调节阀的执行器，执行机构，定位器，减压器

图8-4给出了电动执行机构的静态特性图。图中显示，输出轴转角θ和输入信号i_i之间成一一对应的比例关系，其静态传递系数k为9^o /ma。

2、伺服放大器

伺服放大器主要由前置磁放大器、触发器和可控硅交流开关等构成。它与电机配合工作的伺服驱动电路如图8-5所示。

前置放大器是一个增益很的放大器，根据输入信号与反馈信号相减后偏差的正负，在a、b两点产生两位式的输出电压，控制两个可控硅触发电路中一个工作，一个截止。当前置放大器输出电压的极性为a（+）、b（－）时，触发电路2截止，可控硅scr₂接在二极管桥式整流器的直流端，它的导通使桥式整流器的c、d两端近于短接，故220v的交流电压直接接到伺服电机的绕组ⅰ，同时经分相电容c_f加到绕组ⅱ上，这样，绕组ⅱ中的电流相位比绕组ⅰ超前90^o，形成旋转磁场，使电机朝一个方向转动。如果前置放大器的输出电压极性和上述相反，即a（－）、b（+）时，触发电路1截止，可控硅scr₁不通，而触发电路2控制scr₂*导通，使另一桥式整流器的两端e、f近于短接，电源电压直接加于电机绕组ⅱ，并经分相电容c_f供电给绕组ⅰ。这样，绕组ⅰ中的电流相位比绕组ⅱ超前90^o，电机朝相反的方向转动。由于前置放大器的增益很，只要偏差信号大于不灵敏区，触发电路便可使可控硅导通，电动机以全速转动，这里可控硅起的是无触点开关的作用。当scr₁和scr₂都不导通，伺服电机停止转动。

3、执行单元

执行单元由伺服电机、机械减速和位置发送器三部分组成。执行单元接受伺服放大器或电动操作器的输出信号，控制伺服电机的正、反转，经机械减速器减速后变成输出力矩推动调节机构动作。与此同时，位置发送器将调节机构的角位移转换成相对应的0～10ma，dc信号，作为阀位批示，并反馈到前置放大器的输入端作为位置反馈信号以平衡输入信号。

1、伺服电机

伺服电机实际上是一个二相电容异步电机，它将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩，作为执行器的动力部件。

伺服电机由一个用冲槽硅钢片叠成的定子和鼠笼式转子组成。定子上均布着两个匝数、线径相同而相隔90^o电角度的定子绕组ⅰ和ⅱ。由于分相电容c_f的作用，ⅰ和ⅱ的电流相位总是相差90^o，其合成向量产生定子旋转磁场，定子旋转磁场又在转子内产生感应电流并构成转子磁场，两个磁场相互作用，使转子旋转。

如前所述，转子旋转方向取决于ⅰ和ⅱ中的电流相位差，即取决于分相电容c_f串接在哪一个定子绕组中。

2、减速器

由于伺服电机大多是转速小力矩的，必须经过近千倍的减速，才能推动调节机构。常用的减速器有行星齿轮和蜗轮蜗杆两种，其中行星齿轮减速器由于体积小、传动效率、承载能力大、单级速比可达100倍以上，获得广泛的应用。

3、位置发送器

位置发送器的作用是将电动执行机构输出轴的位移转变为0～10ma，dc反馈信号的装置。其主要部分是差动变压器。

差动变压器的铁芯与凸轮斜面是靠弹簧相接触的，因此当输出轴转动时带动凸轮使铁芯左右移动。凸轮斜面将保证铁芯位置与输出轴之转角成线性关系。输出轴旋转90^o时，铁芯在线圈中相应地移动8mm。

（二）气动执行机构

气动执行机构接受气动控制器或阀门定位器输出的气压信号，并将其转换成相应的推杆直线位移，以推动调节阀动作。

气动执行机构主要有两种类型：薄膜式与活塞式。薄膜式执行机构简单、动作、维修方便、价格低廉，是Z常用的一种执行机构；活塞式执行机构允许操作压力可达500kpa，因此输出推力大，但价格较。

气动执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种，有弹簧的气动执行机构较之无弹簧的气动执行机构输出推力小、价格低。

气动执行机构有正作用和反作用两种形式。当信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用式执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用式执行机构。

由于气动执行机构有结构简单、、本质安全防爆、维修方便等突出的点，由其组成的气动控制阀一直是执行器的主流产品。即使自70年代以来电动控制仪表大量替代气动控制仪表，气动控制阀依然借助电/气转换技术被广泛使用，并得到不断发展和提。

1、气动薄膜式执行机构

正作用式气动薄膜执行机构如图8-8所示。它主要由膜片、压缩弹簧、推杆、膜盖、支架等组成。膜片为较深的盆形，采用丁脂橡胶作为涂层以增强涤纶织物的强度并保证密封性，工作温度一般为－40～85℃；压缩弹簧现采用多根组合形式，其数量为4根、6根或8根，这种组合形式可有效降低调节阀的度。

当信号压力通入由上膜盖1和波纹膜片2组成的薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，使推杆4向下移动并压缩弹簧6，当弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡 时，推杆稳定在一个新的位置，推杆的位移即为执行机构的输出。

气动薄膜执行机构的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜有效面积有200、280、400、630、1000、1600cm²等六种规格。有效面积越大，执行机构的位移和推力也越大。

2、气动活塞式执行机构

气动活塞式执行机构如图8-9所示，其基本部分为气缸，气缸内活塞随气缸两侧压差而移动。两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。它的输出特性有比例式及两位式两种。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力的大小，活塞从压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到另一位置。比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。

此外，还有一种长行程执行机构，其结构原理与活塞式执行机构基本相同，它有行程长、输出力矩大的特点，输出转角位移为90^o，直线位移为40～200mm，适用于输出角位移和力矩的场合。

图8-8  正作用气动薄膜执行机构结构原理图  图8－9气动活塞式执行机构

1—上膜盖；2—膜片；3—下膜盖；4—推杆；5—支架；

6—压缩弹簧；7—弹簧座；8—调节杆；

9—连接阀杆螺母；10—行程标尺

（三）阀门定位器

阀门定位器是气动执行器的—种辅助仪表，它与气动执行器配套使用。

在图示8-8的气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上的气压推力与弹簧反作用力平衡来确定的。实际上，为了防止阀杆引出处的泄漏，填料总要压得很紧。尽管填料选用密封性而摩擦系数小的聚四氟乙烯材料，填料对阀杆的摩擦力仍是不小的。特别是在压力较的阀上，由于填料压得很紧，摩擦力可能相当大。此外，被调节流体对阀心的作用力，在阀的尺寸大或阀前后压差、流体粘性大及含有固体悬浮物时也可能相当大。所有这些附加力都会影响执行机构与输入信号之间的定位关系。使执行机构产生回环特性，严重时造成调节系统振荡。因此，在执行机构工作条件差及要求调节质量的场合，都在调节阀上加装阀门定位器。

阀门定位器接受调节器的输出信号后，去控制气动执行器；当气动执行器动作时，阀杆的位移又通过机械装置负反馈到阀门定位器，因此定位器和执行器组成了一个闭环回路，图8-10所示是阀门定位器的功能示意图。图中显示，来自调节器输出的信号p₀经定位器比例放大后输出p_a，用以控制气动执行机构动作，位置反馈信号外送回至定位器，由此构成一个使阀杆位移与输入压力成比例关系的负反馈系统。

图8-10  阀门定位器功能示意图

阀门定位器能够增加执行机构的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能提信号与阀位间的线性度，克服阀杆的摩擦力和消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。