大，然后通过可控硅交流开关去控制 伺服电机的正、反转。
组成：信号隔离器、
综合放大电路、
触发电路、
固态继电器等。
14
信号隔离器采
用光电隔离电路，
实现信号隔离和电 流—电压转换。
综合放大和触发电路见下图。
15
（三）执行机构
1.组成：伺服电机、减速机
构、位置发送器等。
220VAC
伺服电机
减速器
0～90°
各种流量特性及其阀芯形状如图所示
1 快开；2 直线；3 抛物线；4 修正抛物线；5 等百分比。
38
2.工作流量特性(阀前后压差随阀的开度而变)
⑴ 串联管道时的工作流量特性
39
⑵ 并联管道时的工作流量特性
结论
使理想流量特性发生畸变, 串联管道尤为严重, 放大系 数随开度增大而减小, 并联管道总比原来小。 使控制阀可调比降低，并联管道尤为严重。 串联管道使总流量减少，并联管道则增加。
《控制仪表及装置》
第三章 运算器和执行器
1
第一节 运算器
一、乘除器 二、开方器
第二节 执行器
一、电动执行机构
二、气动执行机构
三、阀门定位器
四、调节机构
五、执行器的选型 第三节 模拟控制仪表应用
第一节
运算器
运算器接受来自变送器或转换器的统一 标准信号，可对一个或几个输入信号进
行加、减、乘、除、开方、平方等多种 运算，以实现各种算法，满足自动检测 和控制系统的要求。
② 对乘除器的线路作适当改动 ③ 应用霍尔元件组成开方运算电路。
※小信号切除
由 yK
x
可得
dy dx
2
K x
可见，x很小时,动态放大系数很大，x稍有波动，就会引起
输出y的很大变化，造成开方器在小信号输入时的较大运算误差。
所以, 在信号小于输入满量程的1%（（5－1）×1%=0.04V）时， 应将输出信号切除。
另可实现乘后开方、乘法和除法三种运算（见P82）。
4
二、开方器
（一）概述
1.作用：对1～5V直流电压信号进行开方运算, 结果以1～5V直
流电压或4～20mA 直流电流输出，运算关系为：
U o＝ K U i 1 ＋1 式中，U i－开方器的输入信号 U o－开方器的输出信号 K －开方系数
5
2.开方器在节流式流量测量中的应用
配管情况
S = 0.6 ~ 1 S = 0.3 ~ 0.6
阀的工作特性 直线 抛物线 等百分比
直线
抛物线 等百分比
阀的理想特性 直线 抛物线 等百分比 等百分比 直线 等百分比42
从负荷变化情况考虑，在负荷变化小时可用直线特
性阀，负荷变化幅度大的场合使用等百分比特性阀。
（三）控制阀口径的选择
1.确定计算流量: 根据生产能力、设备负荷等来确定
40
五、执行器的选择
包括结构型式、流量特性、阀门口径等的选择。
（一）结构型式的选择
根据能源、工艺条件、介质性质等来确定执行机构的规格 品种。对于气动执行器，从工艺生产的安全考虑, 选择其作用 方式是气开式或是气关式。 按执行机构的正反 作用和调节机构的正反 安装方式，实现气动执
行器的气开、气关时有
四种组合方式。
41
调节机构的选择是根据流体性质、流动状态、工
艺条件和过程控制的要求，并兼顾经济性来确定合适
的结构形式。
（二）控制阀流量特性的选择
从控制品质考虑，在负荷变化的情况下，应使控制系统总 的放大系数不变。例如对于放大系数随负荷增大而减小的对象， 选用放大系数随负荷增大而变大的等百分比特性阀门，使系统 总放大系数不变。 从工艺配管情况考虑，选择相应的控制阀，见下表。
可用于需分程控制的场合，两台定位器由一
个控制器操纵，每台定位器的工作由分程点决定。 可改善控制阀的流量特性，通过改变反馈凸 轮的几何形状，使定位器的输出特性发生变化， 从而达到修正流量特性的目的。
32
四、调节机构
调节机构又称控制阀(或调节阀)，是一个局部阻力可
变的节流元件。阀芯移动改变了阀芯与阀座间的流通面积， 即改变了阀的阻力系数，使被控介质流量相应改变。
即20～100kPa气压信号→直线位移
2 分 类
薄膜式：气压推动薄膜并带动连杆运动, 结构简单,动作
可靠，维修方便，价格较低，但输出行程小；
活塞式：气压推动活塞并带动连杆运动，输出推力大，
行程长，但价格较高，只用于特殊需要的场合。
气信号 气信号
薄膜式
活塞式
22
3.气动薄膜式执行机构
分类：
正作用式(信号压力增加时推杆向下动作，ZMA)
组
成
装置等。
气路组件：气动放大器、气阻、压力表、手/自动切换阀。 反馈组件：反馈弹簧、反馈拉杆、反馈压板等。 接线盒组件：接线盒、端子板及电缆引线等。
29
结构及原理
30
阀门定位器原理简图
Po
Ps
Pa
31
应用场合

推力大，可用于高差压、大口径、高压、高
温、低温及介质中含有固体悬浮物或粘性流体 的场合。 动作速度快，可用于控制器与执行机构距离 较远的场合。
切除点U L的具体数值： 当U i 1.04V 时，输出被切除 这时U 23 N 2U 21 U11 ＝ N1 N 2U 21 ＝3 所以 U L 0.6V Ui 1 Ui 1
当 U i 1.04V 时，U 23 0.6V
实际的切除值可通过UL来调整
9
开方器的输入输出特性
10
弹簧 6。当弹簧力与膜 片推力相平衡时，推杆
稳定在相应的位置上。
结构见右图。
膜片的有效面积有：
200，280，400，630， 1000，1600cm2 等。
24
P 薄膜
结 构 组 成
执 行 机 构
弹簧 调节件 推杆 阀芯
调 节 机 构
阀座
Q
25
静态特性
在平衡状态时，气动薄膜式执行机构的力平衡方 程式可表示如下： L=
Qmax和 Qmin 。 2.确定计算差压: 按选定的S值来确定计算差压。 3.计算流量系数: 按计算流量和计算差压求取KVmax 。 4.选择流量系数: 在所选产品型号的标准系列中选取大 于KVmax 且与其最接近的那一挡KV值。 5.验算控制阀开度和可调比。
6.确定控制阀口径: 根据KV值决定控制阀的公称直径和
⑴
反作用式(信号压力增加时推杆向上动作，ZMB)
气开式（气压增大阀门开大）
⑵
气闭式（气压增大阀门关小）
输入信号：
0.02~0.1MPa气体压力
输出信号：
连杆位移→行程， 规格有：10,16,25,40,60,100mm
23
结构
当信号压力通过上膜盖 1和波纹膜片2组成的气 室时，在膜片上产生推
力,使推杆5下移并压缩
指示 记录仪 瞬时流量 q 节流 装置
P
差压 变送器
x
开方器
y
比例 积算器 累计流量 控制器 y （mA）
P K1 q y K
2
x K 2 P K1 K 2 q x K K1 K 2 q
2
20
4 0 qmax q
6
这样，y ~ q 呈线性关系
3.开方运算的实现方法
① 通过改变乘除器信号线的连接方式
7
（二） 工作原理
U21 Ui U 输入电路1 11 + N1
－
U23 输出电路 N0 Uo
比较器
S 乘法电路1 U22 比例放大 U23 小信号 电路N2 切除电路 K2
Uf 乘法电路2 K3
开方运算部分
图 3-13
开方器方框图
8
小信号切除电路
U i 1.04V （满量程的1%），切除； U i 1.04V，正常工作 电路见图 3-14
本章介绍两种典型的运算器：
乘除器和开方器
3
一、乘除器
可对两个或三个1～5V的直流电压信号进行四种运算, 结果以1～5V 直流电压或4～20mA 直流电流输出。乘除运
算关系式为：
U0 = N
(Ui1–1)(Ui2 + K2) UiUi1、Ui2、Ui3—乘除器的输入信号；
U0—乘除器的输出信号； N —运算系数； K2、K3—可调偏置电压。
（一）控制阀结构
由上阀盖、下阀盖、阀
体、阀座、阀芯、阀杆、填 料和压板等构成。为适应多
种使用要求，阀芯和阀体有
不同的结构，使用的材料也 各不相同。
33
阀的结构型式
直通单座阀
直通双座阀 角形阀
三通阀
蝶阀 套筒阀 偏心旋转阀 高压阀
34
阀芯型式
阀芯型式有直行程阀芯和角行程阀芯两类。 直行程阀芯又分为：平板型、柱塞型、窗口型和多级 阀芯。各种阀芯的型式见下图。
式中：
Ae P1 Cs
L —推杆位移； Ae — 膜片有效面积； P1 — 输入压力； Cs — 弹簧刚度。
输入输出特性见右图。 存在非线性偏差和正反 行程偏差。
26
动态特性
在动态情况下，输入信号管线存在阻力，管线和
薄膜气室近似作为气容，故执行机构可看成一个阻容 环节，薄膜气室压力P1与控制器输出压力P0关系为： P1 = 1 = 1 TS+1
第二节
应用示例：
M 蒸 汽
执行器
冷液
TIC
TT 热 液
11
执行器的构成：
执行机构－产生推力或位移的装置。
调节机构－直接改变能量或物料输送量的装置，通常称 为控制阀或调节阀。
执行器的分类：