控制阀手册
第五版
艾默生自动化解决方案
流量控制
美国爱荷华州马歇尔敦 50158
巴西索罗卡巴 18087
法国塞尔奈 68700
阿联酋迪拜
新加坡 128461
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前言
控制阀是世界上现代制造业里越来越重要的组件。选型正确且维护良好的控制阀有
助于提高效率、安全性、赢利能力和生态保护能力。
这本《控制阀手册》自从 1965 年首次出版以来就作为行业的主要参考书。第五版
包括有关控制阀性能和最新技术的重要信息。
第一章提供关于控制阀的介绍，包括控制阀和仪表的通用术语的定义。
第二章提出有关控制阀性能的重要主题。
第三章讨论阀门和执行机构的类型。
第四章介绍数字式阀门控制器、模拟式定位器、流量放大器和其他控制阀附件。
第五章是为某一应用场合而选择一个最佳控制阀的完整指南。
第六章讨论特殊控制阀的选型和应用。
第七章讨论减温器、蒸汽调节阀和透平旁路系统。
第八章说明典型的控制阀的安装和维护过程。
第九章包含世界上有关控制阀标准和认证机构的信息。
第十章介绍隔离阀和执行机构。
第十一章介绍离散自动化。
第十二章讨论各种过程安全仪表系统。
第十三章提供有用的工程参考数据表。
第十四章包括管道连接参考数据。
第十五章是有关常用单位转换的参考依据。
其他资源是最新的费希尔产品或过程控制行业信息。每一章底部都有一个可跳转到
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这本《控制阀手册》是关于控制回路里的最重要的环节－控制阀及其附件的一本教
材和参考书。这本书包含过程控制领域里一些著名专家的广泛且经过时间考验的知
识，包括来自 ISA 的专家们的贡献。
目录
控制阀手册 | 目录
控制阀介绍 ........................................................................................... 14
什么是控制阀？................................................................................................15
1.2 直行程控制阀术语 ...................................................................................... 15
1.3 旋转式控制阀术语 ...................................................................................... 20
1.4 控制阀的功能和特性术语 ........................................................................... 22
1.5 过程控制术语 .............................................................................................24
控制阀的性能 ....................................................................................... 30
2.1 过程偏差度 ................................................................................................. 31
2.1.1 死区 .................................................................................................................. 32
2.1.1.1 死区的成因 .............................................................................................................. 33
2.1.1.2 死区造成的影响 ....................................................................................................... 33
2.1.1.3 性能测试 .................................................................................................................. 33
2.1.1.4 摩擦力 ..................................................................................................................... 34
2.1.2 执行机构和定位器的设计 ................................................................................. 34
2.1.3 阀门响应时间 ................................................................................................... 35
2.1.3.1 时滞时间 .................................................................................................................. 35
2.1.3.2 动态时间 .................................................................................................................. 35
2.1.3.3 解决方案 .................................................................................................................. 35
2.1.3.4 供气压力 .................................................................................................................. 36
2.1.3.5 最小化时滞时间 ....................................................................................................... 36
2.1.3.6 阀门响应时间 .......................................................................................................... 36
2.1.4 阀门类型与特性化 ............................................................................................ 38
2.1.4.1 安装增益 .................................................................................................................. 38
2.1.4.2 回路增益 .................................................................................................................. 39
2.1.4.3 过程优化 .................................................................................................................. 40
2.1.5 阀门选型 ........................................................................................................... 41
2.2 经济效果 ..................................................................................................... 42
2.3 概括 ............................................................................................................ 43
阀门和执行机构类型 ............................................................................. 44
3.1 控制阀类型 ................................................................................................. 45
3.1.1 直通式阀 ........................................................................................................... 45
3.1.1.1 单阀座阀体 .............................................................................................................. 45
3.1.1.2 后导向和阀口导向阀体 ............................................................................................ 46
3.1.1.3 阀笼式阀体 .............................................................................................................. 46
3.1.1.4 双阀座阀体 .............................................................................................................. 47
3.1.1.5 三通阀体 .................................................................................................................. 47
3.1.2 卫生级阀门 ....................................................................................................... 48
3.1.3 旋转阀 .............................................................................................................. 48
3.1.3.1 蝶阀阀体 .................................................................................................................. 48
3.1.3.2 截球体球阀 .............................................................................................................. 48
5
控制阀手册 | 目录
3.1.3.3 高性能蝶阀体 .......................................................................................................... 49
3.1.3.4 偏心旋塞阀体 .......................................................................................................... 49
3.1.3.5全通径球阀体 ........................................................................................................... 50
3.1.3.6 多口流量选择阀 ....................................................................................................... 50
3.2 控制阀连接端 .............................................................................................51
3.2.1 旋入式管螺纹 ................................................................................................... 51
3.2.2 螺栓紧固带垫片法兰......................................................................................... 51
3.2.3 焊接连接端 ....................................................................................................... 52
3.2.4 其他阀门连接端 ................................................................................................ 52
3.3 阀体阀盖 ..................................................................................................... 52
3.3.1 伸长型阀盖 ....................................................................................................... 53
3.3.2 波纹管密封型阀盖 ............................................................................................ 53
3.4 控制阀填料 ................................................................................................. 54
3.4.1 PTFE V 形环 ....................................................................................................... 54
3.4.2 石墨片和丝 ....................................................................................................... 54
3.4.3 美国关于泄漏排放的法规要求 .......................................................................... 55
3.4.4 国际关于泄漏排放的标准 ................................................................................. 56
3.4.5 单层 PTFE V 形环填料 ........................................................................................ 57
3.4.6 ENVIRO-SEAL PTFE 填料 .................................................................................... 57
3.4.7 ENVIRO-SEAL 双层填料 ..................................................................................... 59
3.4.8 ISO-Seal PTFE 填料 ............................................................................................ 59
3.4.9 ENVIRO-SEAL 石墨 ULF ...................................................................................... 59
3.4.10 HIGH-SEAL 石墨 ULF........................................................................................ 59
3.4.11 ISO-Seal 石墨填料 ........................................................................................... 59
3.4.12 适用于旋转阀的 ENVIRO-SEAL 石墨填料 ......................................................... 59
3.4.13 适用于旋转阀的石墨带填料 ............................................................................ 59
3.4.14 直行程阀门的环保填料的选择 ........................................................................ 59
3.4.15 旋转式阀门的环保填料的选择 ........................................................................ 59
3.5 阀笼导向阀体的特性化 ............................................................................... 61
3.5.1 特性化的阀芯 ............................................................................................................. 61
3.6 阀芯导向 ..................................................................................................... 61
3.7 限制流通能力的控制阀阀内件 .................................................................... 62
3.8 执行机构 ..................................................................................................... 62
3.8.1 膜片式执行机构 ................................................................................................ 62
3.8.2 活塞式执行机构 ................................................................................................ 63
3.8.3 手动执行机构 ................................................................................................... 64
3.8.4 齿条和齿轮执行机构......................................................................................... 64
3.8.5 电动执行机构 ................................................................................................... 65
控制阀附件 ........................................................................................... 66
4.1 环境和应用因素 .......................................................................................... 67
6
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4.2 定位器 ........................................................................................................67
4.2.1 气动式定位器 ................................................................................................... 67
4.2.2 模拟 I/P 定位器.................................................................................................. 67
4.2.3 数字式阀门控制器 ............................................................................................ 68
4.2.3.1 诊断 ......................................................................................................................... 69
4.2.3.2 双向数字通信 .......................................................................................................... 69
4.3 I/P 转换器 ...................................................................................................69
4.4 流量放大器 ................................................................................................. 70
4.5 安全仪表系统 (SIS) ......................................................................................70
4.5.1 部分行程动作测试 ............................................................................................ 71
4.5.2 安全功能和产品认证......................................................................................... 71
4.6 控制器 ........................................................................................................71
4.7 阀位变送器 ................................................................................................. 74
4.8 限位开关 ..................................................................................................... 74
4.9 电磁阀 ........................................................................................................74
4.10 保位系统 ................................................................................................... 74
4.11 手轮 .......................................................................................................... 74
控制阀选型 ........................................................................................... 76
5.1 控制阀尺寸 ................................................................................................78
5.1.1 法兰连接直通式控制阀的端面至端面尺寸 ........................................................ 78
5.1.2 对焊连接直通式控制阀的端面至端面尺寸 ........................................................ 80
5.1.3 插焊连接直通式控制阀的端面至端面尺寸 ....................................................... 81
5.1.4 螺纹连接直通式控制阀的端面至端面尺寸 ........................................................ 82
5.1.5 凸面法兰连接直通式角形阀的端面至中心线尺寸 ............................................ 82
5.1.6 可拆卸法兰直通阀的端面至端面尺寸 ............................................................... 83
5.1.7 法兰连接和无法兰旋转阀（不含蝶阀）的端面至端面尺寸 .............................. 83
5.1.8 单法兰（凸缘）和无法兰（对夹式）蝶阀的端面至端面尺寸 .......................... 84
5.1.9 偏心高压蝶阀的端面至端面尺寸 ...................................................................... 84
5.2 控制阀阀座泄漏等级 ..................................................................................85
5.3 VI 级最大允许阀座泄漏量 ........................................................................... 86
5.4 控制阀的流量特性 ...................................................................................... 86
5.4.1 流量特性 ........................................................................................................... 86
5.4.2 流量特性的选择 ................................................................................................ 87
5.5 阀门选型计算 .............................................................................................87
5.7 公式常数 .................................................................................................... 89
5.8 液体控制阀选型 .......................................................................................... 90
5.8.1 确定为管件调整的管道几何形状系数 (FP) 和液体压力恢复系数 (F
5.8.2 确定用于选型计算的压降 (∆P
5.8.3 计算所需的流量系数 (Cv) .................................................................................. 91
) ..................................................................... 91
sizing
) 90
LP
7
控制阀手册 | 目录
5.8.4 液体工况选型计算例题 ..................................................................................... 91
5.9 可压缩流体阀门选型计算 ........................................................................... 93
5.9.1 确定带有连接管件的阻塞流时的管道几何形状系数 (FP ) 和压降比系数 (x
5.9.2 确定用于选型计算的压降比 (x
) 和膨胀系数 (Y) ........................................... 94
sizing
5.9.3 计算流量系数 (Cv) ............................................................................................. 94
5.9.4 可压缩流体选型计算例题 1 .............................................................................. 95
5.9.5 可压缩流体选型计算例题 2 .............................................................................. 96
5.10 选型计算系数示例 .................................................................................... 98
5.10.1 单阀座直通阀阀体的选型计算系数示例 ......................................................... 98
5.10.2 旋转式阀门的选型计算系数示例 .................................................................... 99
5.11 执行机构选型计算 .................................................................................. 100
5.11.1 直通阀 .......................................................................................................... 100
5.11.1.1 A．不平衡力 ........................................................................................................ 100
5.11.1.2 B．提供阀座关闭需要的力 .................................................................................. 101
5.11.1.3 C．填料摩擦力 .................................................................................................... 101
5.11.1.4 D．附加力 ........................................................................................................... 101
5.11.2 执行机构出力计算 ........................................................................................ 103
5.12 旋转式执行机构选型 ..............................................................................103
5.12.1 力矩公式 ....................................................................................................... 103
5.12.2 开启力矩： ................................................................................................... 103
5.12.3 动态力矩 ....................................................................................................... 103
5.13 典型的旋转阀的力矩系数 ....................................................................... 104
5.13.1 带复合密封的 V 形切口球阀的力矩系数 ....................................................... 104
5.13.2 带复合密封的高性能蝶阀的力矩系数 ........................................................... 104
5.13.2.1 最大转角 .............................................................................................................. 104
5.14 气蚀和闪蒸 ............................................................................................. 104
5.14.1 阻塞流引起闪蒸和气蚀 ................................................................................. 104
5.14.2 闪蒸工况阀门选型 ........................................................................................ 106
5.14.3 气蚀工况阀门选型 ........................................................................................ 106
5.15 噪声预测 ................................................................................................. 107
5.15.1 空气动力学噪声 ............................................................................................ 107
5.15.2 液体动力学噪声 ............................................................................................ 108
5.16 噪声控制 ................................................................................................. 108
5.17 噪声概述 ................................................................................................. 110
5.18 填料的选择 ............................................................................................. 111
5.18.1 直行程阀门的填料选择指南 .......................................................................... 113
5.18.2 旋转式阀门的填料选择指南 .......................................................................... 114
5.19 阀体材质 ................................................................................................. 115
5.19.1 常用阀体材料代号 ........................................................................................ 117
5.20 压力－温度额定值 .................................................................................. 118
)
TP
94
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控制阀手册 | 目录
5.20.1 标准等级的 ASTM A216 WCC 铸造阀门的压力－温度额定值 ....................... 118
5.20.2 标准等级的 ASTM A217 WC9 铸造阀门的压力－温度额定值 ........................ 119
5.20.3 标准等级的 ASTM A351 CF3 铸造阀门的压力－温度额定值 ......................... 120
5.20.4 标准等级的 ASTM A351 CF8M 和 CG8M
(1)
阀门的压力－温度额定值 121
5.21 非金属材料的缩写 .................................................................................. 123
5.22 无损检测步骤 .........................................................................................123
5.22.1 磁粉（表面）检验 ........................................................................................ 123
5.22.2 液体渗透（表面）检验 ................................................................................. 123
5.22.3 射线照相（立体）检验 ................................................................................. 124
5.22.4 超声（立体）检验 ........................................................................................ 124
特殊控制阀 ......................................................................................... 126
6.1 大流通能力控制阀 .................................................................................... 127
6.2 小流量控制阀 ...........................................................................................128
6.3 高温控制阀 ............................................................................................... 128
6.4 低温工况用阀门 ........................................................................................ 128
6.5 受气蚀和夹带颗粒流体影响的阀门...........................................................129
6.6 特征化流量特性的降噪和防气蚀内件 ....................................................... 129
6.7 在美国用于核工况的控制阀 .....................................................................129
6.8 受硫化应力裂纹影响的阀门 .....................................................................130
6.8.1 MR0175 2003 年前的修正本 ........................................................................... 130
6.8.2 NACE MR0175/ISO 15156 ............................................................................... 131
6.8.3 NACE MR0103 ................................................................................................. 131
蒸汽调节阀 ......................................................................................... 134
7.1 理解过热减温 ...........................................................................................135
7.1.1 过热减温的技术特点....................................................................................... 135
7.2 典型的减温器型式 .................................................................................... 138
7.2.1 固定几何形状喷嘴型....................................................................................... 138
7.2.2 可变几何形状喷嘴型....................................................................................... 138
7.2.3 自包含型 ......................................................................................................... 138
7.2.4 蒸汽辅助雾化型 .............................................................................................. 139
7.2.5 几何形状辅助对夹型....................................................................................... 139
7.3 理解蒸汽调节阀门 .................................................................................... 140
7.4 蒸汽调节阀 ............................................................................................... 140
7.4.1 蒸汽减温器 ..................................................................................................... 141
7.4.2 蒸汽喷洒器 ..................................................................................................... 141
7.6 汽轮机旁路系统的部件 ............................................................................. 142
7.6.1 汽轮机旁路阀 ................................................................................................. 142
7.6.2 汽轮机旁路水控制阀....................................................................................... 143
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控制阀手册 | 目录
7.6.3 驱动系统 ......................................................................................................... 143
安装和维护 ......................................................................................... 144
8.1 正确的存储和保护 .................................................................................... 145
8.2 正确的安装技术 ........................................................................................ 145
8.2.1 阅读指导手册 ................................................................................................. 145
8.2.2 确认管道清洁 ................................................................................................. 145
8.2.3 检查控制阀 ..................................................................................................... 145
8.2.4 采用良好的管接实践....................................................................................... 146
8.2.5 冲洗/水压试验/启动阀内件 ............................................................................. 146
8.3 控制阀维护 ............................................................................................... 147
8.3.1 被动性维护 ..................................................................................................... 147
8.3.2 预防性维护 ..................................................................................................... 147
8.3.3 预测性维护 ..................................................................................................... 147
8.3.4 使用控制阀诊断 .............................................................................................. 147
8.3.4.1 仪表空气泄漏 ........................................................................................................ 148
8.3.4.2 供气压力 ................................................................................................................ 148
8.3.4.3 行程编差和放大器调整 .......................................................................................... 148
8.3.4.4 仪表空气质量 ........................................................................................................ 148
8.3.4.5 服务中的摩擦力和摩擦力趋势 ............................................................................... 149
8.3.4.6 其它示例 ................................................................................................................ 149
8.3.5 诊断技术的持续发展....................................................................................... 149
8.4 维修零件 ................................................................................................... 149
8.4.1 建议备件 ......................................................................................................... 149
8.4.2 使用原始设备制造商 (OEM) 零件 .................................................................... 150
8.4.3 考虑升级阀内件 .............................................................................................. 150
8.5 执行机构维护 ...........................................................................................150
8.5.1 执行机构膜片 ................................................................................................. 150
8.5.2 活塞执行机构 ................................................................................................. 150
8.5.3 阀杆填料 ......................................................................................................... 150
8.5.4 阀座 ................................................................................................................ 151
8.5.4.1 更换阀座 ................................................................................................................ 151
8.5.4.2 连接：阀芯到阀杆、球到阀轴和蝶板到阀轴 ......................................................... 151
8.5.5 弹簧设定范围 ................................................................................................. 151
8.5.6 阀门行程 ......................................................................................................... 151
标准和认证 ......................................................................................... 152
9.1 控制阀标准 ............................................................................................... 153
9.1.1 美国石油组织 (API) ......................................................................................... 153
9.1.2 美国机械工程师学会 (ASME) .......................................................................... 153
9.1.3 欧洲标准化委员会 (CEN) ................................................................................ 153
9.1.3.1 欧洲工业阀门标准 ................................................................................................. 153
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控制阀手册 | 目录
9.1.3.2 欧洲材料标准 ........................................................................................................ 153
9.1.3.3 欧洲法兰标准 ........................................................................................................ 154
9.1.4 流体控制组织 (FCI) ......................................................................................... 154
9.1.5 美国仪表学会 (ISA) ......................................................................................... 154
9.1.6 国际电工委员会 (IEC) ...................................................................................... 154
9.1.7 制造商标准化学会 (MSS) ................................................................................ 155
9.1.8 国际腐蚀工程师协会 NACE ............................................................................. 155
9.2 危险（分类）场所产品认证 .....................................................................155
9.2.1 危险场所认证和定义....................................................................................... 155
9.3 分类系统 ................................................................................................... 156
9.3.1 级别/分区系统 ................................................................................................ 156
9.3.2 区域系统 ......................................................................................................... 157
9.3.3 设备组 ............................................................................................................ 157
9.3.4 设备子组 ......................................................................................................... 157
9.3.4.1 组 II（通常称为“气体组”） ................................................................................ 157
9.3.4.2 组 III（通常称为“粉尘组”） ............................................................................... 157
9.3.5 保护类型 ......................................................................................................... 158
9.3.5.1 电气设备 ................................................................................................................ 158
9.3.5.2 非电气设备 ............................................................................................................ 158
9.3.6 保护级别 ......................................................................................................... 159
9.3.7 设备保护级别 (EPL) ......................................................................................... 159
9.4 温度代号 ................................................................................................... 160
9.5 命名方法 ................................................................................................... 161
9.5.1 级别/分区系统 ................................................................................................ 161
9.5.2 区域系统 ......................................................................................................... 161
9.5.3 布线方法 ......................................................................................................... 161
9.5.4 欧盟 (EU) – ATEX 指令 2014/34/EU ................................................................. 161
9.6 保护技术和方法 ........................................................................................ 162
9.6.1 防爆或防火技术 .............................................................................................. 162
9.6.2 本质安全技术 ................................................................................................. 163
9.6.3 非易燃或 n 型技术 .......................................................................................... 163
9.6.4 增安 ................................................................................................................ 164
9.6.5 防止粉尘点燃或外壳防尘 ............................................................................... 164
9.7 外壳等级 ................................................................................................... 164
隔离阀 ............................................................................................... 168
10.1 基本阀门类型 .........................................................................................169
10.1.1 闸阀 .............................................................................................................. 169
10.1.2 直通阀 .......................................................................................................... 170
10.1.3 止回阀 .......................................................................................................... 173
10.1.4 旁路阀 .......................................................................................................... 174
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控制阀手册 | 目录
10.1.5 隔膜阀 .......................................................................................................... 174
10.1.6 夹管阀 .......................................................................................................... 175
10.1.7 球阀 .............................................................................................................. 175
10.1.8 蝶阀 .............................................................................................................. 176
10.1.9 旋塞阀 .......................................................................................................... 176
电磁阀 ................................................................................................ 192
11.1 电磁阀 ....................................................................................................193
安全仪表系统 ..................................................................................... 196
12.1 安全和多层保护 ...................................................................................... 197
12.2 安全仪表系统 (SIS) ..................................................................................197
12.3 安全标准 ................................................................................................. 198
12.4 安全完整性等级 (SIL) ..............................................................................198
12.5 需求时失效的概率 .................................................................................. 199
12.6 终端元件、证明试验和部分行程动作测试技巧 ......................................200
12.7 部分行程动作测试 .................................................................................. 200
12.8 终端元件的在线测试方法 ....................................................................... 201
12.9 用于部分行程动作测试的数字式阀门控制器 .......................................... 201
12.10 高完整性压力保护系统
12.11 HIPPS 的功能 ........................................................................................ 202
12.12 测试要求 ............................................................................................... 202
(HIPPS) ............................................................202
工程数据............................................................................................. 204
13.1 保压阀门材料的标准规格 ....................................................................... 205
13.2 阀门受压部件的材料性能 ......................................................................212
13.3 碳氢化合物的物理常数 ........................................................................... 214
13.4 比热比 (k) ...............................................................................................217
13.5 各种流体的物理常数 ..............................................................................218
13.6 致冷剂 717（氨）液体和饱和蒸汽的特性 .............................................. 220
13.7 水的特性 ................................................................................................. 227
13.8 饱和蒸汽的特性 ...................................................................................... 228
13.9 过热蒸汽的特性 ...................................................................................... 237
管道数据............................................................................................. 246
14.1 管道螺纹接合 .........................................................................................247
14.2 碳钢和合金钢－不锈钢 ........................................................................... 247
14.3 美制管道法兰尺寸 .................................................................................. 255
14.3.1 螺孔中心圆直径 ........................................................................................... 255
12
控制阀手册 | 目录
14.3.2 双头螺栓数量和直径..................................................................................... 256
14.3.3 法兰直径 ....................................................................................................... 257
14.3.4 带法兰管件的法兰厚度 ................................................................................. 258
14.4 铸钢法兰标准 .........................................................................................260
14.4.1 PN 10 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................... 260
14.4.2 PN 16 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................... 261
14.4.3 PN 25 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................... 262
14.4.4 PN 40 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................... 263
14.4.5 PN 63 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................... 264
14.4.6 PN 100 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................. 264
14.4.7 PN 160 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................. 265
14.4.8 PN 250 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................. 265
14.4.9 PN 320 公称压力的铸钢法兰标准 ................................................................. 266
14.4.10 PN 400 公称压力的铸钢法兰标准 ............................................................... 266
单位转换与换算 .................................................................................. 268
15.1 长度换算 ................................................................................................. 269
15.2 整数英寸－毫米换算 ..............................................................................269
15.3 分数英寸－毫米换算 ..............................................................................270
15.4 其它分数/小数英寸－毫米换算 ..............................................................271
15.5 面积换算 ................................................................................................. 273
15.6 体积换算 ................................................................................................. 273
15.7 体积流量换算 .........................................................................................273
15.8 质量转换－磅至公斤 ..............................................................................274
15.9 压力换算 ................................................................................................. 274
15.10 压力换算－磅
15.11 温度换算公式 .......................................................................................276
15.12 温度换算 ............................................................................................... 276
15.13 A.P.I.和 Baumé 比重表和重量因子 ........................................................ 279
15.14 其它有用的换算 .................................................................................... 281
15.15 公制前缀与后缀 .................................................................................... 282
/平方英寸至巴 ................................................................ 275
标题索引............................................................................................. 284
其他资源............................................................................................. 296
13
第一章
控制阀介绍
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
什么是控制阀？
现代工厂由成百上千个控制回路组成，
所以这些控制回路被连接成网络以生产
可供销售的产品。每一个控制回路都经
过设计以保证重要的过程变量如压力、
流量、液位、温度等不超出要求的工作
范围，这样可以确保最终产品的质量。
每一个回路都会接受扰动，而且会在内
部产生扰动。这些扰动对过程变量产生
决定性的影响。网络里其它回路之间的
相互作用也会产生影响过程变量的扰
动。见图 1.1。
Manipulated
操纵变量
Variable
控制阀
图 1.1 反馈控制回路
过程
控制器 变送器
为了减少这些负载扰动的影响，传感器
和变送器会收集关于过程变量及其与要
求的设定点之间的关系的信息。控制器
然后处理这些信息并决定必须怎样做才
能使得过程变量在负载扰动发生后恢复
到它的正常范围。所有的测量、比较和
计算工作完成后，某种类型的终端控制
元件必须执行由控制器选择的控制策
略。
过程控制工业里最常用的终端控制元件
就是控制阀。控制阀调节流动的流体，
如气体、蒸汽、水或化学混合物，以补
偿负载扰动并使得被控制的过程变量尽
可能地接近需要的设定点。
控制阀是控制回路的核心元件。许多人
讨论控制阀或阀门，其实他们指的是控
制阀组件。控制阀组件通常由阀体、阀
内件零件、提供阀门操作驱动力的执行
机构、以及各种各样的阀门附件所组
成。阀门附件包括定位器、转换器、供
气压力调节器、手动操纵器、阻尼器或
Controlled
受控变量
Variable
传感器
限位开关。
目前有两种主流的控制阀类型，其主要
区别在于截流元件的操作方式，即直行
程控制阀或旋转式控制阀。如图 1.2 和
1.3 所示，直行程控制阀通过线性运动
将截流元件移入或移出座合表面。如图
1.13 和 1.17
所示，旋转式控制阀通过
旋转运动将截流元件移入或移出座合表
面。
1.2 直行程控制阀术语
以下术语适用于配备薄膜或活塞执行机
构的标准直行程控制阀的物理和工作特
性。有些术语，尤其是那些与执行机构
有关的术语，也适用于旋转式控制阀。
尽管也包括其它通用术语，但是本手册
提出的许多定义符合 ANSI/ISA-75.05.01，
控制阀术语。对于一些较复杂的术语，
本手册也提供附加的解释。本章的其余
部分定义旋转式控制阀的术语、一般过
程控制、控制阀的功能和特性术语。
图 1.2 直行程控制阀
15
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
1
2
3
6
1. 阀盖
2. 填料函
3. 阀笼或阀座
压环
4. 阀杆
5. 阀芯
6. 阀体
7. 阀座
8. 阀口
4
5
7
8
图 1.3直行程控制阀
执行机构弹簧：包含在支架或执行机构
膜盖或活塞气缸腔室里的一根或一组弹
簧。它（们）向与负载压力相反的方向
移动执行机构推杆。
执行机构推杆：把执行机构连接到阀杆
上并将运动（力）从执行机构传递给阀
门的零件。
执行机构推杆加长轴：活塞执行机构推
杆的加长部分，提供一种把活塞运动传
递给阀门定位器的方法。
执行机构推力：执行机构提供的净力，
用来对阀芯进行实际定位，也称为阀门
行程。
角形阀：一种阀门结构，它的一个入口
和出口相互垂直。（也可见直通阀。）
图 1.4 角形阀
波纹管密封型阀盖：使用波纹管来防止
截流元件连接杆周围泄漏的一种阀盖。
见图 1.5。
阀盖：阀门的包含填料函和阀杆密封并
能对阀杆进行导向的部分。它为阀腔提
供主要的开孔以安装内部零件，也可以
是阀体的一个不可分割的部分。它把执
行机构连接到阀体上。典型的阀盖与阀
体是用螺栓连接的、用螺纹旋入的、用
焊接连接的、用压力密封的、或者集成
不可分隔的。这个术语通常指的是阀盖
及其包含的填料零件。更加准确地说，
这一组零部件应该称为阀盖组件。
阀盖组件
称为阀盖组件）
（通常称为阀盖，更加准确地
：一个组件，包括阀杆
可以在其中运动的零件以及防止阀杆周
围泄漏的密封形式。它通常提供安装执
行机构和装入填料组件的方法，并使得
阀芯与控制阀组件的其余部分保持正确
定位。见图 1.6。
16
1. 阀盖
1
2
3
4
5
图 1.5 波纹管密封型阀盖
1
2
3
4
图 1.6 阀盖组件
2. 填料
3. 填料函
4. 波纹管
5. 阀杆
1. 阀盖
2. 填料
3. 填料函
4. 阀杆
底法兰：一个封闭与阀盖开孔相对的阀
体开孔的零件。它包括一个导向轴套或
用来调换阀门的作用方式。
轴套：支持及（或）导向移动零件如阀
杆和阀芯的装置。
阀笼：阀内件的一个零件，它包容截流
元件并能规定流量特性及（或）提供座
合表面。它也提供了稳定性、导向、平
衡和对中性，而且有助于其它阀内件零
件的组装。阀笼壁包含通常决定控制阀
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
流量特性的开孔。见图 1.7。
截流元件：阀门的可运动部件，它置于
流体通道中，用来调节通过阀门的流
量。
截流元件导向面：截流元件的一部分，
它使得截流元件在阀笼、阀座环（阀口
导向）、阀盖、底法兰、阀杆或以上任
意两个零件里运动。
气缸：活塞执行机构的气室，活塞在其
中运动。
气缸端盖密封：活塞执行机构气缸与
支架的连接处的密封元件。
膜片：一个活动的把力传递给膜片支
撑板和执行机构推杆的压力响应元
件。
薄膜执行机构：一个流体驱动的装
置，其中的流体（通常是压缩空气，
见负载压力）作用在一个活动的部
件，即膜片上以产生力，从而推动截
流元件。
膜盖：包含上下两个部分的壳体，用
来支撑膜片并建立一个或两个气压
室。
膜片支撑板：与膜片同心的用来把力
传递给执行机构推杆的板。
正作用执行机构：一种执行机构，它
的推杆会随着负载压力的增加而伸出
来。见图 1.9。
伸长型阀盖：一种阀盖，填料函与阀
盖法兰之间的距离较长，用于高温或
低温工况。
图 1.7 阀笼（从左到右）：线性、等百分比、快开
17
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
图 1.8 三通直通阀
直通阀：一种阀门，带线性运动的截
流元件，有单阀口或多阀口，它的阀
体因为阀口区域有一个球形的内腔而
与众不同。直通阀可以进一步分为：
二通单阀口（图 1.3）、二通双阀口、
角形、三通（图 1.8）。
负载压力：流体，通常是压缩空气，施
加在气动执行机构中的膜片或活塞上。
补偿式阀门：一种阀门结构，在不同的
但互成 180 度的对立面上有入口和出口
管线连接。
填料函（组件）：阀盖组件的一部分，
用来防止截流元件连接杆周围的泄漏。
包括在完整的填料函组件里的是下列零
部件的部分或全部的组合：填料、填料
压盖、填料螺母、套环、填料弹簧、填
料法兰、填料法兰双头螺栓或单头螺
栓、填料法兰螺母、填料环、填料隔离
圈环、毛毡隔离圈、Belleville 弹簧和抗
挤压环。见图 1.11。
活塞：一个可移动的把力传递给活塞执
行机构推杆的压力响应元件。
1
3
4
图 1.9 正作用执行机构
18
2
1. 负载压力连接
5
6
7
8
10
9
11
2. 膜盖
3. 膜片
4. 膜片板
5. 执行机构弹簧
6. 执行机构推杆
7. 弹簧座
8. 弹簧调节器
9. 阀杆连接件
10. 阀杆
11. 支架
1
2
3
4
6
图 1.10 活塞式执行机构
5
1. 负载压力连接
2. 活塞
3. 活塞密封
4. 气缸
7
5. 气缸端盖密封
6. 密封轴套
7. 阀杆连接件
活塞式执行机构：一个流体驱动的装
置，其中的流体（通常是压缩空气）作
用在一个可移动的活塞上使执行机构推
杆产生运动，并在关闭时提供座合力。
活塞式执行机构可以分为：双作用式，
可在任一方向上产生最大的驱动力；或
者弹簧复位式，因此在失去气源时，执
行机构会使阀门沿着要求的行程方向移
动。见图 1.10。
阀口：控制阀的流量控制口。
保持环：一个用来把可拆卸法兰保持在
阀体上的分体环。
反作用执行机构：一种执行机构，它的
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
推杆会随着负载压力的增加而退回来。
反作用执行机构有一个密封轴套安装在
支架的上端，以防止负载压力沿着执行
机构推杆泄露。见图 1.12。
橡胶套：一个防止破坏性异物进入活塞
执行机构的密封轴套的保护性装置。
密封轴套：用来提供一种防止活塞执行
机构气缸泄漏方式的上、下轴套。合成
橡胶 O 型圈被用在轴套里，以密封气
缸、执行机构推杆和执行机构推杆加长
轴。
阀座：截流元件与它的配合表面相接触
的区域，它实现阀门的关闭。
阀座负载：在规定的静态条件下，截流
元件与阀座之间的净接触力。实际上，
对于一个给定的控制阀，执行机构的选
择就是以需要多大的力来克服静态、阀
杆和动态不平衡力，并留有一个余量给
阀座负载为基础的。
阀座环：阀体组件的一个零件，它为截
流元件提供座合表面，并成为流体控制
口的一部分。
可拆卸法兰：一个安装在阀体流通口上
的法兰。它通常被一个保持环保持在其
位置上。
弹簧调整件：一个管件，通常旋拧在执
行机构推杆上或旋入支架里面，以调整
弹簧压缩量（见控制阀的功能和特性术
语中的弹簧设定范围）。
弹簧座：一块板，保持弹簧到位并提供
图 1.11 填料
1
2
3
4
5
6
7
8
3
4
5
9
PTFE 填料
1. 上擦拭圈
2. 填料压盖
3. 凹填料环
4. V 形环
5. 凸填料环
6. 套环
7. 垫片
8. 弹簧
9. 函环/下隔离圈
1
2
4
1
3
1
2
1
石墨填料
1. 石墨丝环
2. 复合石墨填
料环
3. 隔套环
4. 镀锌垫片
4
4
19
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
一个让弹簧调整件接触的平面。
静态不平衡力：在规定的压力条件下，
且流体处于静止状态时，由于流体压力
作用在截流元件和阀杆上而产生的净
力。
阀杆连接件：把执行机构推杆连接到阀
杆上的装置。
阀内件：调节受控流体流量的阀门内部
组件。在直通阀体里，阀内件通常包括
截流元件、阀座环、阀笼、阀杆和阀杆
销钉。
阀内件，软阀座：带有弹性、塑性或其
它易变形材料的阀内件，用在截流部件
或者阀座环里，以用最小的执行机构力
取得严密的关闭。
阀体：阀门的主要的压力承受腔。它也
提供管道连接端和流体流通通道，并支
撑阀座表面和阀门截流元件。最常用的
阀体结构有：a) 带一个阀口和阀芯的单
阀口阀体；b) 带二个阀口和一个阀芯的
双阀口阀体；c) 带一个入口和一个出口
二个流体连接端的二通阀体；d) 带三个
流体连接端的阀体，其中二个连接端可
以是入口，而一个是出口（用于混合流
体），或者一个连接端是入口，而二个
是出口（用于分散流体）。术语阀体通
常指的是带有阀盖组件和包含阀内件零
部件的阀体。更加准确地说，这一组部
件应该称为阀体组件。
阀体组件
准确地称为阀体组件）
（通常称为阀体或阀门，更加
：一个阀体、阀
盖组件、底法兰（如使用）和阀内件元
件的组合件。阀内件包括截流元件，它
打开、关闭或部分地阻挡一个或多个阀
口。
阀芯：在直行程阀门中，一个经常指代
截流元件的术语。
阀杆：直行程阀门里，连接执行机构推
杆和截流元件的零件。
支架：把执行机构的动力单元刚性地连
接到阀门上的结构。
1.3 旋转式控制阀术语
下面的术语仅适用于配备薄膜或活塞执
行机构的旋转式控制阀的物理和工作特
3
4
1
6
图 1.12 反作用执行机构
20
1. 负载压力连接
2. 膜盖
3. 膜片
2
4. 膜片板
5
7
8
10
11
9
12
5. 密封轴套
6. 执行机构弹簧
7. 执行机构推杆
8. 弹簧座
9. 弹簧调节器
10. 阀杆连接件
11. 阀杆
12. 支架
性。旋转阀设计中的截流元件（即球
体、阀板、偏心球塞等）具有与直行程
控制阀中的阀芯类似的功能。也就是
说，随着它们的旋转，它们会通过对流
体打开或关小的密封面积来改变流束的
大小和形状。尽管本文中也提到了一些
其它通用术语，但是大部分符合控制阀
术语 ISA S75.05。与执行机构有关的一
些术语，也适用于旋转式控制阀。对于
一些较复杂的术语，本手册提供了附加
的解释。在本章接下来的部分中，将对
一般过程控制、控制阀的功能和特性术
语进行定义。
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
图 1.14 部分球
V 形切口球：最常见的部分球控制阀类
型。V 形切口球包括一个抛光的或涂层
的部分球表面，它紧靠阀座环在全行程
范围内作旋转运动。在球上的 V 形切口
可以实现很高的可调比，并提供一个等
百分比的流量特性。
图 1.13 旋转式控制阀
执行机构杠杆：连接到旋转阀阀轴上的
臂。它把执行机构推杆的线性运动转换
成旋转力（扭矩），以定位旋转式阀门
的阀板或球。这根杠杆正常是通过间隙
很小的花键或其它减小空隙和运动损失
的方法连接到旋转式阀轴上的。
全球：旋转式控制阀的流体控制元件。
它使用一个完整的球并带有一个通过它
的流体通道。流体通道与管道直径相等
或相一致。
部分球：旋转式控制阀的流体控制元
件。它使用一个部分球并带有一个通过
它的流体通道。
图 1.15 V 形切口球
传统阀板：用于最常见的各种各样的蝶
阀里的对称的截流元件。在调节工况
里，非常高的动态力矩往往会把传统阀
板限制在 60 度的最大转角里。
动态设计的阀板：蝶阀阀板经过流线型
轮廓处理，可减小大旋转角度增量时的
动态力矩，因此使得它适用于需要最大
至 90 度的阀板旋转角的调节工况。
偏心阀板：阀门结构常用名词，在这种
阀门结构里，阀轴与阀板连接的偏心位
置会使得阀板在打开时沿着一条很小的
偏心路径运动。这使得阀板在被打开时
能够尽可能快地偏离与密封的接触，这
样可以减少摩擦和磨损。
21
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
图 1.16 偏心蝶阀
无法兰阀门：常见的旋转式控制阀类
型。无法兰阀门用长螺栓夹在 ANSI/ASME
等级的法兰之间（有时候也称为对夹式
阀体）。
偏心球塞：带偏心旋转球塞的旋转式控
制阀类型。偏心球塞会塞进或偏离阀
座，可以减少摩擦和磨损。此类阀门非
常适合于侵蚀性的应用场合。
反向流：流体从阀板、球或球塞背面的
阀轴一侧流出。有些旋转式控制阀能够
在任意一个方向上均衡地处理流体。其
它类型的旋转阀可能需要修改执行机构
的连接件以处理反向流。
万向轴承：通常用于执行机构推杆与执
行机构杠杆之间的连接。其目的是促进
执行机构线性推力向旋转力（扭矩）转
换，并尽可能减少运动损失。在旋转式
阀体上配备一个标准的可互换作用方向
的执行机构，通常需要使用两个万向轴
承的连接件。然而，选择为旋转式阀门
工况而特别设计的执行机构时只需要一
个这样的轴承，因而减少了运动损失。
旋转式控制阀：一种阀门类型，它的流
体截流元件（全球、部分球、阀板或球
塞）在流体通道里旋转，以控制阀门流
量。见图 1.17。
密封环：旋转式控制阀的对应于直通阀
阀座环的那个零件。阀板或球的相对于
密封环的位置决定了在某个旋转行程增
量时的流通面积和流通能力。
阀轴：旋转式控制阀的对应于直通阀阀
杆的那个零件。阀轴的旋转对流体通道
里的阀板或球进行定位，因此可以控制
通过阀门的流体流量。
滑动密封：气动活塞式执行机构气缸下
面的密封，为旋转式阀门工况而设计。
这个密封允许执行机构推杆垂直移动和
周向旋转，而不会使得下气缸负载压力
泄放，因此仅需一个万向轴承。
标准流向：带有独立的密封环或流体环
的那些旋转式控制阀的流动方向：流体
通过与密封环相邻的管道进入阀体并从
与密封环相对的另一端流出。有时候称
为前向流或流向截流元件的正面。也可
见“反向流”。
枢轴式安装：一种安装方式，用二个在
直径方向相对的轴承把阀板或球安装在
阀轴或短轴上。
1.4 控制阀的功能和特性术语
弹簧设定范围：在执行机构弹簧的校准
程序中，使控制阀达到额定行程的压力
范围（见固有膜片压力范围）。
流通能力：在规定条件下通过阀门的流
量（C
或 Kv）。
v
间隙流：当截流元件没有完全座合时低
于最小可控流量的那个流量。
膜片压力范围：膜片负载压力范围高低
值之差。
双作用执行机构：在任意一个方向上都
可以提供气动、液压或电力动力的执行
机构。
动态不平衡力：由于过程流体压力的作
用，在任何规定的开度下，在阀芯上产
生的净力。
有效面积：在执行机构里，有效面积是
产生输出力的那部分膜片或活塞面积。
膜片的有效面积可能会随着它的运动而
改变，通常在行程的开始时为最大，而
在行程的末尾时为最小。模压膜片比平
板膜片有较小的有效面积改变，因此推
荐使用模压膜片。
22
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
失气 - 关闭：这样一种状态：当失去驱
动能源时，阀门截流元件移至关闭位
置。
失气 - 打开：这样一种状态：当失去驱
动能源时，阀门截流元件移至打开位
置。
失气 - 安全：阀门及其执行机构的一种
特性：在驱动能源供应中断时，会使得
阀门截流元件移至全闭、全开、或留在
上次的位置，任何一种位置都被认为是
保护工艺过程及设备所必需的。失气 －
安全作用方式可能需要采用连接到执行
机构上的辅助控制。
流量特性：当百分比额定行程从 0 变化
到 100% 时，流经阀门的流量与百分比
额定行程之间的关系。这个术语应该总
是表述为固有流量特性或安装流量特性
（见过程控制术语一节的定义）。
流量系数（C
）：一个与阀门的几何结
v
构有关的、对于一个给定行程的常数，
可用来衡量流通能力。它是在每平方
英寸 1 磅的压降下，每分钟流过阀门的
16°C (60°F) 水的美国加仑数。
高压力恢复阀门：一种阀门结构，由于
流线型的内部轮廓和最小的流体紊流，
它会分散相对少的流体能量。因此，在
阀门缩流断面下游的压力会恢复到入口
压力的一个很高的百分比值。直流通式
阀门，如旋转式球阀是典型的高压力恢
复阀门。
固有模片压力范围：阀体内压力为大气
压时，作用于膜片以产生额定阀芯行程
的压力高和低值。这个范围通常指的是
弹簧设定值范围，因为当阀门被设定在
该工作范围上时，这个范围将是阀门的
动作范围。
固有流量特性：在经过阀门的压降恒定
时，随着阀门从关闭位置运动到额定行
程，流速与截流元件行程之间的关系。
安装膜片压力范围：在阀体承受规定的
工况下，作用于膜片以产生额定阀芯行
程的压力高和低值。由于作用在截流元
件上的力，固有膜片压力范围可能会不
同于安装膜片压力范围。
安装流量特性：当经过阀门的压降受到
变化的过程工况影响时，随着阀门从关
闭位置运动到额定行程，流量与截流元
件位置之间的关系。
低压力恢复阀门：一种阀门结构，由于
流体通道轮廓产生的紊流，它会分散很
13
14
图 1.17 旋转式控制阀
1
3
5
11
8
10
12
9
2
4
6
7
1. 负载压力连接
2. 膜盖
3. 膜片
4. 膜片板
5. 弹簧
6. 执行机构推杆
7. 连杆
8. 阀轴
9. 行程限位器
10. 填料
11. 阀板
12. 阀体
13. 密封件
14. 密封护圈
23
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
大一部分的流体能量。其结果是，在阀
门缩流断面下游的压力会恢复到比带有
更多流线型通道的阀门更小的一个入口
压力百分比值。尽管每个阀门结构不尽
相同，但是普通的直通阀通常有低的压
力恢复能力。
修正的抛物线流量特性：一种流量特
性，它在截流元件的低位行程处提供等
百分比的特性，而在截流元件的高位行
程处提供线性特性。
常关阀：见“失气 － 关闭”。
常开阀：见“失气 － 打开”。
向下推关闭 (PDTC) 结构：一种直通式
阀门结构，它的截流元件位于执行机构
和阀座环之间，这样执行机构推杆的推
出会将截流元件移向阀座环，最后关闭
阀门。该术语也可用于旋转式阀门结
构。在旋转式阀门结构里，执行机构推
杆的线性伸出会将球或阀板移向关闭位
置。（也称为正作用。）
向下推打开 (PDTO) 结构：一种直通式
阀门结构。它的阀座环位于执行机构和
截流元件之间，这样执行机构推杆的推
出会将截流元件从阀座上移开，因此打
开阀门。该术语也可用于旋转式阀门结
构。在旋转式阀门结构里，执行机构推
杆的线性伸出会将球或阀板移向打开位
置。（也称为反作用）。
可调比：与指定的流量特性的偏差不超
过规定的限制时，最大的流量系数（C
或 K
）与最小的流量系数（Cv 或 Kv）之
v
间的比例。当流量增加到 100 倍最小可
控制流量时，一个仍然能够很好地控制
的阀门就有一个 100∶1 的可调比。可
调比也可表示为最大与最小可控制流量
之间的比例。
额定流量系数（C
的流量系数（C
）：额定行程下阀门
v
）。
v
额定行程：阀门截流元件从关闭位置运
动至额定全开位置的距离。额定全开位
置是由制造商推荐的最大开度。
相对流量系数（C
）：指定行程时的流
v
量系数 (C
(C
) 之间的比例。
v
) 与额定行程时的流量系数
v
阀座泄漏量：当阀门在规定的压差和温
度下处于全闭位置并被施加了最大可用
阀座负载时，流经阀门的流体量。
弹簧系数 (K
)：弹簧长度每单位改变时
s
弹簧力的改变。在薄膜执行机构控制阀
里，弹簧系数通常用磅力/英寸压缩量
来表示。
缩流断面：流速最大、流体静压和截面
积最小处的那部分流束。在一个控制阀
里，缩流断面通常位于实际的物理限制
的下游。
1.5 过程控制术语
与控制阀、仪表和附件有联系的人经常
会碰到下面一些以前没有定义过的术语
和名词。有些术语（用 * 表示）摘录自
ISA 标准：过程仪表术语，
它包括的术语也被广泛运用于整个控制
阀工业。
附件：一种安装在控制阀组件上的装
置，用于补充各种功能或产生所需的动
作，尤其是致动。（即定位器、供气压
力调节器、电磁阀、限位开关等）。
执行机构*：一个提供力和运动去打开
或关闭阀门的气动、液动或电动装置。
执行机构组件：一个包括所有相关附件
使其成为完整操作单元的执行机构。
v
ANSI: 美国国家标准组织的缩写。
API: 美国石油组织的缩写。
ASME: 美国机械工程师学会的缩写。
ASTM:表示美国测试和材料学会。随着
该组织成为国际化组织，该名称改为
ASTM 国际组织。因此，
缩写。
自动控制系统*：一种不需要人工干预
就能工作的控制系统。
空程：一种死区形式，是由装置输入改
ISA51.1。其
ASTM 不再是
24
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
变方向时，装置输入和输出之间的暂时
中断引起的。（例如：机械连接的松弛
或脱落）。
Bode 图
*：一幅转换函数的在对数基线
上的对数幅度比例和相位角度值图。这
是图形化表示频率响应数据的最常见形
式。
校验曲线*：校验结果的图形化表示。
一个装置的稳态输出表示为它的稳态输
入的函数。该曲线通常以百分比的输出
量程对百分比的输入量程的形式来表
示。
校验循环*：在仪表的量程范围内，在
上升然后下降的方向上，使用被测量变
量的已知值，并记录相应的输出读数
值。校验循环曲线可以通过先增加然后
减小装置的输入而获得。它通常以百分
比的输出量程对百分比的输入量程的形
式来表示。它提供回差的一种测量。
流通能力*（阀门）：在额定工况下通
过阀门的流量（C
）。
v
闭环回路：过程控制组件的互连使得关
于过程变量的信息被连续地反馈到控制
器设定点，以对过程变量提供连续的自
动校正。
截流元件：阀门内部元件（包括球塞、
阀板，部分球或全球），用于调节控制
阀内的流量。
控制器：使用固定算法，自动操作以调
节被控变量的装置。控制器输入接收有
关过程变量状态的信息，然后向终端控
制元件提供适当的输出信号。
控制回路：见闭环回路或开环回路。
控制范围：控制阀可以将阀门增益维持
在 0.5 和 2.0 的标准值之间的阀门行程
范围。
控制阀组件：一种用于通过改变流通通
道尺寸来调节流体流通的装置，其接收
来自控制器的信号以进行工作。
死区：一种可在任何装置上发生的普遍
现象，在此范围内，当输入信号在方向
反转时发生变化，不会引起输出信号产
生可观察到的变化。对于控制阀，控制
器输出 (CO) 是阀组件的输入，过程变量
(PV) 是输出，如图
1.18 所示。使用术
语“死区”时，必须确定输入和输出变
量，并且确保测量死区的任何测试在全
部负载条件下进行。死区通常表示为百
分比的输入量程。
100%
过程变量
Process Variable
100%
控制器输出
Controller Output
图 1.18 死区
时滞时间：在较小（通常为 0.25％ - 5％）
阶跃输入后，未检测到系统响应的时间
间隔 (T
)。此时间即从阶跃输入启动到
d
检测出系统的第一个响应。时滞时间可
适用于阀门组件或整个工艺过程。见
T63。
焓：一个热动态量，它是阀体的内部能
量和其体积与压力之积的和：H = U + pV。
（也称为热容量）。
熵：在一个热动态系统里，不能转化为
机械功的能量的理论量度。
等百分比流量特性*：一种固有的流量
特性，额定行程的等量增加会在理想情
况下产生相对于现有 C
的流量系数 (Cv)
v
的等百分比变化。
反馈信号*：测量直接的被控制变量而
得到的返回信号。对于一个带定位器的
控制阀，反馈信号通常是反馈给定位器
的截流元件连接杆位置的机械指示。
FCI：流体控制组织的缩写。提供标准
和培训材料，帮助购买者和用户掌握相
关知识及使用流体控制和调节设备。
终端控制元件：执行由控制器输出确定
25
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
的控制策略的装置。虽然该终端控制元
件有多种形式（阻尼器、开/ 关装置
等），但当今工业中最常见的终端控制
元件是控制阀组件。控制阀调节流动的
流体（即气体、蒸汽、水、化合物等）
以补偿负载扰动并使调节的过程变量保
持尽可能接近所需的设定点。
一阶：描述装置输入和输出之间的动态
关系的一个术语。一阶系统或装置仅具
有一个能量存储设备，并且输入和输出
之间的动态瞬态关系是由指数行为表征
的。
频率响应特性*：以幅度和相位表示的
稳态正弦输入及其引起的基本正弦输出
之间的频率依赖关系。输出的幅度和相
位移动可以被看作输入测试频率的函
数，并用来描述控制装置的动态行为。
摩擦：倾向于阻止彼此接触的两个表面之
间的相对运动的力。摩擦力是将这两个表
面压在一起的法向力和两个表面的特性的
函数。摩擦力有两种：静摩擦和动摩擦。
静摩擦（也称为黏附摩擦或静态摩擦）是
在两个表面之间产生相对运动之前必须克
服的力。静摩擦也是造成阀组件中死区的
主要原因之一。一旦相对运动开始，动摩
擦（也称为移动摩擦或滑动摩擦）是维持
相对运动必须克服的力。
增益：用于描述给定系统或装置的输出
改变量相对于引起该输出改变量的输入
改变量比例的术语。增益有两种：静态
增益和动态增益。静态增益（也称为灵
敏度）是输入和输出之间的增益关系，
是系统或装置处于稳态状态时，输入能
够引起输出改变的程度的指标。动态增
益是系统处于运动或流动状态时输入和
输出之间的增益关系。动态增益是输入
频率或变化率的函数。
硬度：金属抵抗塑性变形（通常以凹陷
形式）的能力。塑料和橡胶的抵抗尖头
刺入其表面的能力。
振荡*：外部激励消失之后，仍然存在
的一种具有明显幅度的振动。振荡有时
候被称为循环或极限循环。振荡是在或
接近稳定极限处工作的证据。在控制阀
里，控制系统或阀门定位器的不稳定会
引起执行机构负载压力的波动，振荡会
随之而出现。
回差*：校准周期内任何单个输入对应
的值的最大输出值差异，不包括死区引
起的误差。当作用在阀体上的力发生变
化时（如黏性力或内部摩擦力），作用
的延迟。
100
快开
线性
额定流量系数 (%)
Rated Flow Coefficient (%)
0
图 1.19固有阀门特性
额定行程 (%)
Rated Travel (%)
等百分比
100
固有特性*： 在经过阀门的压降恒定
时，随着阀门从关闭位置运动到额定行
程，流量系数与截流元件行程之间的关
系。通常，这些特性可以绘制在曲线
上，其中水平轴以百分比行程表示，垂
直轴用百分比流量（或 C
）表示。由于
v
阀门流量是阀门行程和阀门压降的函
数，因此在恒定压降下进行的流量特性
测试提供了一种比较阀门特性类型的系
统方法。用这种方式测得的典型阀门特
性有线性、等百分比和快开。
固有阀门增益：在恒定压降条件下，通
过阀门的流量改变量相对于阀门的行程
改变量的比例。固有阀门增益是阀门设
计的固有函数。它等于固有特性曲线在
任意行程点上的斜率，也是阀门行程的
函数。
安装特性*：当通过阀门的压降受到变
化的过程工况影响时，随着阀门从关闭
位置运动到额定行程，流量与截流元件
（阀板）行程之间的关系。
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控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
安装阀门增益：在实际过程工况下，通
过阀门的流量改变量相对于阀门行程改
变量的比例。安装阀门增益是当阀门安
装在特定系统中，且压力降允许根据总
系统的指令而自然改变时产生的阀门增
益关系。安装阀门增益等于安装特性曲
线的斜率，也是阀门行程的函数。
仪表压力：由一个自动控制器提供的用
来使阀门工作的输出压力。
I/P：电流转压力 (I-to-P) 的简写。通常
应用于输入转换器模块。
ISA：国际自动化学会的缩写。
线性度*：与两个变量相关的一条曲线
与一条直线的接近程度。线性度也意味
着相同直线作用于向上和向下方向。因
此，上面所定义的死区通常被认为是非
线性的。
线性特性*：固有的流动特性，可以用
一条直线在流量系数 (C
) 相对于额定行
v
程的矩形图上表示出来。因此，行程的
等量增加提供流量系数 C
的等量增加。
v
负载压力：对气动执行机构进行定位的
压力，是实际作用在执行机构膜片或活
塞上的压力。如果没有使用阀门定位
器，负载压力可以是仪表压力。
控制回路：见闭环回路或开环回路。
回路增益：所有回路元件被看作串联在
回路里时的组合增益。有时也称为开路
增益。必须明确指明在某个频率下是静
态回路增益还是动态回路增益。
手动控制：见开环回路。
NACE: 曾代表美国腐蚀工程师协会。随
着该组织成为国际化组织，该名称改为
NACE 国际组织。因此，
NACE 不再是缩
写。
开环回路：这样一种情况：过程控制元
件的连接被中断，这样，过程变量的信
息不再被反馈到控制器设定点，对过程
变量的校正也不再进行。这通常是通过
将控制器设置于手动操作状态来实现
的。
工作介质：这是指流体，通常为空气或
气体，用来为阀门定位器和自动控制器
的工作提供动力。
工作极限*：一个装置能够承受而不会
导致工作特性永久性损害的工作条件范
围。
OSHA：职业安全和健康法令（美国）
的缩写。
填料：阀门组件的一个部件，用来防止
阀板或阀杆周围的泄漏。
定位器：一个位置控制器（伺服机构），
其与终端控制元件或其执行机构的运动
部件进行机械连接，并自动调节其到执
行机构的输出，以保持与输入信号成比
例的所需阀门位置。
过程：除控制器外，控制回路中的所有
组合元件。有时指的是通过回路的流
体。
过程增益：被控过程变量的改变量对于
相应的控制器输出改变量的比例。
过程偏差度：衡量过程是如何被紧密地
控制在设定点周围的一种精确的统计学
测量。过程偏差度通常以百分比定义为
(2s/m)，式中 m 是被测过程变量的设定
点或平均值，s 是过程变量的标准偏差。
快开 (QO) 特性*：一种固有流量特性，
在截流元件最小的行程下可以获得最大
的流量系数。
范围：二个极限之间的区域，其间距可
以被测量、接受、或传递，并用上下范
围值来表示。例如：3 至
15 Psi；-40 至
100°C（-40 至 212°F）。
放大器：一种作用类似于功率放大器的
装置。它接受电气、气动或机械输入信
号，并向执行机构输出大流量的空气或
液压流体。放大器可以是定位器的内部
元件，也可以是单独的阀门附件。
可重复性*：在全部行程范围内，沿着
相同的方向，在相同的工作条件下，对
于相同的输入值，一系列连续的输出测
量值的接近程度。它通常是作为不可重
27
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
复性来测量的，但以百分比量程来表
示。它不包括回差。
分辨率：当输入不改变方向时用来产生
一个能检测到的输出变化所需要的最小
可能的输入变化。分辨率通常表示为百
分比的输入量程的百分比。
响应时间：通常由一个包括时滞时间和
时间常数的参数来测量。（见 T63、时
滞时间和时间常数。）应用于控制阀
时，包括整个阀门组件。
二阶：一个术语，指的是一个装置的输
入和输出之间的动态关系。一个二阶系
统或装置有两个能量存储装置，它们可
以在它们之间来回传递动能和势能，这
样可能会引发振荡行为或超调。
敏感性*：在达到稳定状态后，输出幅
度的改变与引起该改变的输入改变之间
的比例。
传感器：一种用于检测过程变量值并向
变送器提供相应输出信号的装置。传感
器可以是变送器的集成部分，也可以是
单独的元件。
设定点：一个参考值，代表被控过程变
量的期望值。
阀轴扭转：阀轴一端扭转而另一端不扭
转的现象。这种现象通常发生在旋转式
阀门中，其中执行机构通过一根相对长
的阀轴连接到阀门截流元件上。当阀门
的密封摩擦力将阀轴的一端保持在某一
个位置时，执行机构端的阀轴的旋转被
阀轴的扭转所吸收，直到执行机构的输
入传递足够的力来克服这个摩擦力。
信号*：一个物理变量，它的一个或多
个参数携带关于该信号所代表的另外一
个变量的信息。
信号幅度排序（分程）*：一种动作方
式，其中有二个或更多个信号产生，或
者有二个或更多个终端控制元件被一个
输入信号驱动，每一个终端控制元件连
续地、带或不带重叠对该输入信号的幅
值作出响应。
选型（阀门）：一种系统流程，旨在确
保在一系列特定过程工况的每种条件下
都拥有正确的阀门流通能力。
量程*：上下范围值的算术差。例如：
范围 =0 至 66°C (150°F)，量程 = 66°C
(150°F)；范围 = 3 至 15 Psig，量程 = 12
Psig。
静摩擦：使两个接触的物体开始相对运
动需要的力。另见摩擦。
气源压力*： 一个装置供气口处的压
力。常用的控制阀气源压力值对于 3 至
15 Psig 的弹簧设定范围为 20 Psig，对
于 6
至 30 Psig 的弹簧设定范围为 35
Psig。
T63：一个测量装置响应的指标。通过
向系统应用小的（通常 1-5%）阶跃输入
即可测量 T63。从启动阶跃输入的时间
到系统输出达到最终稳态值的 63% 的时
间即是 T63。它是系统时滞时间 (Td) 和
系统时间常数 (t) 的总和。（见时滞时
间和时间常数。）
时间常数：通常应用于一阶元件的时间
参数。它是从系统产生第一个相对于小
阶跃输入（通常为 0.25% - 5%）的能检
测到的响应时起一直到系统输出达到其
最终稳态值的 63% 时的时间间隔。（见
T63。）当应用于开路过程时，时间常
数通常表示为“T”(T
au)。当应用于闭
路系统时，时间常数通常表示为为 λ
(Lambda)。
变送器：一个测量过程变量值并提供一
个相应的输出信号给控制器以跟设定点
进行比较的装置。
行程*：截流元件从关闭位置到一个中
间或额定全开位置的运动。
行程指示器：一个指针和标尺，用于从
外部显示截流元件的位置，通常以行程
百分比或旋转度等为单位。
阀内件*：调节被控制流体流量的阀门
内部部件。
阀门：见控制阀组件。
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流量放大器：一种独立放大器，通常被
称为流量放大器或简称放大器，因为它
增加或放大了供给执行机构的压缩空气
量。见放大器。
零误差*：当输入为低范围值时，一个
装置在规定的使用条件下的误差。它通
常表示为百分比的理想量程。
控制阀手册 | 第一章 控制阀介绍
29
第二章
控制阀的性能
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