Преобразователь силы в давление сжатого воздуха - Типы преобразователей

Такой преобразователь состоит из рычага 1, сопла с заслонкой 4, сильфона 6, а также пневматического усилителя мощности 5.

Входным сигналом преобразователя является сила F, приложенная к левому плечу рычага а, а выходным -- давление сжатого воздуха р на выходе усилителя мощности.

На рис.15, б приведена структурная схема преобразователя, из которой видно, что его можно представить в виде последовательного соединения двух преобразователей: преобразователя измеряемой силы F в момент M (приложенный к рычагу 1) и преобразователя этого момента в выходное давление р. Второй преобразователь представляет собой следящую систему, в которой обратным преобразователем является сильфон 6 вместе с правым плечом рычага b. Рычаг одновременно выполняет функции преобразования приложенных к нему сил F и Fм в моменты М и Мм (преобразователи а и b), вычитания этих моментов (сумматор С) и интегратора (И). Рассмотрим принцип действия преобразователя. К рычагу 1 приложены измеряемая сила F и сила Fм создаваемая сильфоном 6. Эти силы создают на рычаге противоположно направленные моменты: М = а *F; Мм = b * Fм, где а и b -- длины плеч рычага.

Результирующий вращающий момент? М = М--Мм вызывает поворот рычага 1 и перемещение l расположенной на нем заслонки элементарного преобразователя сопло-заслонка 3--4. Выходной сигнал этого преобразователя -- давление сжатого воздуха p1 -- после усиления по мощности в усилителе 5 становится выходным сигналом р всего преобразователя. Этот выходной сигнал подается на вход обратного преобразователя сильфона б, замыкая тем самым контур обратной связи.

преобразователь силы в давление сжатого воздуха

Рис. 15. Преобразователь силы в давление сжатого воздуха: а -- устройство; б -- структурная схема; в -- статическая характеристика; 1 -- рычаг; 2 -- корректор нуля; З -- постоянный дроссель; 4 -- сопло с заслонкой; 5 усилитель мощности; 6 -- сильфон; а, в -- плечи рычага; С -- сумматор; И - интегратор.

Наличие в следящей системе интегратора И в виде рычага 1 делает ее астатической. Следовательно, в установившемся состоянии такой системы, рассогласование равно нулю. Так как в рассматриваемом преобразователе рассогласованием является разность моментов? М, то моменты М и Мм при этом оказываются равными. Это означает, что связь выходного сигнала следящей системы р с ее входным сигналом М такая же, как с сигналом Мм. Но, как видно из структурной схемы, момент Мм -- результат преобразования выходного давления р двумя преобразователями в цепи обратной связи: сильфоном 6 и плечом рычага b.

Таким образом, статическая характеристика всей следящей системы как преобразователя момента М в давление р определяется только статической характеристикой цепи обратной связи.

Найдем статическую характеристику цепи обратной связи. Для сильфона, имеем: Fм=S*р.

Подставляя это выражение в формулу для рычага, получим статическую характеристику всей цепи обратной связи: Мм=b*S*p

Искомая статическая характеристика следящей системы получается из уравнения, если вы предыдущем выражении заменить Мм на М и затем решить относительно р: р==[1/(b*S)]*М,

Теперь можно получить статическую характеристику всего преобразователя. Для этого достаточно заменить момент М силой F по формуле М = а *F: p=k*F где коэффициент пропорциональности k = а/(b*S)-- коэффициент передачи преобразователя.

Тот факт, что статическая характеристика астатической следящей системы определяется только характеристикой обратной связи, является важным свойством следящих систем как измерительных устройств. Благодаря этому свойству метрологические требования ко всей системе могут быть выполнены в результате выбора преобразователя в цепи обратной связи с необходимой характеристикой. При этом в прямой цепи следящей системы могут быть применены преобразователи с низкими метрологическими качествами.

Так, в нашем случае перемещение рычага l преобразуется в выходное давление р преобразователем сопло-заслонка и усилителем мощности. Такое преобразование, как видно из рис. 34, 6, является нелинейным и, кроме того, зависит от давления питания p пит.

В преобразователе имеется корректор нуля 2 (пружина). Изменяя натяжение пружины, можно создавать дополнительный вращающий момент на рычаге и тем самым изменять величину выходного сигнала преобразователя при неизменном значении входного. При наладке преобразователя корректором устанавливают начальное значение выходного давления (ро= 0,2*105 Па) при нулевом значении измеряемой силы F.

С учетом влияния корректора статическая характеристика преобразователя силы в давление сжатого воздуха примет вид: р=ро+k*F

График этой характеристики приведен на рис.15, в.

Следует подчеркнуть, что в данном преобразователе с помощью астатической следящей системы реализуется нулевой метод измерения. При этом роль переменной меры играют преобразователи в цепи обратной связи. Такой же прием используется во всех промежуточных преобразователях, которые будут описаны ниже.

Рассмотренный преобразователь может служить и для преобразования перемещения в давление сжатого воздуха. В этом случае перед ним включают дополнительный преобразователь перемещения в силу (например, пружину).

Для преобразования силы в давление сжатого воздуха промышленность выпускает преобразователи, обычно объединенные в один блок с первичными преобразователями, имеющими выходной сигнал в виде силы. Поэтому для них регламентируются лишь предельное расстояние передачи выходного сигнала по пневмотрассе (300 м) и постоянная времени (равная 7 с) при работе преобразователя на тупиковую импульсную трубку длиной 60 м и внутренним диаметром 6 мм. Эта постоянная времени обусловлена нагрузочным эффектом и зависит от мощности выходного сигнала, для повышения которого и применен пневматический усилитель мощности.

Предельное значение силы F, измеряемой преобразователем, для различных моделей--от 10 до 100 Н.

Похожие статьи




Преобразователь силы в давление сжатого воздуха - Типы преобразователей

Предыдущая | Следующая