Пневматические усилители
Пневматические усилители и преобразователи: Пневмоусилители и преобразователи непрерывного действия, применяемые в приборах и устройствах пневмоавтоматики, выполняют по двум принципиально различным схемам: компенсации перемещения и компенсации усилия. В первом случае входной сигнал - перемещение чувствительного органа, а во втором случае - усилие, прилагаемое к чувствительному органу, в пневмопреобразователях преобразуются в пропорциональные этим величинам давления сжатого воздуха.

По схеме компенсации перемещения построен пневмоусилитель типа сопло-заслонка . В нем сжатый воздух постоянного давления от источника питания через постоянный дроссель поступает в междроссельную камеру. Из нее через сопло, прикрываемое заслонкой, воздух вытекает в атмосферу. Сопло с заслонкой образуют управляемый дроссель.

Входным сигналом является перемещение заслонки относительно сопла. При перемещении заслонки изменяется расстояние h между соплом и заслонкой и, следовательно, изменяется сопротивление управляемого дросселя. Это, в свою очередь, изменяет давление рг в междроссельной камере, которое и является выходным сигналом усилителя.

По линии связи давление р2 передается в глухую камеру измерительного прибора или другого пневматического устройства. Статическая характеристика усилителя представляет собой зависимость выходного сигнала (давления р2) от изменения входного сигнала (зазора h между соплом и заслонкой). Как видим, достаточно незначительного перемещения заслонки относительно сопла (около 0,05 мм), чтобы выходное давление изменилось на 90-95 % его полного диапазона.

На практике такие усилители работают не на всем диапазоне изменения давления, а лишь на участке с линейной частью характеристики. Поскольку в состав усилителя входит пневматическая проточная камера с управляемым дросселем на выходе, расчет ее статической характеристики довольно сложен. Пневмопреобразователь, работающий по схеме компенсации усилия , состоит из постоянного дросселя, через который сжатый воздух под давлением рг поступает в междроссельную камеру, и управляемого дросселя, образованного соплом и заслонкой.

В качестве заслонки служит торец жесткого центра эластичной мембраны. Входным сигналом преобразователя является усилие х, приложенное к жесткому центру мембраны. Принцип компенсации усилия в этой схеме состоит в том, что изменение выходного давления в междроссельной камере, вызванное изменением входного сигнала (усилия) х, продолжается до тех пор, пока усилие, создаваемое давлением на мембране, не становится равным усилию входного сигнала х.

Давление в междроссельной камере изменяется вследствие изменения зазора h между соплом и заслонкой, вызванного изменением входного сигнала х. Изменение выходного давления в междроссельной камере по линии связи передается в глухую камеру измерительного прибора или пневматического регулятора для отработки управляющего воздействия. В этом преобразователе сопло и заслонка находятся внутри проточной камеры, а воздух из междроссельной проточной камеры вытекает не в атмосферу, а в другую камеру прибора с давлением.

Такие пневмопреобразователи называют пневмопреобразователями с закрытым соплом, в отличие от преобразователей с открытым соплом, где сжатый воздух через сопло вытекает в атмосферу. Примерный вид статической характеристики для пневмопреобразователя с закрытым соплом тот же, что и для преобразователя с открытым соплом. Рассмотренные пневмопреобразователи непрерывного действия одновременно являются и пневматическими усилителями.

Для более длинных линий связи, соединяющих измерительные преобразователи (датчики), регуляторы и исполнительные механизмы применяют пневмолинии диаметром 4...8 мм. Динамика пневматической системы определяется динамическими характеристиками всех ее звеньев - пневматических элементов и линий связи, а быстродействие системы - временем срабатывания функциональных элементов и временем передачи сигнала по пневматическим линиям связи.

При этом время передачи сигнала во многих случаях значительно превышает время выполнения операций элементами системы управления, и следовательно, определяет быстродействие системы управления. Пневмолинии можно рассматривать как сочетание пневмосопротивления и пневмоемкости. Причем в отличие от пневматических емкостей сосредоточенного объема с пневмосопротивлениями пневматические линии связи рассматривают как устройства с распределенными параметрами.

При передаче пневматических сигналов по коммуникационным каналам имеет место сочетание двух процессов - процесса разгона массы среды и волновых явлений . В этих расчетах сопротивление воздухопровода заменяют эквивалентным ему по сопротивлению и пропускной способности соплом, а внутренний объем воздухопровода рассматривают как сосредоточенный объем пневматической емкости апериодического звена.

Однако такие расчеты весьма приближенны и требуют экспериментальной проверки. Несоответствие времени наполнения одинаковых по величине сосредоточенного объема (емкости) и распределенного объема (трубопровода) вызвано неэквивалентностью гидравлических потерь и различием термодинамических процессов при их наполнении.

В первом случае имеет место политропный процесс, во втором- процесс изотермический, при котором происходит не только конвективный теплообмен между слоями газа, но и интенсивный теплообмен между газом и стенками трубопровода, а при значительной длине трубопровода - полный теплообмен между сжатым воздухом и стенками трубопровода. Существуют различные методы учета влияния пневматических линий связи на динамику и быстродействие пневматических емкостей. Наиболее точны расчеты, основанные на использовании так называемых "расчетных объемов".

Усилитель состоит из пневмопреобразователя типа сопло-заслонка, включающего в себя постоянный дроссель проточную камеру А и управляемый дроссель с соплом, и мембранного блока с мембранами, соединенными жестким центром, с эффективными площадями, причем. Торец жесткого центра служит одновременно заслонкой сопла. Усилитель имеет две проточные камеры: камеру Г с постоянным дросселем на входе и регулируемым дросселем на выходе и камеру В с постоянным дросселем на входе и регулируемым дросселем на выходе.


Спонсор публикации: