книги / Теплотехнические измерения и приборы

заньь Рабочий диапазон изменения угла поворота входной оси составляет 40°.

По данным [17] значение добротности Q такого струнного вибра­ тора равно 400—800, а динамическое сопротивление колеблющейся струны на резонансной частоте # д æ 2 Ом (при Rz = 1 Ом).

Необходимость введения в схему механического квадратора объясняется следующим. Из уравнения (8-9-1) видно, что струн­ ный вибратор имеет нелинейную характеристику. Если бы зависи­ мость силы натяжения струны q от угла поворота а была линей­ ной q = kxa, то очевидно, что характеристика преобразователя была бы нелинейной:

f = /г2У k]a,

где /е2 — коэффициент, определяемый геометрическими размерами и материалом струны.

Квадратор позволяет преобразовать угловое перемещение входной оси а (предварительно преобразованное с помощью ку­ лачка и гибкой ленты в поступательное перемещение) в растяги­ вающее усилие q в соответствии с зависимостью

где /е3 — постоянный коэффициент.

Вэтом случае характеристика преобразователя будет иметь вид:

т.е. механический квадратор дает возможность линеаризовать характеристику струнного вибратора и, следовательно, всего

наль моста. Поскольку мост включен в цепь положительной обрат­ ной связи усилителя, то система «мост—усилитель» представляет

В основу построения пневмосиловых преобразователей поло­ жен принцип силовой компенсации. В конструкции пневмосиловых преобразователей используются основные узлы рычажной системы механизма рассмотренного выше электросилового преобразователя.

Принципиальная схема пневмосилового преобразователя пока­ зана на рис. 8-10-^Измеряемая величина х или выходная вели­ чина первичного преобразователя.воспринимается чувствительным элементом измерительного устройства 1 и преобразовывается в про­ порциональное усилие q. Это усилие через рычажную систему 2 и 3 передаточного механизма преобразователя 6 автоматически уравновешивается усилием q0mZ, развиваемым сильфоном обратной связи 12. .При изменений измеряемой величины х, а вместе с тем и усилия q, происходит незначительное перемещение рычажной

Рис. 8-10*1. Принципиальная схема пневмосилового преобразователя.

системы 2 и 3 и связанной с рычагом 2 заслонки 7 индикатора рассогласования. Индикатор рассогласования (сопло-заслонка) пре­ образует это перемещение в управляющий сигнал давления сжа­ того воздуха в линии сопла 8. Этот сигнал рассогласования управ­ ляет выходным сигналом давления сжатого воздуха пневматиче­ ского усилителя мощности 9. Выходной сигнал усилителя рпых поступает в линию дистанционной передачи и одновременно в силь­ фон обратной связи /2, где прёобразуется в пропорциональное ему усилие qox. Это усилие через рычажный передаточный меха­ низм 2 и 3 уравновешивает входное усилие q. Мерой входного усилия р, а следовательно, и измеряемой величины х является текущее значение выходного сигнала давления сжатого воздуха рВЬ1Х пневматического усилителя, необходимое для создания уравнове­ шивающего усилия обратной связи qoc. Пределы изменения пнев­ матического выходного сигнала преобразователя 0,2—1 кгс/см2 (0,02—0,1 МПа).

Настройка пневмосилового преобразователя на заданный диа­ пазон входного усилия qy а вместе с тем и измеряемой величины х осуществляется изменением, передаточного отношения рычажной

пределом измерения 1,6 кгс/см2 (0,16 МПа). Максимальное расстоя­ ние передачи пневматического сигнала по трассе не более 300 м.

Первичные приборы с пневматическим выходным сигналом 0,2— 1 кгс/см2 (0,02—0,1 МПа) могут работать в комплекте с любыми пневматическими показывающими и самопишущими вторичными приборами, выпускаемыми отечественными приборостроительными заводами. Кроме того, они могут работать совместно с функциональ­ ными и регулирующими блоками и другими устройствами систем пневмоавтоматики.

8-11. Пневматические передающие преобразователи

Пневматические передающие преобразователи, рассматривае­ мые ниже, предназначены для преобразования угла поворота выход­ ной оси измерительных устройств, пропорционального сигналу измерительной информации, в унифицированный пневматиче­ ский выходной сигнал, изменяющийся от 0,2 до 1 кгс/см2 (0,02— 0,1 МПа). Преобразователи этого типа, изготовляемые в виде отдель-

Рис; 8-11-1. Схема устройства пневматического передающего преобразователя типа ПП.

ного блока (или узла), устанавливаются как.дополнительное устрой­ ство в различных средствах измерений, например в манометриче­ ских термометрах, в приборах для измерения давления, в дифманометрах и в некоторых вторичных приборах.

На рис. 8-11-1 показана схема устройства пневматического передающего преобразователя типа ПП, изготовляемого Харьков­ ским заводом КИП [17]. Входной величиной этого преобразователя является угол поворота. Преобразователь, устанавливаемый внутри прибора, связан с выходной осью его через сектор 2 посредством

шестерни 1 (или через поводок 16 с катящимся по кулачку 17 роли­ ком). Шестерня (или кулачок), неподвижно укрепленная на выход­ ной оси прибора, рассчитана таким рбразом, что при повороте ее на полный рабочий угол, соответствующий диапазону измере­ ния прибора, входная ось преобразователя, а следовательно, и сектор 2 с роликом 3 (или поводок 16 с роликом 3), повернется на угол 40°. Угол поворота сектора (или поводка) посредством ролика 3, ленты 15 и винтовой пружины 14 преобразуется в про­ порциональное усилие q на рычаге 13. В пневматическом преобра­ зователе сила q преобразуется в выходной пневматический сиг­

нал Рвых*

Сжатый очищенный воздух через фильтр и редуктор из маги­ страли питания под давлением рП1|т' = 1,4 кгс/см2 (0,014 МПа) посту­ пает в камеру I и через постоянный дроссель 9 в камеру IV. Дав­ ление в этой камере определяется значением зазора х между соп­ лом 12 и заслонкой 11, которая одновременно является жестким центром мембраны обратной связи 10. Размер зазора х является

и его назначение аналогично назначению дросселя 9 унифициро­ ванного пневматического усилителя, показанного на рис. 8-10-2. Камера III снабжена отверстиями, через которые осуществляется сброс воздуха в атмосферу.

меру III соединена с атмосферой. В этом случае входное усилие q мало и соответственно невелики давление в камере IV и сопро­ тивление на выходе из сопла 12. Поэтому усилие, действующее на мембранный блок со стороны камеры IV, меньше, чем усилие, создаваемое пружиной 7.

При возрастании усилия q на рычаге 13 пропорционально

С ростом сопротивления на сопле будет соответственно увеличи­ ваться давление воздуха в камере IV. При повышении давления в камере IV нарушается равновесие сил, действующих на мембран­ ный блок, и полый шток перемещается вверх. Шток воздействует на пластинчатый клапан, который, открываясь, будет пропускать через кольцевой канал воздух из камеры / в камеру II и далее в линию выходного давления рвых. Из линии выходного давления воздух подается в камеру обратной связи V. При повышении дав­ ления воздуха в камере V мембрана обратной связи 10 развивает усилие q0#с, уравновешивающее усилие q при определенном значе­ нии зазора х, а вместе с тем и выходного сигнала рвых. Автомати­ ческое поддержание выходного давления рвых достигается при

динамическом равновесии мембранного блока: полый шток и пла­ стинчатый клапан находятся в режиме высокочастотных незату­ хающих колебаний.

Пределы допускаемой основной погрешности пневматического преобразователя типа ПП не превышают± 1 %. Изменение выход­ ного сигнала преобразователя, вызываемое изменением давления питания рф1Т на ± 10% номинального значения 1,4 кгс/см2 (0,14 МПа) не превышает половины абсолютного значения основной погрешности (0,5%). Изменение выходного сигнала преобразова­ теля в процентах, вызываемое изменением температуры окружаю­

ратур, °С; 0,025 — температурный коэффициент, (%)*°С“1. Рассмотренные пневматические передающие ' преобразователи

типа ПП устанавливаются в качестве дополнительного устройства

поводков 3 и 4, рычага 5 и цилиндрической пружины 7 передается на свободный конец манометрической пружины 6 устройства обрат­ ной связи. При повороте оси 1 свободный конец манометрической пружины, перемещаясь под действием усилия р, развиваемого пружиной 7, уменьшает или увеличивает зазор между заслонкой 8 и соплом 9 узла индикатора рассогласования. Индикатор рассогла­ сования преобразует это перемёщение в управляющий сигнал дав­ ления сжатого воздуха. Повышение (или понижение) давления в линии сопла приводит к изменению выходного сигнала давления Рвых пневматического усилителя мощности 10. Выходной сигнал давления рвых пневматического усилителя поступает в линию

дистанционной передачи и одновременно в манометрическую пру­ жину устройства обратной связи, где преобразуется в пропорцио­ нальное усилие обратной связи qocy которое уравновешивает уси­ лие <7, создаваемое цилиндрической пружиной.

Мерой усилия <7, а следовательно, и измеряемой величины является текущее значение выходного сигнала давления рпых пре­ образователя, изменяющееся в пределах от 0,2 до 1 кгс/см2 (0,02— 0,1 МПа).

Заслонка индикатора рассогласования имеет максимальный рабочий ход примерно 0,01 мм.

Пневматический преобразователь снабжен корректором нуля, с помощью которого устанавливается начальное значение выход­ ного сигнала 0,2 кгс/см2 (0,02 МПа) при нулевом значении измеряе­ мой величины (корректор нуля на рис. 8-11-2 не показан).

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей пневматических передающих преобразователей нормируются в зависимостц от типа и класса точности манометрического термо­ метра.

В основу построения пневматических передающих преобразова­ телей для преобразования угла поворота оси манометров, дифманометров типа ДП, ДСП и других приборов в унифицированный пневматический выходной сигнал положен также принцип силовой компенсации. В устройстве обратной связи используется сильфон, а индикатор рассогласования выполняется по типу сопло-заслонка. Пневматический усилитель выполняется по схеме, показанной на рис. 8-10-2. Приборы, снабженные рассмотренным пневматиче­ ским передающим преобразователем, могут работать в комплекте с вторичными приборами и с другими устройствами систем пневма­ тики, указанными выше.

8-12. Электропневматические и пневмоэлектрические преобразователи

При создании комбинированных электропневматических систем автоматического контроля, регулирования и управления применяют для получения непрерывных сигналов измерительной информации приборы с электрическими и пневматическими выходными сигна­ лами. В этом случае для согласования рода энергии сигналов воз­ никает необходимость применения электропневматических преобра­ зователей для преобразования электрических сигналов постоян­ ного тока в пневматический выходной сигнал. Для преобразования пневматических сигналов измерительной информации средств изме­ рений в электрический выходной сигнал используются пневмо­ электрические преобразователи.

Электропневматические преобразователи. Рассмотрим в каче­ стве примера устройство малогабаритного электропневматического преобразователя типа ЭПП-М. Этот преобразователь предназна­ чен для пропорционального преобразования непрерывного элек­

трического сигнала постоянного тока 0—5 мА в унифицированный пневматический сигнал 0,2—1 кгс/см2 (0,02—0,1 МПа).

Принципиальная схема электропиевматического преобразова­ теля типа ЭПП-М изображена на рис. 8-12-1. Входным устройством служит магнитоэлектрический силовой механизм, состоящий из магнитопровода 2, постоянного магнита 1 и рамки 5, укрепленной на рычаге 4 с точкой опоры 5. Индикатор рассогласования состоит из сопла 6 и шарика 7, контакт которого с соплом осуществляется по острой кромке. Устройство обратной связи 8 представляет собой силовой элемент типа сопло-шарик. Сопло имеет развитую

Перемещение силового элемента обратной связи вдоль рычага обеспечивает перестройку диапазона преобразователя на ±50% . Начало диапазона преобразования при нулевом входном сигнале Iдх устанавливается с помощью пружины-корректора нуля 10.

Класс точности преобразователя ЭПП-М 0,6. Входное сопро­ тивление не более 2,0 кОм. Изменение выходного сигнала преобра­ зователя, вызываемое изменением температуры окружающего воз­ духа от 20 ± 5°С до любой температуры от 5 до 50°С на каждые 10°С, не превышает значения, определяемого по формуле (8-11-1) при xlltC=•- 0,3%. Изменение выходного сигнала преобразователя, вызываемое изменением давления питания на ± 10% номинального значения 1,4 кгс/см2 (0,14 МПа), не превышает половины абсолют­ ного значения предела допускаемой основной погрешности.

Изменение выходного сигнала преобразователя, вызываемое влиянием внешнего магнитного поля напряженностью 400 А/м, образованного как пёременным током частотой 50 Гц, так и постоян­ ным током при любом направлении поля, не превышает основной погрешности.

Приборостроительной промышленностью выпускаются и другие

типы электропневматических преобразователей с силовой компен­ сацией.

Пневмоэлектрические преобразователи. Пневмоэлектрические пре­ образователи для непрерывных входных и выходных сигналов могут быть выполнены как преобразователи прямого действия и как преобразователи компенсационного типа, использующие дополнительный источник энергии. Преобразователи прямого дей­ ствия обладают меньшей точностью по сравнению с преобразовате­ лями компенсационного типа, однако стоимость преобразователей компенсационного типа выше, чем прямого действия.

На рис. 8-12-2 приведена схема устройства пневмоэлектриче-

ника 5 дифференциально-трансформаторного преобразователя. Для уменьшения температурной погрешности шток сильфона снабжен биметаллическим компенсатором 11. Для удобства наладки преоб­ разователя предусмотрена возможность регулировки длины што­ ком сильфона и сердечника.

Пневматический сигнал измерительной информации рвх пер­ вичного прибора подводится к пневмоэлектрическому преобра­ зователю через штуцер в герметически закрытый кожухом измери­ тельный блок 1. Под действием давления сильфон сжимается, что вызывает пропорциональное перемещение штоков, а следовательно, и сердечника дифференциально-трансформаторного преобразователя.

Основная погрешность преобразователя ППЭ-6, выраженная в процентах от максимального хода сердечника, не превышает ± 1 %. Максимальное значение хода сердечника составляет 5 мм.