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1、资料：执行器执行器在自动控制系统中的作用是接受来自控制器的信号，由执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构（控制阀），从而达到控制流量的目的。第一节：多种多样的执行器执行器又称控制阀，图4-1和图4-2为不同类型的电动控制阀。除了电动执行器，较为常用的还有气动执行器如图4-3。这是按照执行器所使用的能源来进行分类的。图4-1 电动单座控制阀 ：电动执行机构接受420m A/412m A/1220m A/05V/15V等控制信号，改变阀门的开度，同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统，实现对压力、温度、流量、液位等参数的调节。图4-2 新型电动三通球阀：此系列产品是由精小型电动执
2、行器与三通不锈钢球阀组合而成，是一种旋转类切断调节自控阀门，具有关闭严密，结构紧凑，重量轻，维修方便等优点。可实现介质流向切换，也可使三个通道相互连通，同时也可关闭任一通道，是另外两个通道连通，灵活控制管道中的介质的合流或分流系统。 图4-3：气动执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力和位移，推动调节机构动作。调节机构简称为阀，是执行器的调节部分，在执行机构的作用下，调节机构的阀芯产生位移，即执行器的开度发生变化，从而直接调节被控介质的流量。 如图4-4气动执行器的结构所示，执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是执行器的推动装
3、置，它根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力和位移，推动调节机构动作。调节机构简称为阀，是执行器的调节部分，在执行机构的作用下，调节机构的阀芯产生位移，即执行器的开度发生变化，从而直接调节被控介质的流量。在电动执行器中执行机构和调节机构基本是可分的两个部件，在气动执行器中两者是不可分的，是统一的整体。 图4-4图4-4补充图例第二节： 调节机构控制阀的产品种类很多，结构多种多样，而且还在不断地更新和变化。一般来说，阀是通用的，既可以和气动执行机构匹配，也可以和电动执行机构或其他执行机构（如：液动执行机构）匹配。阀由阀体上阀盖组件、下阀盖和阀内组件组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函。阀内件是指
4、与流体接触并可拆卸的，起到改变节流面积和节流件导向等作用的零件的总称，例如阀芯、阀座、阀杆、套筒、导向套等。一、 调节机构的阀体类型根据结构和用途分类，阀的基本形式有直通单座阀（见图4-5）、直通双座阀（见图4-6）、蝶阀（见图4-7）、三通阀（见图4-8）等；图4-5 直通单座控制阀：阀体内有一个阀芯和阀座，由阀杆带动阀芯上、下移动来改变流过阀的流量。 图4-5 直通双座控制阀：阀体内有2个阀芯、阀座。流体从左侧流入，从右侧流出。 图4-7 蝶阀：又称翻板阀，阀板在阀体内旋转角度不同，则导致阀的流通面积不同，从而调节流量。 图4-8：阀体上有三个通道与管道相连； 第三节：执行机构的介绍一、
5、气动执行机构气动执行器采用气动执行机构。气动执行器具有结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆等优点，在工业生产中被广泛应用，特别是在石油、化工等生产过程。气动执行机构接受电/气转换器（或电/气阀门定位器）输出的气压信号，并将其转换成相应的推杆直线位移，以推动调节机构动作。气动执行机构有薄膜式、活塞式和长行程式三种类型。执行机构有正作用和反作用两种作用方式。输入信号增加，执行机构推杆向下运动，称为正作用；输入信号增加，执行机构推杆向上运动，称为反作用。二、 电动执行机构电动执行器采用电动执行机构。电动执行器具有动作较快、适于远距离的信号传送、能源获取方便等优点；其缺点
6、是价格较贵，一般只适用于防爆要求不高的场合。但由于其使用方便，特别是智能式电动执行机构的面世，使得电动执行器在工业生产中得到越来越广泛的应用。电动执行机构接受420mA DC的输入信号，并将其转换成相应的输出力和直线位移或输出力矩和角位移，以推动调节机构动作。电动执行机构主要分为两大类：直行程和角形程。角形程式执行机构又可分为单转式和多转式。单转式输出的角位移一般小于360度，通常简称角行程式执行机构；多转式的角位移超过360度，可达数圈，所以称为多转式电动执行机构，它和闸门等多转式调节机构配套使用。三、 阀门定位器阀门定位器与气动控制阀配套使用，是气动控制阀的主要附件。阀门定位器功能如下图所
7、示，它接受控制器的输出信号，然后成比例地输出信号至执行机构，使阀杆产生位移，其位移量通过机械装置反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，控制阀的开度与控制信号相对应。阀门定位器与气动执行机构构成的是一个负反馈系统，所以阀门定位器可以提高执行机构的线性度，实现准确定位，并可以改变执行机构的特性，从而可以改变整个执行器的特性。阀门定位器可以采用更高的气源压力，可增大执行机构的输出力，克服阀杆的摩擦力，消除不平衡力的影响和加快阀杆移动的速度。阀门定位器与执行机构安装在一起，可减少控制信号传输滞后。阀门定位器按结构形式可分为气动阀门定位器、电/气阀门定位器和智能阀门定位
8、器。气动阀门定位器直接接受气动信号。电/气阀门定位器接受420m A的直流电流信号，用以控制气动薄膜式或气动活塞式控制阀。它能够起到电/气转换器和气动阀门定位器两种作用。下面以电气阀门定位器为例介绍阀门定位器的结构及原理。如图4-13所示，电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。当输入电流I0通入永久磁钢1中线圈时，线圈受永久磁钢作用，对主杠杆2产生一个向左的力，使主杠杆绕支点15逆时针偏转，固定在主杠杆上的挡板靠近喷嘴13，使放大器14背压升高，经放大后输出气压也随之升高。此输出作用在气动执行机构8的薄膜气室，使阀杆向下运动。阀杆的位移通过反馈杆9绕支点4偏转，反馈凸轮5也跟着逆时针偏转，通过
9、滚轮10使副杠杆6绕支点7顺时针偏转，从而使反馈弹簧11拉伸，反馈弹簧产生反馈力矩使主杠杆顺时针偏转，当反馈力矩与电磁力矩相平衡时，阀门定位器就达到平衡状态。此时，阀杆就稳定在某一位置，从而实现了阀杆位移与输入信号电流成正比关系。第四节：控制阀的作用方式与流量特性一、 控制阀的作用方式执行机构有正作用和反作用之分。当信号压力增加时推杆向下动作的执行机构成为正作用执行机构；反之，当信号压力增加时推杆向上动作的执行机构称为反作用执行机构。阀有正装和反装两种类型，当阀芯向下移动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小，称为正装，反之为反装。把执行机构的正、反作用和阀的正、反作用组合起来，可以实现4种组合方式
10、，从而得到控制阀的气开和气关两种形式。如图4-14所示，图中a，b的执行机构都采用正作用方式，通过阀芯的正反装实现气开和气关。c，d为反作用执行机构，同样与阀芯正反装组合实现气开和气关。图4-14 气动控制阀组合方式图二、 流量特性控制阀的流量特性是指介质流过控制阀的相对流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系。即Q/Qmax=f(l/L)式中：Q/Qmax-相对流量，控制阀在某一开度流量Q与全开度流量Qmax之比；l/L-相对位移，控制阀某一开度阀芯位移l与全开度阀芯位移L之比。由于控制阀开度变化的同时，阀前后的压差也会发生变化，而压差变化又将引起流量的变化。为了便于分析，将流量特性分为理
11、想流量特性和实际流量特性。理想流量特性又称固有流量特性，是指控制阀前后压差一定时的流量特性。理想流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种，如图4-15a，b所示。1， 直线流量特性直线流量特性控制阀的放大倍数虽是常数，但其流量相对变化值是不同的。小开度时，流量相对变化值大，而开度大时，流量相对变化值小。因此，直线阀在小开度时，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡；在大开度时，灵敏度低，调节作用弱，调节缓慢。2， 等百分比流量特性（对数流量特性）等百分比流量特性曲线的斜率随着流量增大而增大，即它的放大系数随流量增大而增大。但流量相对变化值是相等的，即流量变化的百分比是相等的。因此，具有
12、等百分比特性的控制阀，在小开度时，放大系数小，调节缓和平稳；在大开度时，放大系数大，调节灵敏、有效。3， 抛物线流量特性相对流量与相对位移之间为抛物线关系，它介于直线和对数特性曲线之间。4， 快开流量特性快开流量特性在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快达到最大，此后再增大开度，流量变化很小，所以称为快开特性。在实际生产中，控制阀前后的压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。因为控制阀总是与工艺设备、管道等串联或并联使用，控制阀前后压差因阻力损失变化而变化，致使理想流量特性畸变成工作流量特性。第五节 控制阀的选择和安装执行器是自动控制系统的终端控制元件之一，对系统的工作好
13、坏影响很大。执行器的选择一般应考虑以下三个方面；a 执行器的结构形式；b 控制阀的流量特性；c 控制阀的口径；执行结构的选择；对于气动执行机构来说，薄膜执行机构的输出力通常都能满足控制阀的要求，所有大多数情况下选用它。但当所选用的控制阀口径较大或压差较高时，要求执行机构有较大的输出力，此时可考虑选用活塞式执行机构，当然也可选用薄膜执行机构再配上阀门定位器。在选用气动执行器时，还必须考虑气动执行器的作用方式。从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用。所谓气开阀，在有信号压力输入时阀打开，无信号时阀全关；而气关阀，在有信号压力输入时阀关闭，无信号时阀全开。气开、气关阀的选择应从工艺生产的
14、安全要求出发，考虑原则是：信号中断时，应保证设备和操作人员的安全。由于执行机构有正反两种作用方式，调节机构也有正装和反装两种方式，因此实现气动执行器的气开和气关时有四种组合方式，如图4-14所示。2，调节机构的选择生产过程中，被控介质的特性各不相同，有高压的，高粘度的，强腐蚀的；流体的流动状态也不同，有的流量小，有的流量大；有的是分流，有的是合流。因此，必须根据流体性质，工艺条件和控制要求，并参照各种阀门结构的特点进行综合考虑，同时兼顾经济性来确定合适的调节机构。思考题1， 控制阀由那几部分构成？各部分的作用是什么？2， 叙述直通单座控制阀的特点及应用场合。3， 三通控制阀有那两种结构？各用于哪种场合？4， 有人认为控制阀的气开和气关就是正反作用，这样理解对吗？为什么？
