过程控制装置 4执行器PPT课件
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过程控制与自动化仪表——执行器仪表_图文
快开流量特 积分 性阀加工最为简单 但不能用于调节阀 多用于开关阀
快开流量特性研究
阀门的工作流量特性
工作流量特性 在实际使用时,调节阀安装在管道上, 或者与其他设备串联,或者与旁路管道并联,因而调节 阀前后的压差是变化的。此时,调节阀的相对流量与阀 芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
并联管道的情况
克服调节阀的非线性
如果系统对调 节阀线性度的要求 比较高则可以采用 左图的处理方法,组 成流量调节子回路, 这时流量的大小是 由检测仪表来保证 的,在这种情况下调 节阀最好采用等百 分比阀.
调节阀的尺寸选择
2.调节阀尺寸的选择
令
C为调节阀的结构参数称为流通能力
机械效率较低，在小 流量时不宜使用
泵不容易超压 可以使用小口径高压 阀进行调节。
其他常用执行器介绍
c 调速控制法
效率高能耗小，适用 于流量大范围波动的场合 。
设备费用高。 被控制系统响应速度慢。
其他常用执行器介绍
d 离心风机的喘振
其他常用执行器介绍
管路特性
其他常用执行器介绍
2 液压系统
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。
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%
Q/Q100
s=1 L/Lmax
快开流量特性研究
开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快 就达到最大，故称为快开特性。适用于迅速启闭的切断阀或 双位控制系统。
其他常用执行器介绍
快开流量特性研究
阀门的工作流量特性
工作流量特性 在实际使用时,调节阀安装在管道上, 或者与其他设备串联,或者与旁路管道并联,因而调节 阀前后的压差是变化的。此时,调节阀的相对流量与阀 芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
并联管道的情况
克服调节阀的非线性
如果系统对调 节阀线性度的要求 比较高则可以采用 左图的处理方法,组 成流量调节子回路, 这时流量的大小是 由检测仪表来保证 的,在这种情况下调 节阀最好采用等百 分比阀.
调节阀的尺寸选择
2.调节阀尺寸的选择
令
C为调节阀的结构参数称为流通能力
机械效率较低，在小 流量时不宜使用
泵不容易超压 可以使用小口径高压 阀进行调节。
其他常用执行器介绍
c 调速控制法
效率高能耗小，适用 于流量大范围波动的场合 。
设备费用高。 被控制系统响应速度慢。
其他常用执行器介绍
d 离心风机的喘振
其他常用执行器介绍
管路特性
其他常用执行器介绍
2 液压系统
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。
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%
Q/Q100
s=1 L/Lmax
快开流量特性研究
开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快 就达到最大，故称为快开特性。适用于迅速启闭的切断阀或 双位控制系统。
其他常用执行器介绍
《过程控制》课件
感谢观看
THANKS
通过精确控制冶金过程中的各种参数，实现 高效、低耗、高质量的冶金生产。
详细描述
在冶金过程中，自动化控制系统通过对熔炼 、连铸、轧制等环节的温度、压力、流量、 成分等参数的监测和调节，实现高效、低耗 、高质量的生产。这有助于提高冶金产品的 质量和降低生产成本。
电力过程控制实例
总结词
通过自动化技术实现对电力生产过程的控制 ，确保电力供应的稳定和安全。
工业4.0与过程控制的融合发展
总结词
工业4.0强调的是数字化、智能化和互联化，与过程控制技术的融合将推动工业生产的进一步升级。
详细描述
工业4.0通过物联网、边缘计算等技术，实现设备间的互联互通和数据共享，为过程控制提供了更广阔的应用场 景。同时，工业4.0也促进了生产过程的自动化和智能化，提高了生产效率和产品质量。
工业网络与安全问题挑战
工业网络安全挑战
随着工业自动化和信息化的发展，工业控制系统越来 越多地通过网络进行数据交换和远程控制，这使得工 业控制系统面临网络安全威胁和攻击的挑战。
数据安全挑战
工业控制系统中的数据涉及到企业的核心机密和生产 安全，一旦泄露或被篡改，将给企业带来巨大的经济 损失和安全风险。
要点二
稳定性挑战
在某些情况下，控制系统可能受到外部干扰或内部参数变 化的影响，导致系统稳定性下降，甚至出现振荡或发散。
复杂过程与非线性系统挑战
复杂过程挑战
许多实际的过程控制系统具有非线性、时变、不确定性 和耦合等特性，这使得对系统的建模和战
非线性系统在控制过程中表现出复杂的动态行为，如跳 跃、分岔和混沌等，这使得传统的线性控制方法难以应 对。
化工过程控制实例
总结词
执行器精华版PPT课件
其他领域
总结词
除了上述领域外，执行器还广泛应用于 其他领域，如航空航天、交通运输、能 源等。
VS
详细描述
在航空航天领域中，执行器用于控制航天 器的姿态和轨道；在交通运输领域中，执 行器用于控制交通工具的运行状态；在能 源领域中，执行器用于控制能源的输送和 分配。总之，执行器在各个领域中都发挥 着重要的作用，是实现自动化和智能化控 制的关键部件之一。
执行器的发展历程
初期阶段
智能化阶段
早期的执行器主要采用机械传动方式， 结构复杂，精度低，可靠性差。
现代的执行器已经逐渐向智能化方向 发展，具有自诊断、自调整、自适应 等功能，能够更好地适应工业生产中 的各种复杂环境和要求。
发展阶段
随着电子技术和计算机技术的不断发 展，执行器的控制精度和可靠性得到 了显著提高，电动、气动、液动等各 种类型的执行器相继出现。
机器人领域
总结词
在机器人领域中，执行器是实现机器人运动的关键部件之一，主要用于驱动机器人的关节和执行特定 任务。
详细描述
机器人的运动需要依靠执行器来实现，执行器能够接收来自控制系统的指令，驱动机器人的关节进行 动作，从而实现机器人的各种运动。同时，执行器还可以根据机器人的任务需求进行定制和优化，例 如在工业机器人中使用的伺服电机、在服务机器人中使用的舵机等。
输出力是指执行器输出的机 械力，它决定了执行器能够
驱动的负载大小。
执行器的性能参数包括输出 力、行程、速度、精度等。
02
01
03
行程是指执行器输出的机械 运动范围，它决定了执行器
的控制范围。
速度是指执行器输出的机械 运动速度，它决定了执行器
的响应速度。
04
05
过程控制 4-2执行器
2．调节机构 调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变
的节流元件。
（1） 直通单座阀
（2） 直通双座阀
阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。
正装阀
反装阀
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积减小
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积增大
（3）角形控制阀
（4） 三通控制阀
（5）隔膜控制阀
采用耐腐蚀材料作隔膜，将 阀芯与流体隔开。
气动调节阀
执行器 控制电机
液动调节阀
自动控制系统方框图
+e
给定值 －
控制器
执行器
干扰f
被控对象
被控变量
实测值
测量变送器
3.4.1 气动调节阀
气动调节阀是由气压信号控制的阀门。
阀根位据流指体示力标学牌，对不可压
缩流体，在通过调节阀时
产生的压力损失与流体速
度之间关系为：
P v2
2
vQA
Q A 2 p1 p2
(4)从介质特点考虑
例： 选择蒸汽锅炉的控制
阀门时，为保证失控状态下 锅炉的安全：
给水阀应选气关式 燃气阀应选气开式
给水阀
蒸汽 燃气阀
•例：精馏塔塔釜加热蒸汽阀一般选气开阀
•但是若塔釜釜液是易结晶,易聚合的物料时,加热蒸汽阀应选气 关阀,以免调节阀失去能源时阀门闭合,停止蒸汽进入而导致釜 内液体结晶凝固.
解：Pm-Pr是管网入口压差，设配管S=0.5～0.7，
∆P=（0.5～0.7）×1.7×100kPa≈ 100kPa 80℃热水的密度ρ=971Kg/m3
代入
CQ
M
10 P Pm
盘管
Pr
得C≈31 ，取标准C=32在
第四章执行器
本节作业：P176：16、18、30
§4.3 执行器
本节主要内容:
气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合 ▲ 气动执行器 控制阀的流量特性
▲电动执行器
控制阀的选择（ ▲ 阀门气开、气关的选 择原则）
▲电气转换器及电气—阀门定位器
●执行器的分类 （按能源形式）
气动执行器： 结构简单、动作可靠、平稳、输出 推力大、 （最常用） 维修方便、防火防爆、价格低廉
①执行机构
气动执行器
薄膜式：结构简单，价格便宜，维修
方便，应用广泛。中小口径（薄膜
20-100kPa）
活塞式：适用于大口径，高静压、高压差的控制
阀或蝶阀的推动装置。（汽缸0.5MPa） 行程规格：25-100mm 带阀门定位器，适合控制质量高的系统
长行程：适 矩用 的于 场输 合出 ，转 如角 用（ 于蝶0°阀～或9风0°门）的和推有力力装
使用场合
结构简单、泄漏量 小、易于保证关闭、 流体对阀芯上、下
小口径、低 压差
的推力不平衡
不平衡力小、泄漏 最为常用 量大、
流路简单、阻力较 小
现场管道要求直 角联接、高压差、 介质粘度大、含 有少量悬浮物和 颗粒状固体
有三个出入口与工 艺管道联接，可组 成分流与合流两种 型式
配比控制或旁路 控制
各种控制阀的结构、特点及使用场合
d( Q )
Qm ax k ( Q )1
d( l )
Qm ax
L
五 控制阀的工作流量特性 对理想流量特性的影响？ ①串联管道的工作流量特性
△P=△P1+△PV 阀权度 S= △PV（全开）
△P
S=1时，是理想特性 工作时S＜1，一般S选0.3～0.5
§4.3 执行器
本节主要内容:
气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合 ▲ 气动执行器 控制阀的流量特性
▲电动执行器
控制阀的选择（ ▲ 阀门气开、气关的选 择原则）
▲电气转换器及电气—阀门定位器
●执行器的分类 （按能源形式）
气动执行器： 结构简单、动作可靠、平稳、输出 推力大、 （最常用） 维修方便、防火防爆、价格低廉
①执行机构
气动执行器
薄膜式：结构简单，价格便宜，维修
方便，应用广泛。中小口径（薄膜
20-100kPa）
活塞式：适用于大口径，高静压、高压差的控制
阀或蝶阀的推动装置。（汽缸0.5MPa） 行程规格：25-100mm 带阀门定位器，适合控制质量高的系统
长行程：适 矩用 的于 场输 合出 ，转 如角 用（ 于蝶0°阀～或9风0°门）的和推有力力装
使用场合
结构简单、泄漏量 小、易于保证关闭、 流体对阀芯上、下
小口径、低 压差
的推力不平衡
不平衡力小、泄漏 最为常用 量大、
流路简单、阻力较 小
现场管道要求直 角联接、高压差、 介质粘度大、含 有少量悬浮物和 颗粒状固体
有三个出入口与工 艺管道联接，可组 成分流与合流两种 型式
配比控制或旁路 控制
各种控制阀的结构、特点及使用场合
d( Q )
Qm ax k ( Q )1
d( l )
Qm ax
L
五 控制阀的工作流量特性 对理想流量特性的影响？ ①串联管道的工作流量特性
△P=△P1+△PV 阀权度 S= △PV（全开）
△P
S=1时，是理想特性 工作时S＜1，一般S选0.3～0.5
过程控制仪表及装置PPT课件
抛物线流量特性 3.3 7.3 12 18 26 35 45 57 70 84 100
当相对位移1变00化 0时， 所引起的相对流量的变化量为：
(1R 1)(L l)9.6700 所引起的相对流量的变化率为（以下面几点为例）：
相对 10 0 时 0位 2 .1 7 2 移 1 3 1 30 为 0 0 7 0 0 0 5 相对 50 0 时 0位 6 .3 5 1 . 移 7 5 1 .7 1 1为 0 0 0 1 0 0 0 9 相对 80 0 时 0位 9 .3 8 0 移 .6 8 0 .6 0 1为 0 0 0 1 0 0 01 [说明]：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量
模拟式：传输信号为连续变化的模拟量 基地式、单元组合式、组建组装式
数字式：传输信号为断续变化的数字量 以微型计算机为核心，功能完善、性能优越
供应基地式气动液位 指示调节仪
供应基地式气动温度 指示调节仪
根据动力能源形式的不同，分三大类： 气动执行仪表：（以压缩空气为能源） 特点：结构简单，维修方便，价格便宜，防火防爆。
2 调节机构（调节阀） 局部阻力可变的节流元件
a 分类
大口径的调节阀 一般选用双座阀，其 所需推力较小，动作 灵活，但泄漏较大。
小口径的调节阀 一般选用单座阀，其 泄漏较小。
电动Ｖ型球阀 直行程电动套筒调节阀 电动调节蝶阀
电动三通合流(分流) 调节阀
气动蝶阀
三通球阀
b 流通能力C
调节阀全开，阀差前为 0后 .1M压 P、 a 流体 重量1为 g/cm3时，每小时通过流阀体门流的量 单位 m3或kg。
电动执行仪表：（以电为能源） 优点：能源取用方便，信号传输速度快，传输距离远， 便于信号处理。 缺点：结构复杂，推力小，不太适用于防爆场合（Ⅲ型 仪表已采用了安全防爆措施）。
过程控制装置
第四章 过程控制装置
• 变送器 • 调整器 • 运算器——乘除器、开方器、积算仪 • 执行器——气动执行器
执行器接受来自调整器旳控制信号，由执行机构将其转换成相 应旳角位移或直线位移，去操纵调整机构（调整阀），变化控制量， 使被控变量符合预期要求。
4.4执行器
关键点：
气开、气关 阀（芯）构造及其特点 流量系数 Kv 可调比R 流量特征 （要点2种） 阀门定位器（了解） 执行器旳简朴计算 安装
也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时 易发生振荡。
5. 角形阀还合用于工艺管道直角形配管旳场合。
常用调整阀构造示意图及特点——三通调整阀
合流三通调整阀
三通调整阀：
1. 阀体有三个接管口，合用于三个方向流体旳
管路控制系统，大多用于热互换器旳温度调 整、配比调整和旁路调整。
2. 在使用中应注意流体温差不宜过大，一般不
执行器在自控系统中旳作用：接受调整器（计算机）输出旳控制信号， 使调整阀旳开度产生相应变化，从而到达 调整操作变量流量旳目旳。
执行器是控制系统必不可少旳环节。 执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最单薄旳环节 原因：执行器与介质（操作变量）直接接触
(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压
气源 PO
气源PO
气动执行机构旳动态特征为一阶滞后环节。其时间常数旳大小与薄 膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。
气动活塞式执行机构基本构造和工作原理
基本部件：活塞和气缸
P1
活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动
两侧能够分别输入一种固定信号和一种 变动信号，或两侧都输入变动信号。
大旳特点。
它合用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高旳洁 净介质场合，不合用于高粘度和含纤维旳场合。
• 变送器 • 调整器 • 运算器——乘除器、开方器、积算仪 • 执行器——气动执行器
执行器接受来自调整器旳控制信号，由执行机构将其转换成相 应旳角位移或直线位移，去操纵调整机构（调整阀），变化控制量， 使被控变量符合预期要求。
4.4执行器
关键点：
气开、气关 阀（芯）构造及其特点 流量系数 Kv 可调比R 流量特征 （要点2种） 阀门定位器（了解） 执行器旳简朴计算 安装
也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时 易发生振荡。
5. 角形阀还合用于工艺管道直角形配管旳场合。
常用调整阀构造示意图及特点——三通调整阀
合流三通调整阀
三通调整阀：
1. 阀体有三个接管口，合用于三个方向流体旳
管路控制系统，大多用于热互换器旳温度调 整、配比调整和旁路调整。
2. 在使用中应注意流体温差不宜过大，一般不
执行器在自控系统中旳作用：接受调整器（计算机）输出旳控制信号， 使调整阀旳开度产生相应变化，从而到达 调整操作变量流量旳目旳。
执行器是控制系统必不可少旳环节。 执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最单薄旳环节 原因：执行器与介质（操作变量）直接接触
(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压
气源 PO
气源PO
气动执行机构旳动态特征为一阶滞后环节。其时间常数旳大小与薄 膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。
气动活塞式执行机构基本构造和工作原理
基本部件：活塞和气缸
P1
活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动
两侧能够分别输入一种固定信号和一种 变动信号，或两侧都输入变动信号。
大旳特点。
它合用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高旳洁 净介质场合，不合用于高粘度和含纤维旳场合。
过程装备控制技术及应用第1章ppt课件
人工控制与自动控制的比较
9
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
控制系统的组成
1.被控对象
工艺变量需要控制的生产设备或机器。
2.测量元件及变送器
测量需要控制的工艺参数并将其转化为 一种特定信号（电流信号或气压信号） 的仪器。
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统
定值控制系统的给定值是恒定不变的。
13
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
②随动控制系统
随动控制系统的给定值是一个不断变化的信号，而且 这种变化不是预先定好的，即给定值得变化是随机的。
y
测量变送器 图1-5 反馈控制系统方框
20
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
②前馈控制系统
f
前馈补偿器
测量变送器
扰动通道
调节阀
m
y 2
调节通道 y 1
y
被控对象
图1-6 前馈控制系统方框图
如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同14。
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
闭环控制
2.按系统输出信号对操纵变量影响划分
开环控制
①闭环控制 系统输出信号的改变会返回影响操纵变量，即操纵变
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第四章
一、概述 二、气动执行器 三、电动执行器 四、现场总线执行器
一、概 述
执行器在自动调节和控制系统中起着十分重要的作 用，它直接实施控制动作。就好象人的五官是变送 器，大脑是调节器，而手就是执行器。
功能分为两个部分：执行机构与调节机构
指标
精度、输出力、抗干扰、防爆、多种环境的适能力
1.执行器的发展概况
L A p K
（5.1）
100% 反行程
其中A为波纹膜片的有效面积，K 为弹簧的刚度。推杆受压移动使 弹簧受压。
正行程
0 2 Po(×10kP) 10 12 图5.2.2 气动薄膜执行机构输入输出特性
2.调节阀
① 阀芯形式
调节阀的阀芯有直行程阀芯与角行程阀芯。 常见的直行程阀芯形式有：
平板形阀芯 具快开特性，可作两位控制 柱塞形阀芯 可上下倒装以实现正反调节作用 窗口形阀芯 有合流型与分流型，适宜作三通阀 多级阀芯 将几个阀芯串接，起逐级降压作用
气动执行器
结构简单、安全可靠、输出力大、价 格便宜、本质安全防爆
电动执行器
信号传输速度快、灵敏度和精度较高、 安装接线简单。但缺点是应用结构较复 杂、输出力小、不能变速、流量特性由 调节机构确定
智能电动执行器 DCS控制、流量特性的补偿、自诊断
功能、可变速
智能执行器
基于现场总线控制，增加了多参数检测控制 、电气一体化结构、更完善的组态功能
量，设
s P1min P
100% q
△P2 △P1 △P2
a)串联管道模型
100%
q/qmax
图5.2.7b、c分别示出串联
管道以qmax 和q100为参比值
q/q100
s=1 100%
s=0.75 s=0.5
q/qmax
s=0.2 s=0.1 s=0.05
l/L 100% s=0s.=10.5
s=1
qmax
图5.2.8b 示出并联管道在不同x值时的工作流量特性。
q1 q q2
△P
100%
x=0.2 x=0.5 x=0.8
a)并联管道模型
l/L b)线性
q/qmax q/qmax
100%
x=0.2 x=0.5
x=0.8
100%
l/L 100% )等百分比
③ 调节阀
调节阀的特性口径为A（cm2）的调节阀，流体密度ρ（kg/m3） ，在前后压差为△P（kPa）时，流过的流体流量qc（m3/h）为
qc
16.1
A
P
（5.2）
其中ξ为调节阀阻力系数，与阀门结构形式、开度和流体 的性质有关。上式中，A一定，△P和ρ不变的情况下，流量 q仅随阻力系数ξ变化。即，阀的开度增加，阻力系数ξ减小 ，流量随之增大。调节阀就是通过改变阀芯行程调节阻力系 数ξ，来实现流量调节的。
2.执行器的分类与构成
控制器的动作是由调节器的输出信号 (电信号或气信号) 通过各种执行机构来实现
自控系统中，为使执行机构的输出满足一定精度 的要求，在控制原理上常采用负反馈闭环控制系 统
在应用气动执行机构的场合下
精度不高 采用电─气转换器和气动执行机构配套 ，开环控制系统。
精度较高，采用电─气阀门定位器和气动执行机构 相配套，利用负反馈的工作原理。
如图5.2.6所示的各种调节阀，其特性都不过零，即都有泄 漏，为此，常接入截止阀。
2. 调节阀的工作流量特性 1)串联管道时的工作流量特性
如图5.2.7a所示，系统的总压差△P等于调节阀的压差△P1与其它 压差△P2之和，即
△P = △P1+△P2
（5.4）
设qmax为管道阻力为零时 调节阀全开流量；q100为存 在管道阻力时调节阀全开流
1. 调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的相对流量q/qmax与相对 位移（即阀芯的相对开度）l/L之间的关系。即
q f(l)
qmax
L
(5.3)
Q/Qmax(%)
1
1 快开 2 直线 3 抛物线 4 等百分比
2 3'
3 4
l/L(%)
流量特性
图5.2.6 理想流量特性
由于调节阀开度变化时，阀前后的压差△P也会变，从 而流量q也会变。为分析方便，称阀前后的压差不随阀 的开度变化的流量特性为理想流量特性；阀前后的压差 随阀的开度变化的流量特性为工作流量特性。
100%
q/q100 s=0.1
s=1 s=0.8 s=0.65 s=0.2 s=0.1
l/L 100%
s=0s.5=1
时的工作流量特性
l/L 100% b)线性
l/L 100% )等百分比
图5.2.7 串联管道时调节阀的工作流量特性
2) 并联管道时的工作流量特性
如图5.2.8a所示，系统的总流量q等于调节阀流量q1与旁路流 量q2之和，即q = q1 + q2，设 x q1max
因此，目前在自控系统中应用的气动调节阀绝大多 数都和阀门定位器配套使用。
二、气动执行器
气动执行器又称气动调节阀，由气动执行机构与调 节阀构成
1.气动执行器机构
常见的气动执行机构有薄膜式和活塞式两大类
薄膜式适用于输出力较小、精度较高的场合； 活塞式适用于输出力较大的场合
气动薄膜执行机构输出的位移L与信号压力p的关系为
角行程阀芯通过阀芯的旋转运动改变其与阀座间的流通截面。
常见的角行程阀芯形式有：偏心旋转阀芯、蝶形阀芯、球形阀
芯
② 调节阀的结构形式
根据不同的使用要求，调节阀的结构形式有很多
直通单座调节阀 直通双座调节阀 三通阀 角形阀 蝶阀
偏心旋转阀
套筒式调节阀
根据流体通过调节阀时对阀芯 的作用方向，分为流开阀与流 闭阀
如图5.2.6所示，不同的阀芯形状，具有不同的理想流量特 性：
直线流量特性：虽为线性，但小开度时流量相对变化值 大，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡；大开度时，流 量相对变化值小、灵敏度低、调节作用弱、调节缓慢。
等百分比流量特性：放大倍数随流量增大而增大，所以， 开度较小时，调节缓和平稳；大开度时调节灵敏、有效。
抛物线流量特性：在抛物线流量特性中，有一种修正抛 物线流量特性，如图5.2.6中虚线所示。这是为了弥补直线特 性在小开度时调节性能差的特点，在抛物线特性基础上衍 生出的。它在相对位移30%及相对流量20%以下为抛物线特 性，在此以上范围为线性特性。
快开流量特性：快开特性的阀芯是平板型的。它的有效 位移一般是阀座的1/4，位移再大时，阀的流通面积就不再 增大，失去了调节作用。快开阀适用于迅速启闭的切断阀 或双位调节系统。
一、概述 二、气动执行器 三、电动执行器 四、现场总线执行器
一、概 述
执行器在自动调节和控制系统中起着十分重要的作 用，它直接实施控制动作。就好象人的五官是变送 器，大脑是调节器，而手就是执行器。
功能分为两个部分：执行机构与调节机构
指标
精度、输出力、抗干扰、防爆、多种环境的适能力
1.执行器的发展概况
L A p K
（5.1）
100% 反行程
其中A为波纹膜片的有效面积，K 为弹簧的刚度。推杆受压移动使 弹簧受压。
正行程
0 2 Po(×10kP) 10 12 图5.2.2 气动薄膜执行机构输入输出特性
2.调节阀
① 阀芯形式
调节阀的阀芯有直行程阀芯与角行程阀芯。 常见的直行程阀芯形式有：
平板形阀芯 具快开特性，可作两位控制 柱塞形阀芯 可上下倒装以实现正反调节作用 窗口形阀芯 有合流型与分流型，适宜作三通阀 多级阀芯 将几个阀芯串接，起逐级降压作用
气动执行器
结构简单、安全可靠、输出力大、价 格便宜、本质安全防爆
电动执行器
信号传输速度快、灵敏度和精度较高、 安装接线简单。但缺点是应用结构较复 杂、输出力小、不能变速、流量特性由 调节机构确定
智能电动执行器 DCS控制、流量特性的补偿、自诊断
功能、可变速
智能执行器
基于现场总线控制，增加了多参数检测控制 、电气一体化结构、更完善的组态功能
量，设
s P1min P
100% q
△P2 △P1 △P2
a)串联管道模型
100%
q/qmax
图5.2.7b、c分别示出串联
管道以qmax 和q100为参比值
q/q100
s=1 100%
s=0.75 s=0.5
q/qmax
s=0.2 s=0.1 s=0.05
l/L 100% s=0s.=10.5
s=1
qmax
图5.2.8b 示出并联管道在不同x值时的工作流量特性。
q1 q q2
△P
100%
x=0.2 x=0.5 x=0.8
a)并联管道模型
l/L b)线性
q/qmax q/qmax
100%
x=0.2 x=0.5
x=0.8
100%
l/L 100% )等百分比
③ 调节阀
调节阀的特性口径为A（cm2）的调节阀，流体密度ρ（kg/m3） ，在前后压差为△P（kPa）时，流过的流体流量qc（m3/h）为
qc
16.1
A
P
（5.2）
其中ξ为调节阀阻力系数，与阀门结构形式、开度和流体 的性质有关。上式中，A一定，△P和ρ不变的情况下，流量 q仅随阻力系数ξ变化。即，阀的开度增加，阻力系数ξ减小 ，流量随之增大。调节阀就是通过改变阀芯行程调节阻力系 数ξ，来实现流量调节的。
2.执行器的分类与构成
控制器的动作是由调节器的输出信号 (电信号或气信号) 通过各种执行机构来实现
自控系统中，为使执行机构的输出满足一定精度 的要求，在控制原理上常采用负反馈闭环控制系 统
在应用气动执行机构的场合下
精度不高 采用电─气转换器和气动执行机构配套 ，开环控制系统。
精度较高，采用电─气阀门定位器和气动执行机构 相配套，利用负反馈的工作原理。
如图5.2.6所示的各种调节阀，其特性都不过零，即都有泄 漏，为此，常接入截止阀。
2. 调节阀的工作流量特性 1)串联管道时的工作流量特性
如图5.2.7a所示，系统的总压差△P等于调节阀的压差△P1与其它 压差△P2之和，即
△P = △P1+△P2
（5.4）
设qmax为管道阻力为零时 调节阀全开流量；q100为存 在管道阻力时调节阀全开流
1. 调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的相对流量q/qmax与相对 位移（即阀芯的相对开度）l/L之间的关系。即
q f(l)
qmax
L
(5.3)
Q/Qmax(%)
1
1 快开 2 直线 3 抛物线 4 等百分比
2 3'
3 4
l/L(%)
流量特性
图5.2.6 理想流量特性
由于调节阀开度变化时，阀前后的压差△P也会变，从 而流量q也会变。为分析方便，称阀前后的压差不随阀 的开度变化的流量特性为理想流量特性；阀前后的压差 随阀的开度变化的流量特性为工作流量特性。
100%
q/q100 s=0.1
s=1 s=0.8 s=0.65 s=0.2 s=0.1
l/L 100%
s=0s.5=1
时的工作流量特性
l/L 100% b)线性
l/L 100% )等百分比
图5.2.7 串联管道时调节阀的工作流量特性
2) 并联管道时的工作流量特性
如图5.2.8a所示，系统的总流量q等于调节阀流量q1与旁路流 量q2之和，即q = q1 + q2，设 x q1max
因此，目前在自控系统中应用的气动调节阀绝大多 数都和阀门定位器配套使用。
二、气动执行器
气动执行器又称气动调节阀，由气动执行机构与调 节阀构成
1.气动执行器机构
常见的气动执行机构有薄膜式和活塞式两大类
薄膜式适用于输出力较小、精度较高的场合； 活塞式适用于输出力较大的场合
气动薄膜执行机构输出的位移L与信号压力p的关系为
角行程阀芯通过阀芯的旋转运动改变其与阀座间的流通截面。
常见的角行程阀芯形式有：偏心旋转阀芯、蝶形阀芯、球形阀
芯
② 调节阀的结构形式
根据不同的使用要求，调节阀的结构形式有很多
直通单座调节阀 直通双座调节阀 三通阀 角形阀 蝶阀
偏心旋转阀
套筒式调节阀
根据流体通过调节阀时对阀芯 的作用方向，分为流开阀与流 闭阀
如图5.2.6所示，不同的阀芯形状，具有不同的理想流量特 性：
直线流量特性：虽为线性，但小开度时流量相对变化值 大，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡；大开度时，流 量相对变化值小、灵敏度低、调节作用弱、调节缓慢。
等百分比流量特性：放大倍数随流量增大而增大，所以， 开度较小时，调节缓和平稳；大开度时调节灵敏、有效。
抛物线流量特性：在抛物线流量特性中，有一种修正抛 物线流量特性，如图5.2.6中虚线所示。这是为了弥补直线特 性在小开度时调节性能差的特点，在抛物线特性基础上衍 生出的。它在相对位移30%及相对流量20%以下为抛物线特 性，在此以上范围为线性特性。
快开流量特性：快开特性的阀芯是平板型的。它的有效 位移一般是阀座的1/4，位移再大时，阀的流通面积就不再 增大，失去了调节作用。快开阀适用于迅速启闭的切断阀 或双位调节系统。