儀表工程師常備知識：氣動閥門定位器的如何工作？(圖文)

儀表工程師常備知識：氣動閥門定位器的如何工作？

什么是氣動閥門定位器？

氣動閥門定位器是一種用于根據從控制器或手動加載站接收到的3～15 PSI氣壓信號定位控制閥閥桿的儀器。

氣動閥門定位器用于 增加 或 減少 氣壓，以驅動執行機構，可確保控制閥可靠、準確地運行。

氣動閥門定位器的工作原理是什么？

氣動閥門定位器的工作原理是 力平衡原理 。

在這種力平衡原理中，腔體有 三個端口 ，分別用于儀表 氣源輸入 、控制 信號輸出 和 排氣 。

杠桿臂上的壓力通過外部傳感器由柔性膜片改變或調節。

當傳感器向下按壓杠桿右端時，杠桿左端向上抬起，打開供氣閥。

因此，腔體內的壓力和輸出管上的控制信號都會增加，從而引起受控設備的運動。

隨著氣室中氣壓的增加，膜片被迫向上頂住傳感器的壓力，直到系統在較高壓力下再次處于平衡狀態，供氣閥關閉。

氣動閥門定位器的用途是什么？

定位器在控制閥中的主要作用或目的是 在PLC和執行機構之間建立接口，以精確調節閥芯的位置，實現調節閥的開啟和關閉。

控制閥中用于特定回路的定位器起著翻譯器的作用。它將PLC語言轉換為相應的執行機構語言。

這意味著定位器將給定的4～20mA直流電流信號轉換為3～15 PSI的比例氣壓信號。

這里解釋氣動閥門定位器的工作原理。

氣動定位器內部包含一個 I-P傳感器 。

名詞解釋：I-P傳感器

是指“電流-壓力”（Current-to-Pressure）傳感器，這種傳感器能夠將輸入的電信號（通常是電流信號）轉換成相應的壓力輸出。I-P傳感器在工業自動化領域有廣泛應用，尤其是在需要精確控制氣動執行機構的場合。

比如，在造紙、化工、提煉、食品加工等行業中，I-P傳感器用于將控制系統發出的標準電信號轉換為與之相對應的壓力值，以實現對閥門、氣缸等設備的精準控制。

這類傳感器的工作原理一般是 基于電磁或壓電效應，通過內部的轉換機制將接收到的電信號轉化為機械運動，進而產生壓力輸出 。

I-P傳感器的性能參數包括 響應速度、線性度、重復性和穩定性 等，這些都是選擇和應用I-P傳感器時需要考慮的重要因素。此外，為了確保長期穩定運行，I-P傳感器還需要具備良好的環境適應能力和抗干擾能力。

一般來說，該I-P傳感器將給定的 4mA直流電流信號 轉換為 3 PSI氣壓信號 ，將 20mA直流電流信號 轉換為 15 PSI氣壓信號 。

但這些氣動信號在中間范圍成比例，因此我們稱3～15 PSI的氣壓為氣動信號。

通過PLC操作控制閥 ：

因此，現在我們可以理解，為了使PLC將 控制閥打開50% ，PLC必須向電-氣閥門定位器發送 12 mA直流電流信號 ，然后定位器將接收到的 12 mA電流信號轉換為相應的9 PSI氣壓信號 ，該氣動信號將直接發送到執行機構。

儀表氣源需要作為閥門定位器的另一個輸入 。該儀器的氣源通過空氣過濾器和調節器進行過濾和調節，為閥門定位器提供 清潔的空氣 。 （實際工況中，氣動閥門定位器的使用過程中， 由于輸入空氣含有雜質或者并非清潔的空氣 ，這也是導致氣動閥門定位器容易出現故障的常見原因。）

利用足夠的儀表氣壓，閥門定位器能夠將所需的壓力信號轉換為正確的執行器移動量。

定位器還需要接收反饋，以精確定位閥桿，使其在所需范圍內打開和關閉。這種反饋由控制閥通過機械裝置發送至定位器。通過這種方式，定位器決定執行器上移動閥桿所需的壓力大小。

什么是閥門定位器？

閥門定位器是一種可將控制閥節流到所需設定點的裝置。

輸入信號 和 反饋信號 是給閥門定位器的 兩個輸入 。

輸入信號 是為定位器提供設定點的控制信號，而反饋信號則表示控制閥的當前位置。

輸入信號由氣動控制系統的波紋管提供。隨著輸入信號的增加，波紋管將膨脹并作用于橫梁。橫梁轉動并移動與噴嘴相關的擋板。

隨著擋板位置的變化，噴嘴的壓力也會相應變化，并驅動氣動繼電器。

在這一階段，我們有一個壓力-壓力傳感器作為輸入。要制造定位器，必須有反饋。 反饋確認控制閥對輸入信號做出響應，閥門位置與給定的輸入信號一致。 在這里，機械部件提供從控制閥到定位器的反饋信號。

凸輪連接在隨著閥門行程旋轉的臂上。反饋信號也作用在橫梁上，與波紋管中的輸入信號形成反作用力。

如果設備的輸入信號增加，波紋管將再次作用于橫梁，并使閥瓣靠近噴嘴。當噴嘴和輸出壓力增加時，閥門移動，凸輪的反饋作用在橫梁的另一側，使擋板遠離噴嘴。

橫梁被稱為求和元件。輸入和反饋都作用在求和梁上，并不斷相互比較。

如果力相等，則噴嘴和閥瓣的關系保持穩定，設備的輸出壓力保持恒定。

然后閥門位置保持不變。如果其中一個力發生變化，閥瓣位置將再次根據噴嘴和輸出壓力的變化進行調整，直到兩個力再次平衡。

如果定位器校準正確，閥門位置將與給定的控制信號相對應。

讓我們舉例說明：

輸入使用3～15 PSI的控制信號。

參考上表中，

1）控制信號為 3 PSI時，閥門全開0%。

2）控制信號為 9 PSI時，閥門行程為50%。

3）控制信號為 15 PSI時，閥門完全關閉100%。

定位器使控制閥能夠克服可能導致閥門位置偏差的閥門摩擦力和過程力。

除閥桿位置外，使用控制閥定位器還有許多其他好處。 高精度定位器通常用于實現活塞執行機構的節流控制，以適應不兼容的控制信號。 確保正確關閉控制閥，實現分程控制，以及改變控制閥的增益特性。

而閥門定位器主要有 3 種類型：1）氣動閥門定位器；2）電-氣（EP）閥門定位器；3）數字式閥門定位器。本篇這里主要是說的氣動閥門定位器相關工作情況。

閥門定位器位于何處？

氣動閥門定位器的安裝位置：

- 在直行程控制閥中，閥門定位器通常安裝在氣動執行機構的外側或頂部外殼上。

- 在角行程控制閥中，閥門定位器通常安裝在軸端附近。

定位器與閥桿或閥軸機械連接。