2008-10-24
工作原理 图2为由调节器直接操作阀门的示意图。一个典型的调节器，其输出从最小的0磅/英寸2表压变化到最大的20磅/英寸2表压，最常用的阀门弹簧，工作范围为3～15磅/英寸2表压，需要用15磅/英寸2表压的压力来压缩阀门的弹簧。空气压力在15磅/英寸2表压以上是用来克服阀前的压力关闭阀门。
图3示出了调节器和带定位器的调节阀系统。在这种情况下，从调节器来的信号送入定位器，而不是直接送到调节阀。定位器把控制信号与阀杆的位置进行比较，若阀杆的位置不正确，定位器增加或排放阀门执行机构上的空气压力，直至获得正确的阀杆位置。
结构示例 图4是气动阀门定位器的示意图。仪表控制信号送到信号膜片上，信号压力增大时将推动膜片和导向阀的阀杆向右移动。导向阀的阀杆打开供气挡板，容许气源压力进入导向阀的气室。当导向阀的阀杆偏向右边时，排气挡板保持关闭。由于导向阀的气室是与调节阀的执行机构相连接的，所以存在感动气室里的压力也存在于执行机构中。
在正作用的定位器中，仪表的信号增大，导向阀气室和执行机构中的压力也随之增高。执行机构中压力增大，推动阀杆向下移动，使定位器连杆顺时针方向旋转。并通过凸轮压缩反馈弹簧。当调节阀的阀杆到达调节器要求的位置时，反馈弹簧的压缩将给出一个力，等于调节器信号作用在信号膜片上所产生的力。当建立起这个“力平衡”时，导向阀的阀杆向左边移回，两个挡板都关闭上。若调节器的信号减小，施加于信号膜片上的力也减小，从反馈弹簧来的力将把导向阀的阀杆推向左边，打开排气挡板。这就引起导向阀气室中的压力降低，并允许调节闪的阀杆向上移动，直至建立起新的力平衡。
示于图5中的阀门定位器利用力平衡的原理，由弹簧对波纹管单元加荷载（从阀杆的实际移动）到相当于控制仪表的气动压力施加的同样的力。
增高或降低控制仪表的气动压力，使波纹管移动并操纵空气导向阀。气源空气导入薄膜式执行机构的气室或是从上部的导向阀排出放入大气。当阀门移动，平衡弹簧的负荷改变，这个动作把波纹管和导向阀带回到原来的位置，使弹簧的执行机构和控制仪表的压力之间恢复平衡。
波纹管的特性不影响校准，困为波纹管实际上在所有的平衡点都不能是保持相同的位置。拉杆结构是用于补偿角度的误差。控制仪表的压力信号和阀杆的位置之间存在着线性关系。
波纹管和空气导向阀是整套装在一起的单元，零件将不会导入摩擦力和、引起误差。拉杆支承点的摩擦力是在调节阀的那一侧，所以，不影响阀门定位器的性能。
应用 阀门定位器常见的一些应用分述于下，与此同时作些恰当的讨论。这些应用必须适当地限制，这个问题已在下面的小标题“阀门定位器的局限性”中指出。
用来克服摩擦力
摩擦阻力占薄膜式执行机构全部动力的10～15%时需要使用阀门定位器，定位的精度为0.001英寸。
用来增加单座阀的切断额定功率
常见的应用是在单座的调节阀上，供气的压力为35磅/英寸2表压。如果调节阀的弹簧是使用3～15磅/英寸2表压的，从阀门定位器输出的开头的15磅/英寸2表压是用于压缩弹簧，而剩余的20磅/英寸2表压（35磅/英寸2表压减去15）可用来关闭阀门，以克服阀前管线压力的反向推力。这个压力比从调节器来的信号压力更高，所以，阀门克服管线反向压力的额定功率相应地增高了。
阀门定位器的供气压力一般受到调节阀的执行机构上最大容许空气压力的限制。进一步增加调节闪的切断额定功率，可以由减小调节阀弹簧的寝的压缩范围而获得。例如，一个3～15磅/英寸2表压的弹簧范围可以调整成为1～13磅/英寸2表压的范围。如果阀门定位器的供气压力为35磅/英寸2表压，那么，仅需要13磅/英寸2表压的压力用来压缩阀门的弹簧。此时，可用于切断的压力为26磅/英寸2表压（35减去9）。只要阀门定位器的输入弹簧是3～15磅/英寸2表压，并有足够的气源压力可供利用，调节阀将在超过3～15磅/英寸2表压的范围下准确地运行，与调节阀的弹簧范围无关。
图6示出一个弹簧范围6～30磅/英寸2表压气开式调节阀。加重的弹簧和更高的弹簧寝压缩范围，比3～15磅/英寸2表压的阀门弹簧获得更大的关闭能力。调节阀的切断额定功率是受到阀门弹簧的初始压缩范围限制的，因为阀门定位器仅能从调节阀的执行机构上排出空气压力，使阀门关闭。
用来增加调节阀的响应速度
若调节阀直接由气动调节器操作，阀门的操作速度取决于：1、连接管线的长度和尺寸；2、执行机构的容积；3、调节器中的功率放大器的容量。
如果使用阀门定位器，调节器的信号不是送到调节阀的执行机构上，而是送到阀门定位器上。鉴于输入到阀门定位器的空气量要求小于或接近于1立方英寸，调节器和阀门定位器中的功率放大器一般比调节器具有更大的供气口，所以，压缩空气从阀门定位器到阀门执行机构的移动速度更快，流量更大，可以得到更大的阀门响应速度。
用来操作无弹簧式执行机构
图7示出了调节器操作一台气动无弹簧式执行机构的调节阀的系统图。无弹簧式执行机构是薄膜式的，在膜片下面的气室有3磅/英寸2表压压缩空气的恒定的荷载压力。这种结构一般仅用于两位控制，因为作用在膜片上部的压缩空气的压力只要大于3磅/英寸2表压，往往就会使阀门关闭，而膜片上部的压力小于3磅/英寸2表压就允许阀门打开。其主要休战是提供了更大的切断力来关闭阀门，因为没有弹簧压缩。
图8示出了一个带无弹簧式执行机构和阀门定位器气动调节阀。调节器为节流式，输出约从0～20磅/英寸2表压之间的变化。阀门定位器使用压缩空气压力（高达35磅/英寸2表压），必须按照调节器的信号来校正阀杆的位置。这种系统的主要优点是有一个更高的调节阀切断额定功率，可用来克服上游压力的反向推力。因为没有弹簧压缩。其主要缺点是由于调节阀没有弹簧，使稳定性减小了；它也失去了提供可*的防止故障的性能。
评论1
楼主 2008/10/24 13:53:31
分程控制
有时候希望仅使用调节器输出范围的一部分来控制一个气动调节阀。这可以通过改变或调整阀门定位器的输入弹簧来实现。常见的控制方案是一个调节阀和阀门定位器在调节器输出的3～9磅/英寸2表压的范围内工作，而另一方个调节阀和阀门定位器则在调节器的输出为9～15磅/英寸2表压的范围内工作。在上述的例子中，仅需要修改阀门定位器的弹簧。调节阀体弹簧要吧是标准的3～15或6～30磅/英寸2表压的弹簧。
用来改变作用方式
一个阀门定位器，当输入信号增加时，其输出的压缩空气压力也随之增加，称为正作用的阀门定位器。一个阀门定位器，当输入信号压力增加时，其输出的压缩空气压力降低，则称之为反作用的阀门定位器。阀门定位器很容易在现场改变其正、反作用。
反作用的阀门定位器不常使用，要求带一个反作用的调节阀执行机构也是不必要的。然而有一种应用，为了加热和冷却发使用而带两个具有分程控制的常闭阀门。
用来改变调节阀的流量特性
大多数的阀门定位器是线性的，即阀杆是按照调节器输出压力而线性地改变其位置。然而，在些阀门定位器提供了一种方法（通常是一个凸轮）来改变这种关系，使调节阀产生不同的流量特性。图9示出了这种情况的图表。在某些情况下，组合的结果，可能并未得到改善，因为调节阀的时间常数以及增交加是受凸轮形状的影响。
宽的比例
当调节阀必须对很小的压缩空气压力(小于0.25磅/英寸2)的变化有所反应时，往往推荐使用阀门定位器。这是在宽比例带的场合下使用。
流体介质的特性
若工艺流体会在阀门零件上挂胶或固结，而增加运动部件之间的摩擦阻力，阀门定位器常常帮助提供附加的力，以克服摩擦阻力。
高压的流体介质
在高压下应用，阀杆的填料可能很紧，在阀杆上产生较大的摩擦阻力，增加了阀门的变差和死区。在这和畅情况下使用阀门定位器有时是有好处的（见参考文献1和2）。
阀门定位器的附件 一个完整的气动开关有时有一个阀门定位器，用于使阀门定位器旁通。一般不推荐使用旁通，因为在这些场合使用的调节阀没有阀门定位器将不工作。
压力表常常用来指示调节器的输出压力、阀门定位器的输出压力和供气压力。
阀门定位器的局限性以上所讲的是传统的应用，然而，最近的研究表明，在快速过程如液体压力和流量的控制过程，使用阀门定位器能可对控制质量是有害的。这种场合要求（例如较高的空气压力去关闭阀门，或去迅速地操作阀门）使用压力或容积升压器和继动器来代替阀门定位器。
对于慢的过程，如大多数传热系统，液位和一些大容积的气体压力过程，阀门定位器将改善控制的质量，尽管它显得没有必要（进一步的资料见参考文献1和2）。
阀门定位器的其它形式
顶装式
顶装式阀门定位器如图10所示，工作按气动力平衡原理。控制仪表的气压表动压力在阀门定位器大的（中心）膜片上给出一个向上的推力，因为膜片的面积不同。这个力加上范围弹簧向上的力，由负向迁移弹簧向下的推力来平衡。在平衡时，一个小的导向阀流量（约0.15超标准英尺3/分）对控制仪表空气压力的最微小的变化就立即给予响应。
控制仪表的空气压力增高，膜片组合件暂时升高，关闭排气口，并打开导向阀。阀门压力增高，膜片向下移动，减少了范围弹簧上的力。当阀杆是处于控制仪表的空气压力所要求的位置时，力再度平衡。
双作用阀门定位器
双作用气动阀门定位器是一个力平衡式仪表，它从调节哭喊来手工劳动动操作器接受气动信号，按照所接受的气动信号决定阀杆的位置。图11表示一个用于活塞式执行机构的正作用阀门定位器。这种结构形式，信号压力增高将推动活塞向下移动。
在运行中，把仪表信号送到信号膜片上。信号压力增高，推动膜片和挡板连接杆向右边移动。挡板连接杆打开在“阀#2”上的供气挡板，容许气源压力进入上部气室。当挡板连接杆偏听则暗向右边，在“阀#2”上的排气挡板保持关闭的位置。在“阀#1”上发生相反的动作，下部气室排气。仪表的信号增加，使活塞上部气室的压力增加和下部气室的压力降低。活塞上的压力差推动阀杆向下移动，并使阀门定位器的连杆顺时针方向转动。阀门定位器连杆的顺时针方向转动，通过凸轮压缩范围弹簧。当阀杆到达调节器要求的位置，压缩范围弹簧而形成的力，等于调节器信号作用在信号膜片上所产生的力。当这个两个力平衡时，挡板连接杆移回到左边的原来位置，全部挡板都闭合。
若调节器的信号减小，施加在信号膜片上的力也随之减小，从范围弹簧来的力将将挡板连接杆向左边移动，打开在“阀#1”上的排气挡板，关闭在“阀#2”上的供气挡板，使活塞产生一个向上的力，允许阀杆向上移动，直到一个新的力平衡建立。
电—气阀门定位器
电—气阀门定位器示于图12中，它是一个力平衡装置，按照从调节器来的电流信号决定调节阀的位置。如图中所示，阀门定位器向调节阀提供压缩空气，直到反馈弹簧的力与电磁线圈的力平衡。
数字式阀门定位器
数字式阀门定位吕是一种单作用、二级、力平衡式仪表，它接受一个数字的电信号，并决定一个气动调节阀位置。图13是数字式气动阀门定位器的照片，图14是数字式气动阀门定位器在一个控制回路中的方块图。
