如图所示是内平衡热力膨胀阀的外形和工作原理图。图中2是感温包，内装惰性液体或制冷剂液体，当蒸发器出口温度较高时，感温包内液体温度随之上升，从而压力也增高。高压作用在膜片上侧，当数值大于蒸发器进入压力和过热弹簧压力总和时，针阀7离开阀座，阀门开启，制冷剂流入蒸发器。针阀7开启后，较多的制冷剂进入蒸发器，蒸发器内压力上升，回气温度降低，膜片下侧压力增加，上侧压力降低，阀门关闭。由于膜片上、下侧压力经常处于不平衡状态，所以阀门不断地开启、闭合。
具体受力分析如下，膨胀阀膜片承受三个力的作用：
向下的力：Pf―感温包内制冷剂气体对膜片的压力。
向上的力：Pe―蒸发器进口处制冷剂压力（通过内平衡孔连通）。
Ps―弹簧的弹力。
其工作原理是：
当Pf=Pe+Ps时，膜片不动，阀处于某一开度，制冷剂保持一定流量。
当Pf>Pe+Ps时，即若制冷装置负载增大（例如车厢内温度升高），制冷剂提前全部蒸发，过热度增大，蒸发器出口处气态制冷剂的温度升高，使感温包内压力Pf增大，使Pf>Pe+Ps，这时膜片通过推杆将阀针朝下推，使阀的开度增大，进入蒸发器的制冷剂流量增加，制冷量亦增加。
当Pf<Pe+Ps时，反之亦然。
如此调节，使制冷量与制冷负载相匹配。
内平衡式膨胀阀工作原理
a）外形 b）工作原理 1—毛细管 2—感温包 3—制冷剂出口 4—调整螺针 5—弹簧 6—制冷剂入口 7—针阀 8—膜片 9—蒸发器
