气动隔膜阀其结构是将一组薄的半球形的金属薄膜夹固在阀体内，作为阀杆和流体之间的屏障。阀门关闭是通过阀杆头和金属薄膜将阀盘压在阀座上来达到的。阀门的开启是通过一个内部的弹簧，当阀杆升起并脱离和薄膜接触的时候，阀盘就升起。由于阀门的行程等于薄膜的行程，因而这种阀门的特点升程比一般阀门要小得多。为克服因升程低而引起的阻力损失，阀座和流通面积要比一般阀门大，目的是为了得一更大的流量。由于这种阀门的阀座较大，其作用力就比通常的阀门要大得多，以便在阀盘上得到足够的密封力，因为阀杆与阀盘之间没有直接接触。阀盘就不会通过阀杆而使其离开阀座，因而这种阀门适用在有压差的单向流动中，而且通常介质是来自“阀座下面”。但在使用中应避免大量的回流，以免影响阀门的关闭。
气动隔膜阀的隔膜把下部阀体内腔与上部阀盖内腔隔开，使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀，省去了填料密封结构，且不会产生介质外漏。采用橡胶或塑料等软质密封制作的隔膜，密封性较好。由于隔膜为易损件，应视介质特性而定期更换。
受隔膜材料限制，气动隔膜阀适用于低压和温度相对不高的场合。
隔膜阀按结构形式可分为：屋式、直流式、截止式、直通式、闸板式和直角式六种；连接形式通常为法兰连接；按驱动方式可分为手动、电动和气动三种，其中气动驱动又分为常开式、常闭式和往复式三种。
隔膜阀一般不宜用于温度高于60℃及输送有机溶剂和强氧化介质的管路中，也不宜在较高压力的管路中使用气动隔膜阀。
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