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zhixingqi
執(zhí)行器(卷名：機(jī)械工程)
final controlling element

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)儀表或其他控制裝置的信號(hào)為輸入信號(hào)，按一定調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)被控對(duì)象輸入量的裝置。執(zhí)行器是一種工業(yè)自動(dòng)化儀表，如調(diào)節(jié)閥、擋板和電磁閥等均屬此類。
　　組成 　執(zhí)行器通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和附件3部分組成。附件包括放大器、閥門定位器、位置發(fā)信器和速度發(fā)信器等，可根據(jù)不同要求選用。執(zhí)行器有時(shí)不用附件，僅由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成，如氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥就不帶閥門定位器。
　　分類 　執(zhí)行器按工作能源不同分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、電氣復(fù)合和電液復(fù)合式；按控制功能不同分為位置控制式（如閥門開度控制）、速度控制式（如泵的轉(zhuǎn)速控制）和電功率控制式（如電爐加熱功率控制）；按輸入信號(hào)不同分為模擬量式和數(shù)字量式。
　　工作原理 　圖1是常見的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，來自調(diào)節(jié)器的氣壓信號(hào)進(jìn)入膜室后轉(zhuǎn)換成推力，通過推桿推動(dòng)閥門，調(diào)節(jié)被控對(duì)象中的流量。圖2是帶閥門定位器的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥工作原理圖。氣壓信號(hào)p1進(jìn)入波紋管后，經(jīng)杠桿使擋板與噴嘴靠近，因此噴嘴背壓p2增大，并經(jīng)氣動(dòng)功率放大器放大后送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜室推動(dòng)閥門。同時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移通過凸輪和彈簧在杠桿上產(chǎn)生反饋力，此力與波紋管產(chǎn)生的信號(hào)力相平衡，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移與輸入信號(hào)成正比。薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)形式，輸出推力最大達(dá)20萬牛頓，最大位移為100毫米。活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出推力最大達(dá)14萬牛頓，最大位移為600毫米。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡單，防爆性能好。



　　圖3為電動(dòng)執(zhí)行器的原理框圖。來自調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置反饋信號(hào)相比較。當(dāng)存在偏差時(shí)放大器就有電壓輸出到電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（圖4）。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)減速器輸出角位移，用來推動(dòng)蝶閥、球閥，以調(diào)節(jié)被控對(duì)象中流量或推動(dòng)調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)加熱功率控制。



　　電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也可制成直線位移輸出的形式。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作方向決定于偏差的極性，而且總是朝著減小偏差的方向動(dòng)作，直至偏差為零，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才停止動(dòng)作，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移與輸入信號(hào)大小成正比。當(dāng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可直接接受調(diào)節(jié)器輸出數(shù)字信號(hào)。調(diào)節(jié)器與電動(dòng)執(zhí)行器之間信號(hào)傳輸迅速、傳輸距離長。出現(xiàn)停電故障時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移保持原位不動(dòng)。
　　電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)（圖5）是能接受電信號(hào)控制的液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入信號(hào)通過直線力電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服閥，使壓力油經(jīng)伺服閥進(jìn)入油缸的某一端，在活塞上產(chǎn)生推力。然后此力經(jīng)活塞桿推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)?；钊奈灰仆瑫r(shí)通過凸輪和彈簧，在伺服閥的活塞桿上產(chǎn)生反饋力，與力電機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)力相平衡。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移與輸入信號(hào)成正比，輸出力可達(dá)22萬牛頓，位移可達(dá)200毫米。液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要有就地高壓油源，在分散使用時(shí)每臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都要有油源裝置。



　　部件結(jié)構(gòu)原理 　執(zhí)行器的主要部件有放大器、發(fā)信器和閥門。
　?、?放大器：電動(dòng)放大器將小信號(hào)（通常是0～10毫安或 4～20毫安直流電流）放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或控制電爐加熱功率。氣動(dòng)放大器通常是將帕斯卡氣壓信號(hào)放大。它的基本結(jié)構(gòu)（圖2）由波紋管、噴嘴和擋板組成。改變噴嘴與擋板之間的距離，輸出信號(hào)p2也隨之變化，且p2大于p1，可達(dá)到氣壓放大的目的。氣動(dòng)功率放大器是放大器的一種形式，它有足夠的功率輸出，用以直接推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
　?、?發(fā)信器:發(fā)信器有位置發(fā)信器、速度發(fā)信器和轉(zhuǎn)速發(fā)信器等。它將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，作為各類執(zhí)行器的反饋信號(hào)。
　　③ 閥門:在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推動(dòng)下改變閥瓣與閥座之間通流面積，從而調(diào)節(jié)流體流量。閥門結(jié)構(gòu)形式有直通單座閥（圖1）、直通雙座閥、三通閥、角形閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、球閥、隔膜閥和閘閥等。閥門的主要特征用閥門開度與流量之間關(guān)系來表示，稱流量特性。在使用中可根據(jù)控制系統(tǒng)要求、流體性質(zhì)和存在的主要干擾因素等來選擇閥門結(jié)構(gòu)形式和流量特性。