阀门定位器喷嘴挡板和压电阀的区别
2025-05-12 09:04:59
半岛（中国）
阀门定位器喷嘴挡板和压电阀的区别
在工业流程自动化过程中，调节阀是重要的终端控制元件之一。阀门定位器作为气动调节阀关键附件，在提高系统控制品质等方面发挥重要作用。智能电气阀门定位器根据 I/P 转换器的型式主要分为：喷嘴挡板式和压电阀式。德国西门子的SIPART PS2和芬兰美卓的ND9000系列智能阀门定位器，采用的是压电阀结构的电-气转换器；而美国费希尔的DVC6200、德国SAMSON 3730-3、日本山武AVP300系列阀门定位器，采用的是喷嘴挡板结构的电-气转换器。二者在工作原理、结构特点、性能表现和应用场景等方面存在诸多区别，以下是详细对比：一、工作原理
1.喷嘴挡板：喷嘴挡板定位器基于力平衡原理，通过调节喷嘴与挡板之间的距离来改变气流压力，从而实现阀门的精确控制。其核心部件包括恒节流器、可变节流器（喷嘴和挡板）以及气室。当喷嘴与挡板之间的距离发生变化时，气流压力也随之变化，这种压力变化被传递到阀门执行机构，从而调节阀门开度。
2.压电阀：压电阀利用压电效应，通过改变压电片的变形量来调节气流阻力，从而实现比例调压。压电阀的工作依赖于压电材料的特性，当输入电信号变化时，压电片发生形变，进而改变气路的通流面积，调节输出压力，从而驱动阀门动作。目前，智能阀门定位器气动部件中的压电阀组件，大都由德国贺尔碧格(hoerbiger)公司生产，主要采用P9系列压电阀片和P20系列压电阀组件。
直动式压电阀实现了电信号到气信号的控制转换，但是在阀门定位器中，还需要把气信号放大来驱动调节阀的执行机构动作，为了解决气信号放大的问题，生产厂家研制了功率放大型压电阀。P20系列压电阀的内部结构和工作原理如下图所示：
功率放大型压电阀，在结构上相当于一个直动式压电阀和一个气动信号放大器的组合体，在实现电信号到气信号的控制转换的同时，也实现了气动信号的功率放大，因此功率放大型压电阀广泛地应用在智能阀门定位器的气路控制中。
二、能耗与耗气量1.喷嘴挡板：喷嘴挡板定位器是连续耗气型，无论是否有调节动作，喷嘴始终有气源消耗，因此耗气量较大，能耗较高。
2.压电阀：智能阀门定位器采用压电阀技术，仅在阀门有偏差时才耗气，因此在大部分时间内处于非耗气状态，耗气量大大降低。例如，西门子SIPART PS2智能阀门定位器的耗气量仅为传统定位器的1/10～1/20。
三、精度与响应速度
1.喷嘴挡板：喷嘴挡板定位器由于其机械结构复杂，挡板与喷嘴间距离微小，振动可能导致输出不稳定，受振动影响较大，定位精度和响应速度相对较低。在长期运行中可能会因机械磨损和温度变化导致精度下降。
2.压电阀：压电阀由于其结构紧凑且无摩擦副，抗干扰能力较强，不易受到外界振动和温度变化的影响。压电阀定位器由于采用微处理器和压电阀，控制精度更高，响应速度更快，能够实现更精确的阀门控制。
四、控制算法1.喷嘴挡板：喷嘴挡板式伺服阀通常采用传统的PID控制算法，其动态响应速度较快，但存在滞后和非线性问题。
2.压电阀：压电阀由于其快速响应特性，更适合采用先进的自适应控制算法，如单神经元自适应PSD控制算法，能够有效补偿系统中的时变性和非线性问题
五、适用场景
1.喷嘴挡板：适用于对成本敏感且对精度要求不高的场合，如一些工业领域中的常规控制。尤其是在气源质量较差的环境中，其抗造性强的优势更加明显。
2.压电阀：适用于需要高精度、快速响应和低能耗的场合，如石化、电力等行业中的复杂控制系统、精密测量设备和智能控制系统。对气源质量要求更高。
综上所述，喷嘴挡板定位器和压电阀定位器各有优缺点。喷嘴挡板定位器结构简单、成本较低，抗造性强，但耗气量大，精度和响应速度有限；而压电阀定位器则凭借其高精度、低能耗和智能化特点，在现代工业控制中占据重要地位，但其结构复杂、成本高、对气源质量要求高。两类技术各有侧重，选择使用哪种结构应根据具体应用场景的需求来综合考虑决定。
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