книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

ловой компенсацией — повторителя пневматического сиг­ нала (рис. 7-11,6). Входной сигнал в виде давления сжатого воздуха Р В х подается в камеру 9 прибора и раз­ вивает на мембране 10 усилие, пропорциональное вели­ чине этого давления и направленное вниз. На ту же мем­ брану действует снизу усилие, развиваемое давлением Рвых воздуха, находящегося в выходной камере 12. Если на мембране существует перепад давлений (выходной пневматический сигнал не равен входному), то под его

ввыходной камере 12 и камере 14, куда непрерывно по­ ступает воздух из линии питания через дроссель 13, уве­ личится, восстанавливая равновесие сил на мембране. Благодаря очень высокой чувствительности управляюще­ го элемента типа «сопло—заслонка» прибор действует почти без механических перемещений деталей: достаточ­ но мембране прогнуться на несколько микрон, чтобы рав­ новесие сил было восстановлено. Это позволяет добиться

впневматических приборах с силовой компенсацией вы­ сокой точности и надежности работы.

Большинство современных пневматических приборов автоматического регулирования строится по принципу компенсации усилий. Приборы с компенсацией переме­ щений вследствие ограниченных возможностей обычно применяются лишь в простых и неответственных систе­ мах регулирования.

Глава восьмая

П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е Д А Т Ч И К И

8-1. Н А З Н А Ч Е Н И Е И К Л А С С И Ф И К А Ц И Я . Д А Т Ч И К И П Р И Б О Р Н О Г О

ТИПА

Пневматические датчики (первичные приборы, измери­ тельные преобразователи с пневматическим устройством дистанционной передачи показаний) предназначены для непрерывного преобразования текущих значений регу­ лируемой (контролируемой) величины в выходной пнев­ матический сигнал. В соответствии с таким назначением пневматических датчиков их динамические характеристи­ ки должны быть близки к характеристикам безынерцион­ ного усилительного звена.

292

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается и широко применяется большое число пнев­ матических датчиков разных типов. Их классифицируют по виду измеряемого параметра (датчики давления, рас­ хода, температуры, плотности, уровня и т. д.), по типу ис­ пользуемых в них чувствительных элементов (датчики с трубчатой пружиной, сильфонной коробкой, поплавко­ вые и другие), по применимости при различных окру­ жающих и рабочих условиях (обычное исполнение, аг­ рессивно-устойчивое пополнение), а также по многим другим признакам.

В схемно-конструктивном отношении пневматические датчики можно подразделить на две группы: датчики приборного (базового) типа, представляющие собой по существу разнообразные измерительные приборы со встроенной в них пневматической системой дистанцион­ ной передачи показаний, и специальные датчики-преоб­ разователи, действующие как первичные приборы пнев­ матических систем автоматического контроля или регу­ лирования.

Первая группа пневматических датчиков, давно осво­ енная и применяющаяся в промышленности, достаточно подробно освещена в технической справочной литерату­ ре [Л. 17, 18]. Поэтому ниже приводятся лишь краткие характеристики датчиков этой группы. Более подробные сведения даются по недавно разработанным и освоенным пневматическим преобразователям второй группы.

В качестве датчиков технологических параметров в пневматиче­ ских системах автоматизации могут применяться любые измеритель­ ные (показывающие или регистрирующие) приборы, имеющие в своей конструкции устройства дистанционной передачи показаний с пнев­ матическим выходным сигналом. К ним относятся широко известные дифманометры ДПП-280 и ДППМ-270, манометры МГП-270, МСП-270, мановакуумметры МВСП-270, ротаметры Р П Д , а также поплавковые уровнемеры РУКЦ, РУФЦ и др.

Такие датчики построены на базе соответствующих измеритель­ ных устройств (приборов контроля). Для дистанционной передачи показаний в них встраиваются механопневматические преобразовате­ ли, действующие по принципу компенсации перемещений. Отсюда сложные кинематические схемы и невысокие статическая точность и чувствительность. Большинство таких датчиков имеет класс точ­ ности 1,5 или 2,5.

Динамические характеристики датчиков приборного типа харак­ теризуются узкой полосой пропускания низкочастотных сигналов.

Так, один из самых быстродействующих приборов этой группы — манометр МСП-270 имеет частотную границу области нормальной работы не выше 0,3 рад/сек, а другой типичный базовый прибор —

293

дифманометр ДПП-270 дает заметные динамические искажения уже при частоте сигнала 0,05 рад/сек.

В датчиках этого типа используется преобразование перемеще­ ния показывающей стрелки в пропорциональные изменения пневмати­ ческого сигнала передачи показаний. Типичная схема такого прибора приведена на рис. 8-І.

Рис. 8-1. Датчик базового типа.

Поворот показывающей стрелки (или перемещения регистрирую­

изменениям давления на входе, а следовательно — и на выходе пнев­ матического усилителя 5. Давление Рвых на выходе усилителя слу­ жит выходным сигналом датчика и передается к пневматическому регулирующему устройству (в простейшем случае на исполнительный механизм). Одновременно давление с выхода усилителя поступает в кожух сильфона обратной связи 4, который преобразует давления Рвых в перемещении штока 3, воздействующие на тот же рычажнопередаточный механизм 2. Кинематическая схема рычажного меха­ низма построена так, что изменения зазора между соплом и заслон­ кой, вызванные изменениями входного и выходного сигналов, нанаправлены в противоположные стороны (принцип компенсации перемещений). Это позволяет получить статическую характеристику прибора, близкую к линейной.

Несмотря на невысокие статические и динамические показатели, пневматические датчики базового типа находят довольно широкое

294

применение в промышленных системах автоматики, что объясняется прежде всего их неприхотливостью и надежностью в работе, а также невысокой стоимостью. Однако использование таких приборов сле­ дует считать оправданным лишь при отсутствии жестких требований к качеству работы системы автоматического регулирования.

специально для работы в качестве источников информа­ ции для систем пневмоавтоматики.

Общей характерной особенностью датчиков этой груп­ пы является хорошая статическая (класс точности 0,5—1,5) и динамическая точность. Это достигнуто за счет упрощения кинематических схем, применявшихся в базо­ вых приборах, и в ряде случаев за счет перехода к прин­ ципу компенсации усилий.

Рассмотрим подробнее некоторые датчики этой группы.

а) ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ТИПОВ МПД И СВП

Датчики давления и разрежения типов М П Д и СВП предназначены для преобразования в стандартный пневматический сигнал избыточ­

сивных по отношению к стали и медным сплавам. При использовании этих датчиков для преобразования давления агрессивных, вязких, высокотемпературных и других особых сред должны быть приняты

рез рычаг 2 и винт 3 изменяет положение заслонки 5 относительно

Сигнал с выхода усилителя поступает к сильфону обратной связи 9. Последний через шток 10 стремится переместить сопло 4 вслед за заслонкой. Характеристика сильфона обратной связи близка к линей­ ной, поэтому выходной пневматический сигнал примерно пропорцио­ нален изменениям контролируемого параметра.

Датчики типа М П Д и СВП действуют по принципу компенсации перемещений. Однако благодаря относительно простой кинематиче­

295

граница области нормальной работы этих приборов лежит около 0,3—0,4 рад/сек.

Конструктивно приборы оформлены в круглом корпусе диамет­ ром 200 мм, приспособленном для щитового и настенного монтажа.

б) ДАТЧИК ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЙ ТИПА ДМПК-4

Датчик перепада давлений типа ДМПК - 4 предназначен для преобра­ зования малых давлений (разрежений), разности давлений (разре­ жений) в стандартный пневматический сигнал, а при его использо­ вании в комплексе с нормальным сужающим устройством •— для по­ лучения пневматического сигнала по расходу жидкостей или газов.

по отношению к стали и резине. В противном случае необходимо принимать специальные защитные меры.

Датчик (рис. 8-3) действует по принципу силовой компенсации. Измеряемая разность давлений действует на вялую резино-тканевую мембрану / с жестким центром 2, развивая на ней определенное усилие, которое через стержень 3 и рычаг 4 передается на балансир­ ний рычаг 5. На тот же рычаг действует усилие, развиваемое в сильфоне 6 обратной связи выходным пневматическим сигналом. Послед­ ний формируется усилительным пневматическим реле 10, реагирую­ щим на изменения давления в линии между соплом 8 и постоянным дросселем 9. Степень открытия сопла управляется заслонкой 7,

296

укрепленной на рычаге 5. Лю ­ бое нарушение равновесия сил (моментов) на балансирном ры­ чаге вызывает такое изменение выходного пневматического сиг­ нала, которое приводит к вос­ становлению равновесия. Таким образом, приращения выходно­ го пневматического сигнала всегда пропорциональны изме­ нениям входной разности дав­ лений (разрежений). Коэффи­ циент пропорциональности, а следовательно, и диапазон из­ мерения датчика, могут на­ страиваться в широких преде­ лах путем перемещения сильфона обратной связи. Так, прибор, изготовленный на один из пре­ делов измерения в диапазоне от О—25 до 0—100 мм вод. ст., мо­ жет быть перестроен на любой другой предел измерения в том же диапазоне.

сигнала.

в) ДАТЧИКИ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЙ ДМПК-100 И ДМПК-100А

Датчики перепада давлений ДМПК-100 и ДМПК-ЮОА предназначе­ ны для измерения и преобразования в стандартный пневматический сигнал малых давлений (разрежений) и их разностей, а в комп­ лекте с нормальными сужающими устройствами также для получе­ ния сигналов по расходу жидкостей или газов. Датчик ДМПК-100 изготавливается в незащищенном исполнении, поэтому контролиру­ емые им среды не должны быть агрессивными по отношению к ста­ ли; датчик ДМПК-ЮОА выпускается в исполнении, защищенном от воздействия ряда агрессивных сред (азотная кислота, нитрозные га­ зы и др.).

Датчики ДМПК-ЮО и ДМПК-ЮОА имеют принципиальную схе­ му, аналогичную схеме датчика ДМПК-4 (в них также используется принцип силовой компенсации). Отличительными особенностями этих

297

датчиков по сравнению >с ДМПК - 4 являются тип чувствительного элемента и иная конструкция пневматического усилителя. Входным чувствительным элементом в рассматриваемых датчиках служит мембранный узел / (рис. 8-4), состоящий из двух мембранных ко­ робок, заполненных жидкостью. Такая конструкция обладает вы­

сти, заполняющих измерительную систему, пропорционально измене­ нию температуры контролируемой среды. Таким заполнителем в дат­ чиках типа ТПГ служит нейтральный газ — азот, в датчиках Т П Ж — специальная жидкость (пропанол, толуол, ксилол), а в датчиках

ТП Р — ртуть.

Вдатчиках этих типов используется принцип компенсации пе­ ремещений. Изменение давления газа или объема жидкости в ма­ нометрической системе (рис. 8-5), состоящей из термобаллона 6, капилляра 5 и трубчатой манометрической пружины 3, вызывает пе­

298

Рис. 8-5. Датчик температуры типа ТПГ.

системе достигается благодаря линейности характеристики пружины обратной связи.

Основная допустимая погрешность манометрических датчиков температуры по выходному пневматическому сигналу не превышает 1,0% от интервала измерения. Динамические свойства приборов та­ кого типа определяются в основном инерционностью манометриче­ ской системы и примерно описываются передаточной функцией апе­ риодического звена с постоянной времени 5—12 сек при длине ка­ пилляра 4—5 м (без учета инерционности пневматической линии передачи). Частотная граница области нормальной работы лежит при этом не выше 0,2—0,4 рад/сек.

299

д) ДАТЧИКИ УДЕЛЬНОГО ВЕСА ТИПА ДУВ-1

Датчик удельного веса типа ДУВ-1 предназначен для преобразова­ ния изменений удельного веса нефтепродуктов в пневматический сиг­ нал стандартного диапазона.

Датчик действует по принципу силовой компенсации. В нем про­ изводится автоматическое взвешивание жидкого нефтепродукта, протекающего через специальный чувствительный элемент — U-об- разную металлическую трубку (рис. 8-6). Изменение веса запол­ ненной трубки 1 вызывает через систему заслонка 2 — сопло 4 —

Вход

Рис. 8-6. Датчик удельного веса типа ДУВ-1.

пневматический усилитель 5 соответствующее изменению давления на выходе усилителя. При нарушении равновесия сил (моментов), дей­ ствующих на трубку, положение заслонки 2 относительно сопла 4 изменится, что приведет к изменению выходного пневматического си­ гнала, поступающего также в сильфон обратной связи 3. В резуль­ тате равновесие сил восстановится, но уже при новом значении вы­ ходного сигнала.

динамические характеристики определяются прежде всего расстоя­

Из рассмотренного видно, что номенклатура пневма­ тических датчиков [Л. 20], выпускаемых нашей промыш-

300