книги из ГПНТБ / Березовец Г.Т. Приборы пневматической агрегатной унифицированной системы и их использование для автоматизации производственных процессов

верхнее или нижнее положение. Нижний конец штока 17 служит заслонкой сопла 18. Следовательно, когда шток 17 находится в крайнем верхнем положении, сопло 18 полностью открыто, давление в камере 4 близко к нулю, шариковый клапан закры­ вается, а давление р2 на выходе блока сигнализации тоже равно нулю.

Когда шток 17 находится в крайнем нижнем положении, сопло 18 закрывается, давление в камере 4 становится максималь­ ным, мембраны 19 и 20 прогибаются, и шток 21 открывает шари­ ковый клапан. При этом выпускной канал в штоке 21 перекры­ вается шариком, и давление р 2 в камере 2 и выходной линии блока становится равным 1 кГ/см2.

При работе в канестве сигнализирующего устройства блок

ной минимальной величины.

В первом случае сжатый воздух от датчика параметра по­ дается в камеру 6. До тех пор, пока значение параметра меньше заданного максимального, усилие на мембранах будет направлено вверх, и шток 17 будет находиться в верхнем положении, а сопло 18 открыто. Давление на выходе блока равно нулю, и сигнал отсутствует.

Как только параметр несколько превысит заданное значение, направление усилия меняется в противоположную сторону, и шток 17 закрывает сопло 18. На выходе из блока давление стано­ вится равным 1 кГ/сш2, и сигнализирующий механизм подает световой или звуковой сигнал.

При установке блока сигнализации на минимум сжатый воз­ дух от датчика поступает в камеру 7, а давление задания подается в камеру 6. В этом случае до тех пор, пока значение параметра выше заданного минимального, мембрана со штоком 17 поднята вверх, сопло 18 открыто, давление на выходе блока равно нулю, п сигнал отсутствует.

Как только параметр уменьшится и станет ниже заданного, мембраны прогнутся вниз, шток 17 прикроет сопло, и давление па выходе блока, максимальное по величине, включит сигнализи­ рующее устройство. Нулю шкалы установки сигнала соответ­ ствует давление 0,2 кГ/см2, а 100% шкалы — давление 1 кГ/см2. Основная допустимая погрешность срабатывания блока при тем­ пературе 20 ± 5° С не превышает во всем диапазоне ±2% .

Блок интегратора Б И -1 6

Конструкция и схема блока отличаются от прибора 1 СП-31А только тем, что в блоке БИА% отсутствует механизм, показываю­ щий мгновенный расход. В остальном нет никакого различия.

50

Крупногабаритные вторичные приборы

Крупногабаритные вторичные приборы изготовляются в двух модификациях: регистрирующие и показывающие. Приборы этого типа работают от любых датчиков с диапазоном давления на вы­

рах, которые изготовляются в шести модификациях *, элементами, воспринимающими давление, являются один или два сильфона, уравновешенные винтовыми пружинами. Передающее устройство включает рычаг, один конец которого связан с дном сильфона, а на втором конце укреплен гладкий сектор. Движение сектора, происходящее при перемещении рычага, гибкой ленточной связью передается на гладкий валик, жестко связанный со стрел­ кой. Дно сильфона связано с рычагом посредством керна. Один конец керна опирается на подпятник, второй входит в подпят­ ник, укрепленный на рычаге.

Показывающие приборы изготовляются в стандартных круг­ лых корпусах, рассчитанных на утопленный монтаж. Длина шкалы приборов в большом корпусе 650 мм, длина шкалы в ма­ лом корпусе 450 мм. Угол раствора шкал составляет 270°.

Размеры приборов в большом корпусе 366 х 140 мм, в малом корпусе — 260 х 140 мм.

Вторичные регистрирующие приборы с дисковой диаграммой. Эти приборы являются самопишущими сильфонными манометрами с записью на дисковой диаграмме и изготовляются в трех моди­ фикациях.

Передающее устройство приборов с дисковой диаграммой аналогично устройству показывающих приборов с той лишь раз­ ницей, что гладкий валик оси, на которой укреплено перо, за­ менен сектором, так как угол поворота оси составляет около 50°.

Регистрирующие приборы, как и показывающие, выпускаются в больших стандартных круглых корпусах, рассчитанных на утопленный монтаж.

Дисковая диаграмма приводится во вращение стандартным часовым приводом н совершает один оборот в сутки. Диаграммы могут быть 100%-ными и именованными в соответствии с родом: измеряемой величины.

Размеры приборов 366 х 140 мм.

Вторичные регистрирующие приборы с ленточной диаграммой.. Вторичные регистрирующие приборы с ленточной диаграммой являются самопишущими манометрами.

Приборы изготовляются двух модификаций.1

1 Перечисление модификаций всех вторичных приборов приведено на стр. 9.

51

Основными элементами приборов являются: чувствительный элемент (один или два), передающее устройство с механизмом пера и контрольной стрелки, приводной механизм ленточной диаграммы и шкала. В обеих модификациях чувствительными элементами служат сильфоны, нагруженные винтовыми пружи­ нами сжатия.

Сильфон воспринимает сигналы давления воздуха от датчика, преобразует их в перемещение и передает далее на перо со стрел­ кой. Передающее устройство состоит из зубчатого сектора, трибки и выпрямляющего механизма.

Привод ленточной диаграммы осуществляется от электро­ двигателя СД-2, питающегося от сети переменного тока напряже­ ния 127 или 220 в. Скорость движения ленточной диаграммы может быть установлена 20, 40 и 60 мм/час. Длина шкалы 120 мм. Пря­ моугольный корпус прибора имеет размеры 240 х 250 X 465 мм и рассчитан на утопленный монтаж.

Вторичные регистрирующие приборы с дисковой диаграммой и показывающие приборы могут устанавливаться в пожаро- и взрывоопасных помещениях.

При фиксации поочередно одной из трех входных величин при помощи этого устройства можно осуществить также и сле­ дующие более простые операции:

1)умножение двух сигналов pi = kp1p2,

2)возведение сигнала в квадрат д4 = кр2\

3) деление одного сигнала на другой д4 = —— ;

Рз

4) деление квадрата одного сигнала на другой сигнал

5) усиление сигнала с широким диапазоном изменения коэф­ фициента усиления Pi = крх,

к

6) получение обратной величины р4 = ■— .

Рз

Во всех приведенных формулах к — коэффициент пропорцио­ нальности.

52

Диапазон входных и выходных давлений множительно-дели­

соблюдать условие рз ^ pi.

Для расширения области выполняемых математических опе­ раций, если необходимо, можно предварительно каждую из пере­ менных pi, р2 и Рз делить на заранее установленную величину к в обычном пневматическом делителе, представляющем собой проточную камеру, на входе н выходе которой установлены дрос­ сели. Один из этих дросселей является регулируемым, поэтому удается изменять величину к.

Если в (1) выходную величину р4 положить равной величине Рз, то формально можно получить операцию извлечения квадрат­

где в этом случае р3 — давление на выходе устройства.

Практически получить квадратный корень таким способом затруднительно, поэтому предлагается другая схема, построен­ ная на базе схемы устройства для умножения и деления, реали­ зующего операцию (2).

При фиксации одной из двух величин на входе р 1 или р2 можно осуществить также операцию извлечения квадратного корня из одного сигнала с установкой необходимого масштабного коэф­

53

в междроссельной камере будет зависеть от этих двух переменных величин. Если же реле выполняется так, что заслонка переме­ щается под действием какого-либо давления р, т. е. величина хода заслонки является функцией этого давления, то при опреде­ ленных условиях можно получить зависимость вида

Рис. 27. Схема блока умножения и деления.

Эта зависимость была положена в основу пневматического множительно-делительного устройства, схема которого изобра­ жена на рис. 27, б.

Оно состоит из камер А и В, разделенных гибкими мембра­ нами 1, 2, 3, и двух пневматических реле С и D, сопла 8 и 0 ко­ торых прикрываются одной и той же заслонкой 5, помещенной на нижнем конце штока 4, стягивающего мембраны.

К камере А подводится давление pv а к камерам реле С и D через постоянные дроссели 7 и 6 подводятся давления р.а и рг. Внутри этих камер устанавливаются давления р5 и pi, значения которых зависят от положения заслонки 5.

Как бы ни изменялись давления р г и р3, в процессе работы множительно-делительного устройства давление ръ всегда следит за давлением pv Достигается это благодаря обратной связи, осуществляемой при помощи камеры В, куда подается давление ръ. Так как эффективные площади мембран 1 и 3 равны, то равно­ весие мембранного блока возможно только тогда, когда давление1

1 Переменный дроссель в данном случае представляет собой сопло с заслонкой.

54

рь равно давлению рх. При изменении давления р и например при его увеличении, мембраны перемещаются вниз, и заслонка при­ крывает сопла, в результате чего давление р5 соответственно уве­ личивается. При уменьшении давления Pi сопла открываются, и давление ръ соответственно уменьшается.

То же самое можно сказать и об изменении давления р 3. Раз­ ница заключается только в том, что если при увеличении рх сопла прикрываются, то при увеличении р3, ввиду того, что при этом увеличивается давление р5 в камере В и мембраны перемещаются вверх, сопла открываются.

Так как заслонка 5 управляет открытием обоих сопел, а ее положение определяется значениями давлений P in p 3, то и вели­ чина давления pi в камере D зависит от этих же давлений. Давле­ ние р4, кроме того, зависит и от давления р3.

Таким образом, давление р4, которое является давлением на выходе множительно-делительного устройства, представляет со­ бой функцию трех величин: ръ р2 и р3. Увеличение давлений р± и р2 вызывает увеличение давления pi: а увеличение давления р3— его уменьшение. Математически соотношение этих давлений выражается равенством (1).

Пневматический экстремальный регулятор

При автоматизации производственных процессов в отличие от задач стабилизации, программного регулирования и слеже­ ния встречаются также задачи, связанные с отысканием и под-

держанием экстремального (каксимального или минимального) значения какого-либо параметра процесса. Для решения некото­ рых задач такого рода служат пневматические экстремальные регуляторы. Структурная схема системы экстремального регу­ лирования приведена на рис. 28 г.1

1 Описание данного регулятора составлено Ю. И. Островским.

55

Давление ру, пропорциональное регулируемому параметру, подводится на входы запоминающего и сравнивающего устройств. В запоминающем устройстве запоминается экстремальное значе­ ние, достигаемое регулируемым параметром. В сравнивающем устройстве это значение сравнивается с текущим значением регу­ лируемого параметра. В момент, когда разность между ними до­ стигает заданной величины, например 0,5% или 1% от значения,

Рис. 29. Схема действия пневматического экстремального регулятора с запоминанием максимума.

зафиксированного в запоминающем устройстве, на выходе сравни­ вающего устройства вырабатывается сигнал, который приводит к освобождению запоминающего устройства от значения, ранее запомненного, и реверсирует направление перемещения регулирую­ щего органа. Реверс выполняется посредством реле переключения.

В пневматическом экстремальном регуляторе поиск'максимума осуществляется непрерывно, так как давление рх на выходе регу­

Принцип действия пневматического экстремального регулятора

Пневматический экстремальный регулятор работает по прин­ ципу «запоминания» максимума.. Поиск максимума осуще­ ствляется непрерывно путем принудительного изменения регуля­ тором входной координаты объекта (рис. 29, а).

56

поступающем в регулятор, отсутствуют помехи.

На рис. 29, б приведен график изменения давления воздуха ру, пропорционального выходной координате у объекта. В момент tbl величина р у достигает максимального значения ру макс и при даль­ нейшем изменении ру начинает уменьшаться. В случае, если объект является инерционным, то величина ру мак0 будет меньше, чем величина р*уыакс, соответствующая статической характери­ стике объекта.

Рис. 30. Схема пневматического экстремального регулятора с запоминанием:- максимума.

в камере запоминания этого блока следит за давлением ру при его

ной величины бо, на выходе блока сравнения появляется импульс, давления воздуха рв (рис. 29, г), который подается на шаговый переключатель (рис. 30, б).

57

Давление рр на выходе шагового переключателя (рис. 29, е) может принимать два дискретных значения: рр — 0 и рр = ра, где ра — давление питания шагового переключателя. Переклю­ чение осуществляется в момент подачи импульса рв. В интервале

между импульсами сохраняется значение давления, которое установилось в результате предыдущего импульса.

Давление рр поступает на входе блока постоянного перепада

(рис. 30, а).

Если рр = ра, то давление рх на выходе этого блока умень­ шается с постоянной скоростью. Если рр = 0, то рх возрастает с такой же скоростью. Давление рх управляет изменением вход­ ной координаты регулируемого объекта.

Кролю реверса входной координаты объекта, импульс р в вы­ полняет следующие операции:

1)осуществляет самоблокировку блока сравнения;

2)сбрасывает «запоминание»;

3)снимает самоблокировку блока сравнения (через элемент запаздывания).

Сброс «запоминания» осуществляется соединением камеры запоминания с магистралью ру.

При этом давления р3 и ру уравниваются, но благодаря само­ блокировке давление рв на выходе блока сравнения сохраняется.

Если система является инерционной, то после изменения знака скорости поиска выходная координата объекта у и пропор­ циональное ей давление р у будут еще некоторое время умень­ шаться, а затем снова начнут возрастать.

Если блок запоминания снова включается в работу в момент tn, то он «запомнит» соответствующее значение ру, и в случае если р > бо (рис. 29, б), произойдет ложное переключение знака скорости поиска. Чтобы этого не произошло на протяжении ин­ тервала времени tu, устройство запоминания выключается. Ве­ личина задержки tu определяется длительностью импульса рв.

В момент tc на выходе элемента запаздывания появляется импульс давления рс (рис. 29, д). Этот импульс снимает само­

блокировку блока сравнения. Давление в магистрали р в падает

до нуля. Начицая с этого момента, блок запоминания снова может фиксировать максимум величины ру. Падение давления рв

вызывает также падение давления рс. После этого цикл повто­ ряется.

Устройство пневматического экстремального регулятора

В схеме экстремального регулятора (рис. 30) используется значительное количество стандартных деталей пневматической агрегатной системы. Регулятор состоит из четырех блоков: за­ поминания, сравнения, шагового переключателя и постоянного перепада.

-58

Давление р у, пропорциональное выходной координате у ре­ гулируемого объекта, передается в камеру 18 блока запоминания

лкамеру 11 блока сравнения. Когда клапан К открыт, магистраль

ру сообщается также с камерой запоминания 22. Клапан К

открывается пружиной П s и закрывается при подаче давления в камеру 21. Герметичность в седле клапана создается резиновым уплотнительным кольцом z. Давление р3из камеры запоминания подается в камеры 13 и 20, сообщающиеся с камерой 22. При открытии соответствующих клапанов давление р 3 сравнивается о давлением р и.

Проходное сечение всех сопел С значительно больше проход­ ного сечения постоянных дросселей Д. Поэтому при большом зазоре между соплом и соответствующей заслонкой давление в пневматической камере незначительно отличается от атмосфер­ ного. При уменьшении зазора между соплом и заслонкой да­ вление в камере возрастает.

Если ру > р3, сопло С4 открыто, давление в камерах 7, 8 9, 10, 12, 14, 19 равно атмосферному, сопло Се, управляющее от­ крытием клапана К, «открыто». Клапан К открыт, и давление pi поступает в камеру запоминания 22.

заслонкой и тем больше открывается клапан К под действием

ное сечение полностью открытого клапана К значительно пре­ вышает проходное сечение сверлений в блоке, предназначенных

для подвода давления ру. Пружина П8 и положение сопла Св

отрегулированы таким образом, что при = 0 давление в ка­

мере 21 обеспечивает полное закрытие клапана К усилием пру­ жины П8. Практически клапан К закрывается при ру — р3 ~

~ 0,002 кГ/см2.

Если теперь уменьшить давление ру, то под действием пере­ пада давлений в камерах 18 и 20 сопло Сь будет полностью пере­ крыто заслонкой, и давление в камере 21 перед клапаном К по­ высится приблизительно до 1 кГ/сл2.

Давление р3, зафиксированное в камере запоминания, оста­ нется равным максимальному значению давления ру = румакс,

59