气动阀门定位器的使用注意事项

图6-30 气动阀门定位器作用图

气动阀门定位器作用如图6-30所示。它接受气动调节器的输出信号，然后产生和调节器输出信号成比例的气压信号，用以控制气动调节阀。

气动阀门定位器的种类很多，按其工作原理，可分成位移平衡式和力（力矩）平衡式两大类。

1.位移平衡式气动阀门定位器

（1）动作原理及特性 如图6-31所示，当调节器来的控制信号增大时，波纹管1就相应伸长，并推动托板2以反馈凸轮6为支点作逆时针偏转，于是挡板3就靠近喷嘴4，喷嘴背压升高。此背压经放大器5放大后，输出压力迅速上升，并送入气动调节阀的膜头9，使阀杆8向下移动，带动反馈杆7和反馈凸轮6绕支点O顺时针偏转。反馈凸轮6的偏转，使托板以波纹管1为支点作逆时针方向偏转，于是挡板3离开喷嘴4，使输出压力下降，即阀杆8向下移动引起的效果是负反馈作用。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。

阀门定位器和调节阀组成的负反馈闭环系统，可用如图6-32所示的功能图表示。图中A_e为波纹管的有效面积；K为测量组件的刚度；k为三级功率放大器的放大倍数；K_L为输入信号传动杠杆比；K_F为调节阀的放大系数，是气动调节阀的传递函数，是一个一阶非周期环节；K_V为调节阀的放大系数，与执行机构的薄膜有效面积、弹簧刚度，以及调节阀的结构等因素有关；T_v为调节阀的时间常数，也与气室大小等因素有关。

图6-31 气动阀门定位器原理

1—波纹管 2—托板 3—挡板 4—喷嘴 5—放大器 6—反馈凸轮 7—反馈杆 8—阀杆 9—膜头

图6-32 定位器-调节阀闭环系统功能图

上述负反馈闭环系统中，阀杆输出位移y与输入调节器压力信号P之间的传递函数为

由于上式分母中，故忽略“1”的影响，则

式（6-16）表明，在A_e、K、K_F、K_L一定时，阀杆位移y与调节器输出压力信号P之间成一一对应的比例关系。由于引入了负反馈，调节阀的K_V和T_v的影响可以忽略不计，因而消除了执行机构薄膜有效面积、弹簧刚度、气室容积、不平衡力及摩擦等因素的影响，增加了执行机构的推力和刚度，有利于克服调节阀的不平衡力，并增大调节阀的稳定性。

（2）正反作用的实现及行程调整 阀门定位器也有正作用和反作用两种。正作用阀门定位器的输入信号从0.02MPa到0.1MPa变化时，它的输出信号也从0.02MPa到0.1MPa变化；而反作用定位器则相反，当阀门定位器的输入信号从0.02MPa到0.1MPa变化时，它的输出信号则是从0.1MPa到0.02MPa变化。(www.xing528.com)

在图6-31所示的气动阀门定位器原理中，画虚线凸轮及虚线喷嘴，表示能实现反作用。在具体结构中，只用一个凸轮，喷嘴却有两个。虚线表示的右喷嘴用以实现反作用，左喷嘴用以实现正作用。左、右喷嘴与放大器的气路，用背压切换板来沟通，如图6-33所示。

阀门定位器与调节阀配套使用。由于不同的气动调节阀行程不一样，因此，当阀门定位器向调节阀输出相同的信号压力时，不同调节阀的动作，给予定位器的反馈量也不一样。为了使一种阀门定位器能和各种行程的调节阀配合使用，必须在阀门定位器内有调节装置，使不同行程调节阀的不同位移，折合到定位器喷嘴挡板上的反馈量相一致。

（3）切换开关 其作用是当阀门定位器发生故障时，可将阀门定位器定位位置切换到通位置，这样使调节器输出信号不再经过定位器，直接进入气动调节阀的气室，使阀门能正常动作。图6-34所示为切换气路。

图6-33 上下喷嘴背压切换图

1—背压切换板 2—上喷嘴 3—挡板 4—下喷嘴

图6-34 切换气路

2.力（力矩）平衡的气动阀门定位器

（1）动作原理 如图6-35所示，它是按力矩平衡原理工作的。当通入波纹管1的信号压力增加时，主杠杆2绕支点15转动。挡板13靠近喷嘴14，喷嘴背压经功率放大器16放大后，通入到执行机构8的薄膜室，因其压力增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕支点4转动，反馈凸轮5也跟着作逆时针方向转动，通过滚轮10，使到杠杆6绕支点7转动，并将反馈弹簧11拉伸。弹簧11对主杠杆2的拉力，与信号压力作用在波纹管1上的力达到力矩平衡时，仪表达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。弹簧12是调零弹簧，调其预紧力，使挡板初始位置变化。弹簧3是迁移弹簧，在分程控制中，用来改变波纹管对主杠杆作用力的初始值，以使定位器在接受不同输入信号的范围（0.02～0.06MPa或0.06～0.1MPa）时，仍能产生相同的输入信号。

（2）结构特点

1）采用组合式结构。只要把薄膜式气动阀门定位器的单向放大器换成双向放大器，就可以与活塞式执行机构配套使用，具有多用性。

图6-35 力矩平衡阀门定位器

1—波纹管 2—主杠杆 3—迁移弹簧 4—凸轮支点 5—凸轮 6—副杠杆 7—支点 8—执行机构 9—反馈杆 10—滚轮 11—反馈弹簧 12—调零弹簧 13—挡板 14—喷嘴 15—主杠杆支点 16—放大器

2）切换开关用活塞式的O形密封结构。图6-36所示为O形密封切换开关。它比起位移平衡式阀门定位器中采用的平板式切换开关，不但加工方便，而且气路阻力小。

3）改变反馈杆长度实现行程调整。将作用阀门定位器中的波纹管，从主杠杆的右侧换到左侧，调节调零弹簧，使阀门定位器的起始输出压力为0.1MPa，就能实现反作用调节。