Устройство автоматической системы управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командной информацией, называется исполнительным устройством. Оно предназначено для изменения притока или расхода вещества либо энергии и приближения регулируемой величины к заданному значению. Исполнительные устройства состоят из пневматического, электрического или гидравлического исполнительного механизма и регулирующего органа. В химической промышленности в автоматических системах часто используют пневматические мембранный и поршневой исполнительные механизмы, а в качестве регулирующих органов – регулирующий клапан и заслонку.
Наибольшее распространение получил пневматический мембранный исполнительный механизм (рис. III-19, а), выполненный из прорезиненной мембраны, зажатой между двумя крышками так, что в верхней части образуется герметически закрытая полость. Снизу через жесткий центр, связанный со штоком, мембрана опирается на пружину. Сжатый воздух от автоматического регулятора направляется в верхнюю полость над мембраной и перемещает ее вместе со штоком вниз. При этом пружина сжимается и уравновешивает усилие, действующее на мембрану сверху. Перемещение штока передается на регулирующий орган. В отличие от мембранного, в поршневом пневматическом исполнительном механизме (рис. III. 19,б) сжатый воздух от регулятора подается в цилиндр и перемещает поршень со штоком и регулирующий орган.
Схемы регулирующих органов показаны на рис. III-20. В регулирующем клапане шток исполнительного механизма жестко связан с затвором (рис. 111-20, а). При перемещении последнего относительно седла изменяется проходное сечение и соответственно расход вещества, проходящего через регулирующий орган. В заслоночном регулирующем органе (рис. Ш-20, б) шток привода через рычаг, соединенный с осью, вращает заслонку, которая изменяет расход вещества.
Исполнительное устройство, состоящее из пневматического мембранного исполнительного механизма и регулирующего органа, называют пневматическим регулирующим клапаном (рис. III-21).
По виду запорпого устройства пары затвор – седло пневматические регулирующие клапаны делят на односедельные и двухседельные. Первые имеют неуравновешенный затвор, так как на него действует выталкивающая сила среды, и поэтому применяются в исполнительных устройствах малых размеров при низких давлениях среды. Вторые имеют уравновешенный затвор и используются в исполнительных устройствах больших размеров и при высоких давлениях среды.
Рис. III.19. Схемы мембранного (а) и поршневого (б) исполнительных механизмов: 1- шток; 2 — пружина; 3 — мембрана; 4 — поршень.
Рис. Ш-20. Схемы регулирующих органов:
о - одкоседельного; б— заслоночного; 1 — корпус; 2 — затвор; 3 — шток; 4 — заслонка.
Рис. Ш-21. Схемы пневматических регулирующих клапанов:
а — нормально открытого (НО): б – нормально закрытого (НЗ); 1 – корпус; 2 – затвор; 3 — шток; 4 — пружина; 5—мембрана.
При расчете АСР пневматический регулирующий клапан представляют апериодическим звеном 1-го порядка.
Динамическая характеристика где Т-время зависит от жесткости, Q-величина потока K-величина усиления, Р - давления воздуха.