气动电动执行器
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这几种执行机构在电气原理上基本相同， 只是减速器不一样。
电动执行机构
输入信号与位置反馈信号 进行比较，将差值放大。
驱动 经减速输出，
电机
带动阀门
直到位置发送器检测到的 位置信号与输入信号相等 时，放大器输出为零。
电动执行机构 原理方框图
两相电机伺服驱动电路
＋ －
例 a（+）b（-）时 触发电路1工作 SCR1导通
3、电/气阀门定位器 实际应用中，常把电/气转换器和阀门定位器结 合成一体，组成电/气阀门定位器。
I↑杠杆上端右移 挡板靠近喷嘴 P压力↑ 阀杆下移反馈凸轮 右转 反馈弹簧右拉 杠杆平衡
3、电气阀门定位器
4、智能型电气阀门定位器
气动薄膜单座(套筒)调节阀
气动薄膜双座调节阀
气动调节阀
气动调节蝶阀
电动调节阀也由执行机构 和阀门两部分组成。
执行机构是调节阀的推动
装置，它将输入信号转换成相
执
应的动力，带动控制机构动作。
行
机
阀门是调节阀的控制机构，
构
它与气动调节阀的阀门是通用
的。
控 制 机 构
电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形 式有：
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 位移输出。 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。
阀芯形式： 直行程阀芯和角行程阀芯
（1） 直通单座阀
结构简单、泄漏量小。
流体对阀芯的不平 衡作用力大。一般用在小 口径、低压差的场合。
阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。
正装阀
反装阀
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积减小
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积增大
（2） 直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。
电动蝶阀
电动高温蝶阀 智能电动蝶阀
电动小型调节阀
电动直角调节阀
电动双座调节阀
电动浆液阀
电动刀型闸阀
电动闸阀
小结
气动调节阀 电/气转换器 电/气阀门定位器 电动调节阀
结构 工作原理
作业：执行器在控制系统中处于什么地位？ 其性能对控制系统的运行有什么影响？
执行机构是推动装置，它 是将信号压力的大小转换为阀 杆位移的装置。
控制机构是阀门，它将阀 杆的位移转换为流通面积的大 小。
2.执行机构 执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调 节机构动作。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。
直行程输出的气动执行机构有两类。
薄膜式执行机构
气动活塞式执行机构
（6）蝶阀 又名翻板阀。 结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。
适用于大口径、 大流量、低压差的场 合，也可以用于含少 量纤维或悬浮颗粒状 介质的控制。
（7） 球阀 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 流通面积。 流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用 于双位式控制。
1、执行器发概况
20世纪50年代开始使用气动执行器和液动执 行器，防爆性能好，应用广，但对气源要求较高。
50年代末出现电动执行器，信号传输速度快。 80年代出现代电脑的智能电动执行器，用于 DCS。 90年代出现智能执行器，用于现场总线控制。
2、执行器的构成
执行器由执行机构和调节机构组成。
2、执行器的分类与构成 ●按动力分类：气动、电动和液动执行机构
线圈Ⅰ
电机正转
90º相移 220V通路 c、d间短接 线圈Ⅱ、 CF
四、 智能式调节阀 随着电子技术的迅速发展，微处理器也被引入到
调节阀中，出现了智能式调节阀。主要功能如下：
1．控制及执行功能 2．补偿及校正功能 3．通信功能 4．诊断功能 5．保护功能
智能电动执行机构
电动V形球阀
电动O形球阀 电动三通球阀
（4） 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合
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。
（5）隔膜控制阀 采用耐腐蚀材料作
隔膜，将阀芯与流体隔 开。
结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他 种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填 料，介质也不会泄漏。 耐腐蚀能力强，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 制。
四、 电动执行器 电动执行器接受来自控制器的电 流信号，阀门开度连续可调。 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节。
如直动式电磁阀：
线圈通电时，产生电 磁力，吸引阀芯柱上移， 阀门打开。
线圈断电后，电磁力 消失，阀芯落下。在弹簧 压力下阀门紧闭。
电磁阀是位式阀，只 有全开和全关两个位置。
电气转换器工作原理：
输入信号：4～ 20mADC； 输出信号：0.02～ 0.1MPa（0.04～ 0.2MPa）
电/气转换器
把4～20mA的信号转换为0.02～0.1MPa的标准信号， 以实现电动仪表与气动仪表的连用，构成混合控 制系统，充分发挥电、气仪表的优点。
输入信号：4～20mADC； 输出信号：0.02～0.1MPa（0.04～0.2MPa） 基本误差：±0.5％ 变差：±0.5％ 灵敏度：0.05％ 防爆等级：安全隔爆型：AB3e，安全火花型：HIII
解决措施
在调节阀上加装 阀门定位器，引入阀杆 位移负反馈。使阀杆能 按输入信号精确地确定 自己的开度。
2、气动阀门定位器原理
Pi进入波纹管→主杠杆产生逆时针转矩→挡板靠近喷嘴→喷嘴背压 增加→放大→产生P1→推动执行机构薄膜室→执行机构输出阀杆位 移
反馈杆绕支点逆时针 旋转→带动凸轮逆时 针旋转→副杠杆顺时 针旋转→通过反馈弹 簧→对主杠杆产生顺 时针方向转矩→与Pi 产生逆时针力矩平衡。
电/气转换器作用： 将4～20mA的电 流 信 号 转 换 成 20 ～ 1 0 0 KPa 的 标 准 气 压 信号。
工作原理
I ↑ 吸力Fi↑ 杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙↓ 背压↑ 放大器输入↑ 输出压力P ↑ 杠杆 的反馈力Ff ↑ 杠杆平衡 P∝I
Fi
调零 负反馈 Ff
磁铁 背压
第九讲 气动、电动执行器
一、概述
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，从而操 纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数 值上或一定的范围内。
执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自 动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是 最常见的执行器，种类繁多。
1.气阻 R=P/q 2.气容 固定气容C=V/KT 弹性气容 3.弹性元件 4.喷嘴挡板机构：位移—压力
5.功率放大器
2、 阀门定位器
气动调节阀中，阀杆 的位移是由薄膜上气压推 力与弹簧反作用力平衡确 定的。
为了防止阀杆处的泄 漏要压紧填料，使阀杆摩 擦力增大，且个体差异较 大，这会影响输入信号P的 执行精度。
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，可以互相抵消，所以不平 衡力小。
但是，由于加工的 限制，上下两个阀芯阀 座不易保证同时密闭， 因此泄漏量较大。
（3）角形控制阀 两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的 流路简单、对流体的阻力较小。
适用于现场管道 要求直角连接，介质 为高粘度、高压差和 含有少量悬浮物和固 体颗粒状的场合。
P
正作用执行机构 反作用执行机构
1).薄膜式
p→膜片→变 形→带动推杆 移动→阀芯产 生位移→改变 阀门开度。 （输出力较小， 精度较高）
2).活塞式
活塞在汽缸中移动输出推力。 （输出力较大）
气动执行机构接收的信号标准： 0.02MPa～0.1MPa
气动薄膜执行机构： 输出位移L＝Ap/K， A为波纹膜片有效面积，K为弹簧刚度。
工业中使用最多的是气动执行器和电动执行器。
图b中采用电气转换器，精度不高。 采用电气阀门定位器，可以提高调节阀的位置精度，应用广泛。
二、 气动执行器（气动调节阀） 气动执行器是由气压信号控制的阀门。
阀位指示标牌 阀杆
气动薄膜室 推杆 阀门
1、气动执行器的结构与 分类
气动执行器由执行机构和 调节机构（控制机构）两部分 组成。
（8）笼式阀 阀内有一个圆柱形套筒（笼子）。套筒壁上有 一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向， 阀芯在套筒内上下移动，改变阀的节流孔面积。
可调比大，不平衡 力小，更换开孔不同的 套筒，就可得到不同的 流量特性。但不适于高 粘度或带有悬浮物的介 质流量控制。
（9）凸轮挠曲阀 又名偏心旋转阀。其阀芯呈扇形球面状，与挠 曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。 阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。 适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。
调节阀除了结构类 型的不同外，其它的主 要技术参数是流量特性 和口径。
三、电/气转换器/阀门定位器
如果采用电/气转换器和气动执行机构配合， 是开环系统，调节精度不高。
如果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通过凸轮杠杆反馈到阀门 定位器，利用负反馈，提高气动调节阀的位置
精度。
1、 电/气转换器
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： 10mm，16mm，25mm，60mm，100mm。 活塞式执行机构有比例式和两位式。 长行程执行机构：行程40～200mm，转角90°
3．调节机构 调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变
的节流元件。由阀体，阀座，阀芯，阀杆，上下阀 盖组成。根据不同的使用要求，阀门的结构型式很 多。
●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 ●按动作形成分类：角行程执行器和直行程执行器
执行器按照工作所用能源形式可分为： 电动执行器：电源配备方便，信号传输快、 损失小，可远距离传输；但推力较小。 气动执行器：结构简单，可靠，维护方便， 防火防爆；但气源配备不方便。 液动执行器：用液压传递动力，推力最大； 但安装、维护麻烦，使用不多。
电动执行机构
输入信号与位置反馈信号 进行比较，将差值放大。
驱动 经减速输出，
电机
带动阀门
直到位置发送器检测到的 位置信号与输入信号相等 时，放大器输出为零。
电动执行机构 原理方框图
两相电机伺服驱动电路
＋ －
例 a（+）b（-）时 触发电路1工作 SCR1导通
3、电/气阀门定位器 实际应用中，常把电/气转换器和阀门定位器结 合成一体，组成电/气阀门定位器。
I↑杠杆上端右移 挡板靠近喷嘴 P压力↑ 阀杆下移反馈凸轮 右转 反馈弹簧右拉 杠杆平衡
3、电气阀门定位器
4、智能型电气阀门定位器
气动薄膜单座(套筒)调节阀
气动薄膜双座调节阀
气动调节阀
气动调节蝶阀
电动调节阀也由执行机构 和阀门两部分组成。
执行机构是调节阀的推动
装置，它将输入信号转换成相
执
应的动力，带动控制机构动作。
行
机
阀门是调节阀的控制机构，
构
它与气动调节阀的阀门是通用
的。
控 制 机 构
电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形 式有：
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 位移输出。 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。
阀芯形式： 直行程阀芯和角行程阀芯
（1） 直通单座阀
结构简单、泄漏量小。
流体对阀芯的不平 衡作用力大。一般用在小 口径、低压差的场合。
阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。
正装阀
反装阀
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积减小
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积增大
（2） 直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。
电动蝶阀
电动高温蝶阀 智能电动蝶阀
电动小型调节阀
电动直角调节阀
电动双座调节阀
电动浆液阀
电动刀型闸阀
电动闸阀
小结
气动调节阀 电/气转换器 电/气阀门定位器 电动调节阀
结构 工作原理
作业：执行器在控制系统中处于什么地位？ 其性能对控制系统的运行有什么影响？
执行机构是推动装置，它 是将信号压力的大小转换为阀 杆位移的装置。
控制机构是阀门，它将阀 杆的位移转换为流通面积的大 小。
2.执行机构 执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调 节机构动作。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。
直行程输出的气动执行机构有两类。
薄膜式执行机构
气动活塞式执行机构
（6）蝶阀 又名翻板阀。 结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。
适用于大口径、 大流量、低压差的场 合，也可以用于含少 量纤维或悬浮颗粒状 介质的控制。
（7） 球阀 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 流通面积。 流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用 于双位式控制。
1、执行器发概况
20世纪50年代开始使用气动执行器和液动执 行器，防爆性能好，应用广，但对气源要求较高。
50年代末出现电动执行器，信号传输速度快。 80年代出现代电脑的智能电动执行器，用于 DCS。 90年代出现智能执行器，用于现场总线控制。
2、执行器的构成
执行器由执行机构和调节机构组成。
2、执行器的分类与构成 ●按动力分类：气动、电动和液动执行机构
线圈Ⅰ
电机正转
90º相移 220V通路 c、d间短接 线圈Ⅱ、 CF
四、 智能式调节阀 随着电子技术的迅速发展，微处理器也被引入到
调节阀中，出现了智能式调节阀。主要功能如下：
1．控制及执行功能 2．补偿及校正功能 3．通信功能 4．诊断功能 5．保护功能
智能电动执行机构
电动V形球阀
电动O形球阀 电动三通球阀
（4） 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合
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。
（5）隔膜控制阀 采用耐腐蚀材料作
隔膜，将阀芯与流体隔 开。
结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他 种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填 料，介质也不会泄漏。 耐腐蚀能力强，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 制。
四、 电动执行器 电动执行器接受来自控制器的电 流信号，阀门开度连续可调。 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节。
如直动式电磁阀：
线圈通电时，产生电 磁力，吸引阀芯柱上移， 阀门打开。
线圈断电后，电磁力 消失，阀芯落下。在弹簧 压力下阀门紧闭。
电磁阀是位式阀，只 有全开和全关两个位置。
电气转换器工作原理：
输入信号：4～ 20mADC； 输出信号：0.02～ 0.1MPa（0.04～ 0.2MPa）
电/气转换器
把4～20mA的信号转换为0.02～0.1MPa的标准信号， 以实现电动仪表与气动仪表的连用，构成混合控 制系统，充分发挥电、气仪表的优点。
输入信号：4～20mADC； 输出信号：0.02～0.1MPa（0.04～0.2MPa） 基本误差：±0.5％ 变差：±0.5％ 灵敏度：0.05％ 防爆等级：安全隔爆型：AB3e，安全火花型：HIII
解决措施
在调节阀上加装 阀门定位器，引入阀杆 位移负反馈。使阀杆能 按输入信号精确地确定 自己的开度。
2、气动阀门定位器原理
Pi进入波纹管→主杠杆产生逆时针转矩→挡板靠近喷嘴→喷嘴背压 增加→放大→产生P1→推动执行机构薄膜室→执行机构输出阀杆位 移
反馈杆绕支点逆时针 旋转→带动凸轮逆时 针旋转→副杠杆顺时 针旋转→通过反馈弹 簧→对主杠杆产生顺 时针方向转矩→与Pi 产生逆时针力矩平衡。
电/气转换器作用： 将4～20mA的电 流 信 号 转 换 成 20 ～ 1 0 0 KPa 的 标 准 气 压 信号。
工作原理
I ↑ 吸力Fi↑ 杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙↓ 背压↑ 放大器输入↑ 输出压力P ↑ 杠杆 的反馈力Ff ↑ 杠杆平衡 P∝I
Fi
调零 负反馈 Ff
磁铁 背压
第九讲 气动、电动执行器
一、概述
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，从而操 纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数 值上或一定的范围内。
执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自 动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是 最常见的执行器，种类繁多。
1.气阻 R=P/q 2.气容 固定气容C=V/KT 弹性气容 3.弹性元件 4.喷嘴挡板机构：位移—压力
5.功率放大器
2、 阀门定位器
气动调节阀中，阀杆 的位移是由薄膜上气压推 力与弹簧反作用力平衡确 定的。
为了防止阀杆处的泄 漏要压紧填料，使阀杆摩 擦力增大，且个体差异较 大，这会影响输入信号P的 执行精度。
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，可以互相抵消，所以不平 衡力小。
但是，由于加工的 限制，上下两个阀芯阀 座不易保证同时密闭， 因此泄漏量较大。
（3）角形控制阀 两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的 流路简单、对流体的阻力较小。
适用于现场管道 要求直角连接，介质 为高粘度、高压差和 含有少量悬浮物和固 体颗粒状的场合。
P
正作用执行机构 反作用执行机构
1).薄膜式
p→膜片→变 形→带动推杆 移动→阀芯产 生位移→改变 阀门开度。 （输出力较小， 精度较高）
2).活塞式
活塞在汽缸中移动输出推力。 （输出力较大）
气动执行机构接收的信号标准： 0.02MPa～0.1MPa
气动薄膜执行机构： 输出位移L＝Ap/K， A为波纹膜片有效面积，K为弹簧刚度。
工业中使用最多的是气动执行器和电动执行器。
图b中采用电气转换器，精度不高。 采用电气阀门定位器，可以提高调节阀的位置精度，应用广泛。
二、 气动执行器（气动调节阀） 气动执行器是由气压信号控制的阀门。
阀位指示标牌 阀杆
气动薄膜室 推杆 阀门
1、气动执行器的结构与 分类
气动执行器由执行机构和 调节机构（控制机构）两部分 组成。
（8）笼式阀 阀内有一个圆柱形套筒（笼子）。套筒壁上有 一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向， 阀芯在套筒内上下移动，改变阀的节流孔面积。
可调比大，不平衡 力小，更换开孔不同的 套筒，就可得到不同的 流量特性。但不适于高 粘度或带有悬浮物的介 质流量控制。
（9）凸轮挠曲阀 又名偏心旋转阀。其阀芯呈扇形球面状，与挠 曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。 阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。 适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。
调节阀除了结构类 型的不同外，其它的主 要技术参数是流量特性 和口径。
三、电/气转换器/阀门定位器
如果采用电/气转换器和气动执行机构配合， 是开环系统，调节精度不高。
如果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通过凸轮杠杆反馈到阀门 定位器，利用负反馈，提高气动调节阀的位置
精度。
1、 电/气转换器
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： 10mm，16mm，25mm，60mm，100mm。 活塞式执行机构有比例式和两位式。 长行程执行机构：行程40～200mm，转角90°
3．调节机构 调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变
的节流元件。由阀体，阀座，阀芯，阀杆，上下阀 盖组成。根据不同的使用要求，阀门的结构型式很 多。
●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 ●按动作形成分类：角行程执行器和直行程执行器
执行器按照工作所用能源形式可分为： 电动执行器：电源配备方便，信号传输快、 损失小，可远距离传输；但推力较小。 气动执行器：结构简单，可靠，维护方便， 防火防爆；但气源配备不方便。 液动执行器：用液压传递动力，推力最大； 但安装、维护麻烦，使用不多。