Verständnis der Ventilpositionierer in diesem Artikel

Ventilsteller (Ventilregler) ist ein Gerät, das zur präzisen Steuerung und Regelung der Position eines Regelventils verwendet wird. Durch den Empfang von Eingangssignalen vom Regler passt er die Öffnung des Ventils auf den gewünschten Sollwert an und stellt so sicher, dass Prozessparameter (z. B. Druck, Temperatur, Durchflussrate usw.) innerhalb vorgegebener Bereiche bleiben. Steller spielen eine Schlüsselrolle in der industriellen Automatisierung und Prozesssteuerung und werden häufig in der Öl- und Gas-, Chemie-, Pharma-, Wasseraufbereitungs- und anderen Industrien eingesetzt.

Die Stielposition eines pneumatischen Regelventils steht in linearem Zusammenhang mit dem auf den Stellantrieb ausgeübten Luftdruck, da mechanische Federn dazu neigen, dem Hooke'schen Gesetz zu folgen, das besagt, dass die Federbewegung (x) direkt proportional zur ausgeübten Kraft (F=kx) ist. Die von einem pneumatischen Stellantrieb ausgeübte Kraft ist eine Funktion des Luftdrucks und der Kolben-/Membranfläche (F=PA), und die Feder komprimiert oder dehnt sich wiederum aus, wodurch eine gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft erzeugt wird. Das Endergebnis ist, dass der Stellantriebsdruck linear in die Stielbewegung (x=PA/k) umgesetzt wird.

1. Regelventil-Steller

Diese lineare und wiederholbare Beziehung zwischen pneumatischem Signalsignal und Stielposition gilt nur dann, wenn der Betätigungsmembran/-kolben und die Feder die einzigen Kräfte sind, die auf den Stiel wirken. Wenn eine andere Kraft auf den Mechanismus wirkt, ist die Beziehung zwischen Signalsignal und Stielposition nicht mehr ideal.

Leider wirken neben den Stellantriebskräften und Federreaktionskräften noch viele andere Kräfte auf den Stiel. Die Reibung der Stieldichtung ist eine dieser Kräfte, und die Reaktionskraft auf den Schieber, die durch den Differenzdruck im Schieberbereich verursacht wird, ist eine andere. Diese Kräfte kombinieren sich, um den Stiel neu zu positionieren, so dass der Stielweg nicht präzise mit dem Betätigungsfluiddruck zusammenhängt.

Eine gängige Lösung für dieses Dilemma ist das Hinzufügen eines Ventilstellers zur Regelventilanordnung. Ein Ventilsteller ist ein Bewegungssteuergerät, das die Stielposition aktiv mit einem Steuersignal vergleicht und den Stellantriebsmembran- oder Kolbendruck anpasst, bis die korrekte Stielposition erreicht ist:

Der Ventilsteller selbst ist im Wesentlichen ein Steuerungssystem: Die Stielposition des Ventils ist die Prozessvariable (PV), das Befehlssignal an den Steller ist der Sollwert (SP) und das Signal des Stellers an den Ventilantrieb ist die Stellgröße (MV) oder der Ausgang. Wenn also die Prozesssteuerung ein Befehlssignal an das mit einem Steller ausgestattete Ventil sendet, empfängt der Steller dieses Befehlssignal und wendet so viel oder so wenig Luftdruck auf den Stellantrieb an, wie erforderlich ist, um die gewünschte Stielposition zu erreichen. Somit „bekämpft“ der Steller jede andere Kraft, die auf den Ventilstiel wirkt, um eine klare, genaue Stielpositionierung gemäß dem Befehlssignal zu erreichen. Ein ordnungsgemäß funktionierender Steller stellt sicher, dass sich das Regelventil gemäß dem Befehlssignal „verhält“.

2. Beispiel für einen pneumatischen Ventilsteller

Das folgende Bild zeigt einen pneumatischen Fisher Model 3582 Steller, der auf einem Regelventil montiert ist. Der Steller ist eine graue Box mit drei Manometern auf der rechten Seite:

Ein Teil des Rückkopplungsmechanismus ist auf der linken Seite dieses Stellers zu sehen: eine Metallhalterung, die an der Stielverbindung befestigt ist und an einem Arm befestigt ist, der von der Seite des Stellers ausgeht. Jeder Regelventil-Steller muss mit einem Mittel zur Erfassung der Position des Stiels ausgestattet sein, andernfalls wäre der Steller nicht in der Lage, die Position des Stiels mit dem Befehlssignal zu vergleichen.

Ein modernerer Steller, der Fisher DVC6200 (wieder in einer grauen Box mit einem Manometer auf der rechten Seite), erscheint im nächsten Foto:

Wie der frühere Steller Model 3582 verwendet auch dieser DVC6000 eine Rückkopplungsverbindung auf der linken Seite, um die Position des Ventilstiels zu erfassen. Der neuere DVC6200 verwendet einen magnetischen Hall-Effekt-Sensor, um die Position eines am Stiel befestigten Magneten zu erfassen. Dieses nicht-mechanische Positionsrückkopplungsdesign eliminiert Spiel, Verschleiß, Störungen und andere potenzielle Probleme, die mit mechanischen Verbindungen verbunden sind. Eine bessere Rückkopplung ist entscheidend für eine bessere Ventilpositionierung.

Regelventil-Steller werden typischerweise so konstruiert, dass sie hohe Luftströme erzeugen und abgeben, so dass der Steller auch als Volumenverstärker850 fungiert. Infolgedessen gewährleistet der Steller nicht nur eine genauere Stielpositionierung, sondern auch schnellere Stielgeschwindigkeiten (kürzere Zeitverzögerungen) als Ventilantriebe, die direkt vom I/P-Sensor „angetrieben“ werden.

3. Ventil in Position

Ein weiterer Vorteil des Hinzufügens eines Ventilstellers zu einem pneumatischen Regelventil ist, dass das Ventil besser abdichtet (dicht schließt). Dieser Vorteil ist auf den ersten Blick nicht offensichtlich und erfordert daher eine gewisse Erklärung.

Zunächst muss verstanden werden, dass bei einem Regelventil der Kontakt zwischen Schieber und Sitz allein nicht ausreicht, um ein dichtes Schließen zu gewährleisten. Stattdessen muss der Schieber fest gegen den Sitz gedrückt werden, um den gesamten Durchfluss durch das Ventil vollständig zu unterbrechen. Jeder, der schon einmal den Griff eines undichten Wasserhahns (Gartenauslauf) angezogen hat, versteht dieses Prinzip intuitiv: Eine bestimmte Kontaktkraft ist zwischen dem Stopfen und dem Sitz erforderlich, um die beiden Teile leicht zu verformen, was zu einer perfekten flüssigkeitsdichten Passform führt. Der Fachbegriff für diese mechanische Anforderung ist Sitzbelastung.

Stellen Sie sich ein membranbetätigtes, gerades pneumatisches Öffnungsregelventil mit einer Grundeinstellung von 3 bis 15 Psi vor. Bei einem Stellantriebsdruck von 3 Psi erzeugt die Membran gerade genug Kraft, um die Vorspannung der Stellantriebsfeder zu überwinden, aber nicht genug, um den Schieber vom Sitz zu bewegen.

Mit anderen Worten: Bei einem Membrandruck von 3 Psi berührt der Schieber den Sitz, aber es gibt wenig Kraft, um eine dichte Abdichtung zu gewährleisten. Wenn dieses Regelventil direkt von einem I/P-Sensor mit einer Kalibrierung von 3 bis 15 Psi gespeist wird, bedeutet dies, dass das Ventil bei 0 % des Signalwerts (3 Psi) kaum schließt, anstatt dicht zu schließen. Damit der Schieber für eine dichte Abdichtung vollständig eingesetzt werden kann, muss der gesamte Luftdruck von der Membran entfernt werden, um sicherzustellen, dass keine Membrankraft gegen die Feder wirkt. Dies ist für ein I/P mit einem Kalibrierbereich von 3-15 Psi nicht möglich.

Stellen Sie sich nun vor, dass dasselbe Ventil mit einem Steller ausgestattet ist, der ein Signal von 3 bis 15 Psi vom I/P empfängt und es als Befehl (Sollwert) für die Stielposition verwendet, wobei so viel oder so wenig Druck auf die Membran ausgeübt wird, wie erforderlich ist, um die gewünschte Stielposition zu erreichen. Die richtige Art und Weise, den Steller zu kalibrieren, besteht darin, dass der Stiel erst dann zu heben beginnt, wenn das Signal auf etwas über 0 % angestiegen ist, was bedeutet, dass der Steller bei 0 % (4 mA) versucht, das Ventil in eine leicht negative Stielposition zu zwingen. Bei dem Versuch, diese unmögliche Anforderung zu erfüllen, erreicht der Ausgang des Stellers eine niedrige Sättigung, übt keinen Druck auf die Betätigungsmembran aus, wodurch der Ventilstiel seine volle Federkraft auf den Ventilsitz ausübt. Ein Vergleich der beiden Szenarien ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Während Steller für federbestückte Ventilantriebe hilfreich sind, sind sie für bestimmte andere Arten von Stellantrieben absolut unerlässlich. Betrachten Sie den folgenden doppeltwirkenden pneumatischen Kolbenantrieb ohne Federn:

Ohne eine Feder, die eine Rückhaltekraft liefert, um das Ventil in die „ausfallsichere“ Position zurückzubringen, gibt es keine Hooke'sche Gesetz-Beziehung zwischen angelegtem Luftdruck und Stielposition. Der Steller muss abwechselnd Luftdruck auf beide Oberflächen des Kolbens ausüben, um den Stiel anzuheben und abzusenken.

Motorisierte Regelventilantriebe sind ein weiteres Stellantriebsdesign, das unbedingt eine Form von Stellersystem benötigt, da die motorisierte Einheit die Position ihrer eigenen Welle nicht „erfassen“ kann, um das Regelventil genau zu bewegen. Daher ist ein Stellerschaltkreis unter Verwendung eines Potentiometers oder eines LVDT/RVDT-Wandlers zur Erfassung der Position des Ventilstiels und einer Reihe von Transistorausgängen zum Ansteuern des Motors erforderlich, um dem elektrischen Stellantrieb zu ermöglichen, auf analoge Steuersignale zu reagieren.

4. Kraftausgeglichener pneumatischer Steller

Ein einfaches, kraftausgeglichenes pneumatisches Ventilstellerdesign ist unten dargestellt:

Das Steuersignal für dieses Ventil ist ein pneumatisches Signal von 3 bis 15 Psi von entweder einem I/P-Sensor oder einer pneumatischen Steuerung (beides nicht in der Abbildung dargestellt). Dieser Steuersignaldruck übt eine Aufwärtskraft auf den Kraftbalken aus, wodurch der Prallblech versucht, sich der Düse zu nähern. Der Anstieg des Gegendrucks in der Düse bewirkt, dass das pneumatische Verstärkungsrelais mehr Luftdruck an den Ventilantrieb ausgibt, der wiederum den Ventilstiel anhebt (öffnet das Ventil). Wenn sich der Ventilstiel anhebt, dehnt sich die Feder, die den Stellantrieb mit dem Ventilstiel verbindet, weiter aus und übt zusätzliche Kraft auf die rechte Seite des Stellantriebs aus. Wenn diese zusätzliche Kraft mit der Kraft des Faltenbalgs ausgeglichen ist, stabilisiert sich das System an einem neuen Gleichgewichtspunkt.

Wie bei allen kraftausgeglichenen Systemen wird die Bewegung der Schubstange durch die Ausgleichskraft begrenzt, so dass ihre Bewegung in der Praxis vernachlässigbar ist. Letztendlich wird das Gleichgewicht dadurch erreicht, dass eine Kraft eine andere ausgleicht, wie zwei Teams von Personen, die an einem Seil ziehen: Solange die Kräfte der beiden Teams in ihrer Größe gleich und entgegengesetzt gerichtet sind, weicht das Seil nicht von seiner ursprünglichen Position ab.

Die Abbildung unten zeigt den PMV 1500 Force Balance Steller zur Positionierung eines Drehventilantriebs mit Abdeckung (oben) und darunter (unten):

Ein pneumatisches Steuersignal von 3 bis 15 Psi tritt in den Faltenbalg ein und drückt auf den horizontalen Kraftbalken (schwarz). Die pneumatische Pilotventilbaugruppe auf der linken Seite des Kraftbalkens erkennt jede Bewegung und erhöht den Luftdruck auf die Ventilbetätigungsmembran, wenn eine Abwärtsbewegung erkannt wird, und gibt Luftdruck an den Stellantrieb ab, wenn eine Aufwärtsbewegung erkannt wird:

Wenn Druckluft über die Pilotventilbaugruppe in den Ventilantrieb eintritt, beginnt sich das Drehventil in Öffnungsrichtung zu drehen. Die Drehbewegung der Welle wird mittels einer Nocke in eine lineare Bewegung innerhalb des Stellers umgewandelt: Die Nocke ist eine Scheibe mit unregelmäßigem Radius, die so konstruiert ist, dass sie eine lineare Verschiebung aus einer Winkelverschiebung erzeugt:

Ein Rollenfolger, der sich am Ende des goldfarbenen Balkens befindet, bewegt sich entlang des Umfangs der Nocke. Die Nockenbewegung wird durch Zusammendrücken der Schraubenfeder direkt gegen die Kraft des pneumatischen Faltenbalgs auf dem Kraftbalken in eine geradlinige Hubkraft umgewandelt. Wenn die Nockenbewegung ausreicht, um die Feder so weit zusammenzudrücken, dass sie die zusätzliche Kraft ausgleicht, die vom pneumatischen Faltenbalg erzeugt wird, kehrt der Kraftbalken in die Gleichgewichtsposition zurück (sehr nahe an der Startposition) und das Ventil stoppt die Bewegung.

Wenn Sie sich das letzte Foto genau ansehen, sehen Sie die Nullschraube des Stellers: eine Gewindestange, die sich unterhalb des goldfarbenen Balkens erstreckt. Diese Schraube stellt die Kompression der Vorspannfeder so ein, dass der Steller „denkt“, die Nocke befinde sich in einer anderen Position. Wenn Sie beispielsweise diese Gewindestange im Uhrzeigersinn drehen (von der geschlitzten Seite des Schraubendrehereingriffs aus gesehen), wird die Feder weiter zusammengedrückt, wodurch die dunklere Stange mit mehr Kraft nach oben gedrückt wird, wodurch derselbe Effekt wie eine leichte Drehung der Nocke gegen den Uhrzeigersinn erzielt wird. Dies veranlasst den Steller, Maßnahmen zu ergreifen und die Nocke im Uhrzeigersinn zu drehen, um dies auszugleichen, wodurch sie der 0 %-Stielposition näher gebracht wird.

Obwohl sich die Nocke und der Mitnehmer in diesem Stellermechanismus tatsächlich als Reaktion auf die Stielbewegung bewegen, kann er immer noch als Kraftausgleichsmechanismus betrachtet werden, da sich das an das Pilotventil angeschlossene Querelement nicht merklich bewegt. Durch den Ausgleich der Kräfte auf dem Balken befindet sich das Pilotventil immer in der Ausgleichsposition.

5. Dynamischer Ausgleich pneumatischer Steller

Es gibt auch bewegungsausgleichende pneumatische Ventilstellerkonstruktionen, bei denen die Bewegung des Ventilstiels der Bewegung (nicht der Kraft) eines anderen Elements entgegenwirkt. Die folgende Schnittzeichnung zeigt, wie ein einfacher bewegungsausgeglichener Steller funktioniert:

In diesem Mechanismus führt ein Anstieg des Signalsignals dazu, dass sich der Balken in Richtung der Düse bewegt, was zu einem höheren Düsen-Gegendruck führt, der wiederum bewirkt, dass das pneumatische Verstärkungsrelais mehr Luftdruck an den Ventilantrieb liefert. Wenn sich der Ventilstiel anhebt, gleicht die Aufwärtsbewegung des rechten Endes des Balkens den vorherigen Vorschub des Balkens in Richtung der Düse aus. Wenn das Gleichgewicht erreicht ist, befindet sich der Balken in einer geneigten Position, in der die Faltenbalgbewegung durch die Stielbewegung ausgeglichen wird.

Das folgende Foto zeigt eine Nahaufnahme des FISHER Model 3582 Pneumatic Balance Steller-Mechanismus:

Das Herzstück des Mechanismus ist ein D-förmiger Metallring, der die Faltenbalgbewegung und die Stielbewegung in eine Prallblechbewegung umwandelt. Wenn der pneumatische Signalsignal ansteigt, dehnt sich der Faltenbalg (unterhalb der oberen rechten Ecke des D-Rings) aus, wodurch der Balken entlang seiner vertikalen Achse kippt. Wenn der Steller für den Direktbetrieb eingestellt ist, drückt diese Kippbewegung das Prallblech näher an die Düse, wodurch der Gegendruck erhöht und mehr Druckluft an den Ventilantrieb geliefert wird:

Wenn sich der Stiel bewegt, dreht der Rückkopplungshebel die Nocke ganz unten am D-Ring. Der Rollen„folger“ auf dieser Nocke wandelt die Bewegung des Ventilstiels in eine weitere Kippbewegung auf dem Balken um, diesmal entlang der horizontalen Achse. Abhängig davon, wie die Nocke an der Rückkopplungswelle befestigt ist, kann diese Bewegung dazu führen, dass die Ventilklappe sich weiter von der Düse wegbewegt oder sich ihr nähert. Die Nockenrichtung muss so gewählt werden, dass sie der Wirkung des Stellantriebs entspricht: direkt (Luft verlängert den Ventilstiel) oder umgekehrt (Luft zieht den Ventilstiel zurück).

Der D-Ring-Mechanismus ist recht genial, da er eine einfache Spannenanpassung durch Einstellen des Winkels der Prallblech (Stopper)-Baugruppe an verschiedenen Punkten entlang des Umfangs des Rings ermöglicht. Wenn die Prallblechbaugruppe nahe der Horizontalen eingestellt ist, reagiert sie am empfindlichsten auf die Faltenbalgbewegung und am wenigsten auf die Stielbewegung, wodurch das Ventil gezwungen wird, sich weiter zu bewegen, um die kleine Bewegung des Faltenbalgs auszugleichen (lange Hublänge). Umgekehrt, wenn die Ventilbaugruppe nahe der Vertikalen eingestellt ist, reagiert sie maximal auf die Stielbewegung und minimal auf die Faltenbalgbewegung, was zu einem sehr kleinen Ventilhub führt (d. h. der Faltenbalg muss sich erheblich ausdehnen, um die geringe Stielbewegung auszugleichen).

6. Digitaler Ventilsteller

Erinnern Sie sich daran, dass der Zweck eines Ventilstellers darin besteht, sicherzustellen, dass die Position eines mechanischen Ventils immer mit dem Befehlssignal übereinstimmt. Somit ist der Ventilsteller selbst tatsächlich ein geschlossenes Steuerungssystem: Anwendung von so viel oder so wenig Druck wie möglich auf den Stellantrieb, um immer die befohlene Stielposition zu erreichen. Mechanische Ventilsteller verwenden Hebel, Nocken und andere physische Komponenten, um diese Regelung im geschlossenen Regelkreis zu erreichen.

Digitale Ventilsteller (wie das Modell Fisher DVC6000) verwenden elektronische Sensoren, um die Stielposition zu erfassen, einen Mikroprozessor, um die erfasste Stielposition mit einem Steuersignal durch mathematische Subtraktion zu vergleichen (Fehler = Position - Signal), und dann einen pneumatischen Signalwandler und ein Relais, um Luftdruck an den Ventilantrieb zu senden. Im Folgenden finden Sie eine vereinfachte schematische Darstellung eines gängigen digitalen Ventilstellers:

Wie Sie aus der Abbildung ersehen können, ist die interne Struktur eines digitalen Ventilstellers sehr komplex. Wir haben nicht nur einen Steuerungsalgorithmus, sondern zwei Steuerungsalgorithmen, die gleichzeitig arbeiten, um die korrekte Ventilposition beizubehalten: einer überwacht und steuert den auf den Stellantrieb ausgeübten Druck (Kompensation von Schwankungen des Versorgungsdrucks, die sich auf die Ventilposition auswirken können), und der andere überwacht und steuert die Ventilstielposition selbst und sendet kaskadierende Steuersignale an die Druckregelbaugruppe.

Ein Befehlssignal (von einer Prozessschleifensteuerung, SPS oder einem anderen Steuerungssystem) teilt dem Steller die Position des Ventilstiels mit. Der erste Regler (PI) innerhalb des Stellers berechnet, wie viel Luftdruck der Stellantrieb benötigt, um die erforderliche Stielposition zu erreichen. Der nächste Regler (PID) steuert den I/P-Wandler (Strom-zu-Druck) nach Bedarf, um diesen Druck zu erreichen. Wenn sich der Stiel aus irgendeinem Grund nicht in der befohlenen Position befindet, arbeiten die beiden Regler innerhalb des Stellers zusammen, um das Ventil in die richtige Position zu zwingen.

Ein digitaler Ventilsteller bietet nicht nur eine überlegene Positionsregelung im Vergleich zu einem mechanischen Ventilsteller, sondern seine Reihe von Sensoren und digitalen Kommunikationsfähigkeiten bietet eine höhere Ebene von Diagnosedaten für Wartungspersonal und Leitsysteme (sofern sie so programmiert sind, dass sie diese Daten überwachen und darauf reagieren).

Die vom digitalen Ventilsteller bereitgestellten Diagnosedaten umfassen:

--Luftversorgungsdruck

--Stellantriebsluftdruck

--Umgebungstemperatur

--Positions- und Druckfehler

-Gesamter Stielweg (ähnlich einem Automobil-Kilometerzähler)

Darüber hinaus ist der im digitalen Ventilsteller eingebettete Mikroprozessor in der Lage, Selbsttests, Selbstkalibrierungen und andere Routineverfahren durchzuführen, die traditionell von Instrumententechnikern an mechanischen Ventilstellern durchgeführt werden. Der digitale Ventilsteller erfasst auch Messungen wie den gesamten Stielweg, um vorherzusagen, wann die Packung verschleißen wird, und sendet automatisch Wartungswarnungen aus, um den Bediener und/oder den Instrumententechniker zu benachrichtigen, wenn die Stielpackung ausgetauscht werden muss!

7. Fehlfunktion des Ventilstellersensors

Einige „intelligente“ Ventilsteller überwachen zusätzlich zur Stielposition den Luftdruck des Stellantriebs und verfügen somit über eine nützliche Funktion, um ein gewisses Maß an Ventilsteuerung im Falle eines Ausfalls des Stielpositionssensors aufrechtzuerhalten. Wenn der Mikroprozessor einen Ausfall des Positionsrückkopplungssignals (außerhalb des Bereichs) erkennt, kann er so programmiert werden, dass er das Ventil weiterhin nur auf Druckbasis betreibt:

Das heißt, der Luftdruck zum Ventilantrieb wird basierend auf der in der Vergangenheit aufgezeichneten Druck-/Positionsfunktion angepasst. Da er die Stielposition nicht erfassen kann, fungiert er nicht mehr strikt als Steller, kann aber dennoch als Verstärker (im Vergleich zur Durchflussrate eines typischen I/P) fungieren und eine sinnvolle Steuerung des Ventils ermöglichen, während jeder andere (nicht-intelligente) Ventilsteller die Situation tatsächlich verschlimmern wird, wenn er die Stielpositionsrückmeldung verliert.

Bei jedem rein mechanischen Steller, wenn die Stielpositionsrückkopplungsverbindung gelöst wird, „sättigt“ sich das Regelventil normalerweise und öffnet sich entweder vollständig oder schließt sich vollständig. Dies ist bei den besten „intelligenten“ Stellern nicht der Fall!

8. Stellantriebsdruck und Stielposition

Die wahrscheinlich wichtigsten Diagnosedaten, die von einem digitalen Ventilsteller bereitgestellt werden, sind der Vergleich von Stellantriebsdruck und Stielposition, der normalerweise grafisch dargestellt wird. Der Stellantriebsdruck ist ein direkter Ausdruck der Kraft, die vom Stellantrieb auf den Stiel ausgeübt wird, da die Beziehung zwischen Kolben- oder Membrankraft und Druck einfach F=PA ist, wobei die Fläche (A) eine Konstante ist. Somit ist der Vergleich von Stellantriebsluftdruck und Stielposition tatsächlich ein Ausdruck der Kraft und Position des Ventils. Diese sogenannte Ventilcharakterisierung ist sehr nützlich, um Probleme wie übermäßige Packungsreibung, Störungen mit Ventilinnenteilen und Probleme mit der Passung von Schieber/Sitz zu identifizieren und zu beheben.

Hier wird ein Screenshot gezeigt, der die „Ventilcharakterisierung“ (aus dem Softwareprodukt ValveLink von Emerson, Teil der AMS-Suite) des Verhaltens eines luftgeöffneten Fisher E-Body-Geradeaus-Regelventils zeigt:

Dieses Diagramm zeigt zwei Diagramme des Stellantriebsdrucks gegenüber der Stielposition, eines in Rot und eines in Blau.

Das rote Diagramm zeigt die Reaktion des Ventils in Öffnungsrichtung, wenn das Ventil geöffnet ist (oben), ist zusätzlicher Druck erforderlich, um die Packungsreibung zu überwinden.

Das blaue Diagramm zeigt das geschlossene Ventil, wobei jetzt weniger Druck auf die Membran ausgeübt wird, damit die Federkompression die Packungsreibung überwinden kann, wenn sich das Ventil schließt (unten) und zur Ruhe kommt.

Die scharfen Kurven an den Enden dieses Diagramms zeigen die Position, an der der Ventilstiel seine Endposition erreicht und sich trotz weiterer Änderungen des Stellantriebsdrucks nicht weiter bewegen kann.

Gemäß dem Hooke'schen Gesetz, das das Verhalten von Ventilfedern beschreibt, ist jedes Diagramm grob linear, wobei die auf die Feder ausgeübte Kraft proportional zur Verschiebung (Kompression) dieser Feder ist: F=kx. Jede Abweichung von den einzelnen linearen Diagrammen zeigt an, dass andere Kräfte als Federkompression und Luftdruck auf den Stiel wirken. Aus diesem Grund sehen wir eine vertikale Verschiebung in den beiden Diagrammen: Packungsreibung ist eine weitere Kraft, die zusätzlich zur Federkompression und der vom Luftdruck auf die Stellantriebsmembran ausgeübten Kraft auf den Stiel wirkt. Die Größe dieses Versatzes ist relativ gering, und seine Konsistenz zeigt an, dass die Packungsreibung in diesem Ventil „gesund“ ist. Je größer die Packungsreibung des Ventils ist, desto größer ist der vertikale Versatz der beiden Diagramme.

Der abrupte Abfall am linken Ende des Diagramms, wo der Ventilstopfen den Ventilsitz berührt, wird als Sitzprofil bezeichnet. Das Sitzprofil befindet sich am Ende des Diagramms, wo das Ventil geschlossen ist, und enthält viele nützliche Informationen über den physischen Zustand des Ventilstopfens und des Sitzes. Wenn sich diese Ventilinnenteile in einem Regelventil abnutzen, ändert sich die Form des Sitzprofils. Ein unregelmäßiges Sitzprofil kann Sitzkorrosion, Verschleiß oder viele andere Zustände diagnostizieren.

Sitzkonturen können im Detail untersucht werden, indem man in das linke untere Ende der Ventilmerkmalszeichnung hineinzoomt. Die folgende Abbildung zeigt das Sitzprofil eines Fisher E-Body-Geradeaus-Regelventils in seinem intakten Zustand:

Wenn die Wartungsmitarbeiter einer Anlage sorgfältig genug sind, die Ventilcharakteristika ihrer Regelventile aufzuzeichnen, nachdem sie montiert oder überholt wurden, können die „ursprünglichen“ Charakteristika eines bestimmten Regelventils mit den Charakteristika desselben Regelventils zu einem späteren Zeitpunkt verglichen werden, wodurch der Verschleiß bestimmt werden kann, ohne dass das Ventil zur Inspektion zerlegt werden muss.

Interessanterweise gilt diese Beziehung zwischen Stellantriebsdruck (Kraft) und Stielposition auch für die digitalen Ventilsteller, die in einigen modernen motorisierten Ventilen verwendet werden. Bei motorisierten Stellantrieben steht die auf den Ventilstiel ausgeübte Kraft in direktem Zusammenhang mit dem Motorstrom, der vom digitalen Ventilsteller leicht gemessen und interpretiert werden kann.

Infolgedessen kann dieselbe Art von Diagnosedaten grafisch dargestellt werden, selbst wenn unterschiedliche Stellantriebstechnologien verwendet werden, um die Diagnose von Ventilproblemen zu erleichtern. Diese Diagnosen gelten auch für motorisierte Auf/Zu-Ventile, die nicht im Drosselbetrieb eingesetzt werden, und sind insbesondere auf Schieber-, Kugel- und Geradeaus-Regelventile anwendbar, bei denen der Sitzeingriff für ein dichtes Abschalten wichtig ist.