电-气阀门定位器：功能及优化方案

电-气阀门定位器的输入信号为4～20mA的直流电信号，转换成输出气压信号，控制执行机构动作。它能够起到电-气转换器和气动阀门定位器两种作用，同时根据执行机构的位移行程进行反馈，使阀门的位置能够按调节器输出的控制信号进行正确定位。

图6-36 O形密封切换开关

a）定位位置 b）直通位置

1.工作原理

（1）双作用式电-气阀门定位器

图6-37所示为双作用式电-气阀门定位器工作原理。来自气源SUP的一部分压力空气，经过固定节流口22进入喷嘴的背压室25，并通过喷嘴14与挡板15的间隙排出。力矩马达的线圈7得到电信号i后，在磁场作用下，衔铁9以支点板弹簧13为中心，按图中A所示方向回转，使挡板15与喷嘴14的间隙减小，喷嘴的背压随之升高。控制阀的阀芯21由供气压力室26的作用向右移动。阀孔A20的气门19及阀孔B24的气门23被打开，即压力空气通过气管OUT1进入气缸的A室1。气缸B室4的空气，通过气管OUT2向外排气，此时由于气缸活塞3向两端方向移动，通过齿轮齿条带动输出轴转动。输出轴的旋转运动，带动反馈连杆27与凸轮5，并带动凸轮随动杆6及反馈弹簧连杆10，增加了反馈弹簧12的张力。使挡板15与喷嘴14之间的间隙增大。在反馈弹簧12的张力与输入电信号i对衔铁的吸力达到平衡之前，活塞是运动的，输出轴的位移与输入信号成正比。另外，旋钮11可调节滑块8的行程。旋钮16可调零弹簧17的张力，而改变负载弹簧18，可获得相应的弹簧特性系数，以适应各种容量的定位器。

图6-37 双作用式电-气阀门定位器工作原理图

1—气缸的A室 2—输出轴 3—气缸活塞 4—气缸B室 5—凸轮 6—凸轮随动杆 7—线圈 8—可调滑块 9—衔铁 10—反馈弹簧连杆 11、16—旋钮 12—反馈弹簧 13—支点板弹簧 14—喷嘴 15—挡板 17—可调节调零弹簧 18—负载弹簧 19—阀孔A的气门 20—阀孔A 21—阀芯 22—节流口 23—阀孔B 24—背压室 25—供气压力室 26—反馈连杆

上述为活塞向两端方向移动工作状态。如果进出气管位置互换，或将凸轮反装，即呈现向中间方向移动工作状态。

（2）单作用式电-气阀门定位器 图6-38所示为单作用式电-气阀门定位器工作原理。来自气源SUP的一部分压力空气，经过固定节流口22进入喷嘴的背压室24，并通过喷嘴14与挡板15间隙排出。力矩马达线圈7得到电信号i后，在磁场作用下，衔铁9以支点板弹簧13为中心按图中A所示方向回转，使得挡板13与喷嘴14的间隙减小，喷嘴的背压随之升高，控制阀阀芯21在供气压力室23的作用下向右移动，阀孔A20的气门19被打开，与气管OUT1连通的气缸2内的气压增加，活塞3向两端方向移动，弹簧4被逐渐压缩，通过齿条带动输出轴旋转。输出轴1的旋转，通过反馈杆26、凸轮轴5、凸轮随动杆6、反馈弹簧连杆10，使反馈弹簧12的张力增加，挡板与喷嘴的间隙增大。输出轴1的位置，在与输入信号达到平衡前，输出轴是运动的。另外，旋钮16可调节调零弹簧17的张力。若将A-M手柄自动转换器25置于全封闭状态时，喷嘴背压室24内的压力就上升，供气阀19呈全开状态，气源压力就直接经气管OUT1，进入气缸2，即改换负载弹簧18获得相应的弹簧特性系数，以适应各种容量的定位器。

图6-38 单作用式电-气阀门定位器工作原理图(www.xing528.com)

1—输出轴 2—气缸的A室 3—活塞 4—弹簧 5—凸轮 6—凸轮随动杆 7—力矩马达线圈 8—可调节滑块 9—衔铁 10—反馈弹簧连杆 11、16—旋钮 12—反馈弹簧 13—支点板弹簧 14—喷嘴 15—挡板 17—调零弹簧 18—改换负载弹簧 19—气门 20—阀孔A 21—控制阀阀芯 22—固定节流口 23—供气压力室 24—喷嘴的背压室 25—A-M手动自动转换器 26—反馈杆

上述为活塞向两端方向移动的工作状态。如果进出气管互换，或将凸轮翻面安装，即呈现向中间方向移动的工作状态。

2.防爆措施

工业生产中，在有可燃性气体、蒸汽与空气形成的爆炸性混合物的场所，所用的电气设备不用防爆结构是很危险的。例如，空气中含有9.5%～10%（体积分数）的甲烷气体，或空气中含有32%的氢气（体积分数），或空气中含有14.5%（体积分数）的乙炔，遇火即引起爆炸，会造成设备和人身事故。由于电-气阀门定位器中有力矩电动机，而力矩电动机中有信号测量线圈，而且线圈的匝数一般在数千圈以上，故线圈是一个高能原件。当定位器引接线或线圈短路、短路的瞬间，产生反电动势，在断开处放电，可引燃爆炸物而发生爆炸或火灾。

为了保证电-气阀门定位器的防爆性能，要采取下列的保护措施：

1）定位器必须与输出式安全栅串联配套使用，组成安全火花回路。

2）定位器输入信号4～20mA（直流），是由输出式安全栅供给的，其安全栅的最大输出电压小于（或等于）30V，最大输出电流30mA，因此限制了力矩电动机中线圈绕组的储存能量，起到限压、限流的保护作用；

3）在线圈两端并联两个稳压管VS₁和VS₂（图6-39）。正常工作时，VS₁和VS₂处于截止状态，线圈通过电流；发生故障时（例如断电、断路、短路等），储能线圈中的能量，通过VS₁和VS₂与线圈构成的回路泄放，不会引爆。

4）VS₁和VS₂经老化处理，对线圈起双重保护作用。在结构上还把保护性元件及线圈密封成一个整体，比较坚固。

图6-39 安全火花型电路原理

注：VS₁、VS₂为2CW71；VD为2CP6C。

5）电路中还有二极管VD，使输入信号单向导通。当定位器的输入信号反接时，线圈没有信号，电-气阀门定位器不能工作。