第四章 过程控制装置
过程控制系统基本要素：过程控制装置与被控对象。
过程控制装置必须由测量变送单元、调节器，执行器三个环节组成。
4.1 变送器变送器是单元组合仪表中不可缺少的基本单元之一。工业生产过程中，在测量元件将压力、温度、流量、液位等参数检测出来后，需要由变送器将测量元件的信号转换成一定的标准信号，送至显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。
分类：
根据变送参数不同可分为：压力、差压、温度、流量、液位变送器等；
根据变送器驱动能源的不同可分为：气动、电动变送器。
变送器的理想输入、输出特性成线性。
4.1.1差压变送器差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换成统一标准信号，并将此统一信号输出送给指示、记录仪表或调节器等，以实现对上述参数的显示、记录和调节。
（1）气动差压变送器动差压变送器主要利用了力平衡原理，其敏感元件为膜片或膜盒，主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、流量、液位等物理量。
气动差压变送器可将压力信号成比例地转换成20—100KPa的统一标准压力信号，送往气动单元组合仪表的调节器或显示仪表进行调节、指示和记录。
其杠杆系统形式有三种：单杠杆、双杠杆与失量机构。
①气动元件及组件常用的气动元件有气阻、气容。常见的组件有阻容耦合组件，喷嘴—挡板机构、功率放大器等。
气阻：气体流过节流元件时，会受到一定的阻力，这种节流元件叫气阻。其作用是降压和限流。
气阻按其结构特点可分为恒气阻和变气阻两类。
恒气阻结构有三种：毛细管式、缝隙式和薄壁小孔式，其用符号 或 表示。
变气阻结构（常见）：圆锥—圆锥型、圆柱—圆锥、球圆锥型。其用符号 表示。
气阻流量特性指流过气阻的气体流量与其两端压力差之间的关系。根据流量与压差之间关系可分为线性及非线性气阻。气流状态分别为层流和紊流。
气阻对气体流动阻碍的程度，一般用气阻值R来定量表示。线性气阻的气阻值
气容：凡是在气路中能贮存或释放出气体的气室称为气容。其作用是在气动仪表中起缘冲、防止振荡作用，与电容在电路中的充放电作用相类似。用气容C来定量表示气室贮存空气量的能力。
所谓气容是指改变单位压力所需要的气体体积流量
气容分为固定气容和弹性气容两种。
阻容耦合组件：通常有节流通室和节流盲室。
节流通室：是由变气阻，流通气室与恒气阻串联而成的组件。
单位时间为流过气阻R1的气体质量流量，必定等于单位时间内流过气阻R2的质量流量：
即
假设P3通大气，即P0（表压）＝0
则
式中为比例系数节流盲室：由一个变气阻和一个气室串联在一起所构成的组件称为节流盲室。
若R为线性变气阻，则
根据气容的定义式得
所以
即
令，则
假设为定值，并令，则
该式即为节流音室的特性方程
放过程的特性方程：
结论：
①若P为阶跃信号，则P2呈指数曲线变化，P2先快后慢，时，
②当t=T时，P2=P1(1-e-1)=0.632P1。T=RC叫做时间常数，它在数值上等于当P1为阶跃变化时，P2上升到0.632 P1时所需的时间。
③T反映了P2的变化速度，T越大，表示P2变化速度越慢。因为T=RC所以当C一定时只要改变R就可调整P2的变化速度。
喷嘴—挡板机构：它是由喷嘴和挡板构成的变气阻、一个恒气阻和一个气容串联而成的节流通室，其作用是把输入的微小位移信号转换成相应的气压信号输出，在气路中用符号 表示。
喷嘴—挡板机构的输出信号（）与输入信号（挡板位移h）之间的关系，即为喷嘴—挡板机构的静特性。h与为非线性关系，因此喷嘴挡板机构一般工作在中间区段（相当于为0.025~0.13MPa）
功率放大器：气动功率是指气体压力与流量的乘积。功率放大器的作用就是将气动信号进行流量和压力的放大。功率放大器一般用符号 表示。
按结构原理，功率放大可分为两类：力平衡式和节流式。以节流式功率放大器为例讲述其工作原理。
②气功差压变送器由测量部分和气动转换部分组成。
以单杠杆式气动差压变送器为例讲述其工作原理。
输入转换部分：其作用是把被测差压转换成为作用于主杠杆下端的输入力。它由轴封膜片、敏感元件（膜盒或膜片）、C型簧片、基座以及主杠杆组成。
正、负压室的被测压力P1、P2作用于膜盒两侧，膜盒将感测到的差压按一定比例转换成相应的输入力F1：
制造时
故
与为线性关系。
变送器的静特性
单杠杆气动差压变送器方框图以上方框图可简化为
由该方框图可得与的关系：
，，
又因为
所以
即
当满足时，
—单杠杆式气动差压变送器的转换系数。
讨论：
a、当时，变送器的整机静特性取决于输入转换部分和反馈部分的持性，要保证变送器的精度，必须要求为常做。
b、值越大变送器精度就愈高，反之愈低。提高放大器的放大倍数K可以提高仪表精度。但不宜提高过多，否则变送器输出易产生振荡现象。
c、改变比例系数可改变变送器的量程范围，而是由、、、决定的。量程调整的目的是使变送器输出信号的上限值与测量范围的上限值相对应。
变送器的零点调整和零点迁移是通过调零弹簧和零点迁移弹簧进行的。未加零点迁移弹簧的情况，其方框图为：
加调零信号后单杠杆气动差压变送器方框图零件过移机构：在实际应用中，差压的测量范围不一定从零开始，有时有一不为零的起始值。
调零点的迁移不改变仪表的量程。
变送器中进行零点迁移，同时调整仪表量程，可提高仪表的测量精度和灵敏度。
已知被测参数的波动范围为4000~5000Pa，若零点不迁移，需选择量移为0~5000Pa的变送器，对应输出为20~100 KPa。若零点迁移，可选下限为4000Pa、上限为5000Pa的变送器，其量程为1000Pa，若变送器精度同为1.0级，不迁移时基本误差为： Pa
仪表灵敏度：
迁移后
基本误并为： Pa
仪表灵敏度为：
迁移后测量精度和灵敏度均提高5倍。
零点调整：通过调零弹簧进行。旋动调零螺钉改变副杠杆位移，即改变差动变送器调零弹簧到主杠杆的距离来改变仪表的零位。
（2）电的动差压变送器电动差压变送器能将压力信号；成比例地转换成0~10mA(DDZⅡ型)或4~20mA(DDZⅢ型) 直流电流统一标准信号，送往调节器或显示仪表进行指示、记录和调节。
下面以DDZⅢ型差压变送器为例进行分析。
DDZⅢ型差压变送器是两线制安全火花型变送器，主要用于测量液体、气体或蒸汽的差压、流量液位、相对密度等物理量。
参照教材P181图4-16讲解其工作原理结构
①工作原理被测差压信号P1、P2分别进入敏感元件两侧的正、负压室，敏感元件将差压转换为作用在主杠杆下端下的输入力,使主杠杆以轴封膜片为支点顺时针偏转,该偏转力矩为，偏转使杠杆以力F1设水平方向推动矢量机构，该力为。矢量机构将F1分解成F2和F3，根据力的平行四边形法则，得 。F2使矢量机构的推板向上运动，并通过连接簧片带动副杠杆以点M逆时针偏转，该偏转力矩为输入力矩。这使固定在副杆上的差动变压器的衔铁靠近差动变压器，两点之间距离的变化量再次通过低频位移检测放大器转换并放大为4~20mA直流电流Io，作为变送器的输出信号；同时该电流又流过电磁反馈装置的反馈动圈，产生电磁反馈力（—电磁反馈装置的转换系数），使副杠杆顺时针偏转。当输入力与反馈力对系统所产生的力矩、达到平衡时，变送器便达到一个新的稳定状态。此时低频位移检测放大器的输出电流Io便反映了所测差压 的大小。
DDZⅢ型差压变送器的整机方框图。
称为矩量机构电动差压变送器的转换系数。
上式说明，在量程一定时，变送器的输出电流与输入信号之间呈线性关系。
②电磁反馈装置
1 首先说明何为反馈、正反馈、分应馈；
2 第二陈述电动差压变送器的电磁反馈装置的作用：把变送器的输出电流Io转换成电磁反馈力。
3第三讲述电磁反馈装置的结构（参照教材P182图4-17）及工作原量。得出反馈力的计算公式：
③矩量机构
1、组成：由厚金属板及可挠曲的弹性片组成，其传动比用表示。
2、工作原理：矩量板的A、C两端经弹性板固定在基座上，斜角为。U型板中央有一I型芯板，其两端分别用弹性板固定在U型板和水平推板上。当力F1作用在水平推板上时，B端对I型芯板施加倾斜拉力F3，同时出现向上的力F2,。
④低频位移检测放大器它是个位移—电流转换器。它在整机中的作用最将副杠杆上的位移检测片的微小位移S转换成4~20mA的直流电流输出。
组成：差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路及功率放大器所组成。
各个组成部分的结构及工作原理不做要求，可自学。
4.1.2防安全栅概念：安全火花是指该火花的能量不足以对其周围介质构成点火源。
（1）危险场所的划分按照中国1987年公布的《爆炸危险场所电气安全规程》的规定，将爆炸危险场所为两咱场所五个级别。
①第一场所：指爆炸性气体或可燃蒸气与空气混合形成爆炸性气体混合物的场所。
0级压域：指在正常情况下，爆炸性气体混合物连续、短时间频繁出现或长时间存在的场所。
1级压域：指在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所
2级压域：指在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，而仅在非正常情况下偶尔短时间出现的场所
②第二场所：指爆炸性粉尘或易燃纤维与空气混合形成爆炸混合物的场所。
10级应域：指在正常情况下，爆炸性粉尘或易燃纤维与空气的混合物可能连续地频繁出现或长时间存在的场所。
11级应域：指在正常情况下，爆炸性粉尘或易燃纤维与空气的混合物不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现的场所。
（2）爆炸性物质的分类、分级与分组
①分类
Ⅰ类物质：矿井甲烷；
Ⅱ类物质：爆炸性气体、可燃蒸气；
Ⅲ类物质：爆炸性粉尘、易燃纤维。
②分级与分组爆炸性气体的分级与分组（Ⅰ、Ⅱ类）：在标准试验条件下，按照其最大试验安全间隙和最小引爆电流比分级，按其引燃温度值分组（见教材P181表4-1）。
爆炸性粉尘和易燃纤维的分级与分组（Ⅲ类）：按物理性质分级、按其自燃温度分组。
（3）防爆仪表的分类、分级和分组防爆仪表的分类、分级和分组与爆炸性物质的分类、分级和分组方法相同，其等级参数和符号也相同。
两种防爆结构类型：隔爆型，标志为“d”；本质安全型，标志为“i”。
①隔爆型特点：仪表的电路和接线瑞子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳结合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄。
设计措施：采用耐压0.8~1Mpa以上的表壳，表壳内部的温升不得超过由气体或蒸气的自燃温度所规定的数值，表壳结合面的缝隙宽度和深度应根据它的容积和气体的级别采取规定的数值。
注意事项：1不能在道电运行的下打开外壳进行检修或调整。
2对于组别、级别高的易燃易爆气体不宜采用隔爆型防爆仪表。
②本质安全防爆型特点：在正常状态下和故障状态下，由电路及设备产生的火花能量和达到的温度都不能引起易燃易爆气体或蒸气爆炸的防爆类型。
解释何为正常状态、故障状态。
两种电路：危险场所中的本质安全电路及非危险场所中的非本质安全电路。
在危险场所和非危险场所之间采用防爆安全栅，可使整个仪表系统其有本质安全防爆性能。
本质安全防爆系统的性能主要由以下措施求保证：
1、首先，本质安全防爆仪表采用低的工作电压和小的工作电流。如正常工作，；故障情况 ，。限制仪表的R、L、C参数大小，保证在正常、故障条件时产生的火化能量不足以点燃爆炸性混合物。
2、其次用防爆安全栅将危险场所和非危险场所的电路隔开。
3、再次在现场仪表到控制仪表之间的连接导线不得形成过大的分布电流和电感。
优点：本质安全防爆性仪表本质安全型仪表及与其相关联的电气设备，按照所使用场所的安全程度分为ia和ib两个等级，ia级适用于0区，ib级适用于1区。
防爆标志分为四段：ExABC。Ex表明防爆仪表；A表示防爆类型，如d、ia、ib等；B表示防爆仪表的类和级，如Ⅰ、ⅡA、ⅡB、ⅡC级；Ｃ表示防爆仪表的表面温度组别，也是其能够适用的危险物质的自燃温度组别，如Ｔ1~Ｔ6。Exd iaⅡCＴ6表示有隔爆和本质安全功能，可在ⅡC级Ｔ6组以下级别中使用的防爆仪表。
（4）防爆安全栅作用：简述齐纳安全栅工作原理：利用在本质安全电路与非本质安全电路之间串接的电阻R来限制进入本质安全电路的电流，利用齐纳二极管及来限制进入本质安全电路的电压，并且快速熔断然FU保护齐纳二极管。
4.1.3温度变送器温度变送器与各种热电偶或热电阻混合使用，被测温度线性地转换为0~10mA或4~20mA直流电流信号，以便与显示、记录和调节单元配合工作。
根据温度变送器分为三种类型：直流毫伏变送器，电阻体温度变送器和热电偶温度变送器。它们结构上都分为量程单元和放大单元两部分，其中放大单元是通用的，量程单元则随变送器的类型及量程范围不同而不同。
下面以DDZ-III型热电偶温度变送器为对象进行分析。
工作原理：热电偶温度变送器要求变送器的输出电压信号与相应的变送器输入的温度信号成线性关系。但一般热电偶输出的毫伏值与所代表的温度之间是非线性的。各种热电偶的非线性也不一样而且同一种热电偶在不同的测量范围其非线性程度也不相同。热电偶温度变送器是由热电偶输入回路和放大回路两部分组成，热电偶是非线性的而温度变送器放大回路是线性的，若将热电偶的热电势直接接到变送器的放大回路，则温度T与变送器的输出电压之间的关系也必是非线性的。因此为了使T与保持线性关系，则放大回路特性不能是线性的。假设热电偶的特性是凹向上的，若使T与保持线性，则变送器放大回路的特性曲线必须是凹向下的。
放大回路的非线性，一般是采用反馈电路非线性来实现的。
温度送器的传递函数
—热电偶的传递函数
—放大回路的传递函数下推导：
而
所以
即
若K很大，则可忽略上式分母中的第一项，则
则热电偶输入温度变送器的传递函数为
上式说明，欲使热电偶温度变送器保持线性，就要使反馈电路的特性曲线与热电偶的特性曲线相同，亦即变送器放大回路的反馈电路输入与输出特性要模拟热电偶的非线性特关系。
热电偶输入的温度变送器的线性化原理图。
4.1.4变送器与电源的连接方式两种连接方式：四线制和两线制 解释说明参照下图
两线制与四线制相比所具有的三个伏点：
节省电缆只需一根穿线管道只需配用一个安全栅（装于易燃易爆环境）
总之，两线制变送器不仅可使设备减少，成本降低，安全性能提高，而且还可以节省人力，加快安装速度。
两线制变送器所须满足的三个条件：
变送器正常工作电流I必须小于等于其输出电流（信号电流）的最小值；
在下列条件下，变送器能保持正常工作
式中
－变送器输出端电压
－电源电压的最小值；
－输出电流的上限值；
－连接导线的电阻值；
—最大负载电阻值。
变送器的最小有效功率P为
4.2调节器
作用：将参数测量值和规定的参数值相比较，得出被调量的偏差，再根据一定的调节规律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程进行自动调节。
正作用调节器：被调参测量值增加，调节器的输出信号也增加。
负作用调节器：被调参测量值增加，调节器的输出信号减小。
分类：
①直接作用调节器（自力式调节器）：利用被调介质本身作为能源工作。
②间接 （外力式调节器）：利用外加能源，又可分为电动、气动、液动调节器。
调节规律：指调节器的输出信号y与输入信号e之间随时间变化的规律。
4.1.2调节规律的实现方法
PID调节器是一个运算装置，实现对输入信号的比例、积分、微分等各种运算功能。能够实现这些运算的方法很多，但在电动调节器中，用得最多的是采用运算放大器与阻容(RC)电路相结合的方法实现，用不同的RC电路与运算放大器进行不同的组合，就可得到各种运算规律的电路。
构成种种调节规律的方框图用传递函数表示输出与输入并系：
K－放大器增益
－调节器传递函数
－反馈回路的传递函数当时，，即只要放大器的增益足够大，调节器的传递函数即为反馈回路传递函数的倒数。这就使反馈电路和整个闭环放大器在运算功能上是相反的。这就是利用负反馈回路实现各种调节规律的基本原理。
集成运算放大器具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗等特点，因此各种运算规律可真接由加接到线性运算放大器的负反馈回路上来实现。
4.2.2 PID调节的硬件结构
（1）组成及原理从整定方式来分调节器有普通型和电压整定型两种。它们基本组成是相同的，压别只是在参数整定电路方面。
普通型调节器的参数整定只能就地进行，可用调整电位器的阻值或用波段开关切换电阻或电容来改变整定参数；
电压整定型调节器的整定参数P1、TI、TD受外给电压控制，因此可以做到远程整定、第三参数整定、自整定等。
组成：主要由输入电路、运算电路和输出电路三部分组成。以外还可能有指示电路、手动操作电路及限幅电路。指示电路分为偏差批示、给定值与输入值的全刻度指示两种。
PID调节器组成框图原理：PID调节器一般接受来自变送器的电流输出信号，变为电压信号后与给定值进行比较，产生偏差信号。该偏差信号经PID运算电路处理后，再由输出电路送出调节信号电流I。，以使执行器产生相应的动作。
指示电路用以监视系统的调节运行情况，手动操作电路可直接由人工操作“手动信号”到执行器中去，以代替调节器的自动信号，进行遥控。
①输入电路组成：包括偏差检测电路、内给定稳压电源电路、内外给定切换开关、正反作用开关及滤波电路等。
PID的输入电路
②PID运算电路作用：根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例、微分、积分运算，是调节器实现PID控制规律的关键环节。
③输出电路作用：将运算电路的输出信号做最后一次放大，或者作为运算电路主回路中放大器的最后一级，提供调节器的输出信号。
④手动操作电路作用：输出一个由操作人员控制的“手动电流”到执行器，即人工控制。“手动”与“自动”可以借助手动—自动切换开关进行切换。
⑤输出限幅电路作用：将调节器的输出限制在一定范围内，从保证调节阀不处于危险开度。调节器输出的上限值和下限值都可以调节。
（2）气动调节器
优点：线路简单、直观、容易被使用者掌握，且价格便宜，广泛应用于石油、化工等生产过程的控制中。它是天然防爆仪表，适用在防爆要求高的场合应用。
气动III型调节器：它的PID构成方式是采用微分先行的形式，它的伏点是当改变给定值时，调节系统的输出不会产生附如扰动，有利于调节系统的稳定。与PI调节器配合的微分先行部分，可以是不带气动功率放大器的实际比例微分部件，也可以是带功率放大器的实际比例微分器。
浮动板式PI调节器：它是气动III型调节器的一种型式，其结构如教材P204图4-28所示。
四个波纹管分别引入测量、给定、正反馈和负反馈四个压力信号，四者的有效面积A和刚度C均相等，而且均布在同一个圆周上。当波纹管引入的气压信号不等时，浮动板会绕比例杆发生倾斜现象。
浮动板的两个作用：
比较作用：各波纹管所感受的压力在浮动板上形成力矩，并相互比较。
这些力矩是
、、、分别是测量给定、正反馈，负反馈波纹管内的压力产生的力矩。
根据力矩平衡原理，在调节器处于稳态时，。
档板作用：浮动板本身兼起板作用。它与固在压板上的喷嘴之间距离发生变化时，喷嘴背压随之变化，经放大后输出。
比例杆作用：通过它来改变四个波纹管的作用力臂。它是改变比例范围的一种机械方式。上压板除了用于安装固定零件外，其上还有刻度盘可以指示出支杆位置所对应的比例范围。
比例作用实现过程：关死积分阀，这时正反馈波纹管内的压力不再变化，成为一个常数。若调节器为正作用式，由力矩平衡原理可得：
当测量值从Pm变化到时，由于Ps和PH不变，为了保持浮动板上力矩的平衡。输出信号必须要从Po变到。故有新的力矩平衡状态：
上两式相减可得
由于Ps不变，，所以有比例度
实际使用中，,
该调节器的整机传递函数方框图：
整机的传递函数为
当K>>1时，可略去分母中第一项，因而
改变可改变比例范围，改变TI可调整积分时间。
（3）电动调节器
DDZ-III型调节器按照功能不同，可分成基型调节器和特殊调节器两类。而基型调节器又有两种：全刻度指示调节器，偏差指示调节器。它们电路相同，只是指示电路有些差异。
下面主要讨论DTZ－2100型全刻度指示调节器。
全刻度指示调节器能对被调参数作0~100％全刻度范围的显示。显示随与给定值之差即为偏差值。
偏差指示调节器则没有输入信号的全刻度指示，而是直接指示偏的大小。
DTZ－2100型全刻度指示调节器是最基本的一种调节器，它除了其有PID运算功能之外，还具有被调参数的显示、给定值的显示及表示阀门位置的显示功能。
基型调节器主要特点：
采用了高增益，高阻抗线性集成电路组件，提高了仪表的精度、稳定性、可靠性，降低了功耗；
有软、硬两种手动操作方式；
采用集成电路，便于功能的扩展；
采用标准信号制，接受来变送器的转换器输出的1~5VDC测量信号，输出4~20mADC信号。
能与计算机联用
DTZ－2100型全刻度指示调节器由指示单元和控制单元组成。
指示单元包括测量指示电路和给定值指示电路，分别与测量指示表、给定指示表一起对被测信号和给定信号进行连续指示。
控制单元由输入电路、内给定电路、比例微分电路、比例积分电路、硬手操电路、软手操电路和输出电路等部分组成。
输入电路与内给定信号都是以零伏为基谁的1~5VDC电压信号；
外给定的4~20mADC电流过输入回路内250Ω精密电阻转换成以零伏为基准的1~5VDC电压信号；
调节器有三种工作状态，由切换开关进行选择。
“自动”状态：由变送器来的1~5VDC输入电压信号与给定值信号相比较后的偏差信号，经过输入回路进行电平移位，然后由PID运算回路进行运算，再由输出回路转换成4~20mADC信号输出送到执行器进行自动调节。
软手操状态：软手操回路直接改变调节器的输出信号实现手动操作。在进行软手操时输出电流以某种速度进行变化。一停止手操输出就停止变化。
硬手操状态：硬手操回路可以直接改变调节器的输出信号实现手动操作。在进行硬手时，输出值大小与硬手操作杆的位置有关。
对于基型调节器的各组成部分的工作原理不做要求。
4.3执行器作用：接受调节器送来的控制信号，自动地改变操纵变量达到对被调参数进行调节的目的。
分类：按工作能原分为气动、电动、液动执行器。
4.1.3 气动执行器特点：结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便点、维修方便、本质防爆、容易做成大功率等。
组成：由气动执行机构和调节机构两部分组分。
执行机构是执行器的推动装置，它按调节器输出气压信号（20~100Kpa）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，其内腔直按与被调介质接触，调节流体的流量。
除此之外：气动执行器还可配上阀门定位器和手轮机构等辅助装置。阀门定位器与气动执行器配套使用，利用阀位负反馈原理来改变执行器的性能，使执行器能按调节器的控制信号实现准确定位。当调节系统因停电，气源中新、调节器无输出或执行机构失灵时，可用于手轮机构直接操作调节阀，维持生产正常进行。
结构：
（1）执行机构：主要分为薄膜执行机构，活塞执行机构，长行执行机构和滚动膜片执行机构。
气动薄膜执行机构按动作方式可分为正作用式和反作用式。调节信号压力增大，阀杆向下移动，称为正作用式；反之向上移动称为反作用式。
动作原理：调节信号压力P通入薄膜气室作用于波纹膜片上，产生向下推力使推杆向下移动，将压缩弹簧压缩，直到弹簧反作用力与信号压力在波纹膜片上的推力相平衡，使推杆稳定在一个新位置为止。推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称为行程。
行程规格：10、16、25、40、60、100㎜
有效面积：200、280、400、630、1000、1600 ㎝2
弹簧和膜片是影响执行机构线性特性的关键零件。
调节件用以调整压缩弹簧的预紧量，以改变行程的零位。
活塞执行机构属于强力气动执行机构。由于气缸允许操作压力高达0.5Mpa，且无弹簧抵消推力，因此具有很大的输出推力，特别适用于高静压、高压差、大口径的场合。
输出特性有两位式和比例式。两位式是根据输入活塞两侧的操作压力的大小而动作，活塞由高压侧推向低压侧，使推杆由一个极端移动到另一个极端位置，活塞行程一般为25~100㎜，适用于双位调节的控制系统中。比例式是指推杆的行程与输入压力信号成比例关系。
（2）调节机构调节机构习惯上称为调节阀，是执行器的调节部分，是一个可变阻力的节流元件。通过阀芯在阀体的移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变了被调介质的流量，达到自动调节工艺参数的目的。
调节阀有正作用和反作用两种。当阀向下移动时，阀芯与阀座之间的流通截面积减少时，称为正作用式或正装；反之，则称为反作用式或反装。
工作原理：通过阀的流体遵循流体流动的质量守恒和能量守恒定律。流体流经调节阀时的局部阻力损失为
ζ—调节阀的阻力系数，与阀门结构形式、流体性质、阀门前后压差及开度等因素有关；
ω—流过阀的流体平均流速；
ρ—流体密度；
P1—阀前压力；
P2—阀后压力。
流体体积流量qv，接管截面积为A，则
上式称为调节阀的流量方程。由此式可见在调节阀器口径一定、 也不变的情况下，流量 仅随阻力系数的变化而变化。当移动阀芯使开度改变时，阻力系数ζ随之变化，从而改变了流量的大小，达到调节流量的目的。
分类概述：
调节阀根据阀的动作形式，可分为直行程式和转角式两大类。直行程式阀包括：直通双座阀、直通单座阀、角形阀、三角阀、高压阀、超高压阀、隔膜阀、阀体分离阀等；
转角阀包括：碟阀、凸轮挠曲阀、球阀等。
针对直角双座阀、直流单座阀、三通阀、碟阀的结构和工作原理，参照教材P217~218图4-57~60进行讲解。
（3）调节阀的流量特性流量特性：调节阀的流量特性是指被调介质流过阀的相对流量与阀门的相对开度之间的关系：
—相对流量；
—相对开度；
—阀在某一开度时的流量；
—阀在全开度时的流量；
—阀在某一开度时阀的行程；
L—阀在最大开度时阀芯的行路。
理想流量特性：一般来说，改变调节阀阀芯与阀座间的流道面积，便可控制流量。但实际上阀总是串联在管道系统中，当流通面积变化时，阀两端压差也发生变化这又导致流量的改变。因此为了分析问题的方便，先假定阀前后压差不变，来讨论阀本身的特性，即理想特性。
可调比：指调节阀能够控制的最大流量和最小流量之比，也称可调范围，以R表示，即
理解并对比与泄漏量。
指阀能够控制的流量下限，一般为2%~4%，而阀的泄漏量是指阀处于关闭状态下的泄漏量，一般小于1％C（C为流量系数）。
理想可调比：在调节阀前后压差保持不变时的可调以称为理想可阀比。
实际可调比：调节阀在实际工作时因为系统阻力的影响，调节阀上压差产生变化，使可调比相应变化，这时的可调比称实际可调比。
①调节阀的理想流量特性理想流量特性：在调节阀前后压差一定情况下的流量特性称为理想流量特性。
它根据阀芯形状不同，主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等四种理想流量特性。
直线流量特性：当调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即阀杆单位行程变化所引起的流量变化为常数时，称阀具有直线流量特性。
积分求得
K为常数，即调节阀的放大系数。
具有直线流量特性的调节器，单行程变化所引起的绝对流量变化相等，但引起的相对流量变化不等。在流量小时流量变化的相对值大；而流量大时，流量变化的相对值小。也即当阀门开度小时调节作用太强，易使系统产生振荡；而当阀门开度大时，调节作用又太弱，调节不灵敏，不及时，该种特性调节阀不宜用于负荷变化较大能场合。
对数流量特性：当调节阀单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比时，称阀具有对数流量特性，也称为等百分比流量特性。即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。
表示为
积分求得
式中，，即调节阀的可调比。
因此，阀的相对流量与相对开度成对数关系。
行程小时，相对流量变化小；行程大时，相对流量变化大。只要阀杆行程变化相同，所引起的流量变化的相对值总是相等的。因此使调节过程平稳缓和，有利于调节系统的正常运行。
快开流量特性：当调节阀在较小开度时，流量就达到很大。随着行程增加，很快达到最大流量。这种特性称为快开流量特性，表示为
该种特性的阀芯形式是平板型的，其有效位移很小。主要用迅速启闭的切断阀或双位调节系统。
抛物线流量特性：当单位行程所引起的相对流量变化与此点的相对流量的平方根成比时，称阀具有抛物线流量特性。表示为
抛物线流量特性介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。
②调节阀的工作流量特性：实际使时调节阀时，由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联，因此阀前后的压差总在变化，这时流量特性称为调节阀的工作流量特性。
串联管道工作流量特性当调节阀串联在管路中时，系统的总压差等于管路系统的压差与调节阀的压差之和。即
其中，与流量的平方成正比。若系统的总压差不变，调节阀一旦动作，将随着流量的增大而增加，调节阀两端的压差则相减少。若以S表示调节阀全开时阀上的压差与系统总压差之比，以表示管道阻力等于零时调节阀的理想流量特性下的全开流量，则
S＝1时，管道阻力换失为零，系统总压全在阀上，工作特性与理想特性致。随阒S减小，管道阻力损失增加，调节阀流量特性为生畸变实际可调比减小，调节阀由直线特性趋向于快开特性，等百分比特性渐渐趋向于直线特性。S值不低于0.3~0.5。
并联管道的工作流量特性调节阀一般都装有旁路，以便于手动操作和备用。当生产量提高而阀选得过小时，需要打开一旁路阀，此时调节阀的理想特性就畸变为工作特性。这时管道总流量随阀开度的变化规律称为并联管道时的工作流量特性。
设x为并联管道时阀全开流量与总管最大流量之比，当x＝1时，表示旁路阀全关，调节阀特性为理想流量特性，随着x减小，即旁路阀开大，调节阀的可调节大大降低。而且在实际使用中总有串联管道阻力的影响，调节阀上的压差随着流量的增加而降低，使可调范围进一步减小。因此，要尽量避免开通旁阀的调节方式，以保证调节阀有足够的可调比。
（4）调节阀的流量系数和口径计算流量系数表示通过调节阀的流体流能力。其定义为：在给定行程下，阀两端的压差为0.1Mpa、流体密度为1000Kg/m3时每小时流经调节阀的流量数（m3/h），以C表示。
额定流量系数：当调节阀全开时的流量系数称为额定流量系数，以C100表示。C100反应调节阀容量大小，是确定调节阀口径大小的主要依据，由阀门制造厂提供给用户。工程计算中都通过计算流量系数来确定调节阀的公称通径。
式中，为与单位制有关的常数。
该式表明不变，减小，流量就增大；反之，增大，则减小。调节阀就是按照输入信号通过改变阀芯行程来改变阻力系数，从而达到调节流量的目的。
根据调节阀流量系数的定义，,得
因此，对于其他的阀前后的压降和介质密度，有
C值取决于调节阀的流通面积A（或阀的公称直径）和阻力系数在一定条件下，是一个常数，因此根据流量系数C值可以确定调节阀的公称直径 。
表4－4所列公式适用于牛顿型不可压缩流体、可压缩流体以及它们的混合流体。
阻塞流：是指当阀入口压力P1保持恒定，并逐步降低出口压力P2时，流过阀的流量合增加到一个最大值，这时若继续降低出口压力，流量不再增加，此极限流量称为阻塞流。
在计算C值时，首先要确定调节阀是否处于阻塞流状态。为此，对于气体、蒸气等可压缩流体引入了一个系数x称为压差比，表示为。若以空气为实验流体，对于一个给定的调节阀，产生阻塞流时其压差比是一个常数，称为临界压差比。对于空气以外的其他可压缩流体，产生阻塞流的临界条件是乘以比热容系数。的定义为可压缩流体绝热指数R与空气绝热指数（）之比。
值只取决于调节阀的结构，即流路形式。
调节阀的选型：
选型主要包括型式选择、阀的口径选择、阀的固有流量特性选择及阀的材质选择等。
口径需根据应用场合计算确定。
阀的型式选择要考虑流量特性、流本性质等因素。
阀的固有流量特性有线性、等百分比、快开及抛物线等几种。快开用于两位式控制，抛物线用于三通阀，等百分比特性常优先考虑选用。
材质选择主要考虑工艺介质的腐蚀性、温度、压力、气蚀和冲刷等因素。
4.3.2电动执行器组成：电动执行机构和调节机构组成。电动执行机构可将来自调节器的电信号转换成为位移输出信号，去操纵阀门、挡板等调节机构，以实现自动调节。依据电动执行机构的位移信号，完成调节任务的装置称为调节机构。
按照输入位移的不同：电动执行机构可分为角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）两种。
按照特性不同：电动执行机构可分为比例式和积分式两种。
基本要求：电动执行器的输出（转角或直线位移）必须与输入（电流信号）成正比，而且有足够的转矩或力，动作要灵活可靠。
下面介绍DKZ型直行程比例式电动执行器：
它是由DKZ直行程电动执行器与直通单座调节阀或直通双座调节阀组装而成。
电动、气动执行器的调节阀通用，只分析直行程电动执行器。
特点：直行程电动执行器具有推力大，定位精度高，反应速度快，滞后时间少，能源消耗低，安装方便，供电简便，在电源突然断电的能自动保持调节阀原来位置等持点。与DFD电动操作器配用，可在控制室进行自动、手动切换。
组成：DKZ是一个以二相低速同步电机为执行电机的交流位置伺服系统，由伺服放大器和执行机构两部分组成。
工作原理：当伺服放大器输入端输入4mA直流电流信号时，放大器没有输出，电机停转，执行机构的输出轴稳定在预选好的零位。当输入端加入某一数值的输入信号时，此输入信号与来自执行机构的位置反馈信号在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较。由于这两个信号的极性相反，两者不相等，就会有偏差磁势出现。伺服放大就有相应的输出，触发可控硅驱动电机。执行机构的输出就朝着减小这个偏差磁势的方向运转，直到位置反馈信号和输入信号相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。
伺服放大器工作原理：伺服放大器接收4~20mA直流电流信号，由前置级磁放大器FC-01、触发器FC-02、交流可控硅开关FC-03、校正回路FC-04和电源等部分组成。伺服放大器有三个输入信号通道和一个位置反馈通道，可以同时输入三个输入信号和一个位置反馈信号。当有信号输入时，在磁放大器内进行综合比较、放大，然后输出具有“正”或“负”极性的电压信号，两个触发器是将前置级输出的不同极性电压变成触发脉冲，分别触发SCR1和SCR2。主回路采用一个可控硅整流元件和四个整流二极管组成的交流元触点开关，共有两组，可使电机正反运转。执行器由伺服电动机、减速器和位置发送器三部分组成。伺服电动机是执行机构的动力装置，它能将电能转换成机械能以对调节机构做功。
减速器作用：由于伺服电动机转速高，且输出力矩小，即不能满足低调节速度的要求，又不能带动调节机构，故须经减速器将高转速小力矩转化为低转速大力矩输出。
位置发送器：直接把阀拉移动的位置成比例地转换成4~20mA直流电流信号。检测元件采用差动变压器。产生的电流信号负反馈输入伺服放大器，使执行器构成一个闭环稳定系统。同时通过电流表指示阀位数值。
4.3.3电气转换器及电—气阀门定位器电-气转换器作用：把从电动变送器来的电信号（0~10mA或4~20mA）变成气信号（20~100KPa），送到气动调节器或气动显示仪表。
电-气阀门定位器作用：其有电-气转换器和气动阀门定位器两种作用。
（1）电-气转换器工作原理：（参照教材P228图4－70）当一定大小直流电流信号输入置于恒定磁场中的测量线圈时，所产生的磁通与磁钢在空气隙中的磁通相互作用而产生一个向上的电磁力（即测量力）。同于线圈固定在杠杆上，使杠杆绕十字簧片偏转，于是装在杠杆另一端的挡板靠近喷嘴，使其背压升高，经过放大器功率放大器后，一方面输出，一方面反馈到正负两个波纹管，建立起与测量力矩相平衡的反馈力矩。因而输出气压信号就与线圈电流信号成一一对应关系。
（2）电-气阀门定位器阀门定位器是气动执行器的辅助装置，与气动执行机构配套使用，安装在调节阀的支架上。它直接接受气动调节器的输出或电动调节器经过转换后的气压信号，产生与调节器输出成比例的气压信号，去控制气动执行器。
主要功能：
改善阀节阀定位精度；
改善阀门的动态特性；
改变阀门动作方向；
用于分程控制。
工作原理：（参照数教材P229图4－71讲解）
从调节器来的直流电流信号经过力矩马达的线圈，使线圈内的主杠杆磁化，而主杠杆又处于永久磁钢的磁场中，因此将使主杠杆绕其支点反时针方向转动。于是其下端的挡板靠近喷嘴，使喷嘴内的空气压力上升，经过气动放大器之后，送入薄膜调节阀，上部的空气压力增大，推动阀杆向下运动。
在阀杆上装有板状部件，它和未端呈球状的杆组成正弦机构，将阀杆的直线位移变为凸轮轴的转角。随着阀杆的下移，凸轮轴反时针方向转动，这时凸轮推动副杠杆上的滚子，使副杠杆左摆，则反馈弹簧被拉伸。当反馈弹簧对主杠杆的力矩与马达力矩平衡时，主杠杆就静止在新位置上。因此阀杆的位移与输入的电流之间有一一对应的关系，而阀杆位移量与开度之间的关系是确定的，所以电流信号就能使阀位确定下来。
过程控制系统基本要素：过程控制装置与被控对象。
过程控制装置必须由测量变送单元、调节器，执行器三个环节组成。
4.1 变送器变送器是单元组合仪表中不可缺少的基本单元之一。工业生产过程中，在测量元件将压力、温度、流量、液位等参数检测出来后，需要由变送器将测量元件的信号转换成一定的标准信号，送至显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。
分类：
根据变送参数不同可分为：压力、差压、温度、流量、液位变送器等；
根据变送器驱动能源的不同可分为：气动、电动变送器。
变送器的理想输入、输出特性成线性。
4.1.1差压变送器差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换成统一标准信号，并将此统一信号输出送给指示、记录仪表或调节器等，以实现对上述参数的显示、记录和调节。
（1）气动差压变送器动差压变送器主要利用了力平衡原理，其敏感元件为膜片或膜盒，主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、流量、液位等物理量。
气动差压变送器可将压力信号成比例地转换成20—100KPa的统一标准压力信号，送往气动单元组合仪表的调节器或显示仪表进行调节、指示和记录。
其杠杆系统形式有三种：单杠杆、双杠杆与失量机构。
①气动元件及组件常用的气动元件有气阻、气容。常见的组件有阻容耦合组件，喷嘴—挡板机构、功率放大器等。
气阻：气体流过节流元件时，会受到一定的阻力，这种节流元件叫气阻。其作用是降压和限流。
气阻按其结构特点可分为恒气阻和变气阻两类。
恒气阻结构有三种：毛细管式、缝隙式和薄壁小孔式，其用符号 或 表示。
变气阻结构（常见）：圆锥—圆锥型、圆柱—圆锥、球圆锥型。其用符号 表示。
气阻流量特性指流过气阻的气体流量与其两端压力差之间的关系。根据流量与压差之间关系可分为线性及非线性气阻。气流状态分别为层流和紊流。
气阻对气体流动阻碍的程度，一般用气阻值R来定量表示。线性气阻的气阻值
气容：凡是在气路中能贮存或释放出气体的气室称为气容。其作用是在气动仪表中起缘冲、防止振荡作用，与电容在电路中的充放电作用相类似。用气容C来定量表示气室贮存空气量的能力。
所谓气容是指改变单位压力所需要的气体体积流量
气容分为固定气容和弹性气容两种。
阻容耦合组件：通常有节流通室和节流盲室。
节流通室：是由变气阻，流通气室与恒气阻串联而成的组件。
单位时间为流过气阻R1的气体质量流量，必定等于单位时间内流过气阻R2的质量流量：
即
假设P3通大气，即P0（表压）＝0
则
式中为比例系数节流盲室：由一个变气阻和一个气室串联在一起所构成的组件称为节流盲室。
若R为线性变气阻，则
根据气容的定义式得
所以
即
令，则
假设为定值，并令，则
该式即为节流音室的特性方程
放过程的特性方程：
结论：
①若P为阶跃信号，则P2呈指数曲线变化，P2先快后慢，时，
②当t=T时，P2=P1(1-e-1)=0.632P1。T=RC叫做时间常数，它在数值上等于当P1为阶跃变化时，P2上升到0.632 P1时所需的时间。
③T反映了P2的变化速度，T越大，表示P2变化速度越慢。因为T=RC所以当C一定时只要改变R就可调整P2的变化速度。
喷嘴—挡板机构：它是由喷嘴和挡板构成的变气阻、一个恒气阻和一个气容串联而成的节流通室，其作用是把输入的微小位移信号转换成相应的气压信号输出，在气路中用符号 表示。
喷嘴—挡板机构的输出信号（）与输入信号（挡板位移h）之间的关系，即为喷嘴—挡板机构的静特性。h与为非线性关系，因此喷嘴挡板机构一般工作在中间区段（相当于为0.025~0.13MPa）
功率放大器：气动功率是指气体压力与流量的乘积。功率放大器的作用就是将气动信号进行流量和压力的放大。功率放大器一般用符号 表示。
按结构原理，功率放大可分为两类：力平衡式和节流式。以节流式功率放大器为例讲述其工作原理。
②气功差压变送器由测量部分和气动转换部分组成。
以单杠杆式气动差压变送器为例讲述其工作原理。
输入转换部分：其作用是把被测差压转换成为作用于主杠杆下端的输入力。它由轴封膜片、敏感元件（膜盒或膜片）、C型簧片、基座以及主杠杆组成。
正、负压室的被测压力P1、P2作用于膜盒两侧，膜盒将感测到的差压按一定比例转换成相应的输入力F1：
制造时
故
与为线性关系。
变送器的静特性
单杠杆气动差压变送器方框图以上方框图可简化为
由该方框图可得与的关系：
，，
又因为
所以
即
当满足时，
—单杠杆式气动差压变送器的转换系数。
讨论：
a、当时，变送器的整机静特性取决于输入转换部分和反馈部分的持性，要保证变送器的精度，必须要求为常做。
b、值越大变送器精度就愈高，反之愈低。提高放大器的放大倍数K可以提高仪表精度。但不宜提高过多，否则变送器输出易产生振荡现象。
c、改变比例系数可改变变送器的量程范围，而是由、、、决定的。量程调整的目的是使变送器输出信号的上限值与测量范围的上限值相对应。
变送器的零点调整和零点迁移是通过调零弹簧和零点迁移弹簧进行的。未加零点迁移弹簧的情况，其方框图为：
加调零信号后单杠杆气动差压变送器方框图零件过移机构：在实际应用中，差压的测量范围不一定从零开始，有时有一不为零的起始值。
调零点的迁移不改变仪表的量程。
变送器中进行零点迁移，同时调整仪表量程，可提高仪表的测量精度和灵敏度。
已知被测参数的波动范围为4000~5000Pa，若零点不迁移，需选择量移为0~5000Pa的变送器，对应输出为20~100 KPa。若零点迁移，可选下限为4000Pa、上限为5000Pa的变送器，其量程为1000Pa，若变送器精度同为1.0级，不迁移时基本误差为： Pa
仪表灵敏度：
迁移后
基本误并为： Pa
仪表灵敏度为：
迁移后测量精度和灵敏度均提高5倍。
零点调整：通过调零弹簧进行。旋动调零螺钉改变副杠杆位移，即改变差动变送器调零弹簧到主杠杆的距离来改变仪表的零位。
（2）电的动差压变送器电动差压变送器能将压力信号；成比例地转换成0~10mA(DDZⅡ型)或4~20mA(DDZⅢ型) 直流电流统一标准信号，送往调节器或显示仪表进行指示、记录和调节。
下面以DDZⅢ型差压变送器为例进行分析。
DDZⅢ型差压变送器是两线制安全火花型变送器，主要用于测量液体、气体或蒸汽的差压、流量液位、相对密度等物理量。
参照教材P181图4-16讲解其工作原理结构
①工作原理被测差压信号P1、P2分别进入敏感元件两侧的正、负压室，敏感元件将差压转换为作用在主杠杆下端下的输入力,使主杠杆以轴封膜片为支点顺时针偏转,该偏转力矩为，偏转使杠杆以力F1设水平方向推动矢量机构，该力为。矢量机构将F1分解成F2和F3，根据力的平行四边形法则，得 。F2使矢量机构的推板向上运动，并通过连接簧片带动副杠杆以点M逆时针偏转，该偏转力矩为输入力矩。这使固定在副杆上的差动变压器的衔铁靠近差动变压器，两点之间距离的变化量再次通过低频位移检测放大器转换并放大为4~20mA直流电流Io，作为变送器的输出信号；同时该电流又流过电磁反馈装置的反馈动圈，产生电磁反馈力（—电磁反馈装置的转换系数），使副杠杆顺时针偏转。当输入力与反馈力对系统所产生的力矩、达到平衡时，变送器便达到一个新的稳定状态。此时低频位移检测放大器的输出电流Io便反映了所测差压 的大小。
DDZⅢ型差压变送器的整机方框图。
称为矩量机构电动差压变送器的转换系数。
上式说明，在量程一定时，变送器的输出电流与输入信号之间呈线性关系。
②电磁反馈装置
1 首先说明何为反馈、正反馈、分应馈；
2 第二陈述电动差压变送器的电磁反馈装置的作用：把变送器的输出电流Io转换成电磁反馈力。
3第三讲述电磁反馈装置的结构（参照教材P182图4-17）及工作原量。得出反馈力的计算公式：
③矩量机构
1、组成：由厚金属板及可挠曲的弹性片组成，其传动比用表示。
2、工作原理：矩量板的A、C两端经弹性板固定在基座上，斜角为。U型板中央有一I型芯板，其两端分别用弹性板固定在U型板和水平推板上。当力F1作用在水平推板上时，B端对I型芯板施加倾斜拉力F3，同时出现向上的力F2,。
④低频位移检测放大器它是个位移—电流转换器。它在整机中的作用最将副杠杆上的位移检测片的微小位移S转换成4~20mA的直流电流输出。
组成：差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路及功率放大器所组成。
各个组成部分的结构及工作原理不做要求，可自学。
4.1.2防安全栅概念：安全火花是指该火花的能量不足以对其周围介质构成点火源。
（1）危险场所的划分按照中国1987年公布的《爆炸危险场所电气安全规程》的规定，将爆炸危险场所为两咱场所五个级别。
①第一场所：指爆炸性气体或可燃蒸气与空气混合形成爆炸性气体混合物的场所。
0级压域：指在正常情况下，爆炸性气体混合物连续、短时间频繁出现或长时间存在的场所。
1级压域：指在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所
2级压域：指在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，而仅在非正常情况下偶尔短时间出现的场所
②第二场所：指爆炸性粉尘或易燃纤维与空气混合形成爆炸混合物的场所。
10级应域：指在正常情况下，爆炸性粉尘或易燃纤维与空气的混合物可能连续地频繁出现或长时间存在的场所。
11级应域：指在正常情况下，爆炸性粉尘或易燃纤维与空气的混合物不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现的场所。
（2）爆炸性物质的分类、分级与分组
①分类
Ⅰ类物质：矿井甲烷；
Ⅱ类物质：爆炸性气体、可燃蒸气；
Ⅲ类物质：爆炸性粉尘、易燃纤维。
②分级与分组爆炸性气体的分级与分组（Ⅰ、Ⅱ类）：在标准试验条件下，按照其最大试验安全间隙和最小引爆电流比分级，按其引燃温度值分组（见教材P181表4-1）。
爆炸性粉尘和易燃纤维的分级与分组（Ⅲ类）：按物理性质分级、按其自燃温度分组。
（3）防爆仪表的分类、分级和分组防爆仪表的分类、分级和分组与爆炸性物质的分类、分级和分组方法相同，其等级参数和符号也相同。
两种防爆结构类型：隔爆型，标志为“d”；本质安全型，标志为“i”。
①隔爆型特点：仪表的电路和接线瑞子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳结合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄。
设计措施：采用耐压0.8~1Mpa以上的表壳，表壳内部的温升不得超过由气体或蒸气的自燃温度所规定的数值，表壳结合面的缝隙宽度和深度应根据它的容积和气体的级别采取规定的数值。
注意事项：1不能在道电运行的下打开外壳进行检修或调整。
2对于组别、级别高的易燃易爆气体不宜采用隔爆型防爆仪表。
②本质安全防爆型特点：在正常状态下和故障状态下，由电路及设备产生的火花能量和达到的温度都不能引起易燃易爆气体或蒸气爆炸的防爆类型。
解释何为正常状态、故障状态。
两种电路：危险场所中的本质安全电路及非危险场所中的非本质安全电路。
在危险场所和非危险场所之间采用防爆安全栅，可使整个仪表系统其有本质安全防爆性能。
本质安全防爆系统的性能主要由以下措施求保证：
1、首先，本质安全防爆仪表采用低的工作电压和小的工作电流。如正常工作，；故障情况 ，。限制仪表的R、L、C参数大小，保证在正常、故障条件时产生的火化能量不足以点燃爆炸性混合物。
2、其次用防爆安全栅将危险场所和非危险场所的电路隔开。
3、再次在现场仪表到控制仪表之间的连接导线不得形成过大的分布电流和电感。
优点：本质安全防爆性仪表本质安全型仪表及与其相关联的电气设备，按照所使用场所的安全程度分为ia和ib两个等级，ia级适用于0区，ib级适用于1区。
防爆标志分为四段：ExABC。Ex表明防爆仪表；A表示防爆类型，如d、ia、ib等；B表示防爆仪表的类和级，如Ⅰ、ⅡA、ⅡB、ⅡC级；Ｃ表示防爆仪表的表面温度组别，也是其能够适用的危险物质的自燃温度组别，如Ｔ1~Ｔ6。Exd iaⅡCＴ6表示有隔爆和本质安全功能，可在ⅡC级Ｔ6组以下级别中使用的防爆仪表。
（4）防爆安全栅作用：简述齐纳安全栅工作原理：利用在本质安全电路与非本质安全电路之间串接的电阻R来限制进入本质安全电路的电流，利用齐纳二极管及来限制进入本质安全电路的电压，并且快速熔断然FU保护齐纳二极管。
4.1.3温度变送器温度变送器与各种热电偶或热电阻混合使用，被测温度线性地转换为0~10mA或4~20mA直流电流信号，以便与显示、记录和调节单元配合工作。
根据温度变送器分为三种类型：直流毫伏变送器，电阻体温度变送器和热电偶温度变送器。它们结构上都分为量程单元和放大单元两部分，其中放大单元是通用的，量程单元则随变送器的类型及量程范围不同而不同。
下面以DDZ-III型热电偶温度变送器为对象进行分析。
工作原理：热电偶温度变送器要求变送器的输出电压信号与相应的变送器输入的温度信号成线性关系。但一般热电偶输出的毫伏值与所代表的温度之间是非线性的。各种热电偶的非线性也不一样而且同一种热电偶在不同的测量范围其非线性程度也不相同。热电偶温度变送器是由热电偶输入回路和放大回路两部分组成，热电偶是非线性的而温度变送器放大回路是线性的，若将热电偶的热电势直接接到变送器的放大回路，则温度T与变送器的输出电压之间的关系也必是非线性的。因此为了使T与保持线性关系，则放大回路特性不能是线性的。假设热电偶的特性是凹向上的，若使T与保持线性，则变送器放大回路的特性曲线必须是凹向下的。
放大回路的非线性，一般是采用反馈电路非线性来实现的。
温度送器的传递函数
—热电偶的传递函数
—放大回路的传递函数下推导：
而
所以
即
若K很大，则可忽略上式分母中的第一项，则
则热电偶输入温度变送器的传递函数为
上式说明，欲使热电偶温度变送器保持线性，就要使反馈电路的特性曲线与热电偶的特性曲线相同，亦即变送器放大回路的反馈电路输入与输出特性要模拟热电偶的非线性特关系。
热电偶输入的温度变送器的线性化原理图。
4.1.4变送器与电源的连接方式两种连接方式：四线制和两线制 解释说明参照下图
两线制与四线制相比所具有的三个伏点：
节省电缆只需一根穿线管道只需配用一个安全栅（装于易燃易爆环境）
总之，两线制变送器不仅可使设备减少，成本降低，安全性能提高，而且还可以节省人力，加快安装速度。
两线制变送器所须满足的三个条件：
变送器正常工作电流I必须小于等于其输出电流（信号电流）的最小值；
在下列条件下，变送器能保持正常工作
式中
－变送器输出端电压
－电源电压的最小值；
－输出电流的上限值；
－连接导线的电阻值；
—最大负载电阻值。
变送器的最小有效功率P为
4.2调节器
作用：将参数测量值和规定的参数值相比较，得出被调量的偏差，再根据一定的调节规律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程进行自动调节。
正作用调节器：被调参测量值增加，调节器的输出信号也增加。
负作用调节器：被调参测量值增加，调节器的输出信号减小。
分类：
①直接作用调节器（自力式调节器）：利用被调介质本身作为能源工作。
②间接 （外力式调节器）：利用外加能源，又可分为电动、气动、液动调节器。
调节规律：指调节器的输出信号y与输入信号e之间随时间变化的规律。
4.1.2调节规律的实现方法
PID调节器是一个运算装置，实现对输入信号的比例、积分、微分等各种运算功能。能够实现这些运算的方法很多，但在电动调节器中，用得最多的是采用运算放大器与阻容(RC)电路相结合的方法实现，用不同的RC电路与运算放大器进行不同的组合，就可得到各种运算规律的电路。
构成种种调节规律的方框图用传递函数表示输出与输入并系：
K－放大器增益
－调节器传递函数
－反馈回路的传递函数当时，，即只要放大器的增益足够大，调节器的传递函数即为反馈回路传递函数的倒数。这就使反馈电路和整个闭环放大器在运算功能上是相反的。这就是利用负反馈回路实现各种调节规律的基本原理。
集成运算放大器具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗等特点，因此各种运算规律可真接由加接到线性运算放大器的负反馈回路上来实现。
4.2.2 PID调节的硬件结构
（1）组成及原理从整定方式来分调节器有普通型和电压整定型两种。它们基本组成是相同的，压别只是在参数整定电路方面。
普通型调节器的参数整定只能就地进行，可用调整电位器的阻值或用波段开关切换电阻或电容来改变整定参数；
电压整定型调节器的整定参数P1、TI、TD受外给电压控制，因此可以做到远程整定、第三参数整定、自整定等。
组成：主要由输入电路、运算电路和输出电路三部分组成。以外还可能有指示电路、手动操作电路及限幅电路。指示电路分为偏差批示、给定值与输入值的全刻度指示两种。
PID调节器组成框图原理：PID调节器一般接受来自变送器的电流输出信号，变为电压信号后与给定值进行比较，产生偏差信号。该偏差信号经PID运算电路处理后，再由输出电路送出调节信号电流I。，以使执行器产生相应的动作。
指示电路用以监视系统的调节运行情况，手动操作电路可直接由人工操作“手动信号”到执行器中去，以代替调节器的自动信号，进行遥控。
①输入电路组成：包括偏差检测电路、内给定稳压电源电路、内外给定切换开关、正反作用开关及滤波电路等。
PID的输入电路
②PID运算电路作用：根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例、微分、积分运算，是调节器实现PID控制规律的关键环节。
③输出电路作用：将运算电路的输出信号做最后一次放大，或者作为运算电路主回路中放大器的最后一级，提供调节器的输出信号。
④手动操作电路作用：输出一个由操作人员控制的“手动电流”到执行器，即人工控制。“手动”与“自动”可以借助手动—自动切换开关进行切换。
⑤输出限幅电路作用：将调节器的输出限制在一定范围内，从保证调节阀不处于危险开度。调节器输出的上限值和下限值都可以调节。
（2）气动调节器
优点：线路简单、直观、容易被使用者掌握，且价格便宜，广泛应用于石油、化工等生产过程的控制中。它是天然防爆仪表，适用在防爆要求高的场合应用。
气动III型调节器：它的PID构成方式是采用微分先行的形式，它的伏点是当改变给定值时，调节系统的输出不会产生附如扰动，有利于调节系统的稳定。与PI调节器配合的微分先行部分，可以是不带气动功率放大器的实际比例微分部件，也可以是带功率放大器的实际比例微分器。
浮动板式PI调节器：它是气动III型调节器的一种型式，其结构如教材P204图4-28所示。
四个波纹管分别引入测量、给定、正反馈和负反馈四个压力信号，四者的有效面积A和刚度C均相等，而且均布在同一个圆周上。当波纹管引入的气压信号不等时，浮动板会绕比例杆发生倾斜现象。
浮动板的两个作用：
比较作用：各波纹管所感受的压力在浮动板上形成力矩，并相互比较。
这些力矩是
、、、分别是测量给定、正反馈，负反馈波纹管内的压力产生的力矩。
根据力矩平衡原理，在调节器处于稳态时，。
档板作用：浮动板本身兼起板作用。它与固在压板上的喷嘴之间距离发生变化时，喷嘴背压随之变化，经放大后输出。
比例杆作用：通过它来改变四个波纹管的作用力臂。它是改变比例范围的一种机械方式。上压板除了用于安装固定零件外，其上还有刻度盘可以指示出支杆位置所对应的比例范围。
比例作用实现过程：关死积分阀，这时正反馈波纹管内的压力不再变化，成为一个常数。若调节器为正作用式，由力矩平衡原理可得：
当测量值从Pm变化到时，由于Ps和PH不变，为了保持浮动板上力矩的平衡。输出信号必须要从Po变到。故有新的力矩平衡状态：
上两式相减可得
由于Ps不变，，所以有比例度
实际使用中，,
该调节器的整机传递函数方框图：
整机的传递函数为
当K>>1时，可略去分母中第一项，因而
改变可改变比例范围，改变TI可调整积分时间。
（3）电动调节器
DDZ-III型调节器按照功能不同，可分成基型调节器和特殊调节器两类。而基型调节器又有两种：全刻度指示调节器，偏差指示调节器。它们电路相同，只是指示电路有些差异。
下面主要讨论DTZ－2100型全刻度指示调节器。
全刻度指示调节器能对被调参数作0~100％全刻度范围的显示。显示随与给定值之差即为偏差值。
偏差指示调节器则没有输入信号的全刻度指示，而是直接指示偏的大小。
DTZ－2100型全刻度指示调节器是最基本的一种调节器，它除了其有PID运算功能之外，还具有被调参数的显示、给定值的显示及表示阀门位置的显示功能。
基型调节器主要特点：
采用了高增益，高阻抗线性集成电路组件，提高了仪表的精度、稳定性、可靠性，降低了功耗；
有软、硬两种手动操作方式；
采用集成电路，便于功能的扩展；
采用标准信号制，接受来变送器的转换器输出的1~5VDC测量信号，输出4~20mADC信号。
能与计算机联用
DTZ－2100型全刻度指示调节器由指示单元和控制单元组成。
指示单元包括测量指示电路和给定值指示电路，分别与测量指示表、给定指示表一起对被测信号和给定信号进行连续指示。
控制单元由输入电路、内给定电路、比例微分电路、比例积分电路、硬手操电路、软手操电路和输出电路等部分组成。
输入电路与内给定信号都是以零伏为基谁的1~5VDC电压信号；
外给定的4~20mADC电流过输入回路内250Ω精密电阻转换成以零伏为基准的1~5VDC电压信号；
调节器有三种工作状态，由切换开关进行选择。
“自动”状态：由变送器来的1~5VDC输入电压信号与给定值信号相比较后的偏差信号，经过输入回路进行电平移位，然后由PID运算回路进行运算，再由输出回路转换成4~20mADC信号输出送到执行器进行自动调节。
软手操状态：软手操回路直接改变调节器的输出信号实现手动操作。在进行软手操时输出电流以某种速度进行变化。一停止手操输出就停止变化。
硬手操状态：硬手操回路可以直接改变调节器的输出信号实现手动操作。在进行硬手时，输出值大小与硬手操作杆的位置有关。
对于基型调节器的各组成部分的工作原理不做要求。
4.3执行器作用：接受调节器送来的控制信号，自动地改变操纵变量达到对被调参数进行调节的目的。
分类：按工作能原分为气动、电动、液动执行器。
4.1.3 气动执行器特点：结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便点、维修方便、本质防爆、容易做成大功率等。
组成：由气动执行机构和调节机构两部分组分。
执行机构是执行器的推动装置，它按调节器输出气压信号（20~100Kpa）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，其内腔直按与被调介质接触，调节流体的流量。
除此之外：气动执行器还可配上阀门定位器和手轮机构等辅助装置。阀门定位器与气动执行器配套使用，利用阀位负反馈原理来改变执行器的性能，使执行器能按调节器的控制信号实现准确定位。当调节系统因停电，气源中新、调节器无输出或执行机构失灵时，可用于手轮机构直接操作调节阀，维持生产正常进行。
结构：
（1）执行机构：主要分为薄膜执行机构，活塞执行机构，长行执行机构和滚动膜片执行机构。
气动薄膜执行机构按动作方式可分为正作用式和反作用式。调节信号压力增大，阀杆向下移动，称为正作用式；反之向上移动称为反作用式。
动作原理：调节信号压力P通入薄膜气室作用于波纹膜片上，产生向下推力使推杆向下移动，将压缩弹簧压缩，直到弹簧反作用力与信号压力在波纹膜片上的推力相平衡，使推杆稳定在一个新位置为止。推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称为行程。
行程规格：10、16、25、40、60、100㎜
有效面积：200、280、400、630、1000、1600 ㎝2
弹簧和膜片是影响执行机构线性特性的关键零件。
调节件用以调整压缩弹簧的预紧量，以改变行程的零位。
活塞执行机构属于强力气动执行机构。由于气缸允许操作压力高达0.5Mpa，且无弹簧抵消推力，因此具有很大的输出推力，特别适用于高静压、高压差、大口径的场合。
输出特性有两位式和比例式。两位式是根据输入活塞两侧的操作压力的大小而动作，活塞由高压侧推向低压侧，使推杆由一个极端移动到另一个极端位置，活塞行程一般为25~100㎜，适用于双位调节的控制系统中。比例式是指推杆的行程与输入压力信号成比例关系。
（2）调节机构调节机构习惯上称为调节阀，是执行器的调节部分，是一个可变阻力的节流元件。通过阀芯在阀体的移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变了被调介质的流量，达到自动调节工艺参数的目的。
调节阀有正作用和反作用两种。当阀向下移动时，阀芯与阀座之间的流通截面积减少时，称为正作用式或正装；反之，则称为反作用式或反装。
工作原理：通过阀的流体遵循流体流动的质量守恒和能量守恒定律。流体流经调节阀时的局部阻力损失为
ζ—调节阀的阻力系数，与阀门结构形式、流体性质、阀门前后压差及开度等因素有关；
ω—流过阀的流体平均流速；
ρ—流体密度；
P1—阀前压力；
P2—阀后压力。
流体体积流量qv，接管截面积为A，则
上式称为调节阀的流量方程。由此式可见在调节阀器口径一定、 也不变的情况下，流量 仅随阻力系数的变化而变化。当移动阀芯使开度改变时，阻力系数ζ随之变化，从而改变了流量的大小，达到调节流量的目的。
分类概述：
调节阀根据阀的动作形式，可分为直行程式和转角式两大类。直行程式阀包括：直通双座阀、直通单座阀、角形阀、三角阀、高压阀、超高压阀、隔膜阀、阀体分离阀等；
转角阀包括：碟阀、凸轮挠曲阀、球阀等。
针对直角双座阀、直流单座阀、三通阀、碟阀的结构和工作原理，参照教材P217~218图4-57~60进行讲解。
（3）调节阀的流量特性流量特性：调节阀的流量特性是指被调介质流过阀的相对流量与阀门的相对开度之间的关系：
—相对流量；
—相对开度；
—阀在某一开度时的流量；
—阀在全开度时的流量；
—阀在某一开度时阀的行程；
L—阀在最大开度时阀芯的行路。
理想流量特性：一般来说，改变调节阀阀芯与阀座间的流道面积，便可控制流量。但实际上阀总是串联在管道系统中，当流通面积变化时，阀两端压差也发生变化这又导致流量的改变。因此为了分析问题的方便，先假定阀前后压差不变，来讨论阀本身的特性，即理想特性。
可调比：指调节阀能够控制的最大流量和最小流量之比，也称可调范围，以R表示，即
理解并对比与泄漏量。
指阀能够控制的流量下限，一般为2%~4%，而阀的泄漏量是指阀处于关闭状态下的泄漏量，一般小于1％C（C为流量系数）。
理想可调比：在调节阀前后压差保持不变时的可调以称为理想可阀比。
实际可调比：调节阀在实际工作时因为系统阻力的影响，调节阀上压差产生变化，使可调比相应变化，这时的可调比称实际可调比。
①调节阀的理想流量特性理想流量特性：在调节阀前后压差一定情况下的流量特性称为理想流量特性。
它根据阀芯形状不同，主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等四种理想流量特性。
直线流量特性：当调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即阀杆单位行程变化所引起的流量变化为常数时，称阀具有直线流量特性。
积分求得
K为常数，即调节阀的放大系数。
具有直线流量特性的调节器，单行程变化所引起的绝对流量变化相等，但引起的相对流量变化不等。在流量小时流量变化的相对值大；而流量大时，流量变化的相对值小。也即当阀门开度小时调节作用太强，易使系统产生振荡；而当阀门开度大时，调节作用又太弱，调节不灵敏，不及时，该种特性调节阀不宜用于负荷变化较大能场合。
对数流量特性：当调节阀单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比时，称阀具有对数流量特性，也称为等百分比流量特性。即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。
表示为
积分求得
式中，，即调节阀的可调比。
因此，阀的相对流量与相对开度成对数关系。
行程小时，相对流量变化小；行程大时，相对流量变化大。只要阀杆行程变化相同，所引起的流量变化的相对值总是相等的。因此使调节过程平稳缓和，有利于调节系统的正常运行。
快开流量特性：当调节阀在较小开度时，流量就达到很大。随着行程增加，很快达到最大流量。这种特性称为快开流量特性，表示为
该种特性的阀芯形式是平板型的，其有效位移很小。主要用迅速启闭的切断阀或双位调节系统。
抛物线流量特性：当单位行程所引起的相对流量变化与此点的相对流量的平方根成比时，称阀具有抛物线流量特性。表示为
抛物线流量特性介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。
②调节阀的工作流量特性：实际使时调节阀时，由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联，因此阀前后的压差总在变化，这时流量特性称为调节阀的工作流量特性。
串联管道工作流量特性当调节阀串联在管路中时，系统的总压差等于管路系统的压差与调节阀的压差之和。即
其中，与流量的平方成正比。若系统的总压差不变，调节阀一旦动作，将随着流量的增大而增加，调节阀两端的压差则相减少。若以S表示调节阀全开时阀上的压差与系统总压差之比，以表示管道阻力等于零时调节阀的理想流量特性下的全开流量，则
S＝1时，管道阻力换失为零，系统总压全在阀上，工作特性与理想特性致。随阒S减小，管道阻力损失增加，调节阀流量特性为生畸变实际可调比减小，调节阀由直线特性趋向于快开特性，等百分比特性渐渐趋向于直线特性。S值不低于0.3~0.5。
并联管道的工作流量特性调节阀一般都装有旁路，以便于手动操作和备用。当生产量提高而阀选得过小时，需要打开一旁路阀，此时调节阀的理想特性就畸变为工作特性。这时管道总流量随阀开度的变化规律称为并联管道时的工作流量特性。
设x为并联管道时阀全开流量与总管最大流量之比，当x＝1时，表示旁路阀全关，调节阀特性为理想流量特性，随着x减小，即旁路阀开大，调节阀的可调节大大降低。而且在实际使用中总有串联管道阻力的影响，调节阀上的压差随着流量的增加而降低，使可调范围进一步减小。因此，要尽量避免开通旁阀的调节方式，以保证调节阀有足够的可调比。
（4）调节阀的流量系数和口径计算流量系数表示通过调节阀的流体流能力。其定义为：在给定行程下，阀两端的压差为0.1Mpa、流体密度为1000Kg/m3时每小时流经调节阀的流量数（m3/h），以C表示。
额定流量系数：当调节阀全开时的流量系数称为额定流量系数，以C100表示。C100反应调节阀容量大小，是确定调节阀口径大小的主要依据，由阀门制造厂提供给用户。工程计算中都通过计算流量系数来确定调节阀的公称通径。
式中，为与单位制有关的常数。
该式表明不变，减小，流量就增大；反之，增大，则减小。调节阀就是按照输入信号通过改变阀芯行程来改变阻力系数，从而达到调节流量的目的。
根据调节阀流量系数的定义，,得
因此，对于其他的阀前后的压降和介质密度，有
C值取决于调节阀的流通面积A（或阀的公称直径）和阻力系数在一定条件下，是一个常数，因此根据流量系数C值可以确定调节阀的公称直径 。
表4－4所列公式适用于牛顿型不可压缩流体、可压缩流体以及它们的混合流体。
阻塞流：是指当阀入口压力P1保持恒定，并逐步降低出口压力P2时，流过阀的流量合增加到一个最大值，这时若继续降低出口压力，流量不再增加，此极限流量称为阻塞流。
在计算C值时，首先要确定调节阀是否处于阻塞流状态。为此，对于气体、蒸气等可压缩流体引入了一个系数x称为压差比，表示为。若以空气为实验流体，对于一个给定的调节阀，产生阻塞流时其压差比是一个常数，称为临界压差比。对于空气以外的其他可压缩流体，产生阻塞流的临界条件是乘以比热容系数。的定义为可压缩流体绝热指数R与空气绝热指数（）之比。
值只取决于调节阀的结构，即流路形式。
调节阀的选型：
选型主要包括型式选择、阀的口径选择、阀的固有流量特性选择及阀的材质选择等。
口径需根据应用场合计算确定。
阀的型式选择要考虑流量特性、流本性质等因素。
阀的固有流量特性有线性、等百分比、快开及抛物线等几种。快开用于两位式控制，抛物线用于三通阀，等百分比特性常优先考虑选用。
材质选择主要考虑工艺介质的腐蚀性、温度、压力、气蚀和冲刷等因素。
4.3.2电动执行器组成：电动执行机构和调节机构组成。电动执行机构可将来自调节器的电信号转换成为位移输出信号，去操纵阀门、挡板等调节机构，以实现自动调节。依据电动执行机构的位移信号，完成调节任务的装置称为调节机构。
按照输入位移的不同：电动执行机构可分为角行程（DKJ型）和直行程（DKZ型）两种。
按照特性不同：电动执行机构可分为比例式和积分式两种。
基本要求：电动执行器的输出（转角或直线位移）必须与输入（电流信号）成正比，而且有足够的转矩或力，动作要灵活可靠。
下面介绍DKZ型直行程比例式电动执行器：
它是由DKZ直行程电动执行器与直通单座调节阀或直通双座调节阀组装而成。
电动、气动执行器的调节阀通用，只分析直行程电动执行器。
特点：直行程电动执行器具有推力大，定位精度高，反应速度快，滞后时间少，能源消耗低，安装方便，供电简便，在电源突然断电的能自动保持调节阀原来位置等持点。与DFD电动操作器配用，可在控制室进行自动、手动切换。
组成：DKZ是一个以二相低速同步电机为执行电机的交流位置伺服系统，由伺服放大器和执行机构两部分组成。
工作原理：当伺服放大器输入端输入4mA直流电流信号时，放大器没有输出，电机停转，执行机构的输出轴稳定在预选好的零位。当输入端加入某一数值的输入信号时，此输入信号与来自执行机构的位置反馈信号在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较。由于这两个信号的极性相反，两者不相等，就会有偏差磁势出现。伺服放大就有相应的输出，触发可控硅驱动电机。执行机构的输出就朝着减小这个偏差磁势的方向运转，直到位置反馈信号和输入信号相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。
伺服放大器工作原理：伺服放大器接收4~20mA直流电流信号，由前置级磁放大器FC-01、触发器FC-02、交流可控硅开关FC-03、校正回路FC-04和电源等部分组成。伺服放大器有三个输入信号通道和一个位置反馈通道，可以同时输入三个输入信号和一个位置反馈信号。当有信号输入时，在磁放大器内进行综合比较、放大，然后输出具有“正”或“负”极性的电压信号，两个触发器是将前置级输出的不同极性电压变成触发脉冲，分别触发SCR1和SCR2。主回路采用一个可控硅整流元件和四个整流二极管组成的交流元触点开关，共有两组，可使电机正反运转。执行器由伺服电动机、减速器和位置发送器三部分组成。伺服电动机是执行机构的动力装置，它能将电能转换成机械能以对调节机构做功。
减速器作用：由于伺服电动机转速高，且输出力矩小，即不能满足低调节速度的要求，又不能带动调节机构，故须经减速器将高转速小力矩转化为低转速大力矩输出。
位置发送器：直接把阀拉移动的位置成比例地转换成4~20mA直流电流信号。检测元件采用差动变压器。产生的电流信号负反馈输入伺服放大器，使执行器构成一个闭环稳定系统。同时通过电流表指示阀位数值。
4.3.3电气转换器及电—气阀门定位器电-气转换器作用：把从电动变送器来的电信号（0~10mA或4~20mA）变成气信号（20~100KPa），送到气动调节器或气动显示仪表。
电-气阀门定位器作用：其有电-气转换器和气动阀门定位器两种作用。
（1）电-气转换器工作原理：（参照教材P228图4－70）当一定大小直流电流信号输入置于恒定磁场中的测量线圈时，所产生的磁通与磁钢在空气隙中的磁通相互作用而产生一个向上的电磁力（即测量力）。同于线圈固定在杠杆上，使杠杆绕十字簧片偏转，于是装在杠杆另一端的挡板靠近喷嘴，使其背压升高，经过放大器功率放大器后，一方面输出，一方面反馈到正负两个波纹管，建立起与测量力矩相平衡的反馈力矩。因而输出气压信号就与线圈电流信号成一一对应关系。
（2）电-气阀门定位器阀门定位器是气动执行器的辅助装置，与气动执行机构配套使用，安装在调节阀的支架上。它直接接受气动调节器的输出或电动调节器经过转换后的气压信号，产生与调节器输出成比例的气压信号，去控制气动执行器。
主要功能：
改善阀节阀定位精度；
改善阀门的动态特性；
改变阀门动作方向；
用于分程控制。
工作原理：（参照数教材P229图4－71讲解）
从调节器来的直流电流信号经过力矩马达的线圈，使线圈内的主杠杆磁化，而主杠杆又处于永久磁钢的磁场中，因此将使主杠杆绕其支点反时针方向转动。于是其下端的挡板靠近喷嘴，使喷嘴内的空气压力上升，经过气动放大器之后，送入薄膜调节阀，上部的空气压力增大，推动阀杆向下运动。
在阀杆上装有板状部件，它和未端呈球状的杆组成正弦机构，将阀杆的直线位移变为凸轮轴的转角。随着阀杆的下移，凸轮轴反时针方向转动，这时凸轮推动副杠杆上的滚子，使副杠杆左摆，则反馈弹簧被拉伸。当反馈弹簧对主杠杆的力矩与马达力矩平衡时，主杠杆就静止在新位置上。因此阀杆的位移与输入的电流之间有一一对应的关系，而阀杆位移量与开度之间的关系是确定的，所以电流信号就能使阀位确定下来。
