阀门定位器原理
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1）在线诊断--从阀体诊断到“预知保全”
与高压气体保安法及相关法规相结合的同时，提高成套设备定期保养维修周期的延伸性。从以往的定期维修保养经验来看，应强调具有与机器的健全性相结合，在恰当的时机进行保养维修的必要性。与此同时也必须在提高计量装置信赖度，具备通过在线就能查出轻微的异常、机器自身劣化状况的诊断技术。通过使用现场智能通信器等IT技术，机器还能发送[实时多变数]信息，并且充分利用此特性，发送出机器的诊断信息、实现具有良好功效的“保养维修”。
如图8.7所示，在现场总线中的检测系统，其控制机能已被移至现场，并在定位器上带有PID功能块，从控制效率的角度上讲是个很有意义的创新。实际运用上，与现场智能通信相对应的定位器（已受到「现场智能通信器协会」的认可），几乎都带有调节控制功能。
第8章阀门定位器
8.1概要
调节阀是通过驱动被称为阀芯的阀栓，改变介质流道的断面积从而达到调节流量的设备。因为阀芯会受到调节阀前后以过程流体「差压」为主的反作用力。如果反作用力较小，则对与执行机构相关的「控制信号」和「阀门开度」的影响也较小。当流体压力变动较大时、与其反作用力也较大、并且当控制信号的气压通向执行机构时，就会发生阀门开度与控制信号不符。所以就需配备使用一种被称为阀门定位器（以下称之为定位器）的开度调节器，测出阀芯的位置、并与工作信号比较，如把两者之间的差转化为零等。也就是说它是一种能调整改变通向执行机构气压信号的控制器。
・因为采用的是大口径控制阀，并且组合构造比较简单精炼，所以能避免因供气柱塞而引起的各种事故、执行机构的应答速度也非常快速。
・高灵敏度和良好的安定性。在振动多发的场合，也能发挥其良好的性能。
・因为构造简单牢固，所以在维护保养方面非常容易。
・变更定位器的正反动作时，非常容易、无需更换部件，并且与执行机构的正反作用无关。
并且也可使用SFC（智能手操器）非常简单的进行设定变更。此外，还带有阀自动/手动切换功能。
・行程反馈功能
能远距离确认/监控调节阀的行程、阀门的异常状况。
・调节阀的诊断
在2.3章中所叙述的诊断技术的基础上，能反馈定位器的自我诊断信息、以及反馈（作为其控制对象）调节阀功能是否健全的诊断信息。
(b)构造及动作原理
3）现场调节器
安装在「现场设备」上段的集散控制系统（DCS）。随着近年来所收集信息的――高度化、大量化、复杂化的状况，把至今为止放在DCS里的调节器移到现场，使其更具有自律（自主）的分散能力，实现其更有效地控制功能，由于DCS带有高度信息处理的“特化”动向，估计「此概念构思」是根据组合系统的[具体实施化]演变状况而进行扩展。
智能定位器的构造和动作流程图如图8.5、图8.6所示。输入/电源部分接受从控制器输出的4～20mA电流信号后，在生产出与其成比例的输入信号的同时，提供驱动电气回路的电源。再由检测调节阀行程的位置传送器制作出反馈信号，并通过A/D变换器变换为数字式信号→输入控制演算模块进行演算→向电/空交换模块输入控制信号。再通过电/空交换模块→输出与控制信号成比例的空气压力信号驱动调节阀。
2）调节阀的数据库
由于带有特殊的中间面（界面）设备，无需带有附件，而且现场智能通信器也已实现了――１、「现场设备与上位系统网络化」，现场设备的「来历保全」，「管理零部件组合、配置」等，其数据系统的有效性会被不断的提高。２、SVP与调节阀之间进行物理性连接，复杂的调节阀规格及保全记录等全部归入信息管理ID。以往的仪器记录仪和被独立管理数据库S/W、也被用于互联网上的「实时」，并且与前言所叙的劣化诊断信息相结合、组成了「应用数据库」，根据此「应用数据库」就能拟定出，更加经济、更加高效率、更加实际的保养维修计划，并且赋予实施。
（a）特点
・调整简单
与外部调零/量程调整时，只需一把螺丝刀就可以简单的进行调整。特别是能识别执行机构的规格，并带有各种自动设定功能，以及针对各种设定的自动调整功能。另外、还能非常简单的进行零度/量程调整作业，并且在零度/量程调整时互不干涉。
・1种机型能对应各种广泛的规格
以前、必需更换硬件才能进行分程、流量变更的作业，现只要通过软件就能对应。
・磁体模块是采用高精度的可动线圈方式，与端子箱组成一体的防暴结构。就算在运行中，也能取下外壳进行内部检查维护作业。
・磁体材料为磁性优质的稀有矿土，并且采用（圆型的可动线圈）通过平板弹簧进行通电的无导线结构。
・因为体积较小、分量较轻，能安装在各种பைடு நூலகம்型执行机构上。又因为空气过滤减压阀能直接安装在定位器上，所以无需连接管道。
8.5智能定位器
于1984年、从带有微传感功能的智能型（差压/压力）变送器开始，在过程控制领域的现场仪器已进入了智能化阶段。之至当今智能化已成为理所当然的被广泛应用。其主要的特点是：使用操作方便容易、精度准确、安定性强以及信赖度高等。作为操作端的智能化，也已从智能阀门定位器开始进行展开了。以下是针对有关智能操作端的特点和原理进行说明。
（b）构造以及动作原理
在图8.3、图8.4中，分别表示定位器的原理图和流程图以及内部构造图。在信号电流增加的同时，磁体模块中产生出对径轴的拉力后关闭喷嘴。此后、喷嘴的背面压力上升，在控制继电器中的压力/流量同时增幅后，被送往执行机构对阀门进行控制。此时的阀门动作为：通过反馈杆拉伸反馈弹簧，使磁体模块内的推力和反馈弹簧反作用力达到平衡的位置后使停止阀门。经过上述的动作过程达到控制阀门的位置目的。
8.2定位器的作用
定位器的主要作用：综合了阀门行程和阀芯的流体反作用力、填料部分上下不同的摩擦力、（供气/排气时）不同的动作气压特性等非线性控制对象、把阀门开度直接与动作信号进行均衡（成比例关系）。为了使调节阀的开度始终保持在正确的位置内，定位器在接受从控制器输出动作信号的同时控制其他的供气气压。其主要使用于以下场合。
8.4力平衡式电/空定位器
进入70年代后电气信号被统一为4~20mA，并作为国际标准信号一直延用至今。几乎所有的控制器其中也包括DCS，都向调节阀提供4~20mA的控制信号。作为接受此控制信号的定位器，半数以上都是力平衡式的电/空定位器。
（a）特点
・供气的使用量较少、使用大容量的控制阀、带有控制高差压的装置、通过运转组合切换后，都能给大小容量的执行机构带来安定并且高灵敏度的运作。
・因为其构成部件采用的是耐腐蚀性材料，所以能抗衡各种恶劣的使用环境。
・变更信号和行程特性时与阀体无关，能极其容易的对应线性、等百分比、快开等流量特性。
（b）构造及动作原理
有关空/空定位器的构造及动作原理如图8.1、图8.2所示。从调节器输出的控制信号→经定位器的控制部分的隔膜进行变位→再传送给控制杆。另外、在阀门行程变化方面：首先让反馈弹簧产生作用力。如果此作用力为不平衡压力时，执行机构会持续不断的进行供/排作业，直至产生出平衡压力为止。并且此平衡压力必须大于填料的摩擦力以及对阀芯的流体反作用力，使阀门的行程能正确快速的达到所需的位置。在空空定位器的控制区域内装有力平衡测试器同时进行空气切换。此外为了提高定位器的安定性，在固定状态下采用了供/排气量平衡的自动切换形式。
（5）改变线性以外的流量特性
可通过定位器（凸轮、弹簧、软件等）改变包括线性、等百分比、快开等介质流量特性。
（6）提高调节阀的关闭性能
在关闭调节阀时，执行机构输出了最大的压力，确保阀门处于完全关闭状态。
以下记载的是有关山武公司所生产的定位器（实例），其中包括定位器的特征、构造以及动作原理。
8.3空/空定位器
（3）处于高精密的控制范围内，需要很大的输出力时
高差压的调节阀和大口径的调节阀（特别是单座阀等）以及双座阀等，在阀杆处受到很大的流体反作用力、并且此反作用力的数值大小会因阀门的行程而出现变动时，可通过使用定位器来增大执行机构的输出力和应许变动负荷。
（4）可任意变更（针对阀门行程）动作信号的量程
例如：一台是小口径的调节阀、工作信号量程为4~12mA的阀全开/全闭，另一台是大口径的调节阀、在工作信号量程为12~20mA的阀全开/全闭。只要在一条信号线路上并联这二台不同的量程阀门，经定位器进行调整后，就可增大动作信号量程的“可调比”范围。
（1）把阀门的静特性高精度化时
膜片式执行机构：精度4～5%、回差2～3%。气缸执行机构：精度和回差都在10%以上。但安装了定位器以后，在精度提高了1%的同时「回差」百分比也得到了改善。
（2）改善调节阀的动特性
由于安装了定位器以后，就可大大的缩短了响应时的等待时间和时间常数。特别是在较大的执行机构以及较大的阀体驱动摩擦，或者是在控制器与执行机构的间隔距离较长的场合中非常有效。
“弊社”已调整了调节器的操作气压，监视“阀开度”。运用具有控制功能的定位器特性的同时，也开发了对调节阀动作劣化状况的“诊断计算法”，此“计算法”被安装在与“现场智能通信器”相对应的定位器上，就能检出在运转中轻微(杆)打滑，“阀开度”设定机能不全等，核定调节阀的健全性，保证成套设备的安全运转，[预知保全]由期待变为现实。
从采用工序自动化的统一信号3~15psi空气信号以来，由于力平衡式的空空定位器具有很的信赖度和安全的保障性能，所以被广范围的使用于各种领域。
空/空定位器能直接接受气动调节器输出的信号、以及经由电/空转换器变换的DCS（Distributed Control System）等4~20mA信号。
（a）特点
8.6阀门定位器的高功能化以及今后的发展
对于传感器的智能化发展过程而言，在这10年左右期间内已得到了稳步的发展，同时----定位器也有了智能化和以现场智能通信器为代表IT化进展，其机型模式也有了很大的改变。
通过这种发展过程演变，也带给了程序控制界业，至今未有的巨大技术革新。在此状况下，想集中介绍与定位器有关的3点期待。
现代模式的定位器：因为其动作信号已从气压信号（20～100kPa）变为电流信号（4～20mA），所以也就从原来的「空空定位器」演变为「电气定位器」。并且运用了微电子技术，在以扩大、提高其使用功能和性能范围为目的的同时，智能化方面也有了进一步发展。原本、智能定位器的市场定位只仅仅是作为调节阀的辅助设备，但就目前的智能定位器而言，已发展成为了调节阀的控制大脑地步。为此，以下将首先着重介绍有关定位器---其所肩负的重要作用以及各种定位器的特征、原理、构造、规格等内容。
与高压气体保安法及相关法规相结合的同时，提高成套设备定期保养维修周期的延伸性。从以往的定期维修保养经验来看，应强调具有与机器的健全性相结合，在恰当的时机进行保养维修的必要性。与此同时也必须在提高计量装置信赖度，具备通过在线就能查出轻微的异常、机器自身劣化状况的诊断技术。通过使用现场智能通信器等IT技术，机器还能发送[实时多变数]信息，并且充分利用此特性，发送出机器的诊断信息、实现具有良好功效的“保养维修”。
如图8.7所示，在现场总线中的检测系统，其控制机能已被移至现场，并在定位器上带有PID功能块，从控制效率的角度上讲是个很有意义的创新。实际运用上，与现场智能通信相对应的定位器（已受到「现场智能通信器协会」的认可），几乎都带有调节控制功能。
第8章阀门定位器
8.1概要
调节阀是通过驱动被称为阀芯的阀栓，改变介质流道的断面积从而达到调节流量的设备。因为阀芯会受到调节阀前后以过程流体「差压」为主的反作用力。如果反作用力较小，则对与执行机构相关的「控制信号」和「阀门开度」的影响也较小。当流体压力变动较大时、与其反作用力也较大、并且当控制信号的气压通向执行机构时，就会发生阀门开度与控制信号不符。所以就需配备使用一种被称为阀门定位器（以下称之为定位器）的开度调节器，测出阀芯的位置、并与工作信号比较，如把两者之间的差转化为零等。也就是说它是一种能调整改变通向执行机构气压信号的控制器。
・因为采用的是大口径控制阀，并且组合构造比较简单精炼，所以能避免因供气柱塞而引起的各种事故、执行机构的应答速度也非常快速。
・高灵敏度和良好的安定性。在振动多发的场合，也能发挥其良好的性能。
・因为构造简单牢固，所以在维护保养方面非常容易。
・变更定位器的正反动作时，非常容易、无需更换部件，并且与执行机构的正反作用无关。
并且也可使用SFC（智能手操器）非常简单的进行设定变更。此外，还带有阀自动/手动切换功能。
・行程反馈功能
能远距离确认/监控调节阀的行程、阀门的异常状况。
・调节阀的诊断
在2.3章中所叙述的诊断技术的基础上，能反馈定位器的自我诊断信息、以及反馈（作为其控制对象）调节阀功能是否健全的诊断信息。
(b)构造及动作原理
3）现场调节器
安装在「现场设备」上段的集散控制系统（DCS）。随着近年来所收集信息的――高度化、大量化、复杂化的状况，把至今为止放在DCS里的调节器移到现场，使其更具有自律（自主）的分散能力，实现其更有效地控制功能，由于DCS带有高度信息处理的“特化”动向，估计「此概念构思」是根据组合系统的[具体实施化]演变状况而进行扩展。
智能定位器的构造和动作流程图如图8.5、图8.6所示。输入/电源部分接受从控制器输出的4～20mA电流信号后，在生产出与其成比例的输入信号的同时，提供驱动电气回路的电源。再由检测调节阀行程的位置传送器制作出反馈信号，并通过A/D变换器变换为数字式信号→输入控制演算模块进行演算→向电/空交换模块输入控制信号。再通过电/空交换模块→输出与控制信号成比例的空气压力信号驱动调节阀。
2）调节阀的数据库
由于带有特殊的中间面（界面）设备，无需带有附件，而且现场智能通信器也已实现了――１、「现场设备与上位系统网络化」，现场设备的「来历保全」，「管理零部件组合、配置」等，其数据系统的有效性会被不断的提高。２、SVP与调节阀之间进行物理性连接，复杂的调节阀规格及保全记录等全部归入信息管理ID。以往的仪器记录仪和被独立管理数据库S/W、也被用于互联网上的「实时」，并且与前言所叙的劣化诊断信息相结合、组成了「应用数据库」，根据此「应用数据库」就能拟定出，更加经济、更加高效率、更加实际的保养维修计划，并且赋予实施。
（a）特点
・调整简单
与外部调零/量程调整时，只需一把螺丝刀就可以简单的进行调整。特别是能识别执行机构的规格，并带有各种自动设定功能，以及针对各种设定的自动调整功能。另外、还能非常简单的进行零度/量程调整作业，并且在零度/量程调整时互不干涉。
・1种机型能对应各种广泛的规格
以前、必需更换硬件才能进行分程、流量变更的作业，现只要通过软件就能对应。
・磁体模块是采用高精度的可动线圈方式，与端子箱组成一体的防暴结构。就算在运行中，也能取下外壳进行内部检查维护作业。
・磁体材料为磁性优质的稀有矿土，并且采用（圆型的可动线圈）通过平板弹簧进行通电的无导线结构。
・因为体积较小、分量较轻，能安装在各种பைடு நூலகம்型执行机构上。又因为空气过滤减压阀能直接安装在定位器上，所以无需连接管道。
8.5智能定位器
于1984年、从带有微传感功能的智能型（差压/压力）变送器开始，在过程控制领域的现场仪器已进入了智能化阶段。之至当今智能化已成为理所当然的被广泛应用。其主要的特点是：使用操作方便容易、精度准确、安定性强以及信赖度高等。作为操作端的智能化，也已从智能阀门定位器开始进行展开了。以下是针对有关智能操作端的特点和原理进行说明。
（b）构造以及动作原理
在图8.3、图8.4中，分别表示定位器的原理图和流程图以及内部构造图。在信号电流增加的同时，磁体模块中产生出对径轴的拉力后关闭喷嘴。此后、喷嘴的背面压力上升，在控制继电器中的压力/流量同时增幅后，被送往执行机构对阀门进行控制。此时的阀门动作为：通过反馈杆拉伸反馈弹簧，使磁体模块内的推力和反馈弹簧反作用力达到平衡的位置后使停止阀门。经过上述的动作过程达到控制阀门的位置目的。
8.2定位器的作用
定位器的主要作用：综合了阀门行程和阀芯的流体反作用力、填料部分上下不同的摩擦力、（供气/排气时）不同的动作气压特性等非线性控制对象、把阀门开度直接与动作信号进行均衡（成比例关系）。为了使调节阀的开度始终保持在正确的位置内，定位器在接受从控制器输出动作信号的同时控制其他的供气气压。其主要使用于以下场合。
8.4力平衡式电/空定位器
进入70年代后电气信号被统一为4~20mA，并作为国际标准信号一直延用至今。几乎所有的控制器其中也包括DCS，都向调节阀提供4~20mA的控制信号。作为接受此控制信号的定位器，半数以上都是力平衡式的电/空定位器。
（a）特点
・供气的使用量较少、使用大容量的控制阀、带有控制高差压的装置、通过运转组合切换后，都能给大小容量的执行机构带来安定并且高灵敏度的运作。
・因为其构成部件采用的是耐腐蚀性材料，所以能抗衡各种恶劣的使用环境。
・变更信号和行程特性时与阀体无关，能极其容易的对应线性、等百分比、快开等流量特性。
（b）构造及动作原理
有关空/空定位器的构造及动作原理如图8.1、图8.2所示。从调节器输出的控制信号→经定位器的控制部分的隔膜进行变位→再传送给控制杆。另外、在阀门行程变化方面：首先让反馈弹簧产生作用力。如果此作用力为不平衡压力时，执行机构会持续不断的进行供/排作业，直至产生出平衡压力为止。并且此平衡压力必须大于填料的摩擦力以及对阀芯的流体反作用力，使阀门的行程能正确快速的达到所需的位置。在空空定位器的控制区域内装有力平衡测试器同时进行空气切换。此外为了提高定位器的安定性，在固定状态下采用了供/排气量平衡的自动切换形式。
（5）改变线性以外的流量特性
可通过定位器（凸轮、弹簧、软件等）改变包括线性、等百分比、快开等介质流量特性。
（6）提高调节阀的关闭性能
在关闭调节阀时，执行机构输出了最大的压力，确保阀门处于完全关闭状态。
以下记载的是有关山武公司所生产的定位器（实例），其中包括定位器的特征、构造以及动作原理。
8.3空/空定位器
（3）处于高精密的控制范围内，需要很大的输出力时
高差压的调节阀和大口径的调节阀（特别是单座阀等）以及双座阀等，在阀杆处受到很大的流体反作用力、并且此反作用力的数值大小会因阀门的行程而出现变动时，可通过使用定位器来增大执行机构的输出力和应许变动负荷。
（4）可任意变更（针对阀门行程）动作信号的量程
例如：一台是小口径的调节阀、工作信号量程为4~12mA的阀全开/全闭，另一台是大口径的调节阀、在工作信号量程为12~20mA的阀全开/全闭。只要在一条信号线路上并联这二台不同的量程阀门，经定位器进行调整后，就可增大动作信号量程的“可调比”范围。
（1）把阀门的静特性高精度化时
膜片式执行机构：精度4～5%、回差2～3%。气缸执行机构：精度和回差都在10%以上。但安装了定位器以后，在精度提高了1%的同时「回差」百分比也得到了改善。
（2）改善调节阀的动特性
由于安装了定位器以后，就可大大的缩短了响应时的等待时间和时间常数。特别是在较大的执行机构以及较大的阀体驱动摩擦，或者是在控制器与执行机构的间隔距离较长的场合中非常有效。
“弊社”已调整了调节器的操作气压，监视“阀开度”。运用具有控制功能的定位器特性的同时，也开发了对调节阀动作劣化状况的“诊断计算法”，此“计算法”被安装在与“现场智能通信器”相对应的定位器上，就能检出在运转中轻微(杆)打滑，“阀开度”设定机能不全等，核定调节阀的健全性，保证成套设备的安全运转，[预知保全]由期待变为现实。
从采用工序自动化的统一信号3~15psi空气信号以来，由于力平衡式的空空定位器具有很的信赖度和安全的保障性能，所以被广范围的使用于各种领域。
空/空定位器能直接接受气动调节器输出的信号、以及经由电/空转换器变换的DCS（Distributed Control System）等4~20mA信号。
（a）特点
8.6阀门定位器的高功能化以及今后的发展
对于传感器的智能化发展过程而言，在这10年左右期间内已得到了稳步的发展，同时----定位器也有了智能化和以现场智能通信器为代表IT化进展，其机型模式也有了很大的改变。
通过这种发展过程演变，也带给了程序控制界业，至今未有的巨大技术革新。在此状况下，想集中介绍与定位器有关的3点期待。
现代模式的定位器：因为其动作信号已从气压信号（20～100kPa）变为电流信号（4～20mA），所以也就从原来的「空空定位器」演变为「电气定位器」。并且运用了微电子技术，在以扩大、提高其使用功能和性能范围为目的的同时，智能化方面也有了进一步发展。原本、智能定位器的市场定位只仅仅是作为调节阀的辅助设备，但就目前的智能定位器而言，已发展成为了调节阀的控制大脑地步。为此，以下将首先着重介绍有关定位器---其所肩负的重要作用以及各种定位器的特征、原理、构造、规格等内容。