在感應機構內灌注液體制冷劑后，與其溫度相對應的飽和壓力p就通過毛細管而作用在膜片的上波紋面(參看圖6-2)。使膜片有一向下的推力P,其值等于p×(膜片受壓面積)。再看閥體里面部分，整個閥體是處在閥孔噴射出的低壓濕蒸汽區域，其壓力就是蒸發壓力P0，它充滿整個閥體中，并且通過傳動桿孔之間的間隙，作用于膜片的下波紋面形成一個向上作用力P0。其值等于p0×(膜片受壓面積)。還有一個向上的彈簧壓縮力W，它通過傳動桿和墊片也傳給膜片的下波紋面。至于由冷凝壓力pk引起的作用于閥針上的向下力pk，其值等于pk x (閥針孔面積)，但因閥針孔面積很小，故pk值很小，在分析時可以忽略不計。因此，膜片的上下兩面分別作用著P, P0與W力，并且是方向相反地對抗著，當三個力處在平衡狀態即P=Po+W時，膜片不動，也就是閥針的位量不動，閥針孔的開啟度不變。只要這三個力中任一力變化就會破壞原有的平衡，此時P≠Po+W。P與(Po+W)的差值稱不平衡力。由于膨脹閥各活動零件之間存在摩擦力，當不平衡力小于摩擦力時，膜片仍處于原位置不動，只有當不平衡力大于摩擦力時，膜片才開始動作(從而改變了閥針孔的開啟度)。此時彈簧的伸長度發生變化，W值就相應改變，直至建立新的平衡位置時(P, P0與W三力重新平衡)，膜片才停止動作。由于膨脹閥內各活動零件之間的摩擦力很小，一般在分析時亦可忽略不計。

膨脹閥的工作原理就是利用P力的變化來改變閥針孔的開啟度，從而改變制冷劑的流量，實現自動調節。膨脹閥工作時，可把感溫包扎在蒸發器出口管道上，如圖6-3所示。此時，感溫包中的飽和壓力P是訊號，由p而引起的P力是主動力，因為感溫包所處C點的過熱溫度總是大于蒸發溫度，故一般情況下，P力總是大于PO力。如果P力與PO力相等，不管有無彈簧力W,閥門將無法起調節作用。如果P力大于P0力，而無彈簧力W作用，將永遠使閥門處于開足位置而亦無法實現調節。因此，彈簧力W是起著平衡調節作用的力，改變W力的大小，可以改變膨脹閥的工作性能。當p> (Po+W)時，膜片向下移動，使閥針孔開大;當P< (Po+W)時，膜片向上移動，使閥針孔關小。從閥針孔嚴密關閉到克服W力后開始開啟所需的過熱度(C點過熱溫度與蒸發器內蒸發溫度之差)，稱膨脹閥的靜裝配過熱度(一般約為3℃)"膨脹閥的工作過熱度(一般5℃左右)總是大于靜裝配過熱度。靜裝配過熱度太小會造成膨脹閥關閉不嚴密，以及可能因吸氣管帶液而使壓縮機產生液擊。靜裝配過熱度太大又會造成膨脹閥的工作過熱度過高而使蒸發器傳熱面積得不到充分利用，影響制冷機工作經濟性。

現在以圖6-3冷庫的蛇形蒸發排管為例，來說明膨脹閥的工作情況。該制冷系統采用F-12為制冷劑，膨脹閥的感溫包也充注F-12。感溫包扎在蒸發器出口的蒸汽過熱區(C點)。液態F-12經膨脹閥孔節流噴入閥體成為低溫濕蒸汽，從A點流入蒸發排管，在排管中蒸發吸熱，使濕蒸汽中液體成分逐漸減少，至B點時全部蒸發成干蒸汽。如忽略排管內流動阻力，則在B點前F-12的溫度不變，即為該蒸發壓力下的飽和溫度。當干蒸汽離開B點后，將繼續吸熱成為過熱蒸汽，溫度逐漸上升，至C點的溫度作為膨脹閥感溫包受傳感的過熱溫度，溫包內的F-12壓力是C點過熱溫度相對應的飽和壓力(忽略蒸發排管與感溫包的傳熱溫差)。

冷庫在連續降溫過程中，膨脹閥閥孔隨著C點過熱度的變化在頻繁地開大與關小。設開始時排管內F-12的蒸發壓力P0為1.86公斤/厘米2，相應的蒸發溫度為一15℃ (B點前)，在C點的過熱溫度為一10.5℃。如忽略傳熱溫差，則感溫包內F-12的充劑溫度亦為-10.5℃,感溫包內的飽和壓力P則為2.19公斤/厘米2，膨脹閥的工作過熱度為4.5℃。又設折算的彈簧壓緊力w(其值等于彈簧壓緊力w除以膜片受壓面積)為0.23公斤/厘米2(約相當于靜裝配過熱度3℃)。此時膜片受到的向下不平衡力(折算至每厘米2膜片受壓力)為:

此不平衡力促使膜片向下移動，閥針孔開始開大，制冷劑流量隨著增加，蒸發壓力與溫度上升，干蒸汽B點的位置左移至B1點。同時亦使彈簧的壓縮力有了增加，直至三力平衡(P=Po+w)為止，閥門才停止動作。

然而這一平衡現象是暫時的。因為當閥門開大，制冷劑流量增大，蒸發溫度上升后，C點制冷劑的過熱溫度亦要下降。但由于溫度傳遞有滯后現象，C點制冷劑的溫度變化不能立即反映到感溫包內。隨著時間的推遲，感溫包內 F-12的溫度才逐漸下降，從而又使膜片上面的壓力p值下降，出現p< (Po+w)的情況，此時膜片就要向上移動，閥針孔關小，制冷劑流量隨著減小，蒸發壓力與溫度下降，干蒸汽點位置由B1后移至B2點。同時亦減輕了彈簧的壓縮力，直至三力再次平衡，閥門又停止動作。

同樣，這一平衡現象仍是暫時的。因為蒸發溫度下降后，C點的過熱溫度又有些升高，由于溫度傳遞的滯后現象，要經過片刻后感溫包內的溫度才會逐漸上升，從而再次使p值增高，出現P>（p0+w)的情況而使閥針孔開大。干蒸汽點由B2前移至B3..3…熱力膨脹閥就是這樣頻繁地開大、關小地工作。冷庫降溫的初階段，閥門動作的輻度較大，降溫快。當接近終溫時，由于蒸發溫度與冷庫溫度差小，閥門每一動作的輻度逐漸縮小，降溫速度就減慢。從上例中看出，每開大或關小一次，其蒸發溫度就下降一點，因此，膨脹閥的流量是波浪式地逐步減小。當工作過熱度減至最低限度時(不小于靜裝配過熱度)，閥門就無能力自行縮小了。若人為地過分放松彈簧的壓縮予緊力，閥門就會失去控制作用，出現突跳現象，破壞了正常降溫。

一個理想的熱力膨脹閥應當控制使進入蒸發器中的液態制冷劑正好等于在蒸發器中蒸發的數量;在工作溫度條件下，過熱度不能過高，以便使蒸發器能夠得到充分的利用;在工作過程中應當隨著冷負荷的變化迅速改變進入蒸發器的液態制冷劑的數量，使之保持平衡。但是，由于膨脹閥感溫包所感受的溫度不那么及時，因為感溫包本身有一個熱慣性，使訊號傳遞有滯后現象。例如:當閥門開大時，過熱度就隨著縮小，由于感溫包的感受熱量不及時，閥門還繼續開大，以致超過正常的需要量，過量液體進入蒸發器，使蒸發器出口管道(即口點)的過熱度小于所要求的過熱度，閥門才關小。同理，在閥門關小時，過熱度隨著增大，也由于感溫包的感受熱量不及時，閥門還繼續關小，以致小于正常需要量，使進入蒸發器的流量不足，蒸發器出口管道(即C點)過熱度大于所要求的過熱度，閥門才開大，如此反復不已。另外，由于膨脹閥各活動零件之間存在摩擦力，所以膨脹閥的供液量總是如圖6-4所示波動地進行著，不能完全適應制冷系統實際需要的供液量，所以熱力膨脹閥的靈敏度還不理想，有待于進一步改革。