Поплавковые гидро-пневмо-механические преобразователи (рис3.15)

Применяются для контроля или расхода жидкости или газа. На рис. а изобр. поплавковый гидро-мех. преобраз-ль, представляющее собой полое тело 1 (поплавок), плавающее на поверхности жидкости и повторяющее все изменения ее уровня. Преобраз-ль на рис. б применяется при контроле расхода жидкости или газа и поплавок 1 перемещается не по пов-ти жидкости, а внутри потока, кот. перемещается снизу вверх по конусообразному трубопроводу 2. Поток стремиться поднять поплавок вверх, а вес поплавка стремиться опустить его. Каждому значению расхода соответствует определенное положение поплавка в трубопроводе. Чтобы поплавок не прижимался к стенкам на боковой пов-ти выполнены косые прорези, заставляющие его вращаться.

Гидро- и пневмо-преобраз-ли.

Они могут быть струйными и дросельными. На рис3.17 изобр. струйные преобраз-ли скорости течения потока в давление (перепад давления). На рис3.17а изобр. схема датчика скорости потока, кот. предст. собой изогнутую трубку 1, входное сопло кот. повернуто на встречу потоку 2. Давление в трубки складывается из статич. и динамич. давления, кот. пропорционально квадрату ск-ти потока. Этот датчик исп-ся для измерения ск-ти тел, движущихся в жидкости или газе. На рис3.17б изобр. схема струйного пневмо-датчика. При отсутствии входного сигнала струя газа из сопла 1 равномерно распределяется между приемными соплами 2 и 3. При наличии входного сигнала, т.е. при поступлении из сопла 4 потока газа поток из сопла 1 отклоняется от нейтрали тем больше, чем больше энергия входного сигнала, при этом происходит перераспределение давления потока между соплами 2 и 3 и между ними возникает прерпад давлений пропорциональный энергии потока из сопла 4. На рис3.17в изобр. струйный преобр-ль жидкости ил газа сквозь сопло 1 в давление в сопле 2. Дросельные преобраз-ли расхода в перепад давления на калиброванном сужающем устройстве разнообразны по исполнению и наз-ся расходомерами переменного перепада давления.

Струйные ус-ва.

Решение проблемы создания гидро- и пневмо- ус-в, способных конкурировать с электронными ус-ми возможно в частности путем исключения механических подвижных деталей и осуществ-ния непосредственных связей между потоками жидкости и газа. На рис3.23а изображена схема простейшего элемента флюидики с исполь-ем эффекто Коанда. Струя вытекает из сопла питания 3, притягивается стенкой 4 и искривляется вдоль нее в сторону сопла 6, кот. может выполнять как финкцию управления так и ф-ю приемного органа (струя создает в нем нек. давление Р_вых1). Если сопло 6 выполняет ф-ю управления, то при создании в нем или в одном из управляющих каналов 1 и 2 определенного управляющего давления от внеш. источника в рез-те компенсации эффекта Коанда поизойдет скачкоообразный отрыв струи от этой стенки 4, создав при этом в приемном сопле 5 вых. давление Р_вых2. При уменьшении или снятии управляющих воздействий струя также скачком возвращается в исходное положение, т.е. это ус-во явл-ся аналогом простого эл-маг. реле. Сопло 6 имтирует нормальные замкнутые контакты, сопло 5 – нормально разомкнутые. На рис3.23б изобр. схема струйного элемента, кот. явл. аналогом поляризованного эл-маг. реле. Струя, вытекающая из канала 1 прилипает к одной из внешних стенок каналов 3 или 4. Если прилипает к 3, то в нем возникает нек. давление Р_вых1, эквивалентное исходному состоянию поляризованного реле. При создании упр. сигнала Р_упр1 в канале 2 произойдет отрыв струи от этой внешней стенки канала 3 и скочкообразный ее перенос к внешней стенке канала 4. При этом давление Р_вых1 резко снижается, а канале 4 скачкообразно возникает давление Р_вых2, соответствующее переключению поляризованного реле в новое состояние, кот. сохраняется довольно долго даже при снятии сигнала Р_упр1. Чтобы вернуть струю в исходное состояние, т.е. к стенке канала 3 необходимо в канале 5 создать управл. давление Р_упр2, что соответствует изменению полярности поляризованного реле.

Преобразователи рода энергии сигналов.

При организации эл. гидро систем автоматики возникает необходимость ОС, что требует преобразование гидросигналов в электрические. В этих преоб-лях преобраз-ние гидро- (пневмо-) сигнала в электрический или наоборот может быть выполнена посредством промежуточных механических сигналов (рис3.24) либо непосредственно (рис3.25).

Компенсационные механо-пневатич. преоб-ли.

Для построения пневмо-приборов и САУ требуется преобразовывать измеряемые или регулируемые пар-ры пневмо-сигналов. Чувствит. элемент измерительных приборов преобразует обычно измеряемый пар-р в мех. перемещение ил силу. Прямое преобраз-е измеряемых величин из-за наличия сил трения и люфтов не находит практического применения, поэтому в пневмо-ус-вах применяют компенсационный метод преобраз-я, кот. заключ. в том, что перемещение или усилие, поступающее на вход преобразователя компенсируется соответственно перемещениями или усилиями, создаваемыми давлением воздуха на выходе. На рис3.26а изобр. преоб-ль, работающий по схеме компенсации перемещений. Он состоит из преобраз-ля типа сопло-заслонка, рычага 1, на кот. закреплена заслонка, сильфона ООС 2 с пружиной 3 и штоком 4. Входной сигнал Х (перемещение чувств. органа) вызывает перемещение верхнего конца рычага 1 на величину ?Х. При этом он поворачивается относительно точки А и занимает положение I. Это перемещение вызывает изменение зазора между соплом и заслонкой от h до h₁, что вызывает увеличение давления P вых пневмоемкости ПЕ. Воздух под этим давлением P вых. поступает на выход пневмопреобразователя и на сильфон ООС. Увеличение давления Р вых. вызывает деформацию сильфона, перемещение штока 4 и поворот рычага 1 относительно точки Б. Изменение в пневмоемкости и в сильфоне происходит до тех пор, пока сильфон не передвинет нижний конец рычага на величину ?Y. При этом зазор между соплом и заслонкой h₂ >h₁ и рычаг переходит в положение II. Величина ?Y~?Х. Из-за наличия люфтов и сил трения точность и чувствительность таких преобразователей относительно невысоки, поэтому применяют схему компенсации сил.

Изображенный на рис.3.26(б) преобразователь, работающий по схеме компенсации через пружину присоединяются непосредственно через пружину. Чувствительный орган вызывает растяжение пружины на величину DX, возникает противодействующее усилие R_x , которое пропорционально DX. R_x действует на преобразователь. Рис. 3.26(в). состоит из преобразователя сопло-заслонка, рычага 1 и сильфона ООС 2, в который не устанавливается пружина из-за его малого перемещения. Изменение усилия, развиваемого чувствительным органом, вызывает изменение зазора h между соплом и заслонкой, пусть он станет равным h₁ и рычаг занимает положение I. Это вызывает изменение давления в пневмоемкости ПЕ Þ и в сильфоне ООС и на выходе преобразователя. Под действием возросшего давления сильфон деформируется и отодвигает рычаг и заслонку от сопла. Изменение Р_вых будет происходить до тех пор, пока не наступит равновесие системы. При котором рычаг займет положение II и расстояние между соплом и заслонкой станет равным h₂. R_x – усилие, которое развивается чувствительным органом, R_y – усилие, которое развивается сильфоном. Пневмопреобразователи, работающие на компенсации сил, на ходят применение в датчиках различных технологических параметров, в которых выходная величина усилия развивается каким-либо силовым элементом (мембраной, сильфоном); также при конструировании вычислительных, функциональных, усилительных и др. пневмоустройств применяются мембранные и сильфонные преобразователи, в которых отсутствует измерительный рычаг.

На рис. 3.27(а) изображен преобразователь, состоящий из пневмо-преобр-ля типа сопло-заслонка и одновитковой трубчатой пружины 1. Сопло управляемого пневмосопротивления УП, установлено на подвижном конце этой пружины, а внутренняя полость пружины является междроссельной камерой преобразователя типа сопло-заслонка. При приближение заслонки к соплу давление в трубчатой пружине увеличивается и она раскручивается. В результате компенсируется перемещение, вызванное чувствительным органом. Наибольшее распространение нашли преобразователи силовой компенсации и с эластичными мембранами рис. 3.27(б). Принципы компенсации усилия в этой схеме, а также в схеме которая изображена на рис 3.27(в) состоят в том, что изменение давления на выходе вызваны изменением входного сигнала (усилие R_x) будет продолжаться до тех пор, пока усилие, создаваемое этим давлением на мембрану (сильфон), не станет равным входному усилию R_x. Для преобразователей с силовой компенсацией характерны наибольшая чувствительность и точность, а также отсутствие возможности пристройки шкального устройства для непосредственного отсчета измеряемой величины.

Все выше рассмотренные силовые компенсационные пневмопреобр-ли способны преобразовывать в давление сжатого воздуха только сравнительно большие усилия. Для преобразования в пневмосигнал малых усилий применяется шариковый силовой преобразователь, которой с высокой точностью преобразовывает усилия, измеряемые граммами и миллиграммами рис3.27(г). Сжатый воздух протекает через управляемое пневмосопротивление УП типа шарик-конус, обтекает шарик 1 и выходит через коническое сопло 2 в атмосферу. Т.к. шарик постоянно находится в струе жатого воздуха, то он будет находиться во взвешенном состоянии и самоцентрироваться. При этом выходное давление Р_вых практически не зависит от расхода воздуха через сопло 2, однако может существенно изменятся при изменении Р_пит, которое следует поддерживать строго постоянным.