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气动阀门定位器的工作原理主要是当输入信号增大时，即4-20MA信号增加时，力矩马达产生电磁场，挡板受电磁场力远离喷嘴。喷嘴和挡板间距变大，排出先导阀内部的线轴上方气压。受其影响线轴向右边移动，推动挡住底座的阀芯，气压通过底座输入到执行机构。
随着执行机构气室内部压力增加，执行机构推杆下降，通过反馈杆把执行机构推杆的位移变化传达到滑板。这个位移变化又传达到量程反馈杆，拉动量程弹簧。当量程弹簧和力矩马达的力保持平衡时，挡板回到原位，减小与喷嘴间距。随着通过喷嘴排出空气量的减小，线轴上方气压增加。线轴回到原位，阀芯重新堵住底座，停止气压输入到执行机构。当执行机构的运动停止时，定位器保持稳定状态。
总之，阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。
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