книги из ГПНТБ / Полубояринов Ю.Г. Основы машиностроительной гидравлики и пневматики учеб. пособие

где / — длина отрезка шкалы, соответствующая показанию прибора

где р — обобщенный параметр ротаметрического прибора. Ротаметрические приборы работают, как правило, при рабочем

давлении р р а б > 1 кГ/см2, поэтому область истечения воздуха в се­ чениях 1—/ и 2—2 будет надкритической (сверхзвуковой). В над­ критической области в случае изоэнтропного истечения справед­ ливы следующие зависимости:

где k — показатель изоэнтропы.

* Размер a2b2 = d.

** Конусность отсчетной трубки составляет 1 : 400 и 1 : 1000.

120

Подставив значения (114) в формулу (112), получим зависимость,

шиной в начале координат, расположенную симметрично относи­ тельно оси s (рис. 58, б).

Текущее передаточное отношение прибора равно

вал делений отсчетной шкалы, с — цена деления). Ротаметрические приборы настраиваются по двум предельным

установочным калибрам, соответствующим тарировочным зазорам sx и s2 (рис. 58, б). Для этих зазоров ошибка измерений As равна

При этом максимальная ошибка As вследствие нелинейности ха­ рактеристики / = / (s) находится приблизительно посредине диа­ пазона s2 —Sj. Проведем параллельно MN касательную М N' к кри­ вой I = / (s). В точке касания с координатами s*, I* ошибка As равна нулю, а наибольшее ее значение получается на краях диапа­ зона, т. е. при зазорах sx и s2 (точки / и 2). Передаточное отношение

=As2k*.

Таким образом, диапазон измерений ротаметрического прибора

и As2 находятся в поле допуска контролируемой детали. Практиче­ ски величина зазора sx должна быть не менее 40—50 мкм.

Так.же, как и в манометрических приборах, в ротаметрах ос­ новным источником систематических ошибок является нелиней­ ность характеристики. С целью сокращения погрешностей, обуслов­ ленных нелинейностью характеристики, необходимо иметь воз­ можно большую величину обобщенного параметра р. Для этого следует либо увеличить длину трубки L„, диаметр поплавка d, диа­ метр измерительного отверстия of!13M и рабочее давление р р а б , либо уменьшить диаметр трубки rf2 и вес поплавка Gn . Кроме того, эф-

121

фективным средством уменьшения погрешности измерений является изменение формы поперечного или продольного сечения трубки. В поперечном сечении круглая форма трубки заменяется эллипти­ ческой с постоянной большой осью, а в продольном сечении форма конуса заменяется параболой.

§ 14. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ

ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Источники сжатого воздуха и воздухопроводы

Источниками сжатого воздуха для пневматических измеритель­ ных систем служат компрессоры, нагнетающие воздух в общую пневматическую сеть, давление в которой должно поддерживаться на уровне 4—6 кПсм2 (но не ниже 3,5 кГ/см2). При отсутствии воз­ душной сети ставятся индивидуальные компрессоры покрасочных аппаратов (0-39 А и 0-38 А) и автомобильные компрессоры К 18 и К 35. В качестве индивидуальных источников сжатого воздуха могут быть использованы также баллоны, в которых воздух нахо­ дится под давлением около 100 атм. Баллоны снабжаются редук­ ционным клапаном, который снижает давление до 4—6 кГ/см2. При­ меняемые компрессоры, как правило, являются поршневыми, двух­ цилиндровыми, одноступенчатыми простого действия с воздушным охлаждением цилиндров. Компрессоры комплектуются с баллонами общей емкостью 22 л. Назначением ресивера является смягчение пульсации давления воздуха и его частичная очистка от воды и масла. На компрессорах устанавливаются регуляторы давления и предохранительные клапаны. Наибольшее давление, развивае­ мое компрессором К 18, составляет 18 кГ/см2, а производительность равна 24 м3/ч. Давление в ресивере с учетом падения в воздухопро­ воде равно 6—7 кГ/см2.

В качестве воздухопроводов в пневматических измерительных системах используются медные трубки, резиновые шланги с ткане­ вой прокладкой, резиновые трубки и трубки из пластиката. Подвод сжатого воздуха к стабилизатору давления производится по мед­ ным трубкам или шлангам; от стабилизатора до пневматического прибора — по шлангам или резиновым трубкам диаметром 4—6 мм; от пневматического прибора к измерительной оснастке — по ре­ зиновым трубкам или трубкам,из пластиката (полиэтилена). Диа­ метр этих трубок следует выбирать примерно в два раза больше диаметра измерительного сопла.

Уплотнение входных сопел, заглушек и других соединений с ци­ линдрической резьбой производится с помощью прокладок, изго­ товленных из меди, свинца, резины или пластика. Толщина про­ кладок 1—2 мм.

122

Фильтры

Сжатый воздух, поступающий от компрессора к пневматическим приборам, должен пройти тщательную очистку от пыли, масла и влаги. Это необходимо для обеспечения надежной работы измери­ тельных приборов, в особенности для приборов, имеющих контакт­ ную измерительную оснастку. Качество очистки воздуха, кроме того, влияет на работу стабилизатора давления.

Очистка сжатого воздуха производится в фильтрах различных конструкций, которые устанавливаются, как правило, перед ста­ билизатором давления. По способу очистки различаются сухие, мок­

Воздух подается в фильтр через отверстие 2, в фильтре воздух проходит через латунную решетку 3 и прокладки из фильтрующего материала 4 и через отверстие 6 поступает к стабилизатору давле­ ния. Периодическая очистка фильтра производится путем продувки его сжатым воздухом через вентиль 7. Фильтры, выпускаемые за­ водом «Калибр», имеют пропускную способность 9 м8/ч при давле­ нии 8 кГ/см2. С целью уменьшения относительной влажности воз­ духа', его пропускают через специальные холодильники-конденса­ торы и воздухоподогреватели. При повышении температуры воздуха в подогревателе с 15 до 20° С относительная влажность снижается со 100 до 75%.

Стабилизаторы давления

Стабилизаторы давления служат для обеспечения постоянного рабочего давления воздуха, подводимого к пневматическим прибо­ рам. Для пневматических измерительных систем изготавливаются специальные стабилизаторы различных типов и видов. Стабили­ затор осуществляет понижение и стабилизацию рабочего дав­ ления.

123

Различают два класса стабилизаторов:

1.Жидкостные — типа рассмотренного выше стабилизатора на приборе «Солекс» (рис. 50), применяемые при рабочем давлении до 0,12 кГ/см2.

2.Механические — стабилизаторы высокого давления, рабо­ тающие в диапазоне рабочего давления 0,3 — 2 кГ/см2. Механиче­ ские стабилизаторы разделяют по виду зависимости, связывающей

Рис. 60

рабочее давление с положением регулирующего органа (клапана), на статические и астатические. В статических стабилизаторах эта зависимость однозначная, поэтому им присуща неизбежная стати­ ческая погрешность. В астатических стабилизаторах рабочее дав­ ление не связано однозначно с положением клапана, и эти стабили­

заторы (рис. 60, а), в которых воздух движется от седла 2 к тарелке / клапана, и стабилизаторы (рис. 60, б), в которых движение воз­ духа происходит от тарелки / к седлу 2 клапана. При движении воздуха через щель, образованную седлом и тарелкой, в том и дру­ гом клапане вследствие местного сопротивления происходит пони-

124

I

жение (редуцирование) давления. Стабилизация пониженного (ра­ бочего) давления обеспечивается совместной работой мембраны 4, соединенной штоком 3 с тарелкой, и основной пружины 5. Вели­ чина проходного сечения щели между седлом и тарелкой клапана регулируется винтом 6. При понижении рабочего давления мемб­ рана под действием пружины прогибается вниз, вследствие чего размер щели увеличивается, ее сопротивление уменьшается и ве­ личина давления восстанавливается. При повышении рабочего дав­ ления происходит обратное движение мембраны и тарелки клапана.

Внастоящее время в пневматических измерительных системах применяются преимущественно статические стабилизаторы с на­ правлением потока воздуха от тарелки к седлу клапана.

Вастатических стабилизаторах (рис. 60, в) усилие на мембрану 5

создается не пружиной, а грузом, величина которого не зависит от положения клапана. Грузы 1 \\ 2 размещены на рычаге 3, шарнирно соединенном со штоком 4. При изменении рабочего давления

в которую воздух поступает через сопло 1. Выход воздуха из ка­ меры происходит через'регулируемое сопло 3, перекрываемое сна­ ружи заслонкой 4, укрепленной на вспомогательной мембране 7. Прогиб вспомогательной мембраны зависит от усилия пружины 6, регулируемой винтом 5. При повышении рабочего давления вспомо­ гательная мембрана вместе с заслонкой прогибается вверх, откры­ вая выход воздуху из сопла 3. Вследствие этого давление в камере 2 понижается, основная мембрана 8, соединенная штоком 9 с та­ релкой 10, прогибается вверх, в связи с чем уменьшается проход­ ное сечение щели клапана и рабочее давление стабилизируется.

Расчетная зависимость, связывающая величину рабочего дав­

* Применительно к стабилизатору, показанному на рис. 60, б.

125

Как правило, стабилизаторы работают в надкритической области истечения.

Из уравнения (117) следует, что зависимость рабочего давления

1)погрешность вследствие колебания сетевого давления;

2)погрешность, обусловленная изменением расхода воздуха;

3)погрешность вследствие изменения упругих свойств пружин

имембраны стабилизатора.

126

Основная погрешность, составляющая 5 0 — 7 0 % от суммарной, связана с изменением величины расхода воздуха. Эта погрешность,

Реет

=/ (рС ет. G) (рис. 62) . На этом графике номера кривых соответст­

вуют расходам G: 1 — 10 л/мин; 2 — 50 л/мин; 3 — 80 л/мин; 4 —

Рсет>>2 кГ/см2.

Установлено, что для обеспечения нормальной работы стабили­ затора необходимо придерживаться такого соотношения:

Рраб < 0,6р

сет*

Уменьшение погрешности рабочего давления обеспечивается

врезультате следующих мероприятий:

1)изменением типа стабилизатора;

2)частичной разгрузкой клапана от действующих на него сил (от сил давления воздуха разгрузка производится путем устройства дренажных отверстий в тарелке и штоке клапана, через которые

3) применением стабилизатора с пневматическим усилителем (рис. 60, г), главной особенностью которого является непрямое со­ единение основной пружины с клапаном, т. е. через усилитель. На-

127

личие усилителя позволяет снизить погрешность Д р р а б до 0,1 кПсм2 при изменении расхода воздуха в диапазоне от 5 до 120 л/мин, т. е. на каждый 1 л/мин погрешность составляет 0,0008 кГ/см2.

В некоторых случаях применяются стабилизаторы с двойным пневматическим усилителем.

§ 15. ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ОСНАСТКА

Чувствительные элементы

Чувствительные элементы (датчики) в пневматических маномет­ рических приборах предназначены для преобразования измеритель­ ного давления в механическое перемещение указателя отсчетного устройства с целью определения размера детали.

Ю Ризм

Рис. 63

Точность, пределы измерения, время срабатывания и габариты пневматических приборов в значительной мере определяются ти­ пом и размерами чувствительного элемента. Чувствительные эле­ менты подразделяются на две основные группы: 1) жидкостные и 2) механические. Кроме того, применяются комбинированные дат­ чики с электро- и фотоэлементами.

Жидкостные чувствительные элементы выполняются в виде ча­

венного действия (прибор типа «Солекс», рис. 50) и в приборах диф­ ференциального действия (прибор «Сигма», схема которого дана на рис. 64). В приборе «Сигма» имеются две ветви: ветвь 5 и ветвь противодавления 2. Подача воздуха в них происходит через вход­ ные сопла 3 я 4. Чувствительный элемент 6 регистрирует разность давлений р0 — рИ.т, где р0 — давление воздуха в ветви 2, регули­ руемое соплом 1.

128

Жидкостные чувствительные элементы обладают рядом преиму­ ществ по сравнению с механическими: они обеспечивают постоянную равномерную шкалу независимо от экземпляра элемента благодаря отсутствию остаточных явлений типа упругого гистерезиса, более надежны в эксплуатации в случае перегрузок, так как в них имеются предохранительные устройства от выброса измерительной

или с дополнительным оптическим устройством и зеркальной шкалой. Температурная погрешность, обусловленная тепловым расширением жидкости, как правило, не превышает 1 % , поэтому этой погрешностью можно пренебречь. Погрешность, вызванная капиллярным поднятием жидкости, может иметь место в отсчетных трубках малого диаметра, поэтому необходимо использовать трубки с диаметром не менее 3 мм в чашечных манометрах и не менее 6—7 мм — в U-образных манометрах.

Механическими чувствительными элементами являются пру­ жинные, мембранные, сильфонные и поршневые датчики давления. Пружинные датчики выполняются пластинчатыми (рис. 65, а) и трубчатыми — трубка Бурдона (рис. 65, б). Мембранные датчики выполняются в виде мембраны (рис. 65, в) и мембранных коробок. Для изготовления мембран используются эластичные резиноткане­ вые материалы, пластмассы и металлы (например, бериллиевая бронза). Широкое распространение в пневматических приборах получили чувствительные элементы в виде сильфонов (гофрирован­ ные трубки, рис. 65, г), изготовляемые из упругих материалов (полутомпак, бериллиевая бронза и др.). Для увеличения жестко­ сти мембранных и сильфонных чувствительных элементов приме­ няется винтовая пружина (рис. 65, д).

129