С пневматическим преобразованием

Измерительные средства

Измерительные средства с пневматическим преобразованием – это средства измерения, в которых преобразование измерительной информации осуществляется путем изменения параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при его истечении.

Принцип действия всех пневматических приборов для измерения линейных размеров основывается на положении, о том, что если в какой-либо магистрали воздухопровода (камере) находится воздух под давлением и выпускается через небольшое отверстие в атмосферу или в любую другую среду с номинально постоянным давлением, то расход G воздуха через это отверстие в общем виде будет зависеть от площади f проходного сечения отверстия и от давления р внутри магистрали, т.е. G = F(pf). Если же обеспечить постоянство давления внутри воздухопровода, то расход воздуха будет зависеть только от площади проходного сечения отверстия.

Отверстия, через которые происходит истечение газа (в нашем случае воздуха) или жидкости, широко используются в технике для разных целей (например, в реактивных двигателях) и называются соплами.

Сопло – это специально спрофилированный закрытый канал, предназначенный для разгона жидкостей или газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления.

Для измерения линейных размеров сопла, из которых происходит истечение воздуха (их чаще всего называют измерительные сопла), имеют внутреннюю цилиндрическую поверхность (цилиндрические сопла) или в виде прямоугольного профиля (щелевые сопла).

Пневматическая система обладает характерным свойством: если на пути распространения воздушного потока вблизи отверстия поставить предмет, оказывающий препятствие истечению сжатого воздуха, то расход воздуха изменится, а также изменится давление в воздушной магистрали около сопла. Сочетание сопла с находящимся перед ним предметом получило название сопло-заслонка. В качестве заслонки используется либо поверхность измеряемой детали (бесконтактные измерения), либо элемент конструкции измерительного устройства, положение которого связано с измеряемой деталью (контактные измерения).

Для обеспечения постоянного давления воздуха прибор снабжается стабилизаторами (устройствами для стабилизации давления) и фильтрами (устройствами для очистки воздуха от примесей: взвешенных частиц, паров воды, масла и т.д.). Очень часто эти устройства объединяются конструктивно в один узел под названием блок (узел) подготовки воздуха, реже - блок (узел) фильтра-стабилизатора.

Для измерения линейных размеров наиболее широко применяют:

- ротаметрические приборы - расходомеры постоянного перепада давления;

- манометрические приборы - расходомеры переменного перепада давления.

Пневматические измерительные средства постоянного перепада давления

(приборы ротаметрического типа)

Ротаметрические приборы – это приборы с отсчетным устройством для измерения расхода воздуха, в которых в воздушном потоке помещается поплавок, воспринимающий динамическое давление потока и перемещающийся в вертикальном направлении по потоку в зависимости от величины расхода, изменяющегося из-за изменения проходного сечения измерительного сопла.

При этом площадь проходного сечения в воздушной магистрали прибора изменяется таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остается практически постоянным. Единственным получившим широкое распространение видом приборов этого типа для измерения линейных размеров является ротаметр (длиномер пневматический высокого давления).

Схема длиномера высокого давления (ротаметра)

В магистрали воздухопровода прибора находится стеклянная трубка 5 с внутренней конической поверхностью, внутри которой помещен поплавок 6. Воздух через кран 1 поступает в узел подготовки воздуха 2, где он очищается фильтром 12 и стабилизируется (создается постоянное давление) стабилизатором 11. Величину этого давления можно определить по манометру 3. Очищенный и стабилизированный воздух поступает снизу в вертикально расположенную трубку 5 и далее через измерительное сопло 7 в атмосферу. Если закрыть полностью сопло 7, то расхода воздуха не будет и поплавок 6 опустится вниз трубки 5. Если же открыть сопло 7, то воздушный поток, проходя через трубку 5, будет поднимать поплавок до момента, когда сила воздушного потока, связанная с расходом воздуха, уравновесится силой тяжести поплавка. В этом положении поплавок «зависает» в трубке и его положение по высоте может быть отсчитано по шкале 4, которая градуируется в микрометрах изменения зазора S между соплом 7 и измеряемой деталью 8. В схеме прибора предусмотрен вентиль (кран) 9, через который можно выпускать часть поступающего воздуха в атмосферу, изменяя общий расход воздуха. С помощью этого вентиля можно сместить положение поплавка при установке начального зазора (поднять поплавок, не изменяя зазора у измерительного сопла 7). Другой вентиль 10 вместе с дополнительным соплом (дросселем - сужающим устройством в воздухопроводе) используется для изменения чувствительности прибора и даже при перенастройке его на другую цену деления. С увеличением степени открытия вентиля 10 расход воздуха увеличивается, а чувствительность прибора уменьшается (увеличивается диапазон показаний).

Конструкция прибора состоит из трех функциональных узлов:

I – узел подготовки воздуха (фильтр-стабилизатор);

II - узел отсчетного устройства;

III - узел оснастки с измерительным соплом (или соплами).

Характерной особенностью конструкций является возможность создания блоков, имеющих до 10 показывающих устройств, для осуществления так называемых многомерных измерений.

Цена деления: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5 и 10 мкм. При этом известны приборы, в которых переход с одной цены деления на другую осуществляется заменой по­плавка, реже - поплавка вместе с трубкой.

Диапазон показаний: 5, 10, 20, 35, 60, 100, 160 мкм.

Пневматические измерительные средства переменного перепада давления

(приборы манометрического типа)

В пневматических приборах для измерения линейных размеров используется несколько измененная схема расходомера переменного перепада давления.

P=const

p=f(S)

p

В данных приборах создается рабочая камера 1, в которую подается стабилизированный воздух под рабочим давлением P. В камере установлено дополнительное сопло 2, которое называют входным соплом, а иногда головным. Воздух из камеры истекает в атмосферу через зазор S у измерительного сопла 4. В этом случае измерительное давление p в пространстве между входным и измерительным соплом, называемом измерительной камерой, зависит от величины расхода Q, т.е. от величины зазора S (определенных пределах этого зазора). Изменение давления p под влиянием изменения зазора (а это равносильно изменению размера L или величины перемещения измеряемой поверхности) производится с помощью манометра 3.

Отличительной особенностью манометрических приборов является возможность создания дифференциальных схем измерения, в которых измеряемые величины определяются как результат двух перемещений. Для пневматических приборов дифференциальное измерение - это измерение разности двух давлений от измерительных сопел, при этом оба давления могут быть связаны с изменением измеряемого размера, либо одно давление является постоянным, а другое зависит от измеряемого размера.

Схема дифференциального пневматического прибора манометрического типа

P=const

Сжатый воздух с постоянным давлением после стабилизатора 10 разделяется на две ветви I и II, в каждой из которых находятся входные сопла 1 и 9.

Измерительное давление p₁ в измерительной камере ветви I зависит от рабочего давления P, диаметра d_1(I) входного сопла 1, диаметра d_2(I) измерительного сопла 4 и зазора S₁, т.е. величины размера L₁, детали 5.

Измерительное давление p₂ в измерительной камере ветви II зависит от рабочего давления P, от диаметра d_1(II) входного сопла 9, диаметра d_2(II) измерительного сопла 8 и зазора S₂ у торца этого сопла.

Разность давления (перепад давления) p₂ - p₁ в измерительных ветвях измеряется с помощью дифманометра 2, показания которого на шкале 3 отградуированы в единицах длины сравниваемых размеров L₁ и L₂ деталей 5 и 6.

Обычно стремятся, чтобы d_1(I) = d_1(II) = d₁ и d_2(I) = d_2(II) = d₂ для обеспечения равных передаточных чисел обеих ветвей. С помощью дифференциальных схем можно измерять не только разность размеров, но и один размер. Для этого в одну измерительную ветвь, например II, вместо измерительного сопла 8 устанавливают сопло 7 с постоянным проходным сечением. Такое сопло называется вентилем противодавления (соплом противодавления). Проходное сечение вентиля 7 регулируют при наладке прибора, в процессе измерения оно остается постоянным. С помощью противодавления устанавливают начало отсчета на шкале.

Дата добавления: 2014-01-07