Пневматические преобразователи

В машиностроении пневматический метод измерения получил широкое распространение. Это объясняется ря­дом преимуществ пневматического метода, к которым можно отнести следующие:

1) высокую точность изме­рения;

2) возможность осуществления бесконтактных измерений;

3) возможность одновременного контроля нескольких размеров и совмещения операций контроля с вычислительными операциями (например, контроля суммы и разности размеров);

4) возможность контроля размеров в труднодоступных местах деталей (например, отверстий малых размеров, глубоких отверстий и т.д.);

5) простоту конструкции, оснастки и регулировки;

6) возможность получения разных передаточных отношений.

Пневматические датчики по точности соперничают с лучшими типами электрических датчиков.

Недостатки:

1) малое быстродействие;

2) малые пре­делы измерения;

3) необходимость стабилизации давле­ния воздуха.

Классификация датчиков осуществляется по сле­дующим признакам.

1.По принципу работы:

1) манометрические - реагирующие на изменение давления;

2) ротаметрические - реагирующие на изменение скорости воздушного потока.

Наибольшее распространение получили датчики первого типа.

2.По величине питающего давления:

1) датчики низкого давления (до 1000 мм вод. ст.);

2) датчики высокого давления (0,02-0,4 МПа).

3.По методу измерения:

1) контактные;

2) бесконтактные.

Принцип действия пневматической системы манометрического типа

Рис. 2.36. Схема к расчету измерительного сопла

Сжатый воздух под постоянным рабочим давлением Р ₀ (рис. 2.36) через входное сопло с площадью попереч­ного сечения f ₁ поступает в измерительную камеру 1. Из камеры 1 воздух через измерительное сопло с площадью проходного сечения f ₂ выходит в атмосферу. Давление P _и в камере 1 определяется соотношением площадей проходных сечений входного и измерительно­го сопл. Поскольку площадь проходного сечения входного сопла постоянна, а площадь проходного сечения измерительного сопла переменна, то дав­ление Р _и является функцией проходного сечения изме­рительного сопла. Если перед измерительным соплом на расстоянии δ поместить какую-либо деталь, то между ее поверхностью и торцом измерительного сопла образуется кольцевой зазор, с изменением которого меняется изме­рительное давление Р _и.

Приближенно зависимость между измерительным давлением и измеряемой величиной выражается форму­лой

где α₁ и α₂ ^_ коэффициенты истечения воздуха через входное и измерительное сопла,

,

где d ₁ и d ₂ - диаметры отверстий входного и измери­тельного сопл.

Тогда .

Отсюда характеристика будет иметь вид, изображен­ный на рис. 2.37. Крутизна равномерного участка и его протяженность зависит от диаметров входного и из­мерительного сопла и в меньшей степени от рабочего давления.

Производная функции Р _и по d δ определяет важную характеристику пневматической измерительной системы - передаточное число i (или чувствительность системы прибора):

Рис. 2.37. Характеристика системы

Знак минус перед правой частью означает, что с уве­личением d ₂ или δ величина Р _и уменьшается. Из форму­лы видно, что изменение передаточного отношения до­стигается путем подбора диаметров сопл, зазоров и ве­личины рабочего зазора.

Так, при заданном диаметре измерительного сопла (обычно равном 2 мм) с уменьшением d_ex чувствитель­ность пневматической системы возрастает, а величина равномерного участка сокращается. Такое изменение чувствительности и предела измерения без изменения конструкции прибора выгодно отличает пневматические системы от других измерительных устройств.

Пневматическая измерительная система

ротаметрического типа (рис. 2.38)

Очищенный и стабилизированный воздух подводится к нижнему концу конической стеклянной трубки, укрепленной вертикально широким концом вверх. Воз­дух, проходя через стеклянную трубку, удерживает поплавок на определенном уровне и далее через шланг, присоединенный к верхнему концу трубки, подается к измерительному соплу. Ве­личина подъема поплавка L (при Р = const) зависит от величины измерительного зазора δ.

У ротаметрических систем нет входного сопла, поэтому давление воздуха от стабилизатора до измерительного сопла остается прак­тически постоянным, то есть для систем понятия ра­бочее и измерительное давление тождественны.

Рис. 2.38. Схема к расчету зазора.

Теоретически положение поплавка относительно нижнего торца трубки в зависимости от измерительного зазора может быть определено по следующей формуле:

,

где d₂ - диаметр сопла; F - площадь максимального сечения поплавка; Q - масса поплавка; r - радиус мак­симального сечения поплавка; R _min - минимальный ра­диус трубки; К - конусность трубки.

Производная dl/d δ (от l до δ ) дает передаточное число системы. Передаточное число, а следовательно и шкала устройства, равномерны на любом участке харак­теристики

Погрешность устройств ротаметрического типа обычно выражается в линейных величинах – микрометрах.

Дата добавления: 2014-01-07