執(zhí)行器執(zhí)行器是過程控制系統重要組成部分，它將控制器的控制(指令)信號轉換成執(zhí)行動作，通過對進、出過程設備/系統的能量、物料流量控制操作，將被控參數維持在要求的設定值(范圍內)

、或按工藝要求變化。過程控制系統的執(zhí)行器主要有自動調節(jié)閥、電壓調節(jié)器、電流調節(jié)器、控制電機等。其中自動調節(jié)閥是過程控制應用最多、最常見的執(zhí)行器。過程控制中的被控參數、工作介質與操作方式多種多樣，因此，自動調節(jié)閥種類較多。自動調節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：電動調節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、損失小，可遠距離傳輸；不易實現本安防爆。氣動調節(jié)閥：結構簡單，可靠，維護方便，（本質）防火防爆；傳輸滯后大、氣源配備不方便。液動調節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大，但安裝、維護麻煩；只在大壓力、大口徑場合使用。工業(yè)過程應用最多的是氣動調節(jié)閥和電動調節(jié)閥。在石油、化工等存在易燃、易爆等危險因素的過程工業(yè)中，氣動調節(jié)閥占主導地位。1.執(zhí)行機構

按控制器輸出的控制信號，驅動調節(jié)機構動作。氣動執(zhí)行機構的輸出方式主要有角行程和直行程兩種輸出形式。

常見直行程輸出的氣動執(zhí)行機構有兩類：氣動薄膜式執(zhí)行機構氣動活塞式執(zhí)行機構壓力信號正作用執(zhí)行機構反作用執(zhí)行機構（1）直通單座閥結構簡單、泄漏量小。流體對閥芯的附加不平衡作用力大。一般在小口徑、低壓差的場合使用。2.控制/調節(jié)機構控制/調節(jié)機構即閥門，是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。根據不同的使用要求、使用條件，閥門的結構型式有多種。正裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座之間間隙增大，流通截面積增大。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。反裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座之間間隙減小，流通截面積減小。（2）直通雙座閥

閥體內有兩個閥芯和閥座。流體流過調節(jié)閥時，作用在上、下兩個閥芯上的附加不平衡推力大小相近、方向相反，可以互相抵消，所以作用在閥桿上的不平衡（合）力很小，適用于大口徑、大壓差場合使用。由于加工精度的限制，很難保證閥門關閉時，上下兩個閥芯與閥座同時密閉，因此閥門關閉時雙座閥的泄漏量較大。（3）角形控制閥兩個接管呈直角形，一般為底進側出，閥內流體流路簡單、對流體的阻力較小。適用于現場管道要求直角連接，介質為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。

（4）三通調節(jié)閥

有三個出/入口與工藝管道連接。流通方式有分流型（一種流入介質分成兩路輸出）和合流型（二種流入介質混合成一路流出）兩種。適用于(入流恒流)

旁路控制與(合流)

配比控制。分流型三通閥合流型三通閥（5）隔膜控制閥采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體介質隔開。結構簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其它閥大。用隔膜將流體與閥芯、閥體隔離，泄漏非常小。（6）蝶閥又名翻板閥。結構簡單、流阻極小，但關閉時泄漏量大。適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，大多用于開斷控制。（7）球閥閥芯（球體）與閥體（球形腔體）都呈球形，閥芯內開孔。轉動閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時，流通孔道口的流通面積不同。控制過程流量變化較快，可起切斷閥作用，常用于雙位式（通/斷）控制。球閥閥芯形狀V型球閥O型球閥（8）籠式(套筒)閥

閥內有一個圓柱形（籠狀）套筒。套筒壁上有一個或幾個不同形狀的孔（窗口），利用套筒導向，閥芯在套筒內上下移動，改變閥的節(jié)流面積。可調比大，不平衡力小，更換開孔不同的套筒，就可得到不同的流量特性。不適用于高粘度或帶有懸浮物(容易造成堵塞)的介質流量控制。（9）凸輪撓曲閥又名偏心旋轉閥。其閥芯呈球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉動軸上（此閥屬快開型、球閥屬快關型）。閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸，密封性好，適用于高粘度或帶有懸浮物的介質流量控制。

調節(jié)閥除了結構類型的不同外，主要技術參數是流量特性和口徑。調節(jié)閥的流量特性調節(jié)閥閥芯位移與流量之間的關系，對控制系統的控制品質有很大影響。流量特性的定義：被控介質流過閥門的相對流量Q/Qmax與閥門的相對開度（相對位移）l/L之間的關系稱為調節(jié)閥的流量特性。Q/Qmax—相對流量

l/L

—

相對開度

相對流量Q/Qmax是控制閥實際流量Q與全開時流量Qmax之比；相對開度l/L是調節(jié)閥實際行程l與全開行程L之比。

調節(jié)閥流量特性不僅與閥門結構和開度有關，還與閥前后的壓差有關，下面分二種情況進行討論。LQ為了工程上分析方便，先在閥前后壓差固定情況下，確定調節(jié)閥的固有流量特性；然后再延伸到閥前后壓差變化的實際工況，確定調節(jié)閥工作流量特性。1.調節(jié)閥固有（理想）流量特性在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固有流量特性，它取決于閥芯的形狀。常用流量特性：直線特性等百分比特性快開特性（1）直線流量特性調節(jié)閥的相對流量Q/Qmax與相對開度l/L成直線關系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數。用數學式表示為：R—

調節(jié)閥可調比

可調比R為調節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。

其中Qmin不是指閥門全關時的泄漏量，而是指閥門按照流量特性能進行連續(xù)平穩(wěn)控制的最小流量，一般約為最大流量Qmax的2~4%，國產閥門的可調比一般為R=30?？刂屏Γ洪y門開度改變時，相對流量的改變比值（%）。

例如直線閥，在不同開度（點）上，再分別增加10%開度，相對流量的變化為開度10％時：[(20-10)/10]×100%=100%開度50％時：[(60-50)/50]×100%=20%開度80％時：[(90-80)/80]×100%=12.5%Q/Q100L/LmaxS=1

直線閥的流量放大系數在任何一點上都是相同的，但其對流量的控制力卻是不同的。（2）等百分比（對數）流量特性單位相對行程變化l/L所引起的相對流量變化Q/Qmax與此點的相對流量成正比關系：

曲線斜率（放大系數）隨行程的增大而增大。流量小時，流量變化小；流量大時，流量變化大。

等百分比閥在各流量點的放大系數不同，但對流量的控制力卻是相同的。開度10%處：（6.58%-4.68%）/4.68%≈41%開度50%處：（25.7%-18.2%）/18.2%≈41%開度80%處：（71.2%-50.6%）/50.6%≈41%

同樣以10％、50％及80％三點為例，分別增加10%開度，相對流量變化的比值為：Q/Q100L/LmaxS=1（4）其它流量特性其它針對特殊需求的流量特性，如拋物線特性（圖中藍色虛線），介于直線和對數曲線之間，實際工程使用較少（只在特殊情況下使用）。（3）快開特性開度較小時，隨開度的增大，流量迅速增大，很快就達到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統。2、調節(jié)閥工作流量特性調節(jié)閥裝在具有阻力的實際管道中，管道對流體的阻力隨流量大小變化，閥前后（剩余）壓（力）差也會發(fā)生變化，使調節(jié)閥固有流量特性發(fā)生畸變。（1）與管道串聯時調節(jié)閥工作流量特性如圖，管道系統總壓力ΔP等于管路系統的壓降ΔPG與調節(jié)閥的壓降ΔPT之和。P△PGQ△PT管路及設備管道△PG△PT調節(jié)閥△P△P從串聯管道中調節(jié)閥兩端壓差ΔPT的變化曲線可看出，調節(jié)閥全關時，閥前后（剩余）壓（力）差最大，基本等于系統總壓力ΔP；調節(jié)閥全開時閥前后（剩余）壓（力）差降至最小。為了表示調節(jié)閥兩端壓差ΔPT的變化范圍，以閥權度S表示調節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差ΔPTmin與總壓力ΔP之比。S=PTmin

/ΔPP△PGQ△PT管路及設備管道△PG△PT調節(jié)閥△P△P理想流量特性的畸變以Qmax表示串聯管道阻力為零時(S=1)，閥全開時達到的最大流量?？傻么摴艿涝诓煌琒值時，以自身Qmax作參照的工作流量特性。對數閥畸變?yōu)橹本€閥直線閥畸變?yōu)榭扉_閥S

↓理想直線特性的畸變理想等百分比特性的畸變結論串聯管道使調節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變；串聯管道使調節(jié)閥的流量可調范圍降低，最大流量減小；串聯管道會使調節(jié)閥的放大系數減小，調節(jié)能力降低，S值低于0.1時，調節(jié)能力基本喪失。理想直線特性畸變?yōu)榭扉_特性理想等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性（2）與管道并聯時調節(jié)閥的工作流量特性

實際工程系統中，調節(jié)閥除了與管道串聯工作之外，還可能與管道或其他閥門（調節(jié)閥、閘閥等）并聯安裝。當并聯管道上的閥門打開（全開或部分打開）時，調節(jié)閥的（總管道）流量特性曲線如圖4-8所示。

在圖4-8中，當S=1，即旁通管道（閥門）關閉時，調節(jié)閥總流量特性與理想流量特性一致。隨著旁通閥逐漸打開，旁通流量逐步增大，S持續(xù)減小，調節(jié)閥可調范圍不斷下降。這將導致調節(jié)閥所能控制的流量越來越小，直至失去流量控制作用。另外，總管道的串聯管阻（力）會使調節(jié)閥特性發(fā)生畸變，導致調節(jié)閥流量控制能力進一步下降。

旁路流量占總流量比例不能太大。這樣并聯調節(jié)閥才能發(fā)揮流量調節(jié)作用，否則，并聯調節(jié)閥流量的有效調節(jié)范圍變得很小，失去流量調節(jié)作用。4.1.1.2調節(jié)閥的選擇選用調節(jié)閥時，一般應考慮以下幾個方面。1.調節(jié)閥結構選擇通常根據工藝需要和使用條件，如介質溫度、壓力，介質物理、化學特性（如粘度、腐蝕性等），以及對介質流量的控制要求等，選擇調節(jié)閥的結構形式。一般介質條件下，可選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質選用高壓閥；強腐蝕介質采用隔膜閥等。氣動薄膜雙座調節(jié)閥氣動薄膜套筒調節(jié)閥氣動薄膜單座調節(jié)閥氣動薄膜三通調節(jié)閥氣動薄膜精小型調節(jié)閥氣動薄膜隔膜閥V型法蘭蝶閥氣動蝶閥對夾蝶閥O型氣動球閥2．氣開與氣關工作方式選擇

一般氣動調節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會自動復位。無壓力信號時閥門全開，隨著信號增大，閥門逐漸關小的稱為氣關式；反之，無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大的稱為氣開式。氣動薄膜調節(jié)閥氣開與氣關方式工作原理下圖所示：氣關式氣關式氣開式氣開式給水閥燃氣閥蒸汽

例如在選擇蒸氣鍋爐調節(jié)閥時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐安全：給水調節(jié)閥應選氣關式

氣壓信號喪失時，供水閥打開，避免鍋爐缺水、過熱。燃氣調節(jié)應選氣開式

氣壓信號喪失時，燃氣閥關閉，避免鍋爐干燒、過熱。調節(jié)閥氣開/氣關方式的選擇原則：當控制信號中斷時，閥門的復位位置使生產過程、工藝設備和現場環(huán)境處于安全狀態(tài)。3.調節(jié)閥流量特性選擇控制系統總(穩(wěn)態(tài))放大倍數(增益)在工作范圍內應盡可能恒定，保證控制系統為線性系統的基本條件，也是(古典控制理論)保障控制系統品質的基本條件。對如下控制系統給定值被控參數擾動f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象+eG

c(s)－G3(s)G1(s)G2(s)即要求K1K2K3Kc

≈常數

下面通過一個熱交換器實例（圖4-10），說明如何根據被控過程（對象）工藝、特性（圖4-11）分析，正確選擇調節(jié)閥流量特性。TQ/Qmax050%100%TmaxK圖4-10換熱器出口溫度控制系統一般實際被控過程的(穩(wěn)態(tài))放大倍數(增益)在不同的工作(況)點是不同的。MTTTC熱水冷物料入口熱物料出口換熱器圖4-11換熱負荷恒定時換熱溫度靜態(tài)性

對圖4-10所示換熱器，設定溫度值不變。如冷物料流量（換熱器負荷）增大；或冷物料流量不變，熱物料出口溫度（設定值）提高，都要增大熱水流量。熱水流量加大、流速加快，對冷物料加熱（升溫）效果降低——由于流量大、流速快，熱水在換熱器內滯留（換熱）時間縮短所致。在設定溫度值提高時，被加熱物料溫度升高，換熱溫差變小，也會導致換熱效率降低；總之都使換熱系統放大倍數（特性曲線的斜率）隨著熱水流量增大不斷減小，換熱器的靜特性如圖4-11所示。換熱器的溫度靜特性（放大倍數）呈非線性。針對換熱器靜態(tài)特性的非線性，調節(jié)閥可選擇等百分比流量特性對其進行補償，使執(zhí)行器和換熱器總體特性接近線性，如圖4-12所示。

很多對象在工作區(qū)間的穩(wěn)態(tài)放大倍數K不是常數，在不同工況（負荷）點K不相同。因此希望調節(jié)閥的流量特性能補償被控（過程）對象的非線性特性，使控制系統總體靜特性接近線性。若調節(jié)對象靜特性是如圖4-11所示的非線性，工藝負荷變化又大，用等百分比調節(jié)閥性補償，如圖4-13所示；若調節(jié)對象的靜特性為線性，或工藝負荷變化不大，用直線閥。如圖4-10的換熱溫度控制；

若采用蒸氣加熱，冷凝放熱很快，系統特性接近直線，則應選用直線特性調節(jié)閥。

按上述原則選擇調節(jié)閥特性是實際需要的工作流量特性，還要考慮理想特性與實際流量特性的關系：如配管阻力大、S值低，調節(jié)閥理想特性的畸變問題。4.調節(jié)閥口徑選擇

為保證工藝操作正常進行，必須合理選擇調節(jié)閥尺寸。如果調節(jié)閥口徑選得太大，閥門經常工作在小開度位置，則調節(jié)質量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量需要，則無法保證生產過程正常進行。

調節(jié)閥的口徑決定了調節(jié)閥的流通能力。調節(jié)閥的流通能力用流量系數C值表示。CDg

調節(jié)閥技術手冊給出了各種閥門的口徑、流通能力C，供用戶查閱。流量系數C的定義：在調節(jié)閥兩端壓為100kPa，流體為水（密度為1000kg/m3）的條件下，閥門全開時每小時流過調節(jié)閥的體積流量（m3/h）。例如某一調節(jié)閥全開、閥門兩端壓為100kPa時，流過閥門的水流量為20m3/h，則調節(jié)閥的流量系數為：C=20。將流量系數定義(參數)條件代入基本流量公式：

實際應用中閥門兩端壓差不一定是100kPa，流經閥門的流體也不一定是水，因此必須進行換算。（1）液體調節(jié)閥流量系數C值的計算根據基本流量公式兩式相除，整理可得QDg?P

根據實際的工藝流量和管道壓力換算出C值后，查閥門手冊確定口徑。QDg?P（2）氣體、蒸汽調節(jié)閥流量系數C值計算氣體、蒸汽都具有可壓縮性，對應調節(jié)閥C值的必須考慮氣體可壓縮性和（氣液）二相流問題，計算時進行相應的修正（k為修正系數）。例

某供暖系統，流過加熱盤管水流量為Q=31m3/h，水溫為80℃，Pm-Pr=1.7×100kPa，所裝閥門流量系數C取多大？解Pm-Pr為管網入口壓差，設配管S=0.5～0.7，?P=（0.5～0.7）×1.7×100kPa≈100kPa80℃熱水的密度ρ

=971kg/m3代入給水泵熱水鍋爐盤管PmPrM得C≈31，取標準C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的閥門口徑。將DC4～20mA的標準電流信號轉換成20～100kPa的標準氣壓信號。4.1.2電/氣轉換器

為了使氣動調節(jié)閥能夠接收電動調節(jié)器輸出的控制信號，必須把標準電流信號轉換為標準氣動執(zhí)行機構能夠接收的標準氣壓信號。電/氣轉換器的作用：力平衡式電氣轉換器工作原理力平衡式電氣轉換器系統原理如下圖所示。其工作原理如下：

電磁鐵吸力Fi↑杠桿下偏轉

擋板與噴嘴間隙↓

背壓↑氣動放大器輸入↑輸出壓力P

↑

杠桿的反饋力Ff

↑杠桿平衡P∝II↑負反饋調零FiFf背壓室電磁鐵I↑P4.1.3閥門定位器氣動調節(jié)閥閥桿位移由氣壓推力與閥桿反作用力(彈簧與閥芯反作業(yè)力、摩擦力之和)平衡、最終確定。為了防止閥桿處泄漏，要壓緊填料。填料壓緊程度不可能完全相同，導致閥桿移動摩擦力存在差異，這會影響輸入信號Pi對閥芯位置的執(zhí)行精度。Pi解決途徑

在自動調節(jié)閥上加裝閥門定位器，通過引入閥桿位移負反饋，使閥桿能按輸入氣壓信號Pi精確地定位開度（閥芯位置）。氣動閥門定位器工作原理閥門定位器原理框圖PiPi4.1.4電/氣閥門定位器實際應用中，經常把電/氣轉換器和閥門定位器結合成一體，組成電/氣閥門定位器。工作原理如下I↑

杠桿偏轉上端右移

擋板靠近噴嘴

P壓力↑

閥桿下移

反饋凸輪右轉

反饋彈簧右拉

杠桿平衡，精確定位調節(jié)閥開度(閥芯位置)。IP各種閥門定位器電/氣轉換器電/氣閥門定位器4.1.5電動調節(jié)閥

電動調節(jié)閥接受來自控制器的控制信號，閥門開度連續(xù)可調。

電磁閥接收來自控制器的（位式/開關）控制信號，但閥門開度是位式（開關）變化。。電動調節(jié)閥電磁閥電動調節(jié)閥也由執(zhí)行機構和閥門兩部分組成。執(zhí)行機構是調節(jié)閥的驅動裝置，它將控制信號轉換成相應的動力，驅動控制機構動作。閥門是調節(jié)閥的控制機構，一般與氣動調節(jié)閥的閥門通用。執(zhí)行機構控制機構

直動式電磁閥工作原理如右圖所示。線圈通電，產生電磁力吸引閥芯柱上移，閥門打開。線圈斷電，電磁力消失，閥芯落下,在彈簧壓力下閥門關閉。電磁閥執(zhí)行機構進行位式動作，電磁閥只有全開和全關二個位置。電動執(zhí)行機構用控制電機作動力裝置。輸出形式角行程：電機轉動經減速器后輸出轉角；直行程：電機轉動經減速器減速并轉換為直線位移輸出；多轉式：轉角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉式閥門。這幾種執(zhí)行機構在電氣原理上基本相同，區(qū)別只是減速器（機構）不一樣。電動執(zhí)行機構

電動執(zhí)行機構工作原理框圖

輸入信號與位置反饋信號進行比較，將差值放大。經減速器輸出，推動閥桿、閥芯移動。驅動電機轉動最終傳感器檢測位置信號與輸入信號相等，放大器輸出為零，電機停轉，閥門開度確定并保持。位置傳感器

線圈Ⅱ、CF例

a（+）b（-）時

觸發(fā)電路1工作

SCR1導通c、d間短接線圈Ⅰ

電機正轉220V通路

（90o相移）

同理，a（-）b（+）時SCR2導通，e、f間短接，電機反轉；輸入信號和反饋信號相等時，電機停轉，閥門開度保持不變。+-兩相伺服電機驅動電路與正反轉控制原理

小型電動調節(jié)閥電動直角調節(jié)閥電動雙座調節(jié)閥電動漿液閥電動刀型閘閥電動閘閥電動V形球閥電動O形球閥電動三通球閥電動蝶閥電動高溫蝶閥智能電動蝶閥4.1.5智能式調節(jié)閥隨著電子技術的迅速發(fā)展，微處理器被引入調節(jié)閥，出現了智能式調節(jié)閥。主要功能如下：智能電動執(zhí)行機構控制及執(zhí)行功能補償及校正功能通信功能診斷功能保護功能

各種智能調節(jié)閥執(zhí)行器（調節(jié)閥）小結結構

工作原理電動調節(jié)閥

電/氣閥門定位器電/氣轉換器氣動調節(jié)閥

調節(jié)閥的選擇與計算調節(jié)閥流量特性與選用調節(jié)閥流通能力計算調節(jié)閥氣開氣關方式選擇2、調節(jié)閥工作流量特性調節(jié)閥裝在具有阻力的實際管道中，管道對流體的阻力隨流量大小變化，閥前后（剩余）壓（力）差也會發(fā)生變化，使調節(jié)閥固有流量特性發(fā)生畸變。（1）與管道串聯時調節(jié)閥工作流量特性如圖，管道系統總壓力ΔP等于管路系統的壓降ΔPG與調節(jié)閥的壓降ΔPT之和。P△PGQ△PT管路及設備管道△PG△PT調節(jié)閥△P△P從串聯管道中調節(jié)閥兩端壓差ΔPT的變化曲線可看出，調節(jié)閥全關時，閥前后（剩余）壓（力）差最大，基本等于系統總壓力ΔP；調節(jié)閥全開時閥前后（剩余）壓（力）差降至最小。為了表示調節(jié)閥兩端壓差ΔPT的變化范圍，以閥權度S表示調節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差ΔPTmin與總壓力ΔP之比。S=PTmin

/ΔPP△PGQ△PT管路及設備管道△PG△PT調節(jié)閥△P△P理想流量特性的畸變以Qmax表示串聯管道阻力為零時(S=1)，閥全開時達到的最大流量?？傻么摴艿涝诓煌琒值時，以自身Qmax作參照的工作流量特性。對數閥畸變?yōu)橹本€閥直線閥畸變?yōu)榭扉_閥S

↓理想直線特性的畸變理想等百分比特性的畸變結論串聯管道使調節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變；串聯管道使調節(jié)閥的流量可調范圍降低，最大流量減??；串聯管道會使調節(jié)閥的放大系數減小，調節(jié)能力降低，S值低于0.1時，調節(jié)能力基本喪失。理想直線特性畸變?yōu)榭扉_特性理想等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性（2）與管道并聯時調節(jié)閥的工作流量特性

實際工程系統中，調節(jié)閥除了與管道串聯工作之外，還可能與管道或其他閥門（調節(jié)閥、閘閥等）并聯安裝。當并聯管道上的閥門打開（全開或部分打開）時，調節(jié)閥的（總管道）流量特性曲線如圖4-8所示。

在圖4-8中，當S=1，即旁通管道（閥門）關閉時，調節(jié)閥總流量特性與理想流量特性一致。隨著旁通閥逐漸打開，旁通流量逐步增大，S持續(xù)減小，調節(jié)閥可調范圍不斷下降。這將導致調節(jié)閥所能控制的流量越來越小，直至失去流量控制作用。另外，總管道的串聯管阻（力）會使調節(jié)閥特性發(fā)生畸變，導致調節(jié)閥流量控制能力進一步下降。

旁路流量占總流量比例不能太大。這樣并聯調節(jié)閥才能發(fā)揮流量調節(jié)作用，否則，并聯調節(jié)閥流量的有效調節(jié)范圍變得很小，失去流量調節(jié)作用。4.1.1.2調節(jié)閥的選擇選用調節(jié)閥時，一般應考慮以下幾個方面。1.調節(jié)閥結構選擇通常根據工藝需要和使用條件，如介質溫度、壓力，介質物理、化學特性（如粘度、腐蝕性等），以及對介質流量的控制要求等，選擇調節(jié)閥的結構形式。一般介質條件下，可選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質選用高壓閥；強腐蝕介質采用隔膜閥等。氣動薄膜雙座調節(jié)閥氣動薄膜套筒調節(jié)閥氣動薄膜單座調節(jié)閥氣動薄膜三通調節(jié)閥氣動薄膜精小型調節(jié)閥氣動薄膜隔膜閥V型法蘭蝶閥氣動蝶閥對夾蝶閥O型氣動球閥2．氣開與氣關工作方式選擇

一般氣動調節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會自動復位。無壓力信號時閥門全開，隨著信號增大，閥門逐漸關小的稱為氣關式；反之，無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大的稱為氣開式。氣動薄膜調節(jié)閥氣開與氣關方式工作原理下圖所示：氣關式氣關式氣開式氣開式給水閥燃氣閥蒸汽

例如在選擇蒸氣鍋爐調節(jié)閥時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐安全：給水調節(jié)閥應選氣關式

氣壓信號喪失時，供水閥打開，避免鍋爐缺水、過熱。燃氣調節(jié)應選氣開式

氣壓信號喪失時，燃氣閥關閉，避免鍋爐干燒、過熱。調節(jié)閥氣開/氣關方式的選擇原則：當控制信號中斷時，閥門的復位位置使生產過程、工藝設備和現場環(huán)境處于安全狀態(tài)。3.調節(jié)閥流量特性選擇控制系統總(穩(wěn)態(tài))放大倍數(增益)在工作范圍內應盡可能恒定，保證控制系統為線性系統的基本條件，也是(古典控制理論)保障控制系統品質的基本條件。對如下控制系統給定值被控參數擾動f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象+eG

c(s)－G3(s)G1(s)G2(s)即要求K1K2K3Kc

≈常數

下面通過一個熱交換器實例（圖4-10），說明如何根據被控過程（對象）工藝、特性（圖4-11）分析，正確選擇調節(jié)閥流量特性。TQ/Qmax050%100%TmaxK圖4-10換熱器出口溫度控制系統一般實際被控過程的(穩(wěn)態(tài))放大倍數(增益)在不同的工作(況)點是不同的。MTTTC熱水冷物料入口熱物料出口換熱器圖4-11換熱負荷恒定時換熱溫度靜態(tài)性

對圖4-10所示換熱器，設定溫度值不變。如冷物料流量（換熱器負荷）增大；或冷物料流量不變，熱物料出口溫度（設定值）提高，都要增大熱水流量。熱水流量加大、流速加快，對冷物料加熱（升溫）效果降低——由于流量大、流速快，熱水在換熱器內滯留（換熱）時間縮短所致。在設定溫度值提高時，被加熱物料溫度升高，換熱溫差變小，也會導致換熱效率降低；總之都使換熱系統放大倍數（特性曲線的斜率）隨著熱水流量增大不斷減小，換熱器的靜特性如圖4-11所示。換熱器的溫度靜特性（放大倍數）呈非線性。針對換熱器靜態(tài)特性的非線性，調節(jié)閥可選擇等百分比流量特性對其進行補償，使執(zhí)行器和換熱器總體特性接近線性，如圖4-12所示。

很多對象在工作區(qū)間的穩(wěn)態(tài)放大倍數K不是常數，在不同工況（負荷）點K不相同。因此希望調節(jié)閥的流量特性能補償被控（過程）對象的非線性特性，使控制系統總體靜特性接近線性。若調節(jié)對象靜特性是如圖4-11所示的非線性，工藝負荷變化又大，用等百分比調節(jié)閥性補償，如圖4-13所示；若調節(jié)對象的靜特性為線性，或工藝負荷變化不大，用直線閥。如圖4-10的換熱溫度控制；

若采用蒸氣加熱，冷凝放熱很快，系統特性接近直線，則應選用直線特性調節(jié)閥。

按上述原則選擇調節(jié)閥特性是實際需要的工作流量特性，還要考慮理想特性與實際流量特性的關系：如配管阻力大、S值低，調節(jié)閥理想特性的畸變問題。4.調節(jié)閥口徑選擇

為保證工藝操作正常進行，必須合理選擇調節(jié)閥尺寸。如果調節(jié)閥口徑選得太大，閥門經常工作在小開度位置，則調節(jié)質量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量需要，則無法保證生產過程正常進行。

調節(jié)閥的口徑決定了調節(jié)閥的流通能力。調節(jié)閥的流通能力用流量系數C值表示。CDg

調節(jié)閥技術手冊給出了各種閥門的口徑、流通能力C，供用戶查閱。流量系數C的定義：在調節(jié)閥兩端壓為100kPa，流體為水（密度為1000kg/m3）的條件下，閥門全開時每小時流過調節(jié)閥的體積流量（m3/h）。例如某一調節(jié)閥全開、閥門兩端壓為100kPa時，流過閥門的水流量為20m3/h，則調節(jié)閥的流量系數為：C=20。將流量系數定義(參數)條件代入基本流量公式：

實際應用中閥門兩端壓差不一定是100kPa，流經閥門的流體也不一定是水，因此必須進行換算。（1）液體調節(jié)閥流量系數C值的計算根據基本流量公式兩式相除，整理可得QDg?P

根據實際的工藝流量和管道壓力換算出C值后，查閥門手冊確定口徑。QDg?P（2）氣體、蒸汽調節(jié)閥流量系數C值計算氣體、蒸汽都具有可壓縮性，對應調節(jié)閥C值的必須考慮氣體可壓縮性和（氣液）二相流問題，計算時進行相應的修正（k為修正系數）。例

某供暖系統，流過加熱盤管水流量為Q=31m3/h，水溫為80℃，Pm-Pr=1.7×100kPa，所裝閥門流量系數C取多大？解Pm-Pr為管網入口壓差，設配管S=0.5～0.7，?P=（0.5～0.7）×1.7×100kPa≈100kPa80℃熱水的密度ρ

=971kg/m3代入給水泵熱水鍋爐盤管PmPrM得C≈31，取標準C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的閥門口徑。將DC4～20mA的標準電流信號轉換成20～100kPa的標準氣壓信號。4.1.2電/氣轉換器

為了使氣動調節(jié)閥能夠接收電動調節(jié)器輸出的控制信號，必須把標準電流信號轉換為標準氣動執(zhí)行機構能夠接收的標準氣壓信號。電/氣轉換器的作用：力平衡式電氣轉換器工作原理力平衡式電氣轉換器系統原理如下圖所示。其工作原理如下：

電磁鐵吸力Fi↑杠桿下偏轉

擋板與噴嘴間隙↓

背壓↑氣動放大器輸入↑輸出壓力P

↑

杠桿的反饋力Ff

↑杠桿平衡P∝II↑負反饋調零FiFf背壓室電磁鐵I↑P4.1.3閥門定位器氣動調節(jié)閥閥桿位移由氣壓推力與閥桿反作用力(彈簧與閥芯反作業(yè)力、摩擦力之和)平衡、最終確定。為了防止閥桿處泄漏，要壓緊填料。填料壓緊程度不可能完全相同，導致閥桿移動摩擦力存在差異，這會影響輸入信號Pi對閥芯位置的執(zhí)行精度。Pi解決途徑

在自動調節(jié)閥上加裝閥門定位器，通過引入閥桿位移負反饋，使閥桿能按輸入氣壓信號Pi精確地定位開度（閥芯位置）。氣動閥門定位器工作原理閥門定位器原理框圖PiPi4.1.4電/氣閥門定位器實際應用中，經常把電/氣轉換器和閥門定位器結合成一體，組成電/氣閥門定位器。工作原理如下I↑

杠桿偏轉上端右移

擋板靠近噴嘴

P壓力↑

閥桿下移

反饋凸輪右轉

反饋彈簧右拉

杠桿平衡，精確定位調節(jié)閥開度(閥芯位置)。IP各種閥門定位器電/氣轉換器電/氣閥門定位器4.1.5電動調節(jié)閥

電動調節(jié)閥接受來自控制器的控制信號，閥門開度連續(xù)可調。

電磁閥接收來自控制器的（位式/開關）控制信號，但閥門開度是位式（開關）變化。。電動調節(jié)閥電磁閥電動調節(jié)閥也由執(zhí)行機構和閥門兩部分組成。執(zhí)行機構是調節(jié)閥的驅動裝置，它將控制信號轉換成相應的動力，驅動控制機構動作。閥門是調節(jié)閥的控制機構，一般與氣動調節(jié)閥的閥門通用。執(zhí)行機構控制機構

直動式電磁閥工作原理如右圖所示。線圈通電，產生電磁力吸引閥芯柱上移，閥門打開。線圈斷電，電磁力消失，閥芯落下,在彈簧壓力下閥門關閉。電磁閥執(zhí)行機構進行位式動作，電磁閥只有全開和全關二個位置。電動執(zhí)行機構用控制電機作動力裝置。輸出形式角行程：電機轉動經減速器后輸出轉角；直行程：電機轉動經減速器減速并轉換為直線位移輸出；多轉式：轉角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉式閥門。這幾種執(zhí)行機構在電氣原理上基本相同，區(qū)別只是減速器（機構）不一樣。電動執(zhí)行機構

電動執(zhí)行機構工作原理框圖

輸入信號與位置反饋信號進行比較，將差值放大。經減速器輸出，推動閥桿、閥芯移動。驅動電機轉動最終傳感器檢測位置信號與輸入信號相等