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1、阀门定位器、电气转换器概述及工作原理阀门定位器是调节阀的主要附件，它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号，以控制器输出信号作为设定信号，进行比较，当两者有偏差时，改变其到执行机构的输出信号，使执行机构动作，建立了阀杆位移信号与控制器输出信号的一一对应关系。因此，阀门定位器组成一阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器和电气阀门定位器。气动阀门定位器的输入信号是标准气信号，如20100kpa气信号，而电气定位器的输入信号是标准电流或电压信号，如420mA或15 V,在定位器内部将电信号转换为电磁力，然后输出气信号到气动调节阀。气动阀门定位器
2、可与气动薄膜调节阀、气动活塞调节阀配套使用，它接受气动调节仪表给出的 20100kPa 信号来控制调节阀的行程，又经过反馈系统的作用，确保阀芯位置按调节仪表来的气动信号，准确执行，从而实现阀芯的正确定位。电气阀门定位器与气动调节阀配套使用，构成闭环控制回路。把控制系统给出的直流电流信号转换 成驱动调节阀的气信号，控制调节阀的动作。同时 根据调节阀的开度进行反馈，使阀门位置能够按系统输 出的控制信号进行正确定位。加入阀门定位器后，组成以阀杆位移量为副被控变量的副回路，它与原有单回路控制系统组成串级 控制系统，原控制系统的被控变量成为串级控制系统的主被控变量，因此，添加阀门定位器可改善控制系 统功
3、能。由于采用凸轮作为反馈环节，因此，改变凸轮形状能有效地改变副回路的增益，补偿被控对象的 非线性特性。对于只有固定流量特性的阀门如蝶阀，定位器可使用一个特性化的凸轮去提高修正后的流量 特性。电气转换器是电动单元组合仪表转换单元中一个品种，接受的电动调节仪表给出的直流信号，按 比例地转换输出20100Kpa气动信号，作为气动薄膜调节阀、气动阀门定位器的气动控制信号，也可作 为气动仪表的气源，实质上它起到电动仪表与气动仪表之间的信号转换作用。现在有人将它安装在气动阀 门上来代替电气电位器使用，认为它使用起来更方便，因为不需要安装反馈杆。这值得探讨，但从理论上 来说，是不可取的，正因为没有反馈环节，
4、不能成为一个闭环控制系统，所以控制精度肯定大有问题。一 般来说，电气转换器要与气动定位器配套使用，才能实现对阀门的准确定位。至于阀位变送器，是提供连续反馈信号以指示阀或执行机构位置的一种设施，用于信号指示、监视执行机构性能等，其实质就是将位移量转换成标准的 420mA 电信号，输出供控制系统检测，一般安装于气缸上，机械反馈杆与阀杆或执行机构输出杆相连。当然，现在已经有带反馈的电气阀门定位器，来代替它，但在某些地方，它仍有自己的用途。阀门定位器的用途阀门定位器是与气动执行器配套使用的。它接受控制器的输出信号，它的输出信号去控制控 制阀运动。顾名思义，阀门定位器的功能就是使控制阀按控制器的输出信号
5、实现正确的定位 作用。阀门定位器是气动执行器的主附件，它与气动执行器配套使用，阀门定位器具有以下用途：(1)提高阀杆位置的线性度，克服阀杆的摩擦力，消除被控介质压力变化与高压差对阀位 的影响，使阀门位置能按控制信号实现正确定位。(2)增加执行机构的动作速度，改善控制系统的动态特性。(3)可以20lOOkPa的标准信号压力去操作40200kPa的非标准信号压力的气动执行机构。( 4)可实现分程控制，用一台控制仪表去操作两台控制阀，第一台控制阀上定位器通入2060kPa的信号压力后阀门走全行程，第二台控制阀上定位器通入60100kPa的信号压力 后阀门走全行程。( 5)可实现反作用动作。(6) 可
6、修正控制阀的流量特性。(7) 可使活塞执行机构和长行程执行机构的两位式动作变为比例式动作。(8) 采用电/气阀门定位器后，可用420mA DC电流信号去操作气动执行机构，一台电/气 阀门定位器具有电/气转换器和气动阀门定位器的双重作用SAMSON 电气阀门定位器改善控制阀性能阀门定位器伴随着控制阀的应用已有几十年的历史了，由于阀门定位器的出现， 使控制阀的控制精度、抗干扰能力、响应时间、流量特性等得到了大大地改善， 现在几乎所有的控制阀都使用了阀门定位器，它已经成为控制阀不可缺少的搭 档，在自控元件中起着越来越重要的角色。本文主要介绍 SAMSON 阀门定位器 的工作原理和功能，通过列举模拟和
7、数字阀门定位器，使大家能够比较全面地掌 握阀门定位器，其目的是为了我们更好地理解和应用阀门定位器。虽然阀门定位器由最初的气/气阀门定位器、电/气阀门定位器发展到现在的数字阀门定位器、区域总线阀门定位器，但它们的基本原理和主要功能都没有 大的改变。SAMSON的阀门定位器也跟随着控制技术的发展，经历了由气动、电动、数字、发展到现在的区域总线阀门定位器。在世界同类产品中，SAMSON的阀门定位器以它的结构紧凑、耗气量低、工作可靠、定位器中可选附加功能多等优势得到了大家广泛的好评。为了便于大家讨论，我们首先复习一下定位器中的基本自控元件。定位器中基本自控元件介绍一电/气转换器原理随着仪表技术的发展，
8、气动仪表领域已逐步被电动仪表和计算机控制所占领，现在只有在一些特殊的场合还在使用气动仪表，作为仪表中的阀门附件、定位器也由原来的气动阀门（P/P）定位器逐步由电/气（E/P）阀门定位器所代替。那么在电/气阀门定位器中输入的电信号是如何转换成气信号的呢？我们以SAMSON 6111型电/气转换器为例介绍一下它的工作原理（见图1）:1.1口riH Idecbti矗e nd|iBrn曰it 虫Lrwrh.!inird I lya-sio- 01o 20 m? Piurger cclPirnwncnl mniJZero and s-zona juBr(net in 咱朮Q re 2C1 itA)SJk
9、Je 諾 Ithnot in verann 0 to 20 itAF叶申舟h日f4c-zzleVi.jI IJI I Hz! b-：.HJt.|+? CFsct jpri nj DirSp ir-n-gfTi Pcdn-cJfc-nPlug drw.Ti3.5a.2.30Pt-9War鱼 OUTPUT 36 1 SUPPLY V图 1 Function Diagram of 6111图 1A Type 4763气动功率放大器（8）在设计时；选用合适的弹簧力（8.2），使当输入信 号为 0mA 时保持输出 PA 在 100mbar ，这样输出的压力通过恒节流孔（8.4） 使喷嘴（7）内有一定的背
10、压。当输入的信号增加时；通电的线圈（2）切割永久磁铁（3）的磁力线，产生向上的力T挡板（6）靠近喷嘴（7）使背压（PK）增加T膜片（8.3）打开阀芯（8.5）输出PAt。当输入信号减少时；挡板（6）离开喷嘴（7）-背压（PK）减少-输出压力 （PA）作用下膜片（8.3）T-阀芯（8.5）关死-输出压力通过阀芯（8.5）释 放。当 PA 同 PK 平衡时输出压力保持不变；这时电信号在线圈（2）中产生的 力也同背压（PK）取得平衡。这样输入的电信号就转换成气信号了。定位器的组成以SAMSON的4763电/气阀门定位器（图1A）为例，定位器主要组成部分见图 2。45 6.16211413 IQ.2
11、7图21. 反馈杆（1）2. 反馈弹簧（6）3. 反馈风箱（7）4. 气动功率放大器（7下部）5. 电/气转换器（21）定位器工作原理1. 模拟定位器我们还是以SAMSON的4763定位器为例（参考图3）。我们设：调节阀为FC （气开）；定位器为正作用ArraTgrmcFTtcF fdetIMF中p(r/打fcir r-RWfirwR pnmhnc rJrflrt mfar 盲孕-2 13ILever LxIraS.lMlSfop urKjlv11Ccrvw plaId53712Ariirei1PF8.Aeasuring diapl-iracmV嘉gobi占曲.蜒trmnft2 1Nur?Ji
12、cipl* rcm pkl11VfaluFf ihrctile G35曲yV.ltbIhpi门1,Hflk ho_iTOUii1ing Kr4i-jsfnwnt 工冷719Noaj flb lock20Na be电10.Mo*?l6Range spring112lup-paA）阀位根据输入信号成比例动作输入信号T-Pe点气压T-反馈风箱中连杆（9）向左动作-压紧弹簧（6）,挡板（10.2）靠近喷嘴（10.1）-输出风压T-阀杆（对于气开阀）t-压紧弹簧（6）T反馈风箱中连杆（9）向右动作T挡板（10.2）离开喷嘴（10.1）T输出 气压（Pst） “当反馈弹簧的力与反馈风箱的力平衡时，阀位保持
13、与输入信号对应的位置。B）定位当输入信号不变时：由于工艺条件变化导致阀杆TT压紧执行器弹簧T压紧弹簧（6）T反馈风箱中连杆（9）向右动作T挡板（10.2）离开喷嘴（10.1）T输出气压由执行器向下的弹簧力使阀位回到原来的地方。由于工艺条件变化导致阀杆放松执行器弹簧T放松弹簧（6） T反馈风箱中连杆（9）向左动作T挡板（10.2）靠近喷嘴（10.1）T输出气压Tt使执行器向上运动使阀位回到原来的地方。2. 数字阀门定位器数字阀门定位器与模拟阀门定位器的主要区别是：偏差计算、反馈信号处 理、输入/输出信号处理等采用了数字集成电路和微处理器进行处理。以 SAMSON TYPE 3780 为例，参考图
14、 4 和图 5 ：图43780 PositinoerForced2venkingSupply4 to 20 mA Inch nAftT定位器的输入模拟信号经 A/D 转换后至微处理器（2）；阀门的变化信号 经过位置感应传感器（5）和A/D转换也同时到达微处理器。微处理器根据输入 信号和阀位信号的偏差经过计算和输出控制信号使供气电磁阀3 和排气电磁阀4 工作，使阀位与输入信号相对应。通信用的 HART 信号是经过解调器（1）后至微处理器。3. HART 定位器HART定位器同模拟定位器的主要区别是：1）定位器在接收 420mA 模拟信号的同时，还可接收到在 420mA 模拟信号上叠加的一个带有 HART 传输协议的交流信号。2）模拟的 420mA 信号用于控制阀位，定位器可以用模拟信号发生器进行阀位调校。3）HART 信号主要用于定位器的设定和组态以及阀门的故障诊断（取决于定位器功能）。4. PROFIBUS 和 Fieldbus 定位器主要特点是：1）信号的传输是通过 PROFIBUS 或 Fieldbus 协议的区域总线进行的。2）定位器不能直接接受 420mA 的模拟信号。3）定位器中含有符合相关协议的输入，输出及 PI
