閥門定位器主要用于調節工業自動化過程控制領域中的介質流量、壓力、溫度、液位等工藝參數。在自動化控制系統中,調節閥是常用的執行器,控制過程是否平穩取決于調節閥能否準確動作,使過程控制體現為物料能量和流量的精確變化。
一、閥門定位器的工作原理及優缺點
閥門定位器工作原理:當氣室輸入了0.02~0.10MPa信號壓力之后,薄膜產生推力,使推力盤向下移動。壓縮彈簧,帶動推桿、閥桿、閥芯向下移動,閥芯離開了閥座,從而使壓縮空氣流通。當信號壓力維持一定時,閥門就維持在一定的開度上。
優點:閥門定位器的執行機構結構簡單,使用可靠,最突出的是性價比高。在運行中不產生電火花,因此一些易燃環境下常采用閥門定位器。此外,在某些腐蝕氣體或特別潮濕環境條件也常使用。
缺點:膜片承受的壓力較低,最大膜室壓力不能超過250KPa,加上彈簧要抵消絕大部分的壓力,余下的輸出力就很小了;為了提高輸出力,通常的做法是增大尺寸,使得執行機構的尺寸和重量變得很大,另一方面,工廠的氣源通常是500~700KPa,它只用到了250KPa,氣壓沒充分利用。
二、閥門定位器執行機構的工作原理
閥門定位器的執行機構,工作時接收調節器或計算機的控制信號,用來改變被控介質的流量,使被調參數維持在所要求的范圍內,從而達到過程控制的自動化。當調節器或定位器的輸出信號輸入薄膜室后,信號壓力在薄膜上產生的推力,使推桿部分移動,并壓縮彈簧,直至彈簧的反作用力與信號壓力在薄膜上產生的推力相平衡為止。這時,推桿的移動就是氣動薄膜執行機構的位移,也稱行程。
閥門定位器是氣動執行器的一種輔助儀表,它與氣動執行器配套使用。閥門定位器是按力矩平衡原理工作的,來自調節器或輸出式安全柵的4~20mA直流信號輸入到轉換組件中的線圈時,由于線圈兩側各有一塊極性方向相同的永久磁鐵,所以線圈產生的磁場與永久磁鐵的恒定磁場,共同作用在線圈中間的可動鐵芯即閥桿上,使杠桿產生位移。
在圖一所示的氣動調節閥中,閥桿的位移是有薄膜上的氣壓推力與彈簧反作用力平衡來確定的。實際上,為了防止閥桿引出處的泄漏,填料總要壓得很緊。盡管填料選用密封性好而摩擦系數小的聚四氟乙烯優質材料,填料對閥桿的摩擦力仍是不小的。特別是在壓力較高的閥上,由于填料壓得很緊,摩擦力可能相當大。
此外,被調節流體對閥芯的作用力,在閥的尺寸大或閥前后壓差高、流體粘性大及含有固體懸浮物時也可能相當大。所以這些附加力都會影響執行機構產生回環特性,嚴重時造成調節系數振蕩,因此,在執行機構工作條件差及要求調節質量高的攙和,都在調節閥上加裝閥門定位器。