什么是执行器?

[拼音]：zhixingqi

[外文]：final controlling element

在工业生产过程自动控制系统中，以调节仪表或其他控制装置的信号为输入信号，按一定调节规律调节被控对象输入量的装置。执行器是一种工业自动化仪表，如调节阀、挡板和电磁阀等均属此类。

执行器通常由执行机构、调节机构和附件3部分组成。附件包括放大器、阀门定位器、位置发信器和速度发信器等，可根据不同要求选用。执行器有时不用附件，仅由执行机构和调节机构两部分组成，如气动薄膜调节阀就不带阀门定位器。

执行器按工作能源不同分为电动、气动、液动、电气复合和电液复合式；按控制功能不同分为位置控制式（如阀门开度控制）、速度控制式（如泵的转速控制）和电功率控制式（如电炉加热功率控制）；按输入信号不同分为模拟量式和数字量式。

图1是常见的气动薄膜调节阀，来自调节器的气压信号进入膜室后转换成推力，通过推杆推动阀门，调节被控对象中的流量。图2是带阀门定位器的气动薄膜调节阀工作原理图。气压信号p1进入波纹管后，经杠杆使挡板与喷嘴靠近，因此喷嘴背压p2增大，并经气动功率放大器放大后送入执行机构的膜室推动阀门。同时，执行机构的位移通过凸轮和d簧在杠杆上产生反馈力，此力与波纹管产生的信号力相平衡，因此执行机构输出位移与输入信号成正比。薄膜执行机构是气动执行机构的一种结构形式，输出推力最大达20万牛顿，最大位移为100毫米。活塞式执行机构输出推力最大达14万牛顿，最大位移为600毫米。气动执行机构结构较简单，防爆性能好。

图3为电动执行器的原理框图。来自调节器的输入信号与执行机构位置反馈信号相比较。当存在偏差时放大器就有电压输出到电动执行机构（图4）。电动执行机构由电动机驱动经减速器输出角位移，用来推动蝶阀、球阀，以调节被控对象中流量或推动调压器实现加热功率控制。

电动执行机构也可制成直线位移输出的形式。执行机构的动作方向决定于偏差的极性，而且总是朝着减小偏差的方向动作，直至偏差为零，执行机构才停止动作，因此执行机构输出位移与输入信号大小成正比。当采用步进电机驱动时，可直接接受调节器输出数字信号。调节器与电动执行器之间信号传输迅速、传输距离长。出现停电故障时，执行机构输出位移保持原位不动。

电液执行机构（图5）是能接受电信号控制的液动执行机构。输入信号通过直线力电机驱动伺服阀，使压力油经伺服阀进入油缸的某一端，在活塞上产生推力。然后此力经活塞杆推动调节机构。活塞的位移同时通过凸轮和d簧，在伺服阀的活塞杆上产生反馈力，与力电机产生的信号力相平衡。因此，执行机构输出位移与输入信号成正比，输出力可达22万牛顿，位移可达200毫米。液动执行机构需要有就地高压油源，在分散使用时每台执行机构都要有油源装置。

执行器的主要部件有放大器、发信器和阀门。

（1）放大器：电动放大器将小信号（通常是0～10毫安或 4～20毫安直流电流）放大后驱动电动机或控制电炉加热功率。气动放大器通常是将帕斯卡气压信号放大。它的基本结构（图2）由波纹管、喷嘴和挡板组成。改变喷嘴与挡板之间的距离，输出信号p2也随之变化，且p2大于p1，可达到气压放大的目的。气动功率放大器是放大器的一种形式，它有足够的功率输出，用以直接推动执行机构。

（2）发信器:发信器有位置发信器、速度发信器和转速发信器等。它将执行机构的输出转换成相应的电信号或气信号，作为各类执行器的反馈信号。

（3）阀门:在执行机构推动下改变阀瓣与阀座之间通流面积，从而调节流体流量。阀门结构形式有直通单座阀（图1）、直通双座阀、三通阀、角形阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、隔膜阀和闸阀等。阀门的主要特征用阀门开度与流量之间关系来表示，称流量特性。在使用中可根据控制系统要求、流体性质和存在的主要干扰因素等来选择阀门结构形式和流量特性。

参考文章

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