книги из ГПНТБ / Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока. (Приборы для измерения давления, температуры и скорости)

водится во вращение реверсивным электродвигателем 3 постоян­ ного тока моторно-тормозного агрегата, в который кроме двигателя входит электротормоз 2 и сельсин-датчик 1. Число обо­ ротов ходового винта измеряется счетчиком оборотов или при по­ мощи сельсинной связи передается на указывающий прибор. Управление работой моторно-тормозного агрегата осуществля­ ется контактным устройством, состоящим из контактов точной 9 и грубой 8 регулировки. Подвижные контакты грубой и тон­ кой регулировки укреплены на рычаге и расположены между симметрично отстоящими неподвижными контактами, установ­ ленными на станине устройства. При отклонении рычага под дей­ ствием приложенной силы давления замыкаются контакты тон­ кой регулировки, подающие питание той обмотке возбуждения двигателя, которая заставляет его вращаться в направлении, обеспечивающем перемещение груза к положению равновесия. По мере дальнейшего нарушения равновесия рычага и увеличе­ ния его отклонения замыкаются контакты грубой регулировки, закорачивающие цепь питания электромагнитного тормоза. При этом частота вращения двигателя, а следовательно, и ходового винта возрастает. Груз начинает ускоренно передвигаться к по­ ложению равновесия. При подходе груза к этому положению происходит последовательное отключение контактов вначале гру­ бой, а затем тонкой регулировки. В положении равновесия все контакты разомкнуты и груз останавливается.

Большая скорость перемещения груза при отключенном тор­ мозе обеспечивает быстрое уравновешивание. Малая скорость движения при включенном тормозе обеспечивает спокойное, без раскачки уравновешивание рычага даже при малых зазорах между контактами тонкой регулировки. Настройкой последних достигается максимальная чувствительность и точность весового элемента. Для остановки электродвигателя при достижении гру­ зом крайних положений служат концевые выключатели 10 и 11. Измерительный рычаг 7 и силовой рычаг 12 покоятся на призма­ тических 6 или упругих опорах. Измерительный рычаг снабжен жидкостным демпфером, балансировочным устройством и арре­ тиром. Сила, приложенная к измерительному рычагу, пропорци­ ональна частоте вращения ходового винта, измеряемой счетчи­ ком.

На рис. 1.36 приведены электрические схемы весового элемен­ та. В весовом элементе ускоренного действия (рис. 1.36, б) в цепь контактов грубой регулировки включено реле 11, дополни­ тельно ускоряющее процесс уравновешивания. Нормально-ра­ зомкнутые контакты реле 13 включены в цепь якоря реверсивно­ го электродвигателя 3, а нормально-замкнутые 12 ■— в цепь тор­ моза 2. Когда замкнуты контакты точной регулировки 5, через тормоз течет большой ток и двигатель работает на пониженных оборотах. Как только замыкаются контакты грубой регулиров­ ки 4, срабатывает ускоряющее реле, контакты 12 в цепи тормоза

63

О)

-110В

5)

Рис. 1.36. Электрические схемы автоматического весового эле­ мента:

а—нормального действия; б—ускоренного действия: I—сельсин-датчик; 2 — тормоз; 3 — реверсивный электродвигатель; 4— контакты грубой регулировки; 5—'контакты точной регулировки; 6 и 7—

концевые выключатели; 8—регулировочный реостат тока тормоза; 9— регулировочный реостат тока якоря двигателя; 10—обмотки возбужде­ ния двигателя; 11—ускоряющее реле РУ; 12— нормально-замкнутые НЗ контакты реле; 13—нормально-разомкнутые HP контакты реле; 14— соп­ ротивление в цепи тормоза; 15— сопротивление в цепи обмоток элект­

родвигателя

64

размыкаются, ток тормоза идет через сопротивление 14, тормо­ зящее действие ослабевает. Одновременно замыкаются контак­ ты 13 в цепи якоря двигателя, ток идет через меньшую часть ре­ остата 9 в цепи якоря, увеличивается скорость вращения. Сов­ местным действием малого торможения и увеличения тока двигателя обеспечивается быстрое перемещение груза к новому положению равновесия рычага.

Из схемы весового элемента рис. 1.35 видно, что он пред­ ставляет собой неравноплечий рычаг. Момент измеряемой пере­ менной силы на постоянном плече уравновешивается моментом известной постоянной силы на переменном плече. При равнове­ сии рычага моменты равны друг другу. Весовой элемент имеет следующую рабочую формулу:

п0— показание счетчика в начальном положении при

Р= 0;

п— показание счетчика, соответствующее состоянию

равновесия;

£сч = 9lK £р_с.— коэффициент счетчика в Н/об;

а

G — масса уравновешивающего груза в кг;

т— шаг ходового винта в м/об;

а— короткое плечо рычага в м.

Ер.с — кратность рычажной системы; kp.c=c/d.

В весовом элементе с бесконтактной системой управления (рис. 1.37) отклонение измерительного рычага 1 преобразуется в напряжение переменного тока индуктивным датчиком трансфор­ маторного типа [6]. Усиленное напряжение подается на двух­ фазный асинхронный серводвигатель 5 переменного тока, уста­ новленный на рычаге взамен моторно-тормозного агрегата. Ин­ дуктивный датчик состоит из якоря 10, укрепленного на рычаге, и статора 9 трехстержневой Ш-образной формы, установленного на основании весового элемента. На среднем стержне статора размещена катушка, питаемая переменным током 6 В. Этот ток создает в сердечнике переменный магнитный поток, замыкаю­ щийся через сердечник якоря. При симметричном положении якоря 10 относительно статора 9 магнитный поток статора не на­ водит э.д.с. в обмотке якоря. При смещении якоря от нулевого положения часть потока статора пронизывает обмотку якоря и индуцирует в его обмотке э.д.с., пропорциональную перемеще­ нию. После усиления она питает управляющую обмотку двигате­ ля 5, который через зубчатую передачу связан с сельсином-дат­ чиком 6, ходовым винтом 3 и счетчиком оборотов 4.

Для улучшения характера переходного процесса на вход усилителя подается также э.д.с. тахогенератора переменного тока, встроенного в двигатель, при помощи которого осущест­ вляется гибкая обратная связь, уменьшающая длительность пе­ реходного процесса системы уравновешивания. Для повышения динамической устойчивости измерительный рычаг установлен на упругих опорах 12. Весовой элемент с бесконтактным управле­ нием обладает повышенным быстродействием и большей вибро­ стойкостью по сравнению с элементом, имеющим контактное управление.

Рис. 1.37. Весовой элемент с бесконтактной системой управ­ ления:

/—измерительный рычаг; 2—^уравновешивающий груз; 3—ходовой винт; 4—счетчик оборотов; 5—асинхронный серводвигатель; 5—• сельсин-датчик; 7, 8—концевые выключатели; 9 и 10—статор и якорь индуктивного датчика; // —демпфер; 12—упругая опора; 13— призматическая опора; 14—балансировочное устройство; 15—арретир

Для измерения давлений, изменяющихся в широком диапазо­ не, используются многодиапазонные весовые элементы (рис. 1.38). В этих устройствах на малом плече измерительного рыча­ га имеются две призматические опоры 10 и введен дополнитель­ но горизонтальный рычаг 13. Пользование этими опорами и рычагом дает возможность в 2 раза уменьшить диапазон измере­ ния весового элемента. Кроме того, имеется устройство для сту­ пенчатого изменения диапазона, состоящее из подвешенной на призматической опоре 11 тарелки 14, на которую по мере необ­ ходимости грузоукладчик опускает дополнительные грузы 15 или снимает их, изменяя массу измерительного рычага. Управление работой грузоукладчика осуществляется специальным приво­ дом 17 и сельсинной связью при срабатывании концевых выклю­ чателей 8 и 9, установленных в крайних возможных положениях подвижного груза весового элемента. Укладчик имеет четыре груза, что позволяет при неизменном весе подвижного груза иметь пять диапазонов измерения.

66

Для измерительных целей также нашли применение весовые элементы с переменной ценой деления [29]. Изменение цены деления весового элемента достигается двумя перемещениями уравновешивающего груза 10: линейным и угловым (рис. 1.39). Измерительный рычаг весового элемента имеет две направляю-

Рис. 1.38. Многодиапазонный ресовой элемент:

/—'измерительный рычаг; 2—уравновешивающий груз; 3—ходовой винт; 4—счетчик оборотов; 5—моторно-тормозной агрегат; 6—контакты тонкой регулировки; 7—контак­ ты грубой регулировки; 8 и 9—концевые выключатели; 10, 11, /2—призматические опоры; 13—дополнительный рычаг; 14—тарелка; 15—груз; 16 и /7—ходовой винт и привод грузоукладчика; 18—арретир; 19—демпфер; 20—балансировочное устройство

щие. Одна служит для перемещения каретки при помощи ходо­ вого винта 3, который подобно описанным весовым элементам одним концом вращает счетчик оборотов 4, а другим концом сое­ динен с моторно-тормозным агрегатом 5, приводящим его во вра­ щение. Управление работой моторно-тормозного агрегата осу­ ществляется системой контактов грубой 7 и тонкой 6 регули­ ровки.

В отличие от весовых элементов с постоянной ценой деления на измерительном рычаге размещена штанга 16, одним концом шарнирно связанная с кареткой 2 и способная при перемещении каретки поворачиваться на угол а вокруг оси О из положения В в положение А. По штанге при помощи второго ходового винта

11 перемещается груз 10. С этим ходовым винтом соединен счет­ чик оборотов 12 и сельсин-датчик, установленный на пульте, от­ куда осуществляется управление перемещением подвижного груза.

Рабочая формула весового элемента определяется выражени­ ем (1.39), в котором &Сч имеет вид

Рис. 1.39. Весовой элемент с переменной ценой деления:

/—измерительный рычаг; 2—каретка; 3—ходовой винт каретки; 4—-счетчик оборотов; 5—моторно-тормозной агрегат-. 6—контакты тонкой регулировки; 7—контакты грубой регулировки; 8 и 9—концевые выключатели; 10—уравновешивающий груз G; 11—ходо­

вой винт груза; 12—счетчик оборотов и сельсин-приемник, управляющий перемеще­ нием груза; 13—балансировочные грузы; 14—демпфер; /5—комбинированный компен­ сатор жесткости; 16—штанга; 17—электромагнит.

68

г

компенсатор жесткости в виде рычага с перемещающимися гру­ зами. Этими грузами осуществляется также предварительная загрузка сильфона, тяги и ножей рычажной системы для устра­ нения всех люфтов. Горизонтальный рычаг вертикальной тягой соединен с коромыслом весового элемента. При поступлении давления в сильфон на горизонтальном рычаге возникает мо­ мент, автоматически уравновешиваемый моментом груза весо­

вого элемента.

Если давление не укладывается в диапазон прибора, под­ вижной груз в крайних положениях включает механизм автома­ тической смены диапазонов. Один из таких манометров на пять диапазонов (см. схему на рис. 1.38) имеет характеристики, при­ веденные в табл. 1.11.

Таблица 1.11

При измерении перепада давления весовой элемент нагру­ жается усилиями двух сильфонов, в которые подаются давле­ ния, разность между которыми подлежит измерению.

Манометр низких абсолютных давлений *

Манометр создан на базе весового элемента с бесконтактной индуктивной системой управления. Фотография измерительной части манометра приведена на рис. 1.41. Весовой элемент и сильфон 2, воспринимающий измеряемое давление, смонтирова­ ны на крышке 1 герметичной камеры (на фотографии не пока­ зана), давление в которой составляет 10_3 мм рт. ст. Это дав­ ление контролируется стандартным термопарным манометром ВТ-2. На одном конце измерительного рычага установлен силь­ фон 2, на втором конце укреплен якорь индуктивного датчика 5, осуществляющего контроль за положением рычага.

Начальное положение измерительного рычага соответствует одинаковым давлениям в сильфоне и камере. При изменении давления, подаваемого в сильфон, рычаг приходит в движение,

*Прибор разработан Ю. В. Лавровым, В. И. Митяевым, В. С. Сергеевым

иМ. В. Родиным.

70

Двухдиапазонный дифференциальный манометр

с большим выходным электрическим сигналом

Прибор состоит из приемного сильфонного узла и весового элемента (рис. 1.42). Предназначен для измерения разности дав­ лений в диапазонах 0 ... ~ 8 • 104 и 0 .. . 16 • 104 Па (соответст­ венно 600 и 1200 мм рт. ст.). Измеряемая величина преобразу-

Рис. 1.42. Сильфонный измеритель низких абсолютных давлений с реохордом:

/ —станина весового элемента; 2—проволочный шарнир; 3—измерительный рычаг; 4—-гиб­ кий шарнир; 5—компенсатор жесткости; 6—груз; 7—реостат,- 8—ползунок; 9—корпус; 10—• приемный сильфон; / / —фигурный диск; 12—герметизирующий сильфон; 13—тяга

ется в изменение электрического напряжения величиной до 100 В для ввода в вычислительное устройство. Сильфонный узел состоит из разъемного корпуса 9, разделенного на две полости приемным сильфоном 10. Одним основанием сильфон герметично соединен с корпусом, другим прикреплен к фигурному диску 11, через который в обе стороны пропущена тяга 13. Места выхода тяги из корпуса загерметизированы двумя сильфонами 12 мало­ го диаметра с равными эффективными площадями. Сильфонный узел установлен на станине 1 весового элемента. Нижний конец тяги заканчивается гибким шарниром 2, при помощи которого она соединена с измерительным рычагом 3 весового элемента.

72