# 比例閥規格中的遲滯與線性度解析 > Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/understanding-hysteresis-and-linearity-in-proportional-valve-specifications/ > Language: zh-Hant ## Summary 比較比例閥遲滯與線性度，解析 SMC 的 0.5% 與 ±1% FS 示例、測試曲線、參考線方法、工作條件與 RFQ 驗收要求。 ## Page Content # 比例閥規格中的遲滯與線性度解析 遲滯與線性度描述比例閥中的不同誤差。遲滯比較指令上升與下降時、相同指令下的輸出；線性度則比較量測特性與指定參考線。除非資料表說明輸出變數、滿刻度基準、測試方向與工作條件，否則任何百分比都沒有完整意義。 比較閥件時，這項區分很重要。以 SMC 為例，其 ITV 電氣比例調節器的遲滯規定為滿刻度的 0.5% 以下，線性度為滿刻度的 ±1% 以下；Emerson 則將某一 AVENTICS EV07 變型的遲滯列為 0.04 bar。兩個數字使用不同形式，因此單純比較「0.5 對 0.04」是錯誤的。 > 重點摘要 遲滯比較相同輸入下的上升與下降輸出；線性度比較輸出與已定義參考線。 SMC 某個 ITV 家族規定遲滯 0.5% FS、線性度 ±1% FS。 應比較相同的輸出變數、範圍、方法、壓力、溫度與流動狀態。 應在實際負載下驗收完整的氣動軸。 ## 比例閥中的遲滯代表什麼？ Bürkert 將遲滯定義為完整電氣輸入範圍內，上升與下降掃描之間最大的流體輸出差異，並以最大流體輸出作為基準（[Bürkert 比例閥概覽](https://www.burkert.com/en/content/download/413571/file/Product%20overview%20proportional%20valves.pdf?inLanguage=eng-INT&version=61)，2026 年查閱）。它量測的是路徑依賴性，而不是隨機變異或可偵測的最小指令變化。 對於指令為 x 、上升輸出為 y↑(x) 、下降輸出為 y↓(x) 、滿刻度輸出為 y FS 的測試，正規化遲滯值可寫成： H = max x |y↑(x) − y↓(x)| / y FS × 100% 其中， H 是滿刻度百分比的遲滯。變數 y 必須被命名，例如標準升每分鐘的流量、以 bar 表示的調節壓力，或以毫米表示的實測閥芯位置。兩次掃描必須使用相同範圍、供氣、下游條件、穩定規則、溫度與量測儀器。否則，分子中會混入並非閥遲滯的變化。 這個數值對運轉代表什麼？當控制器從相反方向接近同一指令時，閥可能提供不同流量或壓力。摩擦、磁性行為、密封力與機械間隙都可能有所貢獻，但資料表百分比是指定測試下的量測特性，不是對單一物理原因的診斷。 因此，最有用的解讀是有條件的：「在這個方法下，這兩條量測曲線的最大分離。」它不是通用的位置誤差。型錄遲滯很低的閥，仍可能裝在具有密封件黏滑、負載反轉、壓力變化或感測器誤差的軸上。[氣壓缸閉迴路位置指南](/zh-hant/blog/a-technical-guide-to-using-proportional-valves-for-cylinder-position-control/)會把這些視為獨立貢獻。 ## 線性度如何計算？ Bürkert 將線性度定義為量測特性偏離理想直線特性的最大程度，並以最大流體輸出作正規化（[Bürkert 比例閥概覽](https://www.burkert.com/en/content/download/413571/file/Product%20overview%20proportional%20valves.pdf?inLanguage=eng-INT&version=61)，2026 年查閱）。可用的規格還必須說明參考線如何建立，因為端點法與最佳擬合法可能產生不同結果。 一般正規化形式為： L = max x |y(x) − y ref (x)| / y FS × 100% 在此式中， L 是滿刻度百分比的最大線性度偏差， y(x) 是量測輸出，而 y ref (x) 是指令 x 下聲明的參考線。滿刻度輸出 y FS 與兩個輸出使用相同單位。規格應說明結果是帶正負號、絕對值，還是以 ± 公差表示。 為什麼要堅持參考線方法？想像一條平滑的流量曲線向上彎曲，超過穿過兩個端點的直線。最小平方法直線可以移動，讓兩側共同分攤偏差；端點直線則不會。相同量測因此可能產生兩個報告值。比較供應商前，應要求曲線與方法。 > Figure: 遲滯比較相同輸入下的上升與下降曲線；線性度比較指定量測曲線與聲明參考線。圖示為概念說明，實際曲線與測試方法應以閥製造商資料為準。 這張圖也說明「非線性」不代表「不可控制」。可重複的非線性曲線有時可以被特性化並補償；不穩定或方向相關的曲線則較難反算，因為一個指令不一定對應一個輸出。補償仍須在壓力、溫度、磨耗與生產公差下驗證。 ## 遲滯、死區、靈敏度、解析度與重複性 SMC 為其 ITV 調節器列出四個獨立的性能術語：線性度 ±1% FS 以下、遲滯 0.5% FS 以下、重複性 ±0.5% FS 以下，以及靈敏度 0.2% FS 以下（[SMC ITV 型錄](https://www.smcworld.com/webcatalog/en-jp/pressure-control-equipment/electro-pneumatic-regulators/ITV-D-E)，2026 年查閱）。這些術語不能互相代用。 | 術語 | 它回答的工程問題 | 結果需要包含 | | --- | --- | --- | | 遲滯 | 從相反方向接近相同輸入時，輸出是否改變？ | 上升與下降掃描、最大分離、正規化基準 | | 線性度 | 量測曲線偏離聲明參考線多遠？ | 量測曲線、參考線方法、最大偏差 | | 死區 | 反轉後或從定義狀態開始，輸入移動多遠輸出才響應？ | 起始狀態、方向、響應門檻 | | 靈敏度 | 最小多少輸入變化會造成可量測的輸出變化？ | 步階大小、噪音門檻、量測解析度 | | 解析度 | 系統能表示或辨識的最小指令或輸出增量是多少？ | 數位位元深度或量測定義 | | 重複性 | 以相同方式接近相同輸入時，重複輸出能多接近地一致？ | 重複試驗、接近方向、統計量、條件 | Bürkert 的定義在此特別有幫助。它將靈敏度稱為造成可量測流體輸出變化的最小設定值差，而重複性是從相同方向反覆接近相同輸入時的離散程度。遲滯刻意改變方向；重複性則刻意保持方向不變。 死區可能由遲滯造成嗎？兩者可能共享機械原因，也可能都出現在指令反轉附近，但報告的測試回答不同問題。應在要求中分開兩個術語。供應商不能只提交 0.2% 的重複性結果，就證明 0.2% 的靈敏度要求。 ## 為什麼沒有測試條件就不能比較百分比？ SMC 將 ITV 調節器的遲滯列為 0.5% FS 以下，Emerson 則將 AVENTICS EV07 某一變型列為 0.04 bar（[SMC ITV 使用說明](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/ITV2-TF2Z364EN.pdf)，2026 年查閱；[Emerson EV07 產品頁面](https://discreteautomation.emerson.com/product/aventics-sku-5610102070)，2026 年查閱）。前者是正規化數值，後者是絕對壓力差。 比較兩列資料前，先對齊以下欄位： - 閥功能： 比例壓力調節器、比例流量閥或比例方向閥。 - 量測輸出： 調節壓力、正規化流量、質量流量、閥芯位置或其他量。 - 正規化方式： 完整指令跨度、額定輸出、最大流體輸出或聲明的量測跨度。 - 參考方法： 端點、最佳擬合、零基準線或製造商定義的其他建立方法。 - 掃描程序： 方向、速度、增量、停留時間、循環次數與是否使用前處理。 - 氣動狀態： 入口與出口壓力、壓力損失、氣體、溫度、流動狀態與排氣限制。 - 電氣狀態： 訊號類型、供應電壓、控制器設定、PWM 頻率與濾波器。 - 量測： 儀器精度、取樣、平均與不確定度處理。 流量標記可能隱藏另一項不匹配。Bürkert 概覽提供一個標稱氣體流量示例：20°C、入口 6 barg、壓降 1 bar 下，以標準公升每分鐘表示；同時將標準狀態定義為絕對壓力 1,013.25 mbar 與 0°C。競爭型錄可能使用不同參考溫度或壓降。轉換曲線前，先匹配基準。 因此，正規化百分比並不會自動比絕對值更容易轉用。它較容易縮放，但只在聲明的範圍與定義內成立。絕對值 0.04 bar 可能更直接適合壓力公差，而流量百分比可能更適合流量誤差預算。先讓指標匹配受控變數。 ISO 6358-1 為固定或可變流道的氣動元件提供穩態流量測試方法，但其範圍排除具有顯著遲滯行為或內部回授的元件，包括壓力調節器（[ISO 6358-1:2013](https://www.iso.org/standard/56612.html)）。不要將它引用為所有氣動比例元件的通用遲滯程序。 ## 這些閥誤差如何影響氣動軸？ Festo 將氣動定位配置描述為比例方向閥搭配外部位置控制器與位移編碼器，而不是單獨由閥動作（[Festo MPYE 資料表](https://media.festo.com/media/204716_documentation.pdf)，2026 年查閱）。因此，閥遲滯是軸行為的一項貢獻，不是滑台位置精度的直接聲明。 在開迴路流量控制中，遲滯可能使相同指令在加速與減速後產生不同的氣壓缸速度。非線性可能使相等的指令增量產生不相等的流量增量。其影響會經過與壓力有關的閥流量、管路阻力、腔室容積、密封摩擦、負載力量與排氣限制。[比例流量閥指南](/zh-hant/blog/how-do-proportional-flow-control-valves-work-in-rodless-cylinder-systems/)說明這條氣動路徑。 在閉迴路中，回授可以修正部分可預測誤差，但修正不是沒有代價。控制器需要足夠的控制權限與頻寬，同時不能激發氣動順應性或摩擦。接近反轉時，閥遲滯與氣壓缸黏滑摩擦可能合併成更寬的表觀無響應區。此時提高增益可能造成搜尋振盪，而不是提高精度。 機台規格應如何寫？應將軸的結果與閥元件限制分開定義： | 元件驗收 | 完整軸驗收 | | --- | --- | | 指定台架測試下的閥輸入—輸出遲滯 | 實際負載與運動下的位置或壓力誤差 | | 閥相對指定參考線的線性度 | 軌跡誤差、超越量、穩定時間與穩態帶 | | 同方向接近時的閥重複性 | 指定位置的雙向軸重複性 | | 指定氣動條件下的流量或壓力範圍 | 使用實際管路、接頭、消音器與供氣時的循環時間 | 對壓力控制應用，也要把閥本身的壓力特性與系統順應性、下游消耗分開。[比例壓力調節器指南](/zh-hant/blog/understanding-proportional-pressure-regulators-in-pneumatic-systems/)說明這項界線。對運動應用，[精密控制用比例閥選型](/zh-hant/blog/a-guide-to-proportional-valves-for-precision-motion-control/)提供更完整的架構。 ## 資料表比較流程 SMC ITV 示例將 0.5% FS 遲滯、±1% FS 線性度、±0.5% FS 重複性與 0.2% FS 靈敏度分列（[SMC ITV 型錄](https://www.smcworld.com/webcatalog/en-jp/pressure-control-equipment/electro-pneumatic-regulators/ITV-D-E)，2026 年查閱）。可靠的比較應保留這些標籤，只對真正共用相同變數與方法的量測進行正規化。 對每個候選品使用以下順序： - 分類功能。 元件控制的是壓力、流量，還是氣壓缸兩側？不要把調節器的壓力遲滯與方向閥的流量特性比較。 - 抄錄確切定義。 記錄製造商用語、符號、不等式、正負號慣例與單位。 - 命名分母。 在每個百分比旁寫出實際滿刻度或跨度值。如果沒有聲明，就將該列標記為不完整。 - 識別特性。 可能的話取得量測曲線，並註明上升、下降、平均或單方向資料。 - 記錄條件。 納入供氣、出口、壓降、氣體、溫度、流動狀態、訊號與電子設定。 - 分開保證值與典型值。 除非供應商明確說明，典型曲線不能建立生產驗收限制。 - 轉換成應用單位。 只有確認基準後，才能將閥限制轉成 bar、每分鐘公升或其他受控輸出單位。 - 建立誤差預算。 保留閥、感測器、控制器、氣源、機械與負載項目，不要盲目相加不同類型的百分比。 假設某調節器的輸出範圍為 0 至 10 bar，而遲滯確實規定為滿刻度範圍的 0.5%。在聲明的測試下，對應的型錄限制貢獻為 0.05 bar。這項換算不能預測機台壓力誤差，只是把一項元件規格表達成應用單位。 當受控輸出是流量而不是壓力時，請參考[閥流量曲線解讀指南](/zh-hant/blog/how-to-read-and-interpret-a-valve-flow-cv-chart/)。它也能避免常見的類別錯誤：把靜態係數或單一流量點當成完整比例輸入—輸出特性。 ## 應如何在機台上測試遲滯與線性度？ ISO 6358-1:2013 定義氣動元件的穩態流量測試，ISO 也在 2026 年發布第 2 號修訂以處理量測不確定度（[ISO 6358-1](https://www.iso.org/standard/56612.html)；[ISO 6358-1:2013/Amd 2:2026](https://www.iso.org/standard/88078.html)）。這些文件強調兩項要點：穩定測試狀態，並以可辯護的量測基礎報告結果。 實際的元件或進料檢驗測試，應依書面順序進行： - 安裝計畫中指定的確切閥、電子元件、接頭、管路、消音器與量測儀器。 - 調節空氣，並穩定供氣壓力、下游壓力、溫度與電氣供應。 - 執行製造商的暖機或前處理順序。應記錄該流程，不要假設「室溫」已經足夠。 - 以聲明的步階向上掃描指令，並停留到輸出符合穩定規則。 - 使用相同步階、停留與擷取方法向下掃描。 - 重複足夠的循環，以區分重複性與單一遲滯迴圈，並聲明報告最大值的選取方式。 - 建立約定的參考線，依指定的上升、下降、平均或其他聲明曲線計算線性度。 - 保存原始指令、輸出、時間、壓力、溫度與配置資料，並與計算結果連結。 機台測試是否應照搬實驗室流量標準？不一定。生產驗收測試可能量測調節壓力或軸運動，而不是閥的內在流量。測試目的與限制必須明確。供應商符合性使用型錄方法，接著以獨立的應用測試驗收系統性能，不要把兩者改叫成同一件事。 儀器能力也應記錄。如果驗收帶接近壓力表精度、訊號噪音、解析度或供氣漂移，通過/失敗決策可能反映的是台架而不是閥。開始取得第一條曲線前，先聲明校正狀態、範圍、取樣率、濾波、穩定門檻與不確定度規則。 ## 遲滯與非線性的實務修正 Bürkert Type 8605 控制器文件說明，PWM 頻率會影響線圈電流波動與閥響應，而最佳設定取決於閥類型（[Bürkert Type 8605 手冊](https://www.burkert.com/en/Media/plm/MAN/MA/ma8605-manual-eu-en.pdf)，2026 年查閱）。因此，抖動或 PWM 調校是產品專屬的試運轉工作，不是適用於每條遲滯曲線的通用治療。 應依證據選擇修正方法： - 降低機械與氣動摩擦： 依閥與致動器手冊修正污染、損壞密封件、偏心、側向負載與不合適的潤滑。 - 穩定工作條件： 調節動態供氣壓力、降低意外的排氣限制，並使氣體品質與溫度維持在所選產品限制內。 - 使用核准的電子設定： 套用製造商的控制器、PWM 頻率、抖動與電流限制。如果閥不是為外部抖動設計，外部抖動可能增加輸出波動、噪音、熱或磨耗。 - 校正可重複的非線性曲線： 當曲線穩定到足以反算時，使用製造商提供的特性或經驗證的查找表。 - 必要時將方向納入模型： 一條補償曲線可能不能代表上升與下降兩條路徑。方向感知映射會增加複雜度，在反轉附近仍需要轉換邏輯。 - 圍繞實際變數閉迴路： 當製程需要壓力、流量或位置輸出時，直接量測該變數，再於軸的穩定與安全限制內調校。 - 選擇更匹配的閥： 補償不能創造流量能力、消除不穩定摩擦，或保證文件範圍外的性能。 這裡有一個有用的順序：修復、穩定、特性化，再補償。如果一開始就做特性化，查找表可能吸收堵塞的消音器、漂移的調節器或未對中的致動器。它當天看似有效，維護後卻會失效。補償應描述健康的系統，而不是掩蓋可修正的缺陷。 如果主要問題是流量能力而不是特性誤差，請將[氣動流量控制閥尺寸選擇指南](/zh-hant/blog/the-engineers-guide-to-pneumatic-flow-control-valve-sizing/)作為獨立檢查。尺寸不足的閥仍可能具有完美線性度，但軸依然無法達到速度與循環時間目標。 ## RFQ 或驗收測試應規定什麼？ Emerson 的 EV07 頁面將遲滯報為 0.04 bar，而 SMC 的 ITV 文件報為 0.5% FS 以下（[Emerson EV07 產品頁面](https://discreteautomation.emerson.com/product/aventics-sku-5610102070)，2026 年查閱；[SMC ITV 手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/ITV2-TF2Z364EN.pdf)，2026 年查閱）。因此，RFQ 必須要求定義與條件，不能只寫「低遲滯」。 商務與技術資料包應包括： - 閥功能、接口配置、介質、名義尺寸、額定範圍與所需輸出變數。 - 輸入類型、輸入跨度、供應電壓、電子元件、控制器與允許設定。 - 需要時，將遲滯、線性度、重複性、靈敏度與死區分開列出。 - 每項限制的單位與正規化基準，包括數值滿刻度。 - 參考線方法，以及評估上升、下降、平均或其他曲線中的哪一條。 - 供氣壓力、下游壓力或壓降、溫度、氣體參考狀態與穩定規則。 - 掃描範圍、步階大小、速度、停留、方向、前處理與循環次數。 - 儀器範圍、精度、校正、取樣、濾波與不確定度或保護帶規則。 - 該數值是保證限制、典型值、初始檢驗目標，還是持續的機台要求。 - 所需原始曲線、計算檔、閥識別資料、韌體與測試報告。 完整機台還要加入負載、方向、運動曲線、管路與接頭配置、動態供氣壓力、回授感測器、控制器任務週期與安全狀態行為。另行聲明軸驗收：追蹤誤差、重複性、超越量、穩定時間、循環時間，以及斷電或失氣時的響應。 帶有空白欄位的採購表，比假設等效更好。要求每個投標者填寫單位、分母、參考方法與條件。任何空白都應保留為未解決的技術偏差。這會讓最終比較可稽核，避免最低表面百分比在未定義的基礎上勝出。 ## 比例閥規格常見問題：工程師應檢查什麼？ SMC 的 ITV 文件在 ±1% FS 線性度與 ±0.5% FS 重複性旁，列出 0.5% FS 以下的遲滯（[SMC ITV 手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/ITV2-TF2Z364EN.pdf)，2026 年查閱）。以下五個回答展示如何分開這些指標，並將型錄欄位轉成可測試的閥或機台要求。 ### 遲滯越低就一定越好嗎？ 當方向改變後，相同指令必須給出相近輸出時，較低遲滯通常有幫助，但它不是唯一的選型條件。SMC 的 ITV 示例將 0.5% FS 遲滯與 ±1% FS 線性度分開規定。還要確認流量能力、範圍、響應、重複性、條件、安全性與整個氣動軸的性能。 ### 線性度與精度是相同規格嗎？ 不是。線性度是相對於已聲明參考線的最大偏差；精度則比較結果與定義的真值或目標值，並包含其他誤差來源。閥標示 ±1% FS 的線性度，不能單獨保證組裝後機台具有 ±1% 的壓力、流量、速度或位置精度。 ### 可以直接把遲滯加到線性度上嗎？ 除非先定義誤差模型，否則不行。遲滯是方向相關的曲線分離，線性度是偏離參考線；兩者的最大值可能出現在不同指令，也可能使用不同正負號。應保留兩個術語，在有依據時轉為相同輸出單位，再用量測資料核實最嚴苛的工作路徑。 ### 抖動訊號可以消除比例閥遲滯嗎？ 對相容的閥與驅動器，它可能降低摩擦相關影響，但不是通用方法。Bürkert 的 Type 8605 手冊說明 PWM 行為取決於閥類型與頻率。只能使用核准設定，再重新量測遲滯、輸出波動、溫度、噪音與穩定性。任意加入抖動訊號，可能只是用另一個問題交換原本的問題。 ### 型錄只列一個百分比時，應要求哪些資料？ 應要求量測輸出、數值滿刻度基準、上升與下降曲線、參考線方法、壓力、氣體、溫度、掃描速度、停留時間、電子設定、重複次數，以及該限制是保證值還是典型值。SMC 的 0.5% FS 標記，只有在範圍與測試情境一起保留時才有用。 ## 資料來源與技術參考 本文使用 SMC、Bürkert、Emerson、ISO 與 Festo 的 8 份主要製造商或標準文件。SMC 的 0.5% FS 遲滯與 ±1% FS 線性度是示範性的比較，不是其他閥功能、輸出範圍或測試方法的通用驗收限制。 - [Bürkert，比例閥產品概覽](https://www.burkert.com/en/content/download/413571/file/Product%20overview%20proportional%20valves.pdf?inLanguage=eng-INT&version=61)，遲滯、線性度、靈敏度、重複性與標稱氣體流量條件的定義。 - [SMC，ITV 系列安全說明與規格](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/ITV2-TF2Z364EN.pdf)，特定型號的線性度、遲滯與重複性限制。 - [SMC，ITV 電氣比例調節器型錄](https://www.smcworld.com/webcatalog/en-jp/pressure-control-equipment/electro-pneumatic-regulators/ITV-D-E)，與其他規格並列的特定型號靈敏度與溫度特性。 - [Emerson，AVENTICS EV07 產品紀錄](https://discreteautomation.emerson.com/product/aventics-sku-5610102070)，以絕對壓力單位表示遲滯的示例。 - [Bürkert，Type 8605 操作說明](https://www.burkert.com/en/Media/plm/MAN/MA/ma8605-manual-eu-en.pdf)，取決於閥的 PWM 頻率與控制器行為。 - [ISO 6358-1:2013](https://www.iso.org/standard/56612.html)，氣動元件的範圍與穩態流量測試架構。 - [ISO 6358-1:2013/Amd 2:2026](https://www.iso.org/standard/88078.html)，處理量測不確定度的修訂。 - [Festo，MPYE 比例方向控制閥資料表](https://media.festo.com/media/204716_documentation.pdf)，外部控制器與位移回授下氣動定位的系統界線。