2. Стабілізатори та їх призначення

Стабілізатори тиску повітря є невід'ємною частиною більшості конс­трукцій пневматичних вимірювальних пристроїв. Цей вузол знижує (реду­кує) тиск повітря, що поступає від джерела високого тиску, до заданої ве­личини і забезпечує незалежність-свідчень вимірювального пристрою від зміни витрати повітря і нестабільності тиску джерела стислого повітря (живлення).

Таким чином, будь-яка конструкція стабілізатора включає вузол по­ниження тиску (редуктор) і вузол стабілізації вихідного тиску повітря.

Пониження тиску в редукторі відбувається унаслідок дроселювання при протіканні повітря з порожнини високого тиску в порожнину низького тиску через прохідний перетин малої площі. Цей перетин може бути утво­рений набором жиклерів (прилади з водяними стабілізаторами тиску пові­тря) або клапаном і його сідлом (прилади з механічними стабілізаторами тиску).

Суть процесу дроселювання повітря полягає в тому, що у вузькому перетині в результаті пониження тиску потік набуває великої швидкості і енергія тиску перетворюється на кінетичну енергію повітря. Потрапляючи в порожнину низького тиску, потік гальмується; при цьому його кінетична енергія частково витрачається на тертя в численних завихреннях, супрово­джуючих гальмування. Тому в процесі гальмування тиск повітря не відно­влюється, а температура знижується, причому можлива конденсація водя­ної пари і корозія деталей стабілізатора. Щоб уникнути цього всі поверхні, дотичні з повітрям, мають антикорозійне покриття або виготовляються з антикорозійних матеріалів. Аналогічне покриття в декоративних цілях має і зовнішня поверхня корпусу стабілізатора.

Стабілізатори тиску поділяються по виду залежності, що пов'язує ре­гульований тиск з положенням регулюючого органу (клапана), на статич­ні і астатичні.

Статичними стабілізаторами називаються регулятори тиску з одно­значною залежністю між регульованим тиском і положенням клапана. Ста­тичні стабілізатори характеризуються неминучою систематичною погріш­ністю. Це пов'язано з тим, що в процесі регулювання тиску клапан стабілі­затора не повертається за зовнішніх умов (тиску мережі, витрати повітря), що змінилися, в своє первинне налагоджувальне положення, слідством чо­го є погрішність вихідного тиску ΔН.

Астатичними стабілізаторами називаються регулятори тиску, у яких положення клапана не пов'язане однозначно із сталим значенням регульо­ваного тиску. Астатичні стабілізатори теоретично не мають систематичних погрішностей відміченого вище вигляду і тому характеризуються підви­щеною точністю.

3. Стабілізатор тиску прямої і зворотної дії, будова, принцип дії.

В даний час пневматичні вимірювальні пристрої оснащуються пере­важно статичними стабілізаторами тиску повітря.

Механічні стабілізатори тиску залежно від напряму переміщення кла­пана по відношенню до руху потоку повітря високого тиску розділяються на стабілізатори прямої і зворотної дії.

Стабілізатори прямої дії характеризуються збігом напрямів руху по­току повітря високого тиску і переміщення клапана при його відкритті (мал. 1).

У стабілізаторах зворотної дії переміщення клапана при відкритті направлене проти руху потоку повітря високого тиску (мал. 2).

Повітря поступає в порожнину високого тиску 3 (мал. 1 і 2) і через пе­ретин, що дроселює, 9 між клапаном 1 і сідлом 2 потрапляє в порожнину низького тиску 8, величина якого залежить від ступеня затягування основ­ної пружини 5 гвинтом 4. Чим більше затягнута пружина 5, тим більше ве­личина вихідного тиску повітря, що поступає у вимірювальний пристрій. У випадку, якщо вихідний тиск падає, мембрана 6 під дією пружини 5 проги­нається вниз, клапан редуктора, укріплений на штоку 7 відкривається і тиск відновлюється. При підвищенні вихідного тиску повітря клапан реду­ктора декілька перекриває прохідний перетин редуктора і тиск знижується. У пневматичних вимірювальних пристроях переважно застосовуються стабілізатори зворотної дії, які розташовуються в безпосередній близькості від фільтрів. Стисле повітря до стабілізаторів тиску підводиться за допо­могою штуцерів.

Стабілізатори тиску з пневматичними підсилювачами

З фігури видно, що головною особливістю стабілізатора тиску з підси­лювачем є не пряме з'єднання його основної пружини 4 з клапаном 8, а за допомогою пневматичного підсилювача. Це підсилювач, влаштований аналогічно простому пневматичному вимірювальному пристрою, включає камеру 2 з мембраною 7 і двома соплами: вхідним 1 і «вимірювальним» 3. При зміні величини тиску повітря Н після стабілізатора (наприклад, при падінні), мембрана 5, що знаходиться під впливом основної пружини, опу­скається. Разом з нею переміщається вниз в камері 6 п'ята 5, що перекриває сопло 3. В результаті тиск в підсилювальній камері 2 підвищується. Завдяки цьому, а також із-за падіння тиску безпосередньо під мембраною 7 остання опускається (але у меншій мірі), збільшуючи за допомогою клапа­на 8 прохідний перетин. При підвищенні тиску Н напрям сил змінюється і відбувається підйом клапана 8.

Для збільшення чутливості треба підвищувати тиск р_с скорочувати діаметр отвору вхідного сопла 1 і збільшувати діаметр сопла 3.

Вища точність стабілізатора тиску з підсилювачем фізично поясню­ється тим, що в ланцюзі між основною пружиною і клапаном стабілізатора включена додаткова ланка з високим передаточним відношенням (підси­лювач тиску влаштований і працює аналогічно простому вимірювальному пристрою). В результаті цього для отримання значних переміщень клапана необхідне в iso разів менше переміщення п'яти мембрани 5. У це ж число разів скорочується величина відхилення зусилля пружини 4 від тарировоч-ного значення.

Все це приводить до значно більшої точності стабілізаторів тиску з підсилювачем в порівнянні із стабілізаторами, у яких клапан безпосеред­ньо пов'язаний з мембраною, навантаженою основною пружиною.

Стабілізатори тиску з одним підсилювачем мають порівняно високу технічну характеристику. Проте подальше підвищення точності затрудня-ється рядом недоліків схеми і конструкції, з яких відзначимо наступні:

• зв'язок повітря високого тиску з регульованою величиною тиску крім клапана 9, через підсилювач;

• великі зусилля, що сприймаються основною пружиною, і, як на­слідок, значний габарит і вага стабілізатора;

• відносно низький діапазон зміни передаточного відношення під­силювача унаслідок витоку повітря в середовище не з атмосфер­ним, а з регульованим тиском;

• деяка складність відладки стабілізатора при збірці через недо­статню кількість компенсаторів.

Відмічені недоліки до певної міри можна виключити за допомогою нової схеми стабілізатора з двома перетворювачами тиску (рис 4.). Стисле повітря поступає в підсилювач тиску через сопло 1, потрапляє в камеру 2 і через сопло 5, отвір 10 в корпусі і клапан 3 виходить в атмосферу. Таким чином, по-перше, виключається безпосередній контакт повітря високого і низького (регульованого) тиску, по-друге, збільшується корисний перепад тиску (передаточне відношення підсилювача).

Верхній перетворювач, що включає вхідне сопло 11, регульоване соп­ло 7 і камеру 8 з мембраною 9, призначений для пониження тиску ланцюга зворотного зв'язку. В результаті скорочується зусилля, що сприймається основною пружиною 6, що дозволяє у декілька разів зменшити її жорст­кість.