第十六章气动执行机构介绍

• 气压信号经过气动放大器后产生的输出压 力增大，此压力反馈到波纹管中，便可在 动铁心另一端产生一个使可动铁心绕支点 作逆时针转动的反馈力矩，此力矩与线圈 产生的电磁力矩相平衡，构成闭环系统。 从而达到使输出压力与输入电信号成比例 地变化。
• 第二节气动薄膜执行机构 • 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两大类，并 以薄膜式执行机构应用最广，在电厂气动基地式 自动控制系统中，常采用这类执行机构。气动薄 膜执行机构以清洁、干燥的压缩空气为动力能源， 它接收DCS或调节器或人工给定的20～100kPa 压力信号，并将此信号转换成相应的阀杆位移 (或称行程)，以调节阀门、闸门等调节机构的开 度。 • 气动薄膜执行器主要由气动薄膜执行机构、控制 机构和气动阀门定位器(辅助设备)几大部分组成， 如图16-2所示。
• 气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配用时， 也能实现正、反ห้องสมุดไป่ตู้用两种动作方式。正作用方 式就是当输入气压信号增加时，调节机构输出 行程增加(推杆4下移)；反之，即 • 为反作用方式。正作用方式要改变成反作用方 式，只需将反馈凸轮反向安装，并将喷嘴从托 板18的左侧移至右侧即可。 • 三、工作特性 • 根据前述分析，若忽略机械系统的惯性及摩擦 影响，则可画出气动阀门定位器与气动薄膜执 行机构配合使用时的方框图，如图16-3所示。
• 图中：1为喷嘴；2为挡板；3为磁钢；4为支点； 5为平衡锤；6为波纹管；7为放大器；8为气阻； 9为调零弹簧；10为可动铁心。
• 来自变送器或调节器的标准电流信号通过 线圈后，产生一个电磁场。此电磁场把可 动铁心磁化，并在磁钢的永久磁场作用下 产生一个电磁力矩，使可动铁心绕支点作 顺时针转动。此时固定在可动铁心上的挡 板便靠近喷嘴，改变了喷嘴和挡板之间的 间隙。喷嘴挡板机构是气动仪表中一种最 基本的变换和放大环节，它能将挡板对于 喷嘴的微小位移灵敏地变换成气压信号。
图16-3 气动薄膜执行机构方框图
• 图中：Pi为输入信号；s为阀杆行程；Ai为波纹管 19的有效面积；Ci为波纹管19的位移刚度；Ki为 波纹管19的顶点到喷嘴15之间的位移转换系数 （根据三角形相似原理确定）；K为放大器17的 转换放大系数；As为波纹膜片的有效面积；Cs为 波纹膜片及压缩弹簧组的位移刚度；Kf为阀杆5 到挡板15之间的位移转换系数（根据凸轮轮廓的 形状及三角形相似原理确定）；Fi为波纹管所产 生的输入力；Si为波纹管顶点所产生的输出位移； hi为输入信号使挡板15产生的位移；hf为阀杆5的 行程使挡板15产生的位移；Fs为波纹膜片产生的 推力： • 由图16-3可得出该系统的传递函数为
• 二、气动阀门定位器 • 在执行机构工作条件差而要求调节质量高 的场合，常把气动阀门定位器与气动薄膜 执行机构配套使用，组成闭环回路，利用 负反馈原理来改善调节质量，提高灵敏度 和稳定性，使阀门能按输入的调节信号准 确地确定自己的开度。
• 气动阀门定位器是一个气压-位移反馈系统， 它按位移平衡原理进行工作，其动作过程 如下：当来自调节器(或定值器)的气压信号 增加时，波纹管19的自由端产生相应的推 力，推动托板18以反馈凸轮14为支点逆时 针偏转，使固定在托板18上的挡板15与喷 嘴16之间的距离减小，喷嘴的背压上升， 气动放大器17的输出压力增大。输入气动 薄膜执行机构的气室A，对波纹膜片1施加 向下的推力。
• 一、气动薄膜执行机构 • 气动薄膜执行机构的结构如图16-2中右侧点划线框内 的上半部分所示。它的主要工作部件由波纹膜片l、压 缩弹簧2和推杆4组成。当压力信号(通常是20～ 100kPa)通入薄膜气室时，在波纹膜片1上产生向下的 推力。此推力克服压缩弹簧2的反作用力后，使推杆4 产生位移，直至弹簧2被压缩的反作用力与信号压力 在膜片1上产生的推力相平衡时为止。显然，压力信 号越大，向下的推力也越大，与之相平衡的弹簧力也 越大，即弹簧的压缩量也就越大。平衡时，推杆的位 移与输入压力信号的大小成正比关系。推杆的位移就 是执行机构的输出，通常称它为行程。调节件3可用 来改变压缩弹簧2的初始压紧力，从而调整执行机构 的工作零点。
第二十章 气动执行机构
• 第二十章 气动执行机构 • 第一节 电／气转换器 • 电／气转换器是将电动控制系统的标准信 号(4～20mADC)转换为标准气压信号(20～ 100KPa)。通过它可以组成电／气混合系统 以便发挥各自的优点，扩大其使用范围。例 如，电／气转换器可用来把电动调节器或 DCS的输出信号经转换后用以驱动气动执行 机构，或将来自各种电动变送器的输出信号 经转换后送往气动调节器。 • 电／气转换器是基于力矩平衡原理进行工作 的。其简化原理图如图16-1所示。
1 1 AiKiK Ci Cs S（s） W(s) 1 P （ i s） 1 KA K s f Cs
1 KA s K f 1 Cs
(16-1)
Ai Ki W K f Ci
(16-2)
• 式(16-2)所表示的是气动薄膜执行机构与气 动阀门定位器配合使用时的输入气压信号 与输出阀杆位移(或行程)之间的关系。由式 (16-2)可知，该执行机构具有以下几个特性： • ⑴该执行机构可看成是一个比例环节， 其比例系数与波纹管的有效面积和它的位 移刚度、位移转换系数(托板长度)和(凸轮 的几何形状)有关。
• 此推力克服压缩弹簧2的反作用力后，使推 杆4向下移动。推杆下移时，通过反馈连杆 13带动反馈凸轮14绕凸轮轴O顺时针偏转， 从而推动托板18以波纹管19为支点逆时针 转动，于是固定在托板18上的挡板离开喷 嘴16，喷嘴的背压下降，放大器17的输出 压力减小。当输入信号使挡板15所产生的 位移与反馈连杆13动作(即阀杆5的行程)使 挡板15产生的位移相平衡时，推杆便稳定 在一个新的位置上。此位置与输入信号相 对应，即执行机构的行程s与输入压力信号 成比例关系。
•
⑵气动薄膜执行机构由于配用了阀门定 位器，引入了深度的位移负反馈，因而消 除了执行机构膜片有效面积和弹簧刚度的 变化、薄膜气室的气容以及阀杆摩擦力等 因素对阀位的影响，保证了阀芯按输入信 号精确定位，提高了调节准确度。 • ⑶由于使用了气动功率放大器，增强了 供气能力，因而大大加快了执行机构的动 作速度，改善了调节阀的动态特性。在特 殊情况下还可改变定位器中的反馈凸轮形 状(即改变)来修改调节阀的流量特性，以适 应调节系统的要求。