《气动电动执行器》ppt课件

1、过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东第四章第四章 执行器执行器教学目的要求：了解执行器的分类和构成，掌握气动调理教学目的要求：了解执行器的分类和构成，掌握气动调理阀的构造与任务原理，了解调理阀的各种构造方式，了解阀的构造与任务原理，了解调理阀的各种构造方式，了解各种调理阀的运用场所，掌握调理阀的任务流量特性和理各种调理阀的运用场所，掌握调理阀的任务流量特性和理想流量特性，掌握电气转换器、阀门定位器的作用与任务想流量特性，掌握电气转换器、阀门定位器的作用与任务原理。掌握电动执行器的构造与任务原理。熟习执行器现原理。掌握电动执行器的构造与任务原理。熟习执行器现场安装的普通

2、方法。场安装的普通方法。教学重点：气动调理阀，电动调理阀构造与任务原理教学重点：气动调理阀，电动调理阀构造与任务原理教学难点：电动调理阀、阀门定位器构造与任务原理教学难点：电动调理阀、阀门定位器构造与任务原理过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东第九讲第九讲 气动、电动执行器气动、电动执行器一、概述一、概述执行器是自动控制系统中的重要组成部分，它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，从而支将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从而支配进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数配进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数值上或一定的

3、范围内。值上或一定的范围内。执行器有自动调理阀门、自动电压调理器、自执行器有自动调理阀门、自动电压调理器、自动电流调理器、控制电机等。其中自动调理阀门是动电流调理器、控制电机等。其中自动调理阀门是最常见的执行器，种类繁多。最常见的执行器，种类繁多。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东1、执行器开展概略、执行器开展概略 20世纪世纪50年代开场运用气动执行器和年代开场运用气动执行器和液动执行器，防爆性能好，运用广，但对气液动执行器，防爆性能好，运用广，但对气源要求较高。源要求较高。 50年代末出现电动执行器，信号传输速年代末出现电动执行器，信号传输速度快。度快。 80年

4、代出现代电脑的智能电动执行器，年代出现代电脑的智能电动执行器，用于用于DCS。 90年代出现智能执行器，用于现场总线年代出现智能执行器，用于现场总线控制。控制。2、执行器的构成、执行器的构成执行器由执行机构和调理机构组成。执行器由执行机构和调理机构组成。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东按动力分类：气动、电动和液动执行机构按动作极性分类：正作用执行器和反作用执行器按动作特性分类：比例式执行器和积分式执行器按动作构成分类：角行程执行器和直行程执行器2、执行器的分类与构成、执行器的分类与构成过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东执行器按照任务所用

5、能源方式可分为：执行器按照任务所用能源方式可分为：电动执行器：电源配备方便，信号传输快、电动执行器：电源配备方便，信号传输快、损失小，可远间隔传输；但推力较小。损失小，可远间隔传输；但推力较小。气动执行器：构造简单，可靠，维护方便，气动执行器：构造简单，可靠，维护方便，防火防爆；但气源配备不方便。防火防爆；但气源配备不方便。液动执行器：用液压传送动力，推力最大；液动执行器：用液压传送动力，推力最大；但安装、维护费事，运用不多。但安装、维护费事，运用不多。 工业中运用最多的是气动执行器和电动执行器。工业中运用最多的是气动执行器和电动执行器。 过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德

6、东唐德东图图b中采用电气转换器，精度不高。中采用电气转换器，精度不高。采用电气阀门定位器，可以提高伐节阀的位置精度，运用广泛。采用电气阀门定位器，可以提高伐节阀的位置精度，运用广泛。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东二、二、 气动执行器气动调理阀气动执行器气动调理阀气动执行器是由气压信号控制的阀门。气动执行器是由气压信号控制的阀门。气动薄膜室气动薄膜室推杆推杆阀门阀门阀位指示标牌阀位指示标牌阀杆阀杆过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东1、气动执行器的构造与、气动执行器的构造与分类分类气动执行器由执行机构和气动执行器由执行机构和调理机构控制机

7、构两部分调理机构控制机构两部分组成。组成。执行机构是推进安装，它执行机构是推进安装，它是将信号压力的大小转换为阀是将信号压力的大小转换为阀杆位移的安装。杆位移的安装。控制机构是阀门，它将阀控制机构是阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大杆的位移转换为流通面积的大小。小。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东 2.执行机构执行机构 执行机构按调理器输出的控制信号，驱动调执行机构按调理器输出的控制信号，驱动调理机构动作。气动执行机构的输出方式有角行程理机构动作。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。输出和直行程输出两种。 过程控制系统与装置过程控制系统与装置

8、第第4章章 唐德东唐德东直行程输出的气动执行机构有两类。直行程输出的气动执行机构有两类。气动活塞式执行机构气动活塞式执行机构薄膜式执行机构薄膜式执行机构P正作用执行机构正作用执行机构反作用执行机构反作用执行机构过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东1).薄膜式 p膜片变形带动推杆挪动阀芯产生位移改动阀门开度。输出力较小，精度较高过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东气动执行机构接纳的信号规范：气动执行机构接纳的信号规范：0.02MPa0.1MPa2).活塞式活塞式活塞在汽缸中挪动输出推力。活塞在汽缸中挪动输出推力。输出力较大输出力较大过程控制系统

9、与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东执行机构的输出推杆位移也称为行程。执行机构的输出推杆位移也称为行程。薄膜式执行机构的行程规格：薄膜式执行机构的行程规格：10mm，16mm，25mm，60mm，100mm。活塞式执行机构有比例式和两位式。活塞式执行机构有比例式和两位式。长行程执行机构：行程长行程执行机构：行程40200mm，转角，转角90气动薄膜执行机构：气动薄膜执行机构：输出位移输出位移LAp/K，A为波纹膜片有效面积，为波纹膜片有效面积，K为弹簧刚度。为弹簧刚度。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东3调理机构调理机构 调理机构就是阀门，是一个部分阻

10、力可以改动调理机构就是阀门，是一个部分阻力可以改动的节流元件。由阀体，阀座，阀芯，阀杆，上下阀的节流元件。由阀体，阀座，阀芯，阀杆，上下阀盖组成。根据不同的运用要求，阀门的构外型式很盖组成。根据不同的运用要求，阀门的构外型式很多。多。 阀芯方式：阀芯方式： 直行程阀芯和角行程阀芯直行程阀芯和角行程阀芯过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东1 直通单座阀直通单座阀q流体对阀芯的不平流体对阀芯的不平衡作用力大。普通用在小衡作用力大。普通用在小口径、低压差的场所。口径、低压差的场所。q构造简单、走漏量小。构造简单、走漏量小。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐

11、德东唐德东正装阀正装阀阀芯下移时，阀芯与阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大座间的流通截面积增大阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。 反装阀反装阀阀芯下移时，阀芯与阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小座间的流通截面积减小过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东2 2 直通双座阀直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。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，可以相互抵消，所以不平力方向相反且大小相近，可以相互抵消，所以不平衡力小。衡力小。q但是，

12、由于加工的但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，座不易保证同时密闭，因此走漏量较大。因此走漏量较大。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东3角形控制阀角形控制阀两个接纳呈直角形，普通为底进侧出，这种阀的两个接纳呈直角形，普通为底进侧出，这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。流路简单、对流体的阻力较小。q适用于现场管道适用于现场管道要求直角衔接，介质要求直角衔接，介质为高粘度、高压差和为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固含有少量悬浮物和固体颗粒状的场所。体颗粒状的场所。 过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东4

13、4 三通控制阀三通控制阀 有三个出入口与工艺管道衔接。流通方式有三个出入口与工艺管道衔接。流通方式有合流型两种介质混合成一路和分流型一种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。介质分成两路两种。适用于配比控制与旁路控制。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东5隔膜控制阀隔膜控制阀 采用耐腐蚀资料作采用耐腐蚀资料作隔膜，将阀芯与流体隔隔膜，将阀芯与流体隔开。开。q构造简单、流阻小、流通才干比同口径的其他构造简单、流阻小、流通才干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，故无填种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无

14、填料，介质也不会走漏。料，介质也不会走漏。q耐腐蚀才干强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性耐腐蚀才干强，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介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。制。 过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东q适用于大口径、适用于大口径、大流量、低压差的场大流量、低压差的场所，也可以用于含少所，也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。介质的控制。6蝶阀蝶阀又名翻板阀。又名翻板阀。构造简单、分量轻、流阻极小，但走漏量大。构造简单、分量轻、流阻极小，但走漏量大。过程控制系统与装置过程控制系统与装置

15、 第第4章章 唐德东唐德东7 球阀球阀阀芯与阀体都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀阀芯与阀体都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就有不同的芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就有不同的流通面积。流通面积。q流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双位式控制。于双位式控制。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东8笼式阀笼式阀阀内有一个圆柱形套筒笼子。套筒壁上有阀内有一个圆柱形套筒笼子。套筒壁上有一个或几个不同外形的孔窗口，利用套筒导向，一个或几个不同外形的孔窗口，利用套筒导向，阀芯在套筒内上下挪动，改动阀的节

16、流孔面积。阀芯在套筒内上下挪动，改动阀的节流孔面积。q可调比大，不平衡可调比大，不平衡力小，改换开孔不同的力小，改换开孔不同的套筒，就可得到不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不适于高流量特性。但不适于高粘度或带有悬浮物的介粘度或带有悬浮物的介质流量控制。质流量控制。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东9凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀又名偏心旋转阀。其阀芯呈扇形球面状，与挠又名偏心旋转阀。其阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一同铸成，固定在转动轴上。曲臂及轴套一同铸成，固定在转动轴上。q阀芯球面与阀座密封圈严密接触，密封性好。阀芯球面与阀座密封圈严密接触，密封性好。适用于高粘度

17、或带有悬浮物的介质流量控制。适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。 调理阀除了构造类调理阀除了构造类型的不同外，其它的主型的不同外，其它的主要技术参数是流量特性要技术参数是流量特性和口径。和口径。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东 假设采用电假设采用电/气转换器和气动执行气转换器和气动执行机构配合，是开环系统，调理精度机构配合，是开环系统，调理精度不高。不高。 假设采用阀门定位器与气动执行假设采用阀门定位器与气动执行机构配合，执行机构的输出位移经机构配合，执行机构的输出位移经过凸轮杠杆反响到阀门定位器，利过凸轮杠杆反响到阀门定位器，利用负反响，提高气动调理阀的位置

18、用负反响，提高气动调理阀的位置精度。精度。三、电三、电/气转换器气转换器/阀门定位器阀门定位器过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东将将420mA的电的电流信号转换成流信号转换成20100KPa的规范气压的规范气压信号。信号。1 1、 电电/ /气转换器气转换器电电/气转换器作用：气转换器作用：过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东 I 吸力吸力Fi 杠杆偏转杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙挡板与喷嘴间隙 背背压压 放大器输入放大器输入 输出压力输出压力P 杠杆的反响力杠杆的反响力Ff 杠杆平衡杠杆平衡 PI任务原理任务原理负反响负反响磁铁磁铁调零调零F

19、iFf背压背压过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东电气转换器任务原理：电气转换器任务原理：输入信号：输入信号：420mADC；输出信号：输出信号：0.020.1MPa0.040.2MPa过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东把把420mA的信号转换为的信号转换为0.020.1MPa的规范信号，的规范信号，以实现电动仪表与气动仪表的连用，构成混合控以实现电动仪表与气动仪表的连用，构成混合控制系统，充分发扬电、气仪表的优点。制系统，充分发扬电、气仪表的优点。输入信号：输入信号：420mADC；输出信号：输出信号：0.020.1MPa0.040.2M

20、Pa根本误差：根本误差：0.5变差：变差：0.5灵敏度：灵敏度：0.05防爆等级：平安隔爆型：防爆等级：平安隔爆型：AB3e，平安火花型：，平安火花型：HIII电电/气转换器气转换器过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东1.气阻气阻 R=P/q2.气容气容固定气容固定气容C=V/KT弹性气容弹性气容3.弹性元件弹性元件4.喷嘴挡板机构：位移喷嘴挡板机构：位移压力压力过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东5.功率放大器功率放大器过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东2 2、 阀门定位器阀门定位器气动调理阀中，阀杆气动调理阀中

21、，阀杆的位移是由薄膜上气压推的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确力与弹簧反作用力平衡确定的。定的。为了防止阀杆处的走为了防止阀杆处的走漏要压紧填料，使阀杆摩漏要压紧填料，使阀杆摩擦力增大，且个体差别较擦力增大，且个体差别较大，这会影响输入信号大，这会影响输入信号P P的的执行精度。执行精度。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东 处理措施处理措施 在调理阀上加装在调理阀上加装阀门定位器，引入阀杆阀门定位器，引入阀杆位移负反响。使阀杆能位移负反响。使阀杆能按输入信号准确地确定按输入信号准确地确定本人的开度。本人的开度。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章

22、章 唐德东唐德东2、气动阀门定位器原理、气动阀门定位器原理Pi进入波纹管进入波纹管主杠杆产生逆时针转矩主杠杆产生逆时针转矩挡板接近喷嘴挡板接近喷嘴喷嘴背压喷嘴背压添加添加放大放大产生产生P1推进执行机构薄膜室推进执行机构薄膜室执行机构输出阀杆位执行机构输出阀杆位移移反响杆绕支点逆时针反响杆绕支点逆时针旋转旋转带动凸轮逆时带动凸轮逆时针旋转针旋转副杠杆顺时副杠杆顺时针旋转针旋转经过反响弹经过反响弹簧簧对主杠杆产生顺对主杠杆产生顺时针方向转矩时针方向转矩与与Pi产生逆时针力矩平衡。产生逆时针力矩平衡。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东 3 3、电、电/ /气阀门定位器气

23、阀门定位器 实践运用中，常把电实践运用中，常把电/ /气转换器和阀门定位气转换器和阀门定位器结合成一体，组成电器结合成一体，组成电/ /气阀门定位器。气阀门定位器。 I杠杆上端右移杠杆上端右移挡板接近喷嘴挡板接近喷嘴 P压力压力阀杆下移阀杆下移反响凸轮反响凸轮右转右转 反响弹簧右拉反响弹簧右拉杠杆平衡杠杆平衡过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东3、电气阀门定位器、电气阀门定位器过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东4、智能型电气阀门定位器、智能型电气阀门定位器过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东气动薄膜单座气动薄膜单座

24、(套筒套筒)调理阀调理阀气动薄膜双座调理阀气动薄膜双座调理阀过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东 气动调理阀气动调理阀气动调理蝶阀气动调理蝶阀过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东四、四、 电动执行器电动执行器电动执行器接受来自控制器的电电动执行器接受来自控制器的电流信号，阀门开度延续可调。流信号，阀门开度延续可调。电磁阀也接受来自控制器的电流电磁阀也接受来自控制器的电流信号，但阀门开度是位式调理。信号，但阀门开度是位式调理。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东如直动式电磁阀：如直动式电磁阀： 线圈通电时，产生电线圈通

25、电时，产生电磁力，吸引阀芯柱上移，磁力，吸引阀芯柱上移，阀门翻开。阀门翻开。 线圈断电后，电磁力线圈断电后，电磁力消逝，阀芯落下。在弹簧消逝，阀芯落下。在弹簧压力下阀门紧闭。压力下阀门紧闭。 电磁阀是位式阀，只电磁阀是位式阀，只需全开和全关两个位置。需全开和全关两个位置。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东电动调理阀也由执行机构电动调理阀也由执行机构和阀门两部分组成。和阀门两部分组成。执行机构是调理阀的推进执行机构是调理阀的推进安装，它将输入信号转换成相安装，它将输入信号转换成相应的动力，带动控制机构动作。应的动力，带动控制机构动作。阀门是调理阀的控制机构，阀门是调理

26、阀的控制机构，它与气动调理阀的阀门是通用它与气动调理阀的阀门是通用的。的。执行机构执行机构控制机构控制机构过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东电动执行机构用控制电机作动力安装。输出方电动执行机构用控制电机作动力安装。输出方式有：式有：角行程：电机转动经减速器后输出。角行程：电机转动经减速器后输出。直行程：电机转动经减速器减速并转换为直线直行程：电机转动经减速器减速并转换为直线位移输出。位移输出。多转式：转角输出，功率比较大，主要用来控多转式：转角输出，功率比较大，主要用来控制闸阀、截止阀等多转式阀门。制闸阀、截止阀等多转式阀门。 这几种执行机构在电气原理上根本一样，这几种执行机构在电气原理上根本一样，只是减速器不一样。只是减速器不一样。过程控制系统与装置过程控制系统与装置 第第4章章 唐德东唐德东电动执行机构电动执行机构 过程控制系统与装置过程控制系统与装置