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电动阀门定位器原理

让需要安全阀校验、检测、检验的地方都有安全阀检测机构 [在线微信交谈] 时间：2024-08-17
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电动阀门定位器原理

在工业自动化控制系统中，电动阀门定位器是连接“控制指令”与“阀门动作”的关键桥梁——它通过将4-20mA、HART等标准信号转化为阀门的精确开度，确保介质流量、压力等参数稳定在设定范围，堪称流程工业的“神经末梢控制器”。其核心原理可概括为“信号接收-误差计算-执行驱动”的闭环控制：传感器实时采集阀门位置反馈信号（如电位计或磁致伸缩位移传感器的电阻/位移值），控制模块对比目标信号与实际反馈的偏差，通过PID算法输出驱动指令，驱动电动机或伺服机构调整阀杆位置，直至误差趋近于零，实现“指哪打哪”的精准调节。

理解电动阀门定位器的原理不仅是掌握其调试与维护的基础，更是保障安全阀检测准确性、确保工业系统“本质安全”的重要前提——从信号解码到执行控制，每一个环节的精准性，都直接关系到安全防线是否牢固。

1. 阀门定位器概述

1.1 【结构和分类】

阀门定位器根据其结构和原理，可分为气动阀门定位器、电-气阀门定位器以及智能式阀门定位器三大类。这些不同类型的阀门定位器，在性能和应用上各有千秋，选择时需根据实际需求进行考虑。

1.2 【工作原理与作用】

阀门定位器作为控制阀的主要附件，其核心工作原理在于建立阀杆位移与控制器输出信号之间的一一对应关系。它通过将阀杆位移信号作为反馈测量信号与控制器输出信号进行比较，当两者存在偏差时，调整执行机构的输出信号以驱动执行机构动作。

阀门定位器在重要调节系统中发挥着至关重要的作用。它不仅提高了调节阀的定位精度和可靠性，还是确保控制系统稳定运行的关键因素之一。

（1）在阀门两端压差大（△p>1MPa）的情况下，阀门定位器能发挥作用。

（2）当被调介质处于高温、高压、低温、有毒、易燃、易爆等特殊环境时，为防止泄漏，填料通常被压得很紧，导致阀杆与填料间的摩擦力增大。此时，阀门定位器能够克服这种时滞，确保阀门的顺畅操作。

（3）对于粘性流体或含有固体悬浮物的介质，阀门定位器同样显示出其优越性。它能有效克服介质对阀杆移动的阻力，确保阀门的精确控制。

1.3 【适配品种】

阀门定位器与各种执行机构如气动执行机构、电动执行机构等兼容，并支持直行程和角行程等多种类型。它广泛应用于自动、手动开闭各类阀门、风板等的场合。

2. 气动阀门定位器

2.1 【工作原理】

气动阀门定位器通过力矩平衡与反馈机制，将信号压力转化为阀门动作，实现精确控制。当信号压力P1通入波纹管2时，主杠杆3会绕支点转动，进而带动喷嘴挡板9靠近喷嘴。在此过程中，喷嘴背压经过单向放大器8放大，增强执行机构薄膜室的压力，使阀杆向下移动。这一系列动作会带动反馈杆绕支点转动，进而使反馈凸轮逆时针方向旋转，通过滚轮，副杠杆4也会绕支点转动，同时拉伸反馈弹簧。当弹簧对主杠杆3的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达到力矩平衡时，仪表便达到稳定状态，执行机构的阀位也维持在相应开度。

2.2 【结构原理】

气动阀门定位器结合气动调节阀构成闭环控制，确保信号精确转换和阀门精准动作。它与气动调节阀协同工作，构成闭环控制回路，确保控制系统发出的直流电流信号能够被准确地转换为驱动调节阀的气信号，从而保证操作的精确性。

2.3 【主要功能】

气动阀门定位器与执行机构组成自控单元，保障工业生产安全与效率。经过精心调试和安装后，它能与调节阀连接，构成性能卓越的气动调节阀，广泛应用于各种工业自动化过程控制领域。

3. 电气阀门定位器

3.1 【电/气转换器工作原理】

随着仪表技术的进步，作为仪表附件的阀门定位器，也已从最初的气动阀门（P/P）定位器逐渐演变为电/气（E/P）阀门定位器。电/气转换器通过传感器和放大器，将输入电信号转换为气动信号，从而实现对阀门位置的精准控制。

以SAMSON 6111型电/气转换器为例，其工作原理如下：当输入信号为0mA时，输出压力PA能稳定在100mbar。随着输入信号的增加，通电的线圈切割磁力线，产生向上的力，使得挡板靠近喷嘴，增加背压，从而推动膜片下移，打开阀芯，使输出压力上升。

3.2 【调试与故障总结】

详细的安装和故障排查步骤确保电/气定位器正常运作，维护系统稳定。在调试过程中，首先需要调至零点，然后调节量程，最后进行反复调整以确保执行机构的行程在允许的公差范围内。为了确保模拟定位器的稳定性和准确性，需要定期进行调试和维护工作。

电动阀门广泛应用在球阀，闸阀等阀门上，通常为大口径阀门所采用。

定位器是电动阀门电动头的一部分或称为一个配件。定位器主要是按力平衡原理设计工作的，是在气动阀门定位器的基础上开发而成的电流信号控制阀门定位器。

当从电动调节器来的电流信号，输入到力矩马达组件的线圈时，在力矩马达的气隙中发生一个磁场，它与永久磁铁发生的磁场一起效果，使衔铁发生一个向左的力，主杠杆（衔铁）绕支点⒂滚动，档板接近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送入薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并股动反应杆绕支点滚动，连接在同一轴上的反应凸轮作逆时针主向滚动，经过滚轮使付杠杆绕支点滚动，并将反应绷簧⑾拉伸、绷簧对主杠杆的拉力与力矩马达效果在主杠杆上的力矩持平时，械杆体系到达平衡状况。此刻，必定的信号电流就与必定人阀门方位相对应。绷簧是作调整零位用的。

以上作用方式为正作用，若要改变作用方式，只要将凸轮翻转，A向变成B向等，即可。

所谓正作用定位器，就是信号电流增加，输出压力亦增加；所谓反作用定位器，就是信号电流增加，输出压力则减少。

如果要实现反作用。那么只要在一台正作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现反作用执行机构的动作；相反，一台反作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现正作用执行机构的动作。

补充：电子式定位器输入信号通过控制单元内的控制器供给压电微型阀

气源通过E|P转换单元内的调压器供给压电微型阀，压电微型阀产生于来自控制器的信号成正比的气压输出信号，气动输出信号被先到膜放大，驱动先导阀内的轴通过轴的运动，气源提供给执行器来自反馈杆的位置反馈传送给电位计电位计产生位置反馈信号，送给控制器。

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