仪表工程师常备知识：气动阀门定位器的如何工作？(图文)

仪表工程师常备知识：气动阀门定位器的如何工作？

什么是气动阀门定位器？

气动阀门定位器是一种用于根据从控制器或手动加载站接收到的3～15 PSI气压信号定位控制阀阀杆的仪器。

气动阀门定位器用于 增加 或 减少 气压，以驱动执行机构，可确保控制阀可靠、准确地运行。

气动阀门定位器的工作原理是什么？

气动阀门定位器的工作原理是 力平衡原理 。

在这种力平衡原理中，腔体有 三个端口 ，分别用于仪表 气源输入 、控制 信号输出 和 排气 。

杠杆臂上的压力通过外部传感器由柔性膜片改变或调节。

当传感器向下按压杠杆右端时，杠杆左端向上抬起，打开供气阀。

因此，腔体内的压力和输出管上的控制信号都会增加，从而引起受控设备的运动。

随着气室中气压的增加，膜片被迫向上顶住传感器的压力，直到系统在较高压力下再次处于平衡状态，供气阀关闭。

气动阀门定位器的用途是什么？

定位器在控制阀中的主要作用或目的是 在PLC和执行机构之间建立接口，以精确调节阀芯的位置，实现调节阀的开启和关闭。

控制阀中用于特定回路的定位器起着翻译器的作用。它将PLC语言转换为相应的执行机构语言。

这意味着定位器将给定的4～20mA直流电流信号转换为3～15 PSI的比例气压信号。

这里解释气动阀门定位器的工作原理。

气动定位器内部包含一个 I-P传感器 。

名词解释：I-P传感器

是指“电流-压力”（Current-to-Pressure）传感器，这种传感器能够将输入的电信号（通常是电流信号）转换成相应的压力输出。I-P传感器在工业自动化领域有广泛应用，尤其是在需要精确控制气动执行机构的场合。

比如，在造纸、化工、提炼、食品加工等行业中，I-P传感器用于将控制系统发出的标准电信号转换为与之相对应的压力值，以实现对阀门、气缸等设备的精准控制。

这类传感器的工作原理一般是 基于电磁或压电效应，通过内部的转换机制将接收到的电信号转化为机械运动，进而产生压力输出 。

I-P传感器的性能参数包括 响应速度、线性度、重复性和稳定性 等，这些都是选择和应用I-P传感器时需要考虑的重要因素。此外，为了确保长期稳定运行，I-P传感器还需要具备良好的环境适应能力和抗干扰能力。

一般来说，该I-P传感器将给定的 4mA直流电流信号 转换为 3 PSI气压信号 ，将 20mA直流电流信号 转换为 15 PSI气压信号 。

但这些气动信号在中间范围成比例，因此我们称3～15 PSI的气压为气动信号。

通过PLC操作控制阀 ：

因此，现在我们可以理解，为了使PLC将 控制阀打开50% ，PLC必须向电-气阀门定位器发送 12 mA直流电流信号 ，然后定位器将接收到的 12 mA电流信号转换为相应的9 PSI气压信号 ，该气动信号将直接发送到执行机构。

仪表气源需要作为阀门定位器的另一个输入 。该仪器的气源通过空气过滤器和调节器进行过滤和调节，为阀门定位器提供 清洁的空气 。 （实际工况中，气动阀门定位器的使用过程中， 由于输入空气含有杂质或者并非清洁的空气 ，这也是导致气动阀门定位器容易出现故障的常见原因。）

利用足够的仪表气压，阀门定位器能够将所需的压力信号转换为正确的执行器移动量。

定位器还需要接收反馈，以精确定位阀杆，使其在所需范围内打开和关闭。这种反馈由控制阀通过机械装置发送至定位器。通过这种方式，定位器决定执行器上移动阀杆所需的压力大小。

什么是阀门定位器？

阀门定位器是一种可将控制阀节流到所需设定点的装置。

输入信号 和 反馈信号 是给阀门定位器的 两个输入 。

输入信号 是为定位器提供设定点的控制信号，而反馈信号则表示控制阀的当前位置。

输入信号由气动控制系统的波纹管提供。随着输入信号的增加，波纹管将膨胀并作用于横梁。横梁转动并移动与喷嘴相关的挡板。

随着挡板位置的变化，喷嘴的压力也会相应变化，并驱动气动继电器。

在这一阶段，我们有一个压力-压力传感器作为输入。要制造定位器，必须有反馈。 反馈确认控制阀对输入信号做出响应，阀门位置与给定的输入信号一致。 在这里，机械部件提供从控制阀到定位器的反馈信号。

凸轮连接在随着阀门行程旋转的臂上。反馈信号也作用在横梁上，与波纹管中的输入信号形成反作用力。

如果设备的输入信号增加，波纹管将再次作用于横梁，并使阀瓣靠近喷嘴。当喷嘴和输出压力增加时，阀门移动，凸轮的反馈作用在横梁的另一侧，使挡板远离喷嘴。

横梁被称为求和元件。输入和反馈都作用在求和梁上，并不断相互比较。

如果力相等，则喷嘴和阀瓣的关系保持稳定，设备的输出压力保持恒定。

然后阀门位置保持不变。如果其中一个力发生变化，阀瓣位置将再次根据喷嘴和输出压力的变化进行调整，直到两个力再次平衡。

如果定位器校准正确，阀门位置将与给定的控制信号相对应。

让我们举例说明：

输入使用3～15 PSI的控制信号。

参考上表中，

1）控制信号为 3 PSI时，阀门全开0%。

2）控制信号为 9 PSI时，阀门行程为50%。

3）控制信号为 15 PSI时，阀门完全关闭100%。

定位器使控制阀能够克服可能导致阀门位置偏差的阀门摩擦力和过程力。

除阀杆位置外，使用控制阀定位器还有许多其他好处。 高精度定位器通常用于实现活塞执行机构的节流控制，以适应不兼容的控制信号。 确保正确关闭控制阀，实现分程控制，以及改变控制阀的增益特性。

而阀门定位器主要有 3 种类型：1）气动阀门定位器；2）电-气（EP）阀门定位器；3）数字式阀门定位器。本篇这里主要是说的气动阀门定位器相关工作情况。

阀门定位器位于何处？

气动阀门定位器的安装位置：

- 在直行程控制阀中，阀门定位器通常安装在气动执行机构的外侧或顶部外壳上。

- 在角行程控制阀中，阀门定位器通常安装在轴端附近。

定位器与阀杆或阀轴机械连接。

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