第六章 执行器

边界条件： 边界条件：
l = 0时，Q = Qmin，且
l = L时，Q = Qmax
Qmax =R Qmin
( −1) Q =R L Qmax
l
仍以上面三点为例，计算其相对流量的变化率： 仍以上面三点为例，计算其相对流量的变化率：
6.58 − 4.67 × 100 0 0 = 40 0 0 4.67 25.6 − 18.3 0 时 在50 0 × 100 0 0 = 40 0 0 18.3 71.2 − 50.8 0 时 在80 0 × 100 0 0 = 40 0 0 50.8 特点：阀芯位移变化量相同时，对应的流量变化量不同； 特点：阀芯位移变化量相同时，对应的流量变化量不同； 在10 0 0 时
反作用（ZMB）:当输入气压信号增加时，执行机构的阀杆向上移动； 向上移动 ZMB） 当输入气压信号增加时，执行机构的阀杆向上移动；
2 调节机构（调节阀） 调节机构（调节阀）
见教材
局部阻力可变的节流元件 a 分类
通过改变阀心与阀座间的流通面积， 通过改变阀心与阀座间的流通面积，改变被测介质的流量
大口径的调节阀 一般选用双座阀， 一般选用双座阀，其 所需推力较小， 所需推力较小，动作 灵活，但泄漏较大。 灵活，但泄漏较大。 小口径的调节阀 一般选用单座阀， 一般选用单座阀，其 泄漏较小。 泄漏较小。
当相对位移变化10 0 0 时， 所引起的相对流量的变 化量为： 1 l (1 − ) ⋅ ∆ ( ) = 9.67 0 0 R L 所引起的相对流量的变化率为（以下面几点为例）： 所引起的相对流量的变化率为（以下面几点为例）： 22.7 − 13 在10 0 0 时 × 100 0 0 = 75 0 0 13 61.3 − 51.7 0 时 在50 0 × 100 0 0 = 19 0 0 51.7 90.3 − 80.6 0 时 在80 0 × 100 0 0 = 11 0 0 80.6 说明] 直线流量特性调节阀在小开度工作时， [说明]：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量
其中： 其中：
p — 气动调节器的输出压力 信号； A — 膜片的有效面积； K — 弹簧的弹性系数； L — 阀杆的位移。 A ∴ L= p K 即 L∝ p
气动执行机构的正作用和反作用： 气动执行机构的正作用和反作用： 正作用（ZMA）:当输入气压信号增加时，执行机构的阀杆向下移动； 向下移动 正作用（ZMA） 当输入气压信号增加时，执行机构的阀杆向下移动；
蝶阀
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（7）球阀 节流元件是带圆孔的球形体（A）或是一种V形缺 口球形体（B）。 特点 （A）转动球体可起到控制和切断的作用 （B）转动球心使V形缺口起节流和剪切的作用,其 特性近似于等百分比型。
（A）
球阀
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（B）
（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。 特点 密封性好。重量轻、体积小、安装方便，适用 于要求控制和密封的场合。
信号： 信号： 过程控制、执行仪表均采用统一 标准的联络信号 统一、 过程控制、执行仪表均采用统一、标准的联络信号 对气动仪表：国际统一使用0.02 0.1MPa的模拟 对气动仪表：国际统一使用0.02 ～0.1MPa的模拟 气压信号。 气压信号。 对电动仪表：国际电工委员会（IEC）规定 对电动仪表：国际电工委员会（IEC） Ⅱ型电动仪表：0 ～10mA(DC) 型电动仪表： Ⅲ型电动仪表：4 ～20mA(DC) 和1 ～5V(DC) 型电动仪表： 供电方式： 供电方式： 交流供电 和 直流集中供电 体积大、安全性差 体积大、 直流低电压电源箱
② 对数（等百分比）流量特性 对数（等百分比） 指阀芯的单位相对位移变化所引起的相对流量变化 与该点的相对流量成正比。 与该点的相对流量成正比。 Q ) d( Qmax Q 即： = K( ) = KV l Qmax d( ) L 对上式求积分，并代入边界条件得： 对上式求积分，并代入边界条件得：
式中： 式中：
Q l 即： = f( ) Qmax L
Q Qmax
— 相对流量，即调节阀阀 芯在某一行程时的流量 Q 与全开流量 Qmax 之比。
l — 相对位移，即调节阀的阀芯行程l与全开行程L之比。 L
理想流量特性 工作流量特性
不考虑阀前后压差对流量的影响
⑴ 理想流量特性 调节阀前后压差一定的情况下得到的流量特性， 调节阀前后压差一定的情况下得到的流量特性， 调节阀的理想流量特性仅取决于阀芯的形状。 调节阀的理想流量特性仅取决于阀芯的形状。 ① 直线流量特性 指调节阀的相对流量与阀芯的相对位移成线性关系。 指调节阀的相对流量与阀芯的相对位移成线性关系。
辅助机构： 阀门定位器 辅助机构： 手轮
§4.2 4.2
气动执行器
气动薄膜调节阀为例
1 气动执行机构
1、上盖； 上盖； 2、膜片； 膜片； 3、平衡弹簧； 平衡弹簧； 4、阀杆； 阀杆； 5、阀体； 阀体； 6、阀座； 阀座； 7、阀芯； 阀芯；
工作原理：阀杆的受力平衡 工作原理：
p⋅ A = K ⋅L
凸轮挠曲阀
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（9）笼式阀 特点 可调比大、振动小、不平衡力小、结构简 单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不 同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声 小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低 噪声及压差较大的场合。 不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。
缺点
笼式阀
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b 调节阀的流量特性 调节阀的流量特性： 调节阀的流量特性：指介质流过阀门的相对流量与阀芯相对 位移之间的关系。 位移之间的关系。
控制阀的分类
根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。 （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。
直通单座阀
9
（2）直通双座控制阀 阀体内有两个阀芯和两个阀座。 特点 缺点 流体流过的时候，不平衡力小。 容易泄漏
在10 0 时
0
在50 0 0 时
20 − 10 × 100 0 0 = 100 0 0 10 60 − 50 × 100 0 0 = 20 0 0 50
在80 0 时
0
90 − 80 × 100 0 0 = 12.5 0 0 80
例：某调节阀的相对位移与相对流量的关系如下表（R=30） 某调节阀的相对位移与相对流量的关系如下表（R=30）
相对位移
Q 0 Qmax 0
相对流量
l 0 L 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
直线流量特性 等百分比流量特性 快开流量特性 抛物线流量特性
3.3 3.3 3.3 3.3
13.0 4.67 21.7 7.3
22.7 6.58 38.1 12
32.3 9.26 52.6 18
42.0 51.7 61.3 71.0 80.6 90.3 100 13.0 18.3 25.6 36.2 50.8 71.2 100 65.2 75.8 84.5 91.3 96.13 99.03 100 26 35 45 57 70 84 100
第六章 执行器 §4.1 概 述 §4.2 气动执行器 §4.3 电动执行器
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§4.1 概 述 4.1
控制系统： 控制系统：
f (t ) x(t ) z(t )
检测变送
e(t )
调节器
u(t )
调节阀
q(t )
被控过程
y(t )
执行器的作用： 执行器的作用：
接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量， 接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量， 使被控变量维持在一定的水平上。 使被控变量维持在一定的水平上。
执行器分类： 执行器分类： 根据动力能源形式的不同，分三大类： 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） 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。 特点：结构简单，维修方便，价格便宜，防火防爆。 电动执行仪表：（以电为能源） 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， 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。 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 缺点：结构复杂，推力小，不太适用于防爆场合（ 仪表已采用了安全防爆措施）。 仪表已采用了安全防爆措施）。 液动执行仪表： 以高压液体为能源） 液动执行仪表：（以高压液体为能源） 优点：推力最大，动作可靠，精度高。 优点：推力最大，动作可靠，精度高。 缺点：高压液源 价格高。 价格高。 缺点：
（A） ） （B） ）
三通阀
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（5）隔膜控制阀 采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。 特点 结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他 种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用 于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用 于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。 注意执行机构须有足够的推力
隔膜阀
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（6）蝶阀 特点 缺点 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。 泄漏量大。
直通双座阀
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（3）角形控制阀 角形阀的两个接管呈直角形。
特点 流路简单、阻力较小，适于现场 管道要求直角连接，介质为高黏度、 高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒 状的场合。流向一般是底进侧出有三个出入口与工艺管道连接。 按照流通方式分 合流型和分流型两种
（A）分流型 ） （B）合流型 ）
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执行器
组成： 组成： 执行器 执行机构 调节机构（调节阀） 调节机构（调节阀） 作用：接受调节器输出的控制信号， 作用：接受调节器输出的控制信号，经执行机构将其转换 为相应的角位移或直线位移，来改变调节机构（调 为相应的角位移或直线位移，来改变调节机构（ 节阀）的流通截面积， 节阀）的流通截面积，以控制流入或流出被控过程 的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。 的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。