并联管道的工作流量特性
1、控制阀理想流量特性
（1）直线流量特性
（2）等百分比流量特性
（3）抛物线流量特性 （4）快开特性
2、控制阀工作流量特性
（1）串联管道的工作流量特性
（2）并联管道的工作流量特性
四、控制阀的选择
1、结构与特性的选择 2、气开式与气关式的选择 3、控制阀口径的选择
1、结构与特性的选择
2、气开式与气关式的选择
有压力信号时阀关，无压力信号时阀开的阀为气关式。 反之，为气开式。
3、控制阀口径的选择
1、
2、
3、
第三节 电动执行器
电动执行器接受来自调节器的直流电流信号,并 将其转换成相应的角位移或直行程位移,去操纵阀门、 挡板等调节机构，以实现自动调节。
第三节 电气转换器及阀门定位器
电-气转换器可以把电动变送器来的电信号变为气 信号,送到气动控制器或气动显示仪表;也可以把电动控 制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。
电-气转换器原理结构图
电气 阀 门 定 位 器
1- 喷嘴挡板； 2- 调零弹簧； 3- 负反馈波纹管； 4- 十字弹簧； 5- 正 反馈波纹管； 6- 杠杆； 7- 测量线圈； 8- 磁钢； 9- 铁芯； 10- 放大 器- 力矩马达; 2- 主杠杆; 3- 平衡弹簧; 4- 反馈凸轮支点; 5- 反馈凸轮; 6- 负杠杆; 7- 负杠杆支点; 8- 薄膜执行机构; 9- 反馈杆; 10- 滚轮; 11-
1、角行程电动执行机构