為了充分用足工廠的氣源壓力來提高執行機構的輸出力、減少其重量和尺寸，便產生了活塞執行機構。
由于受到傳統應用的影響，活塞執行機構的應用都局限于大推力上，故使用的場合較少。這是因為過去的定位器氣源壓力為140～250KPa，而700KPa氣源的定位器的可靠性較差。如今，這一問題已不存在，定位器700KPa以上的氣壓都可用一臺定位器來實現。換言之，現在的定位器，既可用于140～250KPa場合，又可用于700KPa的場合，這樣一來，我們就應該改變傳統的習慣作法——選用700KPa的氣源定位器，配活塞執行機構去代替氣動薄膜執行機構，使氣動調節閥的尺寸和重量進一步下降。所以可以預言，氣動活塞調節閥的應用會越來越廣泛。
3.1 直行程活塞執行機構
它主要用于配直行程的調節閥，它分為有彈簧式和無彈簧式兩種，其結構圖見4－4。
1）無彈簧活塞執行機構
（1）用于故障下要求閥保位的場合；
（2）用于大口徑閥要求執行機構推力特別大的場合；
（3）對兩位閥配用二位五通電磁閥；對調節型的閥配用雙作用式閥門定位器。
2）有彈簧式活塞執行機構
大多數場合使用有彈簧的活塞執行機構，其特點是：①在故障情況下，通過彈簧進行復位，實現故障開或故障關功能；②可以抵抗不平衡力的變化，增加執行機構的剛度，提高調節閥的穩定性。它的缺點是：①彈簧會抵消一部分輸出力；②氣缸內設彈簧，增加了氣缸的長度和重量。
3）雙層活塞執行機構
為了進一步提高活塞執行機構的輸出力，活塞執行機構可設計為雙層式，輸出力可提高約一倍，主要用于大壓差、大口徑、輸出力要求特別大的場合。其結構見圖4—5。
3.2 角行程活塞執行機構
角行程的活塞執行機構主要用于角行程類的調節閥，按氣缸的安裝方向，分為立式氣缸和臥式氣缸兩種。按活塞的推桿驅動輸出軸轉動的結構，常用的有：①曲柄連桿式；②齒輪齒條式；③活塞螺旋式。
1）立式曲柄連桿活塞執行機構
它zui常見的是用于蝶閥，其結構見圖4－6。它是zui老式、陳舊的結構，其主要存在的問題是：①曲柄連桿轉動為滑動摩擦，不僅間隙大，而且摩擦力特別大、造成執行機構的回差大、動作不靈敏，常常使有效輸出力矩損失約30％左右；②尺寸大、笨重，與現在追求調節閥為輕型化和高可靠的要求不相適應，故建議不選用。
2）臥式曲柄連桿活塞執行機構
它的典型結構見圖4－7，其存在的問題同1），也是屬淘汰的對象。然而，現在許多場合，如偏心旋轉閥、球閥還在大量使用。顯而易見，應該用更小型的、更可靠的活塞執行機構去取代它。
3）臥式齒輪齒條活塞執行機構
它的結構見圖4－8所示。它有如下特點：①齒輪齒條轉動方式克服滑動摩擦，它比曲柄連桿的滑動摩擦方式的摩擦力小得多，同口徑可提率20％；②齒輪齒條轉動均勻，轉動間隙小，因此運動自如、回差小；③很容易設計成雙活塞式，使其輸出力矩提高一倍；反過來，當輸出力矩一定時，就可獲得更小尺寸的執行機構，使重量和尺寸得到大幅度的減小；④非常容易實現與閥直接相連，又簡化了閥的連接方式，并使所配閥的外形更加勻稱、美觀、小型。
