1、閥門定位器（valve positioner）
閥門定位器是調節(jié)閥的重要輔助設備，它根據結構可分為氣動閥門定位器、電氣閥門定位器和智能閥門定位器。這一設備通常與氣動調節(jié)閥一同使用，負責接收調節(jié)器的信號，并通過輸出信號來控制氣動調節(jié)閥。在調節(jié)閥動作后，閥桿的位移會通過機械裝置反饋至閥門定位器，進而將閥位狀態(tài)以電信號形式傳遞給上級系統。
（一）結構與功能
閥門定位器可根據其結構形式和工作原理進一步細分為氣動閥門定位器、電—氣閥門定位器和智能式閥門定位器。這種設備能夠提升調節(jié)閥的輸出能力，減少信號傳遞的延遲，加速閥桿的運動速度，同時還能提升閥門的線性度，克服摩擦力并消除不平衡力的干擾，從而確保調節(jié)閥的精準定位。
（二）閥門定位器的分類
閥門定位器根據其不同的結構和功能，可以分為氣動閥門定位器、電氣閥門定位器和智能閥門定位器三大類。這些定位器在工業(yè)自動化領域發(fā)揮著至關重要的作用，它們能夠顯著提升調節(jié)閥的性能，確保精準控制。
1、閥門定位器
依據其輸入信號類型，可進一步細分為氣動、電氣和智能三大類別。
（1）氣動閥門定位器主要接收和處理標準氣信號，如20~100kPa范圍內的氣信號，其輸出同樣為標準氣信號。
（2）電氣閥門定位器則處理標準電流或電壓信號，例如420mA電流信號或15V電壓信號。在這些定位器內部，電信號會被轉化為電磁力，進而輸出氣信號以控制撥動閥。
（3）智能電氣閥門定位器則更為先進，它不僅能將控制室輸出的電流信號轉換為驅動調節(jié)閥的氣信號，還能通過智能組態(tài)設置相應參數，有效改善控制閥的性能。同時，它還能根據調節(jié)閥工作時閥桿摩擦力以及介質壓力波動產生的不平衡力進行智能調節(jié)，確保閥門開度與控制室輸出電流信號的精確對應。
2、根據閥門定位器的動作方向，可將其分為單向和雙向兩類。單向閥門定位器僅在活塞式執(zhí)行機構的一個方向上起作用，而雙向閥門定位器則作用于活塞式執(zhí)行機構的氣缸兩側，即在兩個方向上都發(fā)揮作用。
3、閥門定位器還可根據其輸出和輸入信號的增益符號進行分類，即正作用和反作用定位器。正作用定位器的輸入信號增加時，其輸出信號也會相應增加，增益為正；而反作用定位器的輸入信號增加時，其輸出信號則會減少，增益為負。
4、此外，閥門定位器還可根據輸入信號的類型進行劃分，包括普通閥門定位器和現場總線電氣閥門定位器。前者接收模擬氣壓或電流、電壓信號，而后者則處理現場總線的數字信號。
5、另一方面，根據是否配備CPU，閥門定位器可分為普通電氣閥門定位器和智能電氣閥門定位器。智能電氣閥門定位器具備處理智能運算的能力，如前向通道的非線性補償等，而現場總線電氣閥門定位器甚至配備了PID等功能模塊，以實現更復雜的運算。
6、另外，閥門定位器的反饋信號檢測方法也是分類的一種依據。例如，有些定位器采用機械連桿方式檢測閥位信號，有些則利用霍爾效應或電磁感應方法檢測閥桿位移。
（三）工作原理
閥門定位器作為控制閥的主要附件，其工作原理是建立在閥桿位移信號與控制器輸出信號的比較之上。它接收閥桿位移作為反饋測量信號，并與控制器輸出的設定信號進行比較。當兩者存在偏差時，閥門定位器會調整其輸出信號給執(zhí)行機構，以糾正偏差并建立閥桿位移量與控制器輸出信號之間的一一對應關系。因此，閥門定位器構成了一個以閥桿位移為測量信號、以控制器輸出為設定信號的反饋控制系統。
（四）作用原理
閥門定位器在調節(jié)系統中發(fā)揮著至關重要的作用。它能夠顯著提高調節(jié)閥的定位精確度和可靠性，確保調節(jié)質量達到高標準的要求。
（2）在閥門兩端壓差大（△p>1MPa）的情況下，閥門定位器能發(fā)揮作用。它通過提高氣源壓力，增強執(zhí)行機構的輸出力，從而有效克服液體對閥芯產生的不平衡力，進一步減小行程誤差。
（3）當被調介質處于高溫、高壓、低溫、有毒、易燃、易爆等特殊環(huán)境時，為防止泄漏，填料通常被壓得很緊，導致閥桿與填料間的摩擦力增大。此時，閥門定位器能夠發(fā)揮作用，克服時滯問題。
（4）對于粘性流體或含有固體懸浮物的介質，閥門定位器同樣適用。它能有效克服介質對閥桿移動的阻力。
（5）大口徑（Dg>100mm）的調節(jié)閥也是閥門定位器的應用場景之一。它能增大執(zhí)行機構的輸出推力，確保閥門的穩(wěn)定操作。
（6）當調節(jié)器與執(zhí)行器之間的距離超過60m時，閥門定位器可幫助克服控制信號的傳遞滯后，提升閥門的動作反應速度。
（7）此外，閥門定位器還能用于改善調節(jié)閥的流量特性，優(yōu)化其性能。
（8）在分程控制的應用中，一個調節(jié)器需要控制兩個執(zhí)行器時，可以通過使用兩個定位器來實現。一個定位器接受低輸入信號，使一個執(zhí)行器低程動作；另一個定位器接受高輸入信號，使另一個執(zhí)行器高程動作，從而構成分程調節(jié)系統。
（五）關于適配品種
常用的執(zhí)行機構包括氣動執(zhí)行機構和電動執(zhí)行機構，它們有直行程和角行程之分。這些執(zhí)行機構被廣泛應用于自動和手動開閉各類閥門、風板等場合。
2、氣動閥門定位器
（一）工作原理
氣動閥門定位器，作為氣動調節(jié)閥的關鍵附件，發(fā)揮著至關重要的閥門定位作用。它依據力矩平衡原理進行工作。當信號壓力P1通入波紋管2時，會引發(fā)主杠桿3的轉動，進而使噴嘴擋板9靠近噴嘴。隨后，噴嘴背壓經過單向放大器8的放大后，會增大執(zhí)行機構薄膜室的壓力，推動閥桿向下移動。這一系列動作會帶動反饋桿和反饋凸輪的轉動，進而通過滾輪使副杠桿4繞支點轉動，并拉伸反饋彈簧。當彈簧對主杠桿3的拉力與信號壓力在波紋管上的力達到平衡時，儀表也將達到平衡狀態(tài)，從而維持執(zhí)行機構的閥位在特定開度。
（二）結構原理
氣動閥門定位器專門接收來自控制器或控制系統的4～20mA等弱電信號，并將其轉換為驅動氣動執(zhí)行機構的氣信號，以實現對閥門位置的精確控制。它與氣動調節(jié)閥配套使用，構成一個閉環(huán)控制回路，確保閥門能夠依據系統輸出的控制信號進行準確無誤的定位。
（三）主要功能
氣動閥門定位器與氣動執(zhí)行機構聯合，共同構成自控單元，并與各種調節(jié)閥相連結。經過調試和安裝后，它們將組合成性能優(yōu)異的氣動調節(jié)閥，廣泛應用于各類工業(yè)自動化過程控制場景中。
3、電氣閥門定位器
隨著DCS在現場應用的普及，中控系統控制器成為主流，現場與中控之間傳遞的信號多為4-20mA電信號，且要求閥門響應迅速。盡管閥門定位器經歷了氣/氣、電/氣、數字閥門定位器和區(qū)域總線閥門定位器的發(fā)展，但其核心原理和功能始終保持不變。
（一）定位器中關鍵自控元件詳解
電/氣轉換器原理：隨著儀表技術的演進，氣動儀表逐漸被電動儀表和計算機控制所替代，但在某些特定場合，氣動儀表仍有一席之地。相應的，定位器也由原先的氣動閥門（P/P）定位器轉變?yōu)殡?氣（E/P）閥門定位器。那么，電信號是如何在電/氣閥門定位器中轉化為氣信號的呢？以SAMSON 6111型電/氣轉換器為例，我們來深入探討其工作原理（見圖1）：
在設計氣動功率放大器（8）時，我們選擇了適當的彈簧力（8.2），以確保在輸入信號為0mA時，輸出壓力PA維持在100mbar。這樣，通過恒節(jié)流孔（8.4），噴嘴（7）內保持一定的背壓。隨著輸入信號的增加，通電的線圈（2）會切割永久磁鐵（3）的磁力線，從而產生向上的力。這個力使擋板（6）靠近噴嘴（7），進而增加背壓（PK）。背壓的增加導致膜片（8.3）下移，打開閥芯（8.5），使輸出壓力PA上升。當輸入信號減少時，擋板（6）遠離噴嘴（7），背壓（PK）隨之減少。在輸出壓力（PA）的作用下，膜片（8.3）上移，關閉閥芯（8.5），使輸出壓力通過閥芯（8.5）釋放。當PA與PK達到平衡時，輸出壓力保持穩(wěn)定，此時電信號在線圈（2）中產生的力也與背壓（PK）達到平衡。這樣，輸入的電信號就被成功地轉換成了氣信號。
接下來，我們來看看定位器的具體組成。以SAMSON的4763型電/氣閥門定位器為例，其主要組成部分包括傳感器、反饋網絡、控制器以及執(zhí)行機構等部分。這些組件協同工作，確保了定位器的精確性和穩(wěn)定性。
接下來，讓我們詳細了解一下SAMSON的4763型電/氣閥門定位器的內部結構。從結構圖可以看出，該定位器主要由傳感器、反饋網絡、控制器以及執(zhí)行機構等幾個關鍵部分組成。這些組件相互配合，共同確保了定位器在運行過程中的高精確度和穩(wěn)定性。
（三）定位器工作原理
接下來，我們將深入探討SAMSON 4763型電/氣閥門定位器的工作原理。該定位器通過傳感器感知輸入信號，并經過反饋網絡和控制器進行精確處理，再由執(zhí)行機構輸出相應的控制信號。其中，反饋桿、反饋彈簧、反饋風箱以及氣動功率放大器和電/氣轉換器等關鍵組件，共同構成了定位器的核心工作機制。
- 模擬定位器的工作原理
我們繼續(xù)以SAMSON的4763定位器為例進行探討。當調節(jié)閥為FC（氣開）狀態(tài)，且定位器為正作用時，閥位會依據輸入信號進行比例動作。具體來說，隨著輸入信號的增加，Pe點氣壓也會上升，這導致反饋風箱中的連桿（9）向左移動，進而壓縮彈簧（6）并使擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）。這一系列動作導致輸出風壓上升，進而推動閥桿（對于氣開閥）上升。當反饋彈簧的力與反饋風箱的力達到平衡時，閥位便穩(wěn)定在與輸入信號對應的位置。
此外，當工藝條件發(fā)生變化導致閥桿上升時，執(zhí)行器彈簧會被壓縮，進而引發(fā)一系列動作，使閥位能夠回到原始位置。類似地，當閥桿下降時，執(zhí)行器彈簧的張力會放松，同樣會觸發(fā)一系列動作，恢復閥位的原始位置。
- 調試步驟
在調試過程中，首先需要調至零點并給調節(jié)閥輸入電流信號（通常為4mA）。若閥位指針未指在零位上，可以通過打開閥門定位器并緩慢調節(jié)調零旋鈕來進行校正。接下來，調節(jié)定值器以使輸出值達到閥門所需的氣源壓力值。完成零位和量程的調整后，分別給調節(jié)閥輸入8mA、12mA、16mA和20mA的信號，并觀察閥位指針是否準確指向25%、50%、75%和100%的位置。若指示不準確，可微調調零旋鈕進行校正；若效果仍不理想，則可能是行程量不足，此時需要適當調節(jié)量程。通過反復調整零點和量程，確保執(zhí)行機構的行程在合理范圍內。
- 故障總結
（五）故障總結部分未提供具體內容，可根據實際情況進行擴展或省略。
- 閥門定位器接收了輸入信號卻未能產生輸出信號。
（1）電磁鐵組件出現問題，建議替換電磁鐵組件。
（2）供氣壓力不正確，請檢查氣源壓力。
（3）氣動放大器中的擋板零點調節(jié)過高，導致擋板與噴嘴距離過遠。
（4）氣路發(fā)生堵塞。
（5）氣路連接出現錯誤，包括放大器的連接。
（6）電/氣定位器的輸入信號線正負極接反。 - 閥門定位器未接收到輸入信號，但輸出信號持續(xù)處于最大狀態(tài)。
（1）氣動放大器的擋板零點調節(jié)設置過低，導致擋板緊密壓住噴嘴。
（2）噴嘴發(fā)生堵塞。
（3）輸出壓力呈現緩慢變化或異常狀態(tài)。
這樣的狀況可能損害調節(jié)閥的膜頭，導致漏氣現象，進而引發(fā)調節(jié)閥動作遲緩的故障，影響其及時調節(jié)的功能。針對這一問題，應檢查膜室并更換膜片。 - 定位器線性不佳
（1）反饋凸輪或彈簧選擇不當，或安裝方向錯誤。
（2）反饋連桿機構安裝不妥，或在某些位置存在卡滯。
（3）噴嘴或擋板存在異物。
（4）背壓存在輕微泄漏。
