几种阀门定位器工作原理的介绍

几种阀门定位器工作原理介绍：

气动阀门定位器（一）

气动阀门定位器是按力平衡原理设计工作的，其工作原理方框见上图所示，它是按力平衡原理设计和工作的。如图所示当通入波纹管的信号压力增加时，使杠杆2绕支点转动，档板靠近喷嘴，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，并带动反馈杆(摆杆)绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮(偏心凸轮)也跟着作逆时针方向转动，通过滚轮使杠杆1绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸、弹簧对杠杆2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达到平衡状态。此时，一定的信号压力就与

一定的阀门位置相对应。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，就是信号压力增加，输出压力亦增加;所谓反作用定位器，就是信号压力增加，输出压力则减少。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。

气动阀门定位器（二）

气动阀门定位器是一种将电气信号转换成压力信号的转换装置，以压缩空气或氮气为工作气源来控制工业炉调节阀的开度大小。普遍用于工业炉温度自动控制系统中对气动阀门执行机构的连续控制。

气动阀门定位器是按力平衡原理工作的，实现由输入的4～20mA电流信号控制气动阀门由0～100％的开启度。其工作原理如下图。

当需要增加阀门开启度，计算机控制系统的输出电流信号就会上升，力矩马达①产生电磁场，挡板②受电磁场力远离喷嘴③。喷嘴③和挡板②间距变大，排出放大器④内部的线轴⑤上方气压。受其影响线轴⑤向右边移动，推动挡住底座⑦的阀芯⑨，气压通过底座⑦输入到执行机构⑩。随着执行机构气室⑩内部压力增加，执行机构推杆⑥下降，通过反馈杆⑩把执行机构推杆@的位移变化传达到滑板⑩。这个位移变化又传达到量程④反馈杆，拉动量程弹簧16。当量程弹簧16和力矩马达①的力保持平衡时，挡板②回到原位，减小与喷嘴③间距。随着通过喷嘴③排出空气量的减小，线轴⑤上方气压增加。线轴⑤回到原位，阀芯⑧重新堵住底座⑦，停止气压输入到执行机构⑩。当执行机构⑩的运动停止时，定位器保持稳定状态。

电气阀门定位器工作原理

1.杠杆

2.活塞膜片

3.反馈弹簧

4.杠杆

5.凸轮

6.反馈轴

7.联结

8.传动轴

9.执行机构

10.先导阀滑阀芯

11.先导阀体

12.零点和范围联动机构

13.内部反馈弹簧

14.转换块

15.平衡线圈

16.永磁铁

17.平衡梁

18.喷嘴

19.节流孔

红----气源压力；橙----汽缸压力；黄----喷嘴压力；紫----固定部分；蓝----运动部分

气动放大器工作原理

从减压阀输入气源压力(Supply)，信号接口端输入信号压力(Input Signal)，那么如下图上方膜片(③)受到压力，使膜片组合件向下移动，同时阀芯(⑦)也会向下移动。这时输入压力通过阀芯底座通路流入到输出接口(Output)并输入到执行机构。当输出压力增加到和信号压力相同时，阀芯(⑦)重新上升，最总信号压力和输出压力保持相同。相反，输出压力大于信号压力，则膜片组合件向上移动，输出压力会通过阀芯上方空隙向排气环(④)排气。根据信号压力而变化的输出压力的灵敏度可以通过调节螺丝(①)进行调解，通过调节可以改善系统的稳定性。

关于尿素装置智能阀门定位器典型故障分析电子式智能调节阀调节阀定位器是新一代产品，其工作原理、结构特点较以往常规电气阀门定位器有很大不同，因而在使用中遇到了一些新问题。本文结合尿素装置智能阀门定位器的应用和典型故障，探讨了智能化（模拟信号叠加数字信号）阀门定位器在应用中应注意的几个问题。

1 工作原理

（1）智能阀门定位器是基于微处理器读取输入信号、位置传感器的位置信号和压力传感器输出压力信号，经运算处理产生驱动信号，使执行器动作。现选择滑杆型的DVC5000和旋转型的ND800智能阀门定位器加以详细说明，它们的工作原理分别见图1和图2。

图1 DVC5000智能阀门定位器工作原理示意图

图2 ND800智能阀门定位器工作原理示意图

（2）DVC5000数字式阀门定位器有1个独立的模块基座，可以很方便地在现场更换而不必拆除现场的导线或导管。该模块基座包括I/P转换器、印刷电路板（PWB）组件、气动中继器及指示表等子模块，可以通过更换子模块而重新组合。FIELDVUE系列数字式阀门控制器通过进入端子盒的一对双绞线接受输入信号和电能，信号同时输入到PWB组件子模块，在此被附加许多参数，如多段折线性化中的节点坐标、极限值和其它数值。然后PWB组件子模块送信号给I/P转换器子模块，将输入信号转变为气压信号。该气压信号送入气动中继器加以放大并作为输出信号送到执行机构，也可以被安置在PWB组件子模块上的压力敏感元件所感受，用于阀门执行机构的诊断信息。阀门和执行机构的阀杆位置当作输入信号引入PWB子模块，用作数字式阀门控制器的反馈信号，同时与输入信号值比较，若存在偏差，微处理器通过运算处理产生新的电流值来修正偏差，直至调节阀的阀位信号与输入信号一致，即偏差为零。

ND800智能阀门定位器则为微处理器（μC）通过改变前置级（PR）线圈的控制电流，前置级阀门降低滑阀（SV）终端的控制压力，阀柱向低压方向移动，打开到执行机构气缸顶部的气流，且打开来自活塞另一侧的气流，增加活塞上的差压使活塞移动。微处理器用控制计算一种新的控制电流，直至执行机构的新位置信号与输入信号一致为止。稳定状态下使滑阀（SV）就位，前置级（PR）阀门关闭。

2 性能

智能阀门定位器是基于微处理器的新一代产品，具有高精度的阀门位置信号传感器及输出压力传感器等，因而具有较高的控制精度（0.5%～1.0%），而常规电气阀门定位器精度仅为2%～5%；具有远距离组态、调试、诊断、数据管理等功能。

经过1年多的实际运行，智能阀门定位器与普通阀门定位器的性能、使用情况、性价比等方面的比较见表1。

表1 两种阀门定位器的比较

3 软件功能

智能阀门定位器具有丰富的软件功能，如自动调整零点和满量程。组态需要的阀门特性配上专用软件，具备高级动态诊断功能，可将阀门的机械性能指标和控制系统的指标结合起来，以判断阀门损坏情况（图3）。

注：变差间隙δ1，δ2太大———摩擦力大，填料紧。

变差间隙δ1，δ2太小———摩擦力小，填料松。

调节阀平均动态误差超过5%（δ1+δ2>5%），要维护。

调节阀动态线性度超过1%，要重新标定。

图3 阀门定位器高级动态诊断

4 智能阀门定位器与DCS连接的阻抗匹配问题

常规电气定位器一般输入阻抗为250Ω，而智能定位器的输入阻抗均大于250Ω，品牌和型号不同，阻抗不同，表达式也不同。阻抗越大，要求DCS带载能力越大，使系统运行受到影响。在本公司三聚氰胺装置的回路联动调校时，发现DCS的输出卡只能驱动NELES ND8221/S1定位器，调节阀仅动作28%的行程。具体解决办法是更换驱动较大的安全栅（内阻较小），降低了安全栅在调节回路的分压，相应增加了对智能定位器的输出功率。

5 智能阀门定位器的阀位检测

精确的阀位信号是控制系统的重要参数，也是构成高级动态诊断功能的重要参数，因此需要阀位检测的高精度测量和传送。各品牌、型号有不同的阀位检测装置，反馈传送信号不同，具体情况见表2。

表2 阀位检测及传送

6 智能特性

（1）改善控制：双向数字通讯将阀门当前情况的信息传送到控制室，可根据阀门工作信息对过程控制进行管理，确保及时控制。

（2）提高安全性：可以从现场接线盒、端子板或在控制室使用手操器、PC机或系统工作站选取信息，减少在危险环境下操作的机会。

（3）保护环境：可以把阀门泄漏检测仪或限位开关接到智能数字式阀门控制器的辅助端子，以免额外增加现场布线，若发生超限，该仪表将会报警。

（4）节省硬件开支：当FIELDVUE系列数字式阀门定位器用在集成系统时，由于FIELDVUE数字式阀门控制器替代调节器可以节省硬件和安装费用，使布线投资、端子和I/O需求投资节省50%。同时FIELDVUE 仪表采用两线制供电，不要求单独而价高的供电导线，并可替换现有的配装于阀门的模拟仪表，节省了单独铺设电源线和信号线的高额费用。

7 常见故障及现场处理

（1）控制信号变化而调节阀不动作（排除阀体因素）是智能定位器DVC5000运行过程中的常见故障。处理办法：重点检查阀位传位器是否运转自如，电气连续性等。

（2）阀位难以控制，小信号不动作，大信号时全开或全关，经多次调校仍不正常，更换新的定位器后仍不正常。最后发现ND800智能阀门定位器的反馈杆与定位器内部信号转换部分为非接触感应连接，反馈杆可以360°任意旋转，造成反馈杆与阀杆连接相差180°，经重新安装调校后工作正常。

（3）智能阀门定位器与HART275型手操器不能正常通讯。常见原因是有效电压是否大于12V，输出阻抗是否低于250Ω，导线电容是否太高，输入信号是否小于4mA等。

8 应用和维护

DVC5000智能阀门定位器于2000年1月安装于尿素装置，共20多台。使用手操器对其进行了组态和校验，其线性度可达99%，零点和量程及回差均可以控制在精度要求的范围之内，控制极其稳定且抗干扰的能力也特别强，完全满足工艺控制的要求。

FIELDVUE定位器维护量极少，基本上无需维护，其现场适应性特强。但为了保证长期、稳定地运行，仪表人员应做好以下几个方面的工作。

（1）保证其良好的工作环境，防止意外损坏，应定期检查定位器周围的工作环境。同时保证其工作气源的稳定和洁净，减少外界因素造成的仪表波动和故障。

（2）定期对调节阀进行检修和维护，确保阀门工作质量。同时对DCS调节控制回路参数进行优化，以确保与定位器互相工作的协调性和稳定性。

（3）仪表人员应每周检查阀门和定位器的泄漏和工作情况，及时消除隐患。每月使用手操器对定位器进行特性曲线检查，检查零点、量程、线性和回差等参数，并对其优化和调整，以保证工作质量。