过程控制仪表第6章执行器

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1、第六章执行器§6.1慨述执行器是自动控制系统中的重要组成部分，它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从而操纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行器，种类繁多。执行器的作用：在自动控制系统中，接受调节器的控制信号，自动地改变操作变量，达到对被控参数（如温度压力液位等）进行调节的目的。使生产过程按预定要求正常运行。执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是产生推力或位移的部分，调节机构是指直

2、接改变能量或物料输送量的装置，通常称为调节阀或阀门。按执行机构使用的工作能源分为三类：气动执行器，电动执行器，液压执行器1）气动执行器是以压缩空气为能源的执行器。主要特点是：①输出推力大，②本质安全防爆，③维护方便，④便宜等。缺点是需要压缩空气系统，灵敏度和精度差，滞后大，不宜远传（150m以内）。2）电动执行器是以电为能源的执行器：主要特点是：①能源取用方便，②便于集中控制，③停电时执行器保持原位不动，不影响设备安全，④灵敏度和精度高，⑤和电动控制仪表配合方便。缺点是结构复杂，体积大，推力小，价格贵。§6.

3、2气动执行器它又称为气动调节阀，气动调节阀是由气压信号控制的阀门。主要包括：气动执行机构和调节机构(阀）两个组成部分。1.气动执行机构执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作。气动执行机构的输出方式有角行程输出和直行程输出两种。气动活塞式执行机构薄膜式执行机构P正作用执行机构反作用执行机构直行程输出的气动执行机构有两类：薄膜式和活塞式薄膜式是用弹性膜片将输入气压转换为推杆的推力，通过推杆使阀芯产生相应的位移，改变阀门开度。活塞式是以汽缸内的活塞输出推力，由于汽缸允许压力较高，可以获得较大的推力，容易制

4、成长行程的执行机构。以薄膜式执行机构为例，如图所示。气动薄膜执行机构的静态特性表示平衡状态时输入的气压p与阀杆位移l的关系，即A为膜片的有效面积；K为平衡弹簧的弹性系数气动执行机构的动态特性可近似成一阶惯性环节，其惯性的大小取决于膜头空间的大小与气管线的长度和直径。2．调节机构调节机构就是阀门，如图所示。主要包括：推杆，阀体，阀芯，阀座等。是一个局部阻力可以改变的节流元件。阀芯在阀体内上下移动，可以改变阀芯和阀座之间的流通面积，控制通过的流量。从流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对于不可

5、压缩的流体，由能量守恒原理可以推导出调节阀的流量方程式为：当A一定，（p1－p2）不变时，流量仅随阻力系数ζ变化。阻力系数主要与流通面积（阀门开度）有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的。即改变开度就改变ζ，达到调节Q的目的。（开度↑→ζ↓→Q↑）根据不同的使用要求，调节阀的结构形式有多种多样，如：直通单座阀，直通双座阀，角型阀，高压阀，蝶阀，球阀，隔离阀，三通阀等。（1）直通单座阀流体对阀芯的不平衡作用力大。一般用在小口径、低压差的场合。结构简单、泄漏量小。阀门

6、中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。正装阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大反装阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小（2）直通双座阀阀体内有两个阀芯和阀座。流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。（3）角形控制阀两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。适用于现场管道要求直角连接，介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。（4）三通控制阀

7、有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质分成两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。（5）隔膜控制阀采用耐腐蚀材料作隔膜，将阀芯与流体隔开。结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄漏。耐腐蚀能力强，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的控制。适用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。（6）蝶阀又名翻板阀。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏

8、量大。3.调节阀的选择选用调节阀时，一般应考虑以下几个方面。1）．调节阀结构的选择通常根据工艺条件，如使用温度、压力，介质的物理、化学特性（如腐蚀性、粘度等），对流量的控制要求等，来选择调节阀的结构形式。例如，一般介质条件选用直通单座阀或直通双座阀；高压介质选用高压阀；强腐蚀介质采用隔膜阀等。2）．气开式与气关式的选择气动调节阀在气压信号中断后阀门会复位。无压力信号时阀全开，随着信号增大，阀门逐渐关