Пневматические измерительные преобразователи
Измерительные преобразователи и средства измерений
Классификация измерительных преобразователей
Устройства этой группы Государственной системы приборов (ГСІІ) должны реагировать на изменения контролируемого параметра и выдавать на выходе унифицированный сигнал. Преобразователи, входящие в эту группу в соответствии с РМГ 29-2013 ГСИ, можно подразделить на первичные измерительные преобразователи, масштабные измерительные преобразователи, нормирующие и передающие измерительные преобразователи (два последних здесь не рассматриваются).
Первичный измерительный преобразователь переводит контролируемый параметр в выходную физическую величину (перемещение, усилие, сопротивление, напряжение, силу тока, частоту). Выходная физическая величина, полученная из контролируемой простым — «естественным» — преобразованием, называется естественной выходной величиной (или естественным выходным сигналом).
Нормирующий преобразователь переводит естественный выходной сигнал в унифицированный. Если на выходе первичного измерительного преобразователя, чувствительный элемент которого непосредственно воспринимает изменения контролируемого параметра, выдается пневматический или электрический сигнал, то нормирующий преобразователь обычно представляет собой отдельное самостоятельное устройство. Если же первичный преобразователь выдает сигнал в виде усилия, перемещения или какой-нибудь другой физической величины, по своей природе, отличающейся от электрической или пневматической, то измерительный и нормирующий преобразователи объединяют конструктивно в один прибор. Оба решения находят широкое применение в практике создания преобразователей для систем автоматизации. В системе ГСП разработан унифицированный ряд взаимозаменяемых пневматических и электрических первичных преобразователей блочного типа с силовой компенсацией. Используя этот ряд преобразователей, можно значительное количество различных измеряемых параметров сравнительно просто и с достаточной точностью преобразовать в одну естественную выходную величину — усилие.
|
|
|
Пневматические первичные измерительные преобразователи имеют выходной сигнал 0,02–0,1 МПа (0,2–1,0 кгс/см2), электрические — 0–20 и 0–5 мА постоянного тока. Компенсационный принцип действия этих преобразователей обеспечивает их высокие метрологические характеристики и простоту перенастройки в большом интервале пределов измерений. Каждый первичный преобразователь состоит из унифицированного электрического или пневматического преобразователя усилия и измерительного блока.
|
|
|
Класс точности унифицированных преобразователей в основном 0,6 или 1,0, и лишь для некоторых 1,6 и 2,5.
Электрические измерительные преобразователи
Из электрических аналоговых преобразователей, выполняемых по схеме компенсации перемещений для преобразования неэлектрических величин в электрический выходной сигнал и передачи показаний на расстояние, наибольшее применение нашли дифференциально-трансформаторные, ферродинамические, магнитомодуляционные и сельсинные преобразователи.
В дифференциально-трансформаторных преобразователях перемещение сердечника первичного прибора уравновешивается известным перемещением сердечника вторичного прибора. Дифференциально-трансформаторные преобразователи используются при измерении давления, уровня, расхода и некоторых других параметров.
Схема дифференциально-трансформаторного преобразователя (рис. 2.1) состоит из двух одинаковых катушек, одна из которых находится в первичном приборе 1, а другая — во вторичном приборе 2. Первичные обмотки катушек включены последовательно и питаются напряжением переменного тока от обмотки силового трансформатора электронного усилителя. Вторичные обмотки включены одна навстречу другой с выходом на электронный усилитель. Внутри катушек находятся железные плунжеры (магнитопроводы) М. Если плунжеры обеих катушек находятся в среднем положении, то величины ЭДС, наводимые в катушках, равны между собой. При рассогласовании положений плунжеров величины ЭДС, наводимые в катушках, неравны между собой.
|
|
|
Разность этих ЭДС усиливается в электронном усилителе до величины, необходимой для управления реверсивным двигателем РД. Последний через профилированный диск 3 перемещает плунжер в катушке вторичного прибора в положение, согласованное с положением плунжера в катушке первичного прибора, что приводит к равенству ЭДС, наводимых в обеих катушках, а, следовательно, к новому состоянию равновесия. При этом результирующая ЭДС вторичных обмоток будет снова равна нулю, и реверсивный двигатель остановится. Одновременно реверсивный двигатель связан со стрелкой и пером вторичного прибора.
Рис. 2.1. Схема дифференциально-трансформаторного преобразователя
При перемещении плунжера первичного прибора на расстояние до 5 мм зависимость индуктированной ЭДС практически линейна. Вторичные приборы дифференциально- трансформаторной системы построены на базе автоматических потенциометров.
|
|
|
В электрических преобразователях аналоговой ветви ГСП используют электросиловые преобразователи двух типов: линейный, обеспечивающий прямо пропорциональную (линейную) зависимость между усилием и выходным сигналом, и квадратичный, выходной сигнал которого пропорционален корню квадратному из усилия. Преобразователи комплектуют усилителем типа УП-20, выполненным в виде отдельного блока.
Принципиальная схема линейного преобразователя представлена на рис. 2.2. Усилие Q, которым измерительный блок воздействует на преобразователь, вызывает незначительное перемещение рычажной системы 4 передаточного механизма и связанного с ней управляющего флажка 5 индикатора рассогласования. Индикатор рассогласования дифференциально-трансформаторного типа преобразует это перемещение в управляющий сигнал переменного тока, поступающий на вход электронного усилителя 1. Выходной сигнал усилителя в виде постоянного тока поступает в катушку 2 силового устройства и одновременно в последовательно соединенную с ней линию дистанционной передачи.
В линейном преобразователе при взаимодействии постоянного магнита 3 с магнитным полем, создаваемым током, протекающим в катушке 2, создается пропорциональное силе тока усилие, уравновешивающее через рычажную систему входное усилие.
В квадратичном преобразователе сила, с которой втягивается ферромагнитный проводник в поле, создаваемое неподвижным электромагнитом, пропорциональна квадрату силы тока, протекающего по катушке.
Рис. 2.2. Принципиальная схема электросилового линейного преобразователя
Линейный и квадратичный преобразователи различаются только устройством обратной связи силового механизма. Конструкция преобразователя позволяет присоединять к нему измерительные блоки, создающие усилия в разных направлениях: Q', Q" или Q. Дистанционная передача сигнала может достигать 10 км.
Подключаемые к преобразователю вторичные приборы можно разделить на две группы: работающие от унифицированного сигнала постоянного тока (миллиамперметры, приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем) и работающие от сигнала постоянного напряжения (вольтметры, промышленные потенциометры, электрические машины централизационного контроля и управления).
Приборы первой группы (токовые) подключают к электронному усилителю преобразователя в разрыв электрической цепи двухпроводной линии связи (приборы этой группы соединены последовательно). Приборы второй группы (приборы постоянного напряжения) подключают параллельно нагрузочному сопротивлению Rн, включенному в цепь двухпроводной линии связи.
Пневматические измерительные преобразователи
В пневматических преобразователях основным элементом является система «сопло — заслонка» (рис. 2.3). В трубку 1 небольшого диаметра непрерывно поступает воздух под давлением Р0. Пройдя через дроссель постоянного сечения в атмосферу через дроссель 3 (сопло), перед которым находится заслонка 4. Если изменить зазор х между соплом и заслонкой, то давление Р междроссельном пространстве будет также изменяться: увеличиваться с приближением заслонки к соплу и уменьшаться при удалении заслонки от сопла. Изменение давления Р1 контролируется манометром 5.
Зависимость между зазором Δх и давлением Р 1 показана на рис. 2.4. Как видно из графика, весьма небольшие перемещения заслонки (до 0,08 мм) вызывают значительные — от 10 до 110 кПа — изменения давления воздуха Р1.
Преобразователи силовой компенсации. Для непрерывного преобразования абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления (разрежения, перепада давления), расхода, температуры жидкостей и газов, уровня, плотности жидкости и некоторых других параметров в пневматический сигнал дистанционной передачи предназначены преобразователи, основанные на принципе силовой компенсации. В этих преобразователях измеряемый параметр воздействует на чувствительный элемент измерительного блока и преобразуется в усилие, которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в сильфоне обратной связи. Это давление является одновременно выходным сигналом преобразователя.
Рис. 2.4. Зависимость давления Р1 в междроссельном пространстве системы «сопло — заслонка»
от зазора Δх между соплом и заслонкой
Принципиальная схема преобразователя представлена на рис. 2.5. Усилие Q, которым измерительный блок воздействует на преобразователь, вызывает незначительное перемещение рычажной системы 1 передаточного механизма и связанной с ней заслонки 3 относительно неподвижного сопла 2. Возникший в линии сопла сигнал управляет давлением, поступающим с пневмоусилителя в сильфон 4 обратной связи.
Рис. 2.5. Принципиальная схема пневматического силового преобразователя
Конструкция преобразователя позволяет присоединять к нему измерительные блоки, создающие усилие в разных направлениях: Q, Q' или Q". Усилитель (пневмореле) состоит из трех секций, разделенных мембранами из прорезиненного полотна, которые образуют две камеры давления командного воздуха А и камеру линии сопла Б. Повышение давления в линии сопла вызывает перемещение мембран 5 и 9, и клапан 8 открывается. При этом давление командного воздуха повышается на величину, равную величине повышения давления в линии сопла, возникает постоянный перепад на дросселе 7 и влияние изменения давления питания значительно уменьшается. При уменьшении давления в линии сопла шариковый клапан 8 закрывается, клапан сброса 6 открывается и давление командного воздуха уменьшается. Преобразователь обеспечивает дистанционную передачу выходного сигнала по пневмотрассе длиной до 300 м. Класс точности преобразователя 1,0.
Преобразователь типа ПП предназначен для преобразования угловых перемещений в пропорциональный пневматический сигнал. Его используют в качестве выходного преобразователя в приборах и устройствах частотно-ферродинамической системы, устанавливаемых в схемах автоматического управления производственными процессами. Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 2.6.
Угловое перемещение сектора 1 через ось 2 передается барабану 3. При помощи гибкой ленты 9, связанной с барабаном и огибающей отклоняющий ролик 8, угол поворота барабана преобразуется в пропорциональное усилие пружины 7. Усилие, развиваемое пружиной, через рычаг 6 воздействует на заслонку 15 пневмоусилителя.
Основным элементом пневмоусилителя является сопло- заслонка. Питающий воздух из линии поступает в камеру I и через постоянный дроссель 4 в камеру II. Давление в камере II зависит от количества воздуха, поступающего в эту камеру через дроссель 4, и расхода его через сопло 14.
Если усилие Р, действующее на заслонку 15 со стороны рычага 6, равно нулю, то дросселирование в сопло 14 весьма незначительно и давление в камере II приближается к атмосферному. При этом усилие, действующее на мембранную систему 13 снизу-вверх, меньше, чем усилие пружины 12, и полый шток 11 попадает в камеру IV, соединенную с атмосферой.
При увеличении усилия Р, изменяющегося пропорционально углу поворота входной оси 2, сопло 14 в большей степени прикрывается заслонкой 15. Зазор уменьшается, что создает дополнительное сопротивление истечению воздуха через сопло. Поэтому давление в камере II превышает давление в камере III, и мембранная система 13 перемещается вверх. Полый шток 11 упирается в тарельчатый клапан 10, закрывая выход в атмосферу, и приподнимает его, открывая доступ питающему воздуху из камеры I в камеру III. Давление в камере III, являющееся одновременно выходным, увеличивается до величины, при которой усилия, действующие на мембранную систему 13 снизу вверх и сверху вниз, уравниваются.
Рис. 2.6. Принципиальная схема преобразователя ПП
Одновременно выходное давление из камеры III передается в камеру V. Это давление, воздействуя на мембрану 5, с которой связана заслонка 15, уравновешивает усилие Р.
Линейность характеристики достигается тем, что мембранная система 13 поджата пружиной 12 всегда на одну и ту же величину, а так как перемещение тарельчатого клапана 10 очень мало, перепад давления на сопле 14 постоянен.
Класс точности преобразователя 1,0. Преобразователь обеспечивает передачу по пневмотрассе показаний на расстояние до 300 м.
В качестве вторичных приборов в пневматических системах можно применять любые измерители давления, а также вторичные приборы, например, системы «Старт». На рис. 2.7 показана кинематическая схема вторичного прибора системы «Старт» (ПВ2.2).
Действие приборов основано на компенсационном принципе измерения. Приборы используются для работы с пневматическими преобразователями или другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы 20–100 кПа (0,2–1 кгс/см2).
В измерительном узле входной пневматический сигнал Р преобразуется в поступательное перемещение указателя (стрелки) и пера. Контролируемый параметр (входной пневматический сигнал Р) поступает в приемный сильфон 2. Воздух питания под давлением Рпит через дроссель 1 подается в силовой элемент 7 и к соплу 3. При изменении входного давления сильфон 2, дно которого упирается в рычаг 4, перемещает его, изменяя зазор между соплом и рычагом.
При перемещении рычага 4 вправо давление в силовом элементе 7 увеличивается, так как зазор между рычагом и соплом уменьшается. Это давление передается на рычаг 6 силового элемента, и ролик 9 поворачивается на угол, необходимый для достижения равновесия на рычаге 4 между усилиями от давления в сильфоне и пружины обратной связи 5. Углу поворота ролика соответствует пропорциональное перемещение стрелки (пера) 8. Шкала прибора стопроцентная линейная. Класс точности 1,0.
Рис. 2.7. Кинематическая схема вторичного прибора системы «Старт»
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 152; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!